JPH0240524A - 回転機械の診断方法における基準関数決定方法 - 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、公共性の高いＬＮＧプラント、火力発電所、
その他の設備に設置されるポンプ、送風機等に適用され
る回転機械の診断方法における基準関数決定方法に関す
るものである。

［従来の技術］ ＬＮＧプラント等の大型プラント又は設備の中に占める
回転機械の比率は非常に高（、その役割も重要である。

これら回転機械に異常又は故障が生じた場合、経済的損
失を生じることは当然のことながら、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、冷熱発電設備等の
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。そこで、斯かる問題を解決するために、ポンプケ
ーシングの代表的な部分に振動センサを取付けて一定時
間間隔で振動計測を行ない、計測した振動データについ
てフーリエ解析を行って周波数軸上のデータに移し処理
して診断指標を求め、診断指標から基準関数を求め、基
準関数を基にポンプの異常診断や劣化の予知を行ってい
る。

而して、従来の基準関数の求め方について説明すると、
プラントの運転中に適当なタンク液位になる時期にプラ
ント（ポンプ）の稼動を停止させて各バルブをテストモ
ードに切替え、複雑なバルブ操作により流量を変化させ
、振動センサにより振動を測定し、これをデータレコー
ダに記録し、専用分析器により周波数分析を行い、コン
ピュータにより診断指標を計算し、診断指標を基に基準
関数を求め、異常診断装置にインプットしている。

［発明か解決しようとする課題］ しかしながら、従来の基準関数の求め方では、プラント
（ポンプ）を停止させる必要があるため操業計画が難し
く、又運転条件の設定が難しくしかもデータレコーダへ
の記録〜分析〜処理〜インプットの一連の手順がオフラ
インで行われるため基準関数の精度が低く、ガスプラン
トの扱いによる安全性が問題になる。

本発明は上述の実情に鑑み、ＬＮＧプラントに使用する
ＬＮＧポンプ等の回転体の異常の診断と予知を行う差の
基礎となる基準関数を振動の計測、計測した信号の処理
及び統計的データ分析と処理をプラントを停止させるこ
となくオンラインで自動的に決定し得るようにすること
を目的としてなしたものである。

［課題を解決するための手段〕 本発明は、回転機械の稼動中に流量及び液位若しくは圧
力並に加速度若しくは変位のデータを計測、処理して自
動的に診断指標を求め、流量及び液位若しくは圧力の運
転条件に対する診断指標を統計的に処理し、基準関数を
求めるものである。

［作　　　用］ 回転機械の稼動中に計測したデータを処理して診断指標
が求められ、診断指標から統計的手法により基準関数が
求められるため、プラント稼動中にオンラインでいつで
も自動的に精度良く基準関数を求めることが可能となる
。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつつ説明する
。

第１図〜第７図（イ）（Ｏ）は本発明の一実施例である
。

第７図（イ）（Ｏ）はＬＮＧ貯蔵設備の一般的な配置図
で、第７図（イ）は地上式、第７図＜０）は地下式の場
合を示している。図中１は断熱構造のＬＮＧタンク、２
はＬＮＧの受入れ管、３は払出しポンプであり、ＬＮＧ
専用船によって世界各国がら運ばれて来たＬＮＧ　（−
１６５℃）を蓄えることができる。タンク１からポンプ
３により払出されたＬＮＧは加熱、ガス化されて需要家
である発電所、工場、家庭に送られるが、ポンプは極低
温の中でしかも過酷な条件下で使用されるため、異常を
起し易い。しかし、公共性の高いこの設備には、突発的
な故障は許されない。このためＬＮＧ貯蔵設備ではポン
プの異常を事前にキャッチする診断、予知機能が不可欠
である。

ＬＮＧポンプの診断を行う基準となる診断指標を第６図
により説明すると、診断指標は、ＬＮＧポンプの代表的
な位置に取付けた振動センサによって計測した加速度若
しくは変位をフーリエ変換しスペクトル分布を求めた後
にある周波数（θ〜Ｆ１、Ｆ１〜Ｆ２、Ｆ２〜Ｆ３）に
区分し、各区分した区域での夫々の加速度或いは変位の
平均値Ｓ、Ｂ、Ｃである。Ｓはシャフト部の、Ｂはベア
リング部の、Ｃはキャビテーション部の平均値である。

