JPH03105087A - ポンプの異常診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野】 本発明は、ポンプの異常診断方法に係り、特に、プラン
ジャポンプ等の多段構造のポンプ設備を診断する際に、
数少ない検出器で故障しているポンプの故障の度合を判
定するのに好適な、ポンプの異常診断方法に関する。 （従来の技術】 従来、種々の機械設備に対して、油や水等の液体や圧縮
空気等の気体を送出するポンプ設備には、プランジャポ
ンプ等の多段構造のポンプ設備がある。 第１８図にこのような多段構造のプランジャポンプ設備
８の一例を示す。第１８図において符号１０はポンプの
原動機であるモータ、１２は当該モータ１０の回転速度
を減速するための減速機、１４は当該プランジャポンプ
設備８に例えば１３段設けられた各段のポンプである。 又、この各段ポンプ１４単体の内部構造は第１９図に示
すようになっている。 前記ボンプ設ｇｉ１８が運転する際には、第１９図に示
す各段ポンプ１４において、減速機１２を介して入力さ
れたモータ１０の駆動力で回転軸１６が回転し、その回
転運動がクランク伝達機構１７を介してブランジャ１８
を上、下動させる。前記ポンプ１４は、このプランジャ
１８のシリンダ２２内での上、不動により、液体の吸込
、吐出を行うが、吸込時には、吸込側のバルブ（吸込弁
）２０を介してシリンダ２２内に液体を流入させ、吐出
時には、吐出側のバルプ（吐出弁〉２４を介してシリン
ダ２２内の液体を外部に吐出す。 前記のようなポンプ設備８において、安定した運転を行
うには、それに生じるＲ常を速やかに診断し、対策を講
じる必要がある。 従来、このようなポンプ設備に対しての異常診断技術に
は、種々のものがある。例えば振動センサや加速度セン
ナで、診断対象機器の振動や加速度を検出し，当該検出
信号のレベルを正常運転時の管理基準レベルと比較して
設備に異常が生じたか否かを診断する技術がある（特開
昭５２−１４２６４７、特開昭６２−８０２４、特開昭
６２−９３６２０、特開昭６２−２７０８２０等）。 又、前記振動センサの検出信号が一定値以上になる回数
を積算し、この積算回数が所定値以．ヒとなることで異
常を診断する技術がある（特開昭６２−６７４２０＞． （発明が達成しようとづ゛る課題１ しかしながら、前記の如き従来の技術を用いて多段式ポ
ンプ設備の異常を診断しようとすると次のような種々の
問題点が生じる。 即ち、ポンプ設備においては、運転状況や設備諸元によ
り管理基準値が変化することから、当該基ｔＰｆＩｉの
設定に経験を必要とし、ＦＫ度の良い診断が困難である
。 又、多段構造をとっているポンプで異常を検出する際に
、各段のポンプの異常を診断するには、当該ポンプ個々
に独立して振動センサ等を設置する必要があり、設備が
複雑、ｉｓ（ｉｉｊとなる。 又、振動センサの検出信号には、診断しようとする段の
ポンプに生じる振動の検出信号の他に、連動する他の段
のポンプに生じる振動の検出信号も含まれる場合がある
。この場合には、当該段と他段とのポンプの検出信号を
区別して当該段のポンプのみの異常を診断する必要があ
るが、前記従来の振動レベルによる異常診断技術ではそ
のように区別して診断するのは困難であるという精度上
の問題が生じる。 又、検出信号レベルが所定値以上となる回数の積痒値で
異常の判定を行う技術では、ポンプの劣化期間を判定し
ているに過ぎず、当該ポンプの異常度合を精度良く判定
することができない。 本発明は、前記従来の問題点を解消すべくなされたもの
で、多段型ポンプに異常が発生したか否かを診断する際
に、比較的容易に管理基準を設定でき、且つ、各段のポ
ンプに検出センサを設ける必要無く、精度よくいずれの
ポンプに異常が生じたかを診断すると共に、その異常の
度合を定量的に判定することができるポンプの異常診断
方法を提供することを課題とする。 （課題を達或するための手段｝ 本発明は、複数のポンプが一体として作動する多段型ポ
ンプを運転する際に、前記ポンプの作動タイミングを検
出し、ポンプの振動又はアコースティックエミッション
を検出し、検出された振動又はアコースティックエミッ
ションのエンベロープ信号を求め、求められたエンベロ
ープ信号の立上りタイミングから立下りタイミングまで
の立上り幅を求め、求められた立上り幅のうち異常診断
Ｍ準埴以上になるもののタイミングと検出されたポンプ
作動タイミングとに基づき、いずれのポンプに異常が発
生したかを診断し、求められた立上り帳のうち異常診断
基準値以上になるものの期間の長さと当該期間内の信号
高さとを乗じ、乗じられた結果を異常度合の基準値と比
較して、異常の発生したと診断されたポンプの異常度合
を判定することにより、前記課題を達成したものである
。 又本発明は、複数のポンプが一体として作動する多段型
ポンプを運転する際に、前記ポンプの作動タイミングを
検出し、ポンプの振動又はアコースティックエミッショ
ンを検出し、検出された振動又はアコースティックエミ
