JP2021103117A - Condition determination system and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転機械の状態を判定する状態判定システム等の技術に関する。 The present invention relates to a technique such as a state determination system for determining the state of a rotating machine.
ポンプ等の回転機械は、容器内において回転軸に設置されたメカニカルシール等の部品を有する。メカニカルシールは、容器内の液体(例えば水や油等の流体)の漏れを防ぐための封止機構を構成する。メカニカルシールを持つ回転機械は、自動車、船舶、ロケット、プラント、住宅設備等、様々な分野で使用されている。メカニカルシールは、回転軸側に設置される回転リングと、容器側に設置される静止リングとを有し、回転リングと静止リングとの間に、摺動面(言い換えるとシール面)となる液体膜が形成される。回転機械の好適な運用・保守のためには、メカニカルシール等の部品の劣化度合いや異常等の状態を検出・判定できることが有効である。 A rotating machine such as a pump has parts such as a mechanical seal installed on a rotating shaft in a container. The mechanical seal constitutes a sealing mechanism for preventing leakage of a liquid (for example, a fluid such as water or oil) in the container. Rotating machines with mechanical seals are used in various fields such as automobiles, ships, rockets, plants, and housing equipment. The mechanical seal has a rotating ring installed on the rotating shaft side and a stationary ring installed on the container side, and a liquid serving as a sliding surface (in other words, a sealing surface) between the rotating ring and the stationary ring. A film is formed. For proper operation and maintenance of rotary machines, it is effective to be able to detect and determine the degree of deterioration and abnormalities of parts such as mechanical seals.
上記に係わる先行技術例として、特開平2−199374号公報(特許文献1)が挙げられる。特許文献1には、メカニカルシールの特性変化計測方法等として、摩擦係数fと摩擦特性関数Gを計測し、それらの関係を対応させたf−Gグラフ、いわゆるストライベック曲線から、メカニカルシールの特性変化を計測する旨の技術が記載されている。摩擦特性関数Gは、摺動面となる液体の粘度、回転数、および圧力等から計算される軸受特性数である。
As an example of the prior art related to the above, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-199374 (Patent Document 1) can be mentioned. In
従来のポンプ等の回転機械の保守の際には、その回転機械の種類や用途にもよるが、例えば作業者による定期的な保守点検の際に、故障等が無いかを確認し、使用年数等に応じて部品または回転機械の交換を行っている。この保守点検は、例えば回転機械の外観の状態の確認、異音の有無や液体漏れのチェック程度に留まっている。従来、保守時に回転機械の内部にあるメカニカルシール等の部品についての劣化度合い等の状態の判定は、難しいので行われていない。実際の状態が悪くない回転機械や部品であったとしても、新品に交換される場合があり、これはコスト等の観点では効率が良くない。 When maintaining a conventional rotating machine such as a pump, it depends on the type and application of the rotating machine, but for example, during regular maintenance and inspection by an operator, it is confirmed that there is no failure, etc., and the number of years of use. Parts or rotating machines are replaced according to the above. This maintenance and inspection is limited to, for example, checking the appearance of the rotating machine, checking for abnormal noise, and checking for liquid leakage. Conventionally, it is difficult to determine the state of deterioration of parts such as mechanical seals inside a rotating machine during maintenance, so it has not been performed. Even if the rotating machine or parts are not in bad condition, they may be replaced with new ones, which is not efficient from the viewpoint of cost and the like.
回転機械内の部品を確認したい場合、作業者が回転機械を分解して部品を取り出してチェックする方法がある。しかし、この方法では、回転機械を含む設備・システムの稼働停止時間が長くなり、保守作業の手間が大きくコストが高い。 If you want to check the parts inside the rotating machine, there is a method in which the operator disassembles the rotating machine, takes out the parts, and checks them. However, in this method, the operation stop time of the equipment / system including the rotating machine becomes long, the maintenance work is troublesome, and the cost is high.
他の方法としては、回転機械にセンサ、例えばトルクメータを内蔵しておき、そのセンサの出力値をチェックする方法もある。トルクメータは、摩擦係数を計算するためのトルクが計測できる。しかし、ポンプにトルクメータを設置する場合には回転軸に設置する必要があり、新たな設置が難しい場合が多い。この方法では、回転機械から摩擦係数のデータを計測・取得することは難しく、コスト等の観点から現実的ではない場合が多い。 Another method is to incorporate a sensor, for example, a torque meter, in the rotating machine and check the output value of the sensor. The torque meter can measure the torque for calculating the friction coefficient. However, when installing a torque meter on a pump, it is necessary to install it on a rotating shaft, and it is often difficult to newly install it. With this method, it is difficult to measure and acquire friction coefficient data from a rotating machine, and it is often not realistic from the viewpoint of cost and the like.
また、特許文献1の例のように、回転機械のメカニカルシールの状態を判定するために、摩擦係数またはストライベック曲線を計測・取得する方法がある。ストライベック曲線は、摩擦係数と軸受特性数との関係を表す線図である。ストライベック曲線は、メカニカルシールの摺動面の状態を良く反映するが、摩擦係数等のデータが必要である。しかし、ポンプ等の回転機械の稼働中に摩擦係数等のデータを計測・取得することは難しい場合が多い。その場合にはこの方法では状態判定ができない。
Further, as in the example of
また、従来技術例として、回転機械にAEセンサ(AE:アコースティック・エミッション)を設置し、AEセンサからのAE信号の電圧の実効値や突発型AE信号の発生数等を監視・計測し、その計測値を用いてメカニカルシール等の部品に関する正常、異常、劣化度合い、または異常予兆等の状態を判定する方式がある。この方式では、例えばAE信号実効値が一定の閾値を超える場合に異常等の状態と判定する。この方式は、リアルタイムでの状態判定および異常検知に基づいてアラート出力等が可能である。しかし、この方式は、高精度の検出が難しい場合があり、また、稼働をなるべく停止させない用途の回転機械を含む設備・システムには適していない場合がある。 In addition, as an example of conventional technology, an AE sensor (AE: acoustic emission) is installed in a rotating machine to monitor and measure the effective value of the voltage of the AE signal from the AE sensor, the number of sudden AE signals generated, and the like. There is a method of determining the state of normality, abnormality, deterioration degree, abnormality sign, etc. of a part such as a mechanical seal using the measured value. In this method, for example, when the effective value of the AE signal exceeds a certain threshold value, it is determined to be in an abnormal state or the like. This method can output alerts based on real-time status determination and abnormality detection. However, this method may be difficult to detect with high accuracy, and may not be suitable for equipment / systems including rotating machines for applications where the operation is not stopped as much as possible.
本発明の目的は、回転機械の状態判定技術に関して、状態を高精度に判定でき、回転機械の運用・保守を効率化できる技術を提供することである。 An object of the present invention is to provide a technique for determining a state of a rotating machine, which can determine the state with high accuracy and can improve the efficiency of operation and maintenance of the rotating machine.
本発明のうち代表的な実施の形態は、以下に示す構成を有する。一実施の形態の状態判定システムは、メカニカルシールを有する回転機械の状態を判定する状態判定装置を含む状態判定システムであって、前記状態判定装置は、前記回転機械に設置されているAEセンサからのAE信号の実効値と、前記メカニカルシールの軸受特性数または前記軸受特性数を計算するためのパラメータとを取得し、前記AE信号の実効値と前記軸受特性数との関係を表す線図を作成し、正常状態時の前記線図に対する判定対象の前記線図についての形状の変動を表す指標値を計算し、前記指標値に応じて前記メカニカルシールの状態に関する少なくとも正常または異常の状態を判定し、判定結果を出力する。 A typical embodiment of the present invention has the following configurations. The state determination system of one embodiment is a state determination system including a state determination device for determining the state of a rotating machine having a mechanical seal, and the state determination device is from an AE sensor installed in the rotating machine. The effective value of the AE signal and the number of bearing characteristics of the mechanical seal or the parameter for calculating the number of bearing characteristics are acquired, and a diagram showing the relationship between the effective value of the AE signal and the number of bearing characteristics is shown. It is created, an index value indicating a change in the shape of the diagram to be determined with respect to the diagram in a normal state is calculated, and at least a normal or abnormal state regarding the state of the mechanical seal is determined according to the index value. And output the judgment result.
本発明のうち代表的な実施の形態によれば、回転機械の状態判定技術に関して、異常等の状態を高精度に判定でき、回転機械の運用・保守を効率化できる。 According to a typical embodiment of the present invention, it is possible to determine a state such as an abnormality with high accuracy in a state determination technique for a rotating machine, and to improve the efficiency of operation and maintenance of the rotating machine.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、全図面において同一部には原則として同一符号を付し、繰り返しの説明は省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In principle, the same parts are designated by the same reference numerals in all drawings, and repeated description will be omitted.
