回転機械設備の故障の現象と振動解析のポイントを一覧にしました。教育に最適です。

機械設備の故障診断 アンバランス(不釣り合い） ミスアライメント 構造的ゆるみ ベルトドライブ 共振 ジャーナルベアリング 電気モーター アンバランスは、回転軸の幾何学的中心線がウェイトの中心線と一致しない場合に生じる状態です。 ミスアライメントは、対になっている2つのシャフトの幾何学的中心線が、運転状態で両方のシャフトの 回転のゆるみはローターとベアリングの間の過剰クリアランスによって起こります。 PM PM 共振は、強制振動が機械の構造の固有振動数と一致する（またはそれに近い）ときに引き起こされる状 ジャーナルベアリングは非常に低摩擦の表面を提供して、ローターを支持し、ローターをシリンダーに通 回転軸に沿って同一線上にはない場合に生じる状態です。軸方向で１倍、２倍の1X、２X振動信号が卓 ベルトトランスミッション 態です。その結果、高い振動になります。 します。このシリンダーはシャフトを囲んでいて、金属同士の接触を防ぐ潤滑油で満たされています。 電磁力振動 越した場合は、一般に対になっている2つのシャフトのミスアライメントの指標になります。 は産業における一般的な ドライブシステムの構成要 電源周波数振動の2倍： 2 · f MP L素： 0.3-0.5X 1X バーかみあい周波数： fbar = fn · nMP bar v [mm/s] 1X PM PM • 駆動プーリー s [μm] 同期周波数： fsyn = 2 · fL / p 角度ミスアライメント • 取り付け不良 • 被駆動プーリー 固有振動の1次形式 固有振動の2次形式 固有振動の3次形式 すべり周波数： fslip = fsyn – fn F 2unbalance = m d ω • 土台不良 • ベルト 動的関係式： 極通過周波数： fp = p · fslip • 土台支持不良 Ø1 ω1 = Ø2 ω2 • 土台の反り MP MP 3.1416 ω Øベルト周波数： 1 1ƒB =l = ベルトの長さ I fL：線周波数 nba：r ローターバーの数 v [mm/s] 1X 2X 3X シャフトの1次、2次および p：極数 3次臨界速度は、運転が • ステーターの偏心 軸方向 v [mm/s] 1X ベルトドライブ故障 これらの臨界速度に近い 高調波でない関係 • ステーター巻線のゆるみf [Hz] ときに共振を引き起こします。構造的ゆるみは１X振動信号をラジアル方向に、 • 偏心ローター1次固有2次固有3次固有 水平読み取りに支配的に大きく生み出す ラジアル方 • ローターの問題振動 振動 振動 f [Hz] 場合があります。 向 • 接続のゆるみオイル膜により、高い振動減衰： オイルホワール： 振幅と位相の変化を見るために、 ベルトの摩耗 偏心プーリー • ローターバーのゆるみ 単純な不釣合いによって、ラジアル(回転)方向で • 高周波信号は伝達されない • オイル膜安定性の問題測定はボルトとフット、土台で • ローターのゆるみ 卓越した回転速度の１倍の振動数の1X振動が発生します。 行われる必要があります。振幅の減少と位相差 a [m/s2] f 場合があります • スペクトルに0.3-0.5倍の成分を N f [Hz] 180°の • 共振は機械の他の一般的な問題と混同される場 共振の増大 • 位置ずれセンサーと連続 引き起こす場合あり 合があります。 モニタリングを推奨場合は、この構造的ゆるみによる問題です。 1倍、2倍、3倍のf • 共振を診断するには他の試験を追加的に行う必B ステーターの偏心要があります。 クリアランスの問題（回転機械部分のゆるみ）静的アンバランス f [Hz] RPM • 鉄のゆるみ 幾何学的中心はプーリーの回転する 180°における位相の • ステーター積層が少ない 中心とは一致しません。 ジャンプ • ソフトフット f [Hz] ベルト周波数f と最初の2つ 偏心のプーリーは高い1倍がスペクトルに見られ、ラジ ブレード & ベーン B（または3つ）の高調波がスペクトルの アル方向に支配的に大きいです。 PM PM中に見られます。 アンバランスと混同しやすいですが、 PM PM 転がり軸受 2 fB が一般にスペクトルで顕著です。 • 垂直および水平方向の測定位相は0°または180°の場 RPM 合があります。 . v [mm/s] 1X v [mm/s] 1X • 振動はベルト方向でより高くなる場合があります。 プーリーのミスアライメント 1.O. v1 = 30 mm/s 摩耗 a [m/s2] f 駆動プーリーまたは被駆動プーリーの1倍 ϕ1 = 60...80° 1X 2X 静的アンバランスは機械が運転時ではないときに見られ、 a [m/s2] BPF が ベルト共振 寿命の超過。ベアリングの過剰負荷 不適切な組み立て。製造ミス 不十分な潤滑。 • 回転数の１倍および２倍の１Xおよび２X振動信 バランスウェイトが一番下の位置に来るようローターが 軸方向の読み取りに見られ顕著です。 号 静的アンバランスは重力の中心線からア 回転します。静的アンバランスはラジアル方向に卓越した1X ラジアル方向 ベルト固有振動数が駆動または被駆動回 • f 側波帯なし角度ミスアライメントは、シャフトの中心線が両方のシャフトの投影軸上の1点だけで一致する場合に L ンバランス 振動信号を生じ、シャフトの両端は同じ位相信号になりま PM 転数の１倍振動数と 2f v1 = 3 m/s L[m/s2] • ラジアル方向に支配的に大きい見られます。スペクトルは1倍、そして2倍および3倍などにも軸方向の高い振動を示し、その振動は、軸方 ウェイトがずれたことが原因で起こりま す。 一致するときは、この周波数はスペクトル ϕ1 = 240° • 2極機械を解析する場合は高解像度の使用が必要向にカップリングをはさんで位相が180°異なります。これらの信号はラジアル方向に、低い振幅で、同位 す。 PM に相で見られる場合があります。 見られる場合があります。 f [Hz] f [Hz] 固定ローターのアンバランス削減による 共振点における回転周波数fn 摩耗 モーメントアンバランス 回転周波数fnにおける振幅 の振幅の激しい増大、増大は 励振（アンバランスな状態）と f [Hz] 平行ミスアライメント 減衰によって変わる。f [Hz] ねじれ オフセット 角度 ブレードまたはベーンはブレード通過周波数と 例： ランナップまたはコーストダウンテスト 摩耗 呼ばれる信号周波数を生成します： fBPF = s f インテーク内に3つの羽; x=3 偏心ローターv [mm/s] 1X 2X 3X n 9つのブレード； s = 9 機械のスイッチがオンまたはオフになった fBPFを同定します。増加や高調波はブレード x · fBPF = fn · s · x ときに実行されます。 ラジアル方 ディフューザーまたはボリュートエアギャップの • ローター オフセット 向 差のような問題の兆候の場合があります。 回転のゆるみ 異なる振動信号トラッキングにおける一連 振動のスペクトルに高レベルの「ノイズ」が生じ、ベアリング特性周波数を • ミスアライメント のスペクトルが共振の存在を示す場合があ 同定できます。ショックパルスのレベルの上昇。 • 土台不良 ります。 タコメータの使用はオプションで、データコ モーメントアンバランスは静的にバランスがとられる場合が レクターはこの種のテストをサポートする レースの損傷 あります。回転ダイナミックアンバランスがラジアル方向に 回転のゆるみはローターとベアリングの間の過剰クリアランスによって起こります。 PM PM 必要があります。 モーメントアンバランスは、2つの同一の 卓越した1X振動信号を生じ、シャフトの両端で反対の位相 f [Hz] アンバランス 信号がある場合。 ウェイトがシャフトの横断する領域に 180°で 振動評価基準値 - ISO 10816 位置していることによって起こります。 1 – アウターレース損傷2 – インナーレース損傷 共振診断テスト 3 – 転動体損傷 2 機械振動 – 非回転部分の測定による機械振動の評価。 0P [m/s ]4 – ケージ損傷 2 f 1X 2X T 動的アンバランス a [m/s ] p slippage転がり軸受 ジャーナルベアリング a 2ENV [m/s ] s [μm] ラジアル方向 グループ1 グループ2 ラジアル方向 バンプ試験 ラジアル方向 2fL アウターレース損傷 大型機械 中サイズ機械 300 kW < P < 50 MW 15 kW < P < 300 kW 回転 回転 1BPFO 2 .. 3 .. 4BPFO 機械タイプ a [m/s 2] 1倍の周波数 1倍の周波数 モーター モーター および高調波 高調波と 励振 – 力パルス 反応 – コンポーネント振動H > 315 mm 160 mm < H < 315 mm 低調波 v[mm/s] 土台 フレキシブル ハード フレキシブル ハード s[mm] α 接触の角度 D ピッチ直径 f [Hz] t [ms] d 転動体直径 速度 v Z 転動体の数 アウターレース損傷平行ミスアライメントは中心線が平行なのにオフセットであるときに生まれます。スペクトルは2倍で高 eff 減衰関数 いラジアル方向の振動、そして低い1倍の振動を示し、その振動は、ラジアル方向にカップリングをはさ mm/s rms n シャフト RPM 周波数BPFOも高調波もは f [Hz] っきり見える んで位相が180°異なります。これらの信号は軸方向に、低い振幅で、軸方向にカップリングをはさんで f [Hz] f [Hz] • fp、1倍、2倍 および2f 信号 • 振動時間信号をすべり 180°異なる位相で ショックコンポーネント、 L 10-1000 Hz インナーレース損傷 • 1倍および2f 、f に側波帯 周波数f で調整 見られる場合があります。 