JP4208527B2

JP4208527B2 - Method and apparatus for monitoring and diagnosing vertical pump

Info

Publication number: JP4208527B2
Application number: JP2002269050A
Authority: JP
Inventors: 健司尾崎; 幸夫渡部; 幸治日隈; 勝廣荒川; 哲橋本
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: JP2004108177A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は揚水ポンプ等の縦型ポンプの回転軸の振動を検出して軸受摩耗量を推定する縦型ポンプの監視診断方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は発電プラント等で用いられる縦型ポンプを示す縦断面図である。この種の縦型ポンプ１は床下部に長い揚水管２を持ち、この揚水管２の下部にポンプインペラとしての羽根車３を収容したポンプケーシング４を備える。
【０００３】
羽根車３を連結した回転軸５は揚水管２の内部を延びてモータ６の出力軸に連結される。モータ６は床上に設置されたモータ台７に据え付けられ、モータ６の駆動により回転軸５を介して羽根車３が回転駆動され、ポンプケーシング４の流入口から揚水管２の内部に流体を吸い上げ、吐出口から揚水されるようになっている。
【０００４】
縦型ポンプ１のポンプシャフトとしての回転軸５は、複数の水中軸受８により支持され、回転軸５の回転が円滑かつスムーズに行われるようにしている。
【０００５】
しかし、回転軸５を支持する水中軸受８，８は、ポンプケーシング４内あるいは揚水管２内の流路部分に設けられるために、流体中の異物等により摩耗が生じることがある。特に、縦型ポンプ１を海水ポンプとして使用する場合、海水中に含まれる砂により摩耗が進行し易い。水中軸受８の摩耗をそのまま放置すると、羽根車３に回転のバラツキや偏心回転が生じ、羽根車３がポンプケーシング４と接触して破損や損傷を受ける虞がある。
【０００６】
羽根車３とポンプケーシング４との接触事態の発生を未然に防止するために、水中軸受８には予め許容される摩耗量が設定されており、通常、定期的なポンプ分解点検により、水中軸受の摩耗量を計測し、軸受交換基準に達した水中軸受を新しい軸受と交換している。軸受交換基準に達しない水中軸受は、そのまま継続使用される。
【０００７】
縦型ポンプの分解点検時に水中軸受の摩耗量を計測する代りに、ポンプ運転中に水中軸受の摩耗を監視する方法として、特開平５−１１８２９８号公報に開示された技術がある。この水中軸受の摩耗監視技術は、水中軸受の近くに渦電流式変位計等の非接触軸変位計９を設けて水中軸受部の軸振動を測定し、軸振動値の変化量から軸受摩耗量を推定し、水中軸受の交換時期を予測できるようにしたものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
渦電流式変位計等の非接触軸変位計を取り付けて水中軸受部の軸振動の変化を監視し、水中軸受の摩耗量を推定する技術では、縦型ポンプのポンプ構造によっては、水中軸受から離れた位置の軸振動しか計測できず、軸受摩耗量の推定精度が低くなり、軸受摩耗量を精度よく正確に推定できない問題がある。
【０００９】
また、縦型ポンプの揚水管やポンプケーシング内に非接触軸変位計を設置する場合、監視すべき軸受が複数個ある場合、全ての軸受に変位計を設置する必要があり、軸受取付の作業量が増加する。
【００１０】
他方、縦型ポンプの分解点検は、大掛りな作業となることから、分解点検頻度を多くすることに限界がある。このため、従来の縦型ポンプでは、水中軸受の摩耗寿命に対して充分に寿命余裕があるにも拘らず、早目に軸受を交換している場合が多く、縦型ポンプのポンプ部品を有効に効率よく活用することが困難であった。
【００１１】
さらに、一般的に、縦型ポンプは、ポンプ構成部品の製造上の許容誤差に起因してポンプ組立時に個々のポンプ間でバラツキが生じる。この組立バラツキに起因するポンプ個体差により、各縦型ポンプは組立直後の状態においても、ポンプ振動の大きさに違いが見られる。縦型ポンプの軸振動値は揚水管や回転軸の組立時のポンプ個体差により影響を受けるため、軸振動の大きさは各縦型ポンプで異なる。
【００１２】
このため、水中軸受が同じ軸摩耗状態でも、回転軸の曲がり（カップリング偏角）が大きい状態で組み立てられた縦型ポンプでは軸振動値は大きくなることとなる。各縦型ポンプはポンプ組立時の個体差があるため、ポンプ個体差を考慮しない場合、軸受の摩耗状態の推定精度が低下する課題があった。
【００１３】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、縦型ポンプのポンプ個体差を考慮し、軸受の摩耗量を定量的にしかも精度よく推定することができる縦型ポンプの監視診断方法および装置を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明の他の目的は、計測誤差や解析誤差を考慮して軸受の摩耗量の推定精度を向上させ、信頼性の高い縦型ポンプの監視診断をスムーズにかつ円滑に行ない得る縦型ポンプの監視診断方法および装置を提供するにある。
【００１５】
本発明の別の目的は、軸受の摩耗量の推定に確率論を導入し、実際の運用形態に適合する軸受の摩耗量の推定を行ない得るようにした縦型ポンプの監視診断方法および装置を提供するにある。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は、軸受の摩耗量を精度よく正確に推定して軸受の交換周期を適正化し、より効率的なポンプ機器の保守点検を可能とした縦型ポンプの監視診断方法および装置を提供するにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る縦型ポンプの監視診断方法は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、データベースに格納された振動解析モデルを用いて縦型ポンプの軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線を少なくとも２つ解析的に求め、解析的に求められた縦型ポンプの軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線に、ポンプ組立時に計測された初期の軸受クリアランスと軸振動値を基点として縦型ポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線を作成し、作成された縦型ポンプ個々の関係曲線に所要運転時間後に測定したポンプ回転軸の軸振動値を適用して、この軸振動値に対応する軸受クリアランスを求め、水中軸受の軸受摩耗量を推定する方法である。
【００１８】
また、上述した課題を解決するために、本発明に係る縦型ポンプの監視診断方法は、請求項２に記載したように、前記振動解析モデルを用いて解析的に求められる縦型ポンプの軸振動値と軸受クリアランスの少なくとも２つの関係曲線は、縦型ポンプの揚水管偏角およびポンプ回転軸の軸曲がり等のポンプ個体差を入力して算出した軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線である方法である。
【００１９】
さらに、上述した課題を解決するために、本発明に係る縦型ポンプの監視診断方法は、請求項３に記載したように、前記縦型ポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線から、ポンプ回転軸の軸振動計測誤差に相当する誤差量分平行移動させて２本の関係曲線を作成し、前記縦型ポンプの所要運転期間経過後に測定されたポンプ回転軸の軸振動値が前記２本の関係曲線と交わる交点間を軸受摩耗量の推定範囲とする方法であり、また、請求項４に記載したように、前記縦型ポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係を表わす関係曲線から、振動解析モデルからの解析誤差に相当する誤差量分移動させて２本の関係曲線を作成し、前記縦型ポンプの所要運転期間経過後に測定されたポンプ回転軸の軸振動値が前記２本の関係曲線と交わる交点間を軸受摩耗量の推定範囲とする方法であり、さらに、請求項５に記載したように、前記縦型ポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係を表わす関係曲線を、回転軸の軸振動計測誤差に相当する誤差量と振動解析モデルを用いた解析誤差に相当する誤差量とを加えて移動させた２本の関係曲線に構成し、前記縦型ポンプの所要運転期間経過後に、測定されたポンプ回転軸の軸振動値が前記２本の関係曲線と交わる交点間を軸受摩耗量の推定範囲とする方法であり、さらにまた、請求項６に記載したように、前記軸受摩耗量の推定範囲において、計測された軸振動値から推定される軸受摩耗量が所要の存在確率をもって分布する方法である。
【００２０】
一方、本発明に係る縦型ポンプの監視診断装置は、上述した課題を解決するために、請求項７に記載したように、縦型ポンプのポンプ回転軸の軸振動を計測する振動計測装置と、振動解析モデルを用いて縦型ポンプの軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線を解析的に少なくとも２つ求め、格納するデータベースと、このデータベースに格納された軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線にポンプ組立時に計測された軸振動値と軸受クリアランスの初期値を適用して縦型ポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係を表わす関係曲線を作成するデータベース参照装置と、データベース参照装置で作成された縦型ポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線に、計測されたポンプ回転軸の軸振動値を適用して軸振動値に対応する軸受クリアランスを求める軸受摩耗推定装置とを備え、上記軸受摩耗推定装置は、軸振動値に対応する軸受クリアランスから水中軸受の軸受摩耗量を推定するようにしたものである。
【００２１】
さらに、上述した課題を解決するために、本発明に係る縦型ポンプの監視診断装置は、請求項８に記載したように、前記データベース参照装置は、データベースに格納され、振動解析モデルから得られた軸振動値と軸受摩耗量の関係曲線に、縦型ポンプ固有のポンプ個体差を入力して個々の縦型ポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線を作成するようにしたものである。
【００２２】
また、上述した課題を解決するために、本発明に係る縦型ポンプの監視診断装置は、請求項９に記載したように、前記データベース参照装置は、データベースに格納された振動解析モデルからの軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線から、縦型ポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線を作成するとともに、縦型ポンプ固有の関係曲線からポンプ回転軸の軸振動計測誤差に相当する誤差量を平行移動させて２本の関係曲線を作成するようにしたものであり、さらに、請求項１０に記載したように、前記データベース参照装置は、データベースに格納された振動解析モデルから得られた軸振動値と軸受摩耗量の関係曲線から、縦型ポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線を作成するとともに、この関係曲線に振動解析モデルを用いた解析誤差に相当する誤差量分移動させて２本の関係曲線を作成するようにしたものであり、さらにまた、請求項１１に記載したように、前記軸受摩耗推定装置は、縦型ポンプの所要運転期間経過後に計測した軸振動値を振動計測装置から入力して前記計測誤差あるいは解析誤差を適用した２本の関係曲線に適用し、計測誤差あるいは解析誤差を考慮して計測された軸振動値に対応する軸受クリアランスの範囲を求めるようにしたものであり、またさらに、請求項１２に記載したように、前記軸受摩耗推定装置で計測された軸振動値に対応する軸受クリアランスの範囲は確率分布を有するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る縦型ポンプの監視診断方法および装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本発明に係る縦型ポンプの監視診断装置の実施形態を示す構成図である。この監視診断装置１０は、縦型ポンプ１１のポンプ回転軸１２の軸振動を検出して軸受クリアランス、ひいては軸受摩耗量を正確に精度よく推定できるようにしたものである。
【００２５】
縦型ポンプ１１は、発電プラントなどに使用される、例えばサンプポンプとしての揚水ポンプである。縦型ポンプ１１は、床上に設置されたモータ台１３にモータ１４が設置される一方、床下部に多段連結構造の長い揚水管１５を持ち、この揚水管１５の下部にポンプケーシング１６が備えられる。ポンプケーシング１６は例えば上下２段に連設され、内部に多段ポンプインペラとしての羽根車１７を収容している。羽根車１７やポンプケーシング１６は多段構造でなく、一段であってもよい。
【００２６】
羽根車１７にはポンプシャフトとしての回転軸１８が連結される一方、このポンプ回転軸１２は揚水管１５内を通って上方に延設され、モータ１４の出力軸１４ａにカップリング１９を介して連結される。
【００２７】
縦型ポンプ１１のポンプ回転軸１２は床上のカップリング１９から揚水管１５内に入り、この揚水管１５内を経てポンプケーシング１６内を通り、ポンプケーシング１６下部に開口する吸込口２０まで延設されて終端している。符号２１は縦型ポンプ１１の吐出口である。
【００２８】
縦型ポンプ１１のポンプ回転軸１２は複数の水中軸受２４により回転自在に支持される。水中軸受２４はポンプケーシング１６および揚水管１５内の適宜位置にポンプ回転軸１２の軸方向に間隔を置いて設けられ、ポンプ回転軸１２を回転自在に支持している。
【００２９】
さらに、上下２段に連設されたポンプケーシング１６内のポンプ回転軸１２には、羽根車１７が一体に連結されており、ポンプ回転軸１２の回転駆動に伴ってポンプインペラとしての羽根車１７が回転せしめられる。
【００３０】
縦型ポンプ１１はモータ１４の駆動に伴うポンプ回転軸１２の回転駆動により、羽根車１７が回転せしめられ、この羽根車１７の回転により、吸込口２０から吸い込まれた流体、例えば海水が汲み上げられ、揚水管１５を通って吐出口２１から吐出（流出）されるようになっている。
【００３１】
また、縦型ポンプ１１の揚水管１５およびポンプケーシング１６には、非接触型振動計測手段として渦電流式変位計等の非接触軸変位計２５が設けられ、この非接触軸変位計２５によりポンプ回転軸１２の軸振動値を計測している。
【００３２】
非接触軸変位計２５は、例えば点検容易な箇所である揚水管１５の上部、水中軸受２４の摩耗量変位に対する影響の大きな箇所である連結部１５ａ近傍、ポンプケーシング１６と揚水管１５の連結部付近に設けられる。
【００３３】
非接触軸変位計２５で計測されたポンプ回転軸１２の軸振動計測信号が信号ケーブル２６を介して振動計測装置２８に送られて、この振動計測装置２８でポンプ回転軸１２の軸振動値が時系列的に計測され、計測された軸振動値は軸振動算出手段としての信号処理装置２９に送られてディジタル信号に変換されて信号処理され、ポンプ回転軸１２の振動値が算出される。
【００３４】
一方、縦型ポンプの監視診断装置１０は、縦型ポンプ１１のポンプ回転軸１２の軸振動を非接触にて計測する振動計測装置２８と、計測された軸振動信号を処理する信号処理装置２９と、振動解析モデルを格納して、軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線α，βを複数個解析的に作成して備えるデータベース３０と、このデータベース３０に格納された軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線から特定の縦型ポンプ１１の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線Ａを作成するデータベース参照装置３１と、特定の縦型ポンプ１１の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線Ａと所要運転期間経過後の測定された軸振動値とから軸受クリアランス、ひいては軸受摩耗量を推定する軸受摩耗推定装置３２と、この推定装置３２で推定された軸受摩耗量を表示する表示装置３３とを備え、表示装置３３に表示された軸受摩耗量から水中軸受交換時期を特定することができる。
【００３５】
縦型ポンプの監視診断装置１０に備えられるデータベース３０には、振動解析モデルを用いてパラメータ解析により求められた軸振動値と軸受クリアランス（軸受摩耗量）の関係曲線Ｚ_１，Ｚ_２，Ｚ_３（後述する図３の関係曲線α，βに相当）を示すデータが図２（Ａ）および（Ｂ）に示されるように作成されている。このデータベース３０に納められた関係曲線Ｚ_１，Ｚ_２，Ｚ_３に着目し、測定された軸振動値を適用することにより、水中軸受２４の軸受クリアランス、ひいては軸受摩耗量を推定することができる。
【００３６】
ところで、縦型ポンプの監視診断装置１０のデータベース３０は、ポンプ回転軸１２の軸振動値と軸受摩耗量あるいは軸受クリアランスとの関係を規定する振動解析モデルを格納している。この振動解析モデルは、ロータとケーシングが軸受ばねで連結された既知の２層系振動解析モデルである。この振動解析モデルを用いた軸振動およびケーシング振動の評価試験により、水中軸受２４の軸受摩耗が進行した場合、軸振動およびケーシング振動の試験結果と一致することを知見し、振動解析モデルを用いることの妥当性を確認することができた。
【００３７】
データベース３０は、２層系振動解析モデルを用いて想定されるポンプ回転軸１２の軸曲がり（カップリング偏角）量および揚水管偏角量と水中軸受２４の軸受クリアランスをパラメータとした解析を行ない、軸振動値と軸受クリアランスとの関係曲線α，βを複数個解析的に作成する。
【００３８】
図３は、データベース３０に納められる軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線α，β、例えば極大および極小の２つの場合をそれぞれ示すものである。この関係曲線α，βは、振動解析モデルを用いて、例えば揚水管偏角最大、軸曲がり最小の場合、揚水管偏角最大、軸曲がり最大の場合とをパラメータ解析を行なって得た軸振動値と軸受クリアランスの解析的な関係曲線を示すものであり、解析による計算で求められた関係曲線α，βである。
【００３９】
データベース３０に格納された軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線α，βを基準にして、データベース参照装置３１により特定の縦型ポンプ１２の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線Ａが作成される。
【００４０】
特定の縦型ポンプ１１の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線Ａは、ポンプ組立時に測定された軸振動値３５と軸受クリアランス３６から得られる初期値３７により作成することができる。
【００４１】
特定の縦型ポンプ１１のポンプ組立時に測定された初期値３７は、関係曲線α，βを比率ｓ：ｔで内分する点であり、この初期値３７を通り関係曲線α，βを比率ｓ：ｔで内分する点を結ぶことにより、特定の縦型ポンプ１１における軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線Ａを両関係曲線α，βに内挿して得ることができる。
【００４２】
この関係曲線Ａは、特定の縦型ポンプ１１の組立状態におけるポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係を表わす曲線となり、図４に示すように表わされる。
【００４３】
図４に示されたポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線Ａを用いることにより、計測した軸振動値から軸受クリアランスを推定することができ、この軸受クリアランスの推定は、軸受摩耗推定装置３２により行なわれる。
【００４４】
特定の縦型ポンプ１１の運転開始後、ある時間ｔ_１経過後に軸振動値３８が得られたとき、図４の関係曲線Ａから時間ｔ_１における軸受クリアランス３９が推定される。また、さらに時間が経過した時間ｔ_２においては、同様に軸振動値４０から、軸受クリアランス４１が推定される。
【００４５】
図４に示された特定の縦型ポンプ１１のポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線Ａから、横軸に時間軸をとって示したものが図５である。
【００４６】
図４に示された関係曲線Ａから、ある時間間隔で軸振動の測定を行なうことにより、各測定時毎に軸受クリアランスを推定することができ、この軸受クリアランスを図５に示すように時間展開することにより、軸受交換基準Ｓｃに到達する時期、すなわち水中軸受２４の交換時期Ｓｔを予測することができる。
【００４７】
この縦型ポンプ１１の監視診断装置１０によれば、データベース３０に格納された２層系振動解析モデルを用いた解析により縦型ポンプの軸振動値と軸受摩耗量の関係曲線α，βを求めることができ、この関係曲線α，βをベースにしてデータベース参照装置３１により縦型ポンプ１１個々、すなわちポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスを表わす関係曲線Ａを作成することができる。
【００４８】
このため、縦型ポンプ１１のポンプ個体差（ポンプ構成部品の許容製造誤差に起因し、ポンプ組立時に生ずる組立上あるいは組付上のバラツキ）を反映した縦型ポンプ１１毎に軸受クリアランス、ひいては軸受摩耗量の推定が可能となり、推定精度を向上させることができる。
【００４９】
縦型ポンプ１１のポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランス（軸受摩耗量）の関係を表わす関係曲線Ａは、振動解析モデルから解析で求められた少なくとも２つの軸振動値と軸受クリアランス（軸受摩耗量）の関係曲線α，βをベースとして、内挿により求める方法であるので、データベース３０の格納量を大幅に削減することができ、データベース３０の作成作業量を削減することができる。
【００５０】
また、データベース参照装置３１では、縦型ポンプ１１のポンプ固有の軸振動と軸受摩耗量の関係曲線Ａは、データベース３０に格納された関係曲線α，βに揚水管偏角または軸曲がり（カップリング偏角）等のポンプ組立時の差異を入力して算出した軸振動値と軸受クリアランス（軸受摩耗量）の関係を表わすものである。
【００５１】
このように、データベース参照装置３１は、揚水管偏角および軸曲がり等のポンプ組立時の差異となる因子を解析に反映して得られた軸振動と軸受摩耗量の関係曲線Ａを使用しているため、揚水管端面の加工精度や公差による組立時の差異を考慮した軸受摩耗量の推定が可能となる。
【００５２】
一般的に縦型ポンプ１１の軸振動を計測して縦型ポンプの状態を診断する手法においては、ポンプ組立時の個体差があるため各縦型ポンプ１１において軸振動の大きさに違いが生じる。しかしながら、図１に示された監視診断装置１０においては、データベース３０やデータベース参照装置３１により、各縦型ポンプ１１について組立時の個体差を考慮できることとなり、各縦型ポンプ１１に応じた軸受摩耗量の正確で精度のよい推定が可能となる。
【００５３】