(実施の形態1)
図1〜図12を用いて、本発明の実施の形態1の状態判定システムおよび方法について説明する。図1等に示す実施の形態1の状態判定システムは、メカニカルシール4を含む回転機械1の状態を判定するシステムであり、ユーザU1による回転機械1の保守作業を支援するシステムである。実施の形態1の状態判定方法は、実施の形態1の状態判定システムにおける状態判定装置10によって実行されるステップを有する方法である。実施の形態1の状態判定システムおよび方法は、回転機械1の保守等の作業を行う作業者であるユーザU1による操作に基づいて実行される処理やステップを含む。ユーザU1は、回転機械1について定期的な保守点検作業(後述の図4)を行う。回転機械1は、保守以外の時である通常時には自動的に稼働状態に制御される。
(Embodiment 1)
The state determination system and method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 12. The state determination system of the first embodiment shown in FIG. 1 and the like is a system for determining the state of the
図1の実施の形態1の状態判定システムでは、状態判定装置10は、ユーザU1による回転機械1の保守作業の際に、メカニカルシール4に関する回転数Rを上昇させる時または下降させる時の少なくとも一方の期間に、AE信号と、軸受特性数(G)を計算可能なパラメータとを含むデータを取得する。状態判定装置10は、取得したデータに基づいて、AE信号実効値(A)と軸受特性数(G)との関係を表すA−G線図を作成する。状態判定装置10は、作成した判定対象線図と、正常時の線図との比較に基づいて、線図の形状の変動ないし差分を、設定された閾値等の条件に基づいて判断する。これにより、状態判定装置10は、メカニカルシール4の摺動面の状態として、正常、異常、劣化度合い、異常予兆等の状態を判定する。また、状態判定装置10は、その判定結果の状態から、さらに、そのメカニカルシール4またはそれを含む回転機械1についての交換の要否を判定する。状態判定装置10は、判定結果をユーザU1に対し出力する。
In the state determination system of the first embodiment of FIG. 1, the
保守作業の際には、一時的に回転機械の稼働終了や稼働再開の動作が必要となるが、実施の形態1の状態判定システムは、保守作業に伴う回転数Rの下降または上昇の動作を利用して、その際のデータを計測および取得して状態判定を行う。これにより、保守作業に伴う設備停止時に効率的な状態判定が可能である。また、判定結果の状態に応じて、回転機械1または部品の交換ができ、設備・システムの停止時間を低減して、稼働率を高めることができる。また、効率的な状態判定によって、保守作業の時間や手間やコストが低減できる。
At the time of maintenance work, it is necessary to temporarily end or restart the operation of the rotating machine, but the state determination system of the first embodiment performs an operation of lowering or increasing the rotation speed R accompanying the maintenance work. By using it, the data at that time is measured and acquired to judge the state. This makes it possible to efficiently determine the state when the equipment is stopped due to maintenance work. Further, depending on the state of the determination result, the rotating
[状態判定システム]
図1は、実施の形態1の状態判定システムの全体の構成を示す。この状態監視システムは、大別して、回転機械1、信号検出回路70、状態判定装置10等を有し、それらが電気的な回路や通信を介して接続されている。回転機械1は、制御装置30、回転動力源31、容器2、回転軸3、メカニカルシール4等を備える。信号検出回路70は、プリアンプ71、信号処理回路72、オシロスコープ73等を含む。ユーザU1は、状態判定装置10を操作し、回転機械1に関する保守作業等を行う作業者である。なお、状態判定装置10は、回転機械1に対し、信号検出回路70を介して、離れた位置に配置可能である。
[Status judgment system]
FIG. 1 shows the overall configuration of the state determination system of the first embodiment. This condition monitoring system is roughly classified into a
なお、説明上、方向として、図示するX,Y,Z,C方向を用いる場合がある。Z方向は、回転機械1の回転軸3の延在する方向である。X方向およびY方向は、回転軸3の方向に対する垂直な面を構成する2つの方向であり、言い換えると径方向である。X方向は、AEセンサ5が設置される径方向に対応する。また、C方向は、回転方向や周方向である。容器2やメカニカルシール4等は、概略的には回転軸3に対する軸対称形状を有し、図1では円柱形状あるいは円板形状や円環形状として模式的に示している。
For the sake of explanation, the X, Y, Z, and C directions shown in the figure may be used as the direction. The Z direction is the extending direction of the
容器2は、内部に液体が充填されている。容器2の外部に出る回転軸3には、回転動力源31が接続されている。回転動力源31には、制御装置30が接続されている。制御装置30は、ポンプコントローラであり、回転軸3を含む回転機械1の稼働や停止を制御する。制御装置30は、例えば、回転動力源31に駆動制御信号を与えることで、回転軸3の回転数R(対応する速度V)等を制御する。回転動力源31は、駆動制御信号に従って、回転軸3をC方向に回転数Rで回転させる。
The
メカニカルシール4は、容器2側に固定されている静止リング41と、回転軸3側に固定されている回転リング42とを有する。回転軸3の回転に伴い、静止リング41に対し回転リング42が回転する。
The
容器2の一部、例えば外壁の側面の一箇所には、AEセンサ5がAEセンサユニット50の態様で固定されている。AEセンサ5は、回転機械1の稼働時に、主にメカニカルシール4を音源として発生するAE波53を検出し、AE信号52として出力する。本例では、容器2の外壁の側面が曲面となっており、この曲面にAEセンサ5の平坦な受波面を好適に適合させるために、治具を含むAEセンサユニット50を用いている。この治具は、容器2の曲面と、AEセンサ5の平坦な受波面との間をつなぐ。治具の一方面は、容器2の曲面に、接着剤等のカプラントを介在するように固定されている。AEセンサ5は、出力端子からのケーブルを通じてAE信号52を出力する。
An
信号検出回路70は、AE信号の取得や処理のための構成要素である。AEセンサ5からのケーブルは、プリアンプ71と接続されている。プリアンプ71で増幅されたAE信号は、ケーブルを通じて信号処理回路72に入力される。信号処理回路72では、フィルタ処理やさらなる増幅が行われる。信号処理回路72から出力されるAE信号は、ケーブルを通じてオシロスコープ73に入力される。オシロスコープ73では、AE信号のアナログ・デジタル変換後、AE信号の波形のモニタ表示や記録が行われる。オシロスコープ73から出力されるAE信号データ54は、状態判定装置10の接続インタフェース部103に入力される。なお、AE信号52に関する通信は、有線通信に限らず、無線通信としてもよい。
The
状態判定装置10は、回転機械1の状態を判定する機能を有する装置である。状態判定装置10は、例えばPCやサーバ等のコンピュータ、あるいは電子回路基板等で構成できる。状態判定装置10は、プロセッサ101、メモリ102、接続インタフェース部103、入力装置104、表示装置105、スピーカ106、およびランプ107等を備え、これらはバス等を介して相互に接続されている。プロセッサ101は、CPU、ROM、RAM等で構成され、状態判定機能のコントローラを構成する。プロセッサ101は、制御用のプログラム111に従った処理を実行することで、各機能を実現する。
The
メモリ102は、不揮発性記憶装置等で構成され、プロセッサ101等が扱う各種のデータや情報を記憶する。メモリ102には、設定情報121、後述のAE信号データ、線図データ等が格納される。設定情報121は、機能に係わるシステム設定情報やユーザ設定情報を含む。接続インタフェース部103は、入力装置104等や図示しない通信インタフェース装置等を接続するインタフェース部分である。入力装置104は、ユーザU1の入力操作を受け付ける操作パネルやボタンやキーボード等の装置である。表示装置105は、ユーザU1に対し表示画面で情報や画像を表示する装置である。スピーカ106は、ガイドやアラーム等の音声を出力する音声出力装置である。ランプ107は、ガイドやアラーム等に応じた発光を行う装置である。
The
なお、制御装置30に状態判定装置10の機能が併合して実装されてもよい。状態判定装置10に信号検出回路70の機能が併合して実装されてもよい。状態判定装置10が複数の装置に分かれて構成されてもよい。状態判定装置10に他の計算機やストレージ装置や通信装置等が接続されてもよい。
The function of the
状態判定装置10は、制御のために通信55で回転機械1の制御装置30と接続されてもよい。図1のシステム構成例では、ポンプコントローラである制御装置30と状態判定装置10とが通信55で接続されている。例えば、状態判定装置10は、回転機械1から必要な回転数R等の情報を取得する場合に、要求を制御装置30に送信し、制御装置30は、その要求に従って回転数R等の情報を状態判定装置10に送信してもよい。制御装置30は、駆動制御に係わる回転数R等の情報を持っており、外部出力可能である。状態判定装置10は、制御装置30から、回転数R等の各種のパラメータ等のデータ56を、通信55で取得できる。パラメータの詳細については後述するが、回転軸3の回転数R(または速度V)、回転軸3に対する荷重P、および容器2内の液体の温度Tを含む。
The
また、データ56は、制御装置30による回転機械1の起動や停止等に係わる指示や制御信号を含んでもよい。また、状態判定装置10は、回転機械1の回転数Rに係わる動作制御を行う場合に、制御情報を制御装置30に送信し、制御装置30は、その制御情報に従って回転機械1の回転数R等を制御してもよい。
Further, the
他の実施の形態では、制御装置30と状態判定装置10とが通信55で接続されなくてもよい。その場合、保守時に、ユーザU1が、制御装置30に、稼働終了や稼働再開の操作を行い、それとタイミングを合わせて、状態判定装置10に、状態判定の実行の指示等の操作を行えばよい。状態判定装置10は、そのような保守時の状態判定の操作のためのグラフィカル・ユーザ・インタフェース(GUI)等をユーザU1に提供する。
In another embodiment, the
[回転機械およびAEセンサ]
図2は、回転機械1の構成例における容器2の回転軸3での断面(X−Z面に対応する)の模式図を示す。この回転機械1は、容器2内に1段のメカニカルシール4を持つ。容器2は、主な材料として例えばステンレスで構成されている。容器2の断面は、固体部21と液体部22とを有する。液体部22には液体(例えば水または油)が充填されている。液体部22は、メカニカルシール4で区分される部分として、下側の液体部22Aと上側の液体部22Bとを有する。液体部22Aおよび液体部22Bは、それぞれ液体による圧力を持つ。
[Rotating machine and AE sensor]
FIG. 2 shows a schematic view of a cross section (corresponding to the XX plane) of the
容器2は、外壁の側面の一部に、液体部22Aに通じている流入口201を有し、側面の他の一部に、液体部22Bに通じている流出口202を有する。また、容器2は、減圧装置200を備える場合がある。減圧装置200による減圧機構は、例えば細いチューブやオリフィスを用いて、圧損により減圧を行う機構である。減圧装置200は、回転機械1の制御装置30からの制御に従って、液体部22Aの圧力を減圧によって調整する。減圧装置200は、液体部22Aに通じる位置に設けられている。外壁の側面の他の一部には、減圧装置200に通じる流出口203を有する。容器2の下部の回転軸3の付近には、液体部22Aに通じる流出口204を有する。
The
図2では、容器2に対するAEセンサ5の設置例も示す。実施の形態1では、容器2の外壁の側面においてZ方向での位置Z1に1個のAEセンサ5が設置されている。AEセンサ5は、受波板、圧電素子、ダンパー等で構成される。圧電素子は、受波板まで伝播するAE波53を、圧電効果によって電気信号に変換する。位置Z1は、メカニカルシール4の高さ位置に概略的に近い位置である。位置Z1は、静止リング41から容器2の固体部21を介して、AE波53の伝搬経路がなるべく短くなる位置として選択されている。また、容器2の外壁の側面は、図1のように例えば概略円柱状の曲面となっている。本例では、この曲面におけるC方向の一箇所にAEセンサ5が設置されている。本例では、この曲面に対しAEセンサ5を好適に取り付けるための治具51を含むAEセンサユニット50を用いている。このAEセンサユニット50の治具51は、容器2の外壁の曲面に対し、音響伝達媒質としてのカプラントを介在して固定されている。カプラントの材質は、グリス、ワックス、または接着剤等である。AEセンサユニット50は、防水性のシールドケース内にAEセンサ5等を収容している。AEセンサ5はシールドケース内のばねによって治具51側の面に押さえつけられている。AEセンサ5の出力端子にはケーブルが接続される。このような構成によって、AEセンサ5は、メカニカルシール4からのAE波53を感度良く検出する。
