資産の健全性のロックを解除:振動分析による問題の早期発見とメンテナンスの節約

振動分析は、資産の振動パターンを測定および分析するプロセスです。これは、全体的なメンテナンス費用を削減しながら、機器を長期間稼動し続けるための最も効果的な方法の 1 つです。

振動パターンの変化は、資産のバランスが崩れている、位置がずれている、またはベアリングに欠陥があることを示している可能性があります。最新の振動センサーは振動の微妙な変化を感知するのに十分な感度を備えているため、技術者は問題を早期に発見し、故障が発生する前に修復できます。

振動解析がどのように機能するのかを詳しく説明し、最も一般的なアプローチのいくつかについて説明します。

振動とは何ですか?

振動は、平衡位置の周りでの物体の前後の動き、つまり振動です。ギターの弦を弾くと振動します。エンジンは動作中に振動します。

モーター駆動の資産が動作中にある程度振動するのは正常です。ただし、過度の振動は、機器内で問題が発生していることを示している可能性があります。シャフトが曲がったり、部品の位置がずれたり、資産のバランスが崩れたりすると、異常な振動が発生する可能性があります。信頼性エンジニアは、振動パターンを分析することでこれらの問題を診断します。

振動の特徴は何ですか?

振動には 3 つの重要な特性があります。

• 振幅
• 頻度
• 方向

各特性は、資産の健全性に関する重要な情報を提供します。

振幅 (変位とも呼ばれます) は、振動の大きさを指します。振幅が大きいほど、振動も大きくなります。波形では、通常、振幅はピークツーピークで測定されます。

振幅は重症度を測定する良い方法です。振幅が大きいほど、より深刻な問題を示している可能性があります。

周波数とは、振動する物体が 1 秒あたりに完了するサイクル数を指します。周波数はヘルツ単位で測定されます。

方向とは、振動する物体の動きを指します。方向は、たとえば、軸方向または半径方向です。

振動はどのように測定されますか?

振動アナリストは通常、ハンドヘルド振動アナライザとワイヤレス振動センサーを状態監視ソフトウェアとともに使用して、振動レベルと周波数を測定します。最先端の振動解析プログラムでも人工知能が使用されています。

最も一般的なタイプの加速度センサーは圧電センサーで、物理的な振動を電気信号に変換します。その信号は振動データとして記録されます。次に、ソフトウェアはデータを波形または高速フーリエ変換 (FFT) として整理して分析します。

プラントによっては、技術者がリアルタイムで振動データを測定するワイヤレス振動センサーの設置を希望する場合があります。一部の運用では、Pruftechnik の VibXpert II などのハンドヘルド振動アナライザーを使用してルートベースの振動測定を行うことが好まれます。

振動データを収集したら、次のステップは分析です。

振動解析はどのように機能しますか?

振動解析では振動データを取得し、それを理解してメンテナンス チームが行動を起こし、必要な修理を行えるようにします。振動データを分析するには、スペクトル分析と波形分析といういくつかの方法があります。

スペクトル振動解析とは何ですか?

スペクトル分析では振動データを取得して「分解」し、技術者が各コンポーネントを個別に研究できるようにします。全体的な振動レベルを見る代わりに、スペクトル分析は周波数領域で振動信号を表示します。

スペクトル分析は、マシンの障害の場所を正確に特定する優れた方法です。機械のコンポーネントは、故障時にさまざまな周波数で振動します。たとえば、ベアリングに欠陥があると、より高い周波数で振動する傾向があります。

固有値解析では、ソフトウェアを使用して資産の周波数応答の視覚的な表示を作成します。一部のチームは、アニメーションを使用して、さまざまな振動モードすべての視覚的なマップを作成しています。

波形振動解析とは何ですか?

波形解析では、振動信号を時間領域で表示します。たとえば、単純な正弦波は、時間の経過に伴う振動レベルをマッピングします。これは、振動イベントの全体像を把握し、憂慮すべき異常を特定するための優れた方法です。

波形解析により、振動がどれほど激しいかを知ることができます。また、最も極端な振動が発生している時期を正確に特定することもできます。波形の「ピーク」は衝撃イベントを指します。波形を調査すると、動作サイクルのどの時点でこれらの衝撃イベントが発生しているかを知ることができます。

技術者は、振動の強度を判断するために RMS (二乗平均平方根) も調べます。 RMS は、資産の振動によって生じる全体的なエネルギーを測定します。これは、問題の重大度を測るのに役立つ指標です。

機械振動の解析方法

振動解析は、回転機械の欠陥を発見するための最も効果的な手法の 1 つです。振動分析を正しく行うと、チームが機械の故障を早期に特定し、メンテナンス担当者がすぐに修理できるようになります。

プラントでは長い間、予防保守戦略の一環として振動解析が使用されてきました。現在、予知保全や状態監視アプローチの重要な部分として振動分析を使用する運用が増えています。

振動分析で何が分かるのか?

