JP6944797B2 - Fluid machine - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮または膨張を行う流体機械に関するものである。 The present invention relates to a fluid machine that compresses or expands.
特許文献1の圧縮機は、振動で圧縮機の故障診断を行い、故障と判定された場合に、圧縮機を停止する。この際、故障診断装置の故障の有無についても診断を行い、故障診断装置の故障ならば作動スイッチで使用者が停止解除可能としている。 The compressor of Patent Document 1 diagnoses a failure of the compressor by vibration, and stops the compressor when it is determined to be a failure. At this time, the presence or absence of failure of the failure diagnosis device is also diagnosed, and if the failure diagnosis device fails, the user can release the stop with the operation switch.
特許文献1の故障診断装置の故障を除く圧縮機異常に関する報知は、あくまでも修理が前提の故障が発生したことを知らせる報知である。したがって、故障が発生してから修理を手配するため、圧縮機の停止期間が長くなる。当然、修理しないで作動スイッチを押せば、すぐに振動を検知して停止することになるか、ピストンやシリンダの交換が必要な重度故障が発生することになる。 The notification regarding the compressor abnormality excluding the failure of the failure diagnosis device of Patent Document 1 is a notification that a failure that is premised on repair has occurred. Therefore, the compressor is stopped for a long period of time because repairs are arranged after the failure occurs. Of course, if you press the operation switch without repairing it, vibration will be detected immediately and it will stop, or a serious failure that requires replacement of the piston or cylinder will occur.
本発明の目的は、故障リスクを早期に把握し、流体機械の計画的な保守を可能にすることである。 An object of the present invention is to grasp the failure risk at an early stage and enable planned maintenance of a fluid machine.
上記課題を解決するために、本発明者らは、大きな振動を検知したら停止する流体機械の検知した振動データを分析し、流体機械本体が駆動できない故障が所定期間内に発生する可能性が高い、または既に故障している「故障直前前兆振動」(例、ピストンが破損し連接棒がクランク室を叩くレベルの振動)と、流体機械が駆動できない故障が発生するまでに前記所定期間以上かかる可能性が高い「初期前兆振動」(例、圧縮機本体内部部品の損傷が疑われるレベルの振動)の弁別を可能にした。 In order to solve the above problems, the present inventors analyze the vibration data detected by the fluid machine that stops when a large vibration is detected, and there is a high possibility that a failure in which the main body of the fluid machine cannot be driven will occur within a predetermined period. Or, it may take more than the above-mentioned predetermined period until the "precursor vibration immediately before the failure" (for example, the vibration at the level where the piston is damaged and the connecting rod hits the crank chamber) and the failure that the fluid machine cannot be driven occur. It has made it possible to discriminate highly probable "initial precursor vibration" (eg, vibration at a level where damage to internal parts of the compressor body is suspected).
具体的には、初期前兆振動は、例えば、第1閾値以上第2閾値未満の振動とし、故障直前前兆振動は、例えば、第2閾値より大きい振動とすることで弁別可能である。 Specifically, the initial precursor vibration can be discriminated by, for example, a vibration of the first threshold value or more and less than the second threshold value, and the precursor vibration immediately before the failure is, for example, a vibration larger than the second threshold value.
ただ、使用者は緊急で流体機械の駆動が必要な場合もある。そのため、故障直前前兆振動を検知するまでは、所定時間だけ継続駆動した後、後述する第2停止解除処理よりも簡易な第1停止解除処理(例えば、流体機械の画面操作や電源ON/OFFで停止解除できる処理など)で停止解除できる状態で停止させ、故障直前前兆振動を検知した場合または初期前兆振動検知による停止と第1停止解除処理を所定回数した場合、第2停止解除処理(例えば、プログラマブルコントローラ)で停止解除できる状態で停止させる。 However, the user may urgently need to drive a fluid machine. Therefore, until the precursor vibration immediately before the failure is detected, after continuous driving for a predetermined time, the first stop release process (for example, screen operation of the fluid machine or power ON / OFF), which is simpler than the second stop release process described later, is performed. The second stop release process (for example, when the stop can be released by a process that can release the stop) and the precursor vibration immediately before the failure is detected, or when the stop by the initial precursor vibration detection and the first stop release process are performed a predetermined number of times. Stop in a state where the stop can be released with the programmable controller).
