JP7303279B2

JP7303279B2 - ポンプ装置の診断方法、ポンプ装置の診断評価装置

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Publication number: JP7303279B2
Application number: JP2021193860A
Authority: JP
Inventors: 洋吉永; 龍太郎古高; 浩貴柳田; 一登小松; 和哉橋詰; 高嗣山本
Original assignee: KUBOTA ENVIRONMENTAL ENGINEERING CORPORATION; Kubota Corp
Current assignee: KUBOTA ENVIRONMENTAL ENGINEERING CORPORATION; Kubota Corp
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2023-07-04
Anticipated expiration: 2037-07-18
Also published as: JP2022019829A

Description

本発明はポンプ装置の診断方法、ポンプ装置の診断評価装置に関する。

排水機場に設置された多くのポンプ設備は設置後３０年以上経過し、整備・更新時期に差し掛かっている。そのために要するコストを抑制しながら最適な整備・更新を行なうために、事前の精度の高い点検と診断が必要になっている。

国土交通省による河川ポンプ設備の点検・整備・更新マニュアル（案）の維持管理の項には、以下のように記載されている。

排水機場のポンプ設備は、大雨等の自然現象に対応して必要なときに確実に始動でき、かつ必要な時間中故障なく十分な排水機能が発揮できなければならない。日常はほとんど運転されないため稼働時間は少ないが、一旦出水となると連続運転が要求され、また、運転時は高温多湿、気圧低下があり、非出水期は低温下での長期休止となるなど、通常の常用系設備とは異なった環境下にある。

一方、揚水機場のポンプ設備は、一旦稼働期に入ると確実に連続運転できることが要求され、設備を機能させながらの点検・整備の実施が求められるなどの特性を持っている。さらに、河川ポンプ設備共通のものとして、設備が多くの装置・機器等で構成されていて、一つが故障しても排水機能に何らかの影響を及ぼし、場合によっては機能停止という事態を招くことになるため、システム全体として確実に機能することが求められる。

例えば、ポンプ装置の一例である立軸ポンプ装置は、回転軸と、回転軸に取り付けられた羽根車と、回転軸を回転自在に支持する水中軸受と、羽根車と水中軸受を収容するポンプケーシングとを備えて構成されている。立軸ポンプ装置は、ケーシング、羽根車及び水中軸受が水中に没水した状態で運転され、運転時間の経過とともにこれらの部材が徐々に腐食、摩耗していく。

そのため、立軸ポンプ装置の点検作業を定期的に行って羽根車や水中軸受の摩耗具合やケーシングの腐食具合を確認し、必要に応じて補修または交換を行うことが必要となるが、部品の摩耗具合を確認するために、立軸ポンプ装置を解体し、クレーンなどにより立軸ポンプを引き上げて点検を行なうと、点検作業に要する設備費及び人件費が嵩むばかりか、長い点検時間を要するという問題がある。

そこで、特許文献１には、ポンプの振動に応じた信号を出力する振動センサと、該振動センサが出力した信号に応じたアナログ信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器の変換によって得られたデジタル信号に対してフーリエ変換を行うフーリエ変換器とを備える振動測定装置において、ポンプの回転軸の回転速度に応じた周波数を有する信号を出力する回転センサを備え、前記Ａ／Ｄ変換器は、前記回転センサが出力した信号の周波数に応じたサンプリング周波数で、前記アナログ信号をデジタル信号へ変換すべくなしてあることを特徴とする振動測定装置が開示されている。

また、特許文献２には、回転軸に固定された羽根車と、回転軸を回転自在に支持する軸受と、回転軸を収容するポンプケーシングと、水中カメラやファイバースコープなどの画像取得手段をポンプケーシング外部からポンプケーシング内部の所定の消耗部材まで案内する導管とを備えたことを特徴とするポンプが開示されている。

特開２００２－４８６３３号公報特開２００６－１６１７９０号公報

特許文献１に記載されたような振動測定装置を用いれば、ポンプ装置を解体してクレーンなどを用いてポンプを引き上げるような手間の掛かる点検作業は不要になり、実負荷運転を行なう際に同時にポンプ装置の劣化度合いを測定及び診断することができる。

しかし、測定対象となる水中軸受けや羽根車などに振動センサなどの測定用のセンサを直接取り付けることが困難なため、その近傍のポンプケーシングなどに取付けたセンサの出力を用いて間接的に測定せざるを得ない結果、検出されたデータから異常の程度を正確に診断することが困難な場合があり、また異常発生個所をピンポイントで特定することが困難であるという問題があった。

また、降雨時の定格での排水運転や揚水量を制限した管理運転などの実負荷運転時に測定することが不可欠となるため、渇水期など実負荷運転が困難な時期にはタイムリーな点検が困難になるという問題もあった。

また、特許文献２に記載されたような画像取得手段を用いる場合には、水中カメラやファイバースコープなどで得られた画像を目視確認することができるので、腐食の状態や破損の程度を確認できるが、ポンプ装置を停止した状態での外観からの観察であるため、部品の内部に生じた異常を把握できないという問題があった。

