JPS628025A - 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、送風機などに
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、
経済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５７−１
７３６４０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加速度または振
幅などの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（
騒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振動レベル、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の各個の組み合せ、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
の変化を無視して成る運転条件下で採取した振動レベル
（例えば振幅）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ａ８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Ｐ】を基準にして診断レベルを決めると動
作点ｂ２．ｂ：＋、ｂ４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、流量およびタン
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ｂ＋　、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。

［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するためになしたもので
、その要旨は診断時に回転機械の振動を測定して振動ス
ペクトルを求め、該振動スペクトルを診断部位別に所要
の周波数帯に分割して各周波数帯ごとに平均振動レベル
を求め、前記振動を測定した際の、前期回転機械の振動
を支配する運転条件と前記平均振動レベルとを診断部位
別に陰極線管画面上に光点として画像表示し、該光点の
画像を前記画面上に同時に表示した基準振動レベルの画
像と比較するものである。

［作　　用］ 診断値を、診断部位別に且つ運転条件と共に陰極線管（
ＣＲＴ）画面上に光点として画像表示し、前記画面上に
同時に表示しである基準振動レベルと比較するので、回
転機械の劣化状態を目視によって正確に且つ即時に診断
できる。

［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ｆｆ１Ｑ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２０ｍ’／ｈ、　Ｈを５ｍ間隔）で線引きし
、各線が交差する各動作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量Ｑを最大流量３３０ｍ’
／ｈから最小流量１１０ｉ’／ｈまで計測するか、ある
いは計測すべきポンプ流量（３３０，３１０、・・・１
１０ｍ’／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振動レベルによって
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はポンプ流量Ｑ
、タンク液位Ｈ１概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。

ポンプの劣化状況を、すなわち振動レベルの増大をＣＲ
７画面上で診断するには、先ず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、ＬＮＧポンプが稼動開始後、良
好な状態にあるときに第６図および第７図に示すように
ポンプ流量Ｑをパラメータとして横軸にタンク液位（吸
入圧に相当する）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
，１４，１５，１６．１７ごとにそれぞれ測定した基準
振動レベル（加速度または振幅）の測定値２０〜２３．
２４〜３０をプロットし、その間を直線で結ぶ。

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（，３３０ｍ’　／　
ｈ　）として吸入圧を２５ｍから１５ｍまで変化させ、
点７からは点８までは吸入圧を一定（１５ｍ）として流
量を３３０Ｍ３／ｈから２３０ｍ３／ｈまで変化させ、
点８から点９までは再び流量を一定（２３０ｉ３／ｈ）
として吸入圧を１５ｍから５ｍまで変化させるようにし
、また、第５図は払い出しご′とに流量を３３０ｗ’／
ｈから順次小ざくして行った場合を示す。

上述した各動作点、すなわち運転条件に対応する振動レ
ベルはポンプ全体の振動値（オーバオールの値）を示す
もので、この値を周波数分析すると第８図に示すような
振動スペクトル３２が得られる。

一般にポンプなどの回転機械の振動は、軸系３３、軸受
３４，２、内部流体３５（第２図参照）が起振源となっ
て発生しており、軸系３３の異状はポンプ回転数を基本
とした整数法の周波数となって現われ、軸受３４，２、
例えば玉軸受の異常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３５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、軸受系、内部流体系が発生する振動の周
波数は、主としてＯ〜５００Ｈ７，５００Ｈ２〜ｌ０Ｋ
Ｈｚ　、　ｌ０ＫＨ２〜２０ＫＨｚの周波数帯域に分布
する。従って、運転条件が等しい基準振動スペクトルと
診断時に得られた振動スペクトルとを対応する周波数帯
域ごとに比較することによって診断部位（軸系、軸受な
と）および異常発生の有無を診断することができる。

なお、スペクトルを比較するには、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
について前述の要領で比較する。

このように診断部位別に基準振動レベルを測定すると、
第６・図の替わりに軸系、軸受系、内部流体系に対しそ
れぞれ第１図ＧＡ）、第１図（Ｂ）及び第１図（Ｃ）が
得られるので、これをＣＲ７画面３６．３７．３８　（
第１０図参照）に表示すると共に診断部位別に求めた診
断値の軌跡および現時点における診断値を併せ表示する
。なお、現時点の診断値は、測定時のタンク液位を示す
目盛、例えば７．５ｍを通る縦線（またはカーソル）上
に点滅する輝点４０，４１．４２　（＊印参照）として
示され、ざらに前記縦線には第９図に仮想線で示すよう
に振動レベルを正常、注意、異常め各領域に分割して観
察する際の指標となる横向きの三角マークが表示される
。なお、横向き三角マークは、下から基準レベルＮ、注
意レベルＣ１異常レベルＤを示し、レベルＣ，Ｄは、基
準レベルＮに従来の経験に基づいて設定した倍率を乗じ
てそれぞれ定められる。

