JPS6324170B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は軸受等の温度が異常昇温した場合に、
その異常状態を判別検出するための軸受温度等の
温度特性異常検出方法に関する。

一般に、水力発電所の水車やポンプ水車の主軸
受には温度検出装置が取り付けられ、その軸受の
温度が異常温度となつた場合に警報を発し、ある
いは水車等の運転を停止させて機器の損傷を防止
している。

従来、軸受温度等の異常を検出する方法として
以下の方法が用いられている。即ち、第１の方法
は、許容される最高温度のみを設定して、該設定
温度以上となつた時、始めて異常値として検出す
る方法である。具体的には、第１図に示すよう
に、軸受起動時からの経過時間ｔにかかわらず最
大許容温度T₀を一定に定め、軸受温度Ｔがその
標準温度特性曲線１に従がわず、異常昇温して最
大許容温度T₀以上となつた場合に異常検出する
ものである。また、第２の方法は、軸受温度の上
昇率に着目し、その温度上昇率Ｕ（＝dT／dt）が
許容された値以上となつた場合に異常値として検
出する方法である。この方法は、第２図に示す如
く、軸受起動時からの軸受温度Ｔに対して許容温
度上昇率U₀を一定とし、軸受起動に判なつて上
昇する温度の上昇率Ｕが許容温度上昇率U₀以上
となつた場合に異常検出を行なうものである。

ところで、軸受温度の上昇特性は、第１図にも
示したように（図中１）、機器が起動すると軸受
温度Ｔがまず急速に立ち上がり（これは初期軸受
温度が低い程立ち上がり速度が大きい）、その後、
平衡温度T_b（第１図参照）に近づくに従い、徐徐
に温度上昇率Ｕは小さくなる。この平衡温度T_b
は軸受の発熱量と軸受から外部へ放熱される熱量
がバランスしているときの温度であり、大気温、
冷却水温度、冷却部面積、軸受の発熱量、軸回転
速度、軸受ギヤツプ、潤滑油粘度等により決定さ
れる。このような性質を有する軸受温度特性につ
き前述した従来の異常検出方法を適用する場合に
は次のような問題点が生じていた。

即ち、第１の方法によれば、軸受が低温時に異
常上昇した場合、軸受温度の上昇曲線は第１図の
曲線２の如く、軸受温度Ｔが異常上昇開始時点か
ら最大許容温度T₀達するまでに時間t₀を要し、t₀
時間経過後に始めて軸受温度Ｔが異常状態である
ことを認知できる。このため、運転停止処置など
適切な処置が施される以前に軸受部が焼付等を起
こしてしまう問題点がある。また、第２の方法に
よれば、温度上昇率Ｕが軸受温度Ｔ上昇に判つて
小さくなる傾向を示す特性があり、しかも、平衡
温度T_bでは温度上昇率Ｕは０となるにもかかわ
らず許容温度上昇率U₀を常に一定に定めている
ため、特に、高温域では異常判定の役割を果さな
い。より具体的には、通常、温度上昇率Ｕは大き
く高温域では小さい。この場合、異常判定基準と
して高温時の予想温度上昇率を用いると、低温時
には判定基準上昇率より大きい上昇率となるので
異常でないにもかかわらず異常判定されてしま
う。一方、低温時の予想温度上昇率を異常判定基
準に採用すると、許容温度上昇率U₀は第１図の
温度上昇曲線３の傾きとして表示され、前述の如
く、高温域において実際に異常温度上昇（曲線
４）が発生してもその上昇率U₁が許容温度上昇
率U₀の許容範囲にあり、その結果、異常判定を
行なわないという不都合がある。このように、第
２の方法では許容温度上昇率U₀の値を決定する
ことが困難となる。

本発明は上記従来方法における問題点に着目
し、全ての温度範囲に亘つて即座に異常検出を行
なうことが可能であるとともに、適正な異常判定
を行ない得る異常検出方法であつて、軸受やその
他のある温度特性を示すものに対して異常判別を
なし得る軸受温度等の温度特性異常検出方法を提
供することを目的とする。

