JPH0221737B2 - - Google Patents

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JPH0221737B2
JPH0221737B2 JP57096219A JP9621982A JPH0221737B2 JP H0221737 B2 JPH0221737 B2 JP H0221737B2 JP 57096219 A JP57096219 A JP 57096219A JP 9621982 A JP9621982 A JP 9621982A JP H0221737 B2 JPH0221737 B2 JP H0221737B2
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JP
Japan
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hydraulic
wear
valve
oil
abnormality
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JP57096219A
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Naohiko Iwata
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B19/00Testing; Calibrating; Fault detection or monitoring; Simulation or modelling of fluid-pressure systems or apparatus not otherwise provided for
    • F15B19/005Fault detection or monitoring

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は蒸気タービン等の油圧式制御機器の異
常の有無を診断する方法に係り、特に、経年的劣
化であるか突発的損傷であるかを診断するに好適
な診断方法に関する。
[従来の技術] 従来の油圧式制御機器の異常の有無を診断する
方法として、例えば特公昭51−859号公報記載の
ものがある。この従来方法では、油圧機器を運転
しているときに油路の入口及び出口並びに所要個
所の温度を計測し、検出した温度分布を標準温度
分布パターンと比べ、その差異により油圧機器の
良否を判断している。この従来技術が温度を検出
することで制御機器の良否を判断するのは、摩耗
が進んだり機器に損傷が発生したとき、油圧機器
を分解することなく故障発生を知るためである。
[発明が解決しようとする課題] 上述した従来技術は、油圧機器を分解すること
なく故障の発生を知ることができる。しかるに、
航空機の油圧系統の様に長時間作動させる油圧機
器にあつては、機器の温度分布は機器が正常であ
れば運転中はほぼ定常パターンになり、これを標
準温度分布パターンと比較することができる。し
かし、作動頻度が少なく、機器の温度分布パター
ンが定常状態に達する前に停止させてしまうよう
な油圧機器では、この従来技術を適用することは
できない。また、周囲の温度が変化するような場
所でこの従来技術を適用すると、診断誤差が大き
くなるという問題もある。
本発明の目的は、対象の油圧機器の作動頻度や
周囲環境に無関係に異常診断を行うことのできる
油圧機器の異常診断方法を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 上記目的は、油圧式制御装置の作動油の圧力、
作動油の内部リーク量、作動部材の変位の内の少
なくとも1つを検出し、その検出値の基準値に対
する偏差が許容範囲外になつたとき、そのときの
作動油内の摩耗粒子濃度の値により異常の有無を
診断することで、達成される。
[作用] 油圧機器に突発的な異常が発生した場合、噛み
込み等で作動油内の摩耗粒子濃度が上昇する。従
つて、作動油内の摩耗粒子濃度を検出しその検出
値で異常の診断をすることができる。しかし、こ
の摩耗粒子濃度は、油圧機器に異常が生じなくて