振動解析は、プラントの早期警告システムのようなものです。今日の振動センサーは細かく調整されています。彼らは、機械の欠陥を示す振動の小さな変化を感知します。

回転機械で最も一般的な 4 つの機械故障は次のとおりです。

• アンバランス
• 位置ずれ
• ベアリングの欠陥
• 緩み

これらの問題を放置すると、大きな問題に発展し、シャットダウンや生産性の低下を引き起こす可能性があります。そこで振動分析が登場します。

振動解析により、不均衡、位置ずれ、ベアリングの欠陥、または緩みの最初の兆候が特定されます。これは、メンテナンス担当者が都合の良いときに修理のスケジュールを設定できることを意味します。また、問題が制御不能に膨れ上がることがないということも意味します。

振動解析の例

ほぼすべての操作が振動解析から恩恵を受けることができます。自動車、製造、石油とガスはすべて、業務を継続的に実行するために振動解析を利用しています。

メンテナンスにおける振動解析とは何ですか?

メンテナンス チームは振動分析を使用して、不均衡、緩み、ベアリングの故障、または位置ずれの初期の兆候を特定します。

現在、ほとんどの業務はタイトな生産スケジュールで運営されており、ダウンタイムや生産低下の余地はありません。また、典型的なプラントには、以前よりもはるかに重要な資産があります。同時に、ほとんどのチームは労働力不足に直面しています。

これらすべては、資産をスムーズに運用し続けることがこれまで以上に重要であることを意味します。振動分析は、チームが新たなマシンの故障や発展途上にあるマシンの故障を常に把握するのに役立ちます。また、障害を早期に特定して、都合のよいときにいつでも対処できるようにすることで、メンテナンス スケジュールに余裕を持たせることもできます。

多くの場合、メンテナンス技術者は移動中に手持ち式振動アナライザーを使用してデータを収集します。その後、それらの振動測定は、社内の信頼性エンジニア、または Fluke Reliability が提供するような外部状態監視サービスによって分析されます。

振動解析の一般的な例

すべての回転資産には、標準の振動「署名」があります。その署名が変化した場合、それは何かが間違っていることを示しています。

ポンプやエアコンプレッサーなどのモーター駆動の資産は、振動解析の優れた候補です。ポンプやコンプレッサーに振動センサーを取り付けると、トラブルの兆候を早期にキャッチし、芽を摘むことができます。

振動分析ツールは、トラブルの微妙な兆候をキャッチするのに十分な感度を備えています。そのほとんどは、技術的な背景がない人でも直感的に使用できます。

振動センサーとは何ですか?

センサーは振動の加速度、速度、周波数を測定し記録します。技術者は、監視したいほとんどすべての資産またはコンポーネントに振動センサーを取り付けることができます。 

ワイヤレスセンサーは振動データを継続的に収集し、リアルタイムで送信できるため、何かを見逃すことはありません。また、振動レベルが特定のしきい値を超えたときに警告するようにほとんどのセンサーをプログラムすることもできます。

振動アナライザーとは何ですか?

振動アナライザは通常、センサーとコンピューターの両方を備えた複合機器です。振動アナライザには、振動レベルを測定するための圧電加速度計が取り付けられています。また、そのデータを分析して表示します。一部の振動アナライザーは、機械の故障を診断し、ユーザーに修理を案内できます。  

振動モニタリングとは何ですか?

振動モニタリングはセンサーとデータ分析を使用して、最も重要な資産を常に監視します。ほとんどの工場には、すべての機器を手動で監視するスタッフがいません。振動センサーと振動アナライザーのネットワークを使用すると、問題を常に把握し、限られたリソースを最大限に活用できます。

状態監視振動解析

状態監視は、センサーとデータ分析を使用して機器の全体的な状態を追跡します。その目標は、新しいマシンの障害を、まだ小さくて管理可能なうちに検出することです。状態監視を適切に行うと、問題が問題に発展する数週間、場合によっては数か月前に、問題の兆候を警告できます。

振動分析は、あらゆる状態監視戦略の重要な部分です。振動分析は、振動レベルの小さな変化を特定することで、チームが問題を先取りするのに役立ちます。

状態監視は、データを取得して分析するためのセンサー、ソフトウェア、IIoT ツールに依存しています。ほとんどのチームは状態監視プログラムを実装するためにある程度のトレーニングが必要ですが、ツールは依然として直感的に使用できます。 

これは、専門知識に制約のあるチームや、限られた予算で運営されている工場にとって、確実なアプローチです。そしてもちろん、これは誰にとっても稼働時間と信頼性の向上という点でより多くの結果を得る素晴らしい方法です。