これらの値はポンプの運転条件であるタンクの液位Ｈ（
第７図（イ）（ロ）参照）、ポンプの払出し流量Ｑに大
きく影響を受けるが、その他の条件であるタンク内圧、
ミキシング運転、同一タンク内のポンプ同時運転の影響
は小さく無視しても良い。又診断指標はポンプの状態に
よって定まる固有の値であり、状態が変化（定期点検に
よるベアリングやブツシュの交換、バランス修正、据付
は状態の変化、設計変更等）すれば変るもので、劣化の
ない正常な状態における診断指標の運転条件による特性
を異常の診断や劣化の予知を行うための基準関数とする
必要がある。

第１図には、ＬＮＧタンクからＬＮＧを払出すときの液
位Ｈとポンプの払出し流量Ｑにより定まる診断指標２が
図示されている。第１図中の劣化のない正常運転中の平
面４を基準関数２という。ＬＮＧの払出し時、タンクの
満液Ｈｓａｘ。

から最低液位Ｈ■ｌｎ、まで払出しを行うが、タンクの
満液Ｈｍａｘ、から最低液位Ｈａｉｎ、までの各液位Ｈ
１（Ｈｓａｘ、）、Ｈ２、Ｈａ　、−Ｈｓにおける払出
し量（ｈｌＱ２１Ｑ３１　・・・Ｑ９は目標払出し量Ｑ
に対して±ΔＱの範囲で変化する。これは、ポンプ運転
台数や液位によって生ずるもので、ＬＮＧプラント特有
の性質である。而して、１回の払出しによる各液位Ｈ１
＋　Ｈ２ｒＨ３，・・・Ｈａごとの払出し量Ｑ＋　、Ｑ
２１　Ｑｓ＋・・・Ｑｓにおける、振動センサーにより
測定した加速度若しくは変位のデータから上述したフー
リエ解析により所定の周波数区域の診断指標Ｚ＋　、Ｚ
２　ｒ　Ｚａ　、・・・ｚ９が求まり、液位Ｈｗａｘ。

からＨｍｉｎ、まで流量Ｑ±ΔＱの区域（第１図のＡＢ
ＤＣの区域）における基準関数が求まることになる。

基準関数は１回の払出しによって求まる診断指標Ｚ＋　
ｌ　Ｚ２　＋　　ｚ３　ｒ・・・ｚ９を最小二乗法によ
り回帰分析することにより求める。ここで、回帰分析は
データ分析から自然対数形のＹｎ　−ＩＩｋｘｎ Ｙｏｅ　　　なる実験式を仮定し、データ群ｘ、ｌ　ｙ
ｎの回帰分析によって係数Ｙ。、Ｋを求めるものである
。すなわち、最初の回帰分析は、第１図の液位特性につ
いて行うもので、各液位Ｈ１＊　Ｈ２＋　Ｈａ　＊　・
・・Ｈａにおける目標となる払出し流量Ｑに対する変化
量±ＡＱは無視して実施する。回帰分析を行う際の式は
Ｚｏ−ｆ　（Ｈ，Ｑ） ＝　ＺＯＱ　ｅ　−Ｋ”　”　Ｈ・（１）で表わされる
。

ここで、ＺＱ　　；液位Ｈ１流量Ｑにおける診断指標（
係数） ＺｏＱ；液位Ｈ−０、流量Ｑにおけ る係数 Ｋ　Ｈｏ　；流量Ｑにおける減衰係数 ｅ　　；自然対数 従って、各液位ＩＩ　ｒ　Ｈ２＋　Ｈａ　＋　・・・Ｈ
ａごとに第６図において説明したと同じ手順で診断指標
Ｚｔ　Ｉ　　Ｚ２　＋　　２３　＋　・・・ｚ９を求め
、これを順次（０式に入れて係数ＺｏＱ及びＫＨＯを決
定し、このＺｏＱ及びＫ）４Ｑを（ｉ）式に代入して液
位Ｈ１流量Ｑにおける診断指標ＺＱを決定する。

