プルーフテクニックが推奨する、生産設備における　エンジニアガイド ハンドブック

001 エンジニアガイド 役立つメンテナンス プラントの可用性を最適化する4つの方法 • レーザーシャフトアライメント • 振動解析 • ダイナミック バランス調整 • 磨耗破損解析

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003 エンジニアガイド レーザーシャフトアライメント、振動解析、 ダイナミック バランス調整、磨耗破損解析 文書番号： ALI 9.600.JA 改訂版： 11 発行： 2016年10月

004 法的注意事項 著作権 本出版物および本書で説明されている製品は著作権によって保護されています。すべての著 作権は著者に属します。本書の複写、複製、翻訳または本書を事前の承認なしに第三者に開 示することは、形式の如何および一部または全部を問わず、これを禁じます。 免責事項 本出版物の内容は著者が細心の注意を払って記述しています。しかし本書はアライメン ト、解析、プロセス機械のバランス調整に関する包括的なガイドを意図したものではあり ません。また専門的なアドバイスを探している方への代用でも、機械の製造業者を参照す るための資料でもありません。本出版物に含まれる情報に基づいて行われた行動に関し て、PRUFTECHNIK AGおよびその支社はいかなる責任も負いません。本書に含まれる情報を 使用または適用した結果生じたことに対し、第三者からの苦情に対し、PRUFTECHNIK AGお よびその支社は直接または間接的な責任を負いません。 商標 本書で参照されている商標および登録商標は、通常、その旨が記載されており、各所有者の 財産です。しかし、その旨が記されていない場合もその名前が保護されていないことを意味 するものではありません。 © 2017 PRUFTECHNIK AG; All rights reserved Printed in Germany

005 目次 ご使用前に .................................................................................................................................... 8 シャフトアライメント .............................................................................................. 9 シャフトアライメントとは？ ............................................................................................................10 アライメントを表現する ....................................................................................................... 13 アライメントパラメーター ..............................................................................................................13 アライメントはどのくらいの精度が必要か ..................................................................... 21 フレキシブルカップリングのアライメント許容値 ............................................................................21 トラブルシューティング ........................................................................................................ 25 カップリングの応力とシャフトの曲がり .........................................................................................25 機械の故障の原因 .......................................................................................................................27 高精度シャフトアライメントの数多くのメリット. .............................................................................29 ミスアライメントの徴候 .................................................................................................................30 アライメント方法と実際 ...................................................................................................... 31 アライメント方法 – 目視 ...............................................................................................................37 アライメント方法 – ダイヤルインジケーター ................................................................................39 アライメント方法 – レーザーシャフトアライメント. .........................................................................52 事例研究 ......................................................................................................................................60 プルーフテクニックレーザーアライメントシステム ......................................................................68 機械の熱膨張 ......................................................................................................................... 69 プルーフテクニックアライメントモニタリングシステム ..................................................................... 72 プーリーとシーブのアライメント ....................................................................................... 73 プーリーアライメント .....................................................................................................................76 プルーフテクニックベルトプーリーアライメントシステム ................................................................. 81 エンジニアガイド | 2016年10月

目次 006 振動解析 ..........................................................................................................................86 コンディションモニタリング ............................................................................................................87 振動解析 .....................................................................................................................................92 基本パラメーター ..........................................................................................................................92 トランスデューサー ............................................................................................................. 100 取り付け位置 ..............................................................................................................................100 トランスデューサーの設計 ...........................................................................................................101 故障の検出 .......................................................................................................................... 105 エンベロープの基本理論 ...........................................................................................................112 一般的なアプローチ ......................................................................................................... 116 FFT解析 .................................................................................................................................118 転がり軸受 ............................................................................................................................ 125 ショックパルス評価 .....................................................................................................................131 ギアとギアボックスの故障 ................................................................................................ 137 ゆるみ故障解析 ................................................................................................................... 140 ベルトとプーリー ................................................................................................................. 144 ファン ...................................................................................................................................... 146 電気モーター ....................................................................................................................... 148 他の電気機械的故障 ..................................................................................................................151 曲がったローターまたはシャフト .................................................................................... 153 位相 ......................................................................................................................................... 154 プルーフテクニックデータコレクタと振動解析 ............................................................................157 エンジニアガイド | 2016年10月

