JPS5963530A - 回転機械診断装置 - 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】 ラント等大型プラントに於ける回転機械の回転機械診断
装置に関する。

ＬＮＧプラント等大型のプラントや設備の中に占める回
転機械の比率は非常に高１＜、その役割も重要である。

これらの回転機械に異常や故障が生じた場合は経済的損
失は当然のことながら、事故が拡大すると大きな社会的
問題に発展する。

例えば、ＬＮＧプラントは都市ガス、冷熱発電設備等の
供給源として使用されるだめ、タンクよｆｉ　ＬＮＧを
圧送するＬＮＧポンプに故障が生じるとユーザ側に大き
な損失を与えると共に一般需要者にも被害を及ぼすこと
になる。

我国に於ける機械診断技術は新幹線が開業し、又公害、
汚染の問題が大きくクローズアンプされ始めた１９５０
〜６０年代より本格的な取組みが始まったが、未だにそ
の判断基準が一般化されてなく実用化に迄到った回転機
械診断装置はないのが現状である。

本発明は斯かる実情を背景になされたもので、プラント
等に於ける回転機械の故障予知技術を確立し、プラント
の信頼性を向上せしめると共に保全コストの低減、保全
技術の均質化を目的とするものである。

以下図面を参照しつつ本発明の詳細な説明する。

先ず本発明の回転機械診断装置の概要を説明する。

回転機械の適宜位置に加速度検出器を取付け、観測すべ
き所定周波数領域に於ける加速度を検出し該検出器から
の信号に基づき、マイクロコンビュータンステムにより
ある診断時期毎での前記周波数領域に於ける加速度、速
度、振幅等振動スペクトルを作成し、振動スペクトル又
は該スペクトルから得られる平均値等を、渦去の実績、
実験で得られた診断基準と対比せしめて故障診断を行う
と共にモニタテレビ等所要の表示装置に表示できる様に
する。

ここで所定の周波数領域に於けるｎ番目の各種スペクト
ルにｎの添字を付せば、 ｎ番目の加速度スペクトルはα（、）、ｎ番目の速度ス
ペクトルはり（ｎ）、 ｎ番目の振幅スペクトルはＸ　（−）、ｎ番目の角速度
はω（？Ｌ）、 ｎ番目の振幅数はｆ　（？Ｌ）、 で表わせ、又 スペクトル幅をΔｆ１ サンプリング周波数をｆ８、 サンプリングしたデータの数をＮｓ、 とすれば、上記各スペクトルの関係は下記の通りとなる
。

ω（？Ｌ）−２πｆ（ｎ）　　　　　　　　　　・・・
・・・・・・・（ＩＩＤ／　（？Ｌ）　＝　？ｌΔｆ　
　°　　　　　　　　・・・・・・・・・・■ｆｓ　　
　Ｎｓ Δ／−（−）／（〜）　　　　　　・・・・・・・・・
・（■２ 一般に加速度検出器によって回転機械の振動を検出した
場合、劣化が進行するに従い振動スペクトル値は増大す
る。従って、振動スペクトル値自体若しくは該振動スペ
クトル（直を加工し得られた平均値等を経時的に観測し
、これらの値を前記した診断基準と対比せしめれば劣化
の進行を予知し得ると共に故障診断をすることができる
。

次に第１図により本発明に係る故障診断装置について説
明する。

（１）は回転機械に取付けられ回転機械の加速度を検出
する為のセンサであり、該センサ（１）には下流側に向
って、ローパスフィルタ（２）　、Ａ／Ｄ　変換器（３
）が順次接続され、該Ａ／Ｄ変換器（３）はマスターマ
イクロコンピュータシステム（４）に接続されている。

前記ローパスフィルタ（２）はセンサ（１）からのアナ
ログ信号（加速度）をＡ／Ｄ変換器（３）がデジタル信
号に変換する際のエリアシンク誤差を減少される為のも
のであり、低周波用のフィルタと高周波用のフィルタと
が組込れマスターマイクロコンピュータシステム（４）
からの信号り匂によりいずれかが選択される様になって
いる。

マスターマイクロコンピュータシステム（４）　Ｋは診
断条件設定器（５）、演算プロセッサ（６）、メインメ
モＩＪ（７Ｌ補助メモリ（８）、診断表示部（９）、警
報装置（１０がそれぞれ接続され、前述したセンサ（１
）、ローパスフィルタ（２）、Ａ／Ｄ変換器（３）と併
せてマスターシステム０のが構成される。

