回転機器の軸芯がずれているだけで、損をしています。高精度アライメントによってエネルギーコストを下げる方法をご紹介します。

2017年1月 エネルギーの浪費はお金の無駄遣い 高精度アライメントによってエネルギーコストを下げる方法 WHITE PAPER

高精度アライメントによってエネルギーコストを下げる方法 電気エネルギーは工業経営の費用のかなり大きな部分を占めて 障間隔を伸ばし、エネルギー消費量を劇的に削減します。高精度 います。何事につけ抑制するのが難しいように見える事業を行う場 のレーザーアライメントプログラムを使用すると、1台の機械の全 合にはどうしても避けられないコストです。これに対するすぐれた 使用期間にわたって数千ドルを節約することができます。 ソリューションを、レーザーシャフトアライメントの開発で知られる PRUFTECHNIKが提供します。工業アライメントにおける40年以上 「高精度アライメント」とは？ の経験を活かし、PRUFTECHNIKは高精度アライメントによってエ ネルギーコストを下げる方法を説明します。 「アライメント」は、2つ以上の機械を互いに効率的に動力を伝達 アイデアはいたってシンプルなものです。エネルギー消費の削減 できるよう位置合わせすることを表わしています。例えばモーター はエネルギーコストの削減を意味します。高精度アライメントはエ とポンプのコンビネーションといったような回転装置では、各シャ ネルギーを節約するので、お金の節約になります。ここで言う「高精 フトが同一線上に並ぶよう機械をセットアップします。言い換えれ 度アライメント」がどのようなものであるか、そして高精度がなぜ ば、運転中に各機械の回転軸が単一の線に沿って正確に回るよう 重要であるかを理解すると、高精度アライメントがお金の節約に 機械が位置合わせされていることになります。機械を正確にアライ つながる理由が分かります。 メントすればするほど、回転力はより効率的に伝達されるので正確 な位置合わせは重要です。 エネルギーの浪費はお金の無駄遣い エネルギーコストは製造装置に関連する費用の主要な部分を占 める可能性があります。重機の場合、エネルギーコストと比べると 購入価格やメンテナンス料金はしばしば少額に見えることがあり ます。 実際、エネルギー消費はライン内設備を所有し、運転する全ラ Vertical offset イフタイムにわたるコストの90%に達する場合があります。 それゆえに、エネルギー消費を削減することは工業経営において あらゆるコスト削減努力の中でも最重要課題です。 エネルギー消費 87% Horizontal offset メンテナン ス 8% 全耐用年数にわたる ポンプのコストの大部分は 購入費 5% 電気エネルギーの 消費が原因です。 Vertical angularity 高精度アライメントによって生まれる節約はしばしば見落とされが ちです。エネルギーは数十万ドルの運転費用にあたりますが、その 支出のかなりの部分がたんなる無駄遣いにすぎません。カップリ ングした機械のミスアライメントは高価なエネルギー費用を浪費 しています。機械シャフトの高精度アライメントはエネルギーコス トを10%もカットすることが証明されてきました。さらに修正可能 なミスアライメント状態があると機械の耐用年数が縮まり、機械の 故障を増加させ、作業停止やプラントの能率低下を引き起こし、製 品品質を低下させます。ミスアライメントは高くつくし、余計なもの なのです。カップリングされた機械の高精度アライメントは平均故 Horizontal angularity 2

アライメントは2つの重要な状態、ギャップ（角度）とオフセットによ わかりました。テストのために無作為に選択された回転速度3600 って定義されます。これらの状態は、機械が互いにカップリングさ rpmの機械160台のうち、一般的な許容限界内にアライメントされ れている場合の機械の中心軸同士の関係を表わしています。ミス ていたのはわずか7%でした。 アライメントは、カップリングされたシャフトが、そのギャップやオ フセットが許容範囲外にあるような配置のときに起こります。 オフセット (mm) 測定した機械 (%) 適切なアライメントには、たんなる機械の静的な位置合わせ以上 0.00 - 0.05 7% 許容可能なアライメント の理解が必要です。いくつかの要素がアライメントに影響し、作動 0.06 - 0.10 10% 中の機械と停止中または冷間時の機械の間には違いが生まれま 0.11 - 0.20 23% す。 