JP2020090945A - 検知装置、検知方法、及び検知プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】既存の設備を変更することなく、高精度且つ簡便にキャビテーションの発生を検知することができる検知装置、検知方法、及び検知プログラムを提供する。
【解決手段】検知装置は、ポンプの吸込圧力を示す吸込圧力データを取得する吸込圧力取得部と、検出対象期間中の吸込圧力データの変動係数に基づいて、ポンプのキャビテーションの発生を検知する検知部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、検知装置、検知方法、及び検知プログラムに関する。

従来から、液体を移送又は圧送するためにポンプが用いられている。ポンプは、吸込口から吸い込んだ液体を加圧して吐出口から吐き出すものであるため、運転状態によっては、内部において液体が気化してしまい、キャビテーションが発生することがある。キャビテーションが発生すると、ポンプ効率の低下、騒音や振動の発生、ポンプ内部の損傷等が引き起こされる。キャビテーションの発生を完全に防止することは困難であるため、キャビテーションの発生を早期に検知できる仕組みが重要になる。

以下の特許文献１には、ポンプキャビテーションを監視する従来のシステムの一例が開示されている。具体的に、以下の特許文献１には、ポンプの吐出ラインに圧力センサを設けるとともに、ポンプケーシング上に振動センサを設け、圧力センサの検出結果と振動センサの検出結果との少なくとも１つに基づいて、キャビテーションの状態を判定する技術が開示されている。

特開２０１４−３２６７１号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された技術を用いれば、ポンプ内部におけるキャビテーションの状態を判定することは可能であると考えられる。しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術では、ポンプの吐出ラインの圧力を検出する圧力センサと、ポンプの振動を検出する振動センサとが必要になるため、既存の設備を変更してこれらのセンサを取り付ける必要があるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、既存の設備を変更することなく、高精度且つ簡便にキャビテーションの発生を検知することができる検知装置、検知方法、及び検知プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様による検知装置（１）は、ポンプ（１３）の吸込圧力を示す吸込圧力データを取得する吸込圧力取得部（２１）と、検出対象期間中の前記吸込圧力データの変動係数に基づいて、前記ポンプのキャビテーションの発生を検知する検知部（２２）と、を備える。

また、本発明の一態様による検知装置は、前記検知部が、前記検出対象期間中の前記吸込圧力データの前記変動係数を算出する変動係数算出部（２２ｂ）と、前記変動係数算出部で算出された前記変動係数が、予め規定された基準変動係数を超えた場合に、前記ポンプにキャビテーションが発生したと判定する判定部（２２ｃ）と、を備える。

また、本発明の一態様による検知装置は、前記変動係数算出部が、前記検出対象期間中の前記吸込圧力データの平均値と標準偏差とに基づいて前記変動係数を算出する。

また、本発明の一態様による検知装置は、前記変動係数算出部が、前記標準偏差を前記平均値で除して得られる値を前記変動係数として算出する。

また、本発明の一態様による検知装置は、前記変動係数算出部が、前記吸込圧力データの移動平均値を前記平均値として求め、前記吸込圧力データの移動標準偏差を前記標準偏差として求める。

また、本発明の一態様による検知装置は、前記判定部が、前記検出対象期間よりも前に前記吸込圧力取得部によって取得された前記吸込圧力データの変動係数、又は当該変動係数に所定の演算を行って得られる係数を、前記基準変動係数として用いる。

また、本発明の一態様による検知装置は、前記吸込圧力データが、正圧を示す値から負圧を示す値に変化した場合に、前記ポンプのキャビテーションの発生を予報する予報部（２２ｄ）を更に備える。

また、本発明の一態様による検知装置は、前記キャビテーションの発生が検知された時間又は回数を累積した累積値を算出する累積部（２２ｅ）と、前記累積値に基づいて、前記ポンプの保守時期及び交換時期の少なくとも一方を判断する保守管理部（２２ｆ）と、を更に備える。

本発明の一態様による検知方法は、ポンプ（１３）の吸込圧力を示す吸込圧力データを取得する吸込圧力取得ステップ（Ｓ３１）と、検出対象期間中の前記吸込圧力データの変動係数に基づいて、前記ポンプのキャビテーションの発生を検知する検知ステップ（Ｓ３３、Ｓ３４）と、を有する。

