JP3919738B2 - ポンプの診断方法、コンピュータプログラム、及び、ポンプを診断するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、ポンプの診断方法、コンピュータプログラム、及び、ポンプを診断するための装置に関する。

代表的な水力機械であるポンプは、既によく知られている（図１に、当該ポンプの概略構成を示す）。このポンプ２は、そのケーシング４内に設けられたインペラー６を回転させることにより、ポンプ内に吸い込まれた液体にエネルギーを与えるものである。この際に、ポンプを駆動させるためのモータが、前記インペラー６に回転力を与える。
ところで、ポンプ２の使用を継続すると、ポンプ内部においてポンプ性能の劣化が生ずることが知られている。ポンプ内部における当該性能劣化しては、例えば、ケーシング４、インペラー６、又は、これらの周辺部品の腐食、粗面化、汚れ等による内部摩擦の増加、インペラー６の変形による水力損失の増加、インペラー６とケーシング４との位置関係が変化することにより内部リークの増加等、が挙げられる。
当該性能劣化が生じた場合には、当該性能劣化を解消させるための方策、例えば、上記部品の交換や上記部品のメンテナンス（滑らかさを向上させるために、これらの部品にコーティングを施すこと等）等、を実行する必要がある。
したがって、当該方策を実行する時期を決定するために、上述したポンプ内部における性能劣化の度合いをより正確に把握することが要請される。
特許第３３８２２４０号公報 特開２００２−３７２４４０号公報

ポンプ内部における性能劣化の度合いを把握する方策として、前述したモータの電流値に着目した方法が知られている。かかる方法は、ポンプ内部における性能劣化が生じて、ポンプの仕事量が減ると、モータの電流値が低下することを利用している。
しかしながら、かかる方法は、ポンプ外部の機械的損失が無視できない状況において、正確性を欠くこととなる。例えば、ポンプとモータとの接合部に生じるミスアライメントや、ポンプ又はモータの軸受けに備えられたベアリングの摩耗等、により前記機械的損失が大きくなった場合には、モータの負荷が高くなるから、モータ内の制御により前記電流値が高くなる。したがって、かかる状況においては、ポンプ内部において性能劣化が生じているのに、モータの電流値があまり低下していない（むしろ、上昇している場合もあり得る）という現象が生じ得るため、ポンプ内部における性能劣化の度合いを正確に把握することが困難になる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ポンプ内部における性能劣化の度合いを正確に把握することを可能とするポンプの診断方法、コンピュータプログラム、及び、ポンプを診断するための装置を実現することにある。

主たる本発明は、ポンプ及び該ポンプを駆動するためのモータのうち少なくともどちらか一方の振動データを取得するステップと、取得された該振動データの乱れ度合いを求めるステップと、求められた該乱れ度合いに基づいて、ポンプ外部の機械的損失、による前記モータの電流値の変動分を求めるステップと、前記モータの電流値を取得するステップと、求められた前記モータの電流値の変動分と取得された前記モータの電流値に基づいて、ポンプ内部における性能劣化の度合いを判定するステップと、を有することを特徴とするポンプの診断方法である。

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。

本発明によれば、ポンプ内部における性能劣化の度合いを正確に把握することを可能とするポンプの診断方法、コンピュータプログラム、及び、ポンプを診断するための装置を実現することが可能となる。

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも次のことが明らかにされる。

ポンプ及び該ポンプを駆動するためのモータのうち少なくともどちらか一方の振動データを取得するステップと、取得された該振動データの乱れ度合いを求めるステップと、求められた該乱れ度合いに基づいて、ポンプ外部の機械的損失、による前記モータの電流値の変動分を求めるステップと、前記モータの電流値を取得するステップと、求められた前記モータの電流値の変動分と取得された前記モータの電流値に基づいて、ポンプ内部における性能劣化の度合いを判定するステップと、を有することを特徴とするポンプの診断方法。
かかるポンプの診断方法によれば、ポンプ内部における性能劣化の度合いを正確に把握することが可能となる。

また、前記モータの電流値の変動分は、該電流値の増加分であることとしてもよい。

また、前記振動データの前記乱れ度合いは、該振動データの特徴パラメータであることとしてもよい。また、前記振動データの前記乱れ度合いは、該振動データの周波数成分のうち、その周波数が前記ポンプの回転周波数の整数倍となる周波数成分、の大きさであることとしてもよい。
このようにすれば、簡易に乱れ度合いを指標化することができる。

また、前記振動データを取得するステップにおいては、三軸加速度センサにより、三軸成分の振動データを取得し、該三軸成分の振動データの中から、前記モータの電流値の増加分を求めるための振動データを選択するステップを有することとしてもよい。
かかる場合には、ポンプ外部の機械的損失に係る多種の発生状況に対応できる。

また、前記振動データを取得するステップにおいては、前記ポンプの振動データと前記モータの振動データの双方を取得することとしてもよい。
このようにすれば、機械的損失を生ぜしめている異常原因や発生個所等を切り分けられる。

また、前記モータの電流値の増加分を求めるステップには、前記振動データの乱れ度合いを求めるステップにおいて求められた前記乱れ度合いと、予め取得された基準振動データの乱れ度合いと、の比率を求めるステップと、求められた該比率と、前記基準振動データを取得する際に取得された前記モータの基準電流値と、に基づいて、前記増加分を求めるステップと、が含まれることとしてもよい。

また、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量が前記基準振動データを取得したときのポンプの基準吐出し量と異なる場合に、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量と前記基準吐出し量とに基づいて、取得された前記モータの電流値を補正するステップ、を有することとしてもよい。
このようにすれば、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量が前記基準振動データを取得したときのポンプの基準吐出し量と異なる場合においても、ポンプ内部における性能劣化の度合いを正確に把握することが可能となる。

また、前記モータの電流値を補正するステップには、ポンプの吐出し圧力と吸込み圧力とを取得するステップと、取得された前記吐出し圧力及び前記吸込み圧力に基づいて、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量を推定するステップと、が含まれることとしてもよい。
このようにすれば、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量が前記基準振動データを取得したときのポンプの基準吐出し量と異なる場合であって、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量が得られない場合においても、ポンプ内部における性能劣化の度合いを正確に把握することが可能となる。