前記診断条件設定器（５）は診断の間隔、診断基準等の
診断条件をマスターマイクロコンピュータシステム（４
）を・設定入力する。マスターマイクロコンピュータシ
ステム（４）はＡ／Ｄ変換器（３）からの信号の特徴を
抽出するアベレージング演算、アンダフロー、オーバフ
ローを防止する桁数調整演算等を行なった後にメインメ
モ！ｊ（７）、演算プロセッサ（６）　１．補助メモリ
（８）と共に周波数分析（ＦＦＴ）を行ない時間軸の信
号を周波数軸上の加速度スペクトルに変換し、更に加速
度スペクトルから前述し゛た式（１）〜（Ｖ）により速
度スペクトル、振幅スペクトル、及びこれら振動スペク
トルの平均値等を適宜演算する。

ここで、前記演算プロセッサ（６）は周波数分析に於け
るバタフライ演算（掛算、加算）、スペクトルを求める
平方根の演算を行う。又、前記補助メモリ（８）にはマ
イクロプロセッサ及びメインメモリ（７）、演算プロセ
ッサ（６）のプログラムを補助するオペレーティングシ
ステムが収納されていると共に演算結果（振動スペクト
ル、平均匝等）が記憶収納される。マスターマイクロコ
ンピュータシステム（４）は該演算結果を前記診断条件
設定器〈５）で入力された診断条件に従って諒断表示部
（９）に表示し、必要に応じ警報装置。０を駆動すると
共に表示、警報及び自動停止システムの起動用信号α力
を出力する。

上記したマスターシステム◇佛は診断時にのみ通電駆動
される様になっており、斯かる通電駆動は後述するスレ
ーブシステム翰によってなされる。

スレーブシステム（１）はスレーブマイクロコン′ピユ
ークシステムｏ３、メモリａり、時計◇■、バッテリバ
ックアップ回路ａ→、半導体リレー０ηから構成サレ、
スレーブシステム（イ）とマスターシステム（ＩＩ　ト
ハマスターマイクロコンピュータンステム（４）、スレ
ーブマイクロコンピュータシステムα榎間が接続される
こと茫よって接続すると共にマスターシステムθりへの
電源供給は半導体リレー０ｖを介して行われる様になっ
ている。

伺、（２）は電源を示す。

スレーブマイクロコンピュータシステムα場はバッテリ
バックアップ回路αｅによって停電対策が施され常時作
動しており、時計αＱによって計られた結果を基にマス
ターマイクロコンピュータシステム（４）からの診断条
件により所要時に半導体リレー０υを作動させ診断間隔
の制御を行いつつマスターシステムαつに通電する。又
、診断終了後の停電・°に備えて必要なデータを記憶し
て格納し、半導体リレーθ〃を介して診断終了後にマス
ターシステム０９を停止させ、更に次の診断３０分前に
起動させる様になっている。

次に上記構成に係る回転機械故障診断装置による故障診
断について説明する。

先ず第１の故障診断の仕方について第２図に示す（第２
図は縦軸に振動スペクトル、横軸に振動数をとったもの
である）。

加速度、速度、振幅のうち適宜な振動スペクトルを選択
し、選択した振動スペクトル例えば振幅スペクトルに関
し過去のデータ、実験のデータ等より警戒レベルＤ１、
故障診断レベルＤ２を診断条件設定器（５）にマスター
マイクロコンピュータシステム（４）に設定入力する。

而して、ある診断時点での振幅スペクトルＸがレベルＤ
１．Ｄ２を越えたとすれば、警報装置（８）を駆動し、
必要とあらば信号０力によって自動停止システムを作動
させる。

第２図の如く振動スペクトルを表示すれば、レベルＤｌ
、Ｄ２を越えた振動スペクトルの振動数は直ちに判別で
き、この振動数より回転機械の故障部分を推定すること
が可能である。

倚、振動スペクトルのうち何を選択して故障診断の指標
とするかは診断条件により適宜決定すればよい 例えば軸の曲り、ポンプのインペラのこすれ、割れ、回
転体の偏心等の故障原因ば１氏い周波数領域で診断し得
るものであり、この場合は５００Ｈｚ周波数領域での振
幅スペクトルをその指標とすればよい。

