JPS58213227A - 油圧機器の異常診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、蒸気タービンの油圧式制御機器の異常の有無
を診断する方法に関し、特に油圧式制御機器の損耗、劣
化の有無を診断するのに好適なように改良した異常診断
方法に関するものである。

蒸気タービン用蒸気弁の油圧式制御装置は、蒸気弁を開
閉作動せしめる油圧駆動機器と、上記の油圧駆動機器を
制御するシーケンス弁、サーボ弁等によって構成されて
いる。

従来一般に、上記の油圧式制御装置を構成する各機器の
作動状態を検出してこれを総合判断してｆＡ耗状態を自
動的に推定したｐ１自動的に故障予知を行なう方法が無
かった。

従って、例えば油圧駆動機器内部のシールの損耗や摺動
部材の摩耗などによって駆動特性が変化してもその異常
な変化を早期に検出することができず、該油圧駆動機器
の作動が不能になるまで異常を発見できない場合が多か
った。また、作動不能が発生してもその原因個所の探索
が容易でなく、油圧式制御装置を分解点検しなければな
らないため蒸気タービンを長時間休止せしめるなど多大
の損失を生じる場合が多い。

本発明は上述の事情に鑑みて為され、油圧機器の内部的
な損耗、劣化、摩耗の状態を自動的に検出して異常の有
無を診断し、故障発生を予知し得る方法を提供すること
を目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、油圧式制御装置
の作動油の圧力、流量、摩耗粒子濃度、および作動部材
の変位を検出し、これら検出値相互の関係を予め設定し
た基準値及び許容偏差と比較して異常の有無を診断する
ことを特徴とする。

次に、本発明の一実施例について、第１図乃至第１図を
参照しつつ説明する。

第１図は、本発明に係る油圧機器の診断方法を適用する
ために構成した蒸気タービンの油圧式制御装置の一例で
ある。先ず一般的構造を説明する。

Ｊは油圧駆動装置で、油圧シリンダ８を主体とし、ピス
トン８ａと、該ピストンの付勢バネ８ｂと、ピストン杆
８Ｃとを備えておシ、上記のピストン杆８Ｃは蒸気弁Ｖ
に接続しである。■はピストン杆８Ｃに取りつけた変位
計、８ｄは油圧シリンダのノに部室である。

上記の油圧シリンダ８のシリンダ底部にダンプ機構９を
設け、ダンプ弁９ａによって前記シリンダ底部室８ｄの
油密を保っている。９ｂはダンプ弁９ａを閉弁方向に付
勢しているノくネである。

上記の油圧駆動装［Ｊのピストン杆８Ｃが押し上げられ
ると蒸気弁Ｖが開かれ１ピストン杆８Ｃが下降すると蒸
気弁Ｖが閉じられる構造である。

Ｋは上記の油圧駆動装［！ＩＪの作動を制御する）（ル
ブ機構で、シャットオフ弁５と、サーボ弁６と電磁急閉
弁７とによって構成されている。

Ｌは前記の油圧駆動装置Ｊを作動させるための油圧源で
、１は電動機、２は油ポンプ、３は作動油タンクである
。

油ポンプ２の吐出油はシャットオフ弁５およびサーボ弁
６を介して油圧シリンダ８のシリンダ底部室８ｄに供給
され、ピストン８ａを上下動せしめて蒸気弁ｖｔ開閉作
動せしめる。これと同時に油ポンプ２の吐出油は危急遮
断弁４および電磁急閉弁７を介してダンプ機構９に供給
さ性、ダンプ弁９ａを押し上げてシリンダ底部室８ｄの
油密を保たしめている。

蒸気タービンの運転中、何らかの突発的事故によってタ
ービンを急停止させねばならないときは電磁急閉弁７を
作動させてダンプ機構９に対する圧力油供給ｔｍ断する
と共にダンプ機構９内の作動油をドレン回路Ｕに落とす
。これによシダンブ弁９ａが開き、シリンダ底部ｇＢｄ
内の油圧が低下してピストン８ａが下降し、蒸気弁■が
閉じられる。

