JT 技報 Vol.1
回転機器の振動診断技術

回転機器の振動診断技術
佐々木 一人

当社は回転機器の振動診断サービスを 2004 年から開始しており、設立以降の歴史に寄り添いながら技術力の研鑽を積んできた。
近年では各種学会における学術発表等の外部活動を通して見識を拡げるとともに継続的な技術力の向上に努めている。
また、これらの経験から得られた知見を活用し、訓練用シミュレータの開発と教育訓練の開催を通して後進の育成、技術や知識の裾野の拡充といった活動にも取り組んでいる。
本稿では当社が実施する回転機器の振動診断サービスの技術的内容とその活動について紹介する。
キーワード: 回転機器、状態監視、振動診断、潤滑油診断、CBM

１．はじめに

2．振動診断技術について
2.1 振動モード

工場全体を人間に例えると、ポンプは「心臓」、ブロワは「肺」となる。つまり、回転機器は工場という生き回転機器が稼働すると回転に伴う影響（二次効果パラ物の「内臓」に相当する重要な設備である。

メータ）が振動となって顕出する。振動の状態を評価す

臓器に異常が発生した場合、人間であれば体調不良とるモードには「変位量」、「振動速度」、「振動加速度」のなり、最悪な場合には“死”に至る。工場であれば一部３種類が存在している。

プロセスの計画外の停止、最悪の場合は生産停止に陥る

回転機器で発生する主な異常事象は、軸受に傷や摩耗こととなる。工場の生産停止は莫大な損失を生み出すたが発生する「軸受異常」と回転のバランスが狂う「回転め、不具合や故障による計画外の停止は極力避けなけれ状態異常」に二分される。

ばならない。

軸受キズが発生した際には初期兆候として振動加速度そのような事態にならないための有効な予防対策のひの値が増加し、損傷が進展していくと振動速度や変位量とつとして活用されるのが「振動診断技術」である。

が増加する。一方、回転機器にバランスの狂い（不平当社は 2004 年から振動診断技術を活用したサービス

衡）が生じた場合には、最初に振動速度が増加し、事象を実施して回転機器の状態監視を行っている。の度合いが増すと軸受の損傷に至るため振動加速度が増加する。
（図１）

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このように、振動モードの変化に着目することで、異(m/s²)
時間波形常の内容を簡易的に推測することができる。

(Hz)(m/s²)

スペクトル図(2 次元)

図１ 振動モードと異常の相関性
スペクトル図(3 次元)

2.2 トレンドグラフ管理(m/s²)

2.1 項で述べた３つの振動モードを「値」として定量時間化し時系列にプロットして管理する手法がトレンドグラ
フ管理である。
（図２）
トレンドグラフ管理を行うことで、対象機器の長期的な振動傾向を可視化することができる。

(Hz)

また、判定基準を設定することにより、異常の緊急性

図３ 時間波形とスペクトル図を評価することができ、分解点検を実施するタイミング

3．資格についての参考となる。
判定基準については ISO により大枠が示されている。

3.1 振動診断の資格

当社では回転機器の多種多様な仕様に対応するため、機振動診断には「資格」が存在する。
「ISO18436-2

器ごとに過去の振動傾向との相対比較を行い最適かつセ準拠 機械状態監視診断技術者(振動)」である。

ンシティブな判定基準を設定している。

当該資格は４つのカテゴリに区分されており、それぞれの技術の範疇は表１の通りとなっている。

(m/s²)(mm/s)

当社においてはカテゴリⅢが１名、カテゴリⅡが２名在籍し振動診断を担当している。
表１ 振動診断のカテゴリ区分と技術範疇↓判定基準

図２ トレンドグラフ

2.3 周波数解析

区 分測定

評価

指導

ｶﾃｺﾞﾘⅠ〇

ｶﾃｺﾞﾘⅡ〇〇

ｶﾃｺﾞﾘⅢ〇〇〇ｶﾃｺﾞﾘⅣ〇〇〇設計〇

3.2 潤滑剤分析の資格

振動による物体の挙動は関数処理を行うことで周波数回転機器の軸受部には潤滑油やグリースといった「潤情報に変換することができる。この周波数情報を分析し滑剤」が用いられ、振動に大きな影響を及ぼす。よって機器の異常を評価・診断するのが周波数解析である。て、潤滑剤に係る知識や技術を持つことも重要となる。