同様の問題は、立軸ポンプ装置に限るものではなく、横軸ポンプ装置などの他のポンプ装置全般に生じる。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、点検作業を簡便にしながらも精度の高い診断が可能なポンプ装置の診断方法、ポンプ装置の診断評価装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明によるポンプ装置の診断方法の第一の特徴構成は、回転軸と、前記回転軸に取り付けられた羽根車と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記羽根車と前記軸受を収容するポンプケーシングと、を備えて構成されるポンプ装置の診断方法であって、前記ポンプ装置の作動時の状態を点検して動的点検データを得る動的点検ステップと、前記ポンプ装置の停止時の状態を点検して静的点検データを得る静的点検ステップと、前記動的点検データと前記静的点検データの双方に基づいて前記ポンプ装置の状態を診断する診断ステップと、を実行し、前記診断ステップは、前記動的点検データを、前記ポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す動的点検評価値に変換する動的点検評価値変換ステップと、前記静的点検データを、前記ポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す静的点検評価値に変換する静的点検評価値変換ステップと、前記動的点検評価値と前記静的点検評価値とから前記ポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す総合点検評価値を求める総合点検評価ステップと、を含み、前記総合点検評価ステップは、予め設定されたテーブルデータを用いて前記動的点検評価値と前記静的点検評価値から前記総合点検評価値を求めるように構成され、前記テーブルデータは前記動的点検評価値に基づく劣化程度より前記静的点検評価値に基づく劣化程度の方が高くなるように重み付けされている点にある。

動的点検ステップによってポンプ装置の作動時の状態を示す動的点検データが得られ、静的点検ステップによってポンプ装置の停止時の状態を示す静的点検データが得られる。診断ステップによって動的点検データと静的点検データの双方に基づいて劣化程度が診断される。診断ステップでは、動的点検データで明確に診断できない異常が静的点検データで補完され、静的点検データで明確に診断できない異常が動的点検データで補完される結果、診断精度が向上するようになる。

そして、動的点検評価値変換ステップによって動的点検データがポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す動的点検評価値に変換され、静的点検評価値変換ステップによって静的点検データがポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す静的点検評価値に変換され、総合点検評価ステップによって動的点検評価値と静的点検評価値とから総合点検評価値が求められ、総合点検評価値に基づいてポンプ装置の構成部品の劣化程度が客観的に把握できる。

さらに、動的点検評価値よりも静的点検評価値の方が劣化程度の判定に大きく寄与するように重み付けされたテーブルデータが準備されている。総合点検評価ステップでは、動的点検評価値と静的点検評価値に基づいて当該テーブルデータを参照すると動的点検評価値と静的点検評価値の個別の値に関連付けられた総合点検評価値が導き出される。

同第二の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記動的点検ステップを実行して、前記動的点検データに異常データが含まれる場合に前記静的点検ステップを実行するように構成されている点にある。

動的点検ステップで得られた動的点検データに異常データが含まれる場合に、静的点検ステップを実行して静的点検データを得ることにより、診断精度の高い総合診断を行なうようにすれば、例えばポンプ装置がさほど劣化していない時期に動的点検ステップと静的点検ステップの双方を毎回行なう無駄を省くことができるようになる。

同第三の特徴構成は、回転軸と、前記回転軸に取り付けられた羽根車と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記羽根車と前記軸受を収容するポンプケーシングと、を備えて構成されるポンプ装置の診断方法であって、前記ポンプ装置の作動時の状態を点検して動的点検データを得る動的点検ステップと、前記ポンプ装置の停止時の状態を点検して静的点検データを得る静的点検ステップと、前記動的点検データと前記静的点検データの双方に基づいて前記ポンプ装置の状態を診断する診断ステップと、を実行するように構成され、前記静的点検ステップを実行して、前記静的点検データに異常データが含まれる場合に前記動的点検ステップを実行するように構成されている点にある。

その際に、静的点検ステップで得られた静的点検データに異常データが含まれる場合に、動的点検ステップを実行して動的点検データを得ることにより、診断精度の高い総合診断を行なうようにすれば、例えばポンプ装置がさほど劣化していない時期に静的点検ステップと動的点検ステップの双方を毎回行なう無駄を省くことができるようになる。

同第四の特徴構成は、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記動的点検データは、前記ポンプ装置に取付けた加速度センサ、圧力センサ、変位センサの何れかの時系列的な測定データをフーリエ変換して得られる特定周波数のスペクトル強度を含む点にある。

ポンプ装置の構成部品が経年的に劣化すると、実負荷運転時に特定周波数領域でスペクトル強度が大きくなるといった特有の傾向が発現する。そのような傾向に基づいてポンプ装置の構成部品の劣化度合いを間接的に評価できるようになる。

同第五の特徴構成は、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記静的点検データは、内視鏡カメラを用いて撮影された前記ポンプケーシングの内部の画像データを含む点にある。

ポンプ装置の構成部品が経年的に劣化すると、各構成部品の外観からその程度が視認できる。例えば羽根車に付着した異物の量や種類、羽根車の腐食の程度、羽根車に生じたクラックの程度、羽根の部分的欠損などの劣化の程度が画像として客観的に把握できるようになる。

本発明によるポンプ装置の診断評価装置の第一の特徴構成は、回転軸と、前記回転軸に取り付けられた羽根車と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記羽根車と前記軸受を収容するポンプケーシングと、を備えて構成されるポンプ装置の診断評価装置であって、前記ポンプ装置の作動時の状態を点検して得られる動的点検データ及び前記ポンプ装置の停止時の状態を点検して得られる静的点検データを入力するデータ入力部と、前記データ入力部に入力された動的点検データを、前記ポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す動的点検評価値に変換する動的点検評価値変換部と、前記データ入力部に入力された静的点検データを、前記ポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す静的点検評価値に変換する静的点検評価値変換部と、前記動的点検評価値と前記静的点検評価値とから前記ポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す総合点検評価値を求める総合点検評価部と、前記総合点検評価部で求められた総合点検評価値を出力するデータ出力部と、を備え、前記総合点検評価部は、前記動的点検評価値と前記静的点検評価値から前記総合点検評価値を求めるテーブルデータを備え、前記テーブルデータは前記動的点検評価値に基づく劣化程度より前記静的点検評価値に基づく劣化程度の方が高くなるように重み付けされている点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、点検作業を簡便にしながらも精度の高い診断が可能なポンプ装置の診断方法、ポンプ装置の診断評価装置を提供することができるようになった。

