船舶機器の異常振動を検知するシステムの紹介～予防保全に向けた異常振動検知システムの可能性～

1. はじめに日本経済を支える輸出入貿易においては、国際海上輸

バルカー技術誌

Winter 2019
No.36

2. 機器の予防保全を目指す取り組み２-1）
船上搭載機器の状態監視送が輸出入貨物総量の 90％以上を占めており、船舶に船上に於ける主機、発電機、ボイラーなどを始めとしよる輸送は国際貿易を行う上で非常に重要な手段とた主要機器については、各部の温度、圧力、回転数などなっている。世界経済の発展やボーダーレス化の進展の運転状態が常時自動監視され、機関制御室に装備さに伴い、複雑に連関したグローバルリスクが顕在化すれたデーターロガーにより定時記録されるとともに、異る中で、海運事業は常に危険と隣り合わせであり、重大常が検出された場合には昼夜を問わず警報が発せられ、

事 故 を 起 こ さ な い 実 現 を 目 指 し て お り、 輸 送 ス ケ

自動減速あるいは危急停止させ、バックアップ機能をジュールを維持して安全な輸送を行うために、船舶の安有する機器については予備機が自動起動して航海に支全運航の維持管理はもとより、様々な観点から安全運障が出たり、重大な機器損傷を防止する手立てがなさ航並びに海洋環境保全に対する取り組みを行っている。

れている。

船舶の安全運航を維持するための基本は、航海士にしかしながら、送風機やポンプなどを駆動するためのよる適正な監視並びに気象、海象を考慮した最適航路

モーター及び小型回転機器などについては、運転状態をの選択などが重要であり、機関室においては船舶の推監視するためのセンサーなどは装備されておらず、モー進力となる主機関、発電機関並びに各種ポンプ、送風ターベアリングの損耗による発熱、異音、振動などに関機、モーターなどの補機関と呼ばれる運航に重要な機器

しては、機関士による定期的な巡回時に触診や聴音棒が機関士により状態監視され、予防保全管理が行われを使用するなど人間の五感に頼る点検が行われている。ている。機関室内に設置される各機関、機器類について異常の発見が遅れた場合には軸受部の損傷に起因するは、重大な損傷を未然に防ぐために、運転状態を毎日巡モーターの焼損などに至る場合があることから、船上に回点検する中で異常を発見し、開放整備するなど早期搭載される主要機器においては運転時間を基にした定の対応が非常に重要となる。一昔前までは、船舶に搭載期解放整備などの予防保全が行われているのが現状でされる機器の監視装置は必要最低限の装備しか無く、ある。

機関室内の見回り点検においては主に人間の五感に頼る対応がなされてきた。最近では温度、圧力、振動セン２-2）
船上におけるビッグデータの活用

サーなどの技術の向上により、多くの点検項目が自動監

最近では、状態監視から得られる膨大なデータを衛視され、異常をきたすと共に警報するシステムが搭載

星回線を利用することにより、陸上においても常時監視されているが、船上に装備されている全ての機器の微する事が可能になっており、これらのデータを気象や細な挙動変化や異常振動などについては、まだまだ十海象データと組み合わせ、船体や推進機関への負担を分な自動監視が出来ていないのが実情である。今回、商軽減させるための最適航路の選定や最適自動操舵に利船三井テクノトレード株式会社と株式会社バルカーが用するなど、安全運航の向上に向けた取り組みがなさ共同で取り組み、開発した機器の異常振動を検知するれている。自動車メーカーなどでは昨今車両の自動運転ポータブル式システムについて紹介する。の技術開発が盛んに行われているが、船舶においても自律航行船（無人化船）の技術開発が開始され、2020 年初

3カスタマー・ソリューション《共著》

頭には実証検証を行うための試験航海が見込まれる中振動周波数として分析する機能を搭載している。船の揺で、気象、海象情報に加え、航海計器（レーダー、衝突れによる振動影響（外乱振動）を軽減し、機器自体の振予防装置、電子海図）情報や機関室内機器の状態監視情動と区別することで、継続的に機器単体の振動モニタ報など、各種ビッグデータが自律航行を推進する上でリングを行う。

益々重要な要素となる。しかしながら、現状では船上に搭載されているすべての機器を自動監視するには至っておらず、機器の状態を測定し、異常の有無を確認、判断することが可能なツールが求められている。
特に船上の機器においては、陸上に設置の機器とは異なり、機器が設置される場所自体が動揺したり、他の設置機器の振動影響を受けるなど、機器単体の異常振動などを測定、監視することが非常に難しい環境にあに開発された、「舶用機器の異常振動を検知するシステ

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る。各機器がこのような環境にあることを踏まえて新た
Figure1 振動検知保全システム外観
左 ：タブレット端末
右上：センサー（約 2cm角）
右下：無線ドック（アンプ）

ム」では、船舶に搭載されるあらゆる機器に対して改造工事の必要が無く、測定対象機器以外から発生する外乱振動を除去する事が可能なノイズキャンセリング機
能、並びに無線式での検知機能を付加するなど、危険個

