JP2001330510A - 回転機械の異常診断方法 - Google Patents
回転機械の異常診断方法Info
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Abstract
精度良く診断することできるようにした回転機械の異常
診断方法を提供する。 【解決手段】 回転軸の周方向に位相をずらして少なく
とも2個の振動検出器を機械本体のケーシングに配置
し、前記それぞれの振動検出器によって同時に検出され
た振動波形について周波数分析を行い、各々の振動波形
について、回転周波数を中心としてその前後の周波数域
を含む周波数帯域での振動振幅と、最も振動振幅の大き
い振動波形を基準として他の振動波形について回転周波
数での位相を求め、得られた振動振幅と位相から他の振
動検出器についてそれぞれの振動ベクトル32を求め、
正常な状態において予め求めた基準振動ベクトル31と
振動ベクトル32との差の変化ベクトル33をそれぞれ
求め、 変化ベクトル33を所定の判断基準34と比較
することにより、軸受の異常発生の確からしさを定量的
に判断する。
Description
械の異常診断方法に係り、特に、回転軸の軸受けの発す
る振動を検出して異常の有無を診断する回転機械の異常
診断方法に関する。
やタービンなどの回転機械では、運転中に、回転軸の軸
受に摩耗が進行し、何らかの異常が発生すると振動に変
化が現れる場合が多い。このため、この種の回転機械で
は、回転軸の軸受の異常の有無を常時監視する手法が従
来から採用されている。
を示す。この図7において、50は、羽根車が収容され
たケーシングで、51a、51bは、羽根車の回転軸を
回転自在に支持する軸受である。52は駆動モータであ
る。
と、軸受のばね定数、減衰定数が低下し、軸振動が大き
くなる。そのままに放置していくと、羽根車がケーシン
グ50と接触し、終いにはケーシング50自体の振動が
大きくなって、ケーシング50に接合されている配管等
に疲労破壊が生じるに至る。このような異常振動を未然
に防ぐために、予め軸受51a、51bには、許容され
る摩耗量が設定されており、通常は、定期的な分解点検
により、軸受けの摩耗量を計測し、軸受の寿命を監視し
ている。
速度から評価するための加速度計53a、53bが軸受
ハウジングに取り付けられている。また、軸振動の周波
数解析を実施できるように軸振動計54が配置されてい
る。振動の採取による軸受の異常を監視する場合、従来
は、回転軸の基準の周方向位置を検知するために回転パ
ルス計55を利用して周波数解析を行い、加速度計53
a、53b、軸振動計54により検出した振動について
回転周波数での位相の大きさの絶対値から異常の有無を
判定している。
械によっては、回転軸が外部に露出しておらずに回転パ
ルスを計測できない場合があり、そのような回転機械で
は、回転周波数での位相を求めることができないため、
軸受の異常診断を簡易に実施することができない状況が
ある。
は、軸受の摩耗に起因する振動の変化は、ごくわずかで
あるので、軸受の摩耗量が許容値と比較してどうかとい
うような精度の高い診断までは困難であるのが実情であ
る。したがって、通常では、振動による監視を並行しな
がら、定期的に回転機械の分解点検を行って、軸受の摩
耗量を計測して寿命に達したかどうかを判断している。
実際問題としては、回転機械の分解点検は、大掛かりな
作業となることから頻度を多くすることができないこと
から、軸受の摩耗寿命に対して十分余裕があるにもかか
わらず早めに軸受を交換している場合が多い。
有する問題点を解消し、軸受の摩耗に起因する異常を定
量的にしかも精度良く診断することできるようにした回
転機械の異常診断方法を提供することにある。
めに、請求項1に記載した発明は、軸受で支持された回
転軸を有する回転機械の運転中に発する振動の変化から
異常を診断する方法であって、回転軸の周方向に位相を
ずらして少なくとも2個の振動検出器を機械本体のケー
シングに配置し、前記それぞれの振動検出器によって同
時に検出された振動波形について周波数分析を行い、各
々の振動波形について、回転周波数を中心としてその前
後の周波数域を含む周波数帯域での振動振幅と、最も振
動振幅の大きい振動波形を基準として他の振動波形につ
いて回転周波数での位相を求め、得られた振動振幅と位
相から他の振動検出器についてそれぞれの振動ベクトル
を求め、正常な状態において予め求めた基準振動ベクト
ルと振動ベクトルとの差の変化ベクトルをそれぞれ求
め、前記変化ベクトルを所定の判断基準と比較すること
により、軸受の異常発生の確からしさを定量的に判断す
ることを特徴とするものである。
して比較対象の振動ベクトルがどの程度変化しているか
を両者の変化ベクトルに基づいて判断するため、容易に
振動計測、あるいは回転パルスが計測できない回転機械
について振動モードの変化を定量的に診断でき、また、
軸受摩耗によるわずかな振動モードの変化も捉えること
