(57)【要約】【課題】稼動中の汚泥かき寄せ機に対しても適用でき、装置の故障等による誤検知の少ない汚泥かき寄せ機の異常診断方法を提供する。【解決手段】本発明に係る汚泥かき寄せ機の異常診断方法は、スプロケット４７に巻き回され駆動装置４３によって周回する無端チェーン４５に所定の間隔で取り付けられたフライト４９を移動させて沈殿池５１内に沈殿した汚泥を連続的にかき寄せる汚泥かき寄せ機４１の異常を診断する方法であって、沈殿池５１の外に設置された駆動装置４３の駆動軸近傍に取り付けられた振動センサ１から振動波形を取得して、該振動波形からピーク値とrms値を取得し、ピーク値とrms値の比である波高率を求め、該波高率に基づいて異常の有無を判定することを特徴とするものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スプロケットに巻き回され駆動装置によって周回する無端チェーンに所定の間隔で取り付けられたフライトを移動させて沈殿池内に沈殿した汚泥を連続的にかき寄せる汚泥かき寄せ機の異常を診断する方法であって、
前記沈殿池の外に設置された前記駆動装置の駆動軸近傍に取り付けられた振動センサから振動波形を取得して、該振動波形からピーク値とrms値を取得し、ピーク値とrms値の比である波高率を求め、該波高率に基づいて異常の有無を判定することを特徴とする汚泥かき寄せ機の異常診断方法。
【請求項２】
前記ピーク値に周期性があるかどうかを判定し、周期性がある場合にはチェーンとスプロケットの噛み合い周期と前記ピーク値の周期との関係を求め、該関係に基づいて異常がスプロケットにあるかどうかを判定することを特徴とする請求項１記載の汚泥かき寄せ機の異常診断方法。
【請求項３】
前記駆動装置のモータの電源ケーブルに取り付けたセンサから電流波形を取得して、該電流波形の側帯波レベルに基づいて異常の有無を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の汚泥かき寄せ機の異常診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水処理場等で使用される２連以上の無端チェーンによって掻寄板（フライト）を移動させて汚泥のかき寄せを行う汚泥かき寄せ機の異常を診断する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚泥かき寄せ機４１は、図９に示すように、駆動装置４３、無端チェーン４５、スプロケット４７及びフライト４９等から構成され、無端チェーン４５に一定間隔でフライト４９を取り付け、これを駆動軸及び従動軸スプロケットを介して駆動し、沈殿池５１のレール面に接してフライト４９を移動させ、沈殿池５１内に沈殿した汚泥を連続的に汚泥ホッパ内にかき寄せる装置である。
図９に示した汚泥かき寄せ機４１においては、５箇所にスプロケット４７が設けられており、それぞれ、駆動装置スプロケット５３、駆動軸駆動スプロケット５４（従動軸従動スプロケット５５と同軸で外径が一回り大きいもの）及び駆動軸従動スプロケット５５、５７、５９、６１である。
【０００３】
このような汚泥かき寄せ機４１における異常現象としては、無端チェーン４５の伸び、スプロケット４７及びフライト４９の摩耗等が挙げられる。
無端チェーン４５とスプロケット４７は、図１０に示すように噛み合っており、図１１に示すように、スプロケット４７の歯６３の根元に腐食摩耗（図中斜線を付した部位）が発生することがある。
【０００４】
しかしながら、駆動装置４３の回転数は、例えば約0.4rpmと非常に低回転数であり、フライト４９の走行速度は、例えば0.3m/分と非常にゆっくりと走行して汚泥をかき寄せる装置であり、また装置の殆どの部分が水中部にあるため、沈澱池５１の外から五感で異常を検知することが困難である。
【０００５】
そのため、汚泥かき寄せ機４１の異常の有無を点検する一般的な方法は、沈殿池５１内の水抜きを行い、駆動系を露出させ、高圧洗浄水により、槽内洗浄、駆動系の洗浄を行った後、作業員が沈殿池の底に降りて各部の点検を行い、点検後に復旧作業を行うというものである。