ッションのエンベロープ信号を求め、求められたエンベ
ロープ信号の立上りタイミングから立下りタイミングま
での立上り幅を求め、求められた立上り暢のうち異常診
断基準値以上になるもののタイミングと検出されたポン
プ作動タイミングとに基づき、いずれのポンプに異常が
発生したかを診断し、求められた立上り幅のうち異常診
断基準値以上になるものの期間の長さと当該期間内の信
号高さとを乗じた値を、ポンプの異なる運転状態につい
て求め、求められた値同士の差を異常度合の基準値と比
較して、異常の発生したと判断されたポンプの異常度合
を判定することにより，同じく前記課題を達成したもの
である。

【作用】

本発明の原理について説明する。 液体等の流体を搬送するための多段型ポンプには、例え
ば前出第１８図、第１９図に示したプランジャポンプが
ある。このような多段型ポンプについて、各段のポンプ
を模式化して第１図に示す。 第１図の場合、吸込弁２０，吐出弁２４共に球形で示し
ている。 前記多段型ポンプが作動していないときは、吸込弁２０
、吐出弁２４は各スプリング２ＯＡ、２４Ａの弾性力で
いずれもその弁座に押し付けられており、流体は高圧側
（吐出側）から低圧側（吸込側）に逆流しないようにな
っている。 このポンプ１４で流体を吸込む際には、第１図（Ａ＞に
示すようにブランジャ１８が上昇し、シリンダ２２内の
圧力Ｐ２が吸込側ラインの圧力Ｐ１より低くなるため、
吸込弁２ｏが開き、シリンダ２２内に流体が流入する。 このとき、吐出弁２４は、吐出側ラインの圧力Ｐ３がシ
リンダ２２内の圧力Ｐ２より高いため、閉じた状態とな
り、該バルブ２４が正常であれば吐出側からシリンダ２
２内への逆流は生じない。この場合、各部の圧力は、Ｐ
Ｉ　＞Ｐ２　＜Ｐｓの関係になる。 次いで、ポンプ１４で流体を吐出す際には、第１図（Ｂ
）に示すように、ブランジャ１８が下降し、シリンダ２
２内の圧力Ｐ２が高まり、吐出側ライン圧力Ｐ３より大
きくなって吐出弁２４が開き、流体が吐出側ラインに流
出していく。この際、吸込側ラインの圧力Ｐ１よりシリ
ンダ２２内圧力Ｐ２の方が高くなるため、吸込弁２０は
閉じた状態となり、該吸込弁２０が正増であれば、シリ
ンダ２２内から吸込側ラインへの流体の逆流は生じない
。この場合、各部圧力は、ＰＩ　＜Ｐ２＞Ｐ３の関係に
なる。 ところで、前記のようなボンプ１４に振動センサやアコ
ースティックエミッション（ＡＥ）センサを付設して、
当該ポンプ１４に生じる振動やＡＥを検出する場合につ
いて考えると、ポンプ１４が正常であれば、高圧流体が
吐出ざれる時点（タイ互ング）にのみ、ＡＥセンサや振
動センサに大きな信号が検出されると考えられる。 しかしながら、例えば吐出弁２４に異常が生じ当該吐出
弁２４から流体がリークく漏浅〉する状態のときは、吸
込みタイミングにおいて、流体は高圧の吐出側からシリ
ンダ２２内に逆流してくることになる。この吐出側から
の逆流は、振動ヤＡＥとして振動センサやＡＥセンサで
検出ざれる。 異常のなり始めでその程度が低いときには、吐出側の圧
力Ｐ３とシリンダ内２２の圧力Ｐ２との差が最大になる
タイミングで逆流が発生し、振動センサやＡＥセンサで
検出されることになる。このタイミングは、プランジャ
１８が下死点から上死点に移動する途中の吸込側からの
吸込みが始まる前で、且つ、吐出側の圧力Ｐ３が最大に
なる下死点付近である。 更に吐出弁２４の異常状態が進行すると、吸込み中にお
いても、吐出側からのリークによる逆流が生じる状態と
なる。この逆流も、振勤センサやＡＥセンサで検出され
、検出信号は下死点付近で立上り、その後に立下がる。 この立上りから立下りまでの立上り幅（立上りから立下
りまでの立上り波形の時間間隔〉は、異常の進行に応じ
て変化する。 又、吸込弁２０に異常が生じてリークする状態のときは
、吐出タイミングにおいて吐出そうとする高圧になった
流体が吸込側へ逆流する。この逆流は、振動やＡＥとし
て振動センサやＡＥセンサで検出されることになる。 吸込弁２０の異常のなり初めには、前記のシリンダ２２
内の圧力Ｐ２が最大になる下死点付近で逆流が増え始め
る。更に吸込弁２０の異常状態が進行すると、シリンダ
２２内の圧力Ｐ２が上昇中、即ちブランジャ１８が上死
点から下死点に移動中においてもリークによる逆流が発
生するようになる。 即ち、検出される振動信号やＡＥ信号について見れば、
ブランジャが下死点になる以前のタイミングか２らバル
ブにリークが生じるため、振動信号やＡＥ信号の立上り
幅は上死点に向かって徐々に広がっていくことになる。 最大限広がった場合には、吐出開始から終了までの期間
（上死点から下死点までの間）に逆流が生じ、その逆流
は当該振動やＡＥとして検出ざれることになる。 以上のことから、吸込弁、吐出弁の異常は、いずれも振
動信号、ＡＥ信号の立上り幅の広がりから、その生じて
いること及びその進行の程度を知ることができる。即ち
、立上り幅と適切な基準値と比較すれば異常の生じてい