0.21 - 0.50 31% 許容範囲外 考慮しなければならない重要な要素には以下のものが含まれま す： 0.51 - 1.00 18% >1.00 11%  たるみ（シャフトの重みによる通常のたるみ） 統計結果は英国の大手化学企業の厚意により転載  動作時の機械の熱膨張などの運転状態  トルクの影響 カップリングされた機械がミスアライメントである理由はいく  機械の脚の安定性 つかあります。革新的な高精度レーザーアライメントシステムを  取り付けたパイプまたは他の装置の圧力 PRUFTECHNIKが発表する以前は、機械のアライメントは行われた  ベアリングにおける遊びやゆるみ としても、無計画ででたらめなものがほとんどでした。昔から機械  運転速度RPM（毎分の回転数） はしばしば肉眼で、またはカップリングの上部に沿って直定規をあ ててアライメントが行われていました。この種のカップリングアラ すべてが計算に入れられて、それに合わせてアライメントを調整 イメントは不十分です。シャフトの動力伝達点におけるアライメン する必要があります。その結果、通常の運転状態における機械の運 トを測定せず、その代わりに大まかに加工されただけのカップリ 転値または「ライブ」アライメント値は、静的または冷間時の運転 ングにおいてアライメントを測定しているからです。バーニヤやす 状態の機械の値とは異なる場合があります。 きまゲージを使ってアライメントが試みられたこともありました。し かし、この方法もカップリングのみをアライメントして、回転シャフ 高精度アライメントとは、機械の運転中にシャフトからシャフトへ トはアライメントしませんでした。高精度アライメントはこの方法 最も効率的な動力の伝達を可能にする制限値内に測定ギャップお では達成できません。しかも、これらの方法は人間の肉眼による視 よびオフセットを抑えることを意味します。 力を頼りにしています。どんなにすぐれていたとしても人間の肉眼 は、非常に小さなアライメント許容値をもつ現代の機械の高精度 高精度アライメントはシャフトの負荷や有害な振動を減らし、過熱 アライメントに必要な分解能をもっていません。 を抑え、ベアリング、シール、シャフトの磨耗を遅くし、故障や予定外 のメンテナンスを減らし、製品品質を向上させ、エネルギーを大幅 より正確なアライメントを求めるありふれた試みはしばしば不十 に節約します。 分な結果しか生み出してきませんでした。社内メンテナンスマネー ジャーがよりよいアライメントを達成しようと試みて、ダイヤルゲー ジなどのデバイスを採用することも時折あります。しかしダイヤル ゲージの使用には複雑な計算や注意深い、非常に経験豊富なユ なぜ高精度が重要なのか ーザーが必要になります。複雑でややこしく、細心の注意を払った 長々としたセットアップ、機械接続、位置合わせ、直角度の念入りな シャフトアライメントの許容値を決定するには様々な要素を組み チェック、そして再チェックなどの作業が必要になりますが、ダイヤ 合わせます。使用するカップリングの種類、装置の出力定格、毎分 ルの針が動かなくなったり、解像度が低すぎるとそうした作業がす の予想回転数、あらゆるスペーサーカップリングの長さ、機械の耐 べて無駄になってしまう可能性があります。こうした種類の計器を 用年数、これらすべてが適切なアライメントを定義する制限値に影 専門的に使用することは、人為的な要素によってあっさりと妨げら 響します。許容可能と許容範囲外のアライメントの差が100分の1 れてしまいます。単純な読み取り間違い、ほんのわずかに不正確な ミリの小ささであることも頻繁にあります。0.05ミリと0.06ミリの差 セットアップや調節でも正確な結果を得ることが不可能になって はそれほど大きくないように思えますが、一見小さいように見える しまうことがあります。 これらのミスアライメント値が機械の効率的な省エネ運転に与え る影響は甚大なものです。 アライメントテクノロジーの進歩によって、旧式のダイヤルインジ しかし、その重要性にもかかわらず、カップリングされた機械のミ ケーターにつきものだったエラーがなくなりました。高精度シャフ スアライメントはよく見られます。様々な調査によると、工業装置は トアライメント用レーザーシステムは1μ（0.00004インチ）もの微 90%以上が正しくアライメントされてないことが分かっています。 細な分解能でエラーのない、正確な測定を生み出します。 ある大手の回転装置サービス企業が実施した調査では、大部分の 工業機械が適切なアライメント許容範囲外で運転していることが ブラケットのたるみ、傾いた軸、接続のゆるみ、人為的ミスによる 3

