JP2016003876A - ミスアライメント検知装置、方法、およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ミスアライメント検知に特化した専用のセンサを必要とすることなく、高感度にミスアライメントの発生を検知すること。
【解決手段】発電所内のポンプ２と電動機とを連結するカップリングでのミスアライメントの発生を検出するミスアライメント検知装置は、圧力計１０、２０の流入液圧測定データおよび流出液圧測定データを蓄積データとして蓄積する情報蓄積部５０と、正常時の蓄積データから、流入液圧測定データと流出液圧測定データとの間の相関関係を抽出してモデルを構築するモデル構築部６０と、抽出された相関関係と、流入液圧測定データおよび流出液圧測定データとから、相関関係の崩れをミスアライメントの発生として検出するミスアライメント検出部７０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電所内のポンプと電動機とを連結するカップリングでのミスアライメント（軸ズレ）の発生を検出するミスアライメント検知装置、方法、およびプログラムに関する。

従来、電動機、又は電動機によって駆動されるポンプや減速機（歯車装置）等の機械系からなる回転機械系の状態診断には、振動センサ等を設置して、測定パラメータとして振動を利用した方法及び装置が用いられている。

また、電動機の可動時の負荷電流を検出する電流検出器を設置し、電流検出器による測定データを利用して、回転機械系の異常（ミスアライメント）を診断する方法も知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−２５７３６２号公報

ところが、このような振動センサや電流検出器は、ミスアライメントの発生を検知することのみを目的とした専用品であり、専用品である振動センサや電流検出器を設置することで、設備投資が増大するという問題があった。また、ミスアライメント時の影響が外部に伝達しづらい構造の場合、振動センサでは、ミスアライメントを検知できないという問題もあった。

そこで、本発明の目的は、ミスアライメント検知に特化した専用のセンサを必要とすることなく、カップリングでのミスアライメント（軸ズレ）の発生を検知することが可能なミスアライメント検知装置、方法、およびプログラムを提供することにある。

本発明のミスアライメント検知装置は、発電所内のポンプと電動機とを連結するカップリングでのミスアライメントの発生を検出するミスアライメント検知装置であって、前記ポンプへ流入する液体の液圧を測定して、流入液圧測定データを生成する流入圧力計と、前記ポンプから流出する液体の液圧を測定して、流出液圧測定データを生成する流出圧力計と、前記流入液圧測定データおよび前記流出液圧測定データを収集して蓄積データとして蓄積する情報蓄積部と、前記カップリングでミスアライメントが発生していない正常時の前記蓄積データから、前記流入液圧測定データと前記流出液圧測定データとの間の相関関係を抽出してモデルを構築するモデル構築部と、前記抽出された相関関係と、前記流入液圧測定データおよび前記流出液圧測定データとから、相関関係の崩れをミスアライメントの発生として検出し、検出結果を出力するミスアライメント検出部と、を備える。

また、本発明のミスアライメント検知方法は、発電所内のポンプと電動機とを連結するカップリングでのミスアライメントの発生を検出するミスアライメント検知方法であって、前記ポンプへ流入する液体の液圧を測定して流入液圧測定データを生成する流入圧力計と、前記ポンプから流出する液体の液圧を測定して流出液圧測定データを生成する流出圧力計とを設け、前記流入液圧測定データおよび前記流出液圧測定データを収集して蓄積データとして情報蓄積部に蓄積し、前記カップリングでミスアライメントが発生していない正常時の前記蓄積データから、前記流入液圧測定データと前記流出液圧測定データとの間の相関関係を抽出してモデルを構築し、抽出された相関関係と、前記流入液圧測定データおよび前記流出液圧測定データとから、相関関係の崩れをミスアライメントの発生として検出し、検出結果を出力する。