ることがわかる。 ところで、前記のようにポンプからその動作に応じて発
生する振動やＡＥは、多段型ポンプにおいても、その各
段のポンプからその動作に応じて各々発生し、ポンプ設
備全体で見れば重畳する。 従って、例えば１つのセンナでこの振動やＡＥを検出す
れば前記重畳した振動、ＡＥ信号が得られる。しかるに
、多段型ポンプ全体の動作タイミングが分かれば、重畳
して検出される振動やＡＥの検出信号をこの動作タイミ
ングと比較していずれの段のポンプに異常が生じている
か否かを診断することができる。 ここで、例えば前出第１８図に示した多段型ポンプの第
３段及び第４段についてＡＥセンサを設け、そのＡＥセ
ンサでＡＥを検出したとぎの検出信号例を、第２図＜Ａ
）、（ｔｌに示す。又、第２図（Ａ＞、（Ｂ）において
は、当該検出信号＜ＡＥ生信号）を例えば０．１ＭＨｚ
の高城フィルタ《ハイパスフィルタ）でエンベロープ処
理を施したエンベロープ信号を合せて示す。なお、第３
段のポンプは正常であったが、第４段のポンプはバルブ
に異常が生じていた。 第２図（Ａ）、（Ｂ）においては、エンベロープ信号に
、前記バルブ異常に起因した立上りタイミングから立下
りタイミングまでの幅が長い信号（以下、この信号の波
形を立上り波形という）が存在しており、この立上り幅
を適切な基準値と比較すればバルブの異常が発見できる
ことがわかるが、エンベロープ信号のみでは、いずれの
バルブに異常が生じたかは識別できない。 第２図（Ｃ）及び（Ｄ）に前記第３及び第４段のポンプ
のエンベロープ信号を、多段型ポンプに設けた回転セン
サの出力信号と比較した結果を示す。この場合に、エン
ベロープ信号は第２図（Ａ）（Ｂ）と同８０．１ＭＨｚ
の高城フィルタで凱理した信号を示している。又、回転
センサの出力信号は、第１段のポンプの下死点でポンプ
１回転毎に出力されるパルスであり、該下死点のタイミ
ングは第２図（Ｃ）、（Ｄ＞中に示している。 多段型ポンプにおいては、各段のポンプが、同一の回転
速度で回転しており、例えば後出第１２図のように時間
の経過に伴なって順次下死点又は上死点タイミングにな
るように組合わされている。 従って、回転センサの出力信号と、前記適ＦＪＪな基準
値以上のエンベＯ−ブ信号を比較することにより、異常
のあるバルブが多段型ポンプのうちのいずれの段のポン
プであるかが分かる。 又、前記のように、いずれかの段のポンプに生じた異常
、例えばバルブ劣化の状態が進行した場合、エンベロー
プ信号の立上り幅が徐々に広がって行く。又，信号高さ
も広がっていく。発明者はこの点に着目して、バルブ劣
化等のポンプの異常度合を、この立上り幅期間と信号高
さとの積（以下立上り波形の面積という〉から判定する
ことを見出した。 即ち、まず、第３図に示すようなエンベロープ信号の立
上り波形において、その立上り幡と、立上り幅期間での
信号高さ例えば平均高さとから、当該期間における立上
り波形の面積Ｘを次式（１〉のように演算する。 Ｘ＝　｛ｆ　ｔ　　（＋２）　　　＜Ａ−Ａ＋　））・
｛ｆ２（β）　　　（Ｂ−８１）｝・−（　１　）但し
、Ａは立上りＩＩＡ朋間中の、例えば平均高さ、Ｂは立
上り幅期間、Ａ１は信号高さのスレツシュホールド値、
Ｂ１は異常判定基準となる立上り幅のスレツシュホール
ド値、『１　（α）は信号高さが異常度合に及ぼす影響
度を表現する関数、ｆ２（α）は立上り幅が異常度合に
及ぼす影響度を表現する関数である。 検出したエンベロープ信号からこの（１）式で算出され
た面積Ｘを、ｌ！験的に劣化レベルに応じて得られる値
（経験値、異常度合の基準値〉と比較することで劣化レ
ベルの判定を行う。ＶＡえは劣化レベルが軽故障のとき
の経験値をＸ（軽）、中程度の故障のときの経験値をＸ
（中）、大きな故障のときの経験値をＸ〈大）として、
Ｘ＜Ｘ　＜軽）では微細な故障、×（軽）≦Ｘ＜Ｘ（中
〉では軽い故障、Ｘ（中）≦Ｘ＜Ｘ　＜大）では中程度
の故障、×（大）≦Ｘでは重大な故障といった判定を行
う。なお、前記経験値は、例えば劣化レベルの異なるい
くつかのバルブを試験的にポンプに組込み、而積Ｘの値
をバルブ毎に算出してみることで得られる。 又、前記のように立上り波形からホンブの異常度合を判
定づるに際して、より精度良く判定するためには、当該
エンベロープ信号中に含まれる雑音を徐去寸る必要があ
る。この点について発明者は種々検討した。その結果、
ポンプの異なる運転状態についての各立上り波形の面積
を求め、それらの差をとることで前記雑音を除去するこ
とを創案した。 即ち、ポンプの異なる運転状態、例えば負荷の高いレベ
ルと低いレベルでエンベロープ信号を求め、そのエンベ
ロープ信号における例えば第４図（Ａ）、（Ｂ）に示す
ような立上り波形を考える。 第４図（Ａ）は負荷が高いレベルでの立上り波形、第４
図（８〉は負荷が低いレベルでの立上り波形である。 各々の運転状態における立上り幅８１Ｂ’　とその期間
での平均高さＡ１Ａ’　から当該立上り波形の面積を、
高レベル負荷での面積Ｘ〈高）については次式（２）で