正常作動時はダンプ弁９ａは閉じられ、ピストン８ａの
上下作動はサーボ弁６によって゛制御さｈる。

以上のように構成された蒸気タービンの蒸気弁■の油圧
式制御装置に本発明方法を適用するため、油圧シリンダ
底部室８ｄの油圧を検出する圧力計■および、ドレン回
路Ｕの流量を検出する′流量計◎、並びに作動油中の摩
耗粒子濃度検出器１０を般ける。本実施例においてはド
レン回路Ｕから分岐したバイパス管路１９に摩耗粒子濃
度検出器’　　１０の流通せしめる工うに配管しである
。

第２図に上記の摩耗粒子濃度検出器１０の構造を示す。

試料油はドレンのバイノ（ス管路１９から検出器内の管
路１７を流通してタンク３に戻る。

上記の管路１７に隣接して、磁場匂配を有する永久磁石
１８を設置しである。この永久磁石１８の匂配磁場によ
って油流中の磁性体摩耗粉は粒度の順に配列して吸着さ
れ捕捉される。即ち、流入部に大径の粒子が吸着され、
順次に小径の粒子が吸着される。これらの吸着粒子の量
を計測するため静電容量器２０、大粒子検出用受信器２
１、および小粒子検出用受信器２２を設け、摩耗粒子濃
度を表示器１１によって表示せしめる。

次式のごとく異常摩耗係数Ｉｓを定義する。

Ｉｓ　＝　（Ｄｂ−）’　Ｄｓ　）　（ＤＬ　−Ｄａ　
）　＝Ｄ１．−Ｄ％ただし、ＤＬは大粒子の摩耗粒子濃
度、Ｄｓ＋は小粒子の摩耗粒子濃度である。

上式の内、（Ｄ’Ｌ　十Ｄｓ　）は全摩耗粒子濃度を表
わし、（Ｄｔ、Ｄｓ）は大、小粒子の濃度差を表わす。

正常な摩耗の場合はＤＬ≧Ｉ）＋であり、異常摩耗の場
合Ｄｔ、＞＞Ｄｓになることが経験則として知られてい
る。従って前記の１８が大きいことは摩耗状態が異常で
あることを意味する。

一般に、機械類の摩耗の進行は第３図のような傾向を示
し、初期運転時には初期摩耗現象によって摩耗粒子濃度
が若干上昇し、正常運転中は摩耗の進行が少ないので摩
耗粒子濃度が低い値を保つ。

自然損耗が進行してガタが増えたシ、異物の噛み込みや
油の劣化などによって鳴りが発生したりするなど、何ら
かの異常な状態になると摩耗粒子濃度が増加する。

従って、第３図に示す正常運転の状態において前記の異
常摩耗係数Ｉｓを実測して基準値を定めておくと、異常
摩耗を発生したときＩｓ値が上昇することによって異常
を検知し得る。

一般に、蒸気タービン運転中に蒸気弁Ｖの動作機能確認
のため、個々の蒸気弁についてテスト信号をサーボ弁６
に与え、蒸気弁Ｖを徐閉、徐開作動せしめて定期的に開
閉作動テストが行なわれる。

通常、弁変位（変位計■による検出値）とシリンダ駆動
油圧（油圧計Ｏによる検出値）とは、閉弁時にはｍ４図
に実線で示すような比例関係があり、開弁時には第５図
に実線で示すような比例関係がある。従って、変位の実
測位と油圧の実測値との関係が上記両図に破線で示した
ように比例関係が狂って油圧篩差ΔＰを生じた場合、何
らかの異常を生じたものと推測されるが、これだけのデ
ータからでは原因個所を突きとめることができない。

上述のごとく変位と油圧との関係に異常を生じる場合、
その現象を大別すると （１）　　圧力は規定値に達するが変位量が規定値に達
しない場合と、 （１１）圧力も変位量も規定値に達しない場合と、二通
りの場合がある。

上記（１）の場合は所定の油圧力が発生しているのに弁
が動きにくい状態であるから、例えば異物の噛み込みや
焼付きなどの機械的拘束力が発生しているものと推定さ
れる。

前記（ＩＩ）の場合は所定の油圧力が発生していないた
め弁の動きが不足している状態であるから、内部リーク
の増加など油圧的な不具合が発生しているものと推定さ
れる。

