JPS6330983Y2

JPS6330983Y2 -

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Publication number: JPS6330983Y2
Application number: JP1987088510U
Authority: JP
Priority date: 1987-06-10
Filing date: 1987-06-10
Publication date: 1988-08-18
Also published as: JPS62197028U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は回転機械の軸受異常検出装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来より回転機械に使用するすべり軸受等は、
ロータ形状、重量、伝達トルク等の使用条件から
最適な直径、幅及び型が選ばれる。蒸気タービン
発電機に例を取つて言えば、大型機では総量
150tonを越え、かつ高速回転であるゆえ、これを
支持する軸受は堅固であり常に正常な状態を続け
るのが望ましいことは言うまでもないが、軸受メ
タルの焼損、軸受負荷荷重の過大、過少等が直接
的な原因でロータの過大振動、ラビング等を誘発
し、ロータ飛散事故などの過大な事故につながる
こともある。

一方、最近の大容量蒸気タービンにおいては、
回転機大型化に伴う軸剛性低下により、オイルホ
イツプ等の不安定振動が問題となつている。この
オイルホイツプ防止対策として、軸受の高面圧化
が進んでいる。このため必然的に低速運転時にお
ける軸受潤滑特性の悪化を招き、これが軸受焼損
に発展する場合が多い。特に、蒸気タービンに見
られる様にターニング運転（回転数約2rpm）を
１週間以上の長期にわたつて実施する機械におい
ては、この低速運転時における潤滑状態を管理
し、メタル焼損につながるメタルワイプ現象（以
下メタルワイプと略記）の様な軸受異常を早期発
見又は異常の予知を行い、未然に異常を回避する
ことが、機械の予防保全上極めて重要であるが、
前述のように軸受の高面圧化により、完全な管理
が難しくなつてきており、時折メタル焼損事故が
見られる。

以上の軸受異常に対し、従来から採用されてい
る方策として、軸受バビツトメタルの信頼性向上をねらつて
組織の微細化、機械的強度を向上させる。

ジヤーナル表面の荒さ（機械加工仕上げ度
合）を向上させ、メタル焼損限界面を仕上げ
る。

等の方法があるが、これらは、事前にロータ及び
軸受製作時又は、定期点検時等のタービン停止時
で機器が充分冷えた状態でなければ実施出来な
い。

次に軸受の運転中における異常監視手段として
一般的な軸受メタル温度測定及び排油温度測定法
について例をあげて説明する。

第１図に軸受の簡略化した断面構造を示す。前
述したメタル温度測定は軸受裏金２内に熱電対３
ａを取りつけ、メタル焼損等によつて発生する熱
を監視する手段であり、排油温度測定は被蓋部材
４内に熱電対３ｂを取りつけ、メタル焼損等によ
つて発する熱を排油を介して測定することによ
り、メタルの焼損等を監視する手段である。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかし、前述したメタル温度測定においては、
熱電対３ａはバビツトメタル５の軸受裏金２に設
置されており、しかも軸受摺動面より離れた位置
にあるため、例えば片当りやワイプの如く、軽微
なメタル焼損などが発生しても異常を検出できな
い場合もあり、かつ異常が発生しても熱電対３ａ
にて感知するには一定時間を要する。また、前述
した排油温度測定においても同様に、異常を検知
するまでには一定時間を要する。また、前述した
温度測定法以外には、軸受本体にひずみゲージを
貼り、そのひずみ値より異常を知る手段やギヤツ
プセンサによるフライメント変化測定法などがあ
るが、いずれも異常がある程度進展した後の検出
であるため、軸受焼損等につながるメタルワイプ
の初期の検出は困難であることはもちろん、メタ
ルワイプ発生初期からその進展状況を経時的に知
ることは困難であつた。

本発明の目的は、メタルワイプ現象が発生した
ら直ちに検知できることはもちろん、その進展状
況も経時的に知らしめる軸受異常診断装置を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案の特徴は、回転機械に使用されるすべり
軸受において、軸受メタルもしくは軸受外表面上
のメタルワイプによつて生じる超音波信号を検知
出来る箇所に設置された音響検知素子と、前記音
響検知素子の出力信号が設定されたしきい値を越
えたときパルス信号を出力する手段と、該パルス
信号を一定周期毎に計数する手段と、該計数値を
入力し、前回の周期の計数値と今回の周期の計数
値との比を求める手段とを備え、該計数値との比
を用いてメタルワイプの発生を検知する軸受異常
診断装置にある。