しかしながら、沈殿池５１は10m以上の深さとなる場合があり、水抜きに長時間を要すると共に危険作業を伴い、点検作業そのものに多大な手間とコストがかかるとともに、点検対象の沈殿池５１への汚水の流入を停止するため、汚水処理性能が低下する。
【０００６】
そこで、このような汚泥かき寄せ機４１の異常をより簡易に検知することが望まれており、例えば特許文献１の「汚泥掻寄機のチェーン等の異常検出方法」や、特許文献２の「チェーンフライト式汚泥掻寄機」が提案されている。
【０００７】
特許文献１のものは、「前記無端チェンの周囲に、超音波を発射しその反射信号を受信する検出手段を配置し、前後検出手段から出力された測定値を基準値と比較することにより前記無端チェン又は前記フライトの異常の有無を判別し、その画像情報を画面に表示することを特徴とするものである。」（請求項１参照）
【０００８】
また、特許文献２のものは、「一対のチェーンが掛け回される対向する従動スプロケットの同位置に設けられた検知部と、前記検知部を検知して信号を発信する検知手段とが設けられ、前記検知手段には、前記信号を取得して、当該信号の発信に時間差が生じた場合に汚泥掻寄機を停止させる制御部が接続されて成ることを特徴とするものである。」（請求項１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−１２２４０４号公報
【特許文献２】特開２００５−１３８０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の特許文献１、２に開示されたものは、いずれも異常発生が予想される箇所にセンサ等を設置して、該センサによって異常を検知しようとするものである。
そのため、水中にあるスプロケット等にセンサ等を設置する必要があり、現在稼働中のものの異常を検知することはできないという問題がある。
また、仮に点検時等にセンサ等を所定の箇所に取り付けることができたとしても、センサ等が汚水中に設置されているためセンサ自体の故障もあり、該故障による誤検知の可能性があるという問題がある。
【００１１】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、稼動中の汚泥かき寄せ機に対しても適用でき、装置の故障等による誤検知の少ない汚泥かき寄せ機の異常診断方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者は、従来例のように水中にあるスプロケット４７等にセンサ等を取り付けることなく異常を検知できる方法について鋭意検討し、汚泥かき寄せ機４１の特殊性に着目した。
つまり、上述したように汚泥かき寄せ機４１は、ポンプやブロワ等高速回転機械と比べて非常に低速回転でゆっくりと動く装置であるため、正常時には殆ど振動や異音等発生しない。
しかし、図１１に示すようにスプロケット４７が摩耗したり、無端チェーン４５が伸びたりすると、無端チェーン４５とスプロケット４７の噛み合いピッチにずれ・すべり等が生じ、その際に強い衝撃性の振動が発生すると考えられる。このような振動は、水中で発生するため、沈澱池５１外において五感で捉えることはできない。
しかし、汚泥かき寄せ機４１は、無端チェーン４５が所定の張力で張られているため、上記の振動は無端チェーン４５を介して地上の駆動装置４３に伝わってくると考えられ、これを振動センサで捉えることで異常を検知できるのではないかとの知見を得た。
本発明はかかる知見に基づくものであり、具体的には以下の構成からなるものである。
【００１３】
（１）本発明に係る汚泥かき寄せ機の異常診断方法は、スプロケットに巻き回され駆動装置によって周回する無端チェーンに所定の間隔で取り付けられたフライトを移動させて沈殿池内に沈殿した汚泥を連続的にかき寄せる汚泥かき寄せ機の異常を診断する方法であって、
前記沈殿池の外に設置された前記駆動装置の駆動軸近傍に取り付けられた振動センサから振動波形を取得して、該振動波形からピーク値とrms値を取得し、ピーク値とrms値の比である波高率を求め、該波高率に基づいて異常の有無を判定することを特徴とするものである。
【００１４】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記ピーク値に周期性があるかどうかを判定し、周期性がある場合にはチェーンとスプロケットの噛み合い周期と前記ピーク値の周期との関係を求め、該関係に基づいて異常がスプロケットにあるかどうかを判定することを特徴とするものである。