本発明によれば、故障リスクを早期に把握し、流体機械の計画的な保守が可能になる。 According to the present invention, the risk of failure can be grasped at an early stage, and the planned maintenance of the fluid machine becomes possible.
本発明の実施の形態を以下に示す。 Embodiments of the present invention are shown below.
まず、図1と図2を用いて本発明の実施例1における製品構成図を説明する。図1と図2に示す空気圧縮機1は、例えば工場等の設備全体に配置された圧縮流体供給経路の一部に設けられる。 First, the product configuration diagram according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The air compressor 1 shown in FIGS. 1 and 2 is provided in a part of a compressed fluid supply path arranged in the entire equipment such as a factory.
空気圧縮機1は、空気等の気体を電動機11の駆動により圧縮機本体2にて圧縮する。空気圧縮機1は、図1の場合は筐体内部に空気圧縮機等の一式を搭載したパッケージ型空気圧縮機、図2の場合はタンク9と圧縮機一式が一体化しているタンクマウント型空気圧縮機である。なお、本実施例はパッケージ型とタンクマウント型共に無給油式空気圧縮機に適用したものである。
The air compressor 1 compresses a gas such as air in the compressor
図1のパッケージ型の空気圧縮機1は、多気筒で往復動型の圧縮機本体2、シリンダ3、貯留タンク(以下、タンク9)、フレーム10、電動機11、電磁開閉器33、異常検知器44を備えている。
The package-type air compressor 1 of FIG. 1 is a multi-cylinder, reciprocating
図2のタンクマウント型の空気圧縮機1は、多気筒で往復動型の圧縮機本体2、シリンダ3、タンク9、電動機11、電磁開閉器33、異常検知器44を備えている。
The tank mount type air compressor 1 of FIG. 2 includes a multi-cylinder reciprocating compressor
各部の機能は以下で説明するものを除き、一般的なものであるので説明は省略する。 Since the functions of each part are general except those described below, the description thereof will be omitted.
図3に図1及び図2の圧縮機のロード運転時(通常運転時)における空気回路図を示す。 FIG. 3 shows an air circuit diagram of the compressors of FIGS. 1 and 2 during load operation (normal operation).
圧縮機本体2は、駆動部として回転駆動する電動機11に直結されたクランクシャフトの回転動によりシリンダ3内のピストン13を往復動させる。ピストン13の往復動により吸込みサイレンサ7を経由して吸気室4から空気が吸い込まれる。吸い込んだ空気をシリンダ3内(圧縮室内)で圧縮し、これを圧縮流体として吐出室5から吐出する。本実施例の場合、該吐出された圧縮流体は、圧縮機本体2と一体に設けたタンク9内に貯留されるが、直接空圧機器やその他貯留タンクに供給してもよい。該貯留された圧縮流体は、タンク9に設けた止め弁8から空圧機器等に供給される。
The compressor
電動機11は圧縮機本体2の運転を制御する制御部としての電磁開閉器33、異常検知器44と接続されている(接続詳細は図4の回路構成図にて説明する)。
The
異常検知器44は、圧縮機本体2に異常が発生した場合に異常振動を制御基板67に通知する。制御基板67は通知された異常振動の警報や異常を使用者に報知する。異常検知器44が異常振動を検知した場合、電磁開閉器33を遮断して電動機11と圧縮機本体2を停止する(異常検知フローの詳細は図5の制御のフローチャートを用いて後述する)。なお、電動機11は、電磁開閉機33を介して電源55に接続されている。
The
図4に異常検知器44の具体的な回路構成例を示す。本実施例の異常検知器44は、加速度検出を行う圧電素子60と、増幅率調整回路61と、信号増幅器62と、フィルター63と、包絡線検波回路64と、スイッチ66と制御基板67と接続されているマイコン68と、メモリ69を備えている。
FIG. 4 shows a specific circuit configuration example of the
異常検知器44はフレームに固定され、圧縮機本体2から発生しフレーム10を経由した加速度を測定する。異常検知器44は圧縮機本体2自体の加速度と、圧縮機本体2内部で異常が発生することで圧縮機本体2自体の加速度が異常上昇した場合に異常振動(故障直前前兆振動または初期前兆振動)が発生していることを、制御基板67に通知する。制御基板67の報知部は図6に図示する通り、状況に応じて複数表示できるのでも良く、あるいはブザーなどの音で知らせる装置であっても良い。