マスターマイクロコンピュータシステム（４）　Ｋ於い
て前記５００Ｈ２周波数領域での振幅スペクトルを作成
する条件として、診断条件設定器により、周波数領域５
００Ｈｚ、サンプリングデータ数を１０２４点、サンプ
リング周波数をＩ　ＫＨｚを入力する。この場合、全ス
ペクトル数は５１２本（ｎ＝１〜５１２）、スペクトル
幅（−Ｔ−）／（−］薯−）子０．９８Ｈｚとなり、通
常の条件での故障診断では十分である。上記した如く周
波数領域を５００Ｈ２と入力すれば信号α枠によってロ
ーパスフィルタ（２）ハ低周波用のフィルタに切換えら
れる。

又、軸受の内輪、外輪、転動体の故障原因は比較的高い
周波数領域で診断し得るものであり、この場合は１０Ｋ
Ｈ２周波数領域での加速度スペクトルをその指標とし、
周波数領域２０　ＫＨｚサンプリングデータ数１０２４
点、サンプリング周波数２０　ＫＨｚを前記同様入力す
る。ローパスフィルタ（２）が高周波用のフィルタに切
換えられることはいうまでもない。

第３図は第２の故障診断の仕方を表わしている。

第２の故障診断では基準振動スペクトル（α）に対し観
測振動スペクトル（ｂ）の比が所定の値以上となった時
を警戒故障等とするものである。

ここで、回転機械に於ける振動は第４図のように通常運
転開始時点よ沙徐々に変動し、次に殆ど変化しなくなり
、やがて増大して故障となる。最初の状態を試運転領域
、中間の状態を′安定領域、最後の状態を損傷領域とす
れば、前記基準スペクトルは安定領域に入った時点での
観測スペクトルである。

観測振動スペクトル（ｂ）に対する比をに１．に、、と
設定し、Ｋｌに達しない状態を正常領域、Ｋ、とに２の
間にある状態を注意領域、Ｋ２を越えた状態を異常領域
として基準振動スペクトル（σ）、観測振動スペクトル
（ｂ）と共に同一画面上に表示する。

而して、ある診断時の観測振動スペクトル（ｂ）と基準
振動スペクトル（α）との比がレベルに、　、　Ｋ２を
越えた場合、レベルに、、に２上の越えた箇所、にドツ
ト表示をする。従って、Ｋ１．に２のドツトの分布状態
を観測すれば、劣化状態が分り、Ｋ１１に２上のドツト
の数或は密度により診断間隔を減少させ警報装置α０を
駆動等する。

第４図は第６の故障診断の仕方を表わしている。

第４図に示すものは振動スペクトルの実効値を故障診断
の指標とした場合である。

、マスターマイクロコンピュータシステム（４）　Ｋ於
いて、 （Ｆ（ｔｔ）はα（％）、　　ｘ（Ｒ）、　ｖ（？Ｌ）
のいずれか）に基づき所定診断時期毎に診断し、記憶す
る。

この実効値を時間を追って順次表示したものが第４図で
あり、実効値の時系列特性を見れば前記した試運転領域
、安定領域、損傷領域での回転機械での振動状態がよく
分る。

図′中（イ）、（ロ）、（ハ）は５通りの劣化モードを
示している。

故障診断は安定領域での振動スペクトル（−基準スペク
トル）より求めた実効値を基準値とし等する。

わしでいる。

第５図、第６図に示すものは振動スペクトル観測し、あ
る特定の区間の平均値に急岐力変化以上述べた如く本発
明によれば、回転機械の故障診断を迅速確実に行え、プ
ラントの信頼性を増大すると共に経済的損失を著しく低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る回転機械診断装置のブロック図、
第２図〜第６図は該診断装置による種々の故障診断の仕
方を示す線図である。 （Ｉｌｌ　Ｂセンサ、（４）ハマスターマイクロコンピ
ュータシステム、（５）は診断条件設定器、（９）は診
断表示部、００は警報装置、α傷はマスターシステム、
（４）はスレーブ７ステムを示す。 特許出願人 石川島播磨重工業株式会社 特許出願人代理人 第２図 第３図 第４図 第１頁の続き ０発　明　者　高木用 東京都江東区豊洲三丁目２番１６ 号石川島播磨重工業株式会社豊 洲総合事務所内 ０発　明　者　杉下憲史 東京都江東区豊洲三丁目２番１６ 号石川島播磨重工業株式会社豊 洲総合事務所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）回転機械の振動を検出するセンサと、診断間隔、診
   断基準等を設定入力する診断条件設定器と、前記センサ
   からの信号に基ずき振動スペクトル等を演算し、該スペ
   クトル等と設定した診断基準とを対比せしめて故障診断
   するマイクロコンピュータシステムを備えたことを特徴
   とする回転機械診断装置。