、低レベル負荷での面積Ｘ（低）については次式（３〉
で算出する。 Ｘ〈高）＝（ｆｔ（α）　　＜Ａ　　Ａ＋））｛　『２
（β）　　　＜Ｂ−８１）｝ ・・・（２） ×（低）＝（ｆ＋（α）　　（Ａ’−Ａ＋　　））（　
　ｆｚ　（β’）　　　（Ｂ’−Ｂフ　））・・・〈３
） ここで、Ａ＋、Ａｔ　　は信号高さのスレツシュホール
ド値、Ｂ　Ｉ　ｓ　Ｂ　＋　’　は異常判定基準となる
立上り幅のスレツシュホールド値である。 次いで、（２）、（３）式で算出した各負荷における面
ＩＸ（高）、Ｘ（低冫の差ΔＸを次式（４）の如く取る
。 ΔＸ−Ｘ　（高〉一Ｘ（低）・・・（４〉この処理によ
り、信号に含まれているノイズ成分を除去することがで
き、バルブの異常度合を精度良く反映した数値を得るこ
とができる。次いで、（４）式で算出した差ΔＸを経験
から得られる差ΔＸのｆｆｌ！＜経験値、異常度合の基
準値）と比較することで異常度合の判定を行うことがで
きる。この場合の経験値は、例えば劣化レベルの異なる
バルブを試験的にポンプに組込み、その劣化レベルと前
記（２）〜（４）式で算出される差ΔＸの値との対応か
ら得ることができる。 例えば軽故障時の差をΔＸ（軽）とし、中程度の故障の
差ΔＸをΔＸ（中）とし、大きな故障時における差ΔＸ
をΔＸ（大〉とすれば、得られた差Δ×から、例えば次
のように故障の判定ができる。ΔＸくΔＸ〈軽〉では微
小な故障、ΔＸ（軽）≦ΔＸ〈ΔＸ（中〉では軽い故障
、ΔＸ〈中〉≦ΔｘくΔＸ（大〉では中程度の故障、Δ
Ｘ（大）≦ΔＸは重大故障と判定できる。 なお、設備によっては、常に一定の負荷で運転している
ために、負荷の異なる状態でエンベロープ信号をとり、
それら信号間で立上り波形の面積の比較ができない設備
があるる。このような設備に対しては、例えば第４図（
Ｃ）に示すように、高負荷運転時においてときどき短期
間負荷を下げて低負荷運転し、低負荷運転が連続しでい
ると仮定してその低負荷運転時の立上り波形のデータに
より面ＩＸ（低）を演算することができる。 本発明は、以上の如き知見に基づきなされたちのである
。 本発明によれば、振動信号、ＡＥ信号のエンベロープ信
号の立上り幅の長さからポンプの異常が判定できる。従
って、従来、ポンプ異常の判定のためのレベル設定では
経験を必要とし、困難さがあったが、異常診断のための
基準値が経験をあまり必要とせずに容易に設定でき、異
常診断が容易にできるようになる。 又、従来、多段構造のポンプの異常を診断する際には、
個々のポンプに独立して振動センサ等を設置しなければ
、当該ポンプ個々の異常を検出できいと共に、連動する
他のポンプからの異常信号を区別することが困難であり
、精度上の問題があった。これに対して、本発明におい
ては、ＡＥセンサあるいは振動センサをポンプの段数に
よらず少なくとも１つ設け、その検出信号とポンプの回
転位置を比較することにより、いずれのポンプが異常が
発生したか否かを診断することができるようになる。従
って、ＡＥセンサ、振動センサは少なくとも１つ設けれ
ばよいため、比較的簡単な構成で、精度良くいずれの段
のポンプが異常の発生したポンプかを診断することがで
きる。 又、ポンプの異常度合の判定を定量的にＮ度良く行うこ
とができる。従って、適切な異常個所の補修タイジング
を決定することができる。 例えば、判定された異常が軽故障状態以下の場合には、
直近で予定されている定期補修日までそのままの状態で
運転すると決定し、重故障になっている場合には、極力
早い交換時期を設定して交換等の補堪を行うといった判
断が合理的且つ正確に行えるようになり、総合的に見て
、設備の安定稼動時間を長くすることができる。

【実施例１ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。 この実！Ｐｉ４は、多段型ポンプ例えば前出第１８図に
示した１３段のプランジャポンプ設備とのバ／ｔｚ　７
　１Ｊ−ク（Ｉ洩）異常を診断するためのバルブリーク
診断装置である。 まず第１実施例について説明でる。この第１実施例に係
るバルブリーク診断装置は、第５図に示すように、モー
タ１０の回転角に応じてパルス信号を出力するためのロ
ータリーエンコーダ２６と、出力されたパルス信号を伝
達するためのパルスインタフエイス２８と、前記プラン
ジャポンプ８の回転タイミングを検出するための、例え
ば当該ポンプ設備８の軸１回転で１パルス出力する近接
スイッチ３０と、前記エンコーダ２６及び近接スイッチ
３０の出力信号から前記ポンプ設備８の回転と同期する
同期信号を出力するためのパルスヵウンタ３２と、前記
ポンプ設備８の振動を検出する振動ピツクアップ３４と
、当該検出振動をモニタし振動信号として出力するため
の振動モニタ３６と、前記振動モニタ３６から出力され
る振動信号からエンベロープ信号を生成するためのエン
ベロープ処理部３８と、エンベロープ処理された信号波
形から立上り福を検出するための立上り幅検出部４０と
、検出された立上り幅と前記同ｆｆｉ｛３号を比較して