【００１５】
（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記駆動装置のモータの電源ケーブルに取り付けたセンサから電流波形を取得して、該電流波形の側帯波レベルに基づいて異常の有無を判定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、沈殿池の外に設置された駆動装置の駆動軸近傍に取り付けられた振動センサから振動波形を取得して、該振動波形からピーク値とrms値を取得し、ピーク値とrms値の比である波高率を求め、該波高率に基づいて異常の有無を判定するようにしたので、稼動中の汚泥かき寄せ機に対しても適用でき、故障等による誤検知の少ない異常診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る汚泥かき寄せ機の異常診断方法に用いる機器の説明図である。
【図２】実施の形態に係る汚泥かき寄せ機の異常診断方法によって得られた波高率をグラフ表示した図である。
【図３】実施の形態に係る汚泥かき寄せ機の異常診断方法によって得られた振動波形の一例であり、振動波形に加えて周波数分析波形を示している（その１）。
【図４】実施の形態に係る汚泥かき寄せ機の異常診断方法によって得られた振動波形の一例であり、振動波形に加えて周波数分析波形を示している（その２）。
【図５】図４の振動波形にエンベロープ処理を行った波形である。
【図６】実施の形態に係る汚泥かき寄せ機の異常診断方法によって得られた電流波形の一例である。
【図７】電流波形を用いる理由を説明する説明図である（その１）。
【図８】電流波形を用いる理由を説明する説明図である（その２）。
【図９】一般的な汚泥かき寄せ機の全体構造を説明する説明図である。
【図１０】図９に示した汚泥かき寄せ機の構造の一部を説明する説明図である。
【図１１】図９に示した汚泥かき寄せ機の異常現象の一態様の説明図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施の形態に係る汚泥かき寄せ機の異常診断方法（以下、単に「異常診断方法」という）は、沈殿池５１の外に設置された駆動装置４３の駆動軸近傍、具体的にはモータの出力軸の近傍（図１のＰで示した位置）に取り付けられた振動センサ１（図１参照）から振動波形を取得して、振動診断装置３において振動波形からピーク値とrms値を取得し、ピーク値とrms値の比である波高率を求め、該波高率に基づいて異常の有無を判定することを特徴とするものである。
また、本実施の形態では、駆動装置４３のモータの電源ケーブル（図示なし）に取り付けたセンサから電流波形を取得して、該電流波形の側帯波レベルが予め定めた規定値を越えている場合に、上記の波高率の結果に合わせて診断に用いるようにしている。
【００１９】
本実施の形態では、異常診断に使用する機器の例として、駆動装置４３の駆動軸の近傍に設置する振動センサ１を有する振動センサユニット５、電源ケーブルに取り付けるセンサとしてのクランプセンサ（図示なし）、および振動センサユニット５で取得した振動波形、及びクランプセンサで取得した電流波形を入力して異常診断する振動診断装置３がある。
まず、使用する機器について図１に基づいて概説し、その後で異常診断方法を説明する。なお、図１において、汚泥かき寄せ機４１の各部位を示す符号は図９と同一の符号を付してある。
【００２０】
＜振動センサユニット＞
振動センサユニット５は、図１に示すように、圧電素子９と圧電素子９を測定箇所に設置するためのマグネット７とからなる振動センサ１と、センサ部９から出力された信号を増幅するアンプ１１と、アンプ１１によって増幅された振動をデジタル信号に変換するＡ/Ｄ変換器１３とを備えている。
振動センサユニット５で取得した振動波形はケーブル１５を介して振動診断装置３に送信される。
【００２１】
本実施の形態においては、振動センサユニット５を１個使用する例を示しているが、本発明においては、振動センサユニット５の数は１個に限定されるものではなく、複数個使用するものを排除していない。
【００２２】
＜クランプセンサ＞
