JPS628024A - 回転機械の診断方法 - 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］ 本発明は回転機械、とくに公共性の高いＬＮＧプラント
、火力発電所その他に設置されるポンプ、送ｉ機などに
適用される回転機械の診断方法に関するものである。

［従来の技術］ ＬＮＧプラントその他人型プラントまたは設備の中に占
める回転機械の比率は非常に高く、その役割も重要であ
る。これらの回転機械に異常または故障を生じた場合、
径流的損失を生ずることは当然ながら、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、冷熱発電設備などの供給源として使用さ
れているため、タンクからＬＮＧを圧送するＬＮＧポン
プが故障するとユーザー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。

上述の問題を回避するため、本願と同一の出願人によっ
て回転機械の診断方法および診断装置が提案されている
（特願昭５７−１７３６３６号ないし特願昭５７−１７
３６４０号参照）。上記提案の趣旨は、回転機械に加速
度検出器などのセンサを取り付け、回転機械回転中にこ
のセンサから得られた信号を処理して振動レベルまたは
振動スペクトルを求め、回転機械が稼動を開始した時点
、すなわち良好な運転状態にあるときに採取した基準値
と比較して回転機械の異常を診断または劣化の進行を予
測するようにしていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、一般に回転機械、とくにＬＮＧポンプなどの振
動特性はポンプ流量およびタンク液位（または吸入圧）
などの運転条件によって大幅に変化するため画一的に基
準値を設定すると正しい診断を行い得ない問題点があっ
た。

上記の事情をざらに詳述するとポンプの撮動レベル、例
えば振幅は、一般に第１１図に示すようにポンプ流量Ｑ
およびタンク液位Ｈの合価の組み合せ、すなわち各運転
条件に対応して三次元的に変化する。従って、運転条件
の変化を無接して成る運転条件下で採取した振動レベル
から基準値を定め、この基準値に経験的に定めた倍率（
例えば２．５〜５．０）を乗じて診断レベルａを設定し
、稼動後定期的に検出した実際の振動レベルがこの診断
レベルａを越えるか、越えないかによって異常の有無を
診断しようとすると次のような不合理を生ずる。すなわ
ち流量およびタンク液位が最小になる動作点ｂ１にあけ
る振幅Ｐ１を基準にして診断レベルを決めると動作点ｂ
２．ｂ３．ｂ、ｓにおける診断値（振幅）が異常値を示
しても異常を発見できず、また、流」およびタンク液位
が最大になる動作点ｂ４における振幅Ｐ４から診断レベ
ルを決めると動作点ｂｌ、ｂ２．ｂ３における診断値が
正常であっても異常と診断してしまうことになる。この
ことはＬＮＧ払い出し過程でタンク液面レベルが変化す
るＬＮＧポンプの劣化の診断を困難にし、ポンプ補修時
期の決定、予備品の準備などを的確に行ない得ない問題
点があった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、前述の問題点を解決し、ポンプの劣化進行状
況を経時的に判定してメンテナンスを計画的に実施し得
る回転機械の診断方法を提供するためになしたもので、
良好な状態にある回転機械運転中に該回転機械の撮動特
性に影響を及ぼす各運転条件ごとに加速度を検出して診
断の基準となる基準振動レベルを予め設定し、経時的に
検出した撮動レベルを検出時の運転条件と同じ運転条件
における基準振動レベルと比較し、比較した結果を連続
した時間の流れに対応する劣化の累積として数量的に把
握し−、将来の劣化進行状況を推測するものである。

［作　　用］ 回転機械の劣化進行状況を、運転条件に無関係な劣化特
性、すなわち劣化」（同一運転条件における実際の振動
レベルと基準振動レベルの差）または劣化の割合（同一
運転条件における実際の撮動レベルと基準振動レベルと
の比）を用いて数量的にとらえ、ざらにこれらデータの
変化状況を経時的に追跡するので、劣化進行状況を的確
に予測することができる。従ってメンテナンスを計画的
に実施することが可能になりプラント操業の安全性を高
め得る。

