(57)【要約】【課題】ジャーナル傷の発生による軸受損傷を未然に防止できるジャーナル傷計測診断装置を提供することである。【解決手段】回転体のロータを支持する軸受部分のジャーナルに発生する摺動傷を傷検出器１７を用いて計測するジャーナル傷計測器１２と、ジャーナル傷計測器１２の傷検出器１７をジャーナル１１のロータ軸方向に自動送りするための速度を制御する制御装置１８と、ジャーナル傷計測器１２の傷検出器１７から伝送される傷の軸方向分布情報を記録しその情報からジャーナルの状態を診断する評価装置２２とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体のロータを支持する軸受部分のジャーナルに発生する摺動傷を傷検出器を用いて計測するジャーナル傷計測器と、前記ジャーナル傷計測器の傷検出器を前記ジャーナルのロータ軸方向に自動送りするための速度を制御する制御装置と、前記ジャーナル傷計測器の傷検出器から伝送される傷の軸方向分布情報を記録しその情報からジャーナルの状態を診断する評価装置とを備えたことを特徴とするジャーナル傷計測診断装置。
【請求項２】
前記評価装置は、前記ジャーナル傷計測器で計測されたジャーナル傷深さ及び傷の幅の軸方向分布に基づいてジャーナルの軸受有効幅減少量を算出するジャーナルの軸受有効幅減少量算出手段と、前記ジャーナルの軸受有効幅減少量算出手段で算出された軸受有効幅減少量に基づいて軸受面圧を算出しその軸受面圧上昇からジャーナルの健全性を診断する診断手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のジャーナル傷計測診断装置。
【請求項３】
前記軸受有効幅減少算出手段は、ジャーナル傷深さが閾値を超えた部分の傷断面積の積算値を演算する傷断面積演算手段と、前記傷断面積演算手段で求めたジャーナル傷の断面積及び軸受とジャーナルとの間の潤滑油平均油膜厚さに基づいて軸受有効幅減少量を軸受無効幅として算出する無効軸受幅演算処理手段とを備えたことを特徴とする請求項２に記載のジャーナル傷計測診断装置。
【請求項４】
前記無効軸受幅演算処理手段は、ジャーナル傷発生の軸方向位置により軸受有効幅減少量に重み付けを行うことを特徴とする請求項３に記載のジャーナル傷計測診断装置。
【請求項５】
前記診断手段は、前記軸受有効幅減少量算出手段で算出された軸受有効幅減少量に基づいて現状の実有効軸受幅を算出する実有効軸受幅演算処理手段と、前記実有効軸受幅演算処理手段で求めた実有効軸受幅と軸受荷重とジャーナル径とから軸受面圧を算出する面圧演算処理手段と、前記面圧演算処理手段で求めた軸受面圧と評価面圧制限値とによりジャーナルの健全性を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする請求項２に記載のジャーナル傷計測診断装置。
【請求項６】
前記診断手段は、評価面圧制限値として、傷が計測されたジャーナルで運転された軸受側での損傷の有無点検結果から統計的に求められた評価面圧制限値を用いることを特徴とする請求項５に記載のジャーナル傷計測診断装置。
【請求項７】
前記評価装置は、前記ジャーナル傷計測器の傷検出器から出力されるジャーナル傷深さの検出信号波形と前記傷検出器の移動速度とからジャーナル傷の深さとジャーナル傷の幅とを検出し、ロータの軸方向のジャーナル傷の分布を記録出力することを特徴とする請求項１に記載のジャーナル傷計測診断装置。
【請求項８】
前記傷断面積演算手段は、前記傷検出器からのジャーナル傷深さの検出信号が閾値を超えた時点から閾値以下に復帰するまで傷深さ変化を時間で積分処理して傷の断面積を検出し、各々の傷毎における断面積を積算して傷の全断面積を求めることを特徴とする請求項３に記載のジャーナル傷計測診断装置。
【請求項９】
