IM // 事例に基づいた状態監視 音 振動センサ 計測器 分析器 評価診断 信号処理技術のノウハウ 検出技術 計測技術 信号処理技術 情報処理技術 状態監視技術は, これら各技術の総合したものであり IM 技研 各技術の積で結果が求まる. 何れかの技術が乏しいと期待する結果が得られない. 異常モータの事例 V V H H 67 台中 97 台発見 測定個所と測定方向, V, H,, V, H 97 -- %, V,, V 78 9 8%, V, V 6 66% V, V 6% H, H 6%
障発見率(% )測定点の数故変位は鉛直方向, 水平方向, 軸方向の並進振動で 次元振動 回転軸に対して垂直方向と水平方向の 次元測定で十分 "Using Transducers for Machinery Fault etection", ert Lundgard, LI Engineering, published in Sensors magazine, November, 988, by Helmers Publishing Inc., Peterborough, NH. y 軸 x 軸 ISO799-
タンジェシャル振動 振動速度は剛体振動で, 鉛直 vertical 鉛直方向 radial 半径方向, 押し当て方向 horizontal 水平方向 tangential 正接 tangent 方向 axial 軸方向 axial 軸方向 鉛直方向, 水平方向, 軸方向と鉛直軸の回転, 水平軸の回転, 軸方向の回転の 6 次元 水平 軸 タンジェシャル振動 回転機械の振動測定は, 鉛直方向, 水平方向, 軸方向の並進 次元と軸方向の回転の 次元 加速度 水平 水平 鉛直 加速度 振動加速度は弾性波振動で 次元 鉛直 軸 同じ感度の加速度センサーを並列に接続する. 赤の上下方向の振動は打ち消し合う. 青の正接方向の振動は二倍になる. +
タンジェシャル振動 配管は, 鉛直方向, 水平方向, の並進 次元と配管の回転の 次元 鉛直 鉛直 水平 水平 vertical 鉛直方向 radial 半径方向, 押し当て方向 horizontal 水平方向 tangential 正接 tangent 方向 axial 軸方向 axial 軸方向 音 振動センサ 計測器 分析器 評価診断 電動機 カップリング 検出技術 計測技術 信号処理技術 情報処理技術 フーリエ (Fourier) 解析ヒルベルト (Hilbert) 変換ケプストル (epstrum) 解析フルスペクトル (Full spectrum) 解析ウェーブレット (Wavelet) 解析 フーリエスペクトルの加工処理振幅確率密度関数の加工処理 破損箇所軸受が多い SKF 設計寿命 / 保全とは回転体軸受の寿命延長
() 構造系異常 Fr Fa Fr Fa..8.6. /8 L = P P=Fr+Fa : : L :. /7
倍 / 倍 / 倍 / 倍 / 円周方向 (α) 偏心量 面方向 (β) 偏角量 単位 :mm 回転数新設修理新設修理,8 以下....,8 ~,6 rpm...... (μ),6 ~ 9, rpm.... 9, ~, rpm.. アンバランス力 ( 遠心力 ) モータ ゆるみは軸受の過剰負荷の原因増す締めは重要な作業 アンバランス力 (F)= 質量 (Δm)x 回転半径 (r) ω 不つり合い (U) アンバランス力 (F)= 不つり合い (U) ω ω F 作用する力の方向 不つり合い (U)= 質量 ( m)x 回転半径 (r) 不つり合い (U)= 総質量 (m)x 偏芯量 (e) r Δm ゆるみだけでは振動しないガタはゆるみ + アンバランスなど
アンバランスと軸受寿命 アンバランスと軸受寿命 H L + 6.77 = 6667 MVF RPM ここで : H = 転がり軸受の寿命 ( 時間 ) = 軸受の基本動定格荷重 ( ポンド )( 製造メーカーの仕様 ) L = 軸受に掛かる負荷 ( ポンド ) M = 振動に対抗する質量の重さ ( ポンド ) V = 測定された振動速度 ( インチ /s) F = 振動周波数 (PM か RPM) alancing, Identification and orrection Lance isinger : omputational Systems Incorporated Knoxville, TN 79 H L +.6 = 77.78 MVF F ここで : H = 転がり軸受の寿命 ( 時間 ) = 軸受の基本動定格荷重 (kg)( 製造メーカーの仕様 ) L = 軸受に掛かる負荷 (kg) M = 振動に対抗する質量の重さ (kg) V = 測定された振動速度 (mm/s) F = 振動周波数 () ISO86- の判定基準振動速度 mm/s (rms) 区分境界の値 (mm/s) クラス Ⅰ クラス Ⅱ クラス Ⅲ クラス Ⅳ 8 8. 7...8.8..7..8 アンバランスと軸受寿命の例 = 軸受の基本動定格荷重 L = 軸受に掛かる負荷 M = 振動に対抗する質量の重さ F = 振動周波数 振動速度値軸受寿命 ( 年 ) 軸8. mm/s.88. mm/s.7 7. mm/s.8. mm/s 8.6. mm/s..8 mm/s..8 mm/s 6.. mm/s 6.9.7 mm/s 7., kg kg 6, kg 受寿命(年)振動速度 (mm/s)