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所や高所などの立ち入りが制限される場所に設置される設備機器の無線遠隔振動計測が可能な簡易監視ツー
ルとして、船舶に搭載される機器はもとより、陸上産業機器、プラント関連機器などの予防保全に広く利用することが期待されるシステム構成になっている。

3. 振動検知保全システムの概要

No.36

3-1）
振動検知保全システムの機能と特徴
本システムは現在、実船にて検証中のシステムである。上述のように、機器の状態を監視する上で改造工事を必要とせず、動揺による振動影響を受けずに機器振Figure2動を測定監視できるシステムとして実証を進めている。

薄膜ふっ素樹脂有機圧電素子

Table1 システム本体の主要諸元

Figure1,2 に振動検知保全システムの外観を、Table1
表示部

10inch タブレット（タッチパネル）

Ch 数

4ch or 2ch / アンプ
最大 12ch（アンプ 4 台を無線接続）

環境下での耐熱性を想定している。機器の形状に関わ

出力

SD カードスロット（SDHC 対応 最大 32GB）

らず手軽に設置出来るようテープや磁石で固定する方防水等

IP54 相当

使用範囲-10℃～ 50℃、90％ RH 以下（結露ないこと）

大きさ
重さ

40(H)x275(W)x188(D)mm,1200g（Li-ion バッテリー 280g 含む）［予定］

電波法承認（欧州、米国、中国、日本）CE マーキング、WEEE 指令、中国版 RoHSにシステム本体の主要諸元を示す。
振動を検出するセンサー部はふっ素樹脂を活用して、ポンプなど高温となる場所での使用も出来るよう 100℃式とした。
センサーからの信号は、無線ドックを通じて離れた場所からタブレット端末で受信し、異常可否を経時的な変化として確認出来る。センサーとタブレットをケーブルで直接つないでの計測も可能である。
機能面では、船や機器の揺れや大きさのパターンを

4船舶機器の異常振動を検知するシステムの紹介～予防保全に向けた異常振動検知システムの可能性～

3-2）
外乱振動の低減に係る検証実験例
航行時の風浪の状態など、船上計測における航行環境がもたらす影響（外乱振動）について、実験的手法にした結果、いずれの条件でも、外乱振動の影響は 5dB 以内となった。航行時における波の影響を低減出来うる可能性が示唆された。

よる検証を試みた。
外乱振動源として加振装置を利用、加振台の上に3-3）実船での計測例

モーターをセットアップすることで、外乱振動とモー商船三井テクノトレード㈱の内航給油船（テクノス

ター振動の区別が可能であるか確認した。加振装置は、

ター）での、冷却海水ポンプにおける計測結果の一例を

IMV 製 i240SA3M、5Hz, 5mmp-p 条件にて加振方向は Z

Figure5 に示す。経時的な信号強度の変化が見て取れ軸方向（上下に加振）とした。モーターは、スーパーライる。本格的な実証試験に向けて、外乱振動の影響も加味ン単相モータ（SC-KR-100W-4P-100V）を用い、1720rpmしながら継続計測を行っていく予定である。

（28.7 Hz）の条件、モーター回転軸が加振方向に対して垂直になるように設置・固定した。計測結果について

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Figure3，4 に示す。

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Figure3 加振機振動の影響を受けたモーター振動バンド

No.36

Figure5

実船での振動計測結果の一例（冷却海水ポンプ）

4. まとめFigure4 加振機振動の影響を低減させた場合のモーター振動バンド開発したシステムにおいて、実験室レベルでの検証実験では外乱振動の低減を確認することが出来た。まFigure3 によれば、モーター振動は外乱振動の影響をた、実船での計測においては経時的な信号強度の違い受け、加振条件である 5Hz の信号強度が上昇、加振器停を確認するに至った。しかし、実際の航行においては、止中に比べ、振動レベルが大きく変化（約 50dB）してい主機出力や往航・復航時の載荷条件、周辺機器の稼働状ることがわかる。一方で、外乱振動を低減させた場合、況など、逐次周囲環境が変わる中での振動状態を計測

5Hzでの振動強度上昇は5dB以内に収まることを確認したすることになる。本格的な実証試験に向け、多岐多様な（Figure4）。同様に、加振振幅を変化させた場合（5Hz: 5,外乱振動の影響を確認・加味しながらも、機器振動の状

7, 10mmp-p）、加振振動数を変えた場合（75Hz : 0.03,態変化を検出し、適切な閾値設定を行うことが今後の課

0.05mmp-p、200Hz : 0.005, 0.007mmp-p）においても計測題である。

5カスタマー・ソリューション《共著》

5. おわりに有効であると考える。継続して実証試験を進めていく

個々の機器に関する不具合や故障の癖を把握し、メ保全効果が期待出来るシステムとして、海陸を問わずンテナンス部品の持ち方も含めた適切な保全管理を進

広く産業界の安全・安心に貢献したいと考えている。

ことで、健全な状態とは異なる状態を見える化し、予知めることは、陸地を離れ洋上を航行する船舶においては

羽根田 誠
商船三井テクノトレード株式会社
常務取締役

佐藤 央隆
研究開発本部

第 1 商品開発部
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研究開発本部

油谷
第 1 商品開発部

康

研究開発本部 先行技術開発部

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米田 哲也

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