JP2004251798A

JP2004251798A - 高圧空気漏洩検出方法

Info

Publication number: JP2004251798A
Application number: JP2003043520A
Authority: JP
Inventors: Masato Itagaki; 正人板垣; Kenji Nakagawa; 憲治仲川; Jiro Ebara; 二郎江原
Original assignee: Hitachi Industries Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】高圧空気の漏洩と漏洩箇所を容易に検出して、空気漏洩を無くし、空気圧縮機の運転エネルギ損失を低減することである。
【解決手段】空気圧縮機１０から末端の空圧機器１１までの高圧空気配管ライン３における高圧空気の漏洩を検出するものであり、高圧空気配管ライン３を１個もしくは複数の空圧機器を含む配管ブロック部３（ｎ）として各配管ブロック部間に仕切り弁２ａ，３ａを設けるとともに各配管ブロック部には放氣弁２ｃ，３ｃを設け、各配管ブロック部の放氣弁を開いて大気に開放してから閉止し、空気圧縮機１０で各配管ブロック部３（ｎ）を昇圧し、各配管ブロック部毎に圧力データを測定し、その変化から高圧空気の漏洩を検出する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気圧縮機から末端の空圧機器までの空気配管ラインにおける高圧空気の漏洩を検出する高圧空気漏洩検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気配管ラインの漏洩の原因は、空圧機器、配管および弁類の接続部の緩み、パッキン座部の劣化、弁類の閉め忘れなど多種多彩である。高圧空気の漏洩は、直接空気圧縮機の運転エネルギの無駄に直結しており、しかも連続運転が多い設備であるため、空気漏洩に伴う消費電力の損失は多大である。
【０００３】
従来の空気配管ラインの漏洩検出は、工場内の全設備機器が停止する夜間あるいは休日に、保安員が空気漏洩音をたよりに、人手で漏洩箇所を見つける方法を取っている。この人手による方法では、大変労力がかかるし効率的で無い。そして、地中あるいは高所などの人の近づけない箇所の点検は、現実に簡単には実施出来ず、道具を使用しても頻繁に行うことは大変である。
【０００４】
そこで、高圧空気漏洩検出装置が、特開平０５−１６４６５１公報で提案された。その高圧空気漏洩検出装置は、空気供給量演算機能と空気使用量演算機能を備え、空気圧縮機の供給空気量と空圧機器の使用空気量を正確に計量し、その差から空気漏洩量を算出している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０５−１６４６５１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、一般的な空気圧縮機の空気供給運転方法を説明する。
【０００７】
代表例として、ここで述べる空気用スクリュー圧縮機は工場用空気源として使用されており、空気槽に高圧空気を供給しているが、使用量の変動により高圧空気の吐出を停止することがある。この場合、入口部を閉じて空気吸込みを遮蔽しており、ロータは復帰に備えてほぼ大気圧以下の圧力状態で回転している。即ち、圧縮機では高圧空気を吐出しているロード運転と、吐出してないアンロード運転となり、分単位でそれらの運転状態が切り替っている。
【０００８】
