JT 技報 Vol.２
回転機器異常振動模擬訓練装置(J-RAVⓇ)を用いた多本掛けベルト駆動回転機器における V ベルトの緩み・脱落に係る振動診断の検証

回転機器異常振動模擬訓練装置（J-RAVⓇ）を用いた
多本掛けベルト駆動回転機器における V ベルトの緩み・脱落に係る振動診断の検証
佐々木 一人回転機器異常振動模擬訓練装置 J-RAVⓇ

J-RAVⓇベルト駆動ユニット

回転機器の振動診断の対象となる主設備は、ブロワやポンプ、電動機（モータ）である。これらの回転機器の状態監視において、ベルト駆動機器は、V ベルトの状態が変化する兆候を振動値トレンドの変化のみで確認するのは困難である。
そこで、当社が開発した各種回転機器における異常事象を再現する回転機器異常振動模擬訓練装置「JRAVⓇ」を⽤いて、ベルト駆動機器の振動的特徴とそこから導き出せる振動診断⼿法について検証を実施した。
本稿は 2022 年度の日本保全学会[1]にて発表した内容であり、JT 技報として紹介する。
キーワード: 回転機器、振動診断、V ベルト

象を再現する回転機器異常振動模擬訓練装置「J-RAVⓇ」

１．はじめに（以下、「J-RAVⓇ」という）[2]を用いて、ベルト駆動機器

回転機器の振動診断の対象となる主な設備は、ブロワの振動的特徴とそこから導き出せる振動診断手法についやポンプ、電動機（モータ）である。これらの回転機器のて検証を実施することとした。

状態監視においては、軸受の潤滑不良や損傷、据付バラン

本稿では本検証の結果について紹介する。

スの不平衡は振動値のトレンドの変化に現れるため事象

２．ベルト駆動機器の振動的特徴の兆候を検知することが容易である。しかし、ベルトを用

2.1 事例

いて動力伝達を行うベルト駆動機器については、V ベル

当社が長く振動診断を実施している中で、過去に V ベトの状態が変化する兆候を振動値トレンドの変化のみでルトの異常を予見できなかった事例がある。当該機器は 3確認するのは困難である。
当社は2004年から振動診断を用いた回転機器の状態監本の V ベルトが懸架されたベルト駆動機器で、定期振動視を実施している。その中で、V ベルト 2～5 本の多本掛

測定では振動値トレンドに大きな変化は無く良好判定内けベルト駆動回転機器（以下、「ベルト駆動機器」という）の値となっていたことから「異常無し」と判断していた。

について、V ベルトの緩みや脱落事象の兆候を検知する

しかし、その 2 日後に V ベルトの脱落事象が発生した。
なお、当該機器は巻き込み防止のため、V ベルトやプーことを課題のひとつとしてきた。

リは金属カバーで覆われており、外観確認で V ベルトのそこで、当社が開発した各種回転機器における異常事

1

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緩みを確認することは困難な状態であった。

2.2 ベルト駆動機器の振動的特徴
V ベルトが脱落する場合、前兆として V ベルトの緩みが発生することが考えられる。V ベルトのテンションが緩んだ場合、バタつきやスリップが発生し、これらの事象やプーリに加わるトルクの変化が振動データ（振動値、周波数）に現れる。
ただし、前述の事例では V ベルトが脱落する直前で振図 2 検証で使用した V ベルト

動値の変化は確認されていない。このことから、従来回転使用 V ベルト：マックスターウェッジ V ベルト 3V-315

機器の状態監視で用いてきた振動値のトレンド管理だけ①適正な撓み量の V ベルト

ではベルトの緩みを検知することが困難である。ただし、→1N のテンションを加えた時の撓み量が 4～5 mm

V ベルトの緩みは動力伝達の状態にも変化を与えるため、②撓み量の大きい V ベルト

緩みの兆候を示す変化は周波数データの機微な変化から→1N のテンションを加えた時の撓み量が 15～20 ㎜確認できるものと推測した。
表 1 V ベルトの組み合わせ