図６（Ａ）および（Ｂ）は、ポンプ組立時に測定された縦型ポンプ１１（軸振動値３５と軸受クリアランス３６で設定される）の初期値３７が、軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線α，βの外側領域に位置する場合を示すものである。
【００５４】
図６（Ａ）は、縦型ポンプ１１の水中軸受２４の軸受振動量を推定する際、縦型ポンプ個々の組付け誤差に伴うバラツキから、振動解析モデルを用いた解析から想定される軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線α，βの範囲を超えている場合を例示するものである。
【００５５】
この場合には、図６（Ａ）に示すように、曲線Ａ_１を関係曲線αとβを外分する曲線とすることで、特定の縦型ポンプ１１のポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスを表わす関係曲線Ａ_１を得ることができる。
【００５６】
また、図６（Ａ）に示すように関係曲線α，βを外分する代りに、関係曲線α，βとは別に、例えば最大の関係曲線γを振動解析モデルからパラメータ解析により求め、３本以上の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線α，β，γを図６（Ｂ）のように作成することができる。図６（Ｂ）は３本の関係曲線を使用している場合を示している。
【００５７】
そして、特定の縦型ポンプ１１のポンプ組立時に測定された初期値３７が存在する両側の関係曲線β，γを用い、比率ｓ：ｔで内分する関係曲線Ａ_１を作成し、この関係曲線Ａ_１を特定の縦型ポンプ１１のポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスを表わす関係曲線として用いる。
【００５８】
図６（Ａ）および（Ｂ）により、縦型ポンプ１１のポンプ組立時に測定される初期値３７が、振動解析モデルのパラメータ解析で求めた関係曲線α，βの外側に位置する場合にも、ポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線Ａ_１を作成することができる。特定縦型ポンプ１１の初期値３７の大きさに応じたポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係を表わす関係曲線Ａ，Ａ_１を作成して使用するため、精度の高い軸受摩耗量の推定ができる。
【００５９】
図７は、縦型ポンプ１１のポンプ組立時のポンプ個体差（バラツキ）を考慮した場合の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線をそれぞれ示すものである。縦型ポンプ１１は、ポンプ構成部品の製造上の許容誤差に起因したポンプ個体差がポンプ組立時に生じる。
【００６０】
縦型ポンプの軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４は、図７に示すように表わされる。
【００６１】
関係曲線Ｒ_１は、揚水管偏角最大、軸曲がり最小の場合、
関係曲線Ｒ_２は、揚水管偏角最小、軸曲がり最小の場合、
関係曲線Ｒ_３は、揚水管偏角最大、軸曲がり最大の場合、
関係曲線Ｒ_４は、揚水管偏角最小、軸曲がり最大の場合、
をそれぞれ示す。
【００６２】
軸曲がり量を最大とした場合、例えば関係曲線Ｒ_３，Ｒ_４で示すように、同じ軸受クリアランスでも、軸曲がり量が最小の場合、例えば関係曲線Ｒ_１，Ｒ_２より大きな軸振動値となる。
【００６３】
また、揚水管偏角を最大とした場合、例えば関係曲線Ｒ_１，Ｒ_３は揚水管偏角を最小とした場合、例えば関係曲線Ｒ_２，Ｒ_４よりも軸振動値が小さくなる。
【００６４】
縦型ポンプ１１では、揚水管１５の偏角は、水中軸受２４の芯ずれを生じさせるために、ポンプ回転軸１２が水中軸受２４に押し付けられ、軸振動値が小さくなるためである。結果的に、揚水管偏角が最大、軸曲がりが最小の場合の関係曲線Ｒ_１と、揚水管偏角が最小、軸曲がり最大の場合の関係曲線Ｒ_４を、図２に示された関係曲線α，βとして用いた例であると考慮すればよい。
【００６５】
このように、縦型ポンプ１１において、ポンプ組立時の組付け誤差、すなわちポンプ個体差の最大、最小を考慮した軸振動値と軸受クリアランスの関係を、振動解析モデルを用いたパラメータ解析により求めることにより、ポンプ個体差を考慮した軸受摩耗量の推定を正確に精度よく行なうことができる。
【００６６】
図８（Ａ）および（Ｂ）は、縦型ポンプ１１の軸振動と軸受クリアランスのポンプ個体差として軸曲がり量が異なる場合を説明するものである。
【００６７】
縦型ポンプ１１において、軸受クリアランスの時間変化が等しいとして、軸曲がりが大きく組み立てられたポンプＰａと軸曲がりが小さく組み立てられたポンプＰｂを比較した場合、図８（Ａ）に示すように、ポンプＰｂは運転初期の状態でもポンプＰａより小さな軸振動となる。水中軸受２４の摩耗が進み、軸受クリアランスが増加した場合、軸曲がり量の大きなポンプＰａはポンプＰｂと較べて軸振動の増加量も大きくなる。
【００６８】
縦型ポンプ１１ではポンプ個体差により軸振動値の大きさが異なるため、ポンプ個体差に応じた軸振動の監視が必要となる。この縦型ポンプの監視診断装置１０ではポンプ個体差を考慮したスイング中軸受の軸受摩耗量の推定を行なうことができ、縦型ポンプ１１の軸受クリアランスを軸振動値の測定から求めることで、縦型ポンプ１１の軸受交換時期を図７（Ｂ）に示すように正確に精度よく求めることができる。
【００６９】
次に、縦型ポンプの監視診断装置１０により、縦型ポンプ１１のポンプ回転軸１２の軸振動の計測誤差を考慮した、軸受摩耗量の推定方法を図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を参照して説明する。
【００７０】
図９（Ａ）は、データベース参照装置３１により作成された縦型ポンプ１１におけるポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線Ａ（またはＡ_１）を示す。この関係曲線Ａは、図２で求められた関係曲線Ａと異ならず、振動解析モデルのパラメータ解析により得られる軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線α，βを内分（あるいは外分）して得られたものである。
【００７１】
図９（Ａ）では、振動計測装置２８によるポンプ回転軸１２の軸振動の計測誤差を考慮するために、関係曲線Ａを軸振動（横軸）に関して誤差量分、すなわち±σだけ移動させ、移動量±σだけシフトさせた２つの関係曲線Ｂ，Ｃを作成する。この関係曲線Ｂ，Ｃの作成は、例えばデータベース参照装置３１で行なわれる。
【００７２】
図９（Ａ）に示された関係曲線Ｂ，Ｃを用いて軸受摩耗推定装置３２により、軸受クリアランスを求めることにより、非接触軸変位計２６などの計測器の計測精度や計測作業から生じる計測誤差を考慮した軸受クリアランス、ひいては軸受摩耗量の推定が可能となる。
【００７３】
図９（Ｂ）は、所要の時間間隔で測定した軸振動値から軸受摩耗量を推定する方法を示したものである。
【００７４】
図４に示された水中軸受の軸受摩耗量を推定する方法と異なる事項は、時刻ｔ_１，ｔ_２において推定される軸受摩耗量、すなわち軸受クリアランスが所要の推定範囲４３，４４を有することである。
【００７５】
図９（Ｂ）に示された時刻ｔ_１，ｔ_２における軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線Ｂ，Ｃを、図４で示された関係曲線と同様の処理を施すことで図９（Ｃ）に示すように軸受クリアランスが軸受交換基準Ｓｃに到達する時期、すなわち軸受交換時期Ｓｔを幅をもって予測することが可能である。
【００７６】
この縦型ポンプ１１の監視診断装置１０においては、縦型ポンプ１１のポンプ回転軸１２を計測する計測誤差を考慮して、水中軸受２４の寿命を安全側に予測することができる。非接触軸変位計２５や振動計測装置２８の改良により、計測誤差を小さくできる場合には、計測誤差σの値を小さくでき、軸受摩耗量の推定精度をより一層向上させることが容易にできる。
【００７７】
また、振動解析モデルの解析上の誤差を考慮した軸受摩耗量の推測方法を図１０を参照して説明する。
【００７８】
データベース３０に格納された振動解析モデルを軸曲がり量および揚水管偏角量を用いてパラメータ解析して求められる軸振動値と軸受クリアランスとの関係曲線Ａ（またはＡ_１）に、解析上の誤差が生じている場合がある。
【００７９】
この解析上の誤差を考慮して水中軸受２４の軸受摩耗量を推定する場合の例を説明する。
【００８０】
図１０は、水中軸受２４の増加に伴い、解析誤差が増加する例を示す。水中軸受２４の軸受クリアランスの大きさに応じて解析誤差の誤差量分が±δ_１および±δ_２とする場合である。
【００８１】
この場合、関係曲線Ａに対して解析誤差量分、すなわち±δ_１および±δ_２分だけ移動させた関係曲線Ｄ，Ｅを、例えばデータベース参照装置３１で２つ作成する。この関係曲線ＤおよびＥは、関係曲線Ａに対して解析誤差を考慮した軸振動値と軸受クリアランスの関係を表わす２つの曲線となる。
【００８２】
解析誤差を考慮した軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線Ｄ，Ｅから、軸受摩耗推定装置３２で測定された軸振動値を用いて水中軸受の軸受クリアランスを推定する方法は、図９（Ｂ）および（Ｃ）の場合と同様である。
【００８３】
このように、振動解析モデルを用いたパラメータ解析により得られる軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線Ａに解析誤差が生じても、この解析誤差を考慮したポンプ固有の関係曲線Ｄ，Ｅを求め、この関係曲線Ｄ，Ｅを用いて水中軸受の軸受クリアランス、ひいては軸受摩耗量を推定することができる。
【００８４】
したがって、振動解析モデルの解析誤差を考慮した水中軸受２４の軸受クリアランス、ひいては軸受摩耗量の推定が可能となり、振動解析モデルの改良により解析誤差を小さくできた場合、解析誤差δ_１，δ_２の値を小さくでき、軸受摩耗量の推定精度の向上を容易に図ることができる。
【００８５】
さらに、振動解析モデルの解析により求められた軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線Ａ（またはＡ_１）に計測誤差σと解析誤差δ_１，δ_２の双方を考慮した計算を行なうことで、両方の誤差を考慮した水中軸受２４の軸受摩耗量の推定も可能である。
【００８６】
この縦型ポンプの監視診断装置は、縦型ポンプ１１のポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係を表す関係曲線ＡまたはＡ_１を計測誤差に相当する誤差量分と解析誤差に相当する誤差量分を加えて移動させた２本の関係曲線に構成し、縦型ポンプ１１の所要ポンプ運転期間後に測定した軸振動値と２本の関係曲線が交わる交点間を軸受摩耗量の推定範囲とすることで、計測誤差と解析誤差を考慮した水中軸受２４の軸受摩耗量の推定が可能となる。
【００８７】
このように、軸受摩耗量を推定する際に軸振動の計測誤差または解析上の誤差を含んだ関係曲線を使用するため、推定される軸受摩耗量がある推定範囲を持ったものとなる。この結果誤差量分を見込んだ安全側の軸受摩耗量の推定が可能となる。計測手法の精度や解析に使用する振動解析モデルの精度が向上した場合は、計測誤差あるいは解析誤差の値を小さくすることにより、より精度よい推定が可能となる。
【００８８】
図９に示された計測誤差σや、図１０に示された解析誤差δ_１，δ_２が誤差分布を有する場合、すなわち、誤差範囲が確率分布を有する場合の水中軸受の軸受摩耗量の推定方法を図面を参照して説明する。
【００８９】
縦型ポンプ１１のポンプ回転軸１２の軸振動計測誤差を考慮した関係曲線ＢおよびＣ間の存在確率が、計測誤差の確率分布４７、例えば正規分布で表わされる場合、ある計測された軸振動値から推定される軸受摩耗量の存在確率は、図１１（Ａ）で示されるように、軸受クリアランス推定範囲の確率分布４８のように分布を持つことができる。
【００９０】
図１１（Ａ）に示されるように、測定された軸振動値に対する軸受クリアランスは確率分布４７の分布曲線で表わされる確度をもって生じる。その結果、図１１（Ｂ）に示されるように、軸受クリアランスが軸受交換基準に到達する時間についても確率分布４７で示される存在確率を有する。
【００９１】
このように、ポンプ回転軸１２の軸振動の計測誤差σや、振動解析モデルの解析誤差δ_１，δ_２の範囲を確率分布をもって表示することにより、推定された水中軸受２４の軸受クリアランス、ひいては軸受摩耗量を確率論で評価することができ、より実際の運用形態に合せた推定が可能となる。このため、水中軸受の交換周期を適正化し、より効率的な機器の保守点検が可能となる。
【００９２】
図１２は、本発明に係る縦型ポンプの監視診断装置の第２実施形態を示すものである。
【００９３】
この実施形態に示された縦型ポンプの監視診断装置１０Ａは、縦型ポンプ１１のポンプ回転軸１２の軸振動を非接触軸変位計として設けられた超音波振動計５０で計測する例を示すもので、この軸振動計測手段が、第１実施形態に示された縦型ポンプの監視診断装置１０と基本的に相違する。
【００９４】
図１２に示された縦型ポンプの監視診断装置１０Ａに超音波トランスジューサ等の超音波振動計５０を備えることにより、振動計測装置５１は超音波信号を信号処理するために、超音波信号処理装置５２と振動変換装置５３とを備える構成が採用され、この点が図１に示された振動計測装置２８と相違する。その他の構成は、図１に示される縦型ポンプの監視診断装置１０と異ならないので、同じ構成・作用は同じ符号を付して説明を省略する。
【００９５】
縦型ポンプ１１の監視診断装置１０Ａに設けられる超音波振動計５０は、揚水管１５の上部および連結部１５ａ近傍に取り付けた、例えば超音波送受信器などからなり、揚水管１５の上部から連結部１５ａ近傍内部に亘り延設されたポンプ回転軸１２の表面と、上記超音波送受信器までの超音波伝達時間の時刻履歴変化を計測してポンプ回転軸１２の振動値を求める振動計である。この超音波振動計５０はポンプ回転軸１２の軸振動を計測するのに揚水管１５やポンプケーシング１６の外側から取り付けることができ、超音波振動計５０の取付が容易となる。
【００９６】
本実施形態による縦型ポンプ１１の監視診断方法では、超音波式振動計５０ａを揚水管１５の上部に設置して、軸振動値を計測すれば、第１実施形態で示された特定の縦型ポンプ１１のポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスを表わす関係曲線ａ（図４参照）から、軸受クリアランスひいては軸受摩耗量を推定することができる。
【００９７】
次に、縦型ポンプの回転軸の軸振動値の測定により、水中軸受の軸受クリアランスひいては軸受摩耗量を推定する方法を説明する。
【００９８】
本実施形態による縦型ポンプの診断方法によれば、揚水管１５に超音波振動計５０を外側から取り付けたことにより、ポンプ回転軸１２の軸振動を計測することが可能であるため、揚水管１５あるいはポンプケーシング１６に孔開け加工などを行う必要がなくなる。
【００９９】
よって、運転状態あるいは組立状態にある縦型ポンプ１１においても定期的な点検時に超音波式振動計５０を取り付けることにより、ポンプ回転軸１２の軸振動の測定が可能となる。また、水中軸受２４から離れた場所でポンプ回転軸１２の振動を計測して軸受摩耗量の推定が可能となる。
【０１００】
この縦型ポンプの監視診断装置１０Ａにおいては、超音波振動計５０としてのトランスジューサから発信された超音波は、揚水管１５を通過して水中を伝播し、ポンプ回転軸１２の表面で反射して再び超音波トランスジューサで受信される。
【０１０１】
この超音波振動計５０は超音波の伝播時間の時刻履歴から、反射して戻る超音波の反射波を観察することにより、ポンプ回転軸１２の位置変化、すなわち軸振動を計測するこができる。
【０１０２】
振動計測装置５１は、超音波の反射波信号を超音波信号処理装置５２を介して処理し、処理された信号が軸振動算出手段としての振動変換装置５３により振動波形に変換され、ポンプ回転軸１２の軸振動値が算出される。
【０１０３】
ここで得られたポンプ回転軸１２の軸振動値に基づいて摩耗量推定手段としての軸受摩耗推定装置３２により水中軸受２４の軸受クリアランス、ひいては軸受摩耗量を推定することができ、この軸受摩耗推定装置３２で推定された軸受摩耗量は表示装置３３に送られて、この表示装置３３に表示される。
【０１０４】
一方、データベース３０には、第１実施形態で示された縦型ポンプの監視診断装置１０と同様、振動解析モデルを用いたパラメータ解析により、縦型ポンプ１１の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線α，β（図３参照）が納められている。このデータベース３０に納められた関係曲線α，βからポンプ組立時の初期値３７（軸振動値３５と軸受クリアランス３６）を基点として特定の縦型ポンプ１１のポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線Ａをデータベース参照装置３１で作成する。
【０１０５】
この関係曲線Ａは、特定の縦型ポンプ１１のポンプ組立状態におけるポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係を表わす曲線となる。この関係曲線Ａに軸受摩耗推定装置３２によりポンプ運転開始後、ある時間ｔ_１およびｔ_２における軸振動値（計測値）を当てはめることにより、軸振動値から軸受クリアランスを測定でき、この軸受クリアランスの各測定時の軸受クリアランス、ひいては軸受摩耗量が推定され、軸受交換基準Ｓｃに到達する交換時期Ｓｔを予測することができる。
【０１０６】
第２実施形態で示された縦型ポンプの監視診断装置１０Ａにおいても、図６から図１１に示すように、縦型ポンプ１１のポンプ組立時のポンプ個体差に起因する揚水管１５の偏角や軸曲がりを考慮し、水中軸受２４の軸受クリアランス、引いては軸受摩耗量を推定することができる。
【０１０７】
また、縦型ポンプ１１のポンプ回転軸１２の軸振動計測誤差σや、振動解析モデルを用いたパラメータ解析時の解析誤差δ_１，δ_２、さらには、関係曲線Ａの計測誤差σと振動解析モデルを用いた解析誤差δ_１，δ_２を考慮した軸受クリアランス、ひいては軸受摩耗量の推定も可能となり、縦型ポンプ１１の運転中に計測した軸振動値から水中軸受２４の軸摩耗状態を正確に精度よく推定することができる。
【０１０８】
【発明の効果】
本発明に係る縦型ポンプの監視診断方法および装置においては、縦型ポンプの回転軸の軸振動を計測するだけで、ポンプ個体差を考慮した軸受クリアランスを求め、軸受摩耗量の推定が可能となるため、水中軸受の軸受摩耗量を精度よく正確に推定することができる。
【０１０９】
また、この縦型ポンプの監視診断方法および装置においては、軸曲がり量や揚水管偏角等のポンプ個体差、ポンプ回転軸の計測誤差、振動解析モデルの解析に伴う解析誤差、さらには確率論を考慮し、誤差分を吸収する水中軸受の軸受クリアランス、ひいては軸受摩耗量の推定が可能であり、安全性や現実的な運用形態に合せた軸受摩耗量の推定が可能となる。
【０１１０】
その結果、縦型ポンプの水中軸受の交換周期を適正化でき、より効率的なポンプ機器の保守点検が可能となり、縦型ポンプの正確な監視診断を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る縦型ポンプの監視診断方法および装置の第１実施形態を説明するための構成図。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は図１の監視診断装置に備えられるデータベースに格納されるデータ例の一例を示す図。
【図３】縦型ポンプの軸受クリアランス、ひいては軸受摩耗量を推定するため、振動解析モデルから求められる軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線図。
【図４】データベースに格納された関係曲線から導出された縦型ポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係を示す関係曲線図。
【図５】水中軸受の交換時期を予測する方法を示す説明図。
【図６】（Ａ）および（Ｂ）は図１に示された縦型ポンプの監視診断装置を用いて他の縦型ポンプの軸受クリアランスの監視診断装置を用いて他の縦型ポンプの軸受クリアランス、ひいては軸受摩耗量を推定する方法を示す説明図。
【図７】縦型ポンプのポンプ個体差に基づく軸振動と軸受クリアランスの関係を示す図。
【図８】（Ａ）および（Ｂ）は縦型ポンプのポンプ組立差異に基づく軸曲がり量が異なる場合の軸振動と軸受クリアランスを説明する図。
【図９】（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は縦型ポンプの回転軸振動計測誤差を考慮した場合の軸受摩耗量を推定する例を示す説明図。
【図１０】縦型ポンプのポンプ固有の軸振動値と軸受クリアランスの関係曲線を振動解析モデルを用いて求めた際の解析誤差を考慮した場合の軸受摩耗量を推定する例を示す説明図。
【図１１】（Ａ）および（Ｂ）は計測誤差や解析誤差の範囲が確率分布を持つ場合の軸受摩耗量の推定方法を示す説明図。
【図１２】本発明に係る縦型ポンプの監視診断装置の第２実施形態を示す構成図。
【図１３】従来の縦型ポンプのポンプ例を示す縦断面図。
【符号の説明】
１０縦型ポンプの監視診断装置
１１縦型ポンプ（揚水ポンプ）
１２ポンプ回転軸
１３モータ台
１４モータ
１５揚水管
１６ポンプケーシング
１７羽根車
１９カップリング
２０吸込口
２１吐出口
２４水中軸受
２５非接触軸変位計（非接触型振動計測手段）
２６信号ケーブル
２８振動計測装置
２９信号処理装置
３０データベース
３１データベース参照装置
３２軸受摩耗推定装置
３３表示装置
５０超音波振動計
５１振動計測装置
５２超音波信号処理装置
５３振動変換装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for monitoring and diagnosing a vertical pump that detects vibration of a rotary shaft of a vertical pump such as a pump and estimates the amount of bearing wear.
[0002]
[Prior art]
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing a vertical pump used in a power plant or the like. This type of vertical pump 1 has a long pumping pipe 2 at the bottom of the floor, and a pump casing 4 that houses an impeller 3 as a pump impeller at the bottom of the pumping pipe 2.
[0003]
A rotating shaft 5 connected to the impeller 3 extends inside the pumping pipe 2 and is connected to the output shaft of the motor 6. The motor 6 is installed on a motor base 7 installed on the floor, and the impeller 3 is rotationally driven through the rotating shaft 5 by driving the motor 6 to suck up the fluid from the inlet of the pump casing 4 into the pumping pipe 2. The water is pumped from the discharge port.