FIG. 2 also shows an installation example of the
回転機械1の稼働に伴い、メカニカルシール4の摺動面から音波としてAE波53が発生する。AE波53の伝搬経路は例えば以下の通りである。AE波53は、静止リング41から容器2の固体部21を直接波として伝搬して外壁の各面に至る。AE波53は、例えば位置Z1で、AEセンサユニット50のカプラントおよび治具を伝搬してAEセンサ5の受波面に至る。AEセンサ5は、そのAE波を検出してAE信号52として出力する。メカニカルシール4からAEセンサ5への伝搬経路は、例えば、なるべく伝搬距離が短く、空気を介在せず、伝搬損失が低くなるように選択される。上記設置例によって、このAEセンサ5は高い感度でAE波53を検出できる。なお、AEセンサ5の態様は、上記例に限らず可能であり、例えば容器2のZ方向の上側の平面等にAEセンサ5が設置されてもよい。また、容器2の液体部22を介在する伝搬経路に対応した位置にAEセンサ5が設置されてもよい。
With the operation of the
[メカニカルシール]
図3は、メカニカルシール4の構成概要を示す。回転軸3に対し、Z方向の一箇所に、回転リング42が固定されている。回転リング42の上側には、容器2側に固定された静止リング41が配置されている。本例のメカニカルシール4は、構成材料としては、静止リング41がカーボンで構成され、回転リング42がシリコンカーバイド(SiC)で構成されている。この材料の組み合わせは一般によく使用されている。なお、メカニカルシール4の材料の組み合わせは、この例に限らず適用可能である。
[mechanical seal]
FIG. 3 shows an outline of the configuration of the
回転軸3は、C方向で、回転数R、速度Vで回転する。回転軸3の回転に伴って一体的に回転リング42が回転し、それに対し静止リング41は回転せずに静止している。この際、静止リング41の下面(摺動面s1)と回転リング42の上面(摺動面s2)との間は、近接して微小な厚さ(距離h)の隙間を持ち、液体膜43が形成されている。液体膜43の摺動面は、詳しくは、静止リング41側の摺動面s1と、回転リング42側の摺動面s2とを有する。回転軸3への荷重Pに基づいて、メカニカルシール4には荷重Fがかかる。このメカニカルシール4の液体膜43を介して、図2の2つの液体部22(22A,22B)の間が封止されている。メカニカルシール4の液体膜43における液体の粘性による摩擦が主な音源となって図2のAE波53を発生する。
The
図3の(B)は、メカニカルシール4の液体膜43(対応する摺動面)を水平面(X−Y面)で平面視した場合のリング形状を示す。摺動面のリング形状における、半径r、幅w、面積A1を示す。
FIG. 3B shows a ring shape when the liquid film 43 (corresponding sliding surface) of the
[保守作業(1)]
図4は、回転機械1であるポンプの稼働と保守作業に関する概略的なタイムチャートを示し、ユーザU1からみたワークフローに対応する。作業者であるユーザU1は、定期的な保守点検作業における1回の保守作業毎に、回転機械1の稼働終了、保守作業、および稼働再開、といった概略的に3つのステップを実行する。
[Maintenance work (1)]
FIG. 4 shows a schematic time chart regarding the operation and maintenance work of the pump which is the
図4の(A)は、実施の形態1でのタイムチャートである第1例を示す。このチャートは、横軸を時間、縦軸を回転機械1の回転数Rとして示す。期間401,402等は、通常の稼働状態を示す。それらの期間の間の期間である期間411,412等は、保守作業および稼働停止状態を示す。期間411等では、ユーザU1は、回転機械1が停止した状態で、保守点検作業を行う。例えば、期間411は、ある回転機械1についての第1回目の保守点検作業に対応し、期間412は、第2回目の保守点検作業に対応する。なお、期間401等を短縮して図示しているが、実際には保守の期間411等よりもずっと長い。連続的に稼働する期間401等の長さ、および定期的な保守のタイミングは、回転機械1の種類や用途に応じる。
FIG. 4A shows a first example of the time chart according to the first embodiment. In this chart, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the rotation speed R of the
期間421,422等は、期間401等の通常の稼働状態から期間411等の保守作業へ移行する際の稼働終了期間を示す。この期間421等では、制御装置30からの駆動制御によって例えば回転数Rが一定の割合で下降させられる。期間431,432等は、期間411等の保守作業から通常の稼働状態へ移行する際の稼働再開(言い換えると起動)期間を示す。この期間431等では、制御装置30からの制御によって例えば回転数Rが一定の割合で上昇させられる。本例では、期間401等の通常の稼働状態での回転数Rは、所定の回転数RAにされている。なお、保守の期間411と、その前の期間421およびその後の期間431とを合わせて、1つの保守期間と捉えることもできる。
The
この第1例のタイムチャートでは、各回の保守作業の際、状態判定装置10は、ユーザU1の操作に基づいて、二重丸印で示すように、保守前の稼働終了期間である期間421等で、保守前の自動的なチェック(第1判定とする)を実行する。この第1判定は必須とする。また、この第1例では、各回の保守作業の際、状態判定装置10は、ユーザU1の操作に基づいて、一重丸印で示すように、保守後の稼働再開期間である期間431等で、保守後の自動的なチェック(第2判定とする)を実行する。
In the time chart of this first example, at each maintenance work, the
状態判定装置10は、期間421等の稼働終了期間で、回転数R(または速度V)の下降を利用し、第1判定のため、回転機械1からAE信号および回転数R等のパラメータのデータを取得する。状態判定装置10は、それらのデータに基づいて作成したA−G線図の変動の判断から、メカニカルシール4の状態を判定する。第1判定の結果、例えば異常状態(または劣化度が大きい状態)、交換必要状態と判定された場合、ユーザU1は、期間411等で、この回転機械1を新しい回転機械に交換する。なお、メカニカルシール4のみの交換が可能な種類の回転機械1の場合、メカニカルシール4のみの交換としてもよい。また、第1判定の結果、例えば正常状態(または劣化度が小さい状態)、交換不要状態と判定された場合、ユーザU1は、期間411等で、この回転機械1を交換せずに、保守点検作業を行う。
The
その後、ユーザU1は、期間431等の稼働再開期間で、交換後の新しい回転機械または継続使用の回転機械1を起動させる。状態判定装置10は、この期間431等で、回転数R(または速度V)の上昇を利用し、第2判定のため、回転機械1からAE信号および回転数R等のパラメータのデータを取得する。状態判定装置10は、それらのデータに基づいて作成したA−G線図の変動の判断から、メカニカルシール4の状態を判定する。第2判定の結果、例えば正常状態、交換不要状態と判定された場合、ユーザU1は、そのまま稼働を継続させる。第2判定の結果、例えば異常状態、交換必要状態と判定された場合、ユーザU1は、図示しないが、追加的な保守作業期間で、その回転機械を新しい回転機械に交換する。その後、期間431等と同様に第2判定が可能である。
After that, the user U1 activates the new rotating machine after replacement or the
このように、実施の形態1の状態判定システムおよび方法では、各回の保守作業の際に、回転機械1を稼働終了させることに伴って第1判定が行われ、メカニカルシール4の劣化度合いに応じて交換要否が判定される。よって、効率的な運用・保守が可能である。また、仮に、交換直後の新しい回転機械に不具合が内在していた場合でも、起動時の第2判定によって、すぐに検出でき、さらに新しい回転機械への交換等の対処が可能である。
As described above, in the state determination system and method of the first embodiment, the first determination is performed when the
[保守作業(2)]
図4の(B)は、実施の形態1の変形例として、タイムチャートの第2例を示す。この変形例では、保守作業のために回転機械1の稼働を一時停止した期間である期間411等の内において、状態判定のための特有の制御期間440を設ける。この制御期間440において、状態判定装置10は、AE信号やパラメータ等のデータの取得のために、回転機械1の一時的な稼働(起動および終了)を制御する。この制御期間440は、回転数Rを一定的に上昇させる起動期間441と、回転数Rを維持する短い稼働期間442と、回転数Rを一定的に下降させる終了期間443とを有する。状態判定装置10は、この制御期間440において、起動期間441でのAE信号およびパラメータ等のデータ(第1データとする)と、終了期間443でのAE信号およびパラメータ等のデータ(第2データとする)との両方を取得する。なお、この構成例では、前述の稼働終了の期間421や稼働再開の期間431でのデータは取得されない。そして、状態判定装置10は、制御期間440で取得したデータを用いて状態判定を行う。特に、この状態判定は、上記第1データと第2データとの両方を合わせて作成したA−G線図を用いた判定である。
[Maintenance work (2)]
FIG. 4B shows a second example of the time chart as a modification of the first embodiment. In this modification, a
また、特に、この制御期間440で、状態判定装置10は、期間421のような通常の稼働終了時の回転数Rの下降や、期間431のような通常の稼働再開時の回転数Rの上昇とは異なるように、状態判定用に回転数Rや時間を制御するようにしてもよい。例えば、期間441での回転数Rの増加の傾きは、期間431での回転数Rの増加の傾きよりも緩やかとしている。また、期間443での回転数Rの減少の傾きは、期間421での回転数Rの減少の傾きよりも緩やかとしている。また、期間442で到達する回転数RBは、通常時の回転数RAよりも小さい値としている。勿論、制御期間440での回転数R等の制御を、期間421や期間431での回転数R等の制御と同じとしてもよい。
Further, in particular, in this
[信号検出回路]
図5は、信号検出回路70および状態判定装置10の主な機能ブロック構成例を示す。信号検出回路70は、AEセンサ5からのAE信号52を検出して好適なAE信号データに整える。状態判定装置10は、信号検出回路70を通じて取得したAE信号データを用いて線図を作成し、線図を用いて状態を判定し、判定結果に応じて出力制御を行う。
[Signal detection circuit]
FIG. 5 shows a main functional block configuration example of the
AEセンサ5から出力されるAE信号52は微小であるため、AEセンサ5から低ノイズケーブルで接続されたプリアンプ71でそのAE信号52を増幅する。信号処理回路72は、例えばバンドパスフィルタ(BPF)72Aとメインアンプ72Bを有し、1台の装置で構成できる。BPF72Aは、増幅後のAE信号に対し、所定の周波数帯域の成分を抽出するフィルタ処理を行う。メインアンプ72Bは、フィルタ処理後のAE信号をさらに増幅する。増幅後のAE信号は、オシロスコープ73に入力される。
Since the AE signal 52 output from the
オシロスコープ73は、例えば、アナログ・デジタル変換器(ADC)73A、表示器73B、および記憶部73Cを有する。なお、オシロスコープ73と信号処理回路72とが一体の装置で構成されてもよい。ADC73Aは、所定のサンプリング周波数によって、アナログ信号であるAE信号をデジタル信号に変換する。変換後のデジタル信号であるAE信号は、表示器73Bでモニタ表示されるとともに、記憶部73C(例えばハードディスクドライブやメモリカード)に生データ、ログデータとして記憶される。表示器73Bは、波形表示器であり、検出されたAE信号の波形の状態を表示する。ユーザU1は、操作に基づいて、記憶部73CからAE信号データを読み出して出力することもできる。
The
[状態判定装置]
状態判定装置10は、AE信号取得部81、パラメータ取得部82、信号演算部83、状態判定部84、出力制御部85、正常時データ記憶部86、条件設定部87、および保守時動作制御部88を有する。これらの機能ブロックは、図1のプロセッサ101によるソフトウェアプログラム処理あるいは専用の回路による処理等で実現できる。
[Status determination device]
The
AE信号取得部81は、信号検出回路70からのAE信号データ54を入力・取得し、AE信号の電圧の実効値(AE信号実効値:Aとする)のデータを得る。