［実　施　例］ 以下、本発明の方法をＬＮＧポンプに適用した場合の実
施例につき図面を参照して説明する。

第２図に示すようにポンプ駆動部１の下部軸受２に近い
ポンプケーシング３外側に加速度センサ４を取り付け、
ＬＮＧポンプが稼動を開始した、良好な運転状態にある
ときに基準データを採取する。

基準データの採取要領は、第３図に示すようにＬＮＧポ
ンプの運転領域全体に亘って流！一定の線およびタンク
液位Ｈ（または吸入圧）一定の線を適当な間隔（図では
Ｑを４０ｍ”／ｈ、　Ｈを５ｍ間隔）で線引きし、各線
が交差する各作動点について加速度を測定する。なお、
計測の手順として、各タンク液位（２５，２０，・・・
５ｍ　）に対してそれぞれタンク液位に相当する吸入圧
を一定としてポンプ流ｍＱを最大流量３３０ｍ’／ｈか
ら最小流量１１０Ｍ１／ｈまで計測するか、あるいは計
測すべきポンプ流量（３３０，３１０、・・・ＨＯｉ’
／ｈ）に対してそれぞれポンプ流量を一定としてタンク
液位Ｈを最大液位２５ｍから最小液位５ｍまで計測して
もよい。

そして、上記のようにして求めた各撮動レベルによって
診断の基準となる基準振動レベル５（第３図参照）を設
定する。図示のように基準振動レベル５はポンプ流ＩＱ
、タンク液位Ｈ１撮動レベルを座標軸とする三次元空間
内に成る拡がりを持った曲面を形成する。

ポンプの劣化進行状況を経時的に追跡するには、ＬＮＧ
タンクからＬＮＧを払い出す際の要領を例えば第４図ま
たは第５図に示すように予め決めておき、第６図および
第７図に示すように横軸に時間を、また縦軸に払い出し
の際に通過する各動作点（以下点と称す）、すなわち第
４図の点６．７．８．９または第５図の点１０．１１．
１２゜１３、１４．１５ごとに求めた基準振動レベル（
加速度または振幅）および診断時の振動レベル（加速度
または振幅）を各時刻に対応させてプロットし、その間
を直線で結ぶ。なお、第６図および第７図における太い
実線は診断時の振動レベルを、また細い実線は基準振動
レベルを示し、基準振動レベルからの偏差、例えば第６
図に示す時刻ｔ　におけるＰｘ−Ｐ５または第７図に示
す時刻ｔ　におけるＰｘ−Ｐ８が、その時刻までに累積
された劣化量を示す。第６図および７図には理解を容易
にするため稼動開始俊直ちに劣化が進行したという状況
を設定して説明したが、劣化がない場合、太い実線が細
い実線に重なることはいう迄もない。

なお、第４図および第５図について説明を補足すると、
第４図は１回の払い出し中に流量を変化させる場合を示
し、点６から点７まではＱを一定（３３０ｉ”　／ｈ）
として吸入圧を２５ｍから１５ｍで変化させ、点１から
は点８までは吸入圧を一定（１５ｍ）として流量を３３
０ｍ’／ｈから２３０１ＴＩ”／ｈまで変化させ、点８
から点９までは再び流量を一定（２３０ｍ”／ｈ）とし
て吸入圧を１５ｍから５ｍまで変化させるようにし、こ
の間の実際の撮動レベルを太い実線で、基準振動レベル
を細い実線で示しである。また、第５図は払い出しごと
に流量を３３０ｍ’／ｈから順次小さくして行った場合
を示す。なお、払い出し要領は第４図または第５図に示
すように固定する必要はなく第１図（Ａ）に示すように
流量を一定にして４回払い出しを行った後、流量を変化
させる払い出しを１回行い、その後に流量を毎回変化さ
せて払い出しを行ってもよい。