r > 600 rpm 固有振動数、垂直 周波数応答、垂直 周波数応答、水平 L P slip 実際に動的アンバランスはアンバランスのうち最も多いも 転動体通過周波数、アウターレース a [m/s2] • ラジアル方向に支配的に大きい • Tslip ≈ 2-5 s1倍の間隔で側波帯 のです。動的アンバランスの回転はラジアル方向に卓越した (BPFO) f • 高解像度必要N 動的アンバランスは同時に静的バランス １X振動信号を生じ、位相は軸に沿ったウェイトの分布によ 2-1000 Hz 2次モード であり、 って変わります。 アライメント許容表 120 < r < 600 rpm 1次モード BPFO = n · Z (1 – d cos α) 1BPFI 2 .. 3 .. 4BPFI60 · 2 D モーメントアンバランスでもあります。 固有振動数、垂直 固有振動数、水平 転動体通過周波数、インナーレース 許容オーバーオール振動値 v mm/s (RMS) - ISO 20816-8 準拠 (BPFI) インナーレース損傷周波数 ローターの問題 アライメント許容値 [mm] フレーム シリンダー（横方向) シリンダー（ロッド）コンポーネント 土台 小さなボア接続； n · Z d BPFIも数多くの側波帯も1倍の f [Hz]（上部） 設計タイプ 設計タイプ 配管；ダンパー BPFI = (1 + cos α) 間隔。 バランス作用のドキュメント化 新しく使用する機械 無制限に長期間運転 制限つきの長期間運転 損傷の原因となる振動 水平 垂直 水平 垂直 60 · 2 D ショート「フレキシブル」カップリング 40許容範囲内 優秀 振動速度 30 24.0 24.0 28.520 19.5 19.5 転動体回転周波数 転動体損傷 12.0 16.0 16.0 19.0 1.ローターの熱湾曲 13.0 13.0 12.7 FTFの間隔で側波10 10.7 10.7 2 · BSF = n · D (1 – [ d cos α]2) a [m/s 2] v mm/s 8.0 8. 7 8.7 D 帯 オフセット 5 4.5 60 · d(RMS) 5.3 a [m/s2] 1X 3 3.0 2 保持器周波数 2.0 ラジアル方向流体 • アンバランスなローターバー電流© Copyright 2018 PRUFTECHNIK AG FTF = n1前 60 · 2 (1 – d cos α) • アンバランスなローター状態 DIN ISO 13373-3:2015 大型ベアリング 小型ベアリング D 転動体の回転周波数BSFと高 • しばらくの時間、運転した後に観察可能 後 角度 回転周波数の例 調波、および側波帯がFTFの f [Hz] 間隔で。 （直径100 mm ボールベアリング 当たりのカップリングエッジにおけるギャップ差） 速度範囲120 - 1800 RPMの剛性の土台上のレシプロコンプレッサーに有効。 0P[m/s2] SKF 6211; n = 2998 RPM 振動解析によって診断される流動体の PM PM 可動コンポーネントの周波数範囲：2 - 1000 Hzl 固定式コンポーネントの場合：10～200 Hz ケージ損傷 スペーサーシャフト 基本的な問題は2つあります： 2* 注記： 表を使用する前にDIN ISO 10816-8の説明を参照。 a [m/s ] FTFと2次、3次、4次の高調波 とメンブレン（ディスク）カップリング • 乱流 寸法 回転周波数 • キャビテーション f [Hz] D = 77.50 mm BPFO = n / 60 · 4.0781 = 204 Hz オフセット d =14.29 mm BPFI = n / 60 · 5.922 = 294 HzZ = 10 2 BSF = n / 60 · 5.239 = 264 Hz （スペーサー長さ100 mmあたり） α = 0° FTF = n / 60 · 0.4079 = 20 Hz 2.ローターバーの破損 バランス化前/後の周波数スペクトル、バランス化ダイアグラム ケージ回転周波数 角度 FTFと高調波が見える f [Hz] a [m/s2] 1X 2X 3X 4X 1X 1X f VDI 3842に基づく配管システムの振動の評価どこを測定するか？ a [m/s2] 乱流 a [m/s2 BPF キャビテーション RPM および 0P] ラジアル方向 • 1倍と高調波、fPに側波帯 200 加速度測定の周波 潤滑問題 • 高解像度スペクトル必要• ビート信号が可能 最高の1X 倍振動レベルの測定位置は、ローターの構造とアンバランスの位置によって変わります。 ソフトフット すべて 数範囲は 100 10Hz ～ 10kHz mm/s ショックパルスと損傷頻度の ランダム RMS[m/s2]RMS レベルに大きな変動 潤滑後に大きな 上記の推奨アライメント許容値は経験に基づいた一般的な値であり、これを上回ってはなりません。