回転体のロータを支持する軸受部分のジャーナルに対してロータ軸方向にジャーナル傷計測器の傷検出器を所定の速度で自動送りし、回転体のロータのジャーナルに発生する摺動傷を計測し、前記ジャーナル傷計測器の傷検出器から伝送される傷の軸方向分布情報を記録し、その情報からジャーナルの状態を診断することを特徴とするジャーナル傷計測診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体のロータを支持する軸受部分のジャーナルの健全性を診断評価するジャーナル傷計測診断装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転体であるタービン、発電機、電動機などのロータを支持する軸受とジャーナルとの間は潤滑油による油膜形成によりロータ荷重が支持されているが、このジャーナルと軸受との間に潤滑油内夾雑物が侵入すると、ジャーナルの周方向に摺動痕が発生する。この摺動痕により発生した溝部では、軸受とジャーナルとの間の間隙が増加し油膜圧力が低下し、その部分で軸受が分割されたと同じ効果が生じる。すなわち、軸受有効幅の減少により軸受支持能力が低下する。この能力低下が軸受損傷や焼損を発生させる。
【０００３】
そこで、従来においては、軸受損傷が発生した要因調査を行う。その要因調査にてジャーナル部の肌荒れや傷が確認された場合には、軸受損傷の対策としてジャーナル部摺動面の機械加工によるジャーナル傷除去が行われている。さらに、このジャーナル傷を計測する場合にはアラルダイト樹脂でジャーナル傷を型取りし、型取りされたサンプルの表面をコントレーサで傷を測定し、人間系にて深さと幅を評価している。したがって、測定から傷判定まで日数が掛かり、また、傷を判定するのに専門の技術が必要である。
【０００４】
一方、ジャーナル軸受として、潤滑油にカーボン粒子や金属屑が混じっても、回転軸や軸受本体に傷がつかず、負荷能力の下がらないようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−４０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のものであっても、経年変化等により軸受損傷が発生することがあり、従来の軸受損傷の要因調査は、軸受損傷が発生した後に対処するものであるので、軸受損傷発生により機器の停止を余儀なくされ、その復旧のための停止期間や修繕の作業が必要となる。
【０００６】
この軸受損傷に関わる要因としては、ジャーナル傷発生による軸受支持能力の低下がある。ジャーナル傷の発生は潤滑油中の夾雑物によりもたらされるものであるが、この潤滑油中夾雑物を完全に除去し、潤滑油清浄度を保つことによりジャーナル傷の発生は回避可能であるが、保守点検の開放点検期間中もしくは潤滑油系統の点検や改造時に潤滑油に夾雑物が侵入する可能性を完全に拭い去ることはできない。また、潤滑油系統の澱み部分に滞留した異物が流出し、軸受内部に侵入する可能性も考えられる。したがって、経年的に夾雑物の軸受内部への侵入によりジャーナル部損傷は進行していく。
【０００７】
本発明の目的は、ジャーナル傷の発生による軸受損傷を未然に防止できるジャーナル傷計測診断装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係わるジャーナル傷計測診断装置は、回転体のロータを支持する軸受部分のジャーナルに発生する摺動傷を傷検出器を用いて計測するジャーナル傷計測器と、前記ジャーナル傷計測器の傷検出器を前記ジャーナルのロータ軸方向に自動送りするための速度を制御する制御装置と、前記ジャーナル傷計測器の傷検出器から伝送される傷の軸方向分布情報を記録しその情報からジャーナルの状態を診断する評価装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ジャーナル傷による軸受支持の機能低下状況の診断を行うので、ジャーナル傷の発生による軸受損傷を未然に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の実施の形態に係わるジャーナル傷計測診断装置の構成図である。ジャーナル１１上の傷深さを検出するジャーナル傷計測器１２は、ジャーナル１１上に設置するための脚部１３と、脚部１３に搭載されたセンサ移動用テーブル１４と、センサ移動用テーブル１４に案内されて移動するセンサ移動用ステージ１５と、センサ移動用ステージ１５を駆動するモータ１６と、センサ移動用ステージ１５に把持された傷検出器１７とから構成される。