[0004]
A rotary shaft 5 as a pump shaft of the vertical pump 1 is supported by a plurality of underwater bearings 8 so that the rotary shaft 5 is smoothly and smoothly rotated.
[0005]
However, since the underwater bearings 8 and 8 that support the rotating shaft 5 are provided in the flow passage portion in the pump casing 4 or the pumping pipe 2, wear may occur due to foreign matters in the fluid. In particular, when the vertical pump 1 is used as a seawater pump, wear tends to proceed due to sand contained in the seawater. If the wear of the submerged bearing 8 is left as it is, the impeller 3 may vary in rotation or eccentric, and the impeller 3 may contact the pump casing 4 and be damaged or damaged.
[0006]
In order to prevent the occurrence of contact between the impeller 3 and the pump casing 4, an allowable amount of wear is set in advance in the submersible bearing 8. The amount of wear is measured, and the underwater bearing that has reached the bearing replacement standard is replaced with a new bearing. Underwater bearings that do not meet the bearing replacement standard are used as they are.
[0007]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-118298 discloses a technique for monitoring the wear of the underwater bearing during pump operation instead of measuring the wear amount of the underwater bearing during the overhaul of the vertical pump. In this underwater bearing wear monitoring technology, a non-contact shaft displacement meter 9 such as an eddy current displacement meter is provided near the underwater bearing to measure the shaft vibration of the underwater bearing, and the amount of bearing wear is determined from the amount of change in the shaft vibration value. This makes it possible to predict the replacement time of the underwater bearing.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
With a technology that attaches a non-contact shaft displacement meter such as an eddy current displacement meter to monitor changes in shaft vibration of the underwater bearing and estimates the amount of wear of the underwater bearing, depending on the pump structure of the vertical pump, Only shaft vibrations at distant positions can be measured, the estimation accuracy of the bearing wear amount is lowered, and there is a problem that the bearing wear amount cannot be estimated accurately and accurately.
[0009]
Also, when installing non-contact axial displacement meters in the pumping pipes and pump casings of vertical pumps, if there are multiple bearings to be monitored, it is necessary to install displacement meters on all bearings. The amount increases.
[0010]
On the other hand, since the overhaul of the vertical pump is a large work, there is a limit to increasing the frequency of overhaul. For this reason, with conventional vertical pumps, the bearings are often replaced at an early stage, even though there is a sufficient margin for the wear life of submerged bearings. It was difficult to use it efficiently.
[0011]
Further, in general, vertical pumps vary between individual pumps during pump assembly due to manufacturing tolerances of pump components. Due to individual differences in pumps due to this assembly variation, there is a difference in the magnitude of pump vibration in each vertical pump even immediately after assembly. Since the shaft vibration value of the vertical pump is affected by individual pump differences when assembling the pumping pipe and rotary shaft, the magnitude of the shaft vibration differs for each vertical pump.
[0012]
For this reason, even if the underwater bearing has the same shaft wear state, the shaft vibration value is increased in a vertical pump assembled with a large rotation shaft bending (coupling deviation angle). Since each vertical pump has individual differences at the time of assembling the pump, there is a problem in that the estimation accuracy of the wear state of the bearing is lowered when the individual pump differences are not considered.
[0013]
The present invention has been made in consideration of the above-described circumstances, and is a method for monitoring and diagnosing a vertical pump that can estimate the amount of wear of a bearing quantitatively and accurately in consideration of individual pump differences of the vertical pump. And an object to provide an apparatus.
[0014]
Another object of the present invention is to improve the accuracy of estimating the amount of bearing wear in consideration of measurement errors and analysis errors, and to provide a highly reliable vertical pump monitoring diagnosis that can be performed smoothly and smoothly. To provide a monitoring diagnosis method and apparatus.
[0015]
Another object of the present invention is to provide a method and apparatus for monitoring and diagnosing a vertical pump that introduces probability theory into the estimation of the amount of wear of the bearing and can estimate the amount of wear of the bearing that matches the actual operation mode. In offer.
[0016]
Still another object of the present invention is to provide a method for monitoring and diagnosing a vertical pump that can accurately and accurately estimate the amount of wear of the bearing, optimize the bearing replacement cycle, and enable more efficient maintenance and inspection of the pump equipment. To provide the equipment.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the vertical pump monitoring and diagnosis method according to the present invention uses the vibration analysis model stored in the database to determine the axial vibration value of the vertical pump, as described in claim 1. Analyze at least two relationship curves of bearing clearance, and the relationship between the shaft vibration value and bearing clearance of the vertical pump obtained analytically shows the initial bearing clearance and shaft vibration value measured during pump assembly. As a base point, create a relationship curve between the shaft vibration value specific to the vertical pump and the bearing clearance, and apply the shaft vibration value of the pump rotating shaft measured after the required operating time to the created relationship curve for each vertical pump. This is a method for obtaining the bearing clearance corresponding to the shaft vibration value and estimating the bearing wear amount of the underwater bearing.
[0018]
In order to solve the above-mentioned problem, a vertical pump monitoring diagnosis method according to the present invention is characterized in that, as described in claim 2, a shaft of a vertical pump that is analytically determined using the vibration analysis model. At least two relational curves of vibration value and bearing clearance are relational curves of shaft vibration value and bearing clearance calculated by inputting pump individual differences such as pump pump deflection angle of vertical pump and shaft rotation of pump rotation shaft. Is the method.
[0019]
Furthermore, in order to solve the above-described problem, the vertical pump monitoring and diagnosis method according to the present invention includes, as described in claim 3, a relationship curve between a shaft vibration value unique to the vertical pump and a bearing clearance, Two relational curves are created by translating by an error amount corresponding to the shaft vibration measurement error of the pump rotation shaft, and the shaft vibration value of the pump rotation shaft measured after the required operation period of the vertical pump is 2 A method of setting a bearing wear amount estimation range between intersections intersecting with the relationship curve of the book, and, as described in claim 4, a relationship curve representing a relationship between a shaft vibration value unique to the vertical pump and a bearing clearance. Then, two relational curves are created by moving by an error amount corresponding to the analysis error from the vibration analysis model, and the axial vibration value of the pump rotary shaft measured after the required operation period of the vertical pump has passed. Book relationship curve This is a method of setting an estimated range of the amount of bearing wear between intersecting intersections. Further, as described in claim 5, a relational curve representing a relationship between a shaft vibration value unique to the vertical pump and a bearing clearance is represented by a rotation axis. An error amount corresponding to an axial vibration measurement error and an error amount corresponding to an analysis error using a vibration analysis model are added to form two relational curves, and after the required operation period of the vertical pump has elapsed, 7. The method according to claim 6, wherein the measured shaft vibration value of the pump rotation shaft intersects between the two relational curves to set an estimated range of the bearing wear amount. In this estimation range, the bearing wear amount estimated from the measured shaft vibration value is distributed with a required existence probability.
[0020]
On the other hand, the monitoring and diagnosing device for a vertical pump according to the present invention includes a vibration measuring device for measuring axial vibration of a pump rotating shaft of a vertical pump, as described in claim 7, in order to solve the above-described problem, Using the vibration analysis model, analytically obtain at least two relationship curves between the shaft vibration value of the vertical pump and the bearing clearance and store them in the database to be stored and the relationship curve between the shaft vibration value and the bearing clearance stored in this database. A database reference device that creates a relationship curve that represents the relationship between the shaft vibration value unique to the vertical pump and the bearing clearance by applying the shaft vibration value measured at the time of pump assembly and the initial value of the bearing clearance. The axis corresponding to the shaft vibration value by applying the measured shaft vibration value of the pump rotation shaft to the relationship curve between the shaft vibration value and bearing clearance unique to the vertical pump. And a bearing wear estimating apparatus for determining the clearance, the bearing wear estimating apparatus is obtained by the bearing clearance corresponding to the axial vibration value to estimate the bearing wear amount of water bearing.
[0021]