〔実施例〕

以下本考案を図面を用いて説明する。

第２図にメタルワイプ発生時Ｔ前後におけるバ
ビツト温度Ａ、排油温度Ｂ及び超音波信号のカウ
ント数Ｃを示す。第２図に示すそれぞれの出力値
は、メタルワイプ現象を再現させ、得られたデー
タであり、それぞれの検出器は第３図に示される
ようバビツト１１及び被蓋部材１２内に熱電対１
３ａ，１３ｂを取り付け、温度を測定し、超音波
信号は、バビツトメタル１１に音響感知素子１４
を取り付け、その信号をプリアンプ１５、メイン
アンプ１６にて増巾し、カウンタ１７により発生
した超音波信号をカウントした値である。

第２図からわかるように、排油温度及びバビツ
ト温度は運転開始時より徐々に温度上昇を示す
が、メタルワイプ発生時における温度変化は、バ
ビツト温度に若干の温度上昇が見られるが、大幅
な変化がないことがわかる。

これに対し、超音波信号のカウント数は、メタ
ルワイプ発生と同時に急激に上昇を開始し、メタ
ルワイプの進行に伴つて同一勾配で上昇する。

次にメタルワイプによつて発生した超音波信号
出力波形を第４図に示す。横軸は時間を示し、Ｔ
はメタルワイプ発生時を示している。

図からわかるようにメタルワイプにて発生する
超音波信号の発生周期はほとんど同一であり、ま
た信号出力波形の大きさも同様であるばかりか、
前記した信号波形の発生周期及び大きさはメタル
ワイプ発生直後からメタルワイプ進行過程におい
てもほとんど変化しないのが特徴である。

以上述べたように、軸受焼損等につながるメタ
ルワイプとそれに伴つて発生する超音波信号には
特徴的な関係のあることから、これら超音波信号
を検知することにより、メタルワイプ発生を早期
に検出できるばかりか、メタルワイプの進行状態
をも判定することが可能である。

次に本考案の具体的実施例である軸受異常診断
装置のブロツク図を第５図に示す。

ジヤーナル２０をささえる軸受２１のメタルも
しくは軸受外表面上のメタルワイプによつて生じ
る超音波信号を検知出来うる箇所に音響検知素子
２２（例えば圧電セラミツク素子を用いたもの）
を圧着または接着により設置し、前記音響検知素
子２２にて得られた信号をターニング判定回路２
３に入力する。前記ターニング判定回路２３で
は、回転数を取り込みターニングであるのか、運
転状態であるのかを判定し、ターニングのときの
み前記音響検知素子２２からの出力信号をプリア
ンプ２４に入力する。前記プリアンプ２４にて増
幅された信号は、フイルタ２５に通され、ノイズ
を除去される。さらに、ノイズを除去した信号を
メインアンプ２６にて増幅し、その信号を検波回
路２７にて検波し、仕に比較回路２８にて、第４
図に示した超音波信号１発に対し、１パルスの信
号を出力する。パルス化された信号は、周期性判
定回路２９を入力され、パルスの周期性よりメタ
ルワイプの有無を判定し、メタルワイプの発生が
あつたときのみ前記比較回路からのパルスをカウ
ンタ３０に通す。前記カウンタ３０では入力され
たパルスを計数し、パルス数に比例した信号をメ
タルワイプ表示器３１に入力する。メタルワイプ
表示器３１は、前記カウンタ３０からの信号を判
定し、メタルワイプ発生及びメタルワイプの進行
状況を表示する。

次に周期性判定回路の構成と動作原理を具体的
に説明する。第６図に周期性判定回路のブロツク
図を、第７図に前記周期性判定回路を説明するう
えで理解しやすいよう、各回路の動作及びその出
力波形を示す。

第７図にメタルワイプ発生前後において、前記
比較回路２８より出力されたパルス信号を示す。
図からわかるように、メタルワイプが発生すれば
前述したように周期的なパルス信号が出力される
が、それ以外、つまり、メタルワイプ発生前にお
いては、外部ノイズ等により周期性をもたないパ
ルス信号が出力される。