ができる。
求項1において、回転軸の周方向に位相をずらした少な
くとも2個の振動検出器を一の組として、他の組の少な
くとも2個の振動検出器を前記回転軸の軸方向の異なる
位置に配置することを特徴とするものである。この発明
によれば、より精度を高く振動モードの変化を検知する
ことができ、診断の確度を高めることができる。
た発明のように、基準ベクトルの終点を中心として、異
常事象としての判断の基礎となるしきい値を半径とする
円からなり、前記変化ベクトルの前記円内における大き
さおよび方向から異常発生の確からしさを定量的に判断
するようにすることができる。
常診断方法の一実施形態について、添付の図面を参照し
ながら説明する。図1は、本発明による診断方法が適用
される回転機械の例としてのキャンドポンプ10を模式
的に示している。このキャンドポンプ10は、回転軸が
外部に露出していない構造のもので、従来技術で説明し
たように、外部から回転パルスが計測できない構造にな
っている。
が基礎台11に埋設されるようにして設置されており、
羽根車12と回転軸13とロータ14が一体となり、ケ
ーシング15の内部に密封されている。回転軸13は、
上部軸受16と下部軸受17によって回転自在に支持さ
れている。この上部軸受16a、下部軸受16bが摩耗
すると、軸受のばね定数や減衰定数が低下し、軸振動が
大きくなる。そのまま軸受の摩耗を放置していると、ケ
ーシング15の振動が大きくなってケーシング15に接
合されている図示しない配管等が疲労破壊するに至るこ
とがある。
耗に起因する振動の変化を振動の大きさだけでなく、振
幅および位相をもった振動モードの変化として定量的に
検出するために、ケーシング15には次のような箇所に
加速度計が配設されている。
り付けた加速度計17、18の取付位置を示している。
この場合、加速度計17と加速度計18とは軸方向の位
置は同じであるが、周方向回転方向に90度偏位した位
置関係にある。同様に、図2(b)は、ケーシング15
の上部に取り付けた加速度計19、20の取付位置を示
している。この場合、加速度計19と加速度計20は、
下部の加速度計17と加速度計18とは軸方向にずれた
位置関係にあるが、周方向回転方向の位置は下部の加速
度計17、18と同じに90度偏位している位置関係に
ある。
より同時に振動の変化を計測して周波数分析を行い、以
下のようにして上部軸受16aと下部軸受16bの摩耗
状態を診断する。
ける回転周波数での振動モードを示している。ケーシン
グ下部の加速度計17、18により計測される振動モー
ドは、楕円20a(正常時)、楕円20b(劣化時)の
波形で表示することができる。同様にケーシング上部の
加速度計19、20により計測される振動モードは、楕
円21a(正常時)、楕円21b(軸受劣化時)で表示
することができる。正常な運転時と、軸受に劣化が生じ
たときとでは振動モードの波形が異なってくるので、両
者を比較することで軸受摩耗を診断できることがわか
る。例えば、両者について、振動波形の偏向方向及びそ
の長軸、短軸の大きさを比較することである程度の診断
は可能である。本発明では、具体的に以下のようにして
診断する。
により採取した振動を周波数分析することにより、それ
ぞれの振動について回転周波数を中心としてその前後の
周波数域を含む周波数帯域での振動振幅を求める。次い
で、求めた振動振幅のうち、振幅が大きいものを基準の
振動計として(ここでは例えば、加速度計17で計測し
た振動の振幅が最も大きかったものとする。)、他の加
速度計18、19、20で得た振動波形ついて、加速度
計17の振動波形を基準としてその位相を算出する。
得た振動波形については、図4において、それ自体の振
幅と、基準となる加速度計17の振動波形に対して所定
の位相をもった振動ベクトル32としてベクトル表示を
行うことができる。他の加速度計19、20のそれぞれ
で計測した振動について同じようにして振動ベクトルを
表示する。
動ベクトルであり、予め、図3(a)の正常な運転状態
において計測し、周波数分析を行ってそれぞれの加速度
計に対応させて求めておいた基準振動ベクトルである。
較対象の振動ベクトル32がどの程度変化しているかを
みるために、両者のベクトル差の変化ベクトル33を求
める。ここで、図8は、図2に示すような周方向に離れ
た2個の加速度計17、18により得た振動のリサージ
ュ波形の変化を示す。61は、加速度計18によるリサ
ージュ波形で、62は加速度計17によるリサージュ波
形である。軸受の摩耗の進行に起因する振動の変化の場
合、両者のリサージュ波形61、62の間に振幅の差は
少なく、軸受の摩耗を検知できない。しかしながら、図
9に示すように、リサージュ波形61の加速度振幅a17
に対する振動ベクトル63と、リサージュ波形62の加
速度振幅a17とから加速度計18の加速度計17を基準
とする振動ベクトルを求めれば、加速度振幅a18の変化