上記の推定を更に進展させて、その不具合の原因が機械
的損傷によるものであって緊急に分解点検を必要とする
か、或いは、運転を継続しながら例えば調圧弁の調整状
態の点検などの日常整備的な手段によって回復せしめ得
るものであるかを判別するには、油中の摩耗粒子濃度が
重要なファクターとなる。

第６図は摩耗粒子濃度の変化の一例を示す図表で、水平
方向の実線はさきに説明した異常摩耗係数Ｉｓの基準値
、その上下の鎖線は許容偏差ΔＩａｍを示している。前
述の摩耗粒子濃度検知器１０（第２図）によって検出し
た異常摩耗係数工１が破線で示したように上昇して、異
常摩耗係数の偏差ΔＩｓが許容偏差ΔＩｓ＋ｓの範囲を
越えた場合は機械的な損傷が発生しているものと判断さ
れるのでタービンを緊急停止して点検整備しなければな
らない。

上述のような検討結果に基づいて本発明方法の異常診断
を行なう一例を次に説明する。第４図及び第５図に示す
基準油圧曲線に対する油圧偏差ΔＰの許容偏差ΔＰ１を
予め設定し、第７図に示すブロック図のごとく異常診断
を行なう。このブロック図は第６図に例示したような異
常現象が発生した場合の診断例である。

ブロック２１のごとく、当該油圧機器の正常な場合の圧
力■と変位■との関係を実測して基準特性を設定して計
算機（図示せず）に記憶させるとともに前記の油圧の許
容偏差ΔＰｌを記憶させておく、ブロック２２で実測圧
力■と実測変位■とを人力し、式（ａ）の如くΔＰがΔ
Ｐｇよりも大きいか否かを判定させる。本例の場合はΔ
Ｐ〉ΔＰｇと判定される。一方、ブロック２３で異常摩
耗係数ΔＩｓを許容偏差ΔＩｓｓと比較させ、式（ｂ）
が成立するか否かを判定させる。本例の場合はトｈンΔ
Ｉｓｍと判定される。上記の両式（ａ）、　（ｂ）が成
立したことに基づいてブロック２４で診断を行ない、両
式（ａ）　、　（ｂ）が成立したことによシ異常摩耗が
発生したものと診断する（ブロック２５）。

本例のごとく、油圧駆動装置の作動状態における駆動油
圧と変位との関係及び摩耗粒子濃度に関する基準値及び
許容偏差に基づいて診断を行なうと、シリンダ８の内部
に機械的損傷が発生して油圧機器の動的特性に僅かな異
常を生じたとき、自動的に早期に発見し得るという効果
がある。

第８図は前記と異なる形で異常の兆候が表われた場合の
特性変化を示す。この異状例においては第６図の例と同
様に異常摩耗係数Ｉｓが増加すると共に、ドレン回路Ｕ
（第１図）に設けた流量計◎による内部リーク値が許容
偏差ΔＱ、を越えて増加している。

このような場合の診断例のブロック図を第９図に示す。

ブロック３１でΔＩｓｓとΔＩｓとを比較して（ｂ）式
ΔＩｓ）ΔＩｓｉ＋の成立を判断するとともに、油圧シ
リンダ８（第１図）が静止している状態におけるリーク
流量増加の実測値ΔＱとリーク流量増加のｌ［容偏差Δ
Ｑ、とをブロック３２で比較して、（Ｃ）式ΔＱ〉ΔＱ
−の成立を判断する。そして上記の（ｂ）　、　（Ｃ）
両式の成立により異常摩耗が発生したものと診断する（
ブロック３３）。

本例のように油圧駆動装置が静止しているときの内部リ
ーク流量尽び摩耗粒子濃度の基準値及び許容偏差に基づ
いて診断すると、シリンダ８の内部に機械的損傷が発生
して油圧機器の静的特性に僅かな異常を生じたとき早期
に自動的に発見し得。

るという効果がある。

第１０図は、前記と更に異なる形で異常の兆候が現われ
た場合の特性変化を示す。この異常例においては、油圧
駆動装置の静止時における圧力が低下して基準値に比し
てΔＰの偏差を生じるとともに、異常摩耗係数Ｉｓが増
加して許容偏差ΔＩ　ｓｍを越えている。