３．検証

グループ

前項 2.2 において述べた振動的特徴を確認するため、J-A①：3 本

RAV のベルト駆動ユニット（図 1 参照）を用いてベルトⓇ駆動機器における V ベルトの懸架状態の変化と振動デーBタの相関性について検証を実施した。

①：2 本
②：1 本

当該ユニットの 3 本掛け用プーリに下記の V ベルトを組み合わせて緩みや脱落が生じた際の振動値と発生するC周波数を再現することとした（図 2 参照）
。

①：1 本
②：2 本

①適正な撓み量の V ベルト②撓み量の大きい V ベルト

DV ベルトの懸架パターンについて表 1 に示す。V ベル①：2 本

トにおける様々な事象を再現するため、V ベルトの状態（撓み量）と本数を A～H のグループに分類し、そのグループ内で V ベルトの懸架列を入れ替えて振動測定をE行った。

FG

スパン長：250mm

H

図１ J-RAVⓇベルト駆動ユニット

①：1 本
②：1 本

②：2 本

①：1 本

②：1 本ﾊﾟﾀｰﾝ

内中外

a①

①

①b

①

①②c

①②①d②

①①e

①②②

f②

①②g②②①h

①①－

i－

①①j①－

①k

①②－

l②①－m－②①n②－

①o①－

②p②②－

q－

②②r②－

②s

①－－t－

①－

u－－

①v

②－－w－

②－x－－

②

※①適正な撓み量の V ﾍﾞﾙﾄ、②撓み量の大きい V ﾍﾞﾙﾄ、－：懸架無し

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４．検証結果と考察

4.2 周波数データ
周波数データについてはモータ部の振動速度パラメー

4.1 振動値

タにおいて特徴的な変化を確認した（表 2 参照）。

振動速度パラメータ（図 3 参照）
・振動加速度パラメー

以下、各グループにおける特徴と考察について記す。

タ（図 4 参照）ともに複数の V ベルトが懸架されている（1) 時間波形について状態（グループ A～F）においては振動値に顕著な変化は[グループ A]現れていない。ただし、振動速度パラメータにおいては V

特徴：整然としたうねりとなる。

ベルトが 1 本となるグループ G とグループH では振動値

考察：撓み量が適正で、ばらつきも少ないため、緩みにが顕著に下降している。

伴う振動が抑制されている。

グループ A～F で振動値に顕著な変化が生じない理由については、V ベルトの撓み量に関わらず、モータ部お[グループ B～C]

よび本体部のプーリにトルクが加わる状態では V ベルト

特徴：うねりの中に僅かな乱れが現れる。の緩みから生じる振動値の変化が小さく、オーバーオー

考察：撓み量の大きい V ベルトが組み込まれたため、緩ル値を占める割合が僅かであるためと推測する。

みで生じたスリップおよびバタつきといった振動事象の影響が現れる。

グループ G～H における振動速度パラメータの下降については、懸架されたベルトが 1 本になったことで振動[グループ D]

状態が単純化し、加えて緩みの生じた V ベルトが発する

特徴：整然としたうねりだが全体の振幅が狭まる。

振動が無くなったためと推測する。

考察：V ベルトの本数が減ったことにより、プーリに加■モータ部 □本体部

(mm/s)

わるトルクが低下し、振動の振幅が狭まる。
[グループ E]
特徴：周期性が乏しく振幅もさらに狭くなる。

AB

C

DE

F

G

考察：V ベルト 1 本分に近い状態で動力伝達している。

H

他の V ベルトからの振動的干渉が少ないため、う図 3 振動速度パラメータの振動値比較

ねりの少ない波形となる。

■実効値 □ピーク値【モータ部】(m/s²)[グループ F]
特徴：周期性が現れるが、乱れを伴ううねりとなる。
考察：懸架された V ベルトの撓み量のばらつきが少ない
A

B

C

D

E

F

GH

ため周期性を伴った時間波形となっている。

【本体部】(m/s²)

V ベルトの緩みに伴う事象（スリップ、バタつき）の影響がうねりに乱れを生じさせている。
[グループ G～H]

A

B

C

D

E

FGH

特徴：周期性が乏しく、細かい振動が増加する。

図 4 振動加速度パラメータの振動値比較

自己相関からも振動の変化が顕著に現れる。
考察：V ベルトが 1 本となり、他の V ベルトの振動的干渉が無くなるため、うねりが少ない波形となる。
3 本掛け用のプーリを V ベルト 1 本で動力伝達するため、細かい振動が増加する。