007 ダイナミック バランス調整 .......................................................................... 158 バランス調整規格 ......................................................................................................................159 修正方法 ................................................................................................................................ 163 1面バランス調整 ........................................................................................................................ 165 2面ストロボスコープ法（A Wahrheit考案）.. ................................................................................174 仮ウエイトの計算 ........................................................................................................................178 バランス調整の安全性 ................................................................................................................179 プルーフテクニックバランス調整機器 ...........................................................................................180 磨耗破損解析 ............................................................................................................ 182 概要 ......................................................................................................................................... 183 WDA方法の概観 .........................................................................................................................184 WDA解析の結果の査定 ..............................................................................................................187 サンプリング手順と位置 ..............................................................................................................188 プルーフテクニック WDAシステム ...............................................................................................190 資料 ..................................................................................................................................... 194 プルーフテクニックについて ............................................................................................. 195 参考文献 ................................................................................................................................ 197 エンジニアガイド | 2016年10月

008 ご使用前に 本ハンドブック制作の目的は、標準的な回転機械システム向けにすぐれたシャフトアライメン ト、振動解析、ダイナミック バランス調整方法を実装するための基本情報とガイドラインを提 供することにあります。 レーザーアライメント、ダイナミック バランス調整、コンディションモニタリングは回転機械の 実用的なメンテナンス戦略に必要不可欠な構成要素です。各戦略は個別に用いると、予期し ない機械の故障を減少させるのに役立ちます。一緒に用いると、各戦略はプロアクティブなメ ンテナンス戦略の中核を形成し、初期問題を識別するだけでなく、機械の運転寿命をかなり 延ばすことにもなります。 本ハンドブックの各セクションでは、必要なパラメーターを測定するために利用できる方法を 一、二例使用しています。しかしこれは、解説している方法が利用可能な唯一の方法であるこ とを示唆するものではありません。本書で扱われているテーマをさらに深めたい方には、巻 末に入手可能な文献のリストがあります。 プルーフテクニックは回転機械のアライメントとモニタリングのスペシャリストです。当社は 創業以来40年以上にわたって、これらのテーマについて非常に実践的なノウハウを蓄えてき ました。その過程で産業上のテーマやシステムを扱ったハンドブックを数多く制作してきまし た。本ハンドブックはこうした蓄積された当社のノウハウを凝縮したものです。各セクション には、関連する特殊なアプリケーション向けの最新のプルーフテクニックシステムに関して簡 潔な概要があります。 本書の情報が読者の皆様にとって読みやすく、本書が、これらのテーマについて新しく触れる 読者がプラントに有益なメンテナンス方法を適用するためのプラットフォームを提供できるこ とを願っています。 エンジニアガイド | 2016年10月

009 セクション1 シャフトアライメント エンジニアガイド | 2016年10月

シャフトアライメントとは？ 010 シャフトアライメントとは？ シャフトアライメントは、2つ以上の機械（典型的な例はモーターとポンプ）において、通常の 条件下で動作する場合に、シャフトからもう一方のシャフトへと動力が伝達される点におい て、両方のシャフトの回転軸が同一線上に来るようそれぞれの機械を位置合わせするプロセ スを指します。 すべての標準的な定義と同様に、これにも例外があります。いくつかのカップリングのタイプ、 例えばギアカップリングやカルダンシャフトでは、運転時に正確な注油が確実にできるようミ スアライメントの定義が必要です。上記の定義において、以下の重要な点について注意してく ださい： 動力の伝達点において： すべてのシャフトが自らの重量によって懸垂曲線の形をとります。したがって真直ぐではあり ません。それゆえ、シャフトから次のシャフトへ動力が伝達される点においてのみ、2つのシャ フトのアライメントを比較できます。 回転軸： 「シャフトアライメント」と「カップリングアライメント」を混同しないでください。カップリング 面はシャフトの回転軸を表わしていないので、アライメントコンディションの測定には使用しないでくだ さい。製造コスト節約のために、カップリング面は大まかに加工されているだけのことがしばしばあり、 いくつかのケースではまったく機械加工されていないこともあります。 エンジニアガイド | 2016年10月