空気用圧縮機の代表的な運転パターンを吐出圧力で表すと、概ね図７に示す通りであり、実線で示す折れ線１２は圧縮機出口圧力、破線で示す折れ線１３は空気槽圧力である。起動すると数分間で昇圧曲線１４で昇圧され、例えば設定圧力の０．６９（ＭＰａ）になり、空気槽に高圧空気が供給され、空気の消費量と供給量が等しければロード運転が続く。
【０００９】
消費空気量が減少すると空気槽圧力１３は高くなり、上限圧力０．７１（ＭＰａ）に到達すると、圧力スイッチにより圧縮機入口アンロード弁が作動して、圧縮機の空気入口部を密閉状態にする。これにより圧縮機出口圧力１２は急激に低圧力になり、０．０３（ＭＰａ）程度となる。その後空気槽内の高圧空気が消費され、空気槽圧力１３が下り下限圧力０．６１（ＭＰａ）に到達すると、圧縮機のアンロード弁が元にもどり、入口部が全開となりロード運転となる。
【００１０】
このように、圧縮機は分単位で頻繁にロード運転とアンロード運転が繰り返されており、その空気供給量および空気使用量を正確に計量することは、非常に難しい。
【００１１】
実際の工場内では、空圧機器は多数有りかつ個々の機器での空気使用量を全て計量することは不可能である。更に、配管ラインもかなりの長さに付設されており、かつ接続部が多く、上記高圧空気漏洩検出装置による漏洩検出は現実的ではない。
【００１２】
それゆえ本発明の目的は、高圧空気の漏洩と漏洩箇所を容易に検出して、空気漏洩を無くし、空気圧縮機の運転エネルギ損失を低減するようにすることができる高圧空気漏洩検出方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、空気圧縮機から末端の空圧機器までの空気配管ラインにおける高圧空気の漏洩を検出するものにおいて、
高圧空気配管ラインを１個もしくは複数の空圧機器を含む配管ブロック部として各配管ブロック部間に仕切り弁を設けるとともに各配管ブロック部には放氣弁を設け、各配管ブロック部の放氣弁を開いて大気に開放してから閉止し、空気圧縮機で各配管ブロック部を昇圧し、各配管ブロック部毎に圧力データを測定し、その変化から高圧空気の漏洩を検出することにある。
【００１４】
圧力測定データの変化はその設定最高圧力までの到達時間の延長傾向、昇圧速度の低下傾向、吐出空気温度の高温化傾向のいずれかにより、空気圧縮機可動機構部の間隙拡張による高圧空気の漏洩を検出する。
【００１５】
また、圧力測定データの変化は、その最高到達圧力の低下傾向、その最高到達圧力までの到達時間の延長傾向、減圧速度の増加傾向のいずれかにより、当該配管ブロック部の高圧空気の漏洩を検出する。
【００１６】
これらの圧力変化は設備敷設当初や漏洩を修理し復旧した直後に測定したデータを基準値として点検時に測定したデータと比較すれば、各配管ブロック部の高圧空気の漏洩は容易に検出することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図に従って説明する。
【００１８】
図１において、１は空気漏洩検出装置、２は空気源用圧縮機（空気圧縮機）１０で形成した高圧空気を溜めておく空気槽、３は高圧空気配管ラインで、図２に示すように高圧空気配管ライン３は上流から末端まで複数の配管ブロック部３（ｎ）で構成してある。空気槽２と高圧空気配管ライン３の間には仕切り弁として電磁弁２ｂがある。高圧空気配管ライン３には１個あるいは複数の空圧機器１１毎に仕切り用の電磁弁３ｂを設けてあり、各電磁弁３ｂで区画された領域を各配管ブロック部３（ｎ）としている。各配管ブロック部３（ｎ）は、空気槽２に並列になっている個所もあれば、直列になっている個所もある。空気圧縮機１１から電磁弁２ｂまでの空気槽２を中心とした領域も１個の配管ブロック部とみることができ、これを配管ブロック部３（０）として、順次下流に向けて３（１），３（２）‥，３（ｎ），３（ｎ＋１）‥とする。