3

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表 2 V ベルト懸架条件別の振動速度データ

周期性あり 整然としたうねり

周期性あり うねりに乱れあり周期性あり うねりに乱れあり周期性あり 振幅が狭まる

周期性に乏しい周期性あり うねりに乱れあり周期性に乏しい

周期性に乏しい※①適正な撓み量の V ベルト ②撓み量の大きい V ベルト

4.3 検証結果まとめ(1) 振動値について（2) スペクトルについて
グループ B～C において 100～200 Hz 帯でベルト公転周波数の倍数成分が顕著に現れている。緩みの生じた V

振動値については V ベルトが懸架された状態の変化をベルトのスリップ成分が顕著に現れたものと推測する

明確に示すような変動は現れていない。このことからも、（図 5 参照)。

振動値のトレンド管理のみで V ベルトに係る異常を検知

また、グループ A～F まで現れていたベルト公転周波することは困難である。

数の約 17 Hz がグループ G～H では明らかに減衰していグループ G～H のように V ベルトが 1 本掛けとなったる。V ベルトの緩みと脱落に伴ってプーリに加わるトル際には振動値の下降が現れるが、実機での事象発生を想クが著しく低下したためと推測する（図 6 参照）。

定した場合、脱落したベルトの回転部への干渉や巻き込(mm/s)

みのリスクが伴う。したがって、グループ G～H の状態

ﾍﾞﾙﾄ公転周波数:約 17Hz
ﾍﾞﾙﾄ公転周波数の倍数成分

より前に V ベルトの緩みを検知することが求められる。

(2) V ベルトの状態毎の振動データの特徴(mm/s)

振動速度パラメータの周波数データにおいて、V ベル

図 5 グループ B-b のスペクトル

トの懸架条件に応じて明確な変化が生じていることを確認した。検証結果の特徴から推測される V ベルトの状態

ﾍﾞﾙﾄ公転周波数が減衰と脱落危険度の評価を図 7 に示す。
振動値トレンド管理では困難であった V ベルト異常の兆候検知も、周波数データの変化に着目することで可能
図 6 グループ G-t のスペクトルになると考える。

4

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撓み量が適正【良好】
時間波形:整然としたうねり ｽﾍﾟｸﾄﾙ:ﾍﾞﾙﾄ公転周波数の倍数が乏しい
僅かに緩みあり【注意】
時間波形:僅かな乱れあり ｽﾍﾟｸﾄﾙ:ﾍﾞﾙﾄ公転周波数の倍数が明確
一部で緩みや脱落【警戒】
時間波形:周期性に乏しい ｽﾍﾟｸﾄﾙ:ﾍﾞﾙﾄ公転周波数の倍数が明確
1 本のトルクで運転【危険】
時間波形:周期性に乏しい ｽﾍﾟｸﾄﾙ:ﾍﾞﾙﾄ公転周波数の減衰

図 7 周波数データと V ベルトの脱落危険度の評価

５．まとめ
今回の検証は訓練用モックアップである J-RAVⓇを使用したものである。今後はプラント内で稼働している実機の振動データ検証結果との比較が必要である。
これまでのベルト駆動機器の分解点検記録には点検前後の V ベルトの撓み量も記載されているため、それらの記録と振動データの相関性に係る調査を継続し、本稿で示したベルト駆動機器の振動診断手法の確立に努めていきたい。

参考文献[1] 佐々木一人、“回転機器異常振動模擬訓練装置（JRAVⓇ）を用いた多本掛けベルト駆動回転機器における V ベルトの緩み・脱落に係る振動診断の検証”、日本保全学会 第 18 回学術講演会 要旨集、2022、pp.205-208.
[2] 佐々木一人、瀨川佑太、他“回転機異常振動模擬訓練装置の開発と活用計画 ”、日本保全学会 第 16 回
学術講演会 要旨集、2019、pp.601-608.

佐々木 一人㈱ジェイテック

機械保修部 兼 開発・設計室5