上記目的は摺動装置の温度と、該温度における
温度上昇率を求め、該温度が、第１基準温度以下
のときは前記温度上昇率が該温度によつて決まる
第１許容上昇率を超えることにより前記摺動装置
の異常を検出し、前記温度が、前記第１基準温度
を超え第２基準温度以下のときは前記温度上昇率
が一定値である第２許容上昇率を超えることによ
り前記摺動装置の異常を検出し、前記温度が、前
記第２基準温度を超えることにより前記摺動装置
の異常を検出する摺動装置の温度特性異常検出方
法によつて達成される。

以下に本発明に係る軸受温度等の温度特性異常
検出方法の実施例を図面を参照しながら詳細に説
明する。

本実施例は軸受温度Ｔの関数として許容温度上
昇率U₀を設定したものである。軸受温度Ｔの温
度特性は前述した如く、軸受起動時では温度上昇
率Ｕが大きく、平衡温度T_bに達するまでに順次
温度上昇率Ｕが減少して最終的にＵ＝０となる。
したがつて、各軸受温度Ｔに対する実測された平
均的な温度上昇率Ｕを求めると第３図に示される
如く直線５として表わされる。このことは、軸受
温度Ｔの上昇率Ｕは冷却水温度、外気温度等によ
り変化するが、その時の軸受温度によつて略一義
的に軸受温度上昇率を決定しても実用上特に差し
つかえないことを示す。このように、軸受温度Ｔ
によつて温度上昇率Ｕが変化し、温度上昇率Ｕは
軸受温度Ｔの関数値として表示される。このた
め、異常判定値としての許容温度上昇率U₀は、
上記関数値としての温度上昇率Ｕに一定の許容で
きる余裕量を加味して決定することができる。許
容温度上昇率U₀を軸受温度Ｔの関数値として表
示すると第４図の直線６となり、これは余裕量を
各温度に亘つて一定とした場合に直線５と平行に
なる。

また、軸受温度Ｔの高温域において、温度測定
器の電流リツプル等により異常判定がなされるこ
とを防止するため、最低許容温度上昇率U_0nioを
定めている。この上昇率U_0nioに判定基準が移行
する温度をT_aとしている。また更に、軸受温度
Ｔの最大許容温度T₀も定めているものである。

次に具体的に異常検出する使用例を説明する。

実測値に余裕をもたせて設定した許容温度上昇
率U₀は軸受温度Ｔの関数として第４図直線６に
て示され、次式で表わされる。

U₀＝dT／dt＝−aT＋ｂ …(1) ここでは、ａは直線６の傾き、ｂは軸受温度Ｔ
が０℃における温度上昇率である。

また、最低許容温度上昇率U_0nioは、 U_0nio＝dT／dt＝Ｃ …(2) として設定する。ここでＣは軸受温度Ｔの高温域
（T_a以上）の許容温度上昇率である。したがつ
て、次の如く異常検出の判定式を表わすことがで
きる。

(イ) 軸受温度ＴがT_aより低い場合（Ｔ≦T_a） 許容温度上昇率U₀は、ある測定時の軸受温
度T₁、Δt時間後の許容温度をT₂₁とすると、(1)
式は次式の如くなる。

U₀＝dT／dt＝T₂₁−T₁／Δt＝−ａ・T₁＋T₂₁／２＋ｂ …(3) (3)式からT₂₁を求めると、 T₂₁＝２−ａ・Δt／２＋ａ・Δt・T₁＋2b・Δt／２＋
ａ・Δt…(4) したがつて、ａ，ｂ，Δtを決定すると、上
式は T₂₁＝a₁T₁＋b₁ …(5) となる。但し、 a₁＝２−ａ・Δt／２＋ａ・Δt、ｂ＝2b・Δt／２
＋ａ・ΔTであ る。

(5)式から得られた許容温度T₂₁は、ある測定
時の温度T₁より求められるので、その許容温
度T₂₁と、Δt時間後の測定温度T₂と比較するこ
とにより軸受温度の異常上昇を判定することが
できる。