問題をなくしながら、どこでも希望の位置で読み取りができます。 レーザーアライメントなら、カップリングを解体したり、固定した、 高精度レーザーアライメントシステムの利点 あらかじめ決められた場所で読み取りを行う必要がありません。レ ーザー結果は容易に再現可能で、アライメントを1回で水平、垂直 連続スイープモード 両方向に測定します。しかも、レーザーは機械が実際に作動してい シャフトが回転すると開始位置がどこであ る間もアライメントの評価に使用できます。ライブ評価は真の運転 っても測定データが自動的に連続して収 集され、多数の測定点をキャプチャーして 状態を高精度で正確に測定し、調整できることを意味します。 アライメント状態を正確に決定します。 ミスアライメントの警告サイン 許容値 (TolChek®®) ダイアルインジケータの読み取りはどのくらい正確か？ 「スマイリー」を使って許容値に関するア ライメント状態を自動的に評価します。こ れによって不要な動きを防止します。スマ 45 0 インジケータブラケットのたるみ 5 5 イリーはライブ機械補正中、オンになって45 40 10 4010 35 15 ブラケットがいかにしっかりしているよう 35 います。15 20 30 3025 25 20 に見えても、実際のアライメント読み取り 前にたるみを必ず測定する必要がありま す。 ソフトフット 良好なアライメントを得るには、ソフトフッ トを除去する必要があります。機械の脚は 低解像度 土台に適切に置かれている必要がありま 最大0.005 mmの丸め誤差が各読み取り す。ソフトフットは測定され、補正され、記 で発生し、結果の計算では最大0.04 mm 録されます。 の誤差が生じます。 固定/可動脚 0 計器の針がはりつく/止まらない 機械の脚の動きが制限されている場合は 45 5 5 45 40 10 4010 計器の針が最終値で動かなくなるまで、ゲ 固定/可動脚を再定義することによって問 35 15 3515 20 30 30 25 20 25 ージを軽くたたくことが必要になる場合が 題が解決します。 あります。 熱成長とターゲット指定値 機械的接続の遊び 運用中に予想される機械の位置の変化を 気が付かないようなわずかなゆるみでも、 考慮に入れて指定値を入力できます。 結果に大きな誤差が生まれます。 カップリングタイプの選択 正しい許容値を適用して、お使いの機械用 読み取りエラー の基準を表示するためにショートフレック 時間に追われていて、狭く、照明の悪い環 ス、1面、カルダン、スペーサーカップリン 境で針を読み取ると、人為的ミスが発生す グを選択できます。 ることが多くなります。 InfiniRange® 検出器の測定範囲を無限に拡大して著し ダイアルインジケータの傾き いミスアライメントを調整できます。これ ゲージが測定表面に垂直に取り付けられ は初期のラフなアライメントを実行し、記 ていないと、変位の読み取り値の一部が 録するのに理想的でスペーサーシャフト 失われます。 にまたがる長い範囲も容易に扱えます。 機械トレーンアライメント 軸シャフトの遊び 機械トレーンの全アライメント状態を測定 軸に取り付けられた2本のゲージを使用し し、表示し、ユーザーが最適に機械調整で ない限り、角度測定のための表面測定に きるようにします。 軸シャフトの遊びが影響を及ぼします。 4

運転中の機械でミスアライメントを検出することは必ずしも容易 って、運転時間、マンアワー、お金の無駄遣いになります。そして、機 であるとは言えません。すぐれたオプションとして、振動や温度上 械の寿命を縮め、品質を低下させ、エネルギーを浪費します。エネ 昇を測定する機器分析を利用する調査方法があります。振動モニ ルギー費用は最も重要でありながら、これまで見過ごされてきたミ タリングまたはサーモグラフィーは磨耗や損傷が起きる前にミス スアライメントのコストのうちの一つです。 アライメントを発見するのに役立ちます。 高度な技術の計器がなくても、装置の高精度レーザーアライメン その他 トが緊急に必要であることを示す信号はいくつかあります。以下の 機械振動 ベアリング損傷 シール磨耗 カップリング 損傷 0 10 20 30 40 50 ミスアライメントの最もよくある影響 高精度アライメントはエネルギーを節約します サーモグラフィーはカップリングの過熱を示している（左） シャフトのミスアライメントはエネルギー消費に大きな影響を及 ぼします。