【００１９】
各配管ブロック部３（ｎ）には圧力センサ２ａ，３ａと放氣弁（大気開放弁）２ｃ，３ｃを設けてある。尚、図２では煩雑化を避けるために一部の圧力センサ２ａ，３ａと放氣弁２ｃ，３ｃに引用符号を付けて、他のものは同種であることを同じ表示で示している。
【００２０】
各圧力センサ２ａ，３ａで測定したデータは空気漏洩検出装置１の記録手段４ａで記録している。各電磁弁２ｂ，３ｂと放気弁２ｃ，３ｃは、それぞれ空気漏洩検出装置１のＯＮ／ＯＦＦ制御手段４ｂ，４ｃで個別に開閉制御する。
【００２１】
空気漏洩検出装置１の内部では、記録手段４ａの測定データやＯＮ／ＯＦＦ制御手段４ｂ，４ｃの開閉信号は演算手段５ａに取り込む。また、この演算手段５ａは空気漏洩無しの初期データを初期データ記録手段５ｄに記録し、電磁弁２ｂ，３ｂおよび放気弁２ｃ，３ｃの開閉操作を制御している。そして、演算手段５ａから測定データを判定手段５ｂに送信し、この判定手段５ｂでは初期データ記録手段５ｄの初期圧力測定データと比較判定し、表示手段５ｃにてその判定結果を表示する。
【００２２】
通常は、演算手段５ａ，判定手段５ｂ，表示手段５ｃおよび初期データ記録手段５ｄはパソコン内に一体になっている。また、圧力センサ２ａ，３ａ、電磁弁２ｂ，３ｂおよび放気弁２ｃ，３ｃの空気漏洩検出装置１への信号取り込みは、無線方式であっても良い。
【００２３】
図２では図の簡略化のために１台の空気圧縮機１０を示したが、実際の工場内空気配管ラインの構成では、高圧空気配管ライン３の最上流に複数台の空気圧縮機があり、圧縮機出口直後に空気槽２が付設されている。空気槽２からは、高圧空気配管ライン３が複数台の空圧機器１１に高圧空気を供給すべく、必要に応じて分岐配管され工場内の必要箇所に付設されている。ここで用いられる電磁弁２ｂ、３ｂは、流路抵抗の少ない構造のものを使用している。
【００２４】
以下、高圧空気の漏洩検出について説明する。なお、この漏洩検出は、全空圧機器１１が高圧空気を使用しない工場休日などに行う。
【００２５】
最初に、空気圧縮機から空気槽２までの配管ブロック部３（０）における空気漏洩の検出を行う。
【００２６】
準備として、空気圧縮機１０の停止を確認して、空気槽２の出口直後の電磁弁２ｂを全閉，放気弁２ｃを全開として大気圧まで開放してから放気弁２ｃを全閉として、空気圧縮機１０を稼動して空気槽２を含む配管ブロック部３（０）のみを昇圧する。
【００２７】
この時、圧力センサ２ａにて測定した圧力測定データの代表例を図３に示す。曲線２０で示す設定圧力Ｐｓは、空気圧縮機１０に取り付けられている圧力スイッチ設定値であり、通常０．７１（ＭＰａ）であり、この値になると空気圧縮機１０はアンロード運転になり、空気槽内圧力は一定になる。空気圧縮機１０から空気槽２の出口までにおいて、空気漏洩が無い場合の測定データは、初期時昇圧曲線（Ｐａ０）２１ａとなり、その時の経過時間が初期時到達時間（Ｔａ０）２２ａとなる。これらの初期データは、空気圧縮機１０および高圧空気配管ライン３を新設した時のものが望ましいが、空気漏洩を修復した時のものでもよく、測定データは演算手段５ａにて後述する演算処理した後、初期データ記録手段５ｄに記録しておく。
【００２８】
その後、長期間使用後、工場内の全設備が休止している、夜間か休日の時間帯に、同じ様な手順で計測時昇圧曲線（Ｐａ１）２１ｂの測定データを得る。設定圧力（Ｐｓ）２０に到達した時の計測時到達時間（Ｔａ１）２２ｂを測定し、計測時到達時間差（ΔＴａ１）２２ｃを演算手段５ａにて演算処理して求める。その後判定手段５ｂにて、図４に示した空気槽および圧縮機の空気漏洩判定基準に従い、空気の漏洩を判定する。