また、前記電流値に代えて、電圧値又は電力値とすることとしてもよい。

また、ポンプ及び該ポンプを駆動するためのモータのうち少なくともどちらか一方の振動データを取得するステップと、取得された該振動データの乱れ度合いを求めるステップと、求められた該乱れ度合いに基づいて、ポンプ外部の機械的損失、による前記モータの電流値の変動分を求めるステップと、前記モータの電流値を取得するステップと、求められた前記モータの電流値の変動分と取得された前記モータの電流値に基づいて、ポンプ内部における性能劣化の度合いを判定するステップと、を有し、前記モータの電流値の変動分は、該電流値の増加分であり、前記振動データの前記乱れ度合いは、該振動データの特徴パラメータであり、前記振動データを取得するステップにおいては、三軸加速度センサにより、三軸成分の振動データを取得し、該三軸成分の振動データの中から、前記モータの電流値の増加分を求めるための振動データを選択するステップを有し、前記振動データを取得するステップにおいては、前記ポンプの振動データと前記モータの振動データの双方を取得し、前記モータの電流値の増加分を求めるステップには、前記振動データの乱れ度合いを求めるステップにおいて求められた前記乱れ度合いと、予め取得された基準振動データの乱れ度合いと、の比率を求めるステップと、求められた該比率と、前記基準振動データを取得する際に取得された前記モータの基準電流値と、に基づいて、前記増加分を求めるステップと、が含まれ、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量が前記基準振動データを取得したときのポンプの基準吐出し量と異なる場合に、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量と前記基準吐出し量とに基づいて、取得された前記モータの電流値を補正するステップ、を有し、前記モータの電流値を補正するステップには、ポンプの吐出し圧力と吸込み圧力とを取得するステップと、取得された前記吐出し圧力及び前記吸込み圧力に基づいて、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量を推定するステップと、が含まれることを特徴とするポンプの診断方法も実現可能である。

また、上述したポンプの診断方法を実現するためのコンピュータプログラムも実現可能である。
かかるコンピュータプログラムによれば、ポンプ内部における性能劣化の度合いを正確に把握することが可能となる。

また、ポンプ及び該ポンプを駆動するためのモータのうち少なくともどちらか一方の振動データを取得するためのセンサ、メイン計算機、及び、表示装置を備えた、ポンプを診断するための装置であって、上述したポンプの診断方法を実行することを特徴とするポンプを診断するための装置も実現可能である。
かかる装置によれば、ポンプ内部における性能劣化の度合いを正確に把握することが可能となる。

＝＝＝ポンプの診断方法に係る第一の実施形態＝＝＝
先ず、図２を用いて、ポンプの診断方法に係る第一の実施形態について説明する。図２は、ポンプの診断方法に係る第一の実施形態を示すフローチャートである。

本フローチャートは、ポンプ及び該ポンプを駆動するためのモータのうち少なくともどちらか一方の振動データを、センサにより取得することから始まる（ステップＳ２）。なお、本実施の形態においては、ポンプの振動データとモータの振動データの双方を取得することとする。また、振動データの取得は、ポンプとモータの各々に設けられた三軸加速度センサにより実施することとする。したがって、ステップＳ２において、６つの振動データ、すなわち、ポンプの三軸（Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸）成分の振動データと、モータの三軸（Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸）成分の振動データ、が得られることとなる。

取得された当該振動データの一例を、図３Ａ乃至図４Ｃに示す。図３ＡはポンプのＸ軸成分の振動データを、図３Ｂは、ポンプのＹ軸成分の振動データを、図３ＣはポンプのＺ軸成分の振動データを、図４ＡはモータのＸ軸成分の振動データを、図４Ｂは、モータのＹ軸成分の振動データを、図４ＣはモータのＺ軸成分の振動データを、それぞれ示している。

これらの振動データを考察すると、特にＹ軸成分の振動データ（図３Ｂ及び図４Ｂ）において、その乱れ度合いが大きくなっていることがわかる。上記において、ポンプとモータとの接合部に生じるミスアライメントの発生等に起因 してポンプ外部の機械的損失が大きくなった場合に、モータの電流値が増加することについて説明したが、かかる場合には、振動データの乱れ度合いも増加する。すなわち、図３Ａ乃至図４Ｃに示した振動データは、前記機械的損失が大きくなったときのデータである。なお、本例においては、Ｙ軸成分の振動データの乱れ度合いが大きくなっているが、どの軸成分の乱れ度合いが大きくなるかについては、ミスアライメントの状態（例えば、当該ミスアライメントが、角度ミスアライメントか平行ミスアライメントか）等に依存する。

次に、取得された振動データの乱れ度合いを求める（ステップＳ４）。すなわち、当該ステップにおいては、ステップＳ２で取得された６つの振動データの乱れ度合いを算出する。なお、本実施の形態においては、当該乱れ度合いとして、振動データの特徴パラメータを用いることととする。ここで、振動データの特徴パラメータとは、振動データの波形の特徴を表すパラメータであり、かかる特徴パラメータとしては、特開２００２−３７２４４０号公報において、記号（１）〜（１４）で示されているもの、を挙げることができる。

なお、以下においては、当該特徴パラメータのうち、前記公報において記号（３）で示されている尖度、を例にとって説明する。

尖度は、以下の数式で定義され、その値は、前記乱れ度合いが大きいほど小さくなる傾向、を示す。

６つの振動データの尖度Ｐが算出されたら、当該尖度Ｐの値に基づいて、これらの６つの振動データの中から、後述するポンプ外部の機械的損失、によるモータの電流値の増加分、を求めるための振動データを選択する（ステップＳ６）。より具体的には、当該ステップにおいて、６つの振動データの中から、乱れ度合いの最も大きいもの（尖度Ｐの最も小さいもの）を一つ選択する。

ここで、図５Ａ及び図５Ｂに着目する。図５Ａ及び図５Ｂは、ポンプを継続的に運転した際に振動データの尖度Ｐが変化する様子を示す図である。これらの図においては、経過時間（月数）を横軸に、尖度Ｐの大きさを縦軸にとっている。図５Ａは、ポンプの三軸成分振動データの尖度が変化する様子を、図５Ｂは、モータの三軸成分振動データの尖度が変化する様子を、それぞれ示している。