周波数解析においては、物体の振動量と軌跡を時系列

潤滑剤分析については「ISO18436-3 準拠 機械状態監で表した「時間波形」と、時間波形を FFT 処理した「ス視診断技術者(トライボロジ)」という資格があり、表２ペクトル図」を用いる。
（図３）に示す通り３つのカテゴリで範疇が区分されている。

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当社における資格保有状況は、カテゴリⅡが３名とな・振動診断(周波数解析)っている。

現場で採取した振動データの解析を実施する。
「時間波形」と「スペクトル図」を読み取り、異常発

表２ トライボロジーのカテゴリ区分と技術範疇

区 分

採取

評価

ｶﾃｺﾞﾘⅠ〇

ｶﾃｺﾞﾘⅡ〇〇

ｶﾃｺﾞﾘⅢ〇〇

生個所や異常内容の診断、異常の程度の評価を行う。ま計画

た、異常の内容によっては回転軸の軌跡を視覚化したリサージュ解析や回転機器の物理的挙動を視覚化した実稼
働解析を用いて多角的な診断を行う。

〇

周波数解析の結果、異常と判断した際には、異常の種

４．当社振動診断部門の活動類と程度、処置推奨等を記載した診断見解書を発行し顧

4.1 回転機器の振動診断

客に報告する。

当社が実施している振動診断関係の業務は図４の通精度の高い診断を遂行するためには、資格要件に係るり、PDCA に則したルーティーンで実施することで精度知識の他、回転機器の構造的知識、論理的（ロジカル）の高い診断を顧客に提供している。

な思考、経験や知見の応用、文章および資料作成のスキルといった多角的な技能が要求される。

① Plan：仕様調査と管理方針検討

これまでの診断活動における顕著な事例を表３に示す。

② Do：振動測定・診断③ Check：軸受分解調査④ Action：管理方針の再検討
図４ 振動診断における PDCA サイクル

① Plan：仕様調査と管理方針検討
図６ 振動診断

振動診断の対象となる機器の仕様や設置状況、安全重要度等から基本的な管理方針を設定する。

表３ 顕著な診断事例

また、Action:状態監視方針の再検討の結果を勘案し異常分類た上で管理方針の再設定を行う。

診断事例
横型遠心ﾌｧﾝにおける軸受外輪ｸﾘｰﾌﾟの兆候検知[2]② Do：振動測定・診断

軸受封入ｸﾞﾘｰｽの枯渇に伴う振動異常[1]軸受異常・振動測定

電動機ｳｪｰﾌﾞﾜｯｼｬ不良に伴う振動異常[3]回転機器から発生する振動の大きさ（値）と周波数デ

電動機における雨水および散水の曝露影響調査ータを収集する。

基礎ｺﾝｸﾘｰﾄ老朽化に伴う共振[1]継続的に振動データを採取して傾向管理を行う場合、発熱に伴う残留応力の解放による電磁振動の増加

測定周期は１～３か月に１回のペースが一般的である。

ｶｯﾌﾟﾘﾝｸﾞｷﾞｱの欠損による振動増加

ただし、振動診断で異常を確認した場合には適宜周期を回転状態設定して状態監視を行う。

異常

ﾙｰﾂ式ﾌﾞﾛﾜのﾀｲﾐﾝｸﾞｷﾞｱ損傷による振動増加
複数本懸架のﾍﾞﾙﾄ駆動機器における V ﾍﾞﾙﾄ緩みの兆
候検知
横型据付ﾓｰﾀを縦置きに設置した際の影響調査
基礎の揺動に伴う電気的振動の増加③ Check：軸受分解調査
周波数解析で軸受の異常と診断した際には、実際の損傷程度と振動データ（値、周波数）の整合性を確認する
ため、軸受の分解調査を実施する。