本発明の一態様による検知プログラムは、コンピュータを、上記の何れかに記載の検知装置として機能させる。

本発明によれば、既存の設備を変更することなく、高精度且つ簡便にキャビテーションの発生を検知することができる、という効果がある。

本発明の一実施形態による検知装置が用いられるプラントの一例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による検知装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による検知装置の初期設定動作の一例を示すフローチャートである。 変動係数の具体的な算出処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による検知装置の検知動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態において、算出された変動係数とポンプで観測された泡との関係を示す図である。 本発明の一実施形態において、吸込圧力データの変動係数及び吐出圧力データの変動係数の一例を示す図である。 本発明の一実施形態による検知装置の変形例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による検知装置で取得される吸込圧力データの一例を示す図である。 本発明の一実施形態による検知装置の実装例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による検知装置、検知方法、及び検知プログラムについて詳細に説明する。尚、以下の実施形態は、本発明を限定するものではない。また、以下の実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

〈検知装置が用いられるプラント〉
図１は、本発明の一実施形態による検知装置が用いられるプラントの一例を示すブロック図である。図１に示す通り、プラントＰＬには、液体源１１、吸込圧力計１２、ポンプ１３、機器１４、及び制御システム１５が設けられている。このようなプラントＰＬでは、制御システム１５によってポンプ１３及び機器１４が制御され、例えば、液体源１１の液体がポンプ１３によって機器１４等に供給されて処理される。

プラントＰＬは、例えば、化学等の工業プラントの他、ガス田や油田等の井戸元やその周辺を管理制御するプラント、水力・火力・原子力等の発電を管理制御するプラント、太陽光や風力等の環境発電を管理制御するプラント、上下水やダム等を管理制御するプラント等であってよい。尚、プラントＰＬは、工場施設、機械装置、生産装置、及び発電装置等の少なくとも一部であってよい。また、プラントＰＬは、液体源１１、吸込圧力計１２、ポンプ１３、機器１４、及び制御システム１５の少なくとも一部を複数備えてもよい。

液体源１１は、機器１４に供給される液体を貯蔵又は供給する。液体源１１は、液体を保存、貯蔵、及び圧力維持するタンク等でよい。また、液体源１１は、地下水及び油田といった資源が蓄積又は埋蔵された地域に設けられた井戸又は油井等でよい。また、液体源１１は、河川、池、湖、及びダム等であってもよい。また、液体源１１は、他のポンプによって供給される液体が貯蔵されたタンクであってもよい。また、液体源１１は、タンク等に接続された配管であってもよい。

吸込圧力計１２は、液体源１１及びポンプ１３の間に設けられ、ポンプ１３の吸込圧力を測定する。吸込圧力計１２は、例えばポンプ１３の設置時に設けられる既存の設備である。吸込圧力計１２は、例えば、差圧式流量計又は圧力伝送器等である。吸込圧力計１２は、ポンプ１３の動作を検出するセンサとして機能してよい。吸込圧力計１２は、ポンプ１３毎に設けられてよい。図１では、液体源１１、吸込圧力計１２、及びポンプ１３が、１つずつプラントＰＬに設けられた例を図示している。尚、吸込圧力計１２は、プラントＰＬの制御に用いられてもよい。

ポンプ１３は、液体源１１の液体を機器１４に供給する。ポンプ１３は、液体源１１及び機器１４の間に、バルブ及び配管等を用いて接続されている。尚、図１では、配管内部の液体の移動方向の例を、液体源１１から機器１４への矢印で示している。ポンプ１３は、羽根形状の回転子（インペラ）等を有する渦巻ポンプでよい。また、ポンプ１３は、ディフューザポンプ、カスケードポンプ、軸流ポンプ、斜流ポンプ、及びクロスフローポンプ等でもよい。ポンプ１３は、プラントＰＬにおいて複数配置されてよい。

機器１４は、プラントＰＬにおける制御対象である。機器１４は、プラントＰＬの現場に設置されるフィールド機器であってよい。機器１４は、工場設備、機械装置、生産装置、発電装置、及び貯蔵装置等の少なくとも一部でよい。機器１４は、水、オイル、燃料、冷媒、又は薬品等の液体の供給を受けて、その液体を用いた処理動作を行う装置を備えてよい。機器１４は、複数の装置を備えてよい。

制御システム１５は、プラントＰＬ内に設けられたセンサ等の測定器の測定結果に基づき、ポンプ１３及び機器１４等の一部又は全部を制御する。また、制御システム１５は、プラント内に設けられた配管等に設けられたバルブを制御してもよい。例えば、制御システム１５は、機器１４の動作を測定した測定データ、並びに、プラントＰＬ内で取り扱う液体等の流体の圧力、温度、流量、及び貯蔵量等の測定データに基づき、ポンプ１３、機器１４、及びバルブ等の動作を制御する。