ベクトル65として、細い楕円が幅広の楕円となる変化
を検出することができる。
クトル33について、軸受けの摩耗の進行が正常と異常
との間でどの程度のものであるかを判断するための基準
となるものである。この円34は、基準ベクトル31の
終点を中心として、上部軸受16aまたは下部軸受16
bの摩耗が交換を必要とするような異常事象として認定
される程度に進んだとの判断の基礎となるしきい値を半
径とする円からなるもので、変化ベクトル33の大きさ
が、異常と認定される前記しきい値を半径とする円34
内において、その中心からどの程度離れているかをその
大きさおよび方向の両面から評価し、これにより異常発
生の確からしさを定量的に判断する。例えば、変化ベク
トル33の終点が円34に近づいているほど、摩耗が確
実に進行していると評価することができる。なお、図4
において、しきい値を半径とする円34の替わりに、振
幅の大きさと位相について上下限値を設けるようにして
もよい。
しさをより定量的にするために、図5に示すようなメン
バーシップ関数41を利用して、しきい値sに対する上
記の変化ベクトル33の大きさの割合を以って、異常事
象に対する確信度に置き換える。なお、このメンバーシ
ップ関数41は、実際の事例による軸受摩耗量等を調べ
てその経験的なデータに基づいて、変化ベクトルの大き
さを軸受摩耗に起因する異常事象に関連付けて定量的に
評価できるように予め設定されているものである。な
お、正常な運転状態でも変化ベクトル33は検出される
ことから、メンバーシップ関数41には、所定の幅で不
感領域を設けている。
振幅については、図6に示すようなメンバーシップ関数
42を利用して、同じようにして、異常事象に対する確
信度を定量的に評価するようにしてもよい。この図6で
示すメンバーシップ関数42では、振幅の場合、軸受摩
耗量が小さくても振幅が大きくなる場合があるため、下
限しきい値S1と上限しきい値S2が設定され、その中間
に不感領域が設定されている。
度データと、実際の軸受摩耗の異常事例ごとに収集蓄積
されたデータとを比較することにより、相当の蓋然性を
以って軸受摩耗量を推定し、許容摩耗量との比較におい
て交換が必要がどうかの判断が可能となる。なお、軸受
摩耗だけでなく、確信度データを従来から行われている
プロセス量(電流、流量)とももにポンプの運転状態の
異常の有無を診断するデータとして利用ことも可能であ
る。
した実施形態を挙げて説明したが、ケーシングの上下の
うち一方の方で異常に対して敏感な方の加速度計を2個
以上選定するようにしてもよい。
によれば、回転軸について外部から容易に振動計測や回
転パルスの計測がてきない回転機械について、軸受摩耗
等による異常を定量な確度をもって診断できるので、回
転機械の信頼性を向上させることが可能となる。
推定可能となるため、軸受の寿命を推定することがで
き、適正な時期に交換を実施で、適正な保守を実現する
ことができる。
示す説明図。
示す説明図。
化を示す説明図。
信度を算出するメンバーシップ関数の例を示す説明図。
振動のリサージュ波形の変化を示す図。
示す図。
Claims (4)
- 【請求項1】軸受で支持された回転軸を有する回転機械
の運転中に発する振動の変化から異常を診断する方法で
あって、 回転軸の周方向に位相をずらして少なくとも2個の振動
検出器を機械本体のケーシングに配置し、前記それぞれ
の振動検出器によって同時に検出された振動波形につい
て周波数分析を行い、 各々の振動波形について、回転周波数を中心としてその
前後の周波数域を含む周波数帯域での振動振幅と、最も
振動振幅の大きい振動波形を基準として他の振動波形に
ついて回転周波数での位相を求め、 得られた振動振幅と位相から他の振動検出器についてそ
れぞれの振動ベクトルを求め、 正常な状態において予め求めた基準振動ベクトルと振動
ベクトルとの差の変化ベクトルをそれぞれ求め、 前記変化ベクトルを所定の判断基準と比較することによ
り、軸受の異常発生の確からしさを定量的に判断するこ
とを特徴とする回転機械の異常診断方法。 - 【請求項2】前記回転軸の周方向に位相をずらした少な
くとも2個の振動検出器を一の組として、他の組の少な
くとも2個の振動検出器を前記回転軸の軸方向の異なる
位置に配置することを特徴とする請求項1に記載の回転
機械の異常診断方法。 - 【請求項3】前記判断基準は、基準ベクトルの終点を中
心として、異常事象としての判断の基礎となるしきい値
を半径とする円からなり、前記変化ベクトルの前記円内
における大きさおよび方向から異常発生の確からしさを
定量的に判断することを特徴とする請求項1または2に
記載の回転機械の異常診断方法。 - 【請求項4】前記判断基準は、経験的に起こりうる異常
事象に対して予め設定されているメンバーシップ関数か
らなることを特徴とする請求項3に記載の回転機械の異
常診断方法。
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