Furthermore, in order to solve the above-described problem, the monitoring and diagnosing device for a vertical pump according to the present invention is as described in claim 8, wherein the database reference device is stored in a database and obtained from a vibration analysis model. The relationship between the shaft vibration value and the bearing wear is input into the relationship curve between the shaft vibration value and the bearing wear amount, and the relationship curve between the shaft vibration value and bearing clearance specific to each vertical pump is created. .
[0022]
In order to solve the above-described problem, the vertical pump monitoring and diagnosing device according to the present invention is characterized in that, as described in claim 9, the database reference device includes a shaft from a vibration analysis model stored in the database. From the relationship curve between the vibration value and the bearing clearance, create a relationship curve between the shaft vibration value specific to the vertical pump and the bearing clearance, and from the relationship curve specific to the vertical pump, the amount of error corresponding to the shaft vibration measurement error of the pump rotary shaft Are translated to create two relational curves. Further, as described in claim 10, the database reference device includes an axis obtained from a vibration analysis model stored in the database. From the relationship curve between vibration value and bearing wear amount, create a relationship curve between the shaft vibration value and bearing clearance unique to the vertical pump, and perform vibration analysis on this relationship curve. Two relational curves are created by moving by an error amount corresponding to an analysis error using Dell. Furthermore, as described in claim 11, the bearing wear estimation device includes The shaft vibration value measured after the required operation period of the mold pump is input from the vibration measuring device and applied to the two relational curves to which the measurement error or analysis error is applied. The range of the bearing clearance corresponding to the shaft vibration value is obtained, and further, as described in claim 12, the bearing clearance corresponding to the shaft vibration value measured by the bearing wear estimation device is obtained. The range has a probability distribution.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a monitoring and diagnosis method and apparatus for a vertical pump according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0024]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a monitoring / diagnosis device for a vertical pump according to the present invention. This monitoring / diagnosis device 10 detects the shaft vibration of the pump rotating shaft 12 of the vertical pump 11 so that the bearing clearance, and hence the bearing wear amount can be estimated accurately and accurately.
[0025]
The vertical pump 11 is a pump for use as a sump pump, for example, used in a power plant. The vertical pump 11 has a motor 14 installed on a motor base 13 installed on the floor, and has a long pumping pipe 15 having a multistage connection structure at the lower part of the floor, and a pump casing 16 is provided below the pumping pipe 15. . The pump casing 16 is, for example, arranged in two upper and lower stages, and accommodates an impeller 17 as a multistage pump impeller. The impeller 17 and the pump casing 16 may not be a multistage structure but may be a single stage.
[0026]
A rotary shaft 18 as a pump shaft is connected to the impeller 17, and the pump rotary shaft 12 extends upward through the pumping pipe 15 and is coupled to an output shaft 14 a of the motor 14 via a coupling 19. Connected.
[0027]
The pump rotating shaft 12 of the vertical pump 11 enters the pumping pipe 15 from the coupling 19 on the floor, passes through the pumping pipe 15, passes through the pump casing 16, and extends to the suction port 20 opened at the lower part of the pump casing 16. Has been terminated. Reference numeral 21 denotes a discharge port of the vertical pump 11.
[0028]
The pump rotating shaft 12 of the vertical pump 11 is rotatably supported by a plurality of underwater bearings 24. The underwater bearings 24 are provided at appropriate positions in the pump casing 16 and the pumping pipe 15 with an interval in the axial direction of the pump rotating shaft 12, and rotatably support the pump rotating shaft 12.
[0029]
Further, an impeller 17 is integrally connected to the pump rotating shaft 12 in the pump casing 16 connected in two upper and lower stages, and the impeller 17 as a pump impeller is driven in accordance with the rotational driving of the pump rotating shaft 12. Is rotated.
[0030]
In the vertical pump 11, the impeller 17 is rotated by the rotational drive of the pump rotating shaft 12 accompanying the drive of the motor 14, and the fluid sucked from the suction port 20, for example, seawater, is pumped by the rotation of the impeller 17. The water is discharged (outflowed) from the discharge port 21 through the pumping pipe 15.
[0031]
Further, the pumping pipe 15 and the pump casing 16 of the vertical pump 11 are provided with a non-contact axial displacement meter 25 such as an eddy current displacement meter as a non-contact type vibration measuring means. The shaft vibration value of the rotating shaft 12 is measured.
[0032]
The non-contact shaft displacement meter 25 includes, for example, the upper part of the pumping pipe 15 that is an easily inspected part, the vicinity of the connecting part 15a that is a part having a great influence on the displacement of wear of the submersible bearing 24, and the connecting part of the pump casing 16 and the pumping pipe 15. It is provided in the vicinity.
[0033]
The shaft vibration measurement signal of the pump rotating shaft 12 measured by the non-contact shaft displacement meter 25 is sent to the vibration measuring device 28 via the signal cable 26, and the shaft vibration value of the pump rotating shaft 12 is obtained by the vibration measuring device 28. The measured shaft vibration value is sent to a signal processing device 29 as shaft vibration calculation means, converted into a digital signal, and subjected to signal processing, and the vibration value of the pump rotating shaft 12 is calculated.
[0034]
On the other hand, the monitoring and diagnosis device 10 for the vertical pump includes a vibration measuring device 28 that measures the shaft vibration of the pump rotating shaft 12 of the vertical pump 11 in a non-contact manner, and a signal processing device 29 that processes the measured shaft vibration signal. And a database 30 storing a vibration analysis model and analytically creating a plurality of relational curves α and β between the shaft vibration value and the bearing clearance, and the shaft vibration value stored in the database 30 and the bearing clearance. A database reference device 31 that creates a relationship curve A between the shaft vibration value and bearing clearance of a specific vertical pump 11 from the relationship curve, a relationship curve A between the shaft vibration value and bearing clearance of a specific vertical pump 11 and the required operation period A bearing wear estimation device 32 for estimating a bearing clearance and, in turn, a bearing wear amount from the measured shaft vibration value after elapse of time, and a bearing wear estimated by the estimation device 32 A display device 33 for displaying the amount, and the underwater bearing replacement time can be specified from the bearing wear amount displayed on the display device 33.
[0035]
The database 30 provided in the vertical pump monitoring / diagnosis apparatus 10 includes a relational curve Z between a shaft vibration value obtained by parameter analysis using a vibration analysis model and a bearing clearance (bearing wear amount). ₁ , Z ₂ , Z ₃ Data indicating (corresponding to relational curves α and β in FIG. 3 described later) is created as shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B). Relation curve Z stored in this database 30 ₁ , Z ₂ , Z ₃ By paying attention to the above and applying the measured shaft vibration value, it is possible to estimate the bearing clearance of the underwater bearing 24, and hence the amount of bearing wear.
[0036]
By the way, the database 30 of the vertical pump monitoring / diagnosis apparatus 10 stores a vibration analysis model that defines the relationship between the shaft vibration value of the pump rotary shaft 12 and the amount of bearing wear or bearing clearance. This vibration analysis model is a known two-layer vibration analysis model in which a rotor and a casing are connected by a bearing spring. The shaft vibration and casing vibration evaluation tests using this vibration analysis model show that when the bearing wear of the underwater bearing 24 progresses, it is found that the results match the shaft vibration and casing vibration test results, and the vibration analysis model is used. We were able to confirm the validity.
[0037]
The database 30 performs an analysis using the two-layer vibration analysis model as a parameter of the amount of shaft bending (coupling declination) of the pump rotating shaft 12 and the amount of declination of the pump pipe and the bearing clearance of the underwater bearing 24. A plurality of relationship curves α and β between the shaft vibration value and the bearing clearance are analytically created.
[0038]
FIG. 3 shows two cases of the relationship curves α and β between the shaft vibration value and the bearing clearance stored in the database 30, for example, maximum and minimum. The relational curves α and β are obtained by performing a parameter analysis using the vibration analysis model, for example, when the maximum angle of deflection of the pumping pipe and the minimum axis bending are analyzed, and when the maximum angle of deflection of the pumping pipe is maximum and the axis bending is maximum. It shows an analytical relationship curve between the value and the bearing clearance, and is a relationship curve α, β obtained by calculation by analysis.
[0039]
Based on the relationship curves α and β between the shaft vibration value and the bearing clearance stored in the database 30, a relationship curve A between the shaft vibration value of the specific vertical pump 12 and the bearing clearance is created by the database reference device 31.
[0040]
The relationship curve A between the shaft vibration value of the specific vertical pump 11 and the bearing clearance can be created from the shaft vibration value 35 measured at the time of pump assembly and the initial value 37 obtained from the bearing clearance 36.