仮に、本実施の形態に係るポンプの診断方法を、経過時間１６月で、実施した場合には、ポンプのＹ軸成分の振動データが、６つの振動データのうち最も大きな乱れ度合い（最も小さな尖度Ｐ）を有する振動データとなる。かかる場合には、ポンプのＹ軸成分の振動データが、本ステップで選択される。

次に、ステップＳ６で選択された振動データの乱れ度合い（尖度Ｐ）に基づいて、ポンプ外部の機械的損失、によるモータの電流値の増加分ΔＦｍを求める（ステップＳ８、Ｓ１０）。上記において、ポンプとモータとの接合部に生じるミスアライメントの発生等に起因してポンプ外部の機械的損失が大きくなった場合に、モータの電流値が増加すると共に、振動データの乱れ度合いも増加する（振動データの尖度Ｐは減少する）ことについて説明したが、当該電流値の増加と当該乱れ度合いの増加（尖度Ｐの減少）との間には、一定の関係がある。ステップＳ１０及びＳ１２においては、当該関係を用いて、振動データの乱れ度合いからモータの電流値の増加分ΔＦｍを導き出す。

上記事項について、さらに詳しく説明する。先ず、ステップＳ６で選択された振動データの乱れ度合い（尖度Ｐ）と、予め取得された基準振動データの乱れ度合い（尖度Ｐｏ）との比率Ｒｐ＝Ｐ／Ｐｏ（以下、当該比率を減少比とも呼ぶ）を求める（ステップＳ８）。なお、ここでは、ステップＳ６においてポンプのＹ軸成分振動データが選択されたものとする。したがって、本ステップにおいては、ポンプのＹ軸成分振動データの尖度Ｐと、予め取得されたポンプのＹ軸成分基準振動データの尖度Ｐｏとの比率Ｒｐ＝Ｐ／Ｐｏが算出される。

ここで、基準振動データについて説明する。基準振動データは、前述した比率Ｒｐを算出するために用いられる振動データである。当該基準振動データは、前記機械的損失が微小であると予測される、新品ポンプの運転開始時やポンプのメンテナンス直後等に取得される。この際に、基準振動データの尖度Ｐｏも、前述した数式に則って算出される。
なお、基準振動データ取得の際には、併せて、モータの電流値も取得される。取得された当該電流値は、基準電流値として後述するステップＳ１０において用いられる。

次に、ステップＳ８において算出された比率Ｒｐと、前述した基準電流値Ｆｏとに基づいて、ポンプ外部の機械的損失、によるモータの電流値の増加分ΔＦｍを求める（ステップＳ１０）。

前述したとおり、前記機械的損失が大きくなることによるモータの電流値の増加と振動データの乱れ度合いの増加（尖度Ｐの減少）との間には、一定の関係がある。当該関係の一例を、図６に示す。図６は、尖度の減少比Ｒｐとモータの電流値の増加比Ｒｆとの関係を示した図（以下、当該図を、Ｒｐ−Ｒｆカーブとも呼ぶ）である。本図においては、尖度の減少比Ｒｐを横軸に、モータの電流値の増加比Ｒｆを縦軸にとっている。なお、モータの電流値の増加比Ｒｆは、関係式Ｒｆ＝（Ｆｏ＋ΔＦｍ）／Ｆｏ＝Ｆｍ／Ｆｏで表される。ここで、ΔＦｍは前記機械的損失によるモータの電流値の増加分、Ｆｏは基準電流値、Ｆｍは当該増加分と当該基準電流値の和である。

本ステップにおいては、先ず、Ｒｐ−Ｒｆカーブから、ステップＳ８において算出された減少比Ｒｐに対応するモータの電流値の増加比Ｒｆを求める。そして、モータの電流値の増加分ΔＦｍと、増加比Ｒｆ及び基準電流値Ｆｏとの間に、関係式ΔＦｍ＝Ｆｍ−Ｆｏ＝ＲｆＦｏ−Ｆｏ＝Ｆｏ（Ｒｆ−1）が成立することを利用して、Ｒｐ−Ｒｆカーブから得られた増加比Ｒｆと予め取得された基準電流値Ｆｏとから、モータの電流値の増加分ΔＦｍを求める。

上述した手順により求められたΔＦｍの一例を、図７に示す。図７は、ポンプを継続的に運転した際にモータの電流値の増加分ΔＦｍが変化する様子を示す図である。

なお、Ｒｐ−Ｒｆカーブは、事前に実験や生産現場でのデータ採取等を行うことにより、作成しておく。この際に、ポンプ等のタイプ毎にＲｐ−Ｒｆカーブが若干異なることを考慮して、当該タイプ毎に複数のＲｐ−Ｒｆカーブを準備しておくことが望ましい。例えば、ポンプとモータとの接合部がリジッドタイプである場合に対応したＲｐ−Ｒｆカーブと、フレキシブルタイプである場合に対応したＲｐ−Ｒｆカーブとを準備し、ポンプとモータとの接合部がリジッドタイプである場合には前者のＲｐ−Ｒｆカーブを適用し、フレキシブルタイプである場合には後者のＲｐ−Ｒｆカーブを適用することが望ましい。

次に、モータの電流値Ｆａを、パワーメータにより取得し（ステップＳ１２）、取得された当該電流値Ｆａと、前述したモータの電流値の増加分ΔＦｍとに基づいて、ポンプ内部における性能劣化の度合いを判定する（ステップＳ１４）。ここでは、取得された電流値Ｆａと求められた電流値の増加分ΔＦｍとの偏差Ｇ＝Ｆａ−ΔＦｍを求め、当該偏差Ｇに基づいて前記性能劣化の度合いを判定する。