立軸斜流ポンプ装置及び立軸斜流ポンプ装置に備えた動的点検データ取得用の各種センサの設置位置の説明図（ａ），（ｂ）は立軸斜流ポンプ装置のポンプケーシングに設けられた点検窓及び静的点検データ取得用の内視鏡カメラの説明図ポンプ装置の診断方法を示すフローチャート（ａ）は動的点検データの一例の説明図、（ｂ）は動的点検評価値の説明図静的点検データ及び静的点検データの評価値の説明図（ａ）は総合点検評価値を求めるテーブルデータの説明図、（ｂ）は総合点検評価値と故障特性との関係の説明図ポンプ装置の診断評価装置の機能ブロック構成図破砕装置の概略図破砕装置の側面図破砕装置の平面図

以下、本発明によるポンプ装置の診断方法、ポンプ装置の診断評価装置を、立軸斜流ポンプ装置を例に説明する。
なお、本発明が適用されるポンプ装置は立軸斜流ポンプ装置に限るものではなく、立軸軸流ポンプ装置などの立軸ポンプ装置全般に適用可能であることはいうまでもなく、縦軸ポンプ装置以外の横軸ポンプ装置などの他の種類のポンプ装置にも適用可能である。

［立軸斜流ポンプ装置の構成］
図１には、立軸斜流ポンプ装置Ｐ（以下、「ポンプＰ」と記す。）が示されている。ポンプＰは、下端部に羽根車３が取り付けられた主軸２が、鉛直姿勢の揚水管６に複数の水中軸受１を介して回転可能に支持され、揚水管６の先端に羽根車３を収容する吐出しボウル４が接続され、さらに吐出しボウル４の先端に吸込ベル５が接続されて構成されている。

揚水管６の上端側には、主軸２が水密かつ回転自在に貫通される吐出曲管７が接続され、主軸２はカップリング８を介して駆動機１１の出力軸に接続されている。

主軸２の上方の吐出曲管７との接合部にはラビリンスシール等を用いた上部軸封装置１０が設けられている。

主軸２は、保護管１３で被覆され、水中軸受１は保護管１３に供給された冷却水により冷却されるように構成されている。

主軸２が本発明の回転軸となり、羽根車ケーシングとして機能する吐出しボウル４と揚水管６と吐出曲管７が鋳鉄製のポンプケーシングとなる。

本発明では、当該ポンプＰに対する最適な整備・更新のために、ポンプＰの作動時の状態を点検して動的点検データを得る動的点検と、ポンプＰの停止時の状態を点検して静的点検データを得る静的点検が実行され、主に水中軸受１、羽根車３、羽根車３と吸込ベル５との隙間の各状態が点検評価される。

［動的点検用の各種センサの配置］
動的点検のために、ポンプＰにはスラスト軸受部にそれぞれ加速度センサ（黒丸印）Ｄ１が設けられ、吐出曲管７に揚水圧力を検出する圧力センサ（黒四角印）Ｄ２が設けられ、主軸１のＸ方向（平面視で吐出曲管７の延出方向）及びＹ方向（平面視で吐出曲管７の延出方向に直交する方向）の変位を計測する二つの変位センサ（黒三角印）Ｄ３が設けられている。

ポンプ装置の構成部品が経年的に劣化すると、実負荷運転時に特定周波数領域でスペクトル強度が大きくなるといった特有の傾向が発現する。そのような傾向に基づいてポンプ装置の構成部品の劣化度合いを間接的に評価することができるようになる。

具体的には、各センサＤ１，Ｄ２，Ｄ３により検出された時系列的な測定データをフーリエ変換して得られる周波数スペクトルデータに含まれる特定周波数のスペクトル強度の変化の程度からその劣化の程度が把握される。

例えば、ポンプＰの回転数をＮ、羽根車の羽根枚数をＺとしたときに、周波数Ｎ近傍のスペクトル強度によりアンバランス力の程度が評価され、周波数ＮＺ近傍のスペクトル強度により流体力の脈動の程度が評価され、アンバランス力及び脈動の変動傾向から羽根車３の損傷、羽根車３と吸込ベル５との隙間の増大、水中軸受１の摩耗の程度が把握される。

アンバランス力の程度が増して流体力の脈動の程度が減少すると羽根車の損傷であると評価でき、アンバランス力の程度が変化せず流体力の脈動の程度が減少すると羽根隙間が増大していると評価でき、アンバランス力の程度が増して流体力の脈動の程度が変化しないと水中軸受の摩耗が進んでいると評価できる。

［静的点検用の内視鏡カメラの配置］
さらに、図２（ａ），（ｂ）に示すように、静的点検のためにポンプケーシングの一部となる吐出曲管７の周壁に開口部１２が形成され、当該開口部１２に点検窓ユニット２０が装着されている。

点検窓ユニット２０は、アルミニウム合金や鋼材等の金属を用いて成形された窓枠体２１と窓本体２２とで構成され、開口部１２の周部に形成されたフランジ部に環状の窓枠体２１が着脱自在に複数本のボルトで締付固定され、さらに窓枠体２１に窓本体２２が複数本のボルトで締付固定されている。

窓本体２２は、窓枠体２１に対して第１軸心Ｐ１周りに回動可能な第１回動機構及び第１軸心Ｐ１と直交する第２軸心Ｐ２周りに回動可能な第２回動機構を介して窓枠体２１に支持されている。