The AE
パラメータ取得部82は、軸受特性数(G)を計算するために必要なパラメータのデータを、例えば制御装置30から通信55で取得する。例えば、パラメータ取得部82は、回転数R、荷重P、および温度T等を取得する。そして、パラメータ取得部82は、取得したパラメータを用いて軸受特性数(G)を計算する。
The
なお、パラメータの取得に関して、これに限らず、以下の変形例も可能である。状態判定装置10は、パラメータの取得に関するGUI画面を提供し、ユーザU1は、その画面でパラメータを手動で入力・設定する。状態判定装置10は、入力されたパラメータを用いて軸受特性数(G)を計算する。
The parameter acquisition is not limited to this, and the following modification examples are also possible. The
信号演算部83は、AE信号取得部81で取得されたAE信号のデータ501を入力して、AE信号実効値(A)に関する解析処理等を行う。また、信号演算部83は、パラメータ取得部82で計算された軸受特性数(G)のデータ502を入力する。なお、信号演算部83で軸受特性数(G)を計算してもよい。そして、信号演算部83は、AE信号実効値(A)と軸受特性数(G)との関係を表すA−G線図を作成する処理を行う。
The
状態判定部84は、第1判定部84Aと第2判定部84Bとを含む。状態判定部84は、信号演算部83で作成された判定対象線図の線図データG1と、正常時データ記憶部86に保持されている正常時線図の線図データG2とを入力する。状態判定部84は、それらの線図を比較し、設定されている判定条件に基づいて、回転機械1のメカニカルシール4の状態を判定する。
The
第1判定部84Aは、線図データG1の判定対象線図と、線図データG2の正常時線図とを比較し、線図の形状の変動ないし差分を判断する。第1判定部84Aは、正常時線図の曲線に対する判定対象線図の曲線の変動や差分の大きさを判断する。これにより、第1判定部84Aは、メカニカルシール4の劣化度、あるいは少なくとも正常または異常の2値の状態を判定する。劣化度は、3値以上の複数の値で規定される。第1判定部84Aは、第1判定結果としての第1状態511(正常または異常、あるいは劣化度)を出力および記憶する。さらに、第2判定部84Bは、第1状態511に基づいて、回転機械1またはメカニカルシール4についての交換要否を判定する。第2判定部84Bは、第2判定結果としての第2状態512(交換不要または交換必要)を出力および記憶する。
The first determination unit 84A compares the determination target diagram of the diagram data G1 with the normal time diagram of the diagram data G2, and determines the variation or difference in the shape of the diagram. The first determination unit 84A determines the magnitude of fluctuations and differences in the curve of the determination target diagram with respect to the curve of the normal time diagram. As a result, the first determination unit 84A determines the degree of deterioration of the
条件設定部87は、状態判定部84で用いる閾値等の条件を設定する。予め少なくとも1つの条件がデフォルト設定されている。条件は、線図の形状の変動の度合いに関する閾値を含み、変動量や変動率等で規定されてもよい。ユーザU1は、状態判定装置10が提供する後述の画面で、この条件を確認およびユーザ設定できる。状態判定部84は、条件設定部87で設定された閾値等を含む条件に従って、上記状態判定を行う。
The
正常時データ記憶部86は、信号演算部83で作成された線図データ、および状態判定部84での判定結果に基づいて、予め正常状態時の線図データを記憶しておく部分である。この正常時データは、少なくとも1回の計測時、例えば回転機械1の導入時における正常状態と判定された時の線図データである。また、状態判定装置10は、正常時線図データの登録や確認のための画面を提供し、ユーザU1の操作に従って、複数の線図データから選択された線図データを、正常時線図データとして登録してもよい。
The normal state
また、これに限らず、正常時データ記憶部86を含む状態判定装置10は、定期的な保守点検の場合における過去の各回の保守時の線図データおよび判定結果等を、ログデータとして記憶してもよい。また、状態判定装置10は、異常発生時の線図データおよび判定結果等を、ログデータとして記憶してもよい。例えば、状態判定装置10は、保守日時(≒計測日時)、対象回転機械1のID、作業者(ユーザU1)のID、等の情報と共に、計測したAE信号データ、作成した線図データ、および状態判定結果または出力制御内容、等の情報・データを関連付けて、状態判定装置10内の記憶部に格納する。状態判定装置10は、ユーザU1の操作に基づいて、それらのログデータ等に基づいて選択された情報を、表示画面にGUIと共に表示する。ユーザU1は、所望の時に、表示画面でそれらの情報を確認できる。
Further, not limited to this, the
実施の形態1では、判定対象線図に対する比較元を、予め設定された正常時線図データとするが、これに限らず可能である。変形例の方法では、ある回の保守時の判定時に、比較元を、前回の保守時に作成して保存しておいた線図データとしてもよい。この方法の場合、その方法に対応した別の閾値等の条件を設定しておいて、状態判定に用いればよい。 In the first embodiment, the comparison source with respect to the determination target diagram is the preset normal time diagram data, but the present invention is not limited to this. In the modified example method, the comparison source may be the diagram data created and saved at the time of the previous maintenance at the time of determination at the time of maintenance at a certain time. In the case of this method, conditions such as another threshold value corresponding to the method may be set and used for the state determination.
保守時動作制御部88は、必須の部分ではなく省略も可能である。保守時動作制御部88は、制御装置30との通信55に基づいて、保守時の特有の動作を制御する。具体的な動作制御例は以下の通りである。この動作制御は、図4の(A)または(B)の例のようなタイムチャートに対応させたものである。保守時動作制御部88は、ユーザU1の操作に基づいて、例えば保守の期間411に関して、制御装置30と通信する。保守時動作制御部88は、保守前の期間421に、回転機械1を稼働終了させるように指示を制御装置30に送信し、その期間421に、制御装置30から回転数R等のパラメータのデータを取得する。また、保守時動作制御部88は、保守後の期間431に、回転機械1を稼働再開させるように指示を制御装置30に送信し、その期間431に、制御装置30から回転数R等のパラメータのデータを取得する。このように、状態判定装置10が制御装置30と積極的に連携することで状態判定を効率的に行うことができる。保守時動作制御部88が無い形態の場合、ユーザU1は、状態判定装置10と制御装置30との両方を順に操作すればよい。
The maintenance
出力制御部85は、状態判定部84の判定結果の状態に応じて、出力制御を行う。この出力制御は、判定結果の状態の表示、アラート出力、モニタ表示、動作制御、等が挙げられる。出力制御部85は、判定結果の状態(第1状態511および第2状態512)を、図1の表示装置105の表示画面にGUIとともに表示する。出力制御部85は、例えば、状態511が「正常」であり、状態512が「交換不要」である場合、表示画面に「メカニカルシールは正常状態です。」、「今回、ポンプの交換は不要です。」といったメッセージを表示してもよい。出力制御部85は、例えば、状態511が「異常」等であり、状態512が「交換必要」である場合、表示画面に「メカニカルシールは異常状態です。」、「今回、ポンプの交換が必要です。」といったメッセージを表示してもよい。すなわち、出力制御部85は、GUIによって、ユーザU1に対し、保守作業に関する支援やガイドのための情報を出力する。
The
出力制御部85は、状態511が「異常」または劣化度が大きい場合、それに応じたアラートを出力する。アラート出力は、例えば、図1のスピーカ106からのアラート音声出力としてもよいし、ランプ107のアラート発光としてもよい。アラート出力は、表示装置105の表示画面でのアラート情報表示としてもよいし、通信インタフェースを通じた通知等としてもよい。アラート出力は、劣化度に応じた複数のレベルのアラートを設けてもよい。
When the
モニタ表示は、図1の表示装置105の表示画面に、判定対象線図、および正常時線図等を表示することが挙げられる。ユーザU1は、保守作業時に、上記モニタ表示等から、回転機械1のメカニカルシール4の状態を認識でき、状態に応じて交換等の対処が可能である。
As the monitor display, a determination target diagram, a normal time diagram, and the like may be displayed on the display screen of the
また、出力制御部85は、回転機械1の種類に応じて、および判定結果の状態に応じて、回転機械1の所定の動作制御を行ってもよい。この動作制御は、状態判定装置10と制御装置30との通信55を含む連携で行われる。動作制御の例は、回転機械1の稼働停止、回転の速度Vを低下させる制御、荷重Pを低下させる制御、減圧装置200(図2)による圧力制御、等が挙げられる。このような動作制御は、稼働停止等に問題が無い種類の回転機械1の場合に適用できる。
Further, the
[状態判定]
次に、状態判定の詳細について説明する。図5の状態判定部84は、例えば、正常時線図と判定対象線図との2つの線図における形状の変動を表す指標値を計算する。状態判定部84は、例えば、2つの線図間の変動量または変動率が、条件に設定されている閾値以上である場合、正常ではない状態、すなわち異常または異常予兆の状態と判定する。例えば、正常状態が値=0、異常状態が値=1、等と規定される。あるいは、状態判定部84は、2つの線図間の変動量または変動率に応じて、劣化度を算出してもよい。状態判定部84は、例えば、条件に含まれる所定の複数の閾値を用いて、変動量等がどの閾値範囲に入るかを判断することで、劣化度を算出してもよい。この場合、劣化度は、例えば3つ以上の値のいずれかの値をとる。例えば、変動量が、第1閾値未満の場合には、劣化度=レベル1、第1閾値以上で第2閾値未満の場合には、劣化度=レベル2、第2閾値以上の場合には、劣化度=レベル3、といったように判定してもよい。
[Status judgment]
Next, the details of the state determination will be described. The
[ストライベック曲線]
図6は、まず、メカニカルシールに関するストライベック曲線の一般的な例を示す。このストライベック曲線は、摩擦係数(f)を縦軸、軸受特性数(G)を横軸としてとったグラフである。摩擦係数fは、摺動面(前述の液体膜43)における摩擦係数であり、軸受特性数(G)に応じて変化する。図6の下側には、メカニカルシール4にも対応した摺動面のモデルを示す。このモデルは、第1固体(例えば静止リング41が対応する)と第2固体(例えば回転リング42が対応する)との間に潤滑材を有する。潤滑材は、前述の液体膜43に対応し、容器2内の流体で構成される。
[Strivec curve]
FIG. 6 first shows a general example of a Stribeck curve for a mechanical seal. This Strivec curve is a graph in which the friction coefficient (f) is taken as the vertical axis and the number of bearing characteristics (G) is taken as the horizontal axis. The friction coefficient f is a friction coefficient on the sliding surface (the
軸受特性数(G)は、潤滑材の粘度N、摺動面の速度V、摺動面に印加される荷重F(面圧)から成る。具体的には、G=(N×V)/F、と規定される。 The bearing characteristic number (G) consists of the viscosity N of the lubricant, the speed V of the sliding surface, and the load F (surface pressure) applied to the sliding surface. Specifically, it is defined as G = (N × V) / F.