発明が解決しようとする課題の項で述べたとおり、ポンプ内部における性能劣化の度合いを把握する方策として、モータの電流値に着目した方法が知られており、当該方法は、ポンプ内部における性能劣化が生じて、ポンプの仕事量が減ると、モータの電流値が低下することを利用している。しかしながら、かかる方法は、ポンプ外部の機械的損失が無視できない状況において、正確性を欠くこととなる。例えば、ポンプとモータとの接合部に生じたミスアライメント等により前記機械的損失が大きくなった場合には、モータの負荷が高くなるから、モータ内の制御により前記電流値が高くなる。したがって、かかる状況においては、ポンプ内部において性能劣化が生じているのに、モータの電流値があまり低下していない（むしろ、上昇している場合もあり得る）という現象が生じ得るため、ポンプ内部における性能劣化の度合いを正確に把握することが困難になる。

一方、本実施の形態に係るポンプの診断方法においては、パワーメータで取得された電流値Ｆａから直接的にポンプ内部における性能劣化を判定するのではなく、ステップＳ２からステップＳ１０までの手順により前記機械的損失によるモータの電流値の増加分ΔＦｍを求めた後に、ステップＳ１２で取得された電流値Ｆａから当該増加分ΔＦｍを減じた偏差Ｇに基づいて前記性能劣化を判定している（ステップＳ１４）。このようにすることにより、前記性能劣化の度合いを把握する際に障害となる前記機械的損失の増大によるモータの電流値の増加分ΔＦｍ、を前記電流値Ｆａから切り離した状態で、前記性能劣化の度合いを判定することができるから、ポンプ内部における性能劣化の度合いを正確に把握することが可能となる。

上記事項について、図８を用いて、さらに詳しく説明する。図８は、ポンプを継続的に運転した際に前述した電流値Ｆａ、電流値の増加分ΔＦｍ、及び、偏差Ｇが変化する様子を示す図である。以下、本図について考察する。先ず、電流値の増加分ΔＦｍに着目すると、経過時間１２月過ぎから前記機械的損失の増大が顕著になってきていることがわかる。また、偏差Ｇに着目すると、ほぼ同時期にポンプ内部における性能劣化も顕著になってきていることがわかる。しかしながら、かかる例においては、前記機械的損失の増大によるモータの電流値の増加分ΔＦｍがポンプ内部における性能劣化によるモータの電流値の減少分（すなわち、偏差Ｇ）を上回っているため、取得された電流値Ｆａ自体は微増するという現象が生じている。

電流値Ｆａ、電流値の増加分ΔＦｍ、及び、偏差Ｇが、このように変化する場合には、取得された電流値Ｆａから直接的にポンプ内部における性能劣化の度合いを判定しようとしても、当該性能劣化の度合いを正確に把握することは困難である。一方、本実施の形態に係るポンプの診断方法を用いれば、偏差Ｇに基づいてポンプ内部における性能劣化の度合いを判定することとなるから、当該性能劣化の度合いを正確に把握することが可能となる。

＝＝＝ポンプの診断方法に係る第二の実施形態＝＝＝
次に、図９を用いて、ポンプの診断方法に係る第二の実施形態について説明する。図９は、ポンプの診断方法に係る第二の実施形態を示すフローチャートである。

前述した第一の実施形態において、ポンプ内部における性能劣化の度合いを正確に把握することが可能なポンプの診断方法を示したが、当該第一の実施形態に示された診断方法は、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量が前記基準振動データを取得したときのポンプの基準吐出し量と異なる場合に、若干正確性を欠くこととなる。以下に説明するポンプの診断方法に係る第二の実施形態は、かかる不都合を解消する観点から、第一の実施形態を改良したものである。以下、図９に示すフローチャートに従って、説明する。

先ず、前述した第一の実施形態に係るステップＳ２からステップＳ１２と同様の手順を実施する（ステップＳ１０２〜ステップＳ１１２）。すなわち、ポンプ及び該ポンプを駆動するためのモータのうち少なくともどちらか一方の振動データを、センサにより取得し（ステップＳ１０２）、取得された振動データの乱れ度合いを求め（ステップＳ１０４）、ポンプ外部の機械的損失、によるモータの電流値の増加分ΔＦｍ、を求めるための振動データを選択し（ステップＳ１０６）、選択された振動データの乱れ度合い（尖度Ｐ）に基づいて、前記機械的損失によるモータの電流値の増加分ΔＦｍを求める（ステップＳ１０８、Ｓ１１０）。また、併せて、モータの電流値Ｆａを、パワーメータにより取得する（ステップＳ１１２）。

次に、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量Ｑ１が前記基準振動データを取得したときのポンプの基準吐出し量Ｑｏと異なる場合（ステップＳ１１３：ｙｅｓ）には、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量Ｑ１と前記基準吐出し量Ｑｏとに基づいて、パワーメータにより取得されたモータの電流値Ｆａを補正する（ステップＳ１１６）。

ここで、モータの電流値Ｆａの補正方法について、図１０を用いて説明する。図１０は、ポンプの性能カーブの一例を示した図である。
先ず、前記吐出し量Ｑ１及び基準吐出し量Ｑｏのそれぞれに対応した軸動力Ｌ及び基準軸動力Ｌｏとを、図１０に示すポンプの性能カーブから求める。そして、前記電流値ＦａにＬ／Ｌｏを乗ずることにより、電流値Ｆａを補正する。すなわち、補正された電流値Ｆａ２＝取得された電流値Ｆａ×（軸動力Ｌ／基準軸動力Ｌｏ）となる。

なお、複数のポンプを並列運転する場合等に、吐出し量Ｑ１及び基準吐出し量Ｑｏを取得できない場合がある。かかる事項を考慮して、ここでは、電流値Ｆａを補正する際に、前述した基準吐出し量Ｑｏとして、ポンプの定格吐出し量を用いることとするが、当該基準吐出し量Ｑｏが取得可能な場合には、前述した基準振動データ取得の際に当該基準吐出し量を取得し、取得された基準吐出し量を用いることとしてもよい。また、吐出し量Ｑ１として、以下に示す方法で推定された吐出し量を用いることとするが、当該吐出し量Ｑ１が既知である場合や取得可能な場合には、既知である又は取得された吐出し量を用いることとしてもよい。

次に、上述した吐出し量Ｑ１の推定方法について、図１１を用いて説明する。図１１は、吐出し量Ｑ１の推定方法を示すフローチャートである。
先ず、ポンプの吐出し圧力と吸込み圧力を、圧力計等により取得する（ステップＳ２０２）。次に、取得された当該吐出し圧力及び吸込み圧力に基づいて、ポンプの全揚程を求める（ステップＳ２０４）。