こ 温度上昇 れらの許容値は、社内基準または機械やカップリングの製造元が他の値を指定していない場合のみ、使 ベアリングは良好な状態 ベアリングは考慮すべき状態 悪いベアリング状態 用してください。 続けて小さな温 10 度上昇 f [Hz] f [Hz] f [Hz] 3.ローターバーのゆるみ • レースの損傷 • 不十分な潤滑 • メンテナンスミス 1 © Copyright 2 018 PRÜFTECHNI K A G • 不良シーリング • 過小評価 • 不良グリースレギュレーター a [m/s2] 1X 2X fbar 2fシャフトのたわみ bar1 10 周波数 100 Hz 300 • 汚染された潤滑油を使用 • グリースニップルがブロック 危険 補正 許容範囲内 設計通り • f および 2f 、2f 側波帯 ISO 14694 に基づくファンのカテゴリ カテゴリー 1 カテゴリー 2 bar bar L ラジアル方向 • 2fbar は高くなる可能性があります ーと振動評価基準値 • 1倍および2倍が現れる可能性がありますターボポンプ、高 ターボポンプ、一 シャフトのたわみは、シャフトの軸に関する非対称性、ま ポンプのタイプ い信頼性、利用可 般用、または危険 ベアリングリングが変形する たは変形を生み出すシャフト上への外力によって生み出 能性または安全 されます。 12,5 12,5 12,5 12,5 要件。 の少ない用途。 たわんだシャフトは、ベアリング上で軸方向に互いに反 11,8 11,8 11,8 11,8 11,2 11,2 11,2 電源 • 不適切な取り付け フローティングベアリングにかかるベアリングの力対の力を生み出します。この力は、振動スペクトルの中 • 間違ったベアリング保管 • 不適切な取り付け に、1倍の軸方向の振動として同定されます。2倍とラジア • シャフト製造ミス • 間違ったハウジング計算 ル方向の読み取りも見られます。 f [Hz]• ベアリングハウジングの過剰トルク • ベアリングハウジングにおける製造ミス 9,0 9,0 9,0 9,0 許容評価速度 [mm/s] - VDI 3834 準拠 速度 veff 周波数範囲 10 Hz～ 1000 Hz 10 Hz～ 1000 Hz 10 Hz～1000 Hz ≤ 0.1 Hz ～ 10 Hz mm/s rms 4.接続のゆるみ 7,1 7,1 7,1 7,1 7,1 7,1 7,1 7,1 7,1 7,1 100 厳しい振動 1X 2X 6,3 6,3 6,3 6,3 100 10-1000 Hz ベアリングv [mm/s] 50 a [m/s2] 1X 2X 2f 30 60 20 r > 600 rpm 温度 L軸方向 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 V in mm/s 10.0 上昇 WO 10 固定ベアリング ラジアル方向 • 2fL 過剰信号と 1/3 fLにおける側波帯5.6 5 3.2 6.0 2-1000 Hz • 電気的位相問題 RMS [mm/s] 3 3.5 2 2,8 2,8 2,8 2.0 120 < r < 600 rpm ショック エアギャップ • 補正をすぐに行う必要があります 1 パルス ©PRÜFTECHNIK AG 損傷 固い フレックス 固い フレックス 固い フレックス 固い フレックス 固い フレックス 固い フレックス 固い フレックス メインベアリング ギアボックス 発電機 ナセル/タワー フローティングベアリング頻度 P ≤ 300 kW P ≤ 15 kW P > 15 kW P ≤ 37 kW P > 37 kW P ≤ 75 kW P > 75 kW 包絡線 傾いたベアリング 産業向け、 コンポーネント 不適切な取り付け 発電機 運送、海洋 石油化学 輸送、トンネル 新しく使用する機械 無制限に長期間運転 制限つきの長期間運転 損傷の原因となる振動 汚れ f [Hz] 軸方向 1倍、2倍、3倍 MBR GBX GEN NAT 非常によい状態 よい状態 限定的な状態/アラーム クリティカルな状態/シャットダウン f [Hz] PRUFTECHNIK 株式会社 （プルーフテクニック株式会社) © PRUFTECHNIK Dieter Busch AG 横浜オフィス Email: japan@pruftechnik.com 大阪オフィス 弊社の各国問合せ先は 〒240-0006　神奈川県横浜市保土ヶ谷区 Tel: 045 444 8812 〒660-0071 兵庫県尼崎市崇徳院1丁目 www.pruftechnik.com 星川３－３－２９ Fax: 045 444 8813 16 COM2B ランダム 振動速度 角度 mm/s 変位 Sp-p LIT 01.601.ja