次に、前記パルス信号は、第６図に示すゲート
回路４０に入力される。前記ゲート回路４０に
は、タイマー４１が内蔵されており、前記タイマ
ー４１によつてゲート(A)４２ａ、ゲート(B)４２ｂ
を第７図で示されるように交互にON、OFF動作
させ、前記比較回路２８より出力された信号を交
互に取り出す、前記ゲート(A)４２ａ，(B)４２ｂを
通され出力された信号を第７図に示す。

次に、前記ゲート(A)４２ａ，(B)４２ｂより出力
された信号は、第６図で示すデイジタルメモリ回
路(A)４３ａ、デイジタルメモリ回路(B)４３ｂに入
力される。前記したそれぞれのデイジタルメモリ
回路に入力された信号は、第６図で示す除算器４
４に入力され、４３ａの出力と４３ｂの出力の比
が演算される。前記除算器４４では、第７図に示
されるようなデータ取り込み時間t₁，t₂，t₃，t₄
……の時間ごとに、前記デイジタルメモリ(A)４３
ａ，(B)４３ｂに入力されメモリされた信号を取り
込み、第７図で示される時間A₁／B₁，A₁／B₂，
A₂／B₂……の演算を行い（図中、太線は演算時
間を示す。）、分子／分母が１となつたときのみ、
第７図にて示されるような直流電圧5Vを出力す
るようになつている。つまり、メタルワイプが発
生すれば超音波信号は前述したように周期的に発
生するため、分子、分母の比は１：１となるゆえ
メタルワイプの有無を判定できるわけである。な
お、前述したそれぞれのデイジタルメモリ回路
は、新しい信号が入力された場合それ以前にメモ
リされていた信号をクリアし、新しい信号を取り
込むデイジタル回路である。

ここで、前記除算器４４による演算方法を理解
しやすいよう、第７図を用いて具体的に説明す
る。まず、データ取り込みの時間t₁における除算
器の演算を調べてみる。前記デイジタルメモリ回
路を介し、t₁時間に前記除算器４４に入力される
信号は、前記ゲート(A)４２ａより出力された信号
のA₁（パルス数３発）と前記ゲート(B)４２ｂより
出力された信号のB₁（パルス数１発）であり、
A₁／B₁は１とならないため、前記除算器４４か
ら信号は出力されない。t₂時間についても同様に
A₁／B₂は１とはならないため、前記除算器４４
からの信号出力はない。

次にt₃時間について調べてみると、t₃時間はメ
タルワイプが発生しはじめた時間である。t₃時間
内に前記デイジタルメモリ回路を介し、前記除算
器４４に入力される信号は、前記ゲート(A)４２ａ
より出力された信号のA₂（パルス数５発）と前記
ゲート(B)４２ｂより出力された信号のB₂（パルス
数５発）であり、A₂／B₂は１となるゆえ、前記
除算器４４からは5Vの直流電圧が出力される。
なお、実際には、分子と分母の比は計測上の誤差
等から数学的に１：１とスツキリした値となるこ
とは少いゆえ、前記除算器４４の演算には分子／
分母＝１±αとしてαだけ誤差があつても出力電
圧を発生させるようにしてある。

前述した除算方法は、デイジタル方式である
が、前記比較回路２８より出力された信号をアナ
ログに変換し、除算を行つてもデイジタル方式と
同様の結果が得られることはもちろんである。

次に、前記除算器４４からの信号は第６図にて
示されるAND回路４５に入力され、第７図の比
較回路出力波形とのANDが取られ、第７図にて
示されるようなAND回路出力波形が得られる。
メタルワイプの発生がなければ、前記除算器４４
からの出力がないため、AND出力は取れず、パ
ルス発生しないことはもちろんである。

以上、メタルワイプ判定回路を具体的に述べた
が、計測に際し、アコーステイツク・エミツシヨ
ン（Acoustic・Emission）信号やラビング異常
音信号等も前述した計測系にて受信する可能性が
あるため、メタルワイプによる超音波信号と区別
する必要がある。