[0041]
The initial value 37 measured at the time of assembling the pump of the specific vertical pump 11 is a point that internally divides the relationship curves α and β by the ratio s: t. : By connecting the points to be internally divided by t, the relationship curve A between the shaft vibration value and the bearing clearance in the specific vertical pump 11 can be interpolated into both relationship curves α and β.
[0042]
This relationship curve A is a curve representing the relationship between the shaft vibration value peculiar to the pump in the assembled state of the specific vertical pump 11 and the bearing clearance, and is represented as shown in FIG.
[0043]
The bearing clearance can be estimated from the measured shaft vibration value by using the relationship curve A between the shaft vibration value unique to the pump and the bearing clearance shown in FIG. 4, and this bearing clearance is estimated by a bearing wear estimation device. 32.
[0044]
A certain time t after the start of operation of a specific vertical pump 11 ₁ When the shaft vibration value 38 is obtained after the lapse of time, the time t from the relation curve A in FIG. ₁ The bearing clearance 39 at is estimated. Furthermore, the time t when the time has passed ₂ Similarly, the bearing clearance 41 is estimated from the shaft vibration value 40.
[0045]
FIG. 5 shows the time axis on the horizontal axis from the relationship curve A between the shaft vibration value specific to the pump of the specific vertical pump 11 shown in FIG. 4 and the bearing clearance.
[0046]
By measuring the shaft vibration at a certain time interval from the relationship curve A shown in FIG. 4, the bearing clearance can be estimated at each measurement time, and this bearing clearance is developed over time as shown in FIG. By doing so, it is possible to predict the time when the bearing replacement reference Sc is reached, that is, the replacement time St of the underwater bearing 24.
[0047]
According to the monitoring and diagnosing apparatus 10 for the vertical pump 11, the relationship curves α and β between the shaft vibration value of the vertical pump and the bearing wear amount are obtained by analysis using the two-layer vibration analysis model stored in the database 30. Based on the relationship curves α and β, the database reference device 31 can create a relationship curve A representing the individual shaft pumps 11, that is, the shaft vibration value and bearing clearance specific to the pump.
[0048]
For this reason, the bearing clearance and thus the bearing for each vertical pump 11 reflecting the individual pump differences of the vertical pump 11 (due to the allowable manufacturing error of pump components and the variation in assembly or assembly that occurs during pump assembly). The amount of wear can be estimated, and the estimation accuracy can be improved.
[0049]
The relationship curve A representing the relationship between the shaft vibration value unique to the pump of the vertical pump 11 and the bearing clearance (bearing wear amount) is represented by at least two shaft vibration values and bearing clearance (bearing wear amount) obtained by analysis from the vibration analysis model. ) Based on the relationship curves α and β, the storage amount of the database 30 can be greatly reduced, and the creation work amount of the database 30 can be reduced.
[0050]
Further, in the database reference device 31, the relationship curve A between the shaft vibration inherent to the pump of the vertical pump 11 and the bearing wear amount is expressed in relation to the relationship curves α and β stored in the database 30. This represents the relationship between the shaft vibration value calculated by inputting the difference during pump assembly such as (deviation angle) and the bearing clearance (bearing wear amount).
[0051]
As described above, the database reference device 31 uses the relationship curve A between the shaft vibration and the bearing wear amount obtained by reflecting in the analysis the factors that are different during pump assembly, such as the pump pipe deflection angle and shaft bending. Therefore, it is possible to estimate the amount of bearing wear in consideration of the processing accuracy of the pumping pipe end face and the difference during assembly due to tolerances.
[0052]
In general, in the method of diagnosing the state of the vertical pump by measuring the axial vibration of the vertical pump 11, there is a difference in the magnitude of the axial vibration in each vertical pump 11 due to individual differences at the time of pump assembly. . However, in the monitoring / diagnosis apparatus 10 shown in FIG. 1, individual differences during assembly of each vertical pump 11 can be taken into account by the database 30 and the database reference apparatus 31, and bearing wear corresponding to each vertical pump 11. Accurate and accurate estimation of the quantity is possible.
[0053]
6A and 6B show that the initial value 37 of the vertical pump 11 (set by the shaft vibration value 35 and the bearing clearance 36) measured at the time of pump assembly is a relationship curve between the shaft vibration value and the bearing clearance. The case where it exists in the outer area | region of (alpha) and (beta) is shown.
[0054]
FIG. 6 (A) shows the shaft vibration assumed from the analysis using the vibration analysis model from the variation accompanying the assembly error of each vertical pump when estimating the bearing vibration amount of the submersible bearing 24 of the vertical pump 11. This is an example in which the relationship between the value and the relationship curve of the bearing clearance exceeds the range of α and β.
[0055]
In this case, as shown in FIG. ₁ Is a curve that externally divides the relational curves α and β, so that the relational curve A representing the shaft vibration value and bearing clearance specific to the pump of the specific vertical pump 11 ₁ Can be obtained.
[0056]
Further, instead of dividing the relationship curves α and β as shown in FIG. 6A, for example, the maximum relationship curve γ is obtained by parameter analysis from the vibration analysis model separately from the relationship curves α and β. The relationship curves α, β, γ between the shaft vibration value and the bearing clearance can be created as shown in FIG. FIG. 6B shows a case where three relational curves are used.
[0057]
Then, using the relationship curves β and γ on both sides where the initial value 37 measured at the time of assembling the specific vertical pump 11 exists, the relationship curve A is internally divided by the ratio s: t. ₁ And this relationship curve A ₁ Is used as a relational curve representing the shaft vibration value specific to the pump of the specific vertical pump 11 and the bearing clearance.
[0058]
6A and 6B, even when the initial value 37 measured at the time of pump assembly of the vertical pump 11 is located outside the relationship curves α and β obtained by the parameter analysis of the vibration analysis model, Relationship curve A between pump specific shaft vibration value and bearing clearance ₁ Can be created. Relationship curves A and A representing the relationship between the shaft vibration value peculiar to the pump and the bearing clearance according to the initial value 37 of the specific vertical pump 11 ₁ Therefore, it is possible to estimate the bearing wear amount with high accuracy.
[0059]
FIG. 7 shows a relationship curve between the shaft vibration value and the bearing clearance in consideration of individual pump differences (variations) when the vertical pump 11 is assembled. In the vertical pump 11, individual pump differences due to manufacturing tolerances of pump components occur during pump assembly.
[0060]
Curve R of vertical pump shaft vibration value and bearing clearance ₁ , R ₂ , R ₃ , R ₄ Is represented as shown in FIG.
[0061]
Relation curve R ₁ Is the maximum angle of deflection of the pumping pipe and the minimum shaft bending,
Relation curve R ₂ When the pump pipe deflection angle is minimum and shaft bending is minimum,
Relation curve R ₃ If the maximum deflection angle of the pump pipe and the maximum bending of the shaft are
Relation curve R ₄ When the pump pipe deflection angle is minimum and shaft bending is maximum,
Respectively.
[0062]
When the axis bending amount is maximized, for example, the relationship curve R ₃ , R ₄ As shown by the relationship curve R, for example, when the shaft bending amount is the smallest even with the same bearing clearance. ₁ , R ₂ The shaft vibration value becomes larger.
[0063]
Further, when the pumping pipe deflection angle is maximized, for example, the relationship curve R ₁ , R ₃ Is the relationship curve R, for example, when the angle of deflection of the pumped pipe is minimized ₂ , R ₄ The shaft vibration value becomes smaller than that.
[0064]
In the vertical pump 11, the deflection angle of the pumping pipe 15 is because the pump rotating shaft 12 is pressed against the underwater bearing 24 in order to cause misalignment of the underwater bearing 24, and the shaft vibration value becomes smaller. As a result, the relationship curve R when the deflection angle of the pumped pipe is maximum and the shaft bending is minimum ₁ And the relationship curve R for the case where the angle of deflection of the pumped pipe is minimum and the axis bend is maximum ₄ May be considered as an example using the relationship curves α and β shown in FIG.
[0065]
As described above, in the vertical pump 11, the relationship between the shaft vibration value and the bearing clearance in consideration of the assembly error at the time of pump assembly, that is, the maximum and minimum of individual pump differences, is obtained by parameter analysis using the vibration analysis model. Thus, it is possible to accurately and accurately estimate the amount of bearing wear in consideration of individual pump differences.
[0066]
FIGS. 8A and 8B illustrate a case where the amount of shaft bending is different as the individual pump difference between the shaft vibration of the vertical pump 11 and the bearing clearance.
[0067]
In the vertical pump 11, assuming that the time variation of the bearing clearance is the same, when comparing the pump Pa assembled with a large shaft bend and the pump Pb assembled with a small shaft bend, as shown in FIG. Pb exhibits shaft vibration smaller than that of the pump Pa even in the initial operation state. When wear of the underwater bearing 24 progresses and the bearing clearance increases, the pump Pa with a large shaft bending amount also increases the shaft vibration increase amount compared to the pump Pb.