ストライベック曲線のG値範囲は、大別して、流体潤滑領域601、混合潤滑領域602、境界潤滑領域603を有する。一般的なメカニカルシールは、流体潤滑領域601で摺動するように、条件が設定されている。流体潤滑領域601は、摺動面(s1,s2)が潤滑材で覆われ、摺動面(s1,s2)同士は接触しておらず、固体間の距離hは、表面粗さSよりも大きい。境界潤滑領域603は、摺動面の一部が接触している状態であり、距離hは0に近い。混合潤滑領域602は、流体潤滑領域601と境界潤滑領域603との間にある不安定な状態の領域であり、距離hは表面粗さSに近い。流体潤滑領域601と混合潤滑領域602の範囲604では、連続の力学が作用する。混合潤滑領域602と境界潤滑領域603の範囲605では、接触の力学が作用する。
The G value range of the Strivec curve is roughly divided into a
メカニカルシールの摺動面は、最初、流体潤滑領域601にあるが、摺動面の磨耗の進行に応じて摩擦係数fが低下し、混合潤滑領域602に移行する。さらに磨耗が進行すると、摩擦係数fが増加し、境界潤滑領域603に移行する。状態判定の例としては、概略的に、流体潤滑領域601は正常状態、または劣化度合いが小さい状態に対応し、混合潤滑領域602や境界潤滑領域603は異常状態、または劣化度合いが大きい状態に対応する。
The sliding surface of the mechanical seal is initially in the
[判定方式]
上記ストライベック曲線は、メカニカルシールの摺動面の状態を良く反映する。しかし、ストライベック曲線を用いて状態判定する場合、摩擦係数(f)のデータ・情報の取得が必要である。通常のポンプは、摩擦係数(f)のデータ・情報の取得が難しい場合がある。実施の形態1での回転機械1は、このような摩擦係数(f)のデータ・情報の取得が難しいポンプである。そこで、実施の形態1の状態判定システムは、回転機械1からの摩擦係数(f)のデータ・情報の取得が不要である判定方式を用いる。
[Judgment method]
The strikebeck curve well reflects the state of the sliding surface of the mechanical seal. However, when determining the state using the Strivec curve, it is necessary to acquire data and information on the friction coefficient (f). With a normal pump, it may be difficult to obtain data and information on the friction coefficient (f). The
また、AE信号を用いる従来の判定方式の場合、同一の摺動条件でメカニカルシールを摺動させた場合でも、AE信号実効値が経時的に徐々に変化してしまう場合がある。例えば、定期的な保守の際に計測したAE信号実効値が、前回の保守時に計測したAE信号実効値に対して変化している場合がある。このような場合、AE信号実効値と所定の閾値との比較による状態判定方式では、高精度の状態判定は難しい。そこで、実施の形態1の状態判定方法は、保守作業時における回転数Rの上昇または下降時にAE信号等のデータを取得し、AE信号実効値(A)と軸受特性数(G)との関係を表すA−G線図を用いて、その線図の変動から状態を判定する方法である。 Further, in the case of the conventional determination method using the AE signal, the effective value of the AE signal may gradually change with time even when the mechanical seal is slid under the same sliding conditions. For example, the AE signal effective value measured during periodic maintenance may change from the AE signal effective value measured during the previous maintenance. In such a case, it is difficult to determine the state with high accuracy by the state determination method by comparing the effective value of the AE signal with the predetermined threshold value. Therefore, in the state determination method of the first embodiment, data such as an AE signal is acquired when the rotation speed R rises or falls during maintenance work, and the relationship between the AE signal effective value (A) and the bearing characteristic number (G). This is a method of determining the state from the fluctuation of the diagram using the AG diagram representing.
[ストライベック曲線例]
図7の左側の(A)は、回転機械のメカニカルシールが正常状態の時のストライベック曲線の例を示す。このストライベック曲線は、縦軸に摩擦係数(f)、横軸に軸受特性数(G)をとった線図(f−G線図)である。G値およびf値はいずれも無次元量である。なお、G値の表記、例えば“1.E−10”は、1×10-10を表す。本例は、本発明者による実験用の回転機械を用いた計測として、荷重を2500Nとした場合で、起動時に回転数Rを0rpmから6000rpmまで上昇して、終了時に6000rpmから0rpmまで下降させながら、f値のデータを取得・計測する操作を1回として、それを3回繰り返した場合の線図を示す。図示のように、この線図では、各回で殆ど同じような形状の曲線がトレースされている。右側の(B)には、このf−G線図の形状の特性を表す曲線701を示す。
[Example of Strivec curve]
(A) on the left side of FIG. 7 shows an example of a strikebeck curve when the mechanical seal of the rotating machine is in a normal state. This Strivec curve is a diagram (f-G diagram) in which the vertical axis is the friction coefficient (f) and the horizontal axis is the number of bearing characteristics (G). Both the G value and the f value are dimensionless quantities. The notation of the G value, for example, "1.E-10" represents 1 × 10 -10. In this example, as a measurement using a rotating machine for experiments by the present inventor, when the load is 2500 N, the rotation speed R is increased from 0 rpm to 6000 rpm at the start and decreased from 6000 rpm to 0 rpm at the end. , The diagram shows the case where the operation of acquiring / measuring the f-number data is performed once and repeated three times. As shown, in this diagram, curves of almost the same shape are traced each time. The right side (B) shows a
図8は、続いて、回転機械のメカニカルシールが異常状態の時、言い換えると異常発生時のストライベック曲線の例を示す。本例は、実験用の回転機械を用いた計測として、荷重を2500Nとした場合で、上記と同様に回転数Rを上昇および下降する操作を1回行った場合の線図を示す。図8の(A)の線図中、および右側の(B)で、曲線801は、正常時の線図の形状を表す曲線である。
FIG. 8 subsequently shows an example of a strikebeck curve when the mechanical seal of the rotating machine is in an abnormal state, in other words, when an abnormality occurs. This example shows a diagram when the load is 2500 N and the operation of increasing and decreasing the rotation speed R is performed once in the same manner as described above as the measurement using the rotating machine for the experiment. In the diagram of FIG. 8A and in (B) on the right side, the
この線図では、点B1から開始して点B2までの曲線に関して、回転数Rの上昇時に、4000rpm付近の点B3を含む範囲801bでは、図示のように正常時の曲線801から外れている。この外れは、異常状態に対応する。また、点B2付近の点から点B4までの回転数Rの下降時の曲線では、正常時の曲線801の形状をトレースしていない。上記外れの現象について、言い換えると、異常時の曲線の形状は、正常時の曲線801の形状からの変動ないし差分が生じており、その変動がある程度以上に大きい場合は、異常状態に対応している。
In this diagram, with respect to the curve starting from the point B1 to the point B2, when the rotation speed R rises, the
図9は、同様に、正常時、1回目、2回目、3回目の各計測時のf−G線図(ストライベック曲線)を重ねて図示した例を示す。曲線900(丸点のプロット)は、正常時線図を示す。点C1から点C2までを含む曲線901(白抜き四角点のプロット)は、1回目の計測時における回転数Rの上昇時の線図であり、曲線901aは、曲線901に対応する正常時の曲線と推定される曲線を示す。曲線901は、曲線901aに対し、範囲901bでは、形状の変動がある。点C2付近の点から点C3までを含む曲線902(四角点のプロット)は、1回目の計測時における回転数Rの下降時の線図である。点C3付近の点から点C4までを含む曲線903(白抜き三角点のプロット)は、2回目の計測時における回転数Rの上昇時の線図である。点C4付近の点から点C5までを含む曲線904(三角点のプロット)は、2回目の計測時における回転数Rの下降時の線図である。このように、各回の曲線についても、正常時の曲線901aの形状に対し変動がある。
Similarly, FIG. 9 shows an example in which the fG diagram (Strivec curve) at the time of each of the first, second, and third measurements in the normal state is superimposed. Curve 900 (plot of round dots) shows a normal time diagram. The curve 901 (plot of white square points) including the points C1 to C2 is a diagram when the rotation speed R rises at the time of the first measurement, and the
上記のように、ストライベック曲線の変動から、摺動面の状態の推定や診断が可能である。しかし、前述のように、摩擦係数(f)の取得が難しい場合には、別の方式が必要となる。そこで、実施の形態1では、摩擦係数(f)の代わりに、AE信号実効値(A)を用いる。AE信号実効値(A)と摩擦係数(f)とは概略的に連動するパラメータである。実施の形態1の状態判定システムは、回転機械1からAE信号データを取得し、AE信号実効値(A)と軸受特性数(G)との関係を表すA−G線図を作成し、A−G線図の形状の変動から、摺動面の状態を判定する。