【００１１】
このセンサ移動用ステージ１５は、センサ移動用テーブル１４内のモータ１６にて移動するようになっており、モータ１６は制御装置１８のテーブル移動開始指令発生手段１９からの起動指令により駆動される。すなわち、テーブル移動開始指令発生手段１９からセンサ位置制御ボックス２０を介してモータ１６に起動指令が出力される。このモータ１６の駆動により、傷検出器１７によりジャーナル１１上にあるジャーナル周方向の摺動傷の深さが軸方向に計測される。また、センサ移動用テーブル１４には、センサ位置を検出する図示省略のセンサ位置検出器が設けられており、このセンサ位置検出器により移動中のセンサ位置が検出される。
【００１２】
傷検出器１７からの信号は検出傷深さ変換器２１を介して評価装置２２を構成する軸受有効幅減少量算出手段２４内の傷深さ検出処理手段２３に伝送され、さらに、傷断面演算手段２５に入力されるとともに記憶装置２６に記憶される。また、そのときのセンサ位置は、センサ位置検出器からセンサ位置制御ボックス２０を介して制御装置１８のセンサ位置検出処理手段２７に伝送され、評価装置２２における軸受有効幅減少量算出手段２４の無効軸受幅演算処理手段３５に入力されるとともに記憶装置２６に記憶される。これにより、評価装置２２内では、ジャーナル軸方向のジャーナル傷深さ分布データが装置内に取り込まれることになる。
【００１３】
制御装置１８の設計データ入力処理手段２８は、設計軸受幅Ｌ、軸受荷重Ｗ、ジャーナル径Ｄを入力し、設計軸受幅Ｌを傷断面積演算手段２５に出力し、軸受荷重Ｗ及びジャーナル径Ｄを評価装置２２における診断手段２９の面圧演算処理手段３０に出力する。
【００１４】
評価装置２２における軸受有効幅減少量算出手段２４の傷断面積演算手段２５では、傷深さと傷の幅から求まるジャーナル傷断面積を求め、無効軸受幅演算処理手段３５では、その傷検出軸方向位置から設計軸受有効幅の減少分、すなわち無効軸受幅を算出し、実有効軸受幅演算処理手段３１に出力する。実有効軸受幅演算処理手段３１は、軸受有効幅減少量算出手段２４の無効軸受幅演算処理手段３５で算出された軸受有効幅減少量（無効軸受幅）に基づいて現状の実有効軸受幅を算出し面圧演算処理手段３０に出力する。面圧演算処理手段３０は、実有効軸受幅演算処理手段３１で求めた実有効軸受幅と軸受荷重Ｗとジャーナル径Ｄとから軸受面圧を算出し判定手段３２に出力する。判定手段３２は面圧演算処理手段３０で求めた軸受面圧と評価面圧制限値とによりジャーナルの健全性を判定し、その判定結果を記憶装置２６に記憶する。
【００１５】
図２は、本発明の実施の形態に係わるジャーナル傷計測診断装置が適応される回転体としてのロータ３３を一例としたモデル図である。回転体であるロータ３３は軸受３４にて支持されているが、この軸受にて支持されるロータ側の部分がジャーナル１１である。ロータ３３は軸受３４とジャーナル１１との間に供給される潤滑油により発生する潤滑油油膜圧力により支持されている。
【００１６】
図３は、図２のジャーナル１１部分（Ａ部分）に傷が発生していない場合の油膜圧力分布図である。縦軸は油膜圧力ｐ、横軸は軸受３４の幅である。ジャーナル１１に傷が発生していない場合には、軸受とジャーナルとの間に発生する油膜圧力分布は、図２に示すように滑らかであり、平均油膜圧力Ｐｍは（１）式で示される。
【数１】
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【００１７】
図４は、図２のジャーナル１１部分（Ａ部分）に傷が発生している場合の油膜圧力分布図である。ジャーナル１１にジャーナル傷が発生した場合には、ジャーナル傷により発生したジャーナル表面の溝から油が逃げることから、図４に示すように、傷の発生部位は図３に示す正常時の場合に比較して、油膜圧力ｐはｐＮに示すように低下する。つまり、油膜圧力はｐＮ分だけ正常時油膜圧力に対して低下することになる。
【００１８】
その低下量は（２）式で示される。
【数２】
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【００１９】