また、本発明のミスアライメント検知プログラムは、コンピュータに、発電所内のポンプと電動機とを連結するカップリングでのミスアライメントの発生を検出させるミスアライメント検知プログラムであって、前記ポンプへ流入する液体の液圧を測定する流入圧力計と前記ポンプから流出する液体の液圧を測定する流出圧力計とから、それぞれ流入液圧測定データと流出液圧測定データを収集して蓄積データとして情報蓄積部に蓄積する処理と、前記カップリングでミスアライメントが発生していない正常時の蓄積データから、前記流入液力測定データと前記流出液圧測定データとの間の相関関係を抽出してモデルを構築する処理と、抽出された相関関係と、前記流入液圧力測定データおよび前記流出液圧測定データとから、相関関係の崩れをミスアライメントの発生として検出し、検出結果を出力する処理と、をコンピュータに実行させる。

本発明では、液体の液圧を測定するために設置される既存の圧力計の測定データを利用して、カップリングでミスアライメントが発生したことを検知することが可能であるため、ミスアライメント検知に特化した専用のセンサを必要とすることなく、高感度にミスアライメントの発生を検知することができる。

本発明の一実施形態であるミスアライメント検知装置の構成を概略的に示す説明図である。 圧力計および情報蓄積部の動作を示すフローチャートである。 モデル構築部の動作を示すフローチャートである。 ミスアライメント検出部の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるミスアライメント検知装置について説明する。

本実施形態のミスアライメント検知装置は、発電所内に設置されたポンプ２と電動機（図示せず）とを連結するカップリング（図示せず）でのミスアライメント（軸ズレ）の発生を検出するものである。

ミスアライメント検知装置は、図１に示すように、流入圧力計１０と、流出圧力計２０と、調整機４０と、情報蓄積部５０と、モデル構築部６０と、ミスアライメント検出部７０と、通知部８０とを備えている。本例では、配管１中を流れる液体が水である場合を例に挙げて説明する。

流入圧力計１０は、図１に示すように、液体収容部としてのポンプ２の流入口側に設置され、ポンプ２へ流入する水の水圧を測定して、流入液圧測定データを生成する。なお、流入圧力計１０は、ポンプ２に設置してもよく、また、ポンプ２の流入口側の配管１に設置してもよい。

流出圧力計２０は、図１に示すように、ポンプ２の流出口側に設置され、ポンプ２から流出する水の水圧を測定して、流出液圧測定データを生成する。なお、流出圧力計２０は、ポンプ２に設置してもよく、また、ポンプ２の流出口側の配管１に設置してもよい。

調整機４０は、配管１内の水の量や圧力等を調整する。本実施形態では、調整機４０は、配管１内の水圧を制御する制御弁として構成されている。

ポンプ２と流入圧力計１０と流出圧力計２０と調整機４０とは、図１に示すように、配管１で繋がれている。

情報蓄積部５０とモデル構築部５０とミスアライメント検出部７０との組み合わせは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むマイクロコンピュータ１００で実現され得る。ＲＡＭは、データを一時的に記憶するワークメモリとして使用され、本例では、情報蓄積部５０として働く。ＲＯＭは、プログラムを記憶するが、本例では、プログラムとしてミスアライメント検知プログラムを記憶する。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたミスアライメント検知プログラムに従って、ＲＡＭに記憶されている蓄積データを処理することにより、モデル構築部６０およびミスアライメント検知部７０として働く。

情報蓄積部５０は、流入圧力計１０、流出圧力計２０によってそれぞれ測定された流入液圧測定データおよび流出液圧測定データと測定時刻の時刻データとを、流入圧力計１０、流出圧力計２０から受けとって、蓄積データとして蓄積する。

モデル構築部６０は、カップリングでミスアライメントが発生していない正常時の一定時間分の蓄積データを、情報蓄積部５０から受け取り、流入液圧測定データと流出液圧測定データとの間の相関関係を抽出する。

ミスアライメント検出部７０は、抽出された相関関係をモデル構築部６０から受け取るとともに、情報蓄積部５０から一定時間分の蓄積データを受け取り、これらを基に後述するようにカップリングでのミスアライメントの発生を検知する。

通知部８０は、アラーム機やディスプレイ等で構成され、ミスアライメント検出部７０が検知したミスアライメントの発生をアラーム音やメッセージ等で通知する。

つぎに、図２を用いて、流入圧力計１０、流出圧力計２０および情報蓄積部５０の動作を説明する。

まず、流入圧力計１０、流出圧力計２０は、ポンプ２の流入口側および流出口側において水圧を常に測定して、それぞれ、流入液圧測定データおよび流出液圧測定データを生成している（ステップ２０１）。