【００２９】
即ち、計測時到達時間差（ΔＴａ１）２２ｃが到達時間差の判定基準値ΔＴａｘ以上の場合に空気漏洩発生と判断し、その旨を表示手段５ｃにてパソコン画面等に表示する。
【００３０】
他の判定基準として、特に最高到達圧力が設定圧力Ｐｓと一致しない場合は、昇圧曲線２１ａ、２１ｂから、各々の昇圧速度ＤＰａ０、ＤＰａ１を求め、この昇圧速度差ΔＤＰａ１が昇圧速度差の判定基準値ΔＤＰａｘ以上の場合に、空気漏洩発生と判断する。
【００３１】
さらに、空気圧縮機１０における可動部の間隙拡張が進めば、空気の再圧縮が発生して、空気吐出温度が高温化の傾向となる。そこで、空気圧縮機１０の出口に温度センサを敷設しておき、計測時の吐出空気温度Ｔｄ１がその判定基準値Ｔｄｘ以上になった場合に、空気漏洩発生と判断することもできる。空気圧縮機１０における可動部の間隙拡張原因としては、往復動圧縮機においてはピストンリングの摩耗、スクリュー圧縮機においては、スクリューロータ表面の摩耗がある。
【００３２】
以上、３種類の判定基準を適用し、いずれかが基準値以上になった場合、空気漏洩発生とを判断する
なお、図４における到達時間差、昇圧速度差および吐出空気温度の判定基準値ΔＴａｘ、ΔＰａｘおよびＴｄｘは、圧縮機の種類、使用状況などを考慮して、任意に外部から設定できるようにしてある。
【００３３】
次ぎに、高圧空気配管ライン３における空気漏洩の検出について述べる。
この場合も下記の準備をして、測定データを空気圧縮機１０および高圧空気配管ライン３を新設した時や空気漏洩の修復時などに初期データ記録手段５ｄに記録しておく。
【００３４】
空気槽２までの部分での配管ブロック部３（０）における初期時昇圧データを測定し初期データ記録手段５ｄにそのデータを記録した後、図２における全ての電磁弁２ｂ、３ｂと全ての放気弁２ｃ、３ｃを全開して、高圧配管ライン３全体を大気圧まで開放する。その後、全ての放気弁２ｃ、３ｃを逆に全閉して、高圧配管ライン３全体が連通の状態で各配管ブロック部を昇圧する。
【００３５】
この時、１個の配管ブロック部３（ｎ）の圧力センサ３ａにて測定した圧力測定データの代表例を図５に示す。この初期時の圧力変化は昇圧曲線（Ｐａ０）３１ａであり、空気槽２が設定圧力（Ｐｓ）２０に到達すると、空気圧縮機１０はアンロード運転になるため、下流域の配管ブロック部３（ｎ）程最高到達圧力（Ｐｂ０）３０ａは流路の圧力損失により、設定圧力（Ｐｓ）２０より低めの値となる。空気圧縮機１０がアンロード運転になった時、全ての電磁弁２ｂ、３ｂを全閉し、配管ラインを複数個の配管ブロック部３に密閉分離する。その後の初期時の圧力変化は減圧曲線（Ｐｃ０）３３ａであり、その傾斜から初期時減圧速度ＤＰｃ０を求める。これら一連の演算処理は演算手段５ａで行い、予め初期データ記録手段５ｄに記録しておく。
【００３６】
その後、長期間使用後、工場内の全設備が休止している夜間か休日の時間帯に、同じ様な手順で計測時最高到達圧力（Ｐｂ１）３０ｂ、最高到達圧力に到達した時の計測時到達時間（Ｔｂ１）３２ｂを測定し、さらに計測時減圧曲線（Ｐｃ１）３３ｂから計測時減圧速度ＤＰｃ１を求める。このように、複数配管ブロック部個々の昇圧および放置状態の圧力変化の測定は、全て同時進行で行われる。
【００３７】
その後判定手段５ｂにて、図６の高圧配管ブロック部の空気漏洩判定基準に従い、空気の漏洩を判定する。即ち、最高到達圧力差（ΔＰｂ１）３０ｃが最高到達圧力差の判定基準値ΔＰｂｘ以上の場合に空気漏洩発生と判断し、その旨表示手段５ｃにてパソコン画面等に表示する。
【００３８】