The
加速度を検知する加速度センサとしての圧電素子60の信号は一般に微弱信号であるため、マイコンなどで扱える信号に変換するため、増幅率調整回路61で増幅率を調節し、信号増幅器62を用いて振動信号を増幅され、フィルタ63を透過する仕様となっている。フィルタ63を透過した後の信号は振幅信号を保持する包絡線検波回路64を介してマイコン68に内蔵されたA/D変換器65に接続されている。増幅率の調節については、製品出荷時でも顧客や作業者が独自に行うものでも構わない。電源55と電磁開閉器33が通電したとき、電動機11が稼動し圧縮機本体2が起動する。その際に、振動による加速度が圧電素子60からマイコン68に伝播して異常検知器44が作動する。このとき、記憶回路69は異常が発生したとして異常履歴(発生時刻、振動の大きさを示す加速度等)を更新する。
Since the signal of the
図5に、異常検知器44の制御フローチャートを示す。
FIG. 5 shows a control flowchart of the
圧縮機本体2を運転後、異常検知器44が計測した加速度が第1閾値を超えた場合(本実施例では、圧縮機本体2内部部品の破損が疑われる状態になったときとして、加速度4gレベルが第1閾値に設定されている。)、制御基板67にて警報出力を行う(2回目以降は異常出力)。このとき、測定した加速度が第2閾値未満であれば、圧縮機本体2の運転が継続され、第1警報出力を一定時間(本実施例では、継続時間が30時間に設定されている。)継続させた後、電磁開閉器33が遮断され、圧縮機本体2の運転が停止される。
After operating the compressor
異常検知器44が第2閾値を超える加速度(本実施例では、圧縮機本体2の連接棒がクランク室を叩くレベルに到達したときとして、加速度7gレベルに設定されている。)に到達した場合、第1異常出力の発報時間中であっても、電磁開閉器33が遮断され、圧縮機本体2の運転が強制停止される。
When the
検出した加速度値が第2閾値未満までの場合は、電源をOFFにすれば停止制御を解除可能だが、第2閾値以上の場合は、メンテナンス後専用のプログラマブルコントローラ(以降プロコン)にて停止状態を解除する設定とした。 If the detected acceleration value is less than the second threshold value, the stop control can be canceled by turning off the power, but if it is more than the second threshold value, the stop state is stopped by the dedicated programmable controller (hereinafter referred to as "Procon") after maintenance. It was set to be released.
検出した加速度値が第2閾値未満の状態であれば、圧縮機本体2の運転再開後、異常(初回は警報)出力を一定時間継続し(本実施例では、10時間と設定する。)、その後圧縮機本体2を再度停止させる。本実施例では3回(警報:30時間、異常:10時間)であるが、この繰り返し回数は何回でも構わない。図5に記載した加速度閾値は仮の値であり、機種毎で同じでも異なるものでも構わない。また、異常検出のサイクルは仮の値であり、時間は長くても短くても良く、電源スイッチやプロコンを用いた解除方法は、解除方法の一例であり、その他の方法でも構わない。
If the detected acceleration value is less than the second threshold value, after restarting the operation of the compressor
図6に異常検知器44が異常を検知した際の盤面表示例を示す。加速度の値や異常検知後の運転時間に応じて、フェーズを(1)〜(4)と「緊急」に分類し、それぞれAL71、Er72〜73、Er7E等で異常(初回は警報)を表示する。さらに、異常検知器44の故障や、異常検知器44と制御基板67を接続する配線等の断線が発生した場合、AL7Uを表示する。この盤面表示は仮の表示方法であり、全く別の内容や、機種毎で同じでも異なるものでも構わない。また、記載した異常検出のサイクルは仮の値であり、図に記載している時間よりも長くても短くても良く、電源スイッチやプロコンを用いた解除方法は、解除方法の一例であり、その他の方法でも構わない。さらに、異常検出を行う際、外部へ信号を行うことも可能なため、例えば遠方に居ても空気圧縮機1の異常を監視することが可能である。また、盤面表示以外にもメンテナンスランプを点灯することで、確実に異常を確認することが可能である。
FIG. 6 shows an example of displaying the board surface when the
空気圧縮機1で発生する加速度は通常、電動機11や圧縮機本体2の回転数に応じた微小振動による微小加速度が発生する。一方、駆動手段の起動時やタンク圧力や温度、運転モード(通常運転(ロード運転)/アンロード運転)などの負荷が変動し、かつ空気圧縮機の摺動抵抗の増加や、空気圧縮機の機能消失や連結機構部の異常による駆動手段のロックなどの機構的な異常が発生した場合には、通常に比して大きな加速度が生じる。この場合、上記通常の加速度とは異なる振幅及び周期の加速度が重畳される。なかでも機構的な異常やピストン13やピストン13と電動機11のクランクシャフトとを接続する連接棒の折損など、重大損傷の場合には振幅のとりわけ大きな加速度が周期的に観測される。