クランプセンサは、電気室内において診断対象としている駆動装置４３のモータの３相電源ケーブル（Ｕ，Ｖ，Ｗ相のいずれか）に取り付けられて、電流波形データを採取する。
【００２３】
＜振動診断装置＞
振動診断装置３は、携帯型のＰＣに搭載される機器及びプログラムによって構成されている。
振動診断装置３は、図１に示すように、振動波形データ記憶手段１７と、電流波形データ記憶手段１９と、振動レベル算出手段２１と、波高率算出手段２３と、周期性解析手段２５と、周波数解析手段２７と、電流波形解析手段２９と、入力手段３１と、表示手段３３とを備えている。
以下、各手段について詳細に説明する。
【００２４】
《振動波形データ記憶手段》
振動波形データ記憶手段１７は、振動センサユニット５から送信される信号を入力して振動波形データに対して適切なフィルター処理を行って記憶する。
なお、振動波形データの取得時間は予め決められた所定の時間とする。
【００２５】
《電流波形データ記憶手段》
電流波形データ記憶手段１９は、クランプセンサから送信される電流波形データを記憶する。
【００２６】
《振動レベル算出手段》
振動レベル算出手段２１は、振動波形データに基づいて振動レベル、例えばピーク値、rms値を算出する。
【００２７】
《波高率算出手段》
波高率算出手段２３は、振動レベル算出手段２１で算出されたピーク値とrms値に基づいて、ピーク値とrms値の比である波高率を求める。
汚泥かき寄せ機４１は、出力軸回転数が約0.4rpmと超低速回転であるから、発生振動そのものが小さな値となるため、ブロワ・ポンプのような判定基準値を用いた絶対値評価は困難である。
しかし、低速回転機械の場合の一般特性として、異常発生時にはrms値に対して比較的大きなピーク振動を発生する特徴がある。この特性を数値化したものに波高率がある。波高率とは、ピーク値との比の値であり下式（１）によって求められる。
波高率＝ピーク値／rms値・・・（１）
波高率は、波形の衝撃性の強さを表すパラメータで、波形中に大きなピーク振動がより多く含まれているほど、波高率は大きな値となる。
【００２８】
ある下水処理場において現在稼動中の２９台の汚泥かき寄せ機４１について取得した波高率を整理したものを図２に示す。図２において、縦軸が波高率であり、横軸は診断対象とした汚泥かき寄せ機４１の番号である。
この例では、No.17とNo.18の波高率が他に比べて高くなっている。したがって、No.17とNo.18の汚泥かき寄せ機にはピーク振動が発生していたことが窺える。
【００２９】
《周期性解析手段》
周期性解析手段２５は、振動波形データに基づいて振動波形の周期性を解析する。
図３は解析結果の一例を示すものであり、図３（ａ）がNo.18の振動波形であり、図３（ｂ）がNo.19の振動波形である。両者を比較すると分かるように、図３（ａ）のNo.18では、周期的なピーク振動が見られる。
【００３０】
周期性解析手段２５の他の解析例を図４に示す。図４（ａ）がNo.9の振動波形であり、図４（ｂ）がNo.11の振動波形である。両者を比較すると分かるように、図４（ｂ）のNo.11では、周期的なピーク振動が見られる。図４（ｂ）の振動波形にエンベロープ処理を行った波形を図５に示す。図５に示すように、約26秒（ｓ）の周期で衝撃振動が発生していることが分かる。このような周期性の衝撃振動を検知できたことで、後述するように異常診断に有効に利用できる。
【００３１】
《周波数解析手段》
周波数解析手段２７は、振動波形データに基づいて振動波形の周波数を解析する。これによって、ピーク振動が発生した場合の周波数帯域を知ることができる。
【００３２】
《電流波形解析手段》
電流波形解析手段２９は、電流波形データに基づいて電流波形の解析を行って異常の有無を解析する。
２９台の汚泥かき寄せ機４１の電流測定の結果、No.18のモータ回転周波数成分（fL±fr）の側帯波レベルが大きい傾向にあった。（fL＝50Hz（電源周波数）、fr＝24.7Hz（モータ回転周波数）
図６（ａ）に解析結果である電流波形を示す。なお、比較のために側帯波レベルがさほど大きくないNo.19のものについても図６（ｂ）に併せて示している。
【００３３】