なお、軸受３４に作用する荷重は変化しないことから、圧力低下分ｐＮだけ、その前後の油膜圧力は上昇することになる。したがって、ジャーナル１１上にジャーナル傷が発生し、ジャーナル１１の表面に溝が発生した状態となると、その部分で軸受３４が分割されたと同様の効果が発生し軸受支持能力が低下する。この傷の支持能力への影響は、潤滑油の逃げ量が支配される傷の断面積と、その傷が発生した軸方向位置とによるものであると考えられる。すなわち、軸受幅Ｌの両端部分の油膜圧力は軸受中央部に比較して低いことから、傷が軸受中央部に発生した場合は、同様な傷が軸受端部で発生した場合に比較して影響度は大きい。したがって傷の支持能力への影響を評価する上での要素は、傷の断面積と傷の発生した位置とを考慮して影響度を評価する必要がある。
【００２０】
ここで、軸受３４の無効軸受幅ＬＮは、（３）式に示すように、油膜圧力の低下ｐＮから求まるＰＮとジャーナル健全時の油膜平均圧力Ｐｍとで示される。
【数３】
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【００２１】
このＰＮとＰｍとを正確に求めることは困難であることから、本発明の実施の形態では、以下に示す方法により、この無効軸受幅ＬＮを算出することとする。図５は、ジャーナル傷計測器１２のセンサ移動用テーブル１４の設置状態を示した説明図である。図５に示すように、軸受幅Ｌの両外側に計測開始点Ｌ１１と計測終了点Ｌ１２を設定し、この区間を計測区間としてジャーナル傷を計測するものとする。
【００２２】
図６は、傷検出器１７から検出傷深さ変換器２１を介して評価装置２２に入力された軸方向ジャーナル傷深さ信号ａの処理内容の説明図であり、図６（ａ）は軸方向ジャーナル傷深さ信号ａの波形図、図６（ｂ）は傷と認識した軸方向ジャーナル傷深さ信号の傷断面積演算の説明図である。
【００２３】
図６（ａ）に示すように、計測開始後にジャーナル傷深さ信号ａがジャーナル傷深さ閾値ａ０を越えると、傷断面演算手段２５は、その部分を傷として認識し、その傷の断面積を求めるべくジャーナル傷深さ信号ａとセンサ位置検出器にて検出される計測位置信号から傷断面積演算を行う。すなわち、ロータ傷深さが傷深さ閾値ａ０を超えた時点のジャーナル傷断面積積分開始点ｂ１から傷断面積演算を開始し、傷深さが閾値以下に復帰するジャーナル傷断面積積分完了点ｂ２で傷断面積演算を終了する。
【００２４】
傷断面積演算は、図６（ｂ）に示すように、計測開始からｉ番目に検出された傷の断面積Ａ（ｉ）は、ジャーナル深さDepthと、傷検出センサ位置信号から計測スキャンあたりの移動長さｄｌとに基づいて、（４）式により求められる。
【数４】
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【００２５】
この積分演算により求められた傷の断面積Ａ（ｉ）は、無効軸受幅演算処理手段３５に入力され、この傷断面積Ａ（ｉ）と、軸受平均油膜厚さｅ０と、傷の発生位置が軸受幅中の端部か中央部かによる評価の重み付けを行う影響係数Ｋ（ｌ）とから、（５）式により軸受無効幅ＬＮ（ｉ）が演算処理される。
【数５】
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【００２６】
また、計測が継続され、再度、ジャーナル傷深さ信号ａがジャーナル傷深さ閾値ａ０を超えると、同様に積分演算を開始し、ｉ＋１番目に検出された傷の断面積としての処理を行いＡ（ｉ＋１）及びＬＮ(ｉ＋１）を算出する。この処理を繰り返し、計測終了点Ｌ１２まで処理を継続する。
【００２７】
図７は、本発明の実施の形態に係わるジャーナル傷計測診断装置の処理内容を示すフローチャートである。計測が開始されると（Ｓ１）、センサ移動用ステージ１５に把持された傷検出器１７が移動し（Ｓ２）、データサンプリング周期毎の検出センサ位置及び傷深さデータが保管される（Ｓ３）。その傷深さが傷深さ閾値を越えた時点でｉ番目の傷検出となり、傷深さ信号が閾値以内となるまでの間において傷深さ信号を積分し、ｉ番目に検出された傷の断面積Ａ（ｉ）が演算される（Ｓ４）。
【００２８】