(ロ) 軸受温度Ｔが温度T_aと許容最大温度T₀間に
ある場合（Ta≦Ｔ＜T₀） 上記と同条件でΔt時間後の許容温度T₂₂とす
ると、(2)式から U_0nio＝dT／dt＝T₂₂−T₁／Δt＝Ｃ …(6) 上式からT₂₂を求めると、 T₂₂＝T₁＋Δt・Ｃ＝T₁＋C₁ …(7) ここでC₁＝Δt・Ｃである。

したがつて、(7)式から得られた許容温度T₂₂
とΔt時間後の測定温度T₂とを比較することに
より判定することが可能である。

(ハ) 軸受温度Ｔが最大許容温度T₀より大きい場
合（Ｔ≧T₀） 軸受温度Ｔが最大許容温度T₀以上であるた
め、斯かる場合にはすべて異常値となる。

このような、(イ)〜(ハ)を実際に適用する際のフロ
ーチヤート図を第５図に示す。ここで、a₁，b₁，
T₀，T_aは最初から定数として与えられる値であ
り、T₁なる測定温度からΔt時間後の測定時間を
T₂とする。

入力された測定温度T₁は、最初に最大許容温
度T₀と比較され、T₁がT₀以上であれば異常値と
して警報が出力される。次に、T₁がT_aと比較さ
れ、次に、T₁とT_aとの比較がなされ、T₁≦T_aで
あれば前記(5)式の判定式により許容温度T₂₁を算
出し、この許容温度T₂₁と入力したΔt時間後の測
定温度T₂との比較が行なわれ、T₂₁≦T₂であれば
異常値として検出する。また、T₁とT_aとの比較
において、T₁＞Taであれば前記(7)式の判定式か
ら許容温度T₂₂が算出され、この許容温度T₂₂と
入力したΔt時間後の測定温度T₂との比較が行な
われ、T₂₂≦T₂であれば異常値として警報が発せ
られる。

このように、本実施例によれば、温度上昇率に
よる異常判定を行なうため応答性が良好であり、
しかも、軸受温度Ｔの変化に応じて適格な異常判
定値としての温度上昇率を変化させるため、水力
機械の起動時、あるいは、長時間運転後にかかわ
らず適切な異常判定を行なうことができ、その結
果、機器を損傷させることなく適切な処理を施す
ことが可能である。また、特に、本実施例では、
電流リツプル等により異常判定されることがな
く、しかも、最大許容温度T₀を定めているので、
より適格な異常判別を行なうことができる。

なお、上記実施例では軸受温度Ｔの測定による
場合を示したが、潤滑油の温度特性による判別を
行なつてもよい。また、軸受温度Ｔと温度上昇率
Ｕとの関係を一次関数としたが、機器の特性によ
つては二次以上の関数（曲線）としてもよい。し
かも、本実施例に係る方法は軸受の異常判定にの
み限定されず、他の温度の上下特性を示す機器な
どに全て適用可能である。

以上のように、本発明によれば、応答性がよ
く、かつ、適切な判定値による異常検出を行なう
ことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の軸受温度特性の異常検出方法を
示すグラフ図、第２図は同他の方法を示すグラフ
図、第３図は軸受温度Ｔと温度上昇率Ｕとの関係
を示すグラフ図、第４図は本発明に係る軸受温度
等の温度特性異常検出方法を示すグラフ図、第５
図は同フローチヤート図である。 １……軸受温度特性曲線、５……温度上昇率
線、６……許容温度上昇率線、Ｔ……軸受温度、
T₀……最大許容温度、T_b……平衡温度、Ｕ……
温度上昇率、U₀……許容温度上昇率。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 摺動装置の温度と、該温度における温度上昇
   率を求め、該温度が、第１基準温度以下のときは
   前記温度上昇率が該温度によつて決まる第１許容
   上昇率を超えることにより前記摺動装置の異常を
   検出し、前記温度が、前記第１基準温度を超え第
   ２基準温度以下のときは前記温度上昇率が一定値
   である第２許容上昇率を超えることにより前記摺
   動装置の異常を検出し、前記温度が、前記第２基
   準温度を超えることにより前記摺動装置の異常を
   検出することを特徴とする摺動装置の温度特性異
   常検出方法。