も、例えば初期運転の初期摩耗現象によつても上
昇する。このため、高精度の診断を行うには、こ
の摩耗粒子濃度だけで機器の異常を診断すること
はできない。そこで、機器の異常と関連のある、
作動油の圧力、作動油の内部リーク量、作動部材
の変位のうち少なくとも1つの値が許容範囲外に
あるか否かも診断材料とすることで、診断精度を
高める。
[実施例] 次に、本発明の一実施例について、第1図乃至
第7図を参照しつつ説明する。
第1図は、本発明に係る油圧機器の診断方法を
適用するために構成した蒸気タービンの油圧式制
御装置の一例である。先ず一般的構造を説明す
る。
Jは油圧駆動装置で、油圧シリンダ8を主体と
し、ピストン8aと、該ピストンの付勢バネ8b
と、ピストン杆8cとを備えており、上記のピス
トン杆8cは蒸気弁Vに接続してある。E○はピス
トン杆8cに取りつけた変位計、8dは油圧シリ
ンダの底部室である。
上記の油圧シリンダ8のシリンダ底部にダンプ
機構9を設け、ダンプ弁9aによつて前記シリン
ダ底部室8dの油密を保つている。9bはダンプ
弁9aを閉弁方向に付勢しているバネである。
上記の油圧駆動装置Jのピストン杆8cが押し
上げられると蒸気弁Vが開かれ、ピストン杆8c
が下降すると蒸気弁Vが閉じられる構造である。
Kは上記の油圧駆動装置Jの作動を制御するバ
ルブ機構で、シヤツトオフ弁5と、サーボ弁6と
電磁急閉弁7とによつて構成されている。
Lは前記の油圧駆動装置Jを作動させるための
油圧源で、1は電動機、2は油ポンプ、3は作動
油タンクである。
油ポンプ2の吐出油はシヤツトオフ弁5および
サーボ弁6を介して油圧シリンダ8のシリンダ底
部室8dに供給され、ピストン8aを上下動せし
めて蒸気弁Vを開閉作動せしめる。これと同時に
油ポンプ2の吐出油は危急遮断弁4および電磁急
閉弁7を介してダンプ機構9に供給され、ダンプ
弁9aを押し上げてシリンダ底部室8dの油密を
保たしめている。
蒸気タービンの運転中、何らかの突発的事故に
よつてタービンを急停止させねばならないときは
電磁急閉弁7を作動させてダンプ機構9に対する
圧力油供給を遮断すると共にダンプ機構9内の作
動油をドレン回路Uに落とす。これによりダンプ
弁9aが開き、シリンダ底部室8d内の油圧が低
下してピストン8aが下降し、蒸気弁Vが閉じら
れる。
正常作動時はダンプ弁9aは閉じられ、ピスト
ン8aの上下作動はサーボ弁6によつて制御され
る。
以上のように構成された蒸気タービンの蒸気弁
Vの油圧式制御装置に本発明方法を適用するた
め、油圧シリンダ底部室8dの油圧を検出する圧
力計P○および、ドレン回路Uの流量を検出する流
量計Q○、並びに作動油中の摩耗粒子濃度検出器1
0を設ける。本実施例においてはドレン回路Uか
ら分岐したバイパス管路19を摩耗粒子濃度検出
器10の流通せしめるように配管してある。
第2図に上記の摩耗粒子濃度検出器10の構造
を示す。試料油はドレンのバイパス管路19から
検出器内の管路17を流通してタンク3に戻る。
上記の管路17に隣接して、磁場勾配を有する永
久磁石18を設置してある。この永久磁石18の
勾配磁場によつて油流中の磁性体摩耗粉は粒度の
順に配列して吸着され捕捉される。即ち、流入部
に大径の粒子が吸着され、順次に小径の粒子が吸
着される。これらの吸着粒子の量を計測するため
静電容量器20、大粒子検出用受信器21、およ
び小粒子検出用受信器22を設け、摩耗粒子濃度
を表示器11によつて表示せしめる。
次式のごとく異常摩耗係数Isを定義する。
Is=(DL+DS)(DL−DS) =D2 L−D2 B ただし、DLは大粒子の摩耗粒子濃度、DSは小
粒子の摩耗粒子濃度である。
上式の内、(DL+DS)は全摩耗粒子濃度を表わ
し、(DL−DS)は大、小粒子の濃度差を表わす。
正常な摩耗の場合はDL≧DSであり、異常摩耗
の場合DL>>DSになることが経験則として知ら
れている。従つて前記のISが大きいことは摩耗状
態が異常であることを意味する。
一般に、機械類の摩耗の進行は第3図のような
傾向を示し、初期運転時には初期摩耗現象によつ
て摩耗粒子濃度が若干上昇し、正常運転中は摩耗
の進行が少ないので摩耗粒子濃度が低い値を保