ポンプの全揚程Ｈは、一般的に、以下の数式で定義される。

ここで、求めようとする全揚程（ポンプ診断時の全揚程）及びこれを算出するためのパラメータを添え字１を用いて、基準となる全揚程及びこれを算出するためのパラメータを添え字０を用いて、それぞれ次のように表す。

平均流速と吐出し量との関係式Ｖｉｎ１／Ｖｉｎｏ＝Ｖｏｕｔ１／Ｖｏｕｔｏ＝Ｑ１／Ｑｏを用いて、これらの式を変形すると、以下の式が導かれる。

全揚程（ポンプ診断時の全揚程）Ｈ１を求めるためには、Ｈｏ、Ｐｏｕｔ１、Ｐｉｎ１、Ｐｏｕｔｏ、Ｐｉｎｏ、Ｖｏｕｔｏ、Ｖｉｎｏ、Ｑｏ、Ｑ１、γ、ｇの値を得る必要がある。Ｐｏｕｔ１及びＰｏｕｔｏについては、ステップＳ２０２で取得されたポンプの吐出し圧力及び吸込み圧力を用いる。Ｈｏ、Ｐｏｕｔｏ、Ｐｉｎｏ、Ｖｏｕｔｏ、Ｖｉｎｏ、及び、Ｑｏについては、ポンプの定格量を用いることとするが、これらの量が取得可能な場合には、前述した基準振動データ取得の際にこれらの量を取得し、取得されたこれらの量を用いることとしてもよい。γ及びｇについては、所定の物理量を用いる。また、Ｑ１には、予測される吐出し量ａを用いるが、予測不可能である場合には、適当な値ａを用いることとする。

ポンプの全揚程Ｈ１を求めたら、当該全揚程Ｈ１に対応した吐出し量Ｑ１を、図１０に示したポンプの性能カーブから求める（ステップＳ２０６）。そして、求められた吐出し量Ｑ１の値をｂとしたときに、ｂとａとの差分Ｄ（＝ｂ−ａ）が所定値αよりも小さいかどうかを判定する（ステップＳ２０８）。当該判定の結果、差分Ｄが所定値α以上であった場合には（ステップＳ２０８：Ｎｏ）、ステップＳ２０４に戻って、再度ポンプの全揚程を求める。この際に、Ｑ１には、前述した予測される吐出し量ａ等の代わりに、ステップＳ２０６で求められた吐出し量ｂを用いる。そして、当該全揚程Ｈ１に対応した吐出し量Ｑ１を、図１０に示したポンプの性能カーブから求め（ステップＳ２０６）、求められた吐出し量Ｑ１の値をｃとしたときに、ｃとｂとの差分Ｄ（＝ｃ−ｂ）が所定値αよりも小さいかどうかを判定する（ステップＳ２０８）。このように、ステップＳ２０８の関係式を満たすまで、換言すれば、吐出し量Ｑ１が収束するまで、ステップＳ２０４〜ステップＳ２０８の手順を繰り返す。かかる手順の繰り返しにより、差分Ｄが所定値αより小さくなった場合には（ステップＳ２０８：Ｙｅｓ）、当該判定の直前にステップＳ２０６で求められた吐出し量Ｑ１を、推定された吐出し量Ｑ１とする（ステップＳ２１０）。このようにして、吐出し量Ｑ１が推定される。

図９に示すフローチャートに戻って、説明を続ける。上記において、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量Ｑ１と前記基準吐出し量Ｑｏとに基づいて、パワーメータにより取得されたモータの電流値Ｆａを補正する（ステップＳ１１６）ことについて説明したが、その後、補正された電流値Ｆａ２と、前述したモータの電流値の増加分ΔＦｍとに基づいて、ポンプ内部における性能劣化の度合いを判定する（ステップＳ１１８）。より具体的には、補正された電流値Ｆａ２と求められた電流値の増加分ΔＦｍとの偏差Ｇ＝Ｆａ２−ΔＦｍを求め、当該偏差Ｇに基づいて前記性能劣化の度合いを判定する。このようにすることにより、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量が前記基準振動データを取得したときのポンプの基準吐出し量と異なる場合においても、ポンプ内部における性能劣化の度合いを正確に把握することが可能となる。

なお、ステップＳ１１３において、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量Ｑ１が前記基準振動データを取得したときのポンプの基準吐出し量Ｑｏと一致する場合（ステップＳ１１３：ｙｅｓ）には、パワーメータにより取得されたモータの電流値Ｆａを補正することなく、第一の実施形態に係るステップＳ１４と同様の手順を実施する（ステップＳ１１４）。すなわち、取得された電流値Ｆａと、モータの電流値の増加分ΔＦｍとに基づいて、ポンプ内部における性能劣化の度合いを判定する。

＝＝＝ポンプを診断するための装置＝＝＝
次に、上述したポンプの診断方法を実行するためのポンプを診断するための装置（以下、当該装置を、ポンプ診断装置１０２とも呼ぶ）の一例について、図１２を用いて説明する。図１２は、ポンプ診断装置１０２の一例を示す概念図である。

ポンプ診断装置１０２は、三軸加速度センサ１０４、１０６と、圧力計１０８、１１０と、パワーメータ１１２と、メイン計算機１１４と、表示装置１１６とを備えている。

本実施の形態においては、三軸加速度センサとして、モータ側三軸加速度センサ１０４とポンプ側三軸加速度センサ１０６の双方が設けられているが、どちらか一方でも構わない。また、三軸加速度センサ１０４、１０６の代わりに、二軸加速度センサや一軸加速度センサが設けられていることとしてもよい。また、加速度センサでなくても、ポンプ２及び該ポンプ２を駆動するためのモータ１２のうち少なくともどちらか一方の振動データを取得するためのセンサであれば、どのようなものでも構わない。