011 シャフトアライメントとは？ シャフト上へのカップリングのはめ込み精度が不明： 反対側のカップリング面を測定するために1つだけシャフトを回転し、ダイヤルゲージを使 用すると、両方のシャフトの回転軸が特定できません。 通常の運転条件下で： アライメントコンディションは機械の動作中に変わることがあります。これは熱膨張、パイ プのたわみ、機械トルク、土台の移動、ベアリングの遊びなどを含む様々な理由から起こ ることがあります。シャフトアライメントは通常、機械を作動させずに測定するので、測定さ れるアライメントコンディションは必ずしも機械のゼロアライメントコンディションではありま せん。 アライメントコンディションはシャフトを通常の回転方向に回している間に測定する必要が あります。ポンプ、ファン、モーターなどの多くはケーシングの端に回転方向を示す矢印が ついています。 機械の懸垂曲線： 機械におけるシャフト偏差の量はシャフトの剛性、張り出しているサポート間のウエイト の量、ベアリングのデザイン、サポート間の距離など複数の要因に依存します。 シャフト自身の重みによる自然なたわみ 密接にカップリングされた回転機械の大部分ではこの懸垂湾曲は些細なものなので、実用 的な目的の場合は無視できます。長い駆動機械トレーン（例えば発電プラントのタービン発 電機）や長いスペーサーシャフトの機械（例えば冷却塔ファンやガスタービン）の場合、懸垂 曲線を考慮に入れる必要があります。 機械の懸垂曲線 エンジニアガイド | 2016年10月

シャフトアライメントとは？ 012 例えば蒸気タービンではシャフトは通常1/100 mmよりもよくアライメントされています が、中心シャフトの中央点は2つの端のシャフトより30 mmも低いことがあります。 限界速度を超える運転？ 非常に長い柔軟なシャフトが回転し始めるとき、シャフトの湾曲は真直ぐになろうとしま すが、完全な直線にはけっしてなりません。シャフトの回転軸は曲がった状態で動作する 確率が非常に高いことを理解しておくことが重要です。機械装置の2つ以上の部分が、懸垂 曲線状の軸を回転する1つ以上のシャフトによってカップリングされている状況では、シャ フトが回転の曲がった中心線を維持するようシャフトをアライメントすることが重要です。 限界速度以下のドライブシャフト運転： 機械カップリングをスペーサーカップリングにアライメントします。 限界速度以上のドライブシャフト運転： スペーサーを無視して、機械カップリングをもう一つのカップリングにアライメントします。 エンジニアガイド | 2016年10月

013 アライメントを表現する アライメントを表現する アライメントパラメーター シャフトアライメントは測定し、続いて修正する必要があるので、アライメントコンディション を数値化し、記述するための方法が必要です。 ? 伝統的にアライメントはカップリング面のダイヤルインジケーター読み取り値、または機械の 脚における位置値で記述されてきました。これら両方の方法で測定された値は機械の寸法 によって異なります。ダイヤルインジケーターの取り付けには異なる方法がたくさんあるので （例えば、リバースインジケーター、リム＆フェース、ダブルリム）、測定の比較や許容値の適 用に問題が生じる可能性があります。さらに、リムインジケーター読み取り値は真のオフセッ トを2回示します。そしてインジケーターが外部または内部、左または右のカップリング面ま たはリムを測定したかに応じて符号が逆転するので注意して見ておく必要があります。 より新しく理解しやすい方法は、機械のアライメントコンディションを水平（上面図）と垂直 （側面図）の角度およびオフセットで記述するアプローチです。この方法を使うと、次 の図のように4つの値を使ってアライメントコンディションを表現できます。　　 エンジニアガイド | 2016年10月

アライメントを表現する 014 垂直オフセット 垂直角度 水平オフセット 水平角度 角度、ギャップ、オフセット 角度は2本の回転軸間の角度を表わします。 角度は直接、度（°）またはミリラジアンまたは傾斜（mm/mまたはthous/inch）で表現でき ます。角度にカップリング直径を掛けると、カップリングリムにおけるギャップ差に相当する 値を与えるので、後者の方法は有用です。 したがって、直径あたりのギャップを使って角度を表現する方法がより一般的です。ギャップそ のものは意味を持ちません。意味を持つようになるにはこれを直径で割る必要があります。 直径は正しくは「作業直径」と呼ばれますが、しばしばカップリング直径と呼ばれています。作 業直径は任意の都合のいい値にすることができます。ギャップと直径の関係こそが重要です。 エンジニアガイド | 2016年10月