この（＋）式をグラフに描くと第２図の曲線イに示すよ
うになる。なお、第２図は診断指標の液位特性を表わす
ものである。

次に液位データの補正を行う必要がある。この補正方法
を第２図により説明すると、液位Ｈ±ＡＨの範囲に分布
した診断指標Ｚ３＋２４＋２５、Ｚを補正して液位Ｈ上
の点ａ、ｂ、ｃ。

Ｚの値にする。

点ａ、ｂ、ｃのデータは次の式で表わされる。

液位Ｈ±ＡＨ上に分散した診断指標ｚ３゜Ｚａ、Ｚｓを
液位Ｈ上に補正すると、第３図に示すａ　（Ｚａ）、ｂ
　（Ｚｓ）、ｃ　（Ｚａ）に示すようなデータとなり、
ａ（Ｚａ）、Ｑ３゜ｂ　（Ｚｓ）、Ｑｓ＋　　ｃ　（Ｚ
ａ　）＋　Ｑａ　を用いて回帰分析を行い、液位Ｈ１流
量Ｑ−０における係数ＺＱＨｓ液位Ｈにおける減衰係数
ＫＱ）−１を定めると、液位Ｈ１流量Ｑにおける診断指
標ＺＨは ＺＨ−ｆ　（Ｈ，Ｑ） −ＺｏＨｅ−に０′″°Ｑ　　　　・・・（至）となる
。この（至）式をグラフに描くと、第３図の曲線口に示
すようになる。なお、第３図は液位補正後の流量特性を
表わすグラフである。

第２図に示す液位と診断指標との関係及びそれを表わす
曲線イ及び第３図に示す液位補正後の流量と診断指標と
の関係及びそれを表わす曲線口を同一グラフに表わすと
第４図に示すようになる。第４図は、診断指標の流量特
性における液位補正手順を表わす。曲線イと口の交点は
基準関数を表わす面の１点になる。

而して、上述の計算手順を多数の測定データに基いて行
いグラフを描くと、第５図に示すようになる。各診断指
標ｚＨ，Ｚｏの曲線の交点を求め、各交点が乗る曲面を
求めれば、自然対数的に変化する平面の関数Ｚ−ｆ　（
Ｑ、　Ｈ）が定まり、これが基準関数になる。

基準関数を求める手順を箇条書にすると次のようになる
。

（Ｄ　　１回の払出しのサイクルにおいて液位Ｈ（Ｈ＋
　、Ｈ２＋　・・・Ｈｎ）及び各液位に対応する払出し
流量Ｑ（Ｑｌ、Ｑ２．・・・Ｑｎ）を測定すると共に、
Ｑｌ　ｒ　Ｈｌ　＋　Ｑ２　、Ｈ２ｒ　・・・Ｑｎ、Ｈ
ｎにおける加速度、変位を測定し、この加速度、変位を
フーリエ解析しである周波数区域で平均し、この平均値
を診断指標Ｚ（Ｚ＋　＋　　ｚ２＋　・・・Ｚｏ）とす
る。計測間隔を２時間程度とすると、ｎは約１５０程度
になる。