窓本体２２を第１回動機構の第１回動軸心Ｐ１周りに回動させることにより開口部１２が開放された開放姿勢となり、窓本体２２の裏面が上を向くように、窓本体２２を第２回動軸心Ｐ２周りに略９０°回動させ、その状態で窓本体２２を第１回動軸心Ｐ１周りに回動させることにより、窓本体２２が窓枠体２１に接触した検査姿勢となる（図２（ｂ）参照）。

検査姿勢で窓本体２２の内側面に設けられた取付具にケーブル支持竿３２が取り付けられ、ポンプケーシングの内部を点検する静的点検装置となる内視鏡カメラ３０のケーブル３１がケーブル支持竿３２の内部に挿通される。窓本体２２の内側面上でのケーブル支持竿３２の振れ角度及びポンプケーシングの内部への挿入程度並びにケーブル支持竿３２を介したケーブル３１の繰り出し量を調整することにより、ケーブル３１先端の内視鏡カメラ３０が検査対象位置に誘導操作され、羽根車３などの各部品の外観が撮影される。

内視鏡カメラ３０による撮影画像から羽根車３の腐食の程度、クラックの有無とその程度、羽根車３の破損の有無、羽根車３と吸込ベル５との隙間の程度、水中軸受１の破損の有無などが把握される。

［ポンプ装置の診断方法の詳細］
ポンプ装置の診断方法は、ポンプＰの作動時の状態を点検して動的点検データを得る動的点検ステップと、ポンプの停止時の状態を点検して静的点検データを得る静的点検ステップと、動的点検データと静的点検データの双方に基づいて劣化程度を総合診断する診断ステップとを備えている。

図３にはポンプ装置の診断方法の手順が例示されている。数か月単位或いは年単位で予め設定されたポンプの点検時期になると（Ｓ１）、その後最初にポンプＰの実負荷運転が行なわれるタイミングで（Ｓ２）、動的点検ステップが実行され、ポンプＰに設置された加速度センサＤ１、圧力センサＤ２及び変位センサＤ３の各値が信号線を介して接続されたデータ収集装置に取り込まれる（Ｓ３）。

実負荷運転には、ポンプＰにより実際に揚水される運転をいい、実際の降雨時の排水運転のみならず定期的或いは不定期に行なわれるポンプＰの異常の有無を確認するための揚水量を抑制した管理運転などが含まれる。

データ収集装置に取り込まれた動的点検データに対して動的点検評価値変換ステップが実行されて、動的点検データからポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す動的点検評価値に変換される（Ｓ４）。

動的点検評価値に基づいてポンプＰに何らかの異常が認められると、静的点検ステップが必要と判断される（Ｓ５）。何らかの異常が認められるとは、動的点検評価値が正常範囲を僅かでも逸脱した状態をいい、完全に異常状態であると判断される場合に限るものではない。

実負荷運転が終了してポンプＰが停止された後に（Ｓ６）、点検窓ユニット２０の窓本体２２を開放して検査姿勢に姿勢切替して内視鏡カメラ３０を操作して羽根車３等の検査対象部品の外観を撮影する静的点検ステップが実行される（Ｓ７）。

内視鏡カメラ３０で得られた静的点検データである画像データに対して静的点検評価値変換ステップが実行されて、静的点検データからポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す静的点検評価値に変換される（Ｓ８）。

さらに、動的点検評価値と静的点検評価値とからポンプＰの構成部品の劣化程度を示す総合点検評価値を求める総合点検評価ステップが実行され（Ｓ９）、総合点検評価ステップで得られた総合評価値に基づいて部品交換が必要と判断されると（Ｓ１０），該当部品の交換作業が行なわれる（Ｓ１１）。

上述したステップＳ４，Ｓ８，Ｓ９が、動的点検データと静的点検データの双方に基づいて劣化程度を総合診断する診断ステップとなる。診断ステップでは、動的点検データで明確に診断できない異常が静的点検データで補完され、静的点検データで明確に診断できない異常が動的点検データで補完される結果、診断精度が向上するようになる。

動的点検評価値及び静的点検評価値はともに同一の最小値と最大値の間でステップ的または連続的に変化するように設定される値であり、評価値が大きくなるほど異常の程度が大きく、劣化が進んでいることを示す値となる。従って、評価値が小さくなるほど健全度が高いことを示す指標となる。

評価値を単に異常の有無の二値で示すと、動的点検評価値及び静的点検評価値の双方で評価値が異なる場合に判定困難となるが、このように同一の最小値と最大値の間で多値に設定されることにより、劣化程度を適切に評価できるようになる。つまり、動的及び静的点検ステップそれぞれの長所を生かして短所を補う点検が可能となる。

動的点検ステップを最初に実行し、その結果に基づいて静的点検ステップを実行する場合には以下の作用効果が奏される。
動的点検ステップはポンプの稼働中に発現する異常の判定に長けており、摩耗や摺動傷などがなく停止時には判定できず見過ごしてしまう可能性のある異常を適切に検出することができる点で優れている。

しかし、動的点検ステップで異常が生じたと判定できる場合であっても異常の発生部位や程度を明確に特定できない場合がある。具体的に羽根車に異常が生じていると判定された場合でも、それが羽根車そのものの異常であるか、羽根車に巻き付いた異物による異常であるのか、羽根車ケーシングに起因する異常であるかを特定することは困難である場合もある。

そのような場合に静的点検ステップを実行すれば、異常の発生部位や程度を正確に特定することが可能となる。具体的に動的点検ステップで羽根車に異常が生じていると判定された場合に、静的点検ステップでそれが羽根車の欠損であるのか、羽根車に異物が巻き付いているのか、羽根車ケーシングのライニング層がはがれているのかを特定することができる。