The acceleration generated by the air compressor 1 is usually a minute acceleration due to a minute vibration according to the rotation speed of the
そこで、本実施例では、圧縮機本体2の内部で異常が発生した場合、異常検知器44で第1閾値以上の加速度を検知した場合、制御基板67で異常表示(初回は警報)を行い、所定時間経過後に圧縮機本体2の電動機11(電磁開閉器33)を停止させ、前記第1の閾値よりも大きい第2閾値以上の加速度を検知した場合も同様に停止制御を行う。異常検知器44は圧縮機本体2がロード運転を開始した際に動作を開始し、まずマイコン68の初期設定を行う。次に記憶回路69からこれまでの異常履歴を読み込み、圧縮機本体2が前回動作したときの異常状態を判定する。
Therefore, in this embodiment, when an abnormality occurs inside the compressor
前回異常があった場合、または前記異常がなくても現時点で第1閾値を超える加速度を検出している場合は圧縮機異常表示(初回は警報)を行い、一定時間経過後停止制御を行う。その後第2閾値以上の加速度を検出、もしくは第1閾値以上で第2閾値未満の加速度の検出が所定回数を超えた場合には、異常検知器44から制御基板67へ信号を送り、電動機の運転ができないように設定し、圧縮機本体2を停止させる。異常表示は継続して行う。異常なしと判断した場合には、異常履歴を記憶回路69に保存して運転を行う度に本ループを繰り返す。
If there was an abnormality last time, or if an acceleration exceeding the first threshold value is detected at the present time even if there is no such abnormality, a compressor abnormality display (alarm at the first time) is displayed and stop control is performed after a certain period of time has elapsed. After that, when the acceleration above the second threshold value is detected, or when the detection of the acceleration above the first threshold value and below the second threshold value exceeds a predetermined number of times, a signal is sent from the
以上より、本実施例によれば、異常表示から運転停止までの間、圧縮機本体2の運転を継続できることから、エアー供給が止まった顧客が圧縮機本体2の異常を早期に把握でき、圧縮機本体2の破損状態が悪化する前に処置可能とする。
From the above, according to the present embodiment, since the operation of the compressor
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。また、本発明は複数の実施例を組み合わせることによって実施してもよい。 The examples described so far are merely examples of embodiment of the present invention, and the technical scope of the present invention is not limitedly interpreted by them. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or its main features. Further, the present invention may be carried out by combining a plurality of examples.
なお、ここまで往復動に関して説明してきたが、本発明は、電動機によって駆動され、無負荷運転可能なものであれば往復動圧縮機に限らず、スクロール式流体機械、スクリュー圧縮機といった他の流体機械にも適用することができる。 Although the reciprocating motion has been described so far, the present invention is not limited to the reciprocating compressor as long as it is driven by an electric motor and can be operated without load, but other fluids such as a scroll type fluid machine and a screw compressor. It can also be applied to machines.