圧力計としては、前述した吸込み圧力を取得するための入力側圧力計１０８と、前述した吐出し圧力を取得するための出力側圧力計１１０とが設けられている。本実施の形態に係るポンプ診断装置１０２は圧力計１０８、１１０を有することとしたが、圧力を測定する機能を有するものなら圧力計に限定されずどのようなものでも構わない。また、本実施の形態に係るポンプ診断装置１０２はパワーメータ１１２を有することとしたが、前述したモータの電流値Ｆａを取得する機能を有するものであれば、どのようなものでも構わない。

メイン計算機１１４は、上述したポンプの診断方法を実現するためのコンピュータプログラムを有しており、当該コンピュータプログラムをメイン計算機１１４に設けられたＣＰＵが処理することにより、上述したポンプの診断方法が実行される。前記コンピュータプログラムは、上述したポンプの診断方法を実行するためのコードから構成されている。

表示装置１１６は、ポンプ診断装置１０２の操作者に各種情報を与える機能を有する。また、当該表示装置１１６に前述した図３Ａ乃至図８のグラフや図１０のグラフが表示されることとすれば、より好ましい。

＝＝＝その他の実施の形態＝＝＝
以上、上記実施の形態に基づき本発明に係るポンプの診断方法等を説明したが、上記発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

なお、上記実施の形態においては、振動データの乱れ度合いは、該振動データの特徴パラメータであることとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、該振動データの周波数成分のうち、その周波数が前記ポンプの回転周波数の整数倍となる周波数成分、の大きさであることとしてもよい。

かかる場合について、図１３を用いて説明する。図１３は、ポンプの診断方法に係る他の実施形態を示すフローチャートである。
本フローチャートは、ポンプ及び該ポンプを駆動するためのモータのうち少なくともどちらか一方の振動データを、センサにより取得することから始まる（ステップＳ２０２）。なお、本実施の形態においては、ポンプの振動データとモータの振動データの双方を取得することとする。また、振動データの取得は、ポンプとモータの各々に設けられた三軸加速度センサにより実施することとする。したがって、ステップＳ２０２において、６つの振動データ、すなわち、ポンプの三軸（Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸）成分の振動データと、モータの三軸（Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸）成分の振動データ、が得られることとなる。

次に、取得された振動データの乱れ度合いを求める（ステップＳ２０４）。すなわち、当該ステップにおいては、ステップＳ２０２で取得された６つの振動データの乱れ度合いを算出する。

ここでは、当該乱れ度合いとして、振動データの周波数成分のうち、その周波数が前記ポンプの回転周波数の整数倍となる周波数成分、の大きさを用いることととする。当該周波数成分の大きさは、前記乱れ度合いが大きいほど小さくなる傾向、を示す。なお、本実施の形態においては、前記周波数成分のうち、その周波数がポンプの回転周波数の２倍となる周波数成分、を用いることとする（以下、当該周波数成分を記号Ｃで、当該周波数成分の大きさを記号ｙで表す）が、その周波数がポンプの回転周波数の整数倍となる周波数成分であれば、どの周波数成分を用いても構わない。また、単一の周波数成分でなく、例えば、複数の周波数成分の平均値を用いても構わない。

６つの振動データに係る周波数成分Ｃの大きさｙが算出されたら、当該周波数成分Ｃの大きさｙに基づいて、これらの６つの振動データの中から、後述するポンプ外部の機械的損失、によるモータの電流値の増加分、を求めるための振動データを選択する（ステップＳ２０６）。より具体的には、当該ステップにおいて、６つの振動データの中から、周波数成分Ｃの大きさｙが最も大きいものを一つ選択する。

次に、ステップＳ２０６で選択された振動データの乱れ度合い（周波数成分Ｃの大きさｙ）に基づいて、ポンプ外部の機械的損失、によるモータの電流値の増加分ΔＦｍを求める（ステップＳ２０８、Ｓ２１０）。ポンプとモータとの接合部に生じるミスアライメントの発生等に起因してポンプ外部の機械的損失が大きくなった場合に、モータの電流値が増加すると共に、振動データの乱れ度合い（周波数成分Ｃの大きさｙ）も増加する。そして、当該電流値の増加と当該乱れ度合い（周波数成分Ｃの大きさｙ）の増加との間には、一定の関係がある。ステップＳ２１０及びＳ２１２においては、当該関係を用いて、振動データの乱れ度合いからモータの電流値の増加分ΔＦｍを導き出す。

上記事項について、さらに詳しく説明する。先ず、ステップＳ２０６で選択された振動データの乱れ度合い（周波数成分Ｃの大きさｙ）と、予め取得された基準振動データの乱れ度合い（周波数成分Ｃの大きさｙｏ）との比率Ｒｙ＝ｙ／ｙｏ（以下、当該比率を増加比とも呼ぶ）を求める（ステップＳ２０８）。なお、ここでは、ステップＳ２０６においてポンプのＹ軸成分振動データが選択されたものとする。したがって、本ステップにおいては、ポンプのＹ軸成分振動データに係る周波数成分Ｃの大きさｙと、予め取得されたポンプのＹ軸成分基準振動データに係る周波数成分Ｃの大きさｙｏとの比率Ｒｙ＝ｙ／ｙｏが算出される。

次に、ステップＳ２０８において算出された比率Ｒｙと、基準電流値Ｆｏとに基づいて、ポンプ外部の機械的損失、によるモータの電流値の増加分ΔＦｍを求める（ステップＳ２１０）。本ステップにおいては、先ず、Ｒｙ−Ｒｆカーブから、ステップＳ２０８において算出された増加比Ｒｙに対応するモータの電流値の増加比Ｒｆを求める。そして、モータの電流値の増加分ΔＦｍと、増加比Ｒｆ及び基準電流値Ｆｏとの間に、関係式ΔＦｍ＝Ｆｍ−Ｆｏ＝ＲｆＦｏ−Ｆｏ＝Ｆｏ（Ｒｆ−1）が成立することを利用して、Ｒｙ−Ｒｆカーブから得られた増加比Ｒｆと予め取得された基準電流値Ｆｏとから、モータの電流値の増加分ΔＦｍを求める。なお、Ｒｙ−Ｒｆカーブは、事前に実験や生産現場でのデータ採取等を行うことにより、作成しておく。