次に、流入圧力計１０、流出圧力計２０によってそれぞれ測定された流入液圧測定データおよび流出液圧測定データは、測定時刻の時刻データとともに情報蓄積部５０へ通知される（ステップ２０２）。

次に、情報蓄積部５０は、流入圧力計１０、流出圧力計２０から受け取ったデータ（流入液圧測定データ、流出液圧測定データおよび時刻データ）を蓄積データとして蓄積する。

上述したステップ２０１〜２０３の動作は、常時、繰り返し行われる。

なお、情報蓄積部５０による情報蓄積の態様としては、リレーショナルデータベースのような機構を用いてもよいし、単純なテキストファイルで保持してもよい。また、蓄積データは、流入圧力計１０、流出圧力計２０による流入液圧測定データ、流出液圧測定データと測定時刻の時刻データとから構成され、一般に時系列データと呼ばれている形態となる。

つぎに、図３を用いて、モデル構築部６０の動作を説明する。

まず、カップリングでミスアライメントが一切発生していない正常動作時において、調整機４０を調整して配管１、ポンプ２に流れる水圧を少しずつ変化させる（ステップ３０１）。なお、この際、水圧を上げる方向、下げる方向が混在しても構わない。

次に、調整機４０の操作により変化する水圧を、流入圧力計１０、流出圧力計２０が検知し、その流入液圧測定データ、流出液圧測定データおよび時刻データを情報蓄積部５０へ通知し、情報蓄積部５０は、受け取った情報を随時、蓄積データとして蓄積する（ステップ３０２、図２のステップ２０１〜２０３）。

次に、モデル構築部６０は、情報蓄積部５０から、調整機４０を操作して水圧を変化させた期間の蓄積データを受け取る（ステップ３０３）。

次に、モデル構築部６０は、受け取った蓄積データから、ポンプ２の流入口側で測定された流入水圧値とポンプ２の流出口側で測定された流出水圧値との間の、相関関係を確認する（ステップ３０４）。

ここでは、情報蓄積部５０から入手した２点の一定時間の時系列データから、モデル構築部６０は、２点間の相関関係として、Ｂ＝ｆ（Ａ）のような近似式を生成する。近似式の生成方法としては、例えば、線形回帰と呼ばれている方法や、ほかにも既に様々な方法が提案されているため、ここでは詳細について述べない。さらに、モデル構築部６０は、生成した近似式と、生成時に利用した時系列データとから、実際のデータを近似式がどの程度近似できているかどうかの指標であるフィット値を生成する。線形回帰として最小二乗法を用いて近似した場合、フィット値は最小二乗法における決定係数とすることができる。

次に、モデル構築部６０は、フィット値と予め定められた閾値を比較し、閾値以上であれば（ステップ３０５のＮ）、２点間の関係（近似式およびフィット値）をモデルとして記憶して処理を終了する（ステップ３０６）。また、フィット値が閾値以下の場合（ステップ３０５のＹ）、処理を終了する。

なお、以下では、記憶された２点間の関係をモデルと呼ぶ。

ここで、ポンプや電動機の分解点検によるカップリングでのミスアライメントを検出するためには、分解直前にモデルを構築することが望ましい。さらに、ミスアライメントを検出するためには、モデル構築と同じ状態（例えば、システム負荷が同じ状態）で運転されていることが望ましい。モデルはシステム負荷ごとに作成するなど、システムの状態ごとに複数作成し、システムの状態遷移に伴って切り替えて利用してもよい。

つぎに、図４を用いて、ミスアライメント検出部７０の動作を説明する。

なお、ミスアライメント検出部７０の動作のためには、予め、モデル構築部６０によってモデルが構築されている必要がある。さらに、情報蓄積部５０には、常に流入圧力計１０、流出圧力計２０からの流入液圧測定データ、流出液圧測定データが充分に蓄積データとして蓄積されているものとする。