、前記ポンプ設備８のうちのいずれの段のポンプが不良
となりバルブリークが発生したかを判定する不良バルブ
判定部４２と、前記エンベロープ処理部３８出力のエン
ベロープ信号から立上り波形の信号高さを算出する信号
高さ演算部４４と、検出ざれた立上り幅と信号高さから
バルブの劣化度合を判定する劣化度合判定部４６と、異
常バルブが判定された際の警報と劣化度合の判定結果を
出力する警報劣化度合出力部４８とを備える。 この第１実施例では、前記１３段のプランジャポンプ設
備８を、第１８図に示すように、第１〜５段、第６〜８
段、第９〜１３段の３群（Ａ群、Ｂ群、Ｃ群）にわけて
考え、その各群毎に振動ビックアツブ３４を設けてそれ
ぞれで振動を検出するようにしている。又、各段ポンプ
の下死点のタイミング番よ、例えば１→５→９→１３→
６→３→１０→２→７→１２→４→１１→８→１の順に
回ってくるようになっている。 前記エンベロープ処理部３８には、入力された振動信号
から、例えば５〜４０ｋ｝ｆｚの振動信号を取り出して
エンベロープ処理する高城フィルタ（ハイパスフィルタ
）を用いることがでぎる。 なお、エンベロープ処理部３８に入力する運転状態信号
は、振動信号の他、ＡＥ信号でもよく、その場合は振動
ビックアツブ３４に代えて、第５図中破線で示すように
、ＡＥセンサ３５を設けて、ＥＡ信号を前記処理部３８
に入力する。 次に、第１実施例の作用を説明する。 このバルブリーク診断装置においては、第６図の手順の
ように、まず、エンベロープ処理されたＳｖＪ信号をサ
ンプリングしてデータを採取する（ステップ１０１）。 次いで、採取されたデータからエンベロープ信号の波形
の立上り幅を求める（ステップ１０３）。次いで、求め
られた立上り幅から、バルブリークが発生しているか否
かを判定し（ステップ１０５）、発生していた場合、バ
ルブリークがいずれの段のポンプに発生したかの識別を
行う（ステップ１０７）。次いで、異常が識別されたポ
ンプの異常例えば劣化の度合を判定する（ステップ１０
９〉。次いで、異常の識別されたポンプの段を表示し警
報を発すると共に、その劣化度合を表示する（ステップ
１１１）。 この手順を更に詳しく説明する。ステップ１０１のデー
タ採取においては、振動ビックアツブ３４で検出した振
動信号をエンベロープ処理部３８でエンベロープ処理し
、その処理されたエンベロープ信号をサンプリングして
、そのサンプリングデータをアナログデジタル（Ａ／Ｄ
）変換して立上り幅検出部４０中にデータとして採取す
る。 次いでステップ１０３で、採取されたサンプリングデー
タからエンベロープ信号波形の立上り幅を、例えば第７
図の手順のようにして求める。 即ち、まずステップ２０１で前記サンプリングデータが
予め設定された閾値を超えているか否かを時間軸に沿っ
て調べる。例えばサンプリングデータが第８図に示す波
形の場合、第８図中に破線で示すｒａｍを設定して矢印
方向に調べていく。 次いで、ステップ２０３で、サンプリングデータが閾値
を超えている場合、その時刻を立上り時刻として記憶す
る。次いでステップ２０５で、サンプリングデータが閾
値以下の場合、そのデータが採取ざれた時刻を立下り時
刻｛侯補として記憶する。 次いでステップ２０７に進み、記憶された立下り時刻候
補から予め設定した立下り許容時間γを超えて、＠（ｌ
！以下のサンプリングデータがｌｌ続して採取されたか
否かを判定する。閾値を超えてサンプリングデータが前
記立下り許容時間以内に採取された場合は、ステップ２
０５に戻って再び立下り時刻候補を捜す。 一方、立下り時刻候補から次のサンプリングデ−タが立
上るまでの時間が、立下り許容時間γを超える場合には
、ステップ２０９に進んで、当該立下り時刻候補を立下
り時刻とする。次いでステップ２１１で、その立下り時
刻から前記記憶された立上り時刻までの時間を求めて立
上り幅とする。 又、ステップ１０５における、バルブリークがいずれの
ポンプに発生しているか否かの判定は不良バルブ判定部
４２で第９図の手順に従って行う。 即ち、第９図のように、まず、求められた立上り幅がＴ
／１３以上であるか否かを判定する（ステップ３０３）
。なお、このＴはある段のポンプ１４が下死点から次の
下死点になるまでの一周期の時間である。 泗えば、前記プランジャポンプ設備８のうち第５段のポ
ンプの吐出弁２４が正常なときの立上り波形の例を第１
０図に示す。第１０図では立上り幅はＴ／１３以内にな
っており、このように各段ポンプの立上り幅がＴ／１３
以内となっていれば、ポンプは正常であると判定でぎる
。 又、例えば第２段のポンプの吸込弁２０にりークが発生
したときの立上り波形例を第１１図に示す。第１１図か
ら、立上り幅がＴ／１３以上になっており、このように
い゛ずれかの段のポンプの立一ヒリ幅がＴ／１３を超え
ていれば、該ポンプに異常が生じていると判断できる。 異常が生じていればステップ３０５に進む。一方、異常
が生じていなければステップ３０７に進む。 なお、多段型ポンプの特性によっては各段ポンプに異常