次に、傷断面積Ａ（ｉ）に軸受平均油膜厚さｅ０と、傷の発生位置による評価の重み付け影響係数Ｋ（ｌ）から軸受無効幅ＬＮ（ｉ）を求める（Ｓ５）。この演算は、計測終了点Ｌ１２まで処理が継続される（Ｓ６）。計測完了にて、計測された１番目から最後に検出された傷の断面積を積算する実有効軸受幅演算処理手段３１により、現状のジャーナル傷の状態から評価される実有効軸受幅ＬＥを算出する（Ｓ７）。この実有効軸受幅ＬＥに軸受荷重Ｗとジャーナル径Ｄから現状のジャーナル傷を考慮した軸受部評価面圧ＭＴを面圧演算処理手段３０により算出する（Ｓ８）。
【００２９】
ジャーナル傷の積算値が増加しジャーナル無効軸受幅が増加すると実有効軸受幅ＬＥが減少する。これにより、この評価面圧ＭＴは増加することになり、軸受面圧がジャーナル傷により増加する。判定処理手段３２は、この算出された評価面圧ＭＴと評価面圧制限値ＭＴlimitとを比較し（Ｓ９）、評価面圧ＭＴが評価面圧制限値ＭＴlimitを超えている場合には、不合格となり状態判定は不合格と診断される（Ｓ１０）。一方、評価面圧ＭＴが評価面圧制限値ＭＴlimitを超えていない場合には、合格となり状態判定は合格と診断される（Ｓ１１）。そして、その判定結果とともに、傷の軸方向分布データ、各々の傷断面積Ａ（ｉ）、軸方向位置データ、評価面圧ＭＴが出力される（Ｓ１２）。
【００３０】
図８は、図７で使用される評価面圧制限値ＭＴlimitの求め方の説明図である。図８の白丸はこれまでジャーナル傷により軸受損傷が発生したジャーナルの評価面圧ＭＴであり、図８の黒丸は軸受損傷が発生していない場合のジャーナル評価面圧ＭＴとの分布図を示している。図８から軸受損傷の発生有無を分離する評価面圧制限値MＴlimitが求められ、そのデータを診断評価にて使用する。
【００３１】
本発明の実施の形態によれば、ジャーナルの傷の進行状態を把握しジャーナル部傷の状態から軸受損傷リスクを評価するので、ジャーナル傷による軸受支持機能の低下状況及び制限値までの裕度及び今後の運用における軸受損傷リスクの診断が実現できる。
【００３２】
この診断結果により軸受損傷リスクが高いと診断された場合には、ジャーナルの傷を除去するための修理の必要性を判断することが可能となり、軸受損傷という事故を未然に防止できる。さらにジャーナルの傷計測診断を保守点検毎に継続的に実施することにより、ジャーナル補修が必要となる時期の見極めも可能となり将来的な補修計画も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態に係わるジャーナル傷計測診断装置の構成図。
【図２】本発明の実施の形態に係わるジャーナル傷計測診断装置が適応される回転体としてのロータを一例としたモデル図。
【図３】図２のジャーナル１１部分（Ａ部分）に傷が発生していない場合の油膜圧力分布図。
【図４】図２のジャーナル１１部分（Ａ部分）に傷が発生している場合の油膜圧力分布図。
【図５】本発明の実施の形態におけるジャーナル傷計測器のセンサ移動用テーブルの設置状態を示した説明図。
【図６】本発明の実施の形態における傷検出器から検出傷深さ変換器を介して評価装置に入力された軸方向ジャーナル傷深さ信号の処理内容の説明図。
【図７】本発明の実施の形態に係わるジャーナル傷計測診断装置の処理内容を示すフローチャート。
【図８】図７で使用される評価面圧制限値ＭＴlimitの求め方の説明図。
【符号の説明】
【００３４】
１１…ジャーナル、１２…ジャーナル傷計測器、１３…脚部、１４…センサ移動用テーブル、１５…センサ移動用ステージ、１６…モータ、１７…傷検出器、１８…制御装置、１９…テーブル移動開始指令発生手段、２０…センサ位置制御ボックス、２１…検出傷深さ変換器、２２…評価装置、２３…傷深さ検出処理手段、２４…軸受有効幅減少量算出手段、２５…傷断面演算手段、２６…記憶装置、２７…センサ位置検出処理手段、２８…設計データ入力処理手段、２９…診断手段、３０…面圧演算処理手段、３１…実有効軸受幅演算処理手段、３２…判定手段、３３…ロータ、３４…軸受、３５…無効軸受幅演算処理手段
【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】
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