まず、ミスアライメント検出部７０は、情報蓄積部５０から、ミスアライメントを検知したい、ある時刻ｔから過去一定時間分の蓄積データを取得する（ステップ４０１）。ここで、ある時刻ｔとは、現在時刻より若干の過去の時刻とする。仮に現在時刻の測定データが常に情報蓄積部５０に蓄積されている場合は、時刻ｔは現在時刻でも構わない。

次に、ミスアライメント検出部７０は、モデル構築部６０に記憶されているモデルを取得する（ステップ４０２）。

次に、ミスアライメント検出部７０は、モデルから、流入圧力と流出圧力との間の相関関係（近似式Ｂ＝ｆ（Ａ）およびフィット値）を取得する（ステップ４０３）。

次に、ミスアライメント検出部７０は、情報蓄積部５０から入手した蓄積データに含まれる流出圧力の値を近似式Ｂ＝ｆ（Ａ）へ代入し、結果である流入圧力の予測値を求める（ステップ４０４）。

次に、ミスアライメント検出部７０は、求められた流入圧力予測値と情報蓄積部５０から入手した流入圧力値との間の差異Ｒを算出する（ステップ４０５）。

次に、差異Ｒが予め定められた閾値を超えている場合（ステップ４０６のＹ）、ミスアライメント検出部７０は、近似式Ｂ＝ｆ（Ａ）の関係が成り立っていない状態と判断し、ポンプ２でミスアライメントが発生している可能性があると判断して、通知部８０へ通知する（ステップ４０７）。

次に、ステップ４０７で通知を行った後、および、差異Ｒが予め定められた閾値を超えていない場含（ステップ４０６Ｎ）、ミスアライメント検出部７０は、時刻ｔを一定時間△ｔ分だけ進めて、ステップ４０１からの処理を繰り返す。

ここで△ｔは、ミスアライメントを検知したい間隔から設定されるものであるが、流入圧力計１０、流出圧力計２０が情報蓄積部５０へ測定した結果（流入液圧測定データ、流出液圧測定データ）を通知する間隔よりも大きい必要がある。

なお、二点Ａ、Ｂ間の相関関係としては、Ｂ＝ｆ（Ａ）と、Ａ＝ｇ（Ｂ）という二つの関係性が存在する可能性がある。ここで、ｆとｇとは何らかの関数である。上記実施形態では、二点間の関係としては、Ｂ＝ｆ（Ａ）という片方向の関係性だけ説明してきたが、Ａ＝ｇ（Ｂ）という逆方向の関係性も同時に考慮しても良い。この場合、図３のステップ３０４において、相関関係を確認するときに、モデル構築部６０は、Ｂ＝ｆ（Ａ）だけでなく、Ａ＝ｇ（Ｂ）についても確認し、フィット値が閾値以上の関係をモデルとして記憶する。もし、両方のフィット値が閾値以上の場合は、モデル構築部６０は、よりフィット値が高い方をモデルとして記憶する。

このようにして得られた本実施形態のミスアライメント検知装置では、水圧を測定するために設置される既存の流入圧力計１０、流出圧力計２０の流入液圧測定データ、流出液圧測定データを利用して、カップリングでミスアライメントが発生したことを検知することが可能である。そのため、ミスアライメント検知に特化した専用のセンサを必要とすることなく、高感度にミスアライメントの発生を検知することができる。

また、本実施形態のミスアライメント検知装置では、ミスアライメント発生の初期段階で検知することができる。

さらに、ミスアライメント発生の初期段階で、運転を停止し、再度組み立てることで、ポンプ２内の部品がミスアライメントによって破損することを防ぐことができる。

なお、上述した実施形態では、液体が水であるものとして説明したが、液体の具体的態様は、カップリングでミスアライメントが生じうるものであれば如何なるものでもよい。また、実施例として、圧力センサの場合について言及したが、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で、他のセンサ（流量センサ等）を用いても良い。