が生じたと判断する立−ヒリ幅の基準値は、各段毎に異
なるものになる。そこで、この基準値は各段ポンプに対
応したものをテーブル化して記憶しておき、各段ポンプ
当該テーブルの基準値と各段ポンプの立上り幅を比較し
て、ポンプに異常が生じたことを判定する。例えばその
基準値を第７段ポンプで４Ｔ／１３、第８段ポンプで４
Ｔ／１３、第６段ポンプで５Ｔ／１３、第５段ポンプで
Ｔ／１３、第１段ポンプで３Ｔ／１３、第２段ポンプで
２Ｔ／１３とすることができる。このようにして、より
一層、ポンプ異常診断の精度を向上させることができる
。 第２段のポンプの吸込弁２０に異常が生じ異常状態が進
行していくと、第１１図中の立上り波形は、同図中ａ　
−＋ｂ　４Ｃの方向（図の左方向〉に広がっていく。又
、前記第５段のポンプの吐出弁２４に異常が出始めると
、当該第５段のタイミングから第８図の右方向に立上り
幅が広がっていく。 ステップ３０３の判定結果が正の場合、リークが発生し
ていると判断されるため、ステップ３０５に進んで、リ
ークが発生している吸込弁２０又は吐出弁２４がいずれ
の段のポンプ１４のものかを判断する。 即ち、吸込弁２０！．：おいてリークが発生する場合、
立上り幅の立下り時刻が、いずれのブランジャ１８の下
死点のタイミングに一致するか否かを判定する。又、吐
出弁２４については、立上り時刻がどのブランジャ１８
の下死点のタイミングであるかを調べる。 ここで、各段ポンプ１４のブランジャ１８が下死点とな
り発生するインパルス波のエンベロープ信弓の発生タイ
ミングについて考察する。 第１２図（Ａ＞は、正常時のエンベロープ信号であり、
前記１３段のプランジャポンプ設備８の示している。前
記ポンプ設備８の全ブランジャについての下死点は、第
１２図＜８＞に示すように、１→５→９→１３→６→３
→１０→２→７→１２→４→１１→８の順で回ってくる
。 Ａ群のポンプにおいてのインパルス波の発生するタイミ
ングは、近接スイッチ３０で検出する第１段ポンプのブ
ランジャの下死点を基準として、この第１段ポンプのブ
ランジャのタイミングｔ，は次式（５〉で、第５段のブ
ランジャのタイミングｔ５は次式（６）で、第３段のプ
ランジャのタイくングｔ３は次式（７）で、第２段のブ
ランジャのタイミングｔ２は次式（８〉で、第４段のブ
ランジャのタイミング【４は次式（９）で求められる。 （ｔｓａα　　　　　　　　　　　　　　　・・・　（
５）ｔ　５−Ｔ／１３　　＋　α　　　　　　　　　　
　　・・・　く　６　）ｊａ−５Ｔ／１３＋α　　　　
　　・・・　（７〉ｔｚ＝７Ｔ／１３＋α　　　　　・
・・（８〉ｔａ　−　１　０Ｔ／１　３＋α　　　　・
・・（９）但し、αはインパルス波の下死点からの遅れ
である。α一〇のときインパルス波は正規の下死点のタ
イミングと一致する。 （５）〜（９〉式から、このポンプ８について一般化す
れば、第ｎ段のプランジャでのインパルス波の発生する
タイミングｔｌは、次式（１０）の如くとなる。 ｔｎ− ｛（第ｎ段のブランジャの下死点の順−１）／Ｔ｝／１
３　　　　　　・・・（１０）但し、「第ｎ段のブラン
ジャの下死点の順」は、第１のブランジャを１番目とす
る。 なお、第ｎ段のブランジＶの上死点のタイミングは、こ
の（１０）式にＴ／２を加えたものとなる。 前記ステップ１０９のバルブ劣化度合の判定は、詳しく
は第１３図に示す手順に基づき行う。 即ち、まず、バルブ劣化が生じたと判定ざれたポンプの
立上り幅について、立上り幅検出部４０でその立上り幅
の朗間の長さを求める（ステップ４０１）。次いで、立
上り幅期間内の立上り波形から信号高さの平均値を算出
する（ステップ４０３）．， 次いで、求められた立上り幅期間長さと立上り波形の信
号高さから前出（１）式で立上り波形の面積を求める（
ステップ４０５）。次いで、求められた面積Ｘを経験か
らバルブの劣化度合に応じて得られた経験値と比較して
、劣化度合の判定を行う（ステップ４０７）。例えば軽
故障のときの経験値を×（軽〉、中程度の故障のときの
経験値をＸ（中）、大きな故障のときの経験値をＸ（大
）として、Ｘ＜Ｘ　＜軽〉では微細な故障、Ｘ（軽〉≦
Ｘ＜Ｘ　（中）では軽い故障、×（中）≦Ｘ＜Ｘ（大）
では中程度の故障、×（大）≦Ｘでは重大な故障といっ
た判定を行う。なお、前記経験値は、例えば劣化レベル
の異なるいくつかのバルブを試験的にポンプに組込み、
面積Ｘの値をバルブ毎に算出して得ることができる。 正常な場合とバルブに異常が生じた場合のエンベロープ
信号の例を第１４図に示す。 第１４図（Ａ＞はインパルス状のエンベロープの信号で
あり、各バルプは劣化の度合は軽いあるいは劣化は生じ
ていないと判定される。 又、第１４図（Ｂ）は、第２段のポンプの吸込弁２０に
バルブリーク（吸込弁の異常時に相当）が生じた場合の
エンベロープ信号である。吸込弁２０のリークが発生す
るのは、プランジャ１８が下降して吐出している際に吸
込弁２０側で機密性が悪くなり高圧の液体がリークする
状態のときである。従って、第１４図（Ｂ）においては