[0068]
In the vertical pump 11, since the magnitude of the shaft vibration value varies depending on individual pump differences, it is necessary to monitor shaft vibration in accordance with individual pump differences. This vertical pump monitoring and diagnosis device 10 can estimate the bearing wear amount of the bearing during the swing in consideration of individual pump differences, and by obtaining the bearing clearance of the vertical pump 11 from the measurement of the shaft vibration value, The bearing replacement time of the mold pump 11 can be determined accurately and accurately as shown in FIG.
[0069]
Next, a method for estimating the amount of bearing wear in consideration of the measurement error of the shaft vibration of the pump rotating shaft 12 of the vertical pump 11 by the monitoring and diagnosis device 10 of the vertical pump 11 is shown in FIGS. A description will be given with reference to FIG.
[0070]
FIG. 9A shows a relationship curve A (or A) between the shaft vibration value unique to the pump and the bearing clearance in the vertical pump 11 created by the database reference device 31. ₁ ). This relationship curve A is not different from the relationship curve A obtained in FIG. 2, and the relationship curves α and β between the shaft vibration value and the bearing clearance obtained by the parameter analysis of the vibration analysis model are divided internally (or externally). It is obtained.
[0071]
In FIG. 9A, in order to consider the measurement error of the axial vibration of the pump rotary shaft 12 by the vibration measuring device 28, the relational curve A is moved by an error amount with respect to the axial vibration (horizontal axis), that is, ± σ, Two relational curves B and C shifted by the movement amount ± σ are created. The relational curves B and C are created by the database reference device 31, for example.
[0072]
By using the relationship curves B and C shown in FIG. 9 (A), the bearing wear estimation device 32 obtains the bearing clearance, thereby measuring the measurement accuracy of the measuring instrument such as the non-contact shaft displacement meter 26 and the measurement work. It is possible to estimate the bearing clearance and the bearing wear amount in consideration of the error.
[0073]
FIG. 9B shows a method for estimating the bearing wear amount from the shaft vibration value measured at a required time interval.
[0074]
What is different from the method of estimating the amount of bearing wear of the underwater bearing shown in FIG. ₁ , T ₂ The bearing wear amount estimated in (1), that is, the bearing clearance has the required estimated ranges 43 and 44.
[0075]
Time t shown in FIG. 9B ₁ , T ₂ The relational curves B and C between the shaft vibration value and the bearing clearance in FIG. 4 are processed in the same manner as the relational curve shown in FIG. 4, so that the bearing clearance reaches the bearing replacement reference Sc as shown in FIG. The timing, that is, the bearing replacement timing St can be predicted with a width.
[0076]
In the monitoring and diagnosing device 10 for the vertical pump 11, the life of the submerged bearing 24 can be predicted on the safe side in consideration of a measurement error for measuring the pump rotating shaft 12 of the vertical pump 11. If the measurement error can be reduced by improving the non-contact shaft displacement meter 25 or the vibration measuring device 28, the value of the measurement error σ can be reduced, and the estimation accuracy of the bearing wear amount can be further improved easily.
[0077]
Further, a method for estimating the amount of bearing wear in consideration of the analysis error of the vibration analysis model will be described with reference to FIG.
[0078]
A relationship curve A (or A) between a shaft vibration value and a bearing clearance obtained by parameter analysis of a vibration analysis model stored in the database 30 using a shaft bending amount and a pumping pipe deflection amount. ₁ ) May have an analytical error.
[0079]
An example in which the bearing wear amount of the underwater bearing 24 is estimated in consideration of this analysis error will be described.
[0080]
FIG. 10 shows an example in which the analysis error increases as the number of the underwater bearings 24 increases. The error amount of the analysis error is ± δ according to the bearing clearance of the underwater bearing 24. ₁ And ± δ ₂ This is the case.
[0081]
In this case, with respect to the relationship curve A, an analysis error amount, that is, ± δ ₁ And ± δ ₂ For example, the database reference device 31 creates two relational curves D and E that have been moved by the same amount. The relationship curves D and E are two curves representing the relationship between the shaft vibration value and the bearing clearance in consideration of the analysis error with respect to the relationship curve A.
[0082]
FIG. 9B shows a method for estimating the bearing clearance of the underwater bearing using the shaft vibration value measured by the bearing wear estimation device 32 from the relationship curves D and E between the shaft vibration value and the bearing clearance in consideration of the analysis error. And (C).
[0083]
As described above, even if an analysis error occurs in the relationship curve A between the shaft vibration value and the bearing clearance obtained by the parameter analysis using the vibration analysis model, the relationship curves D and E unique to the pump in consideration of the analysis error are obtained. The relationship curves D and E can be used to estimate the bearing clearance of the underwater bearing and hence the amount of bearing wear.
[0084]
Therefore, it is possible to estimate the bearing clearance of the underwater bearing 24 in consideration of the analysis error of the vibration analysis model, and hence the amount of bearing wear. If the analysis error can be reduced by improving the vibration analysis model, the analysis error δ ₁ , Δ ₂ Can be reduced, and the estimation accuracy of the bearing wear amount can be easily improved.
[0085]
Further, the relationship curve A (or A) between the shaft vibration value obtained by the analysis of the vibration analysis model and the bearing clearance. ₁ ) And measurement error σ and analysis error δ ₁ , Δ ₂ By performing the calculation considering both of these, it is possible to estimate the bearing wear amount of the underwater bearing 24 in consideration of both errors.
[0086]
This vertical pump monitoring and diagnosing device is a relationship curve A or A representing the relationship between the shaft vibration value specific to the vertical pump 11 and the bearing clearance. ₁ Are made into two relational curves that are moved by adding an error amount corresponding to the measurement error and an error amount corresponding to the analysis error, and the shaft vibration value measured after the required pump operation period of the vertical pump 11 and 2 The bearing wear amount of the underwater bearing 24 can be estimated in consideration of the measurement error and the analysis error by setting the bearing wear amount estimation range between the intersections of the relationship curves.
[0087]
As described above, since the relationship curve including the measurement error or analysis error of the shaft vibration is used when estimating the bearing wear amount, the estimated bearing wear amount has an estimated range. As a result, it is possible to estimate the bearing wear amount on the safe side in consideration of the error amount. When the accuracy of the measurement technique and the accuracy of the vibration analysis model used for the analysis are improved, it is possible to estimate with higher accuracy by reducing the value of the measurement error or the analysis error.
[0088]
The measurement error σ shown in FIG. 9 and the analysis error δ shown in FIG. ₁ , Δ ₂ A method for estimating the amount of bearing wear of a submerged bearing in the case where has an error distribution, that is, an error range has a probability distribution, will be described with reference to the drawings.
[0089]
When the existence probability between the relationship curves B and C in consideration of the axial vibration measurement error of the pump rotary shaft 12 of the vertical pump 11 is expressed by a measurement error probability distribution 47, for example, a normal distribution, a certain measured axial vibration value As shown in FIG. 11 (A), the existence probability of the bearing wear amount estimated from Fig. 11 can have a distribution as a probability distribution 48 of the bearing clearance estimation range.
[0090]
As shown in FIG. 11A, the bearing clearance with respect to the measured shaft vibration value is generated with the accuracy represented by the distribution curve of the probability distribution 47. As a result, as shown in FIG. 11B, the time required for the bearing clearance to reach the bearing replacement standard also has the existence probability indicated by the probability distribution 47.
[0091]
Thus, the measurement error σ of the shaft vibration of the pump rotary shaft 12 and the analysis error δ of the vibration analysis model ₁ , Δ ₂ By displaying the above range with a probability distribution, the estimated bearing clearance of the underwater bearing 24, and hence the bearing wear amount, can be evaluated by probability theory, and estimation according to the actual operation mode becomes possible. For this reason, it is possible to optimize the replacement cycle of the underwater bearing and to perform more efficient equipment maintenance and inspection.
[0092]
FIG. 12 shows a second embodiment of the monitoring and diagnosis apparatus for a vertical pump according to the present invention.
[0093]
The vertical pump monitoring and diagnosing device 10A shown in this embodiment shows an example in which the axial vibration of the pump rotary shaft 12 of the vertical pump 11 is measured by an ultrasonic vibrometer 50 provided as a non-contact axial displacement meter. Therefore, this shaft vibration measuring means is fundamentally different from the monitoring / diagnosis device 10 of the vertical pump shown in the first embodiment.
[0094]