As described above, it is possible to estimate and diagnose the state of the sliding surface from the fluctuation of the Strivec curve. However, as described above, when it is difficult to obtain the friction coefficient (f), another method is required. Therefore, in the first embodiment, the AE signal effective value (A) is used instead of the friction coefficient (f). The AE signal effective value (A) and the friction coefficient (f) are parameters that are substantially linked. The state determination system of the first embodiment acquires AE signal data from the rotating
[軸受特性数の計算]
軸受特性数(G)の計算例については以下の通りである。状態判定装置10は、回転機械1の制御装置30から、以下のようなパラメータのデータを取得する。各パラメータを以下の記号で表す。
G:軸受特性数
R:回転軸3の回転数
V:摺動面の速度
N:摺動面の流体の粘度
F:摺動面に対する荷重
P:回転軸3に対する荷重
T:摺動面に関する温度
[Calculation of number of bearing characteristics]
The calculation example of the bearing characteristic number (G) is as follows. The
G: Number of bearing characteristics R: Number of rotations of rotating shaft 3 V: Speed of sliding surface N: Viscosity of fluid on sliding surface F: Load on sliding surface P: Load on rotating shaft 3 T: Temperature related to sliding surface
メカニカルシール4の摺動面に関する軸受特性数Gは、G=(N×V)/Fとして計算できる。よって、状態判定装置10は、粘度N、速度V(または回転数R)、および荷重Fのパラメータ値を取得または計算すればよい。状態判定装置10は、それらのパラメータ値が直接的に取得できない場合には、そのパラメータ値を計算可能である他のパラメータ値を取得すればよい。メカニカルシール4の摺動面の回転数は、回転軸3の回転数Rと同じである。
The bearing characteristic number G with respect to the sliding surface of the
(1)粘度Nについて: 粘度Nは、図3の摺動面を構成する液体膜43の液体の温度と相関する無次元量である。例えば、状態判定装置10は、粘度Nの代わりに温度Tを取得し、温度Tから粘度Nを算出してもよい。温度Tは、例えば図2の容器2内のメカニカルシール4付近の液体部22の流体の温度、またはその液体部22に通じている流路の流体の温度から計算できる。それらの温度は、液体部22または流路に設置される温度計によって測定できる。
(1) Viscosity N: Viscosity N is a dimensionless quantity that correlates with the temperature of the liquid in the
(2)速度Vについて: 速度Vは、回転軸3の回転数Rが取得できれば、その回転数Rとメカニカルシール4の設計値とを用いて計算できる。具体的には以下の通りである。図3の(B)のように、速度Vは、回転数Rと、メカニカルシール4の外周とから計算できる。平面視でリング形状のメカニカルシール4の摺動面(液体膜43)の外周までの半径rを用いて、外周は2πrである。よって、V=R×2πrとして計算できる。
(2) About speed V: If the rotation speed R of the
(3)荷重Fについて: 摺動面(液体膜43)に対する荷重Fは、回転軸3に対する荷重Pと、メカニカルシール4の設計値とを用いて計算できる。例えば、状態判定装置10は、荷重Fの代わりに荷重Pを取得し、荷重Pから荷重Fを算出してもよい。具体的には以下の通りである。図3の(B)のように、平面視でのリング形状の摺動面(液体膜43)の面積A1と、摺動面の幅w(外周と内周との差)とを用いる。面積A1は、A1=2πrwである。荷重Fは、F=P/A1で計算できる。よって、F=P/A1=P/(2πrw)として計算できる。
(3) Regarding the load F: The load F on the sliding surface (liquid film 43) can be calculated by using the load P on the
上記パラメータに基づいて、軸受特性数Gは、例えば以下の式のように計算できる。G=N×V/F=(N×R×2πr)×(2πrw)/P=4NRπ2r2w/P。 Based on the above parameters, the bearing characteristic number G can be calculated, for example, by the following equation. G = N × V / F = (N × R × 2πr) × (2πrw) / P = 4NRπ 2 r 2 w / P.
[A−G線図(1)]
図10は、実施の形態1で処理対象とし、図5の信号演算部83によって作成される、AE信号実効値(A)と軸受特性数(G)との関係を表すA−G線図の例を示す。図10の線図は、図7の正常時のストライベック曲線に対応する、正常時のA−G線図の例である。このA−G線図は、図7での計測条件と同様に、荷重を2500Nとし、回転数Rを0rpmから6000rpmまで上昇させて、6000rpmから0rpmまで下降させる操作を、3回繰り返して取得したデータに基づいて作成されている。破線で示す直線1001は、このデータの点群の分布・形状の特性を概略的に表す直線である。各回の計測値は、この直線1001に沿ったほぼ同じ形状として分布している。
[AG diagram (1)]
FIG. 10 is an AG diagram showing the relationship between the AE signal effective value (A) and the bearing characteristic number (G), which is the processing target in the first embodiment and is created by the
図11は、図8の異常時のストライベック曲線に対応する、異常状態時ないし異常発生時のA−G線図の例である。このA−G線図は、図8での計測条件と同様の操作を1回行って取得したデータに基づいて作成されている。点D1から点D2までの曲線1101(二重丸点のプロット)は、回転数Rの上昇時のデータに対応する。点D3から点D4までの曲線1102(黒塗り丸点のプロット)は、概略的には直線にみえ、回転数Rの下降時のデータに対応する。破線で示す直線1101aは、上昇時の曲線1101に対し、正常時の線図として推定される直線を示し、図10の線図(直線1001)と対応している。本例では、曲線1101は、回転数R=4000rpm付近の点D5を含む範囲1101bで、正常時の直線1101aから外れ、点D2まで、傾きが漸増している。曲線1101は、範囲1101bでは、二次曲線のような形状にみえる。また、下降時の曲線1102は、元の上昇時の曲線1101の形状をトレースせず、その形状とは異なっており、低い回転数Rの範囲1102bでは、上昇時および正常時の曲線に対し、AE信号実効値(A)が下がるように大きく変動している。
FIG. 11 is an example of an AG diagram at the time of an abnormal state or at the time of occurrence of an abnormality, which corresponds to the Stribeck curve at the time of the abnormality of FIG. This AG diagram is created based on the data acquired by performing the same operation as the measurement conditions in FIG. 8 once. The curve 1101 (plot of double circle points) from the point D1 to the point D2 corresponds to the data when the rotation speed R rises. The curve 1102 (plot of black circle points) from the point D3 to the point D4 looks substantially a straight line and corresponds to the data when the rotation speed R is lowered. The
すなわち、正常時のA−G線図(直線1101a)の形状に比べ、異常発生時のA−G線図(曲線1101)の形状は、一部の範囲1101bあるいは範囲1102bでの変動ないし差分が大きい。よって、状態判定装置10は、このようなA−G線図の形状の変動ないし差分を判断・検出することで、異常状態の発生として捉えることができる。
That is, compared to the shape of the AG diagram (
特に、状態判定装置10は、A−G線図における1つの計測時点の1点のデータのみをみて状態を判定するのではなく、A−G線図内の複数の時点(対応する時間)の複数の点のデータから、形状の変動を判断して、状態を判定する。形状の変動の判断は、例えば、正常時線図の直線の傾きに対する、判定対象線図の曲線の傾きの差分をみることが挙げられる。状態判定部84は、例えばG値範囲における処理上の区間毎に、そのような傾きを算出し、正常時線図の傾きに対する判定対象線図の傾きの変動量あるいは変動率等の指標値を計算する。状態判定部84は、この計算した指標値を、条件の閾値と比較し、閾値以上となる場合には、異常状態(あるいは対応する劣化度)と判定する。例えば、変動率の閾値が20%である条件で、上記傾きが20%以上に増加した場合、異常状態と判定できる。同様に、劣化度を判定する構成の場合では、例えば、上記傾きが10%変化した場合には劣化度=レベル1、20%変化した場合には劣化度=レベル2、30%変化した場合には劣化度=レベル3、といったように判定してもよい。
In particular, the
状態判定処理における形状の変動の判断は、上記傾きの判断に限らずに可能である。例えば、状態判定装置10は、A−G線図の部分的な形状が、直線から2次曲線に変化した場合等に、異常等と判定してもよい。すなわち、状態判定部84は、線図の形状を表す近似的な関数等を用いて、その関数等の種類が変化した場合に、異常等と判定してもよい。
The determination of the shape variation in the state determination process is not limited to the above-mentioned inclination determination. For example, the
[A−G線図(2)]
図12は、図4の例のような定期的な保守作業において各回の保守作業の際にデータ計測および状態判定を行う場合における、各回のA−G線図の変動例を、模式図として示す。図12の(A)は、1回目の保守における正常状態時のA−G線図の概略を示す。図12の(B)は、N回目の保守における異常状態時ないし異常発生時のA−G線図の概略を示す。なお、2回目からN−1回目までの各回の線図が同様にあるが、図示を省略する。計測条件は、所定の負荷Pおよび回転数Rの範囲(例えば0〜6000rpm)等である。なお、本例では、1回目の計測の状態を正常状態としている。
[AG diagram (2)]
FIG. 12 is a schematic diagram showing a variation example of the AG diagram each time when data measurement and state determination are performed at each maintenance work in the periodic maintenance work as in the example of FIG. .. FIG. 12A shows an outline of the AG diagram in the normal state in the first maintenance. FIG. 12B shows an outline of the AG diagram at the time of the abnormal state or the occurrence of the abnormality in the Nth maintenance. The diagram of each time from the second time to the N-1 time is the same, but the illustration is omitted. The measurement conditions are a predetermined load P, a range of rotation speed R (for example, 0 to 6000 rpm), and the like. In this example, the state of the first measurement is the normal state.