、ブランジャ１８が上死点から下死点に移動する間（吐
出中）で信号レベルが高くなり、劣化の度合も高いもの
と判定される。 又、第１４図（Ｃ）は、第２段のポンプ１４の吐出弁２
４にバルブリーク（吐出弁の異常時に相当）が生じた場
合のエンベロープ信号である。吐出弁２４のリークが発
生するのは、プランジャ１８が上昇中の吸込み中のとき
である。従って、第１４図（Ｃ）においては、ピストン
が下死点から上死点に移動する間（吸込み中）で信号レ
ベルが高くなっており、劣化の度合も高いものと判定さ
れる。 又、第１４図（Ｄ）は、第２段のボンプ１４の吸込弁２
０と第４段のポンブ１４の吸込弁２０が同時にリークし
た際のエンベロープ信号である。 エンベ０−ブ信号を更に詳細に示したものを第１５図（
Ａ＞、（Ｂ）に示す。第１５図（Ａ）においでは、第７
段ポンプ立上り波形が〜ｊ上り幅の大きなものとなって
おり、当該段のポンプの吸込み弁が異常であることが判
断される。又、第１５図（Ｂ）においては第１段ポンプ
の立上り波形の立上り幅が長く、当該段のポンプの吸込
み弁が異常であることが判断される。又、その異常の度
合については、第１５図（８）に示す第２段ポンプの波
形に比較して、第７段ポンプはその立上り波形の面積は
大きく、異常の度合は進んぐいると判定される。これに
対して、第１段ポンプにおいては、第１５図（Ｂ）に示
すように、前記第７段ポンプの立上り波形に比べてその
面積は小さいので、異常の度合は、前記第７段ポンプよ
り小さいものと判断できる。 次に第２実施例について説明する。 この第２実施例は、前記第１実施例で第５図に示すよう
な構成で立上り波形の面積と経験から得られている値と
を比較し“Ｃ劣化レベルを判定していたのに対し、第１
６図に示すような構或でエンベロープ信号に含まれるノ
イズ或分を除去し、更に精度良く劣化レベルを診断する
バルブリーク診断装置である。 第１６図に示すように、この診断装置には、ロータリエ
ンコーダ２６の出力信号からポンプ８の速度を検出する
速度検出部５０と、当該速度からポンプの速度レベルを
求めて負荷レベルを判定する速度レベル判定部５２とが
設けられ、判定された負荷レベルから、ポンプの異なる
運転状態、例えば負荷の高いレベルと低いレベル各々に
ついてエンベロープ信号の立上り波形からの異常の生じ
たポンプを判定すると共に、異常判定基準値以上の立上
り幅の朋間とその朋間における平均高さから立上り波形
の面積を演算し、当該面積に基づき劣化レベルを判定し
ようとするものである。なお、その他の構成は、前出第
５図に示した第１実施例の診断装置と同様であるため、
同様の部分に同一の番号を付してその説明は省略する。 この第２実施例に係る診断装置においては、第１７図の
手順に従って診断を実行する。 即ち、まず、検出速度から速度レベルを求め、求められ
た速度レベルから負荷レベルを検出する（ステップ５０
１）。次いで、負荷レベルが高いか否かを判定し（ステ
ップ５０３）、負荷のレベルが高い場合は、ステップ５
０５に進み、低い場合はステップ５０７に進んで、それ
ぞれ立上り波形の面ＩＸ　（ａｉ＞　、Ｘ　ＮＥｔ）　
’ｌｒ：ｔＪ出（２＞、（３〉式のように演算する。 次いで、これら求められた面積×（高）、×（低）の差
ΔＸを前出（４）式の如く求め（ステップ５０９）、求
められた差ΔＸを経験から得られている値と比較して、
劣化レベルの判定を行う（ステップ５１１）。例えば軽
故障時の差ΔＸをΔＸ（軽）とし、中程度の故障の差Δ
ＸをΔＸ〈中〉と・し、大きな故障時における差ΔＸを
ΔＸ（大〉とすれば、得られた差ΔＸから、例えば次の
ように故障の判定ができる。ΔＸくΔＸ（軽）では微小
な故障、ΔＸ（軽）≦ΔＸ〈ΔＸ（中〉では軽い故障、
ΔＸ（中）≦ΔＸくΔＸ（大）では中程度の故障、ΔＸ
（大）≦ΔＸは重大な故障と判定できる。 なお、設備によっては、常に一定の負荷で運転している
ために、負荷の異なる状態でエンベロープ信号をとり、
それら信号間で立上り波形の面積の比較ができない設備
があるが、このような設備においては、例えば前出第４
図（Ｃ）に示すように、高負荷運転時においてときどき
短時間負荷を下げて低負荷運転し、低負荷運転が連続し
ていると仮定してその低負荷運転時の立上り波形のデー
タにより面積Ｘ〈低）を演算することができる。 なお、その他の作用は前記第１実施例と同様であるので
、その詳細な説明は略する。 前記１、第２の実施例においては、１３段のブランジャ
ーボンプを例示し、本発明を説明したが、本発明により
異常診断することが可能なポンプはこの種の場合限定さ
れるものではなく、他の段数、あるいは他の種類の他段
型ポンプでそれに生じる異常を診断することができる。 【発明の効果】 以上説明した通り、本発明によれば、管理基準レベルの
設定を経験を要することなく簡易に行うことができ、且
つ、多段構造のポンプの個々のポンプで独立してセンサ
を設置する必要はなく、精度良くいずれの段のポンプに