By providing an ultrasonic vibration meter 50 such as an ultrasonic transducer in the vertical pump monitoring and diagnosis apparatus 10A shown in FIG. 12, the vibration measurement apparatus 51 uses an ultrasonic signal processing apparatus to process an ultrasonic signal. 52 and a vibration conversion device 53 are employed, and this point is different from the vibration measurement device 28 shown in FIG. Since the other configuration is not different from the monitoring / diagnosis apparatus 10 of the vertical pump shown in FIG.
[0095]
The ultrasonic vibrometer 50 provided in the monitoring / diagnosis device 10A of the vertical pump 11 includes, for example, an ultrasonic transmitter / receiver or the like attached to the upper part of the pumping pipe 15 and the vicinity of the connecting part 15a. 15 is a vibrometer that calculates the vibration value of the pump rotary shaft 12 by measuring the time history change in the ultrasonic transmission time to the ultrasonic transmitter / receiver and the surface of the pump rotary shaft 12 extending in the vicinity of 15a. The ultrasonic vibrometer 50 can be attached from the outside of the pumping pipe 15 or the pump casing 16 in order to measure the shaft vibration of the pump rotating shaft 12, and the ultrasonic vibrometer 50 can be easily attached.
[0096]
In the monitoring and diagnosing method of the vertical pump 11 according to the present embodiment, if the ultrasonic vibrometer 50a is installed on the upper part of the pumping pipe 15 and the axial vibration value is measured, the specific vertical pump shown in the first embodiment is used. From the relational curve a (see FIG. 4) representing the shaft vibration value unique to the pump of the mold pump 11 and the bearing clearance, it is possible to estimate the bearing clearance and thus the bearing wear amount.
[0097]
Next, a method for estimating the bearing clearance of the underwater bearing and thus the bearing wear amount by measuring the shaft vibration value of the rotary shaft of the vertical pump will be described.
[0098]
According to the vertical pump diagnosis method of the present embodiment, since the ultrasonic vibration meter 50 is attached to the pumping pipe 15 from the outside, the shaft vibration of the pump rotary shaft 12 can be measured. 15 or pump casing 16 need not be drilled.
[0099]
Therefore, even in the vertical pump 11 in the operating state or the assembled state, the vibration of the pump rotary shaft 12 can be measured by attaching the ultrasonic vibrometer 50 during periodic inspection. Further, it is possible to estimate the amount of bearing wear by measuring the vibration of the pump rotary shaft 12 at a location away from the underwater bearing 24.
[0100]
In this vertical pump monitoring and diagnosing device 10 </ b> A, ultrasonic waves transmitted from a transducer as the ultrasonic vibration meter 50 propagate through the water through the pumping pipe 15 and are reflected by the surface of the pump rotating shaft 12. It is received again by the ultrasonic transducer.
[0101]
This ultrasonic vibrometer 50 can measure the position change of the pump rotating shaft 12, that is, the axial vibration, by observing the reflected wave of the reflected ultrasonic wave from the time history of the propagation time of the ultrasonic wave.
[0102]
The vibration measuring device 51 processes the reflected wave signal of the ultrasonic wave via the ultrasonic signal processing device 52, and the processed signal is converted into a vibration waveform by the vibration converting device 53 as the shaft vibration calculating means, and the pump rotating shaft Twelve shaft vibration values are calculated.
[0103]
Based on the shaft vibration value of the pump rotary shaft 12 obtained here, the bearing clearance of the underwater bearing 24 and hence the bearing wear amount can be estimated by the bearing wear estimation device 32 as wear amount estimation means. The bearing wear amount estimated by the device 32 is sent to the display device 33 and displayed on the display device 33.
[0104]
On the other hand, in the database 30, as with the vertical pump monitoring and diagnosis device 10 shown in the first embodiment, the relationship between the shaft vibration value of the vertical pump 11 and the bearing clearance is obtained by parameter analysis using a vibration analysis model. α and β (see FIG. 3) are stored. From the relational curves α and β stored in the database 30, the initial value 37 (shaft vibration value 35 and bearing clearance 36) at the time of pump assembly is used as a base point, and the shaft vibration value and bearing clearance specific to the pump of the specific vertical pump 11 are determined. The relation curve A is created by the database reference device 31.
[0105]
The relationship curve A is a curve representing the relationship between the shaft vibration value unique to the pump in the pump assembly state of the specific vertical pump 11 and the bearing clearance. A certain time t after the start of pump operation by the bearing wear estimation device 32 is shown in this relation curve A ₁ And t ₂ By applying the shaft vibration value (measured value) at, the bearing clearance can be measured from the shaft vibration value, the bearing clearance at the time of each measurement of the bearing clearance, and the bearing wear amount is estimated, and the replacement reaches the bearing replacement standard Sc. The time St can be predicted.
[0106]
Also in the vertical pump monitoring / diagnosis apparatus 10A shown in the second embodiment, as shown in FIGS. 6 to 11, the deflection angle of the pumping pipe 15 due to individual pump differences when the pump of the vertical pump 11 is assembled. Further, the bearing clearance of the underwater bearing 24 and the amount of bearing wear can be estimated in consideration of shaft bending.
[0107]
Further, the shaft vibration measurement error σ of the pump rotating shaft 12 of the vertical pump 11 and the analysis error δ at the time of parameter analysis using the vibration analysis model. ₁ , Δ ₂ Furthermore, the measurement error σ of the relationship curve A and the analysis error δ using the vibration analysis model ₁ , Δ ₂ It is also possible to estimate the bearing clearance and the amount of bearing wear in consideration of the above, and the shaft wear state of the underwater bearing 24 can be accurately and accurately estimated from the shaft vibration value measured during the operation of the vertical pump 11.
[0108]
【The invention's effect】
In the method and apparatus for monitoring and diagnosing a vertical pump according to the present invention, it is possible to estimate the bearing wear amount by taking into account individual pump differences by simply measuring the shaft vibration of the rotary shaft of the vertical pump. Therefore, it is possible to accurately and accurately estimate the bearing wear amount of the underwater bearing.
[0109]
Also, in this vertical pump monitoring and diagnosis method and apparatus, pump individual differences such as shaft bending amount and pumping pipe deflection angle, pump rotation axis measurement error, analysis error associated with analysis of vibration analysis model, and probability theory In consideration of this, it is possible to estimate the bearing clearance of the underwater bearing that absorbs the error, and hence the amount of bearing wear, and it is possible to estimate the amount of wear of the bearing in accordance with safety and a practical operation mode.
[0110]
As a result, the submersible bearing replacement cycle of the vertical pump can be optimized, more efficient maintenance and inspection of the pump equipment can be performed, and accurate monitoring and diagnosis of the vertical pump can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram for explaining a first embodiment of a monitoring and diagnosing method and apparatus for a vertical pump according to the present invention.
2A and 2B are diagrams showing examples of data stored in a database provided in the monitoring / diagnosis apparatus of FIG. 1;
FIG. 3 is a relationship curve diagram of a shaft vibration value obtained from a vibration analysis model and a bearing clearance in order to estimate a bearing clearance of a vertical pump, and hence a bearing wear amount.
FIG. 4 is a relationship curve diagram showing a relationship between a shaft vibration value unique to a vertical pump and a bearing clearance derived from a relationship curve stored in a database.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a method for predicting the replacement time of the underwater bearing.
6 (A) and 6 (B) show bearings of other vertical pumps using the monitoring / diagnosis device of the bearing clearance of another vertical pump using the monitoring / diagnosis device of the vertical pump shown in FIG. Explanatory drawing which shows the method of estimating a clearance and by extension, a bearing wear amount.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between shaft vibration and bearing clearance based on individual pump differences of a vertical pump.
FIGS. 8A and 8B are diagrams for explaining shaft vibration and bearing clearance when shaft bending amounts are different based on pump assembly differences of a vertical pump.
FIGS. 9A, 9B, and 9C are explanatory diagrams showing an example of estimating a bearing wear amount in consideration of a measurement error of a rotary shaft vibration of a vertical pump.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of estimating a bearing wear amount when an analysis error is taken into consideration when a relationship curve between a shaft vibration value unique to a pump of a vertical pump and a bearing clearance is obtained using a vibration analysis model.
FIGS. 11A and 11B are explanatory views showing a bearing wear amount estimating method when a range of measurement errors and analysis errors has a probability distribution; FIGS.
FIG. 12 is a configuration diagram showing a second embodiment of the monitoring and diagnosing apparatus for a vertical pump according to the present invention.
FIG. 13 is a longitudinal sectional view showing a pump example of a conventional vertical pump.
[Explanation of symbols]
10 Vertical pump monitoring and diagnosis device
11 Vertical pump (pumping pump)
12 Pump rotation shaft
13 Motor stand
14 Motor
15 Pumping pipe
16 Pump casing
17 impeller
19 Coupling
20 Suction port
21 Discharge port
24 Underwater bearing
25 Non-contact axial displacement meter (Non-contact type vibration measuring means)
26 Signal cable
28 Vibration measurement device
29 Signal processor
30 database
31 Database reference device
32 Bearing wear estimation device
33 Display device
50 Ultrasonic Vibrometer
51 Vibration measuring device
52 Ultrasonic signal processor
53 Vibration converter