つ。自然損耗が進行してガタが増えたり、異物の
噛み込みや油の劣化などによつて噛りが発生した
りするなど、何らかの異常な状態になると摩耗粒
子濃度が増加する。
従つて、第3図に示す正常運転の状態において
前記の異常摩耗係数Isを実測して基準値を定めて
おくと、異常摩耗を発生したときIs値が上昇する
ことによつて異常を検知し得る。
一般に、蒸気タービン運転中に蒸気弁Vの動作
機能確認のため、個々の蒸気弁についてテスト信
号をサーボ弁6に与え、蒸気弁Vを徐閉、徐開作
動せしめて定期的に開閉作動テストが行なわれ
る。
通常、弁変位(変位計E○による検出値)とシリ
ンダ駆動油圧(油圧計 P2 による検出値)とは、
閉弁時には第4図に実線で示すように比例関係が
あり、開弁時には第5図に実線で示すような比例
関係がある。従つて、変位の実測位と油圧の実測
値との関係が上記両図に破線で示したように比例
関係が狂つて油圧偏差ΔPを生じた場合、何らか
の異常を生じたものと推測されるが、これだけの
データからでは原因個所を突きとめることができ
ない。
上述のごとく変位と油圧との関係に異常を生じ
る場合、その現象を大別すると (i) 圧力は規定値に達するが変位量が規定値に達
しない場合と、 (ii) 圧力も変位量も規定値に達しない場合と、 二通りの場合がある。
上記(i)の場合は所定の油圧力が発生しているの
に弁が動きにくい状態であるから、例えば異物の
噛み込みや焼付きなどの機械的拘束力が発生して
いるものと推定される。
前記(ii)の場合は所定の油圧力が発生していない
ため弁の動きが不足している状態であるから、内
部リークの増加など油圧的な不具合が発生してい
るものと推定される。
上記の推定を更に進展させて、その不具合の原
因が機械的損傷によるものであつて緊急に分解点
検を必要とするか、或いは、運転を継続しながら
例えば調圧弁の調整状態の点検などの日常整備的
な手段によつて回復せしめ得るものであるかを判
別するには、油中の摩耗粒子濃度が重要なフアク
ターとなる。
第6図は摩耗粒子濃度の変化の一例を示す図表
で、水平方向の実線はさきに説明した異常摩耗係
数Isの基準値、その上下の鎖線は許容偏差ΔISB
示している。前述の摩耗粒子濃度検知器10(第
2図)によつて検出した異常摩耗係数ISが破線で
示したように上昇して、異常摩耗係数の偏差ΔIS
が許容偏差ΔISBの範囲を越えた場合は機械的な損
傷が発生しているものと判断されるのでタービン
を緊急停止して点検整備しなければならない。
上述のような検討結果に基づいて本発明方法の
異常診断を行う一例を次に説明する。第4図及び
第5図に示す基準油圧曲線に対する油圧偏差ΔP
の許容偏差ΔPBを予め設定し、第7図に示すブロ
ツク図のごとく異常診断を行なう。このブロツク
図は第6図に例示したような異常現象が発生した
場合の診断例である。
ブロツク21のごとく、当該油圧機器の正常な場
合の圧力P○と変位E○との関係を実測して基準特性
を設定して計算機(図示せず)に記憶させるとと
もに前記の油圧の許容偏差ΔPBを記憶させてお
く、ブロツク22で実測圧力P○と実測変位E○とを入
力し、式(a)の如くΔPがΔPBよりも大きいか否か
を判定させる。本例の場合はΔP>ΔPBと判定さ
れる。一方、ブロツク23で異常摩耗係数ΔISを許
容偏差ΔISBと比較させ、式(b)が成立するか否かを
判定させる。本例の場合はΔIS>ΔISBと判定され
る。上記の両式(a),(b)が成立したことに基づいて
ブロツク24で診断を行ない、両式(a),(b)が成立し
たことにより異常摩耗が発生したものと診断する
(ブロツク25)。
本例のごとく、油圧駆動装置の作動状態におけ
る駆動油圧と変位との関係及び摩耗粒子濃度に関
する基準値及び許容偏差に基づいて診断を行なう
と、シリンダ8の内部に機械的損傷が発生して油
圧機器の動的特性に僅かな異常を生じたとき、自
動的に早期に発見し得るという効果がある。
第8図は前記と異なる形で異常の兆候が表われ
た場合の特性変化を示す。この異状例においては
第6図の例と同様に異常摩耗係数ISが増加すると
共に、ドレン回路U(第1図)に設けた流量計Q○
による内部リーク値が許容偏差ΔQBを越えて増加
している。