このようにして払い出しを行った過程における診断時の
振動レベル、基準振動レベルおよび劣化量の各曲線ｅ、
ｆ、ｇをそれぞれ第１図（Ａ）、第１図（ｅ）および第
１図ＣＣ”）に示す。なお、上記各図では各払い出し作
業の待ち時間をゼロとして表示してあり、第１図（Ｃ）
の劣化量曲線ｑを観察すると、劣化の進行状況を数ｍ的
的確に推定することができる。

なお、第１図＾及び第１図（Ｂ）を利用し、劣化の進行
状態を劣化の割合Ｐｘ／Ｐ５、すなわち診断時の振動レ
ベルＰｘ＠：基準振動レベルＰＳで除したもので表示す
ることもできる。劣化の割合ＰＸ／Ｐ５は、劣化の程度
をランク付けするのに便利であり、ＣＲＴなどの表示装
置に前記ＰＸ、Ｐ５、および正常Ｎ、注意Ｃ１異常りの
領域を画像表示すると劣化の進行状態を目視によって即
座に診断することができる（第８図参照）。

なお、上述した各動作点（運転条件）における振動レベ
ルは、ポンプ全体の撮動、すなわちポンプを構成する各
部分の振動の合成であり、この振動を周波数分析すると
構成部分の撮動を知ることができる。

一般にポンプなどの回転機械の振動は、軸系１８、軸受
１９，２、内部流体２０が起振源になって発生しており
、軸系１８の異状はポンプ回転数を基本とした整数数の
周波数となって現われ、軸受１９．２、例えば玉軸受の
異状はボールの数を基本とした内、外輪の回転速度に関
係し、内部流体２０の異常はキャビテーションが主体を
なし高い周波数で現われる。ＬＮＧポンプの場合、軸系
、軸受、内部流体が発生する振動の周波数は主とＬ／Ｔ
　Ｏ〜５００Ｈｚ　、　５００Ｈｚ　〜１０にＨｚ　、
　１０ＫＨｚ　〜２０Ｋｌ−１２の周波数帯に分布する
。従って運転条件が等しい基準撮動レベルと診断時に得
られた振動レベルとを対応する周波数帯ごとに比較する
ことによって診断部位別に（軸系、軸受なと）異常発生
の有無を診断することができる。

第９図（Ａ）、第９図（Ｂ）、第９図（Ｃ）は夫々軸系
、軸受系および流体振動に起因する劣化の割合を経時的
に示したもので、正常Ｎ、注意Ｃ１異常りの三つの領域
にランク付けしである。第９図（へは稼動後約６，００
０時間で軸系に異常が発生した例および１０，０００時
間を越えても異常が発生しなかった例を示している。ま
た、第９図ＣＢ）は稼動後約３．０００時間で軸受に異
常が発生した例、異常が発生したのち異常が回復した例
および１０．０００時間を越えても異常が発生しなかっ
た例を示している。ざらに、第９図（Ｃ）は主として流
体に起因する振動を示し、図中の２１はキャビテーショ
ンによるもの、２２および２３はそれぞれの軸系および
軸受の異常に起因するものと考えられる。

なお、振動レベルを比較するには、各周波数帯域内のピ
ークまたは周波数帯域に含まれるすべての波形の平均値
を求め前述の要領で比較を行う。

次に、本方法を実施するための装置の一例を第１０図に
ブロック線図で示す。図中、４は振動レベルを検出する
ための加速度センサ、３１はセンサ取付部および回転機
械据付台の振動など低周波成分を除去するためのフィル
タ、３２はＡ／Ｄ変換器、３３はマスク・マイクロコン
ピュータシステム制御部、３４は診断時の運転条件およ
び周波数帯域を指定するための運転条件設定器、３５は
センサ４が検出した撮動レベルを基準撮動レベルと比較
して異常の有無および異常発生場所を判定する演算プロ
セッサ、３６は運転領域内の各運転条件に対応したすべ
ての振動レベルをストアしたメモリ、３７は演算時に利
用する補助メモリ、３８は診断結果をタイプアウトまた
はＣＲＴに画像表示する診断表示部、３９は異状を知ら
せる警報装置、４０は異常発生時に回転機械を非常停止
させるだめの信号伝達回路、４２は診断時にのみマスク
・マイクロコンピュータシステムに通電するためのリレ
ー、４３は電源である。