制御システム１５は、機器１４等と有線又は無線の通信機器を介して接続され、機器１４等から離間された位置に配置されてよい。制御システム１５は、分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）、及びＳＣＡＤＡ（Supervisory Control And Data Acquisition）システムといった、自動操業システムや保守システムとして構築されてよい。この場合、制御システム１５は、数Ｈｚから数ｋＨｚ程度の周波数で、各部と制御データ及び測定データをやり取りしてよい。

以上のプラントＰＬでは、ポンプ１３を含めて、機器１４の制御、保守、及び管理等を実行可能であることが望ましい。例えば、ポンプ１３は、キャビテーション等が発生することがあり、騒音や振動の発生原因となり、ポンプ１３の劣化や破壊に至ることもある。プラントＰＬでは、ポンプ１３の動作を監視して、このような不安定な動作の発生をできる限り抑制すべく、制御、保守、及び管理等を実行できることが望ましい。

検知装置１は、このようなプラントＰＬに設けられ、ポンプ１３の吸込圧力を示す吸込圧力データの変動係数に基づき、キャビテーションをリアルタイムで検出する。検知装置１は、既存のプラントＰＬ等に適用可能に構成され、吸込圧力データを取得して変動係数を求めることにより、キャビテーションを検出可能である。尚、検知装置１は、制御システム１５に含まれてよい。また、検知装置１は、プラントＰＬ内に設けられたセンサ等の測定器に含まれてもよい。図１では、検知装置１が制御システム１５に設けられている例を示している。

〈検知装置の構成〉
図２は、本発明の一実施形態による検知装置の要部構成を示すブロック図である。図２に示す通り、本実施形態の検知装置１は、吸込圧力取得部２１及び検知部２２を備える。尚、検知装置１と吸込圧力計１２及び制御システム１５との接続形態は任意である。例えば、検知装置１は、吸込圧力計１２及び制御システム１５と、有線で接続されていてもよく、無線で接続されていてもよい。或いは、検知装置１は、ネットワーク等を介して吸込圧力計１２及び制御システム１５と接続されていてもよい。

吸込圧力取得部２１は、ポンプ１３の吸込圧力を示す吸込圧力データを取得する。吸込圧力取得部２１は、吸込圧力計１２に接続され、吸込圧力データを吸込圧力計１２から受け取ってよい。また、吸込圧力データが不図示のデータベース等に記憶されている場合、吸込圧力取得部２１は、そのデータベース等にアクセスして吸込圧力データを取得してよい。また、吸込圧力取得部２１は、制御システム１５から吸込圧力データを取得してもよい。吸込圧力取得部２１は、取得した吸込圧力データを検知部２２に供給する。

検知部２２は、検出対象期間中の吸込圧力データの変動係数に基づいて、ポンプ１３のキャビテーションの発生を検知する。具体的に、検知部２２は、吸込圧力取得部２１から供給される吸込圧力データのうち、検出対象期間中の吸込圧力データを用いて変動係数を算出する。検知部２２は、算出した変動係数と予め規定された閾値（基準変動係数）とを比較し、変動係数が基準変動係数を超えているか否かに応じて、ポンプ１３にキャビテーションが発生しているか否かを検知する。検知部２２は、記憶部２２ａ、変動係数算出部２２ｂ、及び判定部２２ｃを備える。

記憶部２２ａは、吸込圧力取得部２１から供給される吸込圧力データを記憶する。記憶部２２ａは、検知装置１が処理するデータを記憶可能でよい。例えば、記憶部２２ａは、検知装置１が検知結果を生成する過程で算出する（又は利用する）中間データ、算出結果、及びパラメータ等をそれぞれ記憶してもよい。また、記憶部２２ａは、検知装置１内の各部の要求に応じて、記憶したデータを要求元に供給してよい。記憶部２２ａは、一例として、変動係数算出部２２ｂの要求に応じて、記憶した吸込圧力データを変動係数算出部２２ｂに供給する。

変動係数算出部２２ｂは、検出対象期間中の吸込圧力データの変動係数を算出する。変動係数算出部２２ｂは、検出対象期間中の吸込圧力データの平均値と標準偏差とに基づいて変動係数を算出する。具体的に、変動係数算出部２２ｂは、検出対象期間中の吸込圧力データの平均値と標準偏差とを求め、標準偏差を平均値で除して得られる値を変動係数として算出する。

変動係数算出部２２ｂは、吸込圧力データの移動平均値を上記の平均値として求め、吸込圧力データの移動標準偏差を上記の標準偏差として求めてもよい。このようにすることで、検出対象期間をずらしながら吸込圧力データの変動係数を順次求めることができるため、ポンプ１３のキャビテーションの発生を早期に検知することができる。変動係数算出部２２ｂは、算出した変動係数を判定部２２ｃに供給する。