図５ 振動測定作業

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分解調査においては、外観の損傷程度を確認すると共のため、振動診断技術の他、回転機器の巡視点検を行うに、各部品の寸法計測や残留したグリースの性状分析を上での状態監視技能の育成にも有効活用できる仕様とし行って新品のカタログ値と比較することで損傷程度を定ている。
本装置は教育・訓練の他、振動診断における難解な異量的に調査する。

常事象を検証する際のモックアップとしても活用している。表３に挙げた「複数本懸架のﾍﾞﾙﾄ駆動機器におけるV ﾍﾞﾙﾄ緩みの兆候検知」は本装置を活用することで得られた知見である。

図７ 軸受の寸法計測

図９ 回転機器異常振動模擬訓練装置「J-RAV®」
表４ J-RAV が模擬する機種と再現する異常

図８ 分解した軸受ﾕﾆｯﾄ

模擬する機種再現する異常 ﾍﾞｱﾘﾝｸﾞ潤滑不良④ Action：管理方針の再検討

 軸受ｷｽﾞ・摩耗

周波数解析や軸受分解調査で得られた情報をもとに測定周期や判定基準の再検討を行い、対象機器の特性に沿った管理方法の再検討を行う。

横型回転ﾕﾆｯﾄ

また、これらの活動によって得られた経験や知見は、教育・訓練や学会での学術講演を通して周知することで ﾌﾞﾛﾜ

 軸受ｸﾘｰﾌﾟ 横型渦巻ﾎﾟﾝﾌﾟ ﾐｽｱﾗｲﾒﾝﾄ

 ﾓｰﾀ

 ｱﾝﾊﾞﾗﾝｽ

 ﾉﾝｼｰﾙﾎﾟﾝﾌﾟ 共振
 ｶﾞﾀ・ゆるみ

関係者全体の知識の底上げを図っている。

 電磁振動4.2 開発

 ﾌﾞｰﾘ・ﾍﾞﾙﾄ異常

振動診断の技能を向上させる上で回転機器の異常を数ﾍﾞﾙﾄ駆動ﾕﾆｯﾄ多く経験することが重要となる。しかし現場の実機で異 ﾍﾞﾙﾄ駆動機器常が発生する機会は少なく、技能の習得に多大な時間を ﾐｽｱﾗｲﾒﾝﾄ
 ｶﾞﾀ・ゆるみ 圧力変動に伴う振動要していた。この問題を解決するため、回転機器で発生する異常事象を任意で発生させることができる「回転機4.3 教育・訓練

器異常振動模擬訓練装置 J-RAV®」（図９）を開発した。

回転機器の状態監視においては、異常の発生を早期にJ-RAV®は様々なプラント内に設置されている回転機器検知するため、巡視を行う観察者の状態監視技能を向上と同等の仕様（寸法、出力、部品）で構成しており、実させることが重要である。

機相当の異常を再現することが可能である。
（表４）そ4

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当社では振動診断の知識を活用し、回転機器の状態監視技能向上に係る教育訓練を開催している。
本教育訓練においては「論理的視点」、「相対比較」、「定量評価」を状態監視の三本柱に据え、表５に示したカリキュラムを実施することで些細な異常兆候も的確に捉えられる状態監視技能の習得を目指している。
表５ 教育訓練カリキュラム
大項目

中項目

小項目
回転機器の概要

図 11 日本保全学会学術講演会での発表の様子

回転機器の構成
回転機器の構造
回転機器と回転数との相関性

表６ 日本保全学会学術講演会発表実績

軸受の種類と構造
論理的視点

異常の種類

回転機器の異常の種類

年度

軸受異常発生のﾒｶﾆｽﾞﾑ

2014

2015

2017

聴音検査の基本
聴音検査

電動機のウェーブワッシャ不良による深溝玉軸受の早期損傷メカニズムと振動診断 [3]