さらに、本装置には指定日の指定時刻に診断を自動的に
実施させるためのメモリおよび時計など（いずれも図示
せず）を有するスレーブ・マイクロコンピュータシステ
ム４４が装備されている（詳細は前述の先願を参照）。

　　−なお、本発明は前述の実施例にのみ限定されるも
のではなく、例えば本発明をＬＮＧポンプの替わりにボ
イラ誘引通風機に適用したり、運転条件としてポンプ流
量、吸入圧の替わりに回転体の横振動または捩り振動を
支配する回転軸の回転数を採用してもよいことなど、そ
の飽水発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更
を加え得ることは勿論である。

［発明の効果］ 以上に述べたごとく、本発明は次の優れた効果を発揮す
る。

（１）運転条件に対応させて診断用基準振動レベルを設
定するので、正確に且つ精度の高い診断を行うことがで
きる。

Ｑｉ）　　劣化量または劣化の割合を経時的に追跡する
ので、劣化の進行状況を正確に予測することが可能とな
り、合理的な保守計画の立案およびプラント操業の安全
を図り得る。

（至）企画する診断部位に対応させて周波数帯を設定し
、各周波数帯ごとに診断することにより、診断部位ごと
の劣化進行状況を適確に把握することが可能になり、予
備品の準備を合理的に行い得る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、第１図（Ｂ）、第１図（Ｃ）は本発明の
主要事項である劣化量を経時的に求める方法の説明図で
、第１図ＧＡ）は診断時の振動レベル、第１図（Ｂ）は
基準振動レベル、第１図（Ｃ）は劣化量を示す。第２図
はＬＮＧポンプの切断図、第３図は基準振動レベルを三
次元表示した説明図、第４図および第５図はタンクから
ＬＮＧを払い出す際の運転方法の説明図で第４図は１回
の払い出し中に流量を変化させる場合、第５図は払い出
し毎に流量を変化させる場合、第６図および第７図は劣
化を生じているポンプを運転したときの振動レベルの時
系列表示で、第６図は第４図に従って、また第７図は第
５図に従ってそれぞれ払い出しを行ったときの説明図、
第８図は劣化の割合を画像表示して診断する方法の説明
図、第９図Ｃ）、第９図（Ｂ）、第９図（Ｃ）は診断部
位別に劣化の割合を時系列表示したもので、それぞれ軸
系、軸受系、流体について示す。第１０図は本方法を実
施するための装置の一例を示すブロック線図、第１１図
は従来の診断レベルの設定方法を示す説明図である。 図中、５は基準撮動レベル、ｅは診断時の振動レベル曲
線、ｆは基準振動レベル曲線、ｑは劣化量曲線を示す。 （Ａ） （Ｂ） （Ｃ） ；１頁の続き ）発　明　者　　山　内　　　進　吾　　東京都江東区
豊洲３丁会社技術研究所内 ）発　明　者　　野　口　　　信　久　　東京都江東区
豊洲３丁会社豊洲総合事務所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）良好な状態にある回転機械運転中に該回転機械の振
   動特性に影響を及ぼす各運転条件ごとに加速度を検出し
   て診断の基準となる基準振動レベルを予め設定し、経時
   的に検出した振動レベルを検出時の運転条件と同じ運転
   条件における基準振動レベルと比較し、比較した結果を
   連続した時間の流れに対応する劣化の累積として数量的
   に把握し、将来の劣化進行状況を推測することを特徴と
   する回転機械の診断方法。 ２）検出した振動値から基準振動値を差引き、その差を
   劣化の累積値として把握する特許請求の範囲第１）項に
   記載の回転機械の診断方法。 ３）検出した振動値を基準振動値で除し、その商を劣化
   の累積値として把握する特許請求の範囲第１）項に記載
   の回転機械の診断方法。