ここで、検出対象期間中の吸込圧力データの平均値をＰ_ａｄｖとし、検出対象期間中の吸込圧力データの標準偏差をＳ_ｐとする。変動係数算出部２２ｂは、例えば、以下の（１）式を用いて、検出対象期間中の吸込圧力データの変動係数Ｃ_ｖを算出する。

尚、検出対象期間中の吸込圧力データのデータ数をｎとし、ポンプ１３の吸込口の静圧（吸込圧力データ）をＰ_ｉとすると、検出対象期間中の吸込圧力データの標準偏差Ｓ_ｐは、以下の（２）式を用いて算出することができる。

判定部２２ｃは、変動係数算出部２２ｂから変動係数を取得する。判定部２２ｃは、取得した変動係数が、予め規定された基準変動係数を超えた場合に、ポンプ１３でキャビテーションが発生したと判定する。ここで、判定部２２ｃは、上述した検出対象期間よりも前に吸込圧力取得部２１によって取得された吸込圧力データの変動係数、又はこの変動係数に所定の演算（例えば、所定の定数の乗算）を行って得られる係数を、上記の基準変動係数として用いることができる。

例えば、判定部２２ｃは、新規なポンプ１３の動作が開始されてから一定時間（例えば、数十秒〜数分程度）が経過し、動作が安定している状態で得られる吸込圧力データの変動係数に一定数を乗じて得られる係数を、上記の基準変動係数として用いることができる。上記の「動作が安定している状態」とは、例えばポンプ１３の吸込圧力データの変動が一定の値以内に収まっている状態である。

判定部２２ｃは、キャビテーションを検知したことを、制御システム１５に通知してよい。また、判定部２２ｃは、キャビテーションを検知していないことも、制御システム１５に通知してよい。尚、上述した基準変動係数の設定は、例えばポンプ１３又は機器１４の稼働状態に応じた制御システム１５からの通知に即した所定のタイミングで行ってもよい。

〈検知装置の動作〉
次に、本発明の一実施形態による検知装置１の動作について説明する。検知装置１の動作は、基準変動係数を設定する際の動作（以下、「初期設定動作」という）と、キャビテーションの発生を検知する動作（以下、「検知動作」という）とに大別される。以下では、これら初期設定動作及び検知動作について順に説明する。

《初期設定動作》
図３は、本発明の一実施形態による検知装置の初期設定動作の一例を示すフローチャートである。尚、図３に示すフローチャートの処理は、例えば、プラントＰＬに新規に設置されたポンプ１３の動作開始ボタンが押下されることによって開始される。ポンプ１３の動作が開始されると、ポンプ１３の吸込口の圧力が急激に変化するため、検知装置１は、吸込圧力データの急激な変化からポンプ１３の動作開始を知ることができる。尚、制御システム１５の制御によってポンプ１３の動作が開始される場合には、制御システム１５が、検知装置１に対してポンプ１３の動作開始を通知するようにしてもよい。

処理が開始されると、まず、ポンプ１３の稼働開始から一定時間が経過したか否かが検知部２２で判断される（ステップＳ１１）。例えば、ポンプ１３の動作が開始されてから、例えば数十秒〜数分程度が経過したか否かが判断される。ポンプ１３の動作開始直後はキャビテーションが発生しやすい不安定な状態であるが、ポンプ１３の動作が開始されてからある程度の時間が経過すると、キャビテーションが発生しない安定した状態になる。ステップＳ１１の処理は、このような安定した状態になったか否かを判断するために行われる。

ポンプ１３の稼働開始から一定時間が経過していないと判断された場合（ステップＳ１１の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ１１の処理が繰り返される。これに対し、ポンプ１３の稼働開始から一定時間が経過したと判断された場合（ステップＳ１１の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、吸込圧力データを取得する処理が吸込圧力取得部２１で行われる（ステップＳ１２）。吸込圧力取得部２１で取得された吸込圧力データは、例えば検知部２２の記憶部２２ａに記憶される。尚、吸込圧力取得部２１は、吸込圧力計１２が圧力データをサンプリングする毎に吸込圧力データを取得してよい。或いは、吸込圧力取得部２１は、予め定められたサンプリング数毎にまとめて吸込圧力データを取得してもよい。