静的点検ステップを最初に実行し、その結果に基づいて動的点検ステップを実行する場合には以下の作用効果が奏される。
静的点検ステップは画像判定の実施例にある通り、視覚的な情報により、現時点での問題はなくとも故障への発展前の予兆を検出でき、将来的なリスクを予測することができる点で優れている。

ポンプに生じる異常や故障の態様は様々であり、例えば静的点検ステップを実行した結果、摺動傷や磨耗、腐食などが確認されても、機能的に支障を来さない場合にはその時点で実行される動的点検ステップで異常と判定されない場合もある。

そのような場合には直ちに部品交換などのメンテナンス処理を行なう必要がないが、近い将来に機能に支障が現れるような異常や故障の兆候である可能性もある。

このように、静的点検ステップで異常の疑いがあっても動的点検ステップで正常と診断されると予測されるような場合には、その都度動的点検ステップを実行することなく経過観察し、過去の同様の異常や故障の事例データに従って、次回の静的点検ステップの実行時期或いは動的点検ステップの実行時期を決定することができ、また当該事例データに従って対象部品の交換推奨時期を予測するという運用もできる点で効果的である。また動的点検ステップを継続して実行し、経過観察した結果、軽微な異常に過ぎず耐用年数間近まで正常に機能すると診断することが可能な場合もある。

上述の実施形態では、先ず動的点検ステップが実行され、その診断結果に基づいて静的点検ステップが実行される例を説明したが、先ず静的点検ステップが実行され、その診断結果に基づいて動的点検ステップが実行されるように構成してもよい。

なお、実負荷運転中に静的点検ステップを行なうことは不可能であり、停止中に動的点検ステップを行なうことは不可能であるから、双方の点検ステップを行なう必要がある場合には何れか一方の点検ステップの実行後に、できる限り時間を置くことなく他方の点検ステップを実行することが好ましい。

先に実行された動的点検ステップによる診断結果で異常が認められなかった場合には基本的に静的点検ステップを行なう必要はなく、また先に実行された静的点検ステップによる診断結果で異常が認められなかった場合には基本的に動的点検ステップを行なう必要はない。しかし、一方の点検ステップの結果にかかわらず、常に動的点検ステップと静的点検ステップの双方が行なわれるように構成されていてもよい。

［動的点検評価値変換ステップの詳細］
図４（ａ）には動的点検データが例示され、図４（ｂ）には動的点検評価値特性曲線が例示されている。図４（ａ）の上段には、羽根車３が正常な時に時系列でサンプリングされた加速度センサＤ１の出力をフーリエ変換した周波数スペクトルが示され、図４（ａ）の下段には、羽根車３に何らかの異常が生じた時に時系列でサンプリングされた加速度センサＤ１の出力をフーリエ変換した周波数スペクトルが示されている。

動的点検評価値特性曲線は、ポンプＰの回転数Ｎに対応した周波数Ｎにおけるスペクトル強度の比Ａ´／Ａの値を横軸、動的点検評価値を縦軸とする特性カーブで、過去の試験データなどに基づいてスペクトル強度の比Ａ´／Ａの各値に対応して０から１０迄の１１段階の動的点検評価値の何れかに変換されるように構成されている。

例えば、スペクトル強度の比Ａ´／Ａが１以下の値であれば、動的点検評価値は殆ど劣化していないことを示す０または１に設定され、スペクトル強度の比Ａ´／Ａが１０以上の値であれば、動的点検評価値は部品交換レベルであることを示す１０に設定され、スペクトル強度の比Ａ´／Ａが１から５の間にあれば、それぞれに対応した劣化度合いつまり寿命予測値を示す動的点検評価値に変換される。

この例では、加速度センサＤ１の周波数スペクトルに対してポンプＰの回転数Ｎに対応した周波数Ｎにおけるスペクトル強度の比Ａ´／Ａを指標にして動的点検評価値を求める例を示したが、指標は単一である必要はなく複数であってもよい。

例えば、周波数Ｎにおけるスペクトル強度の比Ａ´／Ａと周波数ＮＺにおけるスペクトル強度の比Ｂ´／Ｂの二つの値を指標に動的点検評価値を求めるように構成してもよいし、周波数ＮＺの整数倍の周波数におけるスペクトル強度の比を加味してもよい。また、加速度センサＤ１の周波数スペクトルのみではなく、圧力センサＤ２や変位センサＤ３の周波数スペクトル強度の比を加味してもよい。

複数の指標から動的点検評価値を求める場合には、各指標を入力する入力層と、各動的点検評価値を出力する出力層と、少なくとも一層の中間層を備えたニューラルネットワークを構築し、入力層に教師データを入力したときに出力層から所望の動的点検評価値が出力されるように学習する学習機構を備えておけばよい。標準的な学習アルゴリズムである確率的勾配降下法を採用した学習機構を構築してもよいし、深層学習アルゴリズムを採用した学習機構を構築してもよい。

［静的点検評価値変換ステップの詳細］
図５の上段には静的点検データとなる羽根車３の写真画像が例示され、中段には各写真画像データに対する静的点検評価値が示されている。左端から順に、正常時画像、汚れ付着画像、塗装はがれ画像、隙間拡大画像、羽根損傷画像の５枚の写真画像に対して、過去の点検結果を参考に０から１０の１１段階の静的点検評価値が付与される。例えば正常時画像であれば静的点検評価値０、汚れ付着画像であれば静的点検評価値１～２、塗装はがれ画像であれば静的点検評価値３～５、隙間拡大画像であれば静的点検評価値６～８、羽根損傷画像であれば静的点検評価値９～１０といった具合である。