Claims

Using the vibration analysis model stored in the database, analytically obtain at least two relationship curves between the shaft vibration value of the vertical pump and the bearing clearance,
The relationship between the axial vibration value of the vertical pump and the bearing clearance based on the initial bearing clearance and the axial vibration value measured at the time of pump assembly is used as the base curve for the axial vibration value of the vertical pump and the bearing clearance. Create a relationship curve
Apply the shaft vibration value of the pump rotating shaft measured after the required operating time to the created relationship curve of each vertical pump, obtain the bearing clearance corresponding to this shaft vibration value, and estimate the bearing wear amount of the underwater bearing A method for monitoring and diagnosing a vertical pump.

At least two relational curves of the shaft vibration value of the vertical pump and the bearing clearance analytically obtained using the vibration analysis model are individual pump differences such as the pump displacement angle of the vertical pump and the shaft bending of the pump rotation shaft. 2. The method for monitoring and diagnosing a vertical pump according to claim 1, wherein the relationship is a relation curve between a shaft vibration value and a bearing clearance calculated by inputting.

From the relational curve between the shaft vibration value specific to the vertical pump and the bearing clearance, two relational curves are created by translating by an error amount corresponding to the shaft vibration measurement error of the pump rotary shaft, 2. The method of monitoring and diagnosing a vertical pump according to claim 1, wherein a bearing wear amount estimation range is defined between intersections at which the shaft vibration value of the pump rotating shaft measured after the operation period intersects with the two relational curves.

Two relational curves are created by moving by an error amount corresponding to the analysis error from the vibration analysis model from the relational curve representing the relation between the shaft vibration value unique to the vertical pump and the bearing clearance. 2. The method of monitoring and diagnosing a vertical pump according to claim 1, wherein a bearing wear amount estimation range is defined between intersections at which the shaft vibration value of the pump rotating shaft measured after the lapse of a required operation period intersects the two relational curves.

The relationship curve representing the relationship between the shaft vibration value unique to the vertical pump and the bearing clearance is added to the error amount corresponding to the shaft vibration measurement error of the rotating shaft and the error amount corresponding to the analysis error using the vibration analysis model. Establishing the bearing wear amount between the intersections where the measured shaft vibration value of the pump rotating shaft intersects the two relational curves after the required operation period of the vertical pump has elapsed. The method for monitoring and diagnosing a vertical pump according to claim 1, wherein the range is a range.

6. The method for monitoring and diagnosing a vertical pump according to claim 3, wherein the bearing wear amount estimated from the measured shaft vibration value is distributed with a required existence probability in the estimated range of the bearing wear amount.

A vibration measuring device for measuring the shaft vibration of the rotary shaft of the vertical pump;
A database for analytically determining and storing at least two relational curves between the shaft vibration value of the vertical pump and the bearing clearance using the vibration analysis model;
The relationship between the shaft vibration value and the bearing clearance specific to the vertical pump is expressed by applying the shaft vibration value measured at the time of pump assembly and the initial value of the bearing clearance to the relationship curve between the shaft vibration value and the bearing clearance stored in this database. A database reference device for creating a relationship curve;
Bearing wear estimation to obtain the bearing clearance corresponding to the shaft vibration value by applying the measured shaft vibration value of the pump rotating shaft to the relationship curve of the shaft vibration value and bearing clearance unique to the vertical pump created by the database reference device A vertical pump monitoring and diagnosing device, wherein the bearing wear estimation device estimates a bearing wear amount of a submerged bearing from a bearing clearance corresponding to a shaft vibration value.

The database reference device is stored in a database and inputs individual pump-specific differences to the relationship curve between the shaft vibration value and the bearing wear amount obtained from the vibration analysis model, and the shaft unique to each vertical pump. 8. The monitoring and diagnosing device for a vertical pump according to claim 7, wherein a relationship curve between a vibration value and a bearing clearance is created.

The database reference device creates a relationship curve between a shaft vibration value specific to the vertical pump and a bearing clearance based on a relationship curve between the shaft vibration value and the bearing clearance from the vibration analysis model stored in the database, and is also specific to the vertical pump. 8. The vertical pump monitoring and diagnosing device according to claim 7, wherein two relationship curves are created by translating an error amount corresponding to an axial vibration measurement error of the pump rotation shaft from the relationship curve.

The database reference device creates a relationship curve between a shaft vibration value specific to the vertical pump and a bearing clearance from a relationship curve between the shaft vibration value obtained from the vibration analysis model stored in the database and the bearing wear amount. The monitoring diagnostic apparatus for a vertical pump according to claim 7, wherein two relational curves are created by moving the relational curve by an error amount corresponding to an analysis error using a vibration analysis model.

The bearing wear estimation device inputs the shaft vibration value measured after the lapse of the required operation period of the vertical pump from the vibration measurement device and applies it to the two relational curves to which the measurement error or analysis error is applied. 11. The monitoring / diagnosis device for a vertical pump according to claim 9, wherein a bearing clearance range corresponding to a shaft vibration value measured in consideration of an analysis error is obtained.

12. The monitoring and diagnosing device for a vertical pump according to claim 11, wherein the bearing clearance range corresponding to the shaft vibration value measured by the bearing wear estimation device has a probability distribution.