次に、ステップＳ１２で取得された吸込圧力データを用いて、変動係数を算出する処理が、変動係数算出部２２ｂで行われる（ステップＳ１３）。図４は、変動係数の具体的な算出処理を示すフローチャートである。処理が開始されると、まず、吸込圧力データの平均値Ｐ_ａｄｖを算出する処理が変動係数算出部２２ｂで行われる（ステップＳ２１）。例えば、検出対象期間におけるｎ個の吸込圧力データの値を加算し、加算して得られた値をｎで除算して、平均値Ｐ_ａｄｖを求める処理が行われる。

検出対象期間としては、例えば現在時刻をｔ_０とすると、時刻（ｔ_０−Ｔ）から現在時刻（ｔ_０）までの期間を設定することができる。尚、検出対象期間の長さＴは、任意に設定可能である。検出対象期間の長さＴは、例えば、液体源１１から供給される液体の性質、キャビテーションの検出精度等を考慮して設定される。一例として、検出対象期間の長さＴは、数秒程度に設定される。

次いで、吸込圧力データの標準偏差を算出する処理が変動係数算出部２２ｂで行われる（ステップＳ２２）。例えば、ステップＳ２１で算出した平均値Ｐ_ａｄｖと、吸込圧力データＰ_ｉとを、前述した（２）式に代入して標準偏差Ｓ_ｐを求める処理が行われる。続いて、平均値及び標準偏差を用いて変動係数を算出する処理が変動係数算出部２２ｂで行われる（ステップＳ２３）。具体的には、ステップＳ２１で算出した平均値Ｐ_ａｄｖ及びステップＳ２２で算出した標準偏差Ｓ_ｐを、前述した（１）式に代入して変動係数Ｃ_ｖを求める処理が行われる。

以上の処理が終了すると、基準変動係数を設定する処理が判定部２２ｃで行われる（ステップＳ１４）。具体的には、ステップＳ１３（ステップＳ２３）で求められた変動係数Ｃ_ｖに一定数を乗じて得られた係数が、変動係数算出部２２ｂから判定部２２ｃに供給される。そして、供給された係数が、判定部２２ｃにおいて基準変動係数として設定される。

尚、ここでは、変動係数算出部２２ｂで求められた係数（変動係数Ｃ_ｖに一定数を乗じて得られた係数）を判定部２２ｃに供給して、基準変動係数として設定する例について説明している。しかしながら、変動係数算出部２２ｂで求められた係数を記憶部２２ａに記憶させ、判定部２２ｃが記憶部２２ａに記憶された係数を読み出して、基準変動係数として設定してもよい。基準変動係数の設定が完了すると、初期設定動作が終了する。

《検知動作》
図５は、本発明の一実施形態による検知装置の検知動作の一例を示すフローチャートである。尚、図５に示すフローチャートの処理は、例えば、上述した初期設定動作が完了した後（基準変動係数の設定処理が完了した後）に、ユーザが検知装置１に対して検知動作の開始指示を行うことによって開始される。

処理が開始されると、まず、吸込圧力データを取得する処理が吸込圧力取得部２１で行われる（ステップＳ３１：吸込圧力取得ステップ）。吸込圧力取得部２１で取得された吸込圧力データは、例えば検知部２２の記憶部２２ａに記憶される。尚、前述した初期設定動作と同様に、吸込圧力取得部２１は、吸込圧力計１２が圧力データをサンプリングする毎に吸込圧力データを取得してよい。或いは、吸込圧力取得部２１は、予め定められたサンプリング数毎にまとめて吸込圧力データを取得してもよい。

次に、ステップＳ３１で取得した吸込圧力データを用いて、変動係数を算出する処理が、変動係数算出部２２ｂで行われる（ステップＳ３２）。具体的には、図４に示す処理と同様の処理が行われる。つまり、検出対象期間における吸込圧力データの平均値を算出する処理（ステップＳ２１）、検出対象期間にける吸込圧力データの標準偏差を算出する処理（ステップＳ２２）、並びに平均値及び標準偏差を用いて変動係数を算出する処理（ステップＳ２３）が変動係数算出部２２ｂで行われる。

尚、検出対象期間としては、例えば現在時刻をｔ_１とすると、時刻（ｔ_１−Ｔ）から現在時刻（ｔ_１）までの期間を設定することができる。検出対象期間の長さＴは、前述した初期設定動作と同様に、任意に設定可能である。また、上記のステップＳ２１の処理で移動平均値を算出し、上記のステップＳ２２の処理で移動標準偏差を算出するようにしてもよい。

以上の処理が終了すると、ステップＳ３２で算出された変動係数が基準変動係数よりも大であるか否かを判定する処理が判定部２２ｃで行われる（ステップＳ３３：検知ステップ）。ステップＳ３２で算出された変動係数が基準変動係数以下であると判定された場合