次に、モータの電流値Ｆａを、パワーメータにより取得し（ステップＳ２１２）、取得された当該電流値Ｆａと、前述したモータの電流値の増加分ΔＦｍとに基づいて、ポンプ内部における性能劣化の度合いを判定する（ステップＳ２１４）。ここでは、取得された電流値Ｆａと求められた電流値の増加分ΔＦｍとの偏差Ｇ＝Ｆａ−ΔＦｍを求め、当該偏差Ｇに基づいて前記性能劣化の度合いを判定する。

上記においては、振動データの乱れ度合いとして振動データの特徴パラメータを用いる例に加えて、振動データの乱れ度合いとして、振動データの周波数成分のうちその周波数が前記ポンプの回転周波数の整数倍となる周波数成分の大きさ、を用いる例について説明した。しかしながら、振動データがどの程度乱れているかを示す指標であれば、当該乱れ度合いとして他のものを用いても構わない。
ただし、特徴パラメータや前記周波数成分の大きさを用いれば、簡易に乱れ度合いを指標化することができる点で、上記実施の形態の方がより望ましい。

また、上記実施の形態において、前記振動データを取得するステップ（ステップＳ２、ステップＳ１０２）においては、三軸加速度センサにより、三軸成分の振動データを取得し、さらに、該三軸成分の振動データの中から、モータの電流値の増加分ΔＦｍを求めるための振動データを選択するステップ（ステップＳ６、ステップＳ１０６）を有することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、ステップＳ２、ステップＳ１０２において、一軸加速度センサにより、一軸成分のみの振動データを取得し、かつ、振動データを選択するステップＳ６、ステップＳ１０６を有しないこととしてもよい。

前述したとおり、三軸成分のうちどの軸成分の乱れ度合いが大きくなるかについては、ポンプ外部の機械的損失の発生状況、例えば、ミスアライメントの状態（例えば、当該ミスアライメントが、角度ミスアライメントか平行ミスアライメントか）等、に依存する。したがって、三軸加速度センサにより、三軸成分の振動データを取得することとすれば、多種の前記発生状況に対応できるため、この点で、上記実施の形態の方がより望ましい。

また、上記実施の形態においては、前記振動データを取得するステップ（ステップＳ２、ステップＳ１０２）において、ポンプの振動データとモータの振動データの双方を取得することとしたが、これに限定されるものではない。例えば、ポンプの振動データとモータの振動データのうち片方のみを取得することとしてもよい。

前述した機械的損失が発生した場合には、モータ及びポンプが互いに接合していることから、モータ及びポンプ双方の振動の乱れ度合いが増加するのが通常である。かかる事項に着目すると、ポンプの振動データとモータの振動データの双方を取得することにより、機械的損失を生ぜしめている異常原因や発生個所等を切り分けられる。

一方、ポンプの振動データとモータの振動データのうち片方のみを取得する場合には、このような異常原因や発生個所等の予測をすることは不可能である。この点で、上記実施の形態の方がより望ましい。

また、上記実施の形態において、前記モータの電流値の増加分ΔＦｍを求めるステップ（ステップＳ１０，ステップＳ１２、ステップＳ１１０、ステップＳ１１２）には、前記振動データの乱れ度合いを求めるステップ（ステップＳ４，ステップＳ１０４）において求められた前記乱れ度合いと、予め取得された基準振動データの乱れ度合いと、の比率Ｒｐを求めるステップ（ステップＳ１０，ステップＳ１１０）と、求められた該比率Ｒｐと、前記基準振動データを取得する際に取得された前記モータの基準電流値Ｆｏと、に基づいて、前記増加分ΔＦｍを求めるステップ（ステップＳ１２，ステップＳ１１２）とが含まれることとしたが、これに限定されるものではない。例えば、比率Ｒｐを求めることなく、前述したＲｐ−Ｒｆカーブの代わりに乱れ度合いと増加分ΔＦｍとの関係を示すカーブを用いて、前記乱れ度合いから前記増加分ΔＦｍを求めてもよい。

また、上記において、モータの前記電流値に代えて、モータの電圧値又は電力値としてもよい。

また、上記実施の形態においては、モータの電流値Ｆａの取得を、モータの電流値の増加分ΔＦｍを求めた（ステップＳ１０、ステップＳ１１０）後に、実施する（ステップＳ１２、ステップＳ１１２）こととしたが、これに限定されるものではない。例えば、モータの電流値Ｆａの取得を、振動データの取得（ステップＳ２，１０２）の前に実施してもよい。

また、上記においては、ポンプ外部の機械的損失によりモータの電流値が増加し、かつ、ポンプ内部における性能劣化によりモータの電流値が減少するシステムについて説明したが、ポンプ外部の機械的損失によりモータの電流値が減少し、かつ、ポンプ内部における性能劣化によりモータの電流値が増加するシステムにも上述と同様の考え方を適用することできる。かかる場合には、ポンプ及び該ポンプを駆動するためのモータのうち少なくともどちらか一方の振動データを取得し、取得された該振動データの乱れ度合いを求め、求められた該乱れ度合いに基づいて、ポンプ外部の機械的損失、による前記モータの電流値の変動分（すなわち、減少分）を求め、求められた前記モータの電流値の減少分と取得された前記モータの電流値に基づいて、ポンプ内部における性能劣化の度合いを判定すればよい。

ポンプの概略構成を示す断面図である。 ポンプの診断方法に係る第一の実施形態を示すフローチャートである。 図３ＡはポンプのＸ軸成分の振動データを示す図である。図３Ｂは、ポンプのＹ軸成分の振動データを示す図である。図３ＣはポンプのＺ軸成分の振動データを示す図である。 図４ＡはモータのＸ軸成分の振動データを示す図である。図４Ｂは、モータのＹ軸成分の振動データを示す図である。図４ＣはモータのＺ軸成分の振動データを示す図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、ポンプを継続的に運転した際に振動データの尖度Ｐが変化する様子を示す図である。 尖度の減少比Ｒｐとモータの電流値の増加比Ｒｆとの関係を示した図である。 ポンプを継続的に運転した際にモータの電流値の増加分ΔＦｍが変化する様子を示す図である。 ポンプを継続的に運転した際に前述した電流値Ｆａ、電流値の増加分ΔＦｍ、及び、偏差Ｇが変化する様子を示す図である。 ポンプの診断方法に係る第二の実施形態を示すフローチャートである。 ポンプの性能カーブの一例を示した図である。 吐出し量Ｑ１の推定方法を示すフローチャートである。 ポンプ診断装置１０２の一例を示す概念図である。 ポンプの診断方法に係る他の実施形態を示すフローチャートである。