複数の独立機関による研究によれば、ミスアライメント ような信号が含まれます： はエネルギーの使用量とコストを大幅に増加させている可能性が  過剰な振動 Variation of power  温度上昇、特に重要な接続部分での consumption Reduction in power consumption  カップリングボルトのゆるみまたは破断 % 10 - 10%  シムパックまたは位置決めピンのゆるみ 8  ベアリングシールにおける過剰なオイル漏れ 6  過剰な磨耗またはカップリングの故障 4  破断したシャフトやベアリングまたはカ 2 ップリングハブの近くの亀裂 0  カップリングシュラウド内部のゴム粉末形成 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 のようなカップリングインジケーター Offset in mm  機械の寿命の短縮 オフセットに対する電力消費。® ICI PLCのご厚意により転載 これらの状態のうちいずれかが観察された場合、影響を受けてい る機械は最大限効果的・効率的には運転しておらず、アライメント あることがわかっています。 サービス点検をもっと早くしておかなければならないことを意味し ある学術研究では、研究者が化学加工工場で6週間以上にわた ます。 り、通常運転を行って、アライメントの電気エネルギー消費への影 響を査定しました。研究開始時には、正確なアライメントを行い、 注意深くバランス調整を行い、試験機械に新品のベアリングを取 ミスアライメントの隠れたコスト り付けました。カップリングの種類をチェックし、研究者はテスト している機械のアライメントを設定された間隔で調整しました。 エネルギー費用は最も重要でありながら、これまで ミスアライメントは徐々に増加し、電力使用に対する影響結果が記 見過ごされてきたミスアライメントのコストのうちの一つです。 録されました。通常の運転状態をシミュレーションするために、研 究は各設定ごとに数日間にわたって電力量をモニタリングしまし ミスアライメントは高くつきます。実際に、ミスアライメントは数百 た。この研究の結果は、通常運転パラメーター内ではエネルギー 万ドルかかる可能性があります。機械の故障の50%以上がミスア 消費量は機械アライメントの度合いとともに直接増加することを ライメントを直接原因にして起こっていることを示唆する証拠もあ 示しています。研究者たちは、プラント中で高精度な許容範囲内に ります。過剰な振動、ベアリングの磨耗または損傷、シールの漏れ 機械をアライメントするためにレーザーアライメントシステムを使 または亀裂、カップリングまたはシャフトの損傷、ベアリングの負 用すると、エネルギー消費量を10%近くも削減し、控えめに見積も 荷の増大、ミスアライメントに起因すると考えられるすべてのこと っても、年間10万ドル以上を節約することを発見しました。 が予期しない作業中断、遅延、生産の損失につながります。したが 高精度アライメントから得られたエネルギー節約を計算するに 5

は、いくつかの要素を考慮に入れないといけません。初期ミスアラ に操作できるよう設計されています。どのような種類のシャフトま イメントの度合い、アライメントされた機械の数とワット数、1年あ たはカップリングにも、対応したたるみのないブラケットが利用可 たりの運転時間に関連する数字、カップリングのタイプ、電力コス 能で、狭い場所や手の届きにくい場所でもすばやくセットアップで ト、これらすべてが電力使用量に影響を及ぼします。例えば、研究 きます。シンプルなオンスクリーンウィザードで必要な機械データ によれば、3000 RPMで作動し、0.75mmという典型的なオフセット の入力が簡単にできます。PRUFTECHNIKの高精度レーザーシステ のミスアライメントで運転する75 kWのモーター付きシングル循環 ムは機械の運転中にアライメントをチェックでき、「ライブ」機械の ポンプは、0.05 mm以内に高精度でアライメントされた同一ポンプ 真のアライメント状態を に比べて1.68%多く電力を使用します。 つまり、ミスアライメントされたポンプは本来よりも多くの電力を 使っていることになります。そうした無駄な電力コストを計算に入 れることで、私たちは節約量を計算できます。エネルギーの価格は 幅広く変動しますが、1kW当たり約$0.16という中レベルのグロー バル価格を使用すると、シングルポンプの高精度アライメントがほ Number of mechanical とんど1,700ドルもの節約をすぐにできるかもしれないことがわか seal repairs ります。複数の、または大きめの機械をアライメントすると、それに 55 Reduction in 50 応じて運転コストをかなり削減することができます。 