異常発生時の聴音の特徴

2019

振動測定の目的

回転機異常振動模擬訓練装置(J-RAV®)の開発と活用
計画 [4] ※企業展示あり

振動ﾓｰﾄﾞの種類
振動測定

六ケ所再処理工場の横型遠心ファンにおける軸受外輪クリープの振動診断について [2][6]縦型回転機器の過負荷運転

定量評価

六ヶ所再処理工場における回転機器の設備診断－振動解析による設備診断－ [1]回転状態異常発生のﾒｶﾆｽﾞﾑ
V ﾍﾞﾙﾄのﾃﾝｼｮﾝ変化

相対比較

題 目2021

異常と振動ﾓｰﾄﾞの相関性

回転機器の異常振動模擬訓練装置(J-RAV®)を活用した状態監視技能向上への取り組み(その２) [5]軸受異常発生時の特徴
回転状態異常発生時の特徴

５．今後の展望 -振動診断の IoT 化従来の振動診断サービスにおいては、振動測定作業は現場に足を運び振動測定を行う「巡回測定」を実施してきた。しかし、昨今はマンパワーを必要としない無線センシングと IoT の活用が時代の潮流となっている。
このことから、当社においても無線センシングを用いたオンライン振動診断サービスを準備中である。(図 12)
振動診断をオンライン化することにより、振動測定に®

図 10 J-RAV を用いた教育・訓練

係る人件費を発生させることなく回転機器の振動状態のモニタリングや振動診断を実施することができる。ま

4.4 学会活動

た、接近が困難な箇所（高所、暗所、酸欠箇所等）や移当社振動診断部門は 2014 年度から日本保全学会学術

動が困難な僻地に設置された回転機器の状態監視に活用講演会に参加し学術発表に取り組んでいる。
（表６）[1]することができる。

[2] [3] [4] [5]

従来の巡回測定と併せて、オンラインによる振動診断

この内、2015 年度発表の「六ケ所再処理工場の横型遠サービスを提供して顧客の要望に幅広く対応していきた

心ファンにおける軸受外輪クリープの振動診断についい。て」は技術論文として保全学 [6]に掲載された。

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参考文献[1] 佐々木一人、瀨川佑太、他 “六ヶ所再処理工場における回転機器の設備診断－振動解析による設備診断－ ”、日本保全学会 第 11 回学術講演会
要旨集、2014、pp.439-446.
[2] 佐々木一人、瀨川佑太、他 “六ケ所再処理工場の横型遠心ファンにおける軸受外輪クリープの振動診断について ”、日本保全学会 第 12 回学術講演会

図 12 IoT を活用したオンライン振動診断

要旨集、2015、pp.309-314.
[3] 佐々木一人、瀨川佑太、他 “電動機のウェーブワ

６．まとめ

ッシャ不良による深溝玉軸受の早期損傷メカニズムと振動診断”、日本保全学会 第 14 回学術講演会

振動診断は経験の蓄積が診断精度に直結する技術である。当社は 2004 年以来、多くの台数と多種にわたる回

要旨集、2017、pp.21-24.
[4] 佐々木一人、瀨川佑太、他 “回転機異常振動模擬

転機器の診断を実施し、豊富な実績と知見を有してい訓練装置（J-RAV®）の開発と活用計画”、る。

日本保全学会 第 16 回学術講演会 要旨集、

振動診断はプラントや施設の特色に捉われない汎用性

2019、pp.601-608.に富む技術であり、また、設備の安定稼働と効率的なコ[5] 佐々木一人、瀨川佑太、他 “回転機器の異常振動スト効果を生む保全技術である。

模擬訓練装置（J-RAV®）を活用した状態監視技能

今後も新たな診断技術の導入や技術者の育成を通して技術価値を高め、顧客にとって有益となる保全サービス向上への取り組み（その 2）”、日本保全学会を提供できるよう努めていきたい。

第 17 回学術講演会 要旨集、2021、pp.585-588.
[6] 佐々木一人、瀨川佑太、“六ケ所再処理工場の横型遠心ファンにおける軸受外輪クリープの振動診断について”、保全学 Vol.15・No.3・2016、pp.109-114.

佐々木 一人㈱ジェイテック

機械保修部 兼プラント保修部 技術統括センター

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