符号の説明

２ ポンプ
４ ケーシング
６ インペラー
１２ モータ
１０２ ポンプ診断装置
１０４ モータ側三軸加速度センサ
１０６ ポンプ側三軸加速度センサ
１０８ 入力側圧力計
１１０ 出力側圧力計
１１２ パワーメータ
１１４ メイン計算機
１１６ 表示装置

Claims (13)

1. ポンプ及び該ポンプを駆動するためのモータのうち少なくともどちらか一方の振動データを取得するステップと、
   取得された該振動データの乱れ度合いを求めるステップと、
   求められた該乱れ度合いに基づいて、ポンプ外部の機械的損失、による前記モータの電流値の変動分を求めるステップと、
   前記モータの電流値を取得するステップと、
   求められた前記モータの電流値の変動分と取得された前記モータの電流値に基づいて、ポンプ内部における性能劣化の度合いを判定するステップと、
   を有することを特徴とするポンプの診断方法。
2. 請求項１に記載のポンプの診断方法において、
   前記モータの電流値の変動分は、該電流値の増加分であることを特徴とするポンプの診断方法。
3. 請求項２に記載のポンプの診断方法において、
   前記振動データの前記乱れ度合いは、該振動データの特徴パラメータであることを特徴とするポンプの診断方法。
4. 請求項２に記載のポンプの診断方法において、
   前記振動データの前記乱れ度合いは、
   該振動データの周波数成分のうち、その周波数が前記ポンプの回転周波数の整数倍となる周波数成分、
   の大きさであることを特徴とするポンプの診断方法。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれかに記載のポンプの診断方法において、
   前記振動データを取得するステップにおいては、三軸加速度センサにより、三軸成分の振動データを取得し、
   該三軸成分の振動データの中から、前記モータの電流値の増加分を求めるための振動データを選択するステップを有することを特徴とするポンプの診断方法。
6. 請求項２乃至請求項５のいずれかに記載のポンプの診断方法において、
   前記振動データを取得するステップにおいては、前記ポンプの振動データと前記モータの振動データの双方を取得することを特徴とするポンプの診断方法。
7. 請求項２乃至請求項６のいずれかに記載のポンプの診断方法において、
   前記モータの電流値の増加分を求めるステップには、
   前記振動データの乱れ度合いを求めるステップにおいて求められた前記乱れ度合いと、予め取得された基準振動データの乱れ度合いと、の比率を求めるステップと、
   求められた該比率と、前記基準振動データを取得する際に取得された前記モータの基準電流値と、に基づいて、前記増加分を求めるステップと、
   が含まれることを特徴とするポンプの診断方法。
8. 請求項７に記載のポンプの診断方法において、
   ポンプを診断する際のポンプの吐出し量が前記基準振動データを取得したときのポンプの基準吐出し量と異なる場合に、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量と前記基準吐出し量とに基づいて、取得された前記モータの電流値を補正するステップ、
   を有することを特徴とするポンプの診断方法。
9. 請求項８に記載のポンプの診断方法において、
   前記モータの電流値を補正するステップには、
   ポンプの吐出し圧力と吸込み圧力とを取得するステップと、
   取得された前記吐出し圧力及び前記吸込み圧力に基づいて、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量を推定するステップと、
   が含まれることを特徴とするポンプの診断方法。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のポンプの診断方法において、
    前記電流値に代えて、電圧値又は電力値とすることを特徴とするポンプの診断方法。
11. ポンプ及び該ポンプを駆動するためのモータのうち少なくともどちらか一方の振動データを取得するステップと、
    取得された該振動データの乱れ度合いを求めるステップと、
    求められた該乱れ度合いに基づいて、ポンプ外部の機械的損失、による前記モータの電流値の変動分を求めるステップと、
    前記モータの電流値を取得するステップと、
    求められた前記モータの電流値の変動分と取得された前記モータの電流値に基づいて、ポンプ内部における性能劣化の度合いを判定するステップと、
    を有し、
    前記モータの電流値の変動分は、該電流値の増加分であり、
    前記振動データの前記乱れ度合いは、該振動データの特徴パラメータであり、
    前記振動データを取得するステップにおいては、三軸加速度センサにより、三軸成分の振動データを取得し、
    該三軸成分の振動データの中から、前記モータの電流値の増加分を求めるための振動データを選択するステップを有し、
    前記振動データを取得するステップにおいては、前記ポンプの振動データと前記モータの振動データの双方を取得し、
    前記モータの電流値の増加分を求めるステップには、
    前記振動データの乱れ度合いを求めるステップにおいて求められた前記乱れ度合いと、予め取得された基準振動データの乱れ度合いと、の比率を求めるステップと、
    求められた該比率と、前記基準振動データを取得する際に取得された前記モータの基準電流値と、に基づいて、前記増加分を求めるステップと、
    が含まれ、
    ポンプを診断する際のポンプの吐出し量が前記基準振動データを取得したときのポンプの基準吐出し量と異なる場合に、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量と前記基準吐出し量とに基づいて、取得された前記モータの電流値を補正するステップ、
    を有し、
    前記モータの電流値を補正するステップには、
    ポンプの吐出し圧力と吸込み圧力とを取得するステップと、
    取得された前記吐出し圧力及び前記吸込み圧力に基づいて、ポンプを診断する際のポンプの吐出し量を推定するステップと、
    が含まれることを特徴とするポンプの診断方法。
12. 請求項１に記載のポンプの診断方法を実現するためのコンピュータプログラム。
13. ポンプ及び該ポンプを駆動するためのモータのうち少なくともどちらか一方の振動データを取得するためのセンサ、メイン計算機、及び、表示装置を備えた、ポンプを診断するための装置であって、
    請求項１に記載のポンプの診断方法を実行することを特徴とするポンプを診断するための装置。

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