他の判定基準として、計測時最高圧力到達時間差（ΔＴｂ１）３２ｃが到達時間差の判定基準値ΔＴｂｘ以上の場合に空気漏洩発生と判断する。
【００３９】
さらに、別の判定基準として、個々の減圧速度ＤＰｃ１を求め、この減圧速度差ΔＤＰｃ１が減圧速度差の判定基準値ΔＤＰｃｘ以上の場合に、空気漏洩発生と判断する。
【００４０】
以上、３種類の判定基準を適用し、いずれかが基準値以上になった場合、空気漏洩発生とを判断する
なお、図６における最高到達圧力差ΔＰｂ１、最高圧力到達時間差ΔＴｂ１および減圧速度差ΔＤＰｃ１の判定基準値ΔＰｂｘ、ΔＴｂｘおよびΔＤＰｃｘは、各配管ブロック部３（ｎ）の構造、使用状況などを考慮して、任意に外部から設定できるようにしてある。
【００４１】
漏洩発生と判定された配管ブロック部３（ｎ）は、その後該当箇所を人手で詳細に漏洩空気音をたよりに探索することになるが、この作業は、夜間や休日に限定されず工場内の空圧機器稼動時にも探索できるので、作業効率は良い。
【００４２】
従って、空気圧縮機から空気槽までおよび各配管ラインの空気漏洩の有無とその発生箇所を効率的に検出することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、高圧空気の漏洩と漏洩箇所を容易に検出して、空気漏洩を無くし、空気圧縮機の運転エネルギ損失を低減するようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態で用いる空気漏洩検出装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示した空気漏洩検出装置を備えた高圧空気配管ラインを示す図である。
【図３】空気槽を中心とした配管ブロック部の圧力変化を示す図である。
【図４】空気槽および空気圧縮機の空気漏洩判定基準を示す図である。
【図５】高圧空気配管ラインにおける各配管ブロック部の圧力変化を示す図である。
【図６】配管ブロック部の空気漏洩判定基準を示す図である。
【図７】空気源用圧縮機の代表的な運転パターンを示す図である。
【符号の説明】
１…空気漏洩検出装置
２…空気槽
２ａ，３ａ…圧力センサ
２ｂ，３ｂ…電磁弁
２ｃ，３ｃ…放気弁
３（ｎ）…配管ブロック部
４ａ…記録手段
４ｂ、４ｃ…ＯＮ／ＯＦＦ制御手段
５ａ…演算手段
５ｂ…判定手段
５ｃ…表示手段
５ｄ…初期データ記録手段
１０…空気源用圧縮機
１１…空圧機器、

Claims

空気圧縮機から末端の空圧機器までの空気配管ラインにおける高圧空気の漏洩を検出するものにおいて、
高圧空気配管ラインを１個もしくは複数の空圧機器を含む配管ブロック部として各配管ブロック部間に仕切り弁を設けるとともに各配管ブロック部には放氣弁を設け、各配管ブロック部の放氣弁を開いて大気に開放してから閉止し、空気圧縮機で各配管ブロック部を昇圧し、各配管ブロック部毎に圧力データを測定し、その変化から高圧空気の漏洩を検出することを特徴とする高圧空気漏洩検出方法。
上記請求項１に記載の高圧空気漏洩検出方法において、各配管ブロック部を設定圧力まで昇圧した場合の到達圧力、到達時間および高圧空気の温度のいずれかで高圧空気の漏洩を検出することを特徴とする高圧空気漏洩検出方法。
上記請求項１に記載の高圧空気漏洩検出方法において、各配管ブロック部を設定圧力まで昇圧して全仕切り弁を閉じた場合の各配管ブロック部における高圧空気の圧力低下速度で高圧空気の漏洩を検出することを特徴とする高圧空気漏洩検出方法。
上記請求項１に記載の高圧空気漏洩検出方法において、高圧空気配管ラインを設置した際あるいは高圧空気の漏洩を修復した際の初期圧力データと点検時の測定データの比較から高圧空気の漏洩を検出することを特徴とする高圧空気漏洩検出方法。