ざらに、第１０図の診断表示部５８には図示してないが
、第８図に示す振動スペクトル３２を画像表示するＣＲ
Ｔを設けてもよく、このように表示された振動スペクト
ル３２と前述の各ＣＲＴ画面３６．３７．３８とを対比
して観察することにより、ざらに適確な診断を下すこと
ができる。

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、５１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、５２はＡ／Ｄ変換器、５３はマスク・マイクロコン
ピュータシステム制御部、５４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、５５は
センサ４が検出した振動レベルを基準振動レベルと比較
して異常の有無および異常発生湯所を判定する演算プロ
セッサ、５６は運転領域内の各運転条件に対応した基準
振動レベルをストアしたメモリ、５７は演算時に利用す
る補助メモリ、５８は診断結果をタイプアウトおよびＣ
ＲＴ３６、３７．３９に画像表示する診断表示部、５９
は異状を知らせる警報装置、６０は異常発生時に回転閤
械を非常停止させるための信号伝達回路、６２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、６３は電源でおる。

ざらに、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６４が装備されている（詳細は前述の先願を参照）。

次に、本方法による診断要領および装置の作動について
説明する。ポンプを診断するには、例えば第４図に示す
払い出し要領に沿ってポンプを運転し、加速度センサ４
が振動スペクトルを検出すると演算プロセッサ５５が振
動スペクトルを解析して各診断部位部位（軸系、軸受系
、内部流体）ごとに平均振動レベルを演算し、この演算
値を診断表示部５８に送る。一方、振動測定時のタンク
液位Ｈは診断条件設定器５４から診断表示部５８に入力
し、振動レベルとタンク液位が診断部位別にＣＲＴ画面
上の位置に輝点４０゜４１．４２を表示する［第１図（
Ａ）、第１図（ａ）、第１図（Ｃ）参照］。なお、運転
条件設定器５４に入力したポンプ流量、タンク液位のデ
ータはメモリ５６に伝達され、メモリ５６は上記データ
に対応する基準振動レベルＮ１注意レベルＣ１および異
常レベルＤを前記カーソル上の三角マークとして各ＣＲ
Ｔ画面上に表示するので、ＣＲＴ画面３６゜３７、３８
を目視するだけで劣化状態を判定することができる。

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。

（＋）　　運転条件に対応させて診断のための基準振動
レベルを設定するので正確な診断を行うことができる。

（−）振動スペクトルを分割して診断部位別に振動レベ
ルを求め、基準振動レベルと比較するので、部位別に診
断を行うことができる。

（至）同じ運転条件にある診断値と基準値とをＣＲＴ画
面に画像表示し、画面上で比較するので、ポンプ運転中
にリアルタイムで目視によって即時に判定することがで
きる。

【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、劣化状態を診断部位別にモニタするた
めのＣＲＴ画面の説明図で、第１図（Ａ）は軸系、第１
図ＣＢ）は軸受系、第１図（Ｃ）は内部流体系に対する
もの、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図は振動レベルを運転条件に対応させて二次元
表示する方法の説明図で、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場
合を示す。 第８図は振動スペクトルの説明図、第９図は第１図（Ａ
）、第１図（Ｂ）、第１図（Ｃ）における横向き三角マ
ークの説明図、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
ルの説明図である。 図中、３２は振動スペクトル、３Ｂ、　３７．３８はＣ
ＲＴ画面、４０，４１．４２は輝点、Ｎは基準レベル、
Ｃは注意レベル、Ｄは異常レベルを示す。 扉−〇ど÷ ギ曝Δど→ 第６図 第７図 纂 タンク液１０（Ｈ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）診断時に回転機械の振動を測定して振動スペクトル
   を求め、該振動スペクトルを診断部位別に所要の周波数
   帯に分割して各周波数帯ごとに平均振動レベルを求め、
   前記振動を測定した際の、前期回転機械の振動を支配す
   る運転条件と前記平均振動レベルとを診断部位別に陰極
   線管画面上に光点として画像表示し、該光点の画像を前
   記画面上に同時に表示した基準振動レベルの画像と比較
   することを特徴とする回転機械の診断方法。