静的点検評価値１～２は機能に支障が生じていないが状態の経過観察が必要な状態を示し、静的点検評価値３～５は機能に支障が生じていないが、２，３年以内に措置を行うことが望ましい状態を示し、静的点検評価値６～８は機能に支障が生じる可能性が有り、予防保全の観点から早急に措置を行うべき状態を示し、静的点検評価値９～１０は緊急に措置(修繕、取替)が必要な状態を示し、それぞれ密度の異なるハッチングで示されている。

塗装はがれ画像に付される静的点検評価値は３～５の範囲となり、画像に現れる塗装はがれの程度によって３～５の何れかの値が付される。これらは例示であり、他に羽根車に生じたクラックの程度を表す画像など劣化の程度を示す他の画像が採用されてもよい。また、画像を目視確認した点検員が静的点検評価値を付与してもよいし、得られた写真画像に対して画像処理を施して、汚れの程度、塗装はがれの程度、隙間拡大の程度、羽根損傷の程度を数値化してその値に基づいて静的点検評価値を定めてもよい。評価対象部品毎にこの様な写真画像が得られ、各写真画像に対して静的点検評価値が設定される。

羽根車の１枚の写真画像に汚れ、腐食、塗装はがれ、クラックなどの複数の異常が見られる場合もあり、点検員が付与する静的点検評価値に偏りが生じる場合も想定される。そのような場合に備えて、検査対象部品の複数の写真画像を指標として入力する入力層と、入力層に入力された複数の写真画像から０から１０の何れかの静的点検評価値を出力する出力層と、少なくとも一層の中間層を備えたニューラルネットワークを構築してもよい。この場合も、上述したと同様の学習機構を備えればよい。

［総合点検評価値変換ステップの詳細］
図６（ａ）には、上述した動的点検評価値と静的点検評価値の二つの評価値から総合点検評価値を求めるテーブルデータが示されている。テーブルデータに基づく診断方法によって、客観的な診断評価が可能となるため、従来のように点検者の経験や勘に依存しない安定した評価を顧客に提供することができる。マトリクスのハッチング部位は、図５で説明したハッチングと対応する。

当該テーブルデータにより、０から１０の１１段階の動的点検評価値と静的点検評価値の組合せに対応して、０，Ａ１からＥ１０の１１段階の総合点検評価値が得られる。図６（ａ）から明らかなように、当該テーブルデータは動的点検評価値に基づく劣化程度より静的点検評価値に基づく劣化程度の方が高くなるように重み付けされている。静的点検評価値は検査対象部品の劣化度合いの客観性が動的点検評価値よりも高いことを考慮するものである。

図６（ｂ）に示すように、０，Ａ１からＥ１０の１１段階の総合点検評価値は、部品の寿命曲線に対応するように設定され、Ａ１からＣ５は偶発故障発生期に対応し、Ｃ６からＥ１０は摩耗故障発生期に対応するように設定されている。

図７には、ポンプ装置の診断評価装置４０の機能ブロック構成が示されている。診断評価装置４０は、タブレットタイプのコンピュータやラップトップタイプのコンピュータと、当該コンピュータで実行される点検評価プログラムで構成され、データ入力部４１と、動的点検評価値変換部４２と、静的点検評価値変換部４３と、総合点検評価部４４と、データ出力部４５とを備えている。

データ入力部４１は、ポンプの作動時の状態を点検して得られる動的点検データ及び前記ポンプの停止時の状態を点検して得られる静的点検データを入力する機能ブロックで、ＷｉＦｉや赤外線などの通信インタフェースで構成されている。

動的点検評価値変換部４２は、データ入力部４１に入力された動的点検データを、ポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す動的点検評価値に変換する機能ブロックで、図４（ｂ）に示したような動的点検評価値特性曲線を表すデータテーブルを備え、或いは上述したニューラルネットワークを備えている。

静的点検評価値変換部４３は、データ入力部４１に入力された静的点検データを、ポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す静的点検評価値に変換する機能ブロックで、静的点検データを画像処理して汚れ、塗装はがれ、隙間拡大、損傷の各程度を自動評価して静的点検評価値に変換する画像処理部を備え、或いは上述したニューラルネットワークを備えている。

総合点検評価部４４は、動的点検評価値と静的点検評価値とからポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す総合点検評価値を求める機能ブロックで、図６（ａ）に示したテーブルデータを備えている。当該テーブルデータは動的点検評価値に基づく劣化程度より静的点検評価値に基づく劣化程度の方が高くなるように重み付けされている。

つまり、動的点検評価値が高くなるほど総合点検評価値が高くなる程度よりも静的点検評価値が高くなるほど総合点検評価値が高くなる程度が大きくなるように設定されている。例えば、動的点検評価値が高くても静的点検評価値が低ければ総合点検評価値が相対的に低く、動的点検評価値が低くても静的点検評価値が高ければ総合点検評価値が相対的に高くなるように設定されている。

総合点検評価部４４に備えたテーブルデータに基づいて、総合点検評価値を求める例に代えて、動的点検評価値と静的点検評価値の双方を入力する入力層と、総合点検評価値を出力する出力層と、少なくとも一層の中間層を備え、入力層に教師データを入力したときに出力層から所望の動的点検評価値が出力されるように学習する学習機構を備えたニューラルネットワークで総合点検評価部４４を構成してもよい。この場合も、学習機構に標準的な学習アルゴリズムである確率的勾配降下法を採用してもよいし、深層学習アルゴリズムを採用してもよい。

データ出力部４５は、総合点検評価部４４で求められた総合点検評価値を出力する機能ブロックで、表示部、メモリインタフェース、ＷｉＦｉや赤外線などの通信インタフェースなどで構成されている。