seal repairs45 - 65% 40 様々なサイズの機械と電力使用率の組み合わせで電 35 力の節約量を調べるには、以下のオンライン計算が便 30 利です： 25 http://www.pruftechnik.com/roi_us. 20 15 1 2 3 4 years 高精度アライメントプログラム：投資額を取り戻す HEOCHST AG Gendorf, Germany のご厚意により転載 高精度レーザーアライメントを使うと、装置の初期手数料におい て、またはすでに機械が利用された後でアライメントプログラムの 開始とともに節約が始まります。 プログラムの費用は非常にすば Number of pump やく取り戻すことができます。 例えば、単に運転コストに対して比 repairs Drop in pump 較しただけでも、200 kWの機械をわずか5台だけ含むアライメント 100 repairs プログラムはたった1年の間に高精度アライメントの導入費用を 90 - 30% カバーしてしまいます。 70 50 45 アライメントプログラムはいわゆる「規模の経済」から恩恵を被っ 35 ています。つまり、アライメントされた機械の数が多いほど、アライ 25 メント装置の購入コストをそれだけすばやく取り戻せます。 15 1 2 3 4 years 回転機械が運転装置の大部分を占めるような工業では、プログラ HEOCHST AG Gendorf, Germany のご厚意により転載 ムコストはほとんどすぐに取り戻されます。 すぐに省エネできることに加えて、高精度アライメントはそのほか のメリットももっています。定期的な高精度プログラムを実装する ことは、機械シール上の修理が最大65%まで減少、ポンプの修理は Bearing life cycle (%) Increase in bearing life cycle 30%減少、ベアリングの予想耐用年数は50%も増加する可能性が 90 あることを意味します。 70 これらのメンテナンスコストの節約も計算に含めた場合、高精度 50 +50% アライメントプログラムは投資額をほとんどすぐに取り戻すことが できます。 0 0,25 0,50 0,75 1,00 このように高精度アライメントには多くのメリットがあるので レーザーアライメントプログラムを確立することは不可欠で Offset in mm す。PRUFTECHNIKによって開発された革新的なレーザーテクノロ University of Tennessee のご厚意により転載 ジーによってこのことが可能になります。PRUFTECHNIKレーザーア ライメントおよび状態監視装置はユーザーフレンドリーで直感的 6

アライメントメンテナンス プログラムの確立がカギ 明らかにします。アライメントソフトウェアにより、アライメントデー タを近似曲線やチャートでグラフィック表示でき、アライメント状 態の推移をモニタリングして、機械の隠れている問題の検出に役 立ちます。1μ（0.00004インチ）の分解能で、正確なアライメント値 と許容範囲チェックがにより、高精度でコスト節約になる結果が保 証されます。ISO要件に準拠したレポートがアライメント装置から 直接作成され、世界のどこにでもワイヤレスで送信できます。 エネルギーコストの急上昇に直面している場合、これに対処する のに簡単な方法が高精度アライメントです。回転装置を使用する 企業にとって、プラント全体でアライメントプログラムを適用する と、数百万キロワットの電力節約、数十万ドルのエネルギーコスト 節約につながる可能性があります。機械の信頼性および生産の向 上というメリットも付け加わって、高精度アライメントプログラム はコスト節約に不可欠です。PRUFTECHNIK高精度アライメントシ ステムと専門アライメントエンジニアが世界中に高精度アライメ ントソリューションの製品、サービス、サポートを提供しています。 PRUFTECHNIK K.K. プルーフテクニック株式会社 PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH 設備診断事業部 Oskar-Messter-Str. 19-21 240-0006 85737 Ismaning, Germany 神奈川県横浜市保土ヶ谷区星川3-3-29 Tel.: +49 89 99616-0 星川三丁目ビル Fax: +49 89 99616-200 実績のクオリティー Tel: +81 (0)45 444 88-12 info@pruftechnik.com メイド・イン・ジャーマニー Fax: +81 (0)45 444 88-13 グローバル プレゼンス www.pruftechnik.com Japan@pruftechnik.com 専門的なサポート www.pruftechnik.com/jp 高品質のサービス A member of the PRUFTECHNIK Group