１ ・・・ 配管
２ ・・・ ポンプ（液体収容部）
１０ ・・・ 流入圧力計
２０ ・・・ 流出圧力計
４０ ・・・ 調整機
５０ ・・・ 情報蓄積部
６０ ・・・ モデル構築部
７０ ・・・ ミスアライメント検出部
８０ ・・・ 通知部
１００ ・・・ マイクロコンピュータ

Claims (8)

1. 発電所内のポンプと電動機とを連結するカップリングでのミスアライメントの発生を検出するミスアライメント検知装置であって、
   前記ポンプへ流入する液体の液圧を測定して、流入液圧測定データを生成する流入圧力計と、
   前記ポンプから流出する液体の液圧を測定して、流出液圧測定データを生成する流出圧力計と、
   前記流入液圧測定データおよび前記流出液圧測定データを収集して蓄積データとして蓄積する情報蓄積部と、
   前記カップリングでミスアライメントが発生していない正常時の前記蓄積データから、前記流入液圧測定データと前記流出液圧測定データとの間の相関関係を抽出してモデルを構築するモデル構築部と、
   前記抽出された相関関係と、前記流入液圧測定データおよび前記流出液圧測定データとから、相関関係の崩れをミスアライメントの発生として検出し、検出結果を出力するミスアライメント検出部と、
   を備えることを特徴とするミスアライメント検知装置。
2. 前記ポンプ内の液体の液圧を変化させる調整機をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のミスアライメント検知装置。
3. 前記ミスアライメント検出部によってミスアライメントの発生が検出された場合に、その旨を通知する通知部をさらに備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のミスアライメント検知装置。
4. 前記モデル構築部は、前記流入液圧測定データと前記流出液圧測定データとの間の相関関係を示す近似式およびフィット値を生成し、前記近似式およびフィット値をモデルとして記憶することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のミスアライメント検知装置。
5. 前記モデル構築部は、生成された前記フィット値を予め定められた閾値と比較し、前記フィット値が予め定められた閾値以上である場合に、前記モデルを記憶することを特徴とする請求項４に記載のミスアライメント検知装置。
6. 前記ミスアライメント検出部は、前記流入液圧測定データおよび前記流出液圧測定データの一方を、前記近似式に代入することで、前記流入液圧測定データおよび前記流出液圧測定データの他方の予測値を算出し、前記予測値と予め定められた閾値とを比較することにより、前記相関関係の崩れを判断することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のミスアライメント検知装置。
7. 発電所内のポンプと電動機とを連結するカップリングでのミスアライメントの発生を検出するミスアライメント検知方法であって、
   前記ポンプへ流入する液体の液圧を測定して、流入液圧測定データを生成する流入圧力計と、前記ポンプから流出する液体の液圧を測定して、流出液圧測定データを生成する流出圧力計とを設け、
   前記流入液圧測定データおよび前記流出液圧測定データを収集して蓄積データとして情報蓄積部に蓄積し、
   前記カップリングでミスアライメントが発生していない正常時の前記蓄積データから、前記流入液圧測定データと前記流出液圧測定データとの間の相関関係を抽出してモデルを構築し、
   抽出された相関関係と、前記流入液圧測定データおよび前記流出液圧測定データとから、相関関係の崩れをキャビテーションの発生として検出し、検出結果を出力することを特徴とするミスアライメント検知方法。
8. コンピュータに、発電所内のポンプと電動機とを連結するカップリングでのミスアライメントの発生を検出させるミスアライメント検知プログラムであって、
   前記ポンプへ流入する液体の液圧を測定する流入圧力計と前記ポンプから流出する液体の液圧を測定する流出圧力計とから、それぞれ流入液圧測定データおよび流出液圧測定データを収集して蓄積データとして情報蓄積部に蓄積する処理と、
   前記カップリングでミスアライメントが発生していない正常時の前記蓄積データから、前記流入液圧測定データと前記流出液圧測定データとの間の相関関係を抽出してモデルを構築する処理と、
   抽出された相関関係と、前記流入液圧測定データおよび前記流出液圧測定された測定データとから、相関関係の崩れをミスアライメントの発生として検出し、検出結果を出力する処理と、
   を前記コンピュータに実行させることを特徴とするミスアライメント検知プログラム。

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