以下、別実施形態を説明する。
上述した実施形態では、主軸２が揚水管６に水中軸受１を介して回転可能に支持された例を説明したが、軸受は水中軸受に限るものではなく、他の種類の軸受を用いることができることはいうまでもない。

上述した実施形態では、静的点検データが内視鏡カメラで撮影された点検対象部品の外観を示す写真画像データである場合を説明したが、静的点検データは写真画像データに限るものではなく、例えば各点検対象部品に打撃を与えた際に生じる振動を計測した振動データや、超音波探傷装置を用いて計測された各点検対象部品の肉厚や空洞、クラックなどを表すデータであってもよい。

上述した実施形態では、動的点検データが加速度センサ、圧力センサ、変位センサにより計測された周波数スペクトルデータである場合を説明したが、動的点検データはこれらに限るものではなく、他のセンサを用いることも可能である。

例えば点検対象部品に変形や亀裂が生じたときに内部に蓄えられた歪みエネルギーが弾性波として放出される現象（アコースティックエミッション）を計測する音響センサにより計測された音響データを用いることも可能である。

上述した実施形態では、ポンプ装置の作動時の状態を点検して動的点検データを得る動的点検ステップと、ポンプ装置の停止時の状態を点検して静的点検データを得る静的点検ステップと、動的点検データと静的点検データの双方に基づいて前記ポンプ装置の状態を診断する診断ステップと、を実行するポンプ装置の診断方法について説明したが、本発明による診断方法はポンプに限らず分解点検に多大な費用を要する大型の回転機器一般、例えば一軸破砕装置や二軸破砕装置さらには大型のブロワーファンなどに適用することができる。

つまり、回転軸と、回転軸に取り付けられた被回転部と、回転軸を回転自在に支持する軸受と、被回転部と軸受を支持するフレームまたはケーシングとを備えて構成される回転機器の診断方法であって、回転機器の作動時の状態を点検して動的点検データを得る動的点検ステップと、回転機器の停止時の状態を点検して静的点検データを得る静的点検ステップと、動的点検データと静的点検データの双方に基づいて回転機器の状態を診断する診断ステップと、を実行する回転機器の診断方法である。

当該診断ステップは、動的点検データを、回転機器の構成部品の劣化程度を示す動的点検評価値に変換する動的点検評価値変換ステップと、静的点検データを、回転機器の構成部品の劣化程度を示す静的点検評価値に変換する静的点検評価値変換ステップと、動的点検評価値と静的点検評価値とから回転機器の構成部品の劣化程度を示す総合点検評価値を求める総合点検評価ステップと、を含む。

また、当該総合点検評価ステップは、予め設定されたテーブルデータを用いて動的点検評価値と静的点検評価値から総合点検評価値を求めるように構成され、テーブルデータは動的点検評価値に基づく劣化程度より静的点検評価値に基づく劣化程度の方が高くなるように重み付けされている。

動的点検ステップと静的点検ステップの何れか一方を実行して、異常データが含まれる場合に他方の点検ステップを実行するように構成されていることが好ましい。何れの場合でも上述したポンプ装置の診断評価装置に相当する診断評価装置を備えていることが好ましい。

図８から図１０には、一軸破砕装置が示されている。破砕装置５１は、電化製品、建築廃材、プラスチックなどの被破砕物を投入する受入ホッパ５２と、受入ホッパ５２に投入された被破砕物を破砕処理する破砕処理部５１０と、破砕処理部５１０に向けて水平方向から被破砕物を押圧する押込プッシャ５３を備え、当該破砕装置５１は、図示しない制御盤に備えられた制御部によって駆動制御される。

押込プッシャ５３は、油圧ポンプ（図示せず）からの圧油により伸縮作動する油圧シリンダのピストンに連結されたアーム５３ａが押込プッシャ５３の後端に連結され、台盤５４上を摺動かつ進退動自在に駆動される。

破砕処理部５１０は、受入ホッパ５２の下方に配置され、所定の軸心周りに回転する破砕ロータ５５の周面に周方向に形成された溝部に固定された先端Ｖ字状の回転刃５６と、破砕ロータ５５の回転軸５５ｃ方向に沿って対向配置され、回転刃５６と噛み合って被破砕物をせん断破砕する先端Ｖ字状の固定刃５７とで構成されている。

破砕ロータ５５の周部には所定のピッチで互いに平行な多数のＶ字状の溝５５ｖが形成され、この溝５５ｖ内に形成された複数個の取付座５６ｂの夫々に刃体５６ａがボルトで締着されている。それぞれの回転刃５６は、隣り合う溝５５ｖに設けられているもの同士がその頂点を連ねるとジグザグ状になるように配置されている。固定刃５７は、先端Ｖ字状の刃体５７ａが破砕ロータ５５の軸心方向に沿って台盤５４の端部に設けられた取付座５７ｂにボルトで締着されている。

破砕処理部５１０の下部には、回転刃５６と固定刃５７により所定サイズ以下に破砕された被破砕物を選択的に通過させるスクリーン機構５８と、スクリーン機構５８を通過した被破砕物を受け止める排出ホッパ５９が設けられている。

スクリーン機構５８は、回転刃５６の回転軌跡に沿った弧状に湾曲形成され、多数の開口が形成されたパンチングメタルで構成され、破砕処理部５１０で破砕された被破砕物のうちスクリーン機構５８の開口より小さく破砕された被破砕物が、開孔から落下して排出ホッパ５９に収容され、開孔を通らなかったものは、再び回転刃５６と固定刃５７で破砕される。

