【速度・加速度】振動の測定指標と回転機器で測定できる異常モードの関係

撹拌保全

NEONEEETです。

この記事は、化学工場の機電系設計者・プラントエンジニアを対象としています。

この記事を読むと、回転機器の異常と測定可能な振動指標について知ることができます。

結論

振動測定指標として、変位・速度・加速度があり、

  • 変位は、活用できない
  • 速度は、設備の全体的な劣化を掴むため(ベアリング以外)
  • 加速度は、局所的な劣化を掴むため(ベアリング)

はじめに

振動の理論は、力学の運動方程式そのものです。

変位・速度・加速度がそのまま指標となります。

その指標の説明を行います。

そして、回転機器で測定できる異常と指標の関係を説明します。

変位・速度・加速度

力学の運動方程式は一般に下記のとおり、示されます。

$$m\frac{d^2x}{dt^2}=F$$

質量 × 加速度 = 力

という関係式です。

加速度とは速度の微分値であり、速度は変位の微分値です。

変位とは「位置」そのものです。

微分とは微小時間による変化量のこと。

速度は「微小時間にどれだけ位置が変わったか」を示します。

加速度は「微小時間にどれだけ速度が変わったか」を示します。

振動数との関係

振動数という表現があります。

これは電源の周波数と全く同じ概念です。

関西なら60Hz、関東なら50Hz。これと同じ。

振動とは原点を中心に、±同じ幅で振れる現象です。

原点 → +最大値 → 原点 → -最大値 → 原点

というサイクルを1サイクルとすると、

60Hzは1秒間に60サイクルを繰り返すことを示します。

この振動数と変位・速度・加速度の関係は以下の通り。

  • 変位
  • 速度  = 変位 × 振動数
  • 加速度 = 変位 × 振動数 × 振動数

速度で分かること

振動数が大事

変位・速度・加速度の3つの指標のうち、変位は使いません。

昔は使っていたようですけど…。

振動という意味では使うことはありません。

ゴムなどのたわみ量の経年劣化を使う時には使いますよ。

さて、速度を使う理由ですが、

「振動数」の情報が掛かるからです。

振動測定結果にフーリエ変換という数学的処理を行うことで、振動数ごとに測定値を配分することができます。

速度測定を行うと、

  • 50Hzの振動数で○m/s
  • 60Hzの振動数で□m/s…

と分けることが可能です。

速度はエネルギー

力学において、運動エネルギーという概念があります。

これは速度の2乗で効きます。

速度が大きい方が、運動エネルギーが大きい。

振動速度が大きいと、振動に使われる運動エネルギーが大きい。

モーターの電気エネルギーが、すべて機械的エネルギーに変換し、流体の運動エネルギーに伝達することが、ポンプの役目。

モーターの電気エネルギーから機械的エネルギーに変わる時に、損失があります。

この1つが振動エネルギー。

その大きさを示すのに、振動速度は直結した情報となります。

振動が大きいという事は、設備の摩耗が進んでいるということ。

設備全体の摩耗を調べるために、振動速度は直結した情報として使うことができます。

専門的には、速度が高いと「ベアリングの摩耗」以外の要因があるということ。

加速度で分かること

加速度は、振動数の2乗で効きます。

速度は、振動数の1乗で効きます。

振動数の2乗で効くという事は、高振動数ほど検知がしやすくなります。

変位・速度・加速度の周波数特性

高振動数域の局所振動を調べるために、 振動加速度の情報を使うことができます。

たとえば、転がり軸受の損傷などがその例です。

転がり軸受の特定の場所で損傷が起きると、運転時に局所的に動荷重が付与されます。

荷重は加速度に比例するので、

動荷重は加速度として検出可能です。

専門的には、加速度が高いとベアリングの摩耗を疑うということです。

おわりに

速度・加速度の情報を振動測定で使います。

速度が全体指標、加速度が局所指標です。

これだけでも知っていると、設備保全に活用可能です。

この記事が皆さんのお役に立てれば嬉しいです。

コメント

Translate »
タイトルとURLをコピーしました