無端チェーン４５、スプロケット４７が摩耗してくると、無端チェーン４５を駆動する駆動装置３４（モータ）にも負荷の影響が出てくると考えられ、上記のような駆動装置側帯波成分の増加の傾向がみられる。したがって、駆動装置側帯波成分の増加の有無を検知することは汚泥かき寄せ機の異常診断には有効である。
【００３４】
駆動装置側帯波成分について概説すると、図７は電流波形を模式的に示したものであり、図７（ａ）が正常時の電流波形であり、図７（ｂ）が異常時の電流波形を示している。異常時には電流波形が変調し、この波形の変調は、図８の破線の楕円で囲んで示すように、側帯波成分として現れる。したがって、側帯波成分の有無を検知することで、電流波形の変調の有無を検知できる。
【００３５】
《入力手段》
入力手段３１は、作業者が作業指示のための情報等を入力するためのものであり、一般的にはキーボードによって構成される。
【００３６】
《表示手段》
表示手段３３は、解析結果などを表示するものであり、一般的にはＰＣのモニタによって構成され、上述した波高率のグラフ、振動波形、電流波形等を表示して作業者が異常診断を行うのに資する。
【００３７】
＜異常診断方法＞
上記のような装置を用いた汚泥かき寄せ機の異常診断方法について以下説明する。
まず、地上の駆動装置４３の軸受部近傍に振動センサ１を設置して、振動加速度波形を一定時間採取し、採取した加速度波形を振動診断装置３に転送するために、振動センサユニット５の内部にてＡ／Ｄ変換を行い、加速度波形データを振動診断装置３に転送し、振動波形データ記憶手段１７によって記憶する。
また、クランプセンサから電流波形を入力して電流波形データ記憶手段１９によって記憶する。
【００３８】
本実施の形態の基本的な診断方法は、上記の記憶された振動波形データ、電流波形データに基づいて各手段によって解析を行い、その解析結果に基づいて作業者が異常の有無の診断を行う。
本実施の形態では、上述した波高率が有効であると考えから、取得された振動波形からピーク値とrms値を取得し、ピーク値とrms値の比である波高率を求め、該波高率に基づいて異常の有無を判定するというものである。
具体的には、予め設定した異常有無の波高率の閾値を決めておき、その閾値を越えたときに異常ありと判定する。あるいは、図２に示したように、複数台の汚泥かき寄せ機４１について波高率を求め、相対的に波高率が異常に高いものを異常ありと判定するようにしてもよい。
【００３９】
また、他の診断方法としては、上記の振動診断装置３の周期性解析手段２５によって取得した振動波形からピーク値に周期性があるかどうかを判定し、周期性がある場合には無端チェーン４５とスプロケット４７の噛み合い周期と前記ピーク値の周期との関係を求めて該関係に基づいて異常がスプロケット４７にあるかどうかを判定するようにしてもよい。
無端チェーン４５とスプロケット４７は、図９に示すように噛み合っており、図１０に示すように、スプロケット４７の歯６３の根元に腐食摩耗が発生することがあり、これによって周期的な衝撃振動が発生すると考えられることから、これに着目したものである。
この方法をより具体的に説明する。
【００４０】
上記の説明において、図５に示したように、No.11の汚泥かき寄せ機には約26秒（ｓ）の周期で衝撃振動が発生していることがわかる。
この衝撃振動は、無端チェーン４５とスプロケット４７の噛み合いの不具合の可能性があることから、図１に示す汚泥かき寄せ機４１の５箇所におけるスプロケット４７について噛み合い周期を調査したものが以下に示す表１である。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
表１を見ると分かるように、駆動軸従動スプロケット５５、５７、５９、６１の噛み合い周期が26.0であり、図５に示した周期と一致している。このことから、水中の駆動軸従動スプロケット５５、５７、５９、６１に摩耗が発生して噛み合いに異常が発生している可能性を伺うことができる。
このような診断結果を用いることで、点検時において、どこを集中的に点検しなければならないかが分かり有益である。
【００４３】
上記は、振動センサ１による情報に基づく異常診断であるが、これに加えて、駆動装置４３のモータの電源ケーブルに取り付けたセンサから電流波形を取得して、該電流波形の側帯波レベルが予め定めた規定値を越えている場合に異常有りと判定するようにしてもよい。