(A)で、破線で示す直線1201は、前述の回転数Rの下降時(期間421等)および上昇時(期間431)に取得したデータに基づいて作成されたA−G線図における点群の分布・形状の特性を概略的に表す直線である。各矢印は、回転数Rの上昇時、および下降時を示す。なお、ここでは、説明上、A−G線図の形状は直線1201となっているが、これに限らず、曲線等となる場合もある。区間Kは、状態判定処理の際に線図の形状の変動を判断するための処理上の1つの区間の例である。区間Kでの直線1201の傾きがg1である。
In (A), the
(B)で、実線で示す直線1202は、同様にN回目での操作時に取得したデータに基づいて作成されたA−G線図における形状を表す直線である。比較のために、1回目の直線1201も図示している。同じ区間Kでの直線1202の傾きがg2である。
In (B), the
図示のように、N回目の計測時では、A−G線図(直線1202)の形状が、1回目の正常時のA−G線図(直線1201)の形状に比べ、傾きが増加するように変動している。2〜N−1回目の各回で、直線の傾きは次第に増加している。この現象は、回転機械1の比較的長期的な稼働に応じてメカニカルシール4の消耗・劣化が進み、原理的に、図6のように、流体潤滑領域601から混合潤滑領域602に移行することに対応している。本発明者は、実験用の回転機械を用いてメカニカルシールに負荷をかけて、定期的な計測を行い、上記のようなA−G線図の比較を行った。本発明者は、このような結果から、メカニカルシールの正常/異常または劣化度の状態と、A−G線図の形状(例えば上記直線の傾き)との関係を確認した。本発明者は、このような洞察に基づいて、状態判定装置10の機能を設計した。すなわち、状態判定装置10は、正常時線図と判定対象線図との間で、形状の変動として、例えば上記直線の傾きの変化を判断して、状態を判定する。
As shown in the figure, at the Nth measurement, the shape of the AG diagram (straight line 1202) is tilted more than the shape of the AG diagram (straight line 1201) at the first normal time. It is fluctuating to. The slope of the straight line gradually increases in each of the 2nd to N-1th times. In this phenomenon, the
状態判定装置10の状態判定部84は、A−G線図の形状の変動の度合いを表す指標値として、2つの傾きの差分、言い換えると変動量、あるいは、2つの傾きの割合、言い換えると変動率、等を用いる。状態判定部84、特に第1判定部84Aは、区間毎に、正常時線図の傾きg1に対する判定対象線図の傾きg2の変動量または変動率を計算する。上記例では、変動量=(g2−g1)であり、変動率=(g2/g1)である。
The
条件として、例えば変動率の閾値が20%等と設定されている。第1判定部84Aは、計算した区間毎の変動率を、条件の閾値と比較し、変動率が閾値未満の場合には正常状態と判定し、変動率が閾値以上の場合には異常状態と判定する。特に第2判定部84Bは、異常状態である場合には交換必要状態であると判定する。なお、上記例では、A−G線図の全体の区間Kを用いたが、これに限らず、より短い区間として、A−G線図のG値範囲における複数の区間を用いて、区間毎に同様に判定が可能である。
As a condition, for example, the threshold value of the volatility is set to 20% or the like. The first determination unit 84A compares the calculated volatility for each section with the threshold value of the condition, determines that the volatility is less than the threshold value, determines that the volatility is normal, and if the volatility is greater than or equal to the threshold value, determines that the condition is abnormal. judge. In particular, the
[表示画面例]
図13は、状態判定装置10がユーザU1に対し提供する表示画面およびグラフィカル・ユーザ・インタフェース(GUI)等の例を示す。状態判定装置10は、図1の入力装置104を通じたユーザU1の操作に基づいて、表示装置105の画面に、このようなGUIを含む情報を表示する。図13の(A)の画面は、メカニカルシール状態判定用の条件を設定する機能に対応する画面例である。ユーザU1は、この画面で、状態判定に係わる条件の設定を確認および変更できる。ユーザU1は、この画面で、対象となる回転機械1の種類、例えばメカニカルシール4の種類や材質、AEセンサ5の設置位置等に応じて、異なる条件を、名前を付けて設定できる。(A)の画面は、項目として、条件設定名、条件1301、および注釈を有する。条件1301は、本例では、「線図の変動に関する閾値」としている。この条件1301における閾値は、正常時線図の形状に対する判定対象線図の形状の変動の大きさについての閾値であり、例えば前述の変動率[%]である。A−G線図がこの閾値以上で変動していた場合には異常状態と判定される。ユーザU1は、リストボックスやスライドバー等のGUI部品を操作して閾値を範囲内で上下に調整できる。ユーザU1は、注釈項目に、設定条件に関する注釈、例えばメカニカルシール4の種類やAEセンサ5の設置位置等の情報を記載できる。ユーザU1は、対象に応じて、複数の設定条件を設定して使い分けることもできる。複数の条件を使い分けることで、例えば感度や判定精度の調整等ができる。
[Display screen example]
FIG. 13 shows an example of a display screen, a graphical user interface (GUI), and the like provided by the
(B)の画面は、図4のような定期的な保守点検作業に係わる管理や支援のための画面例を示す。この画面は、項目として、保守名、保守日時、保守対象、保守作業者、状態判定結果、保守作業内容を有する。ユーザU1は、各項目で情報の内容の確認ができる。保守名項目は、例えば定期の各回の保守作業を識別する名称を示す。保守日時項目は、その回の保守作業の実行日時を示す。保守対象項目は、保守対象の回転機械1等の識別情報を示す。保守作業者は、保守作業を行ったユーザU1等の識別情報を示す。状態判定結果項目は、状態判定部84による判定結果の状態を示す。保守作業内容項目は、ユーザU1が任意に記載できる保守作業内容に関するテキストを示す。ユーザU1は、このような画面で、保守作業の記録や履歴確認等が可能である。
The screen (B) shows an example of a screen for management and support related to regular maintenance and inspection work as shown in FIG. This screen has maintenance name, maintenance date and time, maintenance target, maintenance worker, status determination result, and maintenance work content as items. The user U1 can confirm the content of the information in each item. The maintenance name item indicates, for example, a name that identifies each periodic maintenance work. The maintenance date / time item indicates the execution date / time of the maintenance work at that time. The maintenance target item indicates identification information of the
なお、ユーザU1は、図13の画面からメニュー等を操作することで、必要に応じて図5の出力制御部85によるモニタ表示等の画面にも遷移できる。図示しないが、モニタ表示の画面では、図10や図11の例のようなA−G線図を表示することができる。また、モニタ表示の画面では、図12の例のように、ログデータに基づいて、複数回分の複数のA−G線図を、比較できるように、並列で表示してもよいし、1つに重ねて表示してもよい。
By operating the menu or the like from the screen of FIG. 13, the user U1 can transition to the screen of the monitor display or the like by the
[効果等]
上記のように、実施の形態1の状態判定システムおよび方法によれば、摩擦係数(f)のデータを取得する必要無く、A−G線図を用いて、回転機械1のメカニカルシール4の劣化度合いや異常等の状態を、高精度に判定し、高感度に検出でき、メカニカルシール4の摺動状態を明確化できる。判定結果の状態に応じて、回転機械1や部品の交換要否を決定できる。このシステムおよび方法によれば、保守作業時の動作に伴って状態判定が可能であり、回転機械1の運用・保守を効率化でき、回転機械1の交換を含む運用・保守に係わるコストを低減でき、保守作業時間を低減できる。このシステムによれば、回転機械1の計画外停止の発生を防止でき、稼働停止時間を低減でき、設備・システムの稼働率を高めることができる。保守時の状態判定の結果、交換不要と判定された場合、新品への無用な交換およびそれに係わるコストが削減でき、交換必要と判定された場合、交換によって設備の性能や信頼性が高められる。このシステムによれば、回転機械の内部を分解して調べなくても、メカニカルシールの摺動面の状態を明確にできる。
[Effects, etc.]
As described above, according to the state determination system and method of the first embodiment, it is not necessary to acquire the data of the friction coefficient (f), and the
(実施の形態2)
図14〜図16を用いて、本発明の実施の形態2の状態判定システム等について説明する。実施の形態2は、実施の形態1の変形例であり、図1のシステム構成等の多くの部分は共通に適用できる。実施の形態2は、実施の形態1とは異なる構成点としては、軸受特性数(G)を用いたA−G線図ではなく、回転数Rを用いたA−R線図を作成する。実施の形態2は、AE信号を用いる点や、状態判定の際に線図の形状の変動を判断する点については、実施の形態1と同じである。
(Embodiment 2)
The state determination system and the like according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 14 to 16. The second embodiment is a modification of the first embodiment, and many parts such as the system configuration of FIG. 1 can be applied in common. In the second embodiment, as a configuration point different from the first embodiment, an AR diagram using the rotation speed R is created instead of an AG diagram using the bearing characteristic number (G). The second embodiment is the same as the first embodiment in that the AE signal is used and the change in the shape of the diagram is determined at the time of determining the state.
[状態判定装置]
図14は、実施の形態2における状態判定装置10の機能ブロック構成を示す。この構成は、図5の構成と概略的に同様であるが、異なる構成点として、パラメータ取得部82は、制御装置30から、回転数R(または速度V)の情報を入力・取得する。信号演算部83は、AE信号取得部81で取得したAE信号実効値(A)のデータ501と、パラメータ取得部82で取得した回転数Rの情報とを用いて、AE信号実効値(A)と回転数Rとの関係を表すA−R線図を作成する。状態判定部84は、正常時のA−R線図(G2)と、判定対象のA−R線図(G1)とを比較して、形状の変動を判断することで、回転機械1の状態を判定する。
[Status determination device]
FIG. 14 shows the functional block configuration of the
[f−R線図]
図15は、対比のため、摩擦係数fと回転数Rとの関係を表すf−R線図を示す。状態判定装置10がこの線図を作成する必要は無い。計測条件は、荷重2500Nで、回転数Rを0rpmと6000rpmとの間のR値範囲で上昇および下降させる操作とした。点E1から点E2までの点群による曲線1501(白抜き丸点のプロット)は、ある保守時における回転数Rの上昇時の計測データに基づいた曲線を示す。破線で示す曲線1501aは、正常状態時の線図を示す。曲線1501は、R上昇に応じて、曲線1501aに沿って摩擦係数fが低下している。曲線1501は、回転数R=3000rpm付近の点E3の範囲1501bでは、正常時の曲線1501aから外れるように形状が変動している。点E2付近から点E4までの曲線1502(黒塗り丸点のプロット)は、回転数Rの下降時の計測データに基づいた曲線を示す。曲線1502も、正常時の曲線1501aとは異なる形状となっている。上記形状の変動は、回転機械のメカニカルシールの異常状態と対応している。
[F-R diagram]
FIG. 15 shows an f-R diagram showing the relationship between the friction coefficient f and the rotation speed R for comparison. It is not necessary for the
[A−R線図]
図16は、図15に対応する、A−R線図の例を示す。実施の形態2における状態判定装置10は、図16のようなA−R線図を作成する。このA−R線図は、横軸を回転数R(単位は例えばrpm)、縦軸をAR信号実効値(A)として各計測時点のデータをプロットしたグラフである。点F1から点F2までの点群による曲線1601(白抜き丸点のプロット)は、ある保守時における回転数Rの上昇時の計測データに基づいた曲線を示す。破線で示す直線1601aは、正常状態時の線図を示す。曲線1601は、R上昇に応じて、直線1601aに沿ってAE信号実効値(A)が増加している。曲線1601は、回転数R=3000rpm付近の点F3を含む範囲1601bでは、正常時の直線1601aから外れるように形状が変動している。具体的には、この範囲1601bでは、正常時の直線1601aの傾きに対し、曲線1601の傾きが漸増している。点F2付近から点F4までの曲線1602(黒塗り丸点のプロット)は、回転数Rの下降時の計測データに基づいた曲線を示す。曲線1602も、正常時の直線1601aとは異なる形状となっている。
[AR diagram]
FIG. 16 shows an example of an AR diagram corresponding to FIG. The
上記のように、A−R線図の場合でも、実施の形態1のA−G線図の場合と同様に、異常発生時には、線図の形状の変動として現れる。実施の形態2での状態判定装置10は、このようなA−R線図の形状の変動に基づいて、実施の形態1と同様に、状態を判定することができる。なお、回転数Rの代わりにそれと相関する速度V等のパラメータを用いた線図も同様に適用可能である。
As described above, even in the case of the AR diagram, as in the case of the AG diagram of the first embodiment, when an abnormality occurs, it appears as a change in the shape of the diagram. The
以上、本発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。実施の形態では、メカニカルシールを持つ回転機械の例としてポンプの例を説明したが、他の回転機械にも同様に適用可能である。他の実施の形態では、状態判定装置は、回転機械を構成している、メカニカルシール以外の部品についての状態を判定してもよい。 Although the present invention has been specifically described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be variously modified without departing from the gist. In the embodiment, the example of the pump has been described as an example of a rotating machine having a mechanical seal, but the same applies to other rotating machines. In other embodiments, the state determination device may determine the state of the parts other than the mechanical seal that make up the rotating machine.