駆動機としての電動機Ｍは破砕装置５１下部の架台に固定され、変速機構としての減速機構５３０は本体フレーム５１１の一側部５１１ａに組み付けた取付架台５１２ａに固定されている。電動機Ｍの出力軸に取り付けられたプーリ５１３と、減速機構５３０の入力軸５３１に取り付けられたプーリ５１５はＶベルト５１４により連結され、電動機Ｍの動力は、減速機構５３０により所定の回転速度に変速されて出力軸５３７から出力され被動機としての破砕ロータ５の回転軸５５ｃに伝達されるように構成されている。

破砕ロータ５５の回転軸５５ｃの一端側が、減速機構５３０の出力軸に嵌装され、他端側が本体フレーム５１１の他側部に組み付けた取付架台５１２ｂに装着された軸受５１６で支持されている。

このような破砕装置５１に対して上述した回転機器の診断方法が適用される。この場合、動的点検データは、破砕装置５１の本体フレーム５１１や軸受５１６近傍に取付けた加速度センサ、変位センサの何れかの時系列的な測定データをフーリエ変換して得られる特定周波数のスペクトル強度を含む。また、静的点検データは、破砕装置５１を用いて撮影された本体フレーム５１１の内部の画像データを含む。

上述した実施形態は、本発明の一例に過ぎず、該記載により本発明の範囲が限定されるものではない。動的点検に用いられるセンサ機器やその設置位置、動的点検に用いられるセンサ機器は適宜選択可能であり、動的点検評価値変換部、静的点検評価値変換部、総合点検評価部に用いられる評価アルゴリズムも適宜設定可能である。

１：水中軸受
２：主軸
３：羽根車
４：吐出しボウル（ポンプケーシング）
６：揚水管（ポンプケーシング）
７：吐出曲管（ポンプケーシング）
１２：開口部
２０：点検窓ユニット
２１：窓枠体
２２：窓本体
３０：内視鏡カメラ
３１：ケーブル
４０：診断評価装置
４１：データ入力部
４２：動的点検評価値変換部
４３：静的点検評価値変換部
４４：総合点検評価部
４５：データ出力部
Ｐ：ポンプ装置

Claims

回転軸と、前記回転軸に取り付けられた羽根車と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記羽根車と前記軸受を収容するポンプケーシングと、を備えて構成されるポンプ装置の診断方法であって、
前記ポンプ装置の作動時の状態を点検して動的点検データを得る動的点検ステップと、
前記ポンプ装置の停止時の状態を点検して静的点検データを得る静的点検ステップと、
前記動的点検データと前記静的点検データの双方に基づいて前記ポンプ装置の状態を診断する診断ステップと、
を実行し、
前記診断ステップは、
前記動的点検データを、前記ポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す動的点検評価値に変換する動的点検評価値変換ステップと、
前記静的点検データを、前記ポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す静的点検評価値に変換する静的点検評価値変換ステップと、
前記動的点検評価値と前記静的点検評価値とから前記ポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す総合点検評価値を求める総合点検評価ステップと、
を含み、
前記総合点検評価ステップは、予め設定されたテーブルデータを用いて前記動的点検評価値と前記静的点検評価値から前記総合点検評価値を求めるように構成され、前記テーブルデータは前記動的点検評価値に基づく劣化程度より前記静的点検評価値に基づく劣化程度の方が高くなるように重み付けされているポンプ装置の診断方法。
前記動的点検ステップを実行して、前記動的点検データに異常データが含まれる場合に前記静的点検ステップを実行するように構成されている請求項１記載のポンプ装置の診断方法。
回転軸と、前記回転軸に取り付けられた羽根車と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記羽根車と前記軸受を収容するポンプケーシングと、を備えて構成されるポンプ装置の診断方法であって、
前記ポンプ装置の作動時の状態を点検して動的点検データを得る動的点検ステップと、
前記ポンプ装置の停止時の状態を点検して静的点検データを得る静的点検ステップと、
前記動的点検データと前記静的点検データの双方に基づいて前記ポンプ装置の状態を診断する診断ステップと、
を実行するように構成され、
前記静的点検ステップを実行して、前記静的点検データに異常データが含まれる場合に前記動的点検ステップを実行するように構成されているポンプ装置の診断方法。
前記動的点検データは、前記ポンプ装置に取付けた加速度センサ、圧力センサ、変位センサの何れかの時系列的な測定データをフーリエ変換して得られる特定周波数のスペクトル強度を含む請求項１から３の何れかに記載のポンプ装置の診断方法。
前記静的点検データは、内視鏡カメラを用いて撮影された前記ポンプケーシングの内部の画像データを含む請求項１から４の何れかに記載のポンプ装置の診断方法。
回転軸と、前記回転軸に取り付けられた羽根車と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、前記羽根車と前記軸受を収容するポンプケーシングと、を備えて構成されるポンプ装置の診断評価装置であって、
前記ポンプ装置の作動時の状態を点検して得られる動的点検データ及び前記ポンプ装置の停止時の状態を点検して得られる静的点検データを入力するデータ入力部と、
前記データ入力部に入力された動的点検データを、前記ポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す動的点検評価値に変換する動的点検評価値変換部と、
前記データ入力部に入力された静的点検データを、前記ポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す静的点検評価値に変換する静的点検評価値変換部と、
前記動的点検評価値と前記静的点検評価値とから前記ポンプ装置の構成部品の劣化程度を示す総合点検評価値を求める総合点検評価部と、
前記総合点検評価部で求められた総合点検評価値を出力するデータ出力部と、
を備え、
前記総合点検評価部は、前記動的点検評価値と前記静的点検評価値から前記総合点検評価値を求めるテーブルデータを備え、前記テーブルデータは前記動的点検評価値に基づく劣化程度より前記静的点検評価値に基づく劣化程度の方が高くなるように重み付けされているポンプ装置の診断評価装置。