このような場合の診断例のブロック図を第１１、　　図
に示す。

ブロック４１でΔＩ■をΔＩｓｓと比較して（ｂ）式Δ
Ｉｓ＞ΔＩｓｓの成立を判断し、ブロック４２で圧力偏
差ΔＰを許容偏差ΔＰｍと比較して（ｄ）式ΔＰ〉ΔＰ
ｍの成立を判断し、上記（ｂ）、　（ｄ）両式の成立に
よって異常摩耗の発生と診断する（ブロック４３）。

本例のように油圧駆動装置の静止時における同装置の圧
力および摩耗粒子濃度に基づいて診断を行なうと、油圧
シリンダメ機械的損傷によって静止時圧力に影響を及ぼ
した場合に、自動的かつ早期に発見することができる。

以上説明したように、本発明は、油圧式制御装置の作動
油の圧力、流量、摩耗粒子濃度、および作動部材の変位
を検出し、これら検出値相互の関係を予め設定した基準
値及び許容偏差と比較して異常の有無を診断することに
より、油圧機器の内部的な損耗、劣化、摩耗などによる
機械的損傷の状態を自動的に検出して異常の有無を診断
し、油圧機器が機能を停止する以前に故障発生を予知す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

ｍ１図は本発明に係る油圧機器の異常診断方法を適用す
るために構成した蒸気タービンの蒸気弁制御装置の油圧
系統図、第九図は上記装置に用いた摩耗粒子濃度検出器
の構造の説明図、第３図は摩耗粒子濃度の経時的変化を
表わした図表、第４図及び第５図は油圧と変位との関係
を表わした図表、第６図は故障の兆候の一例を表わした
図表、第７図は本発明方法によって上記の兆候を診断す
る一例を示すブロック図、第８図は上記と異なる故障の
兆候の一例を表わした図表、第９図は本発明方法による
上記兆候の診断例のブロック図、第のブロック図である
。 １・・・電動機、２・・・ポンプ、３・・・タンク、４
・・・危急遮断装置、５・・・シャットオフ弁、６・・
・サーボ弁、７・・・電磁急閉弁、８・・・油圧シリン
ダ、８ａ・・・ピストン、８ｂ・・・バネ、８Ｃ・・・
ピストン杆、８ｄ・・・シリンダ底部室、９・・・ダン
プ機構、９ａ・・・ダンプ弁、９ｂ・・・バネ、１０・
・・摩耗粒子濃度検出器、１１・・・摩耗粒子濃度表示
器、１８・・・永久磁石、１９・・・バイパス管路、２
０・・・静電容量器、２１・・・大粒子検出用受信器、
２１・・・小粒子検出用受信器、■・・・蒸気弁、Ｊ・
・・油圧駆動装［、Ｋ・・・パルプ機構、Ｌ・・・油圧
源、Ｕ・・・ドレン回路、■・・・変位計、■・・・圧
力計、◎・・・流量計。 代理人　弁理士　秋本正実 ′ＶＪ　１　図 第　２　図 第　３　図 峙南　− 第　４　図 ′￥ｉ　ｔ　図 ￥Ｊ　７　口 第　３　図 数　　　　　　　　時用− ′ＶＪ　ｑ　口 門 ｆＪｌθ　図 遁　１１　　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、油圧式制御装置の作動油の圧力、流量、摩耗粒子濃
   度、および作動部材の変位を検出し、これら検出値相互
   の関係を予め設定した基準値及び許容偏差と比較して異
   常の有無を診断することを特徴とする油圧機器の異常診
   断方法。 ２、前記の予め設定した基準値及び許容偏差は、油圧駆
   動装置の作動中における作動油圧と変位との関係及び摩
   耗粒子濃度に関する基準値及び許容偏差を含むものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の油圧
   機器の異常診断方法。 ３、前記の予め設定した基準値及び許容偏差は、油圧駆
   動装置の静止中における油圧駆動装置の内部リーク流量
   及び摩耗粒子濃度の基準値及び許容偏差を含むものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項又は同第２項
   に記載の油圧機器の異常診断方法。 ４、前記の予め設定した基準値及び許容偏差は、油圧駆
   動装置の静止中における圧力及び摩耗粒子濃度の基準値
   及び許容誤差を含むものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項又は同第２項に記載の油圧機器の異常診
   断方法。