すなわち、電流波形を参照することで、振動波形で発見された異常の程度がモータの付加にどの程度影響しているかが分かり、点検開始のタイミングについての指標になる。つまり、電流波形での異常が大きい場合には、負荷が大きく、摩耗の程度が進んでいると考えられることから早期の点検が必要となる。
【００４４】
以上のように、本実施の形態の異常診断方法によれば、水中にセンサ等を設置することなく、現在稼動中の汚泥かき寄せ機４１について的確な診断をすることができる。
【００４５】
なお、上記の診断方法は、振動診断装置３によって得られるデータに基づいて作業者が個別又は総合的に判定するものであったが、以下に示すように、振動診断装置３に自動診断手段を設けることで自動診断することも可能である。
すなわち、あらかじめ想定される汚泥かき寄せ機４１の異常原因を定義しておき、異常原因毎に、異常が発生したときの振動レベル・波高率、卓越周波数成分・波形の周期性・電流の周波数などの詳細情報を異常原因分析マトリクスとして、例えば表２に示すように登録しておく。
【００４６】
【表２】
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【００４７】
振動診断装置３で得られた解析データを表２に定義した異常原因分析マトリクスと照合させて類似度演算を行って異常原因を自動診断する。そして、その結果、可能性の高い異常原因名称を画面表示するようにする。
【００４８】
具体的な自動診断方法の一例を挙げると以下の通りである。
判定基準として、以下の(i)(ii)のように定義する。
(i)表２に記載した各判定指標ａ〜ｏには予めしきい値を設定しておき、測定されたデータがしきい値を超えていた場合は条件成立（1.0）とし、しきい値未満であれば条件不成立（0.0）とする。
(ii)複数の判定指標を乗算した結果が1.0であればその異常原因の可能性があると判断する。一つでも条件不成立があればその異常原因の可能性はない、と判断する。
【００４９】
各判定指標ａ〜ｏのしきい値は、例えば以下のように設定する。
ａ〜ｃ：振動レベル判定のしきい値
予め設定した測定点の振動レベルが設定値以上であればa〜ｃ＝1.0、
正常値であればa〜ｃ＝0.0
ｄ〜ｆ：波高率判定のしきい値
予め設定した測定点の波高率が設定値以上であればd〜ｆ＝1.0、
設定値以下であればd〜ｆ＝0.0
ｇ〜ｉ：周期性解析のしきい値
予め設定した周期範囲と測定点の周期が一致していればg〜ｉ＝1.0、
一致していなければｇ〜ｉ＝0.0
ｊ〜ｌ：周波数解析のしきい値
予め設定した周波数範囲に一致した周波数成分が設定値以上含まれていれば
j〜ｌ＝1.0、
設定値以下であればj〜ｌ＝0.0
ｍ〜ｏ：電流の周波数解析のしきい値
予め設定した周波数範囲に一致した周波数成分が設定値以上含まれていれば
m〜ｏ＝1.0、
設定値以下であればm〜ｏ＝0.0
【００５０】
上記の条件を前提として、例えばａ×d×g×ｊ×m＝1.0×1.0×1.0×1.0×1.0＝1.0となった場合には、チェーン摩耗ありと判定する。
【符号の説明】
【００５１】
１  振動センサ
３  振動診断装置
５  振動センサユニット
７  マグネット
９  センサ部
１１  アンプ
１３  Ａ/Ｄ変換器
１５  ケーブル
１７  振動波形データ記憶手段
１９  電流波形データ記憶手段
２１  振動レベル算出手段
２３  波高率算出手段
２５  周期性解析手段
２７  周波数解析手段
２９  電流波形解析手段
３１  入力手段
３３  表示手段
４１  汚泥かき寄せ機
４３  駆動装置
４５  無端チェーン
４７  スプロケット
４９  フライト
５１  沈殿池
５３  駆動装置スプロケット
５４  駆動軸駆動スプロケット
５５、５７、５９、６１  駆動軸従動スプロケット
６３  歯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2018153784.tif 000012
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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