1…回転機械、2…容器、3…回転軸、4…メカニカルシール、5…AEセンサ、10…状態判定装置、41…静止リング、42…回転リング、50…AEセンサユニット、52…AE信号、70…信号検出回路。 1 ... Rotating machine, 2 ... Container, 3 ... Rotating shaft, 4 ... Mechanical seal, 5 ... AE sensor, 10 ... State determination device, 41 ... Static ring, 42 ... Rotating ring, 50 ... AE sensor unit, 52 ... AE signal , 70 ... Signal detection circuit.
Claims (11)
前記状態判定装置は、
前記回転機械に設置されているAEセンサからのAE信号の実効値と、前記メカニカルシールの軸受特性数または前記軸受特性数を計算するためのパラメータとを取得し、
前記AE信号の実効値と前記軸受特性数との関係を表す線図を作成し、
正常状態時の前記線図に対する判定対象の前記線図についての形状の変動を表す指標値を計算し、
前記指標値に応じて前記メカニカルシールの状態に関する少なくとも正常または異常の状態を判定し、判定結果を出力する、
状態判定システム。 A state determination system including a state determination device for determining the state of a rotating machine having a mechanical seal.
The state determination device is
The effective value of the AE signal from the AE sensor installed in the rotating machine and the number of bearing characteristics of the mechanical seal or the parameter for calculating the number of bearing characteristics are acquired.
A diagram showing the relationship between the effective value of the AE signal and the number of bearing characteristics was created.
An index value indicating a change in the shape of the diagram to be judged with respect to the diagram in a normal state is calculated.
At least a normal or abnormal state regarding the state of the mechanical seal is determined according to the index value, and the determination result is output.
Status judgment system.
前記状態判定装置は、
前記回転機械に設置されているAEセンサからのAE信号の実効値と、前記メカニカルシールの回転数または前記回転数を計算するためのパラメータとを取得し、
前記AE信号の実効値と前記回転数との関係を表す線図を作成し、
正常状態時の前記線図に対する判定対象の前記線図についての形状の変動を表す指標値を計算し、
前記指標値に応じて前記メカニカルシールの状態に関する少なくとも正常または異常の状態を判定し、判定結果を出力する、
状態判定システム。 A state determination system including a state determination device for determining the state of a rotating machine having a mechanical seal.
The state determination device is
The effective value of the AE signal from the AE sensor installed in the rotating machine and the rotation speed of the mechanical seal or the parameter for calculating the rotation speed are acquired.
A diagram showing the relationship between the effective value of the AE signal and the rotation speed is created.
An index value indicating a change in the shape of the diagram to be judged with respect to the diagram in a normal state is calculated.
At least a normal or abnormal state regarding the state of the mechanical seal is determined according to the index value, and the determination result is output.
Status judgment system.
前記状態判定装置は、
前記指標値に応じて、前記メカニカルシールの状態に関する第1状態として、前記正常または前記異常の状態、あるいは劣化度を判定し、前記第1状態の判定結果に基づいて、前記メカニカルシールまたは前記回転機械に関する交換要否を判定し、判定結果を出力する、
状態判定システム。 In the state determination system according to claim 1 or 2,
The state determination device is
The normal or abnormal state or the degree of deterioration is determined as the first state regarding the state of the mechanical seal according to the index value, and the mechanical seal or the rotation is determined based on the determination result of the first state. Judges the necessity of replacement of the machine and outputs the judgment result.
Status judgment system.
前記状態判定装置は、前記指標値として、前記正常時の前記線図の傾きに対する前記判定対象の前記線図の傾きの変動量または変動率を計算する、
状態判定システム。 In the state determination system according to claim 1 or 2,
The state determination device calculates, as the index value, the amount or rate of change in the inclination of the diagram to be determined with respect to the inclination of the diagram in the normal state.
Status judgment system.
前記状態判定装置は、保守作業の際の前記回転機械の稼働終了時における回転数の下降時と、前記回転機械の稼働再開時における回転数の上昇時との少なくとも一方の時に、前記AE信号および前記パラメータのデータを取得し、取得したデータを用いて前記線図を作成する、
状態判定システム。 In the state determination system according to claim 1 or 2,
The state determination device receives the AE signal and the AE signal when the rotation speed decreases at the end of the operation of the rotating machine during maintenance work and when the rotation speed increases when the operation of the rotating machine resumes. The data of the parameter is acquired, and the diagram is created using the acquired data.
Status judgment system.
前記状態判定装置は、保守作業の際の前記回転機械が稼働停止された保守期間内において、状態判定のために一時的に前記回転機械の回転数を制御し、前記制御における前記回転数の上昇時と下降時との少なくとも一方の時に、前記AE信号および前記パラメータのデータを取得し、取得したデータを用いて前記線図を作成する、
状態判定システム。 In the state determination system according to claim 1 or 2,
The state determination device temporarily controls the rotation speed of the rotating machine for the purpose of determining the state during the maintenance period in which the rotating machine is stopped during the maintenance work, and increases the rotation speed in the control. Data of the AE signal and the parameter are acquired at least at one time of time and descent, and the diagram is created using the acquired data.
Status judgment system.
前記状態判定装置は、前記線図を含む画面を前記ユーザに対し表示する、
状態判定システム。 In the state determination system according to claim 1 or 2,
The state determination device displays a screen including the diagram to the user.
Status judgment system.
前記状態判定装置は、前記状態の判定のための条件を構成する、前記指標値に関する閾値を含む画面を前記ユーザに対し表示し、前記画面に対する前記ユーザの操作に基づいて前記閾値を変更するように設定する、
状態判定システム。 In the state determination system according to claim 1 or 2,
The state determination device displays to the user a screen including a threshold value related to the index value, which constitutes a condition for determining the state, and changes the threshold value based on the user's operation on the screen. Set to
Status judgment system.
前記状態判定装置は、前記画面において、複数回の保守作業に応じて作成された、複数の線図を、並列または重ね合わせて表示する、
状態判定システム。 In the state determination system according to claim 7,
The state determination device displays a plurality of diagrams created in response to a plurality of maintenance operations in parallel or superposed on the screen.
Status judgment system.
前記状態判定装置が実行するステップとして、
前記回転機械に設置されているAEセンサからのAE信号の実効値と、前記メカニカルシールの軸受特性数または前記軸受特性数を計算するためのパラメータとを取得するステップと、
前記AE信号の実効値と前記軸受特性数との関係を表す線図を作成するステップと、
正常状態時の前記線図に対する判定対象の前記線図についての形状の変動を表す指標値を計算するステップと、
前記指標値に応じて前記メカニカルシールの状態に関する少なくとも正常または異常の状態を判定し、判定結果を出力するステップと、
を有する、状態判定方法。 A state determination method in a state determination system including a state determination device for determining the state of a rotating machine having a mechanical seal.
As a step executed by the state determination device,
A step of acquiring an effective value of an AE signal from an AE sensor installed in the rotating machine, a number of bearing characteristics of the mechanical seal, or a parameter for calculating the number of bearing characteristics.
A step of creating a diagram showing the relationship between the effective value of the AE signal and the number of bearing characteristics, and
A step of calculating an index value representing a change in the shape of the diagram to be determined with respect to the diagram in a normal state, and
A step of determining at least a normal or abnormal state regarding the state of the mechanical seal according to the index value and outputting the determination result.
A state determination method having.
前記状態判定装置が実行するステップとして、
前記回転機械に設置されているAEセンサからのAE信号の実効値と、前記メカニカルシールの回転数または前記回転数を計算するためのパラメータとを取得するステップと、
前記AE信号の実効値と前記回転数との関係を表す線図を作成するステップと、
正常状態時の前記線図に対する判定対象の前記線図についての形状の変動を表す指標値を計算するステップと、
前記指標値に応じて前記メカニカルシールの状態に関する少なくとも正常または異常の状態を判定し、判定結果を出力するステップと、
を有する、状態判定方法。 A state determination method in a state determination system including a state determination device for determining the state of a rotating machine having a mechanical seal.
As a step executed by the state determination device,
A step of acquiring an effective value of an AE signal from an AE sensor installed in the rotating machine, a rotation speed of the mechanical seal, or a parameter for calculating the rotation speed, and
A step of creating a diagram showing the relationship between the effective value of the AE signal and the rotation speed, and
A step of calculating an index value representing a change in the shape of the diagram to be determined with respect to the diagram in a normal state, and
A step of determining at least a normal or abnormal state regarding the state of the mechanical seal according to the index value and outputting the determination result.
A state determination method having.
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