S.J.Shuey 人の指先の振動感度 Power Engineering 誌 97 年 月 構造系異常の絶対判定 (Peak to Peak : ) 7 6 (rpm) S.J.Shuey 人の指先の振動感度 --- = m/s ( ) r T..Rathbone チャート Power Plant Engineering 誌 99 年 月 (Peak to Peak:μ) 9rpm=.9 =μm ( ) V=mm/s ( ) =.m/s ( ) --- = mm/s ( ) r (Peak to Peak: ) --- --- 区分おおむね d 間隔 ----- r. 6 6 (rpm) 6 6 6 (rpm)
IR 一般機械用振動許容チャート (Peak to Peak: ) 6.mm/s 8.mm/s.mm/s.mm/s.mm/s.mm/s.mm/s.mm/s. (rpm) 測定値が振動速度 区分 6d 間隔 M.P.lake 振動新基準チャート つり上げられた状態のスティックシャフト型遠心分離機 多段渦巻ポンプ 特性不明な種々の装置.6 タービン タービン発電機 回転型圧縮機 単段渦巻ポンプ 電動機 送風機一般的な化学装置用機器 ( 重要度の低いもの ). シャフトサスペンド型遠心分離器. リンクサスペンド型遠心分離器 (Peak to Peak : ) mm/s.mm/s.mm/s mm/s m/s mm/s mm/s m/s.m/s 8 (rpm) ISO7 の判定基準振動速度 mm/s (rms) ISO86- の判定基準振動速度 mm/s (rms) 区分境界の値 (mm/s) 8 8. 7...8.8..7..8 97 年 クラス Ⅰ クラス Ⅱ クラス Ⅲ クラス Ⅳ クラス Ⅰ: kw クラス Ⅱ: kw 7kWkW クラス Ⅲ: クラス Ⅳ: 8 8.7. 9. 7...8.8..7..8 Zone boundary /.7 to. Range of typical zone boundary values r.m.s. vibration velocity (mm/s) Zone boundary /.8 to 9. Zone boundary /. to.7 9
フーリエスペクトルの加工処理.8.6..8.6... 対象 アンバランスミスアライメント緩み, ガタ.8.6.. No. kw 8rpm 9.mm/s No. 7rpm.mm/s.8.6.. No. kw 6rpm 7mm/s No. rpm.9mm/s.8.6...8.6 No.6 kw 6rpm.7mm/s.6........ No.7 9kW 6rpm.7mm/s a ( f ) ps = p i p ( ) ( fi ) f s = f sd i : a ps...... No. kw 6rpm 9.9mm/s.. No..kW 6rpm.mm/s sd ( f ) + s( f ) + s( f ) + s( nf ) f = s + r r r r
.8.6. 6rpm 9kW. Vrms(mm/s).8.6...6.7.8.9 故障スペクトルの占有度.6.8.6.. Vrms(mm/s)..... Vrms(mm/s) (.kw, 6rpm).6.7.8.9 故障スペクトルの占有度 v rms :7.8mm/s f sd :.997 (9kW, 6rpm).6.7.8.9 故障スペクトルの占有度 v rms :.7mm/s f sd :.9
...... (kw, 8rpm) Vrms(mm/s).6.7.8.9 故障スペクトルの占有度 v rms :6.mm/s f sd :.98...6.7.8.9 (kw, 8rpm) v rms :.mm/s f sd :.88 Vrms(mm/s) 故障スペクトルの占有度 v rms ( )... Vrms(mm/s).8.6.. Vrms(mm/s).6.7.8.9 故障スペクトルの占有度 (kw, 7rpm) v rms :8.mm/s f sd :..6.7.8.9 故障スペクトルの占有度 (kw, 6rpm) v rms :.mm/s f sd :.99
().8 振幅確率密度関数の加工処理.6.. Vrms(mm/s) 対象.6.7.8.9 故障スペクトルの占有度 (8rpm) v rms :.6mm/s f sd :.99 転がり軸受 HF,gSE とは HF : High frequency demodulation HFは, この波形のオーバーオール値 Hilbert 変換またはエンベロープ波形 gseは, この波形のオーバーオール値 IR 社外輪欠陥のある振動加速度波形振動加速度のp-p 値の波形 回転数 (N : rpm) 回転数 988rpm X d 転がり軸受の判定基準の例 7 = 危険 :m/s 7 N 判定基準 (m/s (rms)) 危険 注意 6.6. 6.6... 注意 :m/s X =. c X d 7 7 軸径 ( : mm) 軸径 mm
N 値と振動加速度の関係 (m/s ) m/s. N () 出典 : 昭和エンジニアリング 消費電力 (kw) 出典 : 昭和エンジニアリング σ - - - - - - - - - - 6 7 8 9...6 σ - - - - - - - - - - 6 8...8.