しかし、幸いなことにAcoustic・Emission信
号は周期的に発生することはほとんどないため、
前述したメタルワイプ判定回路にてカツトされて
しまう。また、ラビング信号は、１回転に１発と
いう周期で発生するのが常であるが、ターニング
運転は2rpm程度の回転数であるため、発生して
も周期が非常に長く、メタルワイプにて発生する
超音波信号の周期とは格段の差があるため、
Acoustic・Emission信号と同様、メタルワイプ
判定回路にてカツトされてしまう。

第８図に本考案の応用例である軸受異常診断装
置を示す。

ジヤーナル５０をささえる軸受５１のメタルも
しくは軸受外表面上のメタルワイプによつて生じ
る超音波信号を検知出来得る箇所に音響検知素子
５２（例えば圧電セラミツク素子を用いたもの）
を圧着または接着により設置し、前記音響検知素
子５２にて得られた信号をターニング判定回路５
３に入力する。前記ターニング判定回路５３では
回転数を取り込み、ターニングであるのか運転状
態であるのかを判定し、ターニングのときのみ、
前記音響検知素子５２からの出力信号をプリアン
プ５４に入力する。

前記プリアンプ５４にて増幅された信号はフイ
ルタ５５に通され、ノイズを除去される。さらに
ノイズを除去した信号をメインアンプ５６にて増
幅し、その信号を検波回路５７にて検波し、次に
比較回路５８にて第４図に示した超音波信号１発
に対し、１パルスの信号を出力する。次に、パル
ス化された信号をマイクロコンピユータ５９に入
力し、前述した同期性判定回路と同様にマイクロ
コンピユータにてパルス信号の周期性を判定し、
メタルワイプの発生の有無、メタルワイプ発生時
間及びメタルワイプ進展状況等を演算し、その結
果をCRTデイスプレイ６０にて表示する。

〔考案の効果〕

以上、説明したように本考案によれば、軸受メ
タルワイプの発生を早期に検知できるばかりか、
メタルワイプの進展状況も知ることができ、また
Acoustic・Emission信号やラビング信号のよう
なメタルワイプとは異種の信号とも区別できるこ
となどより、軸受異常検出のオンラインモニター
として利用でき、工業上極めて有効であるという
顕著な効果がある。

さらに、上記軸受異常診断装置を用いれば、
CRTデイスプレイ面上にメタルワイプの有無を
知らせるばかりか、たとえ作業者がメタルワイプ
の初期を見のがしたとしても、メタルワイプの発
生時間をCRTデイスプレイ面上に表示できるた
め、作業者はメタルワイプ発生時間を知り得るこ
とができる。また、CRTデイスプレイ面上にメ
タルワイプ進展状況をグラフ等を表示するため、
作業者はメタルワイプの進展状況が一目でわかる
という利点があり、軸受異常オンラインモニタと
して極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は軸受の簡略化した断面構造と軸受メタ
ル温度、排油温度測定における各熱電対の設置箇
所を示す図である。第２図はメタルワイプ発生前
後におけるバビツト温度、排油温度及び超音波信
号出力のカウント数を示すグラフである。第３図
には第２図で示されたデータを取得した際の各検
出器の設置箇所と計測方法を示す。第４図にはメ
タルワイプによつて発生する超音波信号の出力波
形を示す図である。第５図は本考案の軸受異常診
断装置のブロツク図である。第６図は周期性判定
回路の具体的な構成を示すブロツク図。第７図は
周期性判定回路の動作を説明するための波形図で
ある。第８図は本考案の応用例である軸受異常診
断装置を示す図である。２０……ジヤーナル、２１……軸受、２２……
音響検知素子、２３……ターニング判定回路、２
４……プリアンプ、２５……フイルタ、２６……
メインアンプ、２７……検波回路、２８……比較
回路、２９……周期性判定回路、３０……カウン
タ、３１……メタルワイプ表示器。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

回転機械に使用されるすべり軸受において、軸
受メタルもしくは軸受外表面上のメタルワイプに
よつて生じる超音波信号を検知出来る箇所に設置
された音響検知素子と、前記音響検知素子の出力
信号が設定されたしきい値を越えたときパルス信
号を出力する手段と、該パルス信号を一定周期毎
に計数する手段と、該計数値を入力し、前回の周
期の計数値と今回の周期の計数値との比を求める
手段とを備え、該計数値との比を用いてメタルワ
イプの発生を検知することを特徴とする軸受異常
診断装置。