015 アライメントを表現する ギャップ t 作業直径 角度 t 角度、ギャップ、作業直径の関係 6インチ (152.4 mm) のカップリングが上部で 0.005インチ (0.127 mm) 開いている場合、シ ャフト軸間の角度は0.83 mradsになります。 作業直径が10インチの場合、これは0.0083インチのギャップに相当します。 作業直径が100 mmの場合、これは0.083 mmのギャップに相当します。 注記： 1 mrad = 1000分の1インチ /インチ 1 mrad = 1mm/m 同じ角度 – 異なるギャップ 同じギャップ – 異なる角度 エンジニアガイド | 2016年10月

アライメントを表現する 016 オフセットは所与の点における回転軸間の距離を表わします。オフセットは時折間違って、平 行オフセットまたはリムミスアライメントと呼ばれることがあります。しかしシャフト回転軸が 平行であることはまれでカップリングまたはシャフトのリムの、シャフト回転軸に対する関係 はわかりません。 + 0.08 mm - 0.09 mm + 0.003" + 0.15 mm - 0.004" + 0.006" 上図のように、同じアライメントコンディションでも、オフセット値は2本のシャフト回転軸間の 距離を測る場所によって変わってきます。特に指示がない限り、オフセットはカップリング中 心においてミリメートルまたは1インチの1000分の1で測定されます。この定義はショー トフレキシブルカップリングに関連しています。スペーサーカップリングの場合は、オフセッ トをカップリングの動力伝達面において測定する必要があります。 エンジニアガイド | 2016年10月

017 アライメントを表現する ショートフレキシブルカップリング 理解しやすくするために、フレキシブルエレメントの軸方向の長さ、またはフレキシブルエレメ ント間の軸方向の長さがカップリング直径と等しいか短い場合にショートフレキシブルカップ リングであると定義します。ショートフレキシブルカップリングが中速から高速で作動してい る機械では、シャフトやベアリング、シールに過度に荷重がかかるのを避けるため非常に高 精度のアライメントが必要です。 アライメントコンディションは実質的にはつねに角度とオフセットの組み合わせで、機械は垂 直・水平両面で修正する必要があるので、アライメントコンディションを完全に記述するには 4つの値が必要です。  垂直角度（または直径あたりのギャップ）  垂直オフセット  水平角度（または直径あたりのギャップ）  水平オフセット 特に指定されていない限り、オフセットはカップリング中心におけるシャフト回転軸間の距離 を表わします。 下の図は記号表記と符号規約を示しています。 ギャップ オフセット 角度 + オフセット + 角度 / ギャップ - ギャップ / オフセット - 角度 / ギャップ エンジニアガイド | 2016年10月

アライメントを表現する 018 スペーサーシャフト スペーサーシャフトは通常、例えば熱膨張によって、機械の運転中に著しいアライメントの変化 が予測される場合に取り付けられます。スペーサーシャフトの長さのおかげで、スペーサーシャ フト端の角度の変化は大きな機械の位置変化が起こったとしても小さい値であり続けます。両 端にフレキシブルエレメントの付いたスペーサーシャフトが取り付けられた機械の場合、アライ メント精度はショートフレキシブルカップリングのついた機械の場合ほどクリティカルではあり ません。アライメントコンディションを完全に記述するために4つの値が必要です。  垂直角度 a  垂直角度 b  水平角度 a  水平角度 b スペーサーシャフト回転軸とそれぞれの機械回転軸の間で角度が測られます。 下の図は記号表記と符号規約を示しています。 角度 a 角度 b + a - b - a - b + b + a + b - a エンジニアガイド | 2016年10月

019 アライメントを表現する オフセットB – オフセットA 角度aとbの代わりとして、オフセットを使ってアライメントを指定することができます。  垂直オフセットB  垂直オフセットA  水平オフセットB  水平オフセットA スペーサーシャフト端部の位置において、機械シャフト回転軸間のオフセットが測定されま す。これはリバースインジケーターアライメントに似ています。 図は記号表記と符号規約を示しています。 オフセットB オフセットA + オフセットB + オフセットA + オフセットA - オフセットB + オフセットB - オフセットB - オフセットA - オフセットA エンジニアガイド | 2016年10月

アライメントを表現する 020 関係 下図をじっくり観察することによって、様々なオフセットと角度の関係について理解が進みま す。 t = a + b オフセットB = b x L オフセットA = -(a x L) a b スペーサー長さL エンジニアガイド | 2016年10月