このような場合の診断例のブロツク図を第9図
に示す。ブロツク31でΔISBとΔISとを比較して(b)
式ΔIS>ΔISBの成立を判断するとともに、油圧シ
リンダ8(第1図)が静止している状態における
リーク流量増加の実測値ΔQとリーク流量増加の
許容偏差ΔQBとブロツク32で比較して、(c)式ΔQ
>ΔQBの成立を判断する。そして上記の(b),(c)両
式の成立により異常摩耗が発生したものと診断す
る(ブロツク33)。
本例のように油圧駆動装置が静止しているとき
の内部リーク流量及び摩耗粒子濃度の基準値及び
許容偏差に基づいて診断すると、シリンダ8の内
部に機械的損傷が発生して油圧機器の静的特性に
僅かな異常を生じたとき早期に自動的に発見し得
るという効果がある。
第10図は、前記と更に異なる形で異常の兆候
が現われた場合の特性変化を示す。この異常例に
おいては、油圧駆動装置の静止時における圧力が
低下して基準値に比してΔPの偏差を生じるとと
もに、異常摩耗係数ISが増加して許容偏差ΔISB
越えている。
このような場合の診断例のブロツク図を第11
図に示す。
ブロツク41でΔISをΔISBと比較して(b)式ΔIS
ΔISBの成立を判断し、ブロツク42で圧力偏差ΔP
を許容偏差ΔIBと比較して(d)式ΔP>ΔPBの成立を
判断し、上記(b),(d)両式の成立によつて異常摩耗
の発生と診断する(ブロツク43)。
本例のように油圧駆動装置の静止時における同
装置の圧力および摩耗粒子濃度に基づいて診断を
行なうと、油圧シリンダの機械的損傷によつて静
止時圧力に影響を及ぼした場合に、自動的かつ早
期に発見することができる。
[発明の効果] 本発明によれば、周囲環境や作動頻度に関係な
く、精度よく油圧機器の異常を診断することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る油圧機器の異常診断方法
を適用するために構成した蒸気タービンの蒸気弁
制御装置の油圧系統図、第2図は上記装置に用い
た摩耗粒子濃度検出器の構造の説明図、第3図は
摩耗粒子濃度の経時的変化を表わした図表、第4
図及び第5図は油圧と変位との関係を表わした図
表、第6図は故障の兆候の一例を表わした図表、
第7図は本発明方法によつて上記の兆候を診断す
る一例を示すブロツク図、第8図は上記と異なる
故障の兆候の一例を表わした図表、第9図は本発
明方法による上記兆候の診断例のブロツク図、第
10図は更に異なる故障の兆候の一例を表わした
図表、第11図は本発明方法による上記兆候の診
断例のブロツク図である。 1……電動機、2……ポンプ、3……タンク、
4……危急遮断装置、5……シヤツトオフ弁、6
……サーボ弁、7……電磁急閉弁、8……油圧シ
リンダ、8a……ピストン、8b……バネ、8c
……ピストン杆、8d……シリンダ底部室、9…
…ダンプ機構、9a……ダンプ弁、9b……バ
ネ、10……摩耗粒子濃度検出器、11……摩耗
粒子濃度表示器、18……永久磁石、19……バ
イパス管路、20……静電容量器、21……大粒
子検出用受信器、21……小粒子検出用受信器、
V……蒸気弁、J……油圧駆動装置、K……バル
ブ機構、L……油圧源、U……ドレン回路、E○…
…変位計、P○……圧力計、Q○……流量計。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 油圧式制御装置の作動油の圧力、作動油の内
    部リーク量、作動部材の変位の内の少なくとも1
    つを検出し、その検出値の基準値に対する偏差が
    許容範囲外になつたとき、そのときの作動油内の
    摩耗粒子濃度の値により異常の有無を診断するこ
    とを特徴とする油圧機器の異常診断方法。
JP9621982A 1982-06-07 1982-06-07 油圧機器の異常診断方法 Granted JPS58213227A (ja)

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JPS58213227A JPS58213227A (ja) 1983-12-12
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