p ( x) ϕ( x) = + r( x) Gram-harlier ( ( ) ) c ( ( ) ) c ( ( ) ) c ( ( ) ) c ( px = c x + x + x + ( x) + ) ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ( x) +!!!! p c c = s = s c = s +s c s s = + Gram-harlier 6 6 c! c! ϕ( x) = e x 6 ( x) = ( x) H ( x) ϕ( x) + H ( x) ϕ( x) H ( x) ϕ( x) + H ( x) ϕ( x) c! c 6! ϕ 6 H n : p ( x) ( x) ( x x) ϕ( x) ( s ) ( x 6x + ) ϕ( ) + s = ϕ + x!! x i σ s s = = n x i i = n x i i= 歪み度 (Skewness) 尖り度 (Kurtosis) 摩耗系劣化パラメータとして極めて有効 Southampton R.M.Steward Gram-harlier
68.% eq - 6 8-68.% - 6 8 8 6 Equivalent rms σ eq 正常時の実効値に等価 σ eq 68 6 8
現在の実効値 - 正常時の実効値 - - - - - - - - - 6 8.. Sigra Kurtosis c = σ x i β = σ σ eq x i c = β = σ σ eq. 8 6 - - -6-8 - 6 7 8 9 6rpm 8 6 - - -6-8 - rpm 6 7 8 9 8 6 - - -6-8 - 6 7 8 9 rpm - - - - - 6 8 6rpm - - - - 6 7 8 9 rpm - - - - 6 7 8 9 rpm
β 傷付 σ β = σ eq β β 正常 6rpm rpm rpm > β > β β 正常 傷付 x i β = σ eq 6 > β β 6 6 > β β 6 6rpm rpm rpm N β β m/s 8 m/s 8 6 N() β 6 消費電力 (kw) β N() (kw)
大野耐一 ( トヨタ自動車 ) が提唱した なぜ なぜ 五回運動 たとえば 機械が動かなくなった場合を考えてみる () なぜ機械がとまったか? オーバーロードがかり ヒューズが切れたからだ () なぜオーバーロードがかかったのか? 軸受部の潤滑が十分ではないからだ () なぜ十分に潤滑しないのか? 潤滑ポンプが十分くみ上げていないからだ () なぜ十分くみ上げないのか? ポンプの軸が摩耗してガタガタになっているからだ () なぜ摩耗したのか? ストレーナー ( 濾過器 ) がついていないので 切粉が入ったからだ スペクトル f r 軸方向 f r f r 斜めはめ込み軸受 ocked earing 位相 : /6π(rad) : /6π(rad) : 8/6π(rad) : /6π(rad) 以上の五回の なぜ を繰り返すことによって 真の原因を発見し 改善することができるようになる なぜ の追求の仕方が足りないと 単なるヒューズやポンプの軸の取替えで終わってしまい 数ヵ月後には同じトラブルが再発することになる バーチャル コーポレーション ( 徳間書店 ) William H.avidow & Michael S.Malone 軸に斜めに取り付けられた転がり軸受は, かなり大きい軸方向の振動を発生させる. 軸受の上下間および左右間で位相が8 異なるひねり運動が起こり, この振動は軸受箱で軸方向の振動として測定される. 通常のカップリングで軸心調整をしたり, 回転体のつり合せを試みてもこの問題を解決できない. 異常に取り付けられた軸受を外し, 正しく取り付け直さなければならない. 内輪表面と外輪表面が平行であるとき軸受は心出しされていると看做される.
Rr Rr Rd Rd Rr Rr Rd Rd