1 空気圧縮機
2 圧縮機本体
3 シリンダ
4 吸気室
5 吐出室
7 吸込みサイレンサ
8 止め弁
9 タンク
10 フレーム
11 電動機
13 ピストン
33 電磁開閉器
44 異常検知器
55 電源
60 圧電素子
61 増幅率調整回路
62 信号増幅器
63 フィルタ
64 包絡線検波回路
65 A/D変換器
66 スイッチ
67 制御基板
68 マイコン
69 記憶回路
1
Claims (7)
前記流体機械本体を駆動する駆動部と、
前記流体機械本体の振動の加速度を検知する加速度センサとを備え、
前記加速度センサで第1閾値以上第2閾値未満の加速度を検知した場合、所定時間経過後に、電源をオフすることにより停止解除できる第1停止状態で前記駆動部を停止させ、
前記加速度センサで前記第2閾値以上の加速度を検知した場合、電源をオフにしても停止解除できない第2停止状態で前記駆動部を停止させることを特徴とする流体機械。 A fluid machine body that compresses or expands fluid,
The drive unit that drives the fluid machine body and
It is equipped with an acceleration sensor that detects the acceleration of vibration of the fluid machine body.
When the acceleration sensor detects acceleration of the first threshold value or more and less than the second threshold value, the drive unit is stopped in the first stop state which can be released by turning off the power after a predetermined time has elapsed.
A fluid machine characterized in that when the acceleration sensor detects an acceleration equal to or higher than the second threshold value, the drive unit is stopped in a second stopped state in which the stop cannot be released even when the power is turned off.
前記第1閾値以上第2閾値未満で、初期前兆振動を検知し、
前記第2閾値以上で、故障直前前兆振動を検知していることを特徴とする流体機械。 In claim 1,
The initial precursor vibration is detected at the first threshold value or more and less than the second threshold value.
A fluid machine characterized in that a precursory vibration immediately before a failure is detected at the second threshold value or higher.
前記流体機械は往復動圧縮機であり、
前記第1閾値以上第2閾値未満で、圧縮機本体内部部品の損傷が疑われるレベルの振動を検出し、
前記第2閾値以上で、連接棒がクランク室を叩くレベルの振動を検出することを特徴とする流体機械。 In claim 1,
The fluid machine is a reciprocating compressor.
Vibration at a level suspected of damaging internal parts of the compressor body is detected at the first threshold value or more and less than the second threshold value.
A fluid machine characterized in that vibration at a level at which the connecting rod hits the crank chamber is detected at the second threshold value or higher.
前記第1閾値以上第2閾値未満の加速度を検知した場合、初回は警報を報知し、2回目以降は異常を報知し、
前記第2閾値以上の加速度を検知した場合、異常を報知することを特徴とする流体機械。 In claim 1,
When the acceleration of the first threshold value or more and less than the second threshold value is detected, an alarm is notified for the first time, and an abnormality is notified for the second and subsequent times.
A fluid machine characterized in that when an acceleration equal to or higher than the second threshold value is detected, an abnormality is notified .
前記加速度センサで第1閾値以上第2閾値未満の加速度を検知し、所定時間経過後に、前記第1停止状態で前記駆動部を停止させる処理を所定回数繰り返した後は、前記第2停止状態で前記駆動部を停止させることを特徴とする流体機械。 In any of claims 1 to 3,
After the acceleration sensor detects acceleration of the first threshold value or more and less than the second threshold value, and after a predetermined time elapses, the process of stopping the drive unit in the first stop state is repeated a predetermined number of times, and then in the second stop state. A fluid machine characterized by stopping the drive unit.
前記第1閾値以上第2閾値未満の加速度を検知した後に、前記第2閾値以上の加速度を検知した場合は、所定時間経過前であっても前記駆動部を強制停止させることを特徴とする流体機械。 In any of claims 1 to 3,
When the acceleration of the first threshold value or more and less than the second threshold value is detected and then the acceleration of the second threshold value or more is detected, the driving unit is forcibly stopped even before the elapse of a predetermined time. machine.
前記第2停止状態は専用のコントローラからの信号によって停止解除できることを特徴とする流体機械。 In claim 1,
A fluid machine characterized in that the second stopped state can be released from a stop by a signal from a dedicated controller.
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