異常が生じたかを診断できると共に，その異常の度合を
精度良く判定できる。従って、簡易、安価な装置構成で
ポンプ異常の高精度な診断ができるという優れた効果が
得られる。 なお、発明者らの調査によれば、従来方法では閾値の決
め方が困難なため、ポンプ異常例えばポンプの弁に生じ
た異常の判定的中率は３０％程度であった。又、その異
常度合の判定が非常に困難であった。これに対して、本
発明を採用して診断した結果、ポンプ異常の判定精度が
向上して９０％以上の適中率が得られると共に、異常度
合の判定を定量的に行えるため、ポンプ部品の適切な交
換時期を精度良く決定できる。従って、本発明により、
高精度の診断が可能であることが理解ざれ、多段型ポン
プ設備の信頼性向上、安定した運転に多くの貢献ができ
るといえる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の原理を説明するため
のプランジャポンプの構成を模式的に示す断面図、 第２図は、同じく、ポンプから検出されるＡＥ生波形、
エンベロープ波形の例を示す線図、第３図は、同じく、
本発明の原理を説明するためのエンベロープ信号の例を
示づ線図、第４図は、同じく、他の例を示す線図、第５
図は、本発明の第１実施例に係るバルブリーク診断装置
の構成を示すブロック図、第６図は、前記実施例の作用
を説明するためのバルブリーク識別手順を示す流れ図、 第７図は、前記手順の立上り幅を求める手順を詳細に示
す流れ図、 第８図は、エンベロープ信号の立上り幅等を説明するた
めの線図、 第９図は、立上り波の発生しているバルブを識別する手
順を詳細に示す流れ図、 第１０図及び第１１図は、前記ポンプの各段のエンベロ
ープ信号の例を示す線図、 第１２図は、正常時のインパルス波の出るタイミングの
例を示す縮図、 第１３図は、第１実施例に係る劣化レベルを判定する手
順を示す流れ図、 第１４図は、同じく、正常時、異常時のエンベロープ信
号の例を示す線図、 第１５図（Ａ）、（Ｂ）は、同じく、バルブ異常を検出
した場合の立上り波形の例を示すｌｍ図、第１６図は、
本発明の第２実施例の構成を示すブロック図、 第１７図は、前記第２実施例における劣化レベル判定手
段を示す流れ図、 第１８図は、従来の多段型のプランジャポンプ設備の構
成例を示す側面図、 第１９図は、同ポンプを詳細に示す内部構成図である。 ８・・・多段型ポンプ設備、 １０・・・モータ、 １４・・・各段のポンプ、 １８・・・ブランジャ、 ２０・・・吸込側バルブ（吸込弁）、 ２２・・・シリンダ、 ２４・・・吐出側バルブ〈吐出弁〉、 ３０・・・近接スイッチ、 ３２・・・ブリセットカウンタ、 ３４・・・振動ビックアップ、 ３５・・・アコースティックエミッション（ＡＥ）セン
サ、 ３６・・・振動モニタ、 ３８・・・．エンベロープ処理部、 ４０・・・立上り幅検出部、 ４２・・・不良バルブ判定部、 ４４・・・信号高さ演算部、 ４６・・・劣化度合判定部、 ４８・・・警報劣化度合出力部、 ５２・・・速度レベル判定部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のポンプが一体として作動する多段型ポンプ
   を運転する際に、 前記ポンプの作動タイミングを検出し、 ポンプの振動又はアコーステイツクエミツシヨンを検出
   し、 検出された振動又はアコーステイツクエミツシヨンのエ
   ンベロープ信号を求め、 求められたエンベロープ信号の立上りタイミングから立
   下りタイミングまでの立上り幅を求め、求められた立上
   り幅のうち異常診断基準値以上になるもののタイミング
   と検出されたポンプ作動タイミングとに基づき、いずれ
   のポンプに異常が発生したかを診断し、 求められた立上り幅のうち異常診断基準値以上になるも
   のの期間の長さと当該期間内の信号高さとを乗じ、 乗じられた結果を異常度合の基準値と比較して、異常の
   発生したと診断されたポンプの異常の度合を判定するこ
   とをことを特徴とするポンプの異常診断方法。
2. （２）複数のポンプが一体として作動する多段型ポンプ
   を運転する際に、 前記ポンプの作動タイミングを検出し、 ポンプの振動又はアコーステイツクエミツシヨンを検出
   し、 検出された振動又はアコーステイツクエミツシヨンのエ
   ンベロープ信号を求め、 求められたエンベロープ信号の立上りタイミングから立
   下りタイミングまでの立上り幅を求め、求められた立上
   り幅のうち異常診断基準値以上になるもののタイミング
   と検出されたポンプ作動タイミングとに基づき、いずれ
   のポンプに異常が発生したかを診断し、 求められた立上り幅のうち異常診断基準値以上になるも
   のの期間の長さと当該期間内の信号高さとを乗じた値を
   、ポンプの異なる運転状態について求め、 求められた値同士の差を異常度合の基準値と比較して、
   異常の発生したと診断されたポンプの異常度合を判定す
   ることを特徴とするポンプの異常診断方法。