（ＩＤ　　流量Ｑの変化を無視して液位Ｈに対応した診
断指標を（ｉ）式により求める（液位特性）。

求めた曲線は第５図の■になる。

［相］　液位ＨｍＨｎ　（例えばＨｌ）を選択し、Ｈ−
Ｈｌ　±ＡＨに分散したデータを（ト）式により補正す
る。

■　補正データから、（ト）式により液位補正後の診断
指標を求める（流量特性）。求めた曲線は第５図の■に
なる。

（ｖ）（ｌＩＤ■項の手順を各液位Ｈ２＋　　Ｈ３＋　
”・Ｈｎについて繰返し行う。

（ＶＤ　　ω項までの手順により、第５図の曲線■のよ
うに各液位Ｈ１＋　Ｈ２＊　Ｈ３＋　・・・Ｈｎにおけ
る流量特性を示すデータの回帰分析から求まる係数（Ｑ
−０における値）　　ＺｏＨ＋ＺＱＩ−１２・　ＺｏＨ
３＋　・・・ｚｏｌ−１ｎ　　と各液位ζこおける流量
特性の減衰係数Ｋｏ＋　ｌ　　ＫＯ２＋ＫＱ３　＋　”
’　ＫＱｎが求まる。係数ＺＱＩ−１１ＺＯ）−１２＋
　　ｚＱｌ−１３１・”　ｚｏｌ−Ｉｎ　　は各液位Ｈ
１，Ｈ２，Ｈ３，・・・Ｈｎの流量特性でＱ−〇の値を
示し、Ｚ−Ｈ面に点在するデータになる。これを回帰分
析して実験式で表わすと、ＺｏＨ−’ｆ　（Ｈ） −２０゜ｅ−Ｋ）−１１）Ｈ・、・（、。

になる。

ここで、Ｚｏｏ；Ｑ＝Ｏ１Ｈ−０における診断指標（係
数） Ｋｌ−１０；Ｑ−０における液位特性 の減衰係数 減衰係数に＋−＋ｇは各液位Ｈ，，Ｈ，，Ｈ３゜・・・
Ｈ，の流量特性における減衰係数を示したものであり、
（Ｖ）式のように比例的に変化するものと仮定する。

Ｋｏ＝ｆ（Ｈ） −に□（、＋ｐ−Ｈ・・・（Ｖ） ここでＫｏｏ；液位Ｈ−０の減衰係数 ｐ　；減衰係数の増減率で ■（ト）（Ｖ）式から基準関数の一般式を求めると、Ｚ
−ＺＯＨｅ−ＫＱ′″Ｑ −（Ｚｏｏ　ｅ−Ｋ”°Ｈ）× 。−（ＫＱｏ＋ｐ−Ｈ）Ｑ１０．卯 が得られる。従って、１回の払出しサイクルから得られ
たデータを基に自動的に基準関数が定められるため、以
後の各サイクルの運転において得られたデータから診断
指標を求め、この診断指標が基準関数に対してどの程度
偏っているかで回転機械の異常や劣化の診断と予知が行
われる。

なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく
、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得
ることは勿論である。

［発明の効果］ 本発明の回転機械の診断方法における基準関数決定方法
によれば、 （Ｄ　プラントの稼動中いつでも基準関数を自動的に求
めることができる、 （ＩＤ　　オンライン処理のため精度が良い、［相］　
基準関数の求め方が、時間、費用、工数の減少により合
理的になる、 ■　回転機械の特性変化（摩耗、ならし運転終了、ＬＮ
Ｇの変更等）に即応できる、 ■　基準関数を求める実験が不要になり安全性が向上す
る、 等種々の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明方法で定めた基準関数の説明図、第２図
は本発明方法における診断指標の液位特性を表わすグラ
フ、第３図は本発明方法における診断指標の流量特性の
うち液位補正後の流量特性を表わすグラフ、第４図は本
発明方法における診断指標の流量特性の液位補正手順の
説明図、第５図は本発明方法における基準関数を求める
手順の説明図、第６図は回転機械の周波数と加速度或い
は変位との関係を表わすグラフ、第７図（イ）（ロ）は
ＬＮＧ貯蔵設備の一般的な説明図である。 図中ｌはＬＮＧタンク、２は受入れ管、３は払出しポン
プ、４は平面を示す。 工 ＯＮ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）回転機械の稼動中に流量及び液位若しくは圧力並に
   加速度若しくは変位のデータを計測、処理して自動的に
   診断指標を求め、流量及び液位若しくは圧力の運転条件
   に対する診断指標を統計的に処理し、基準関数を求める
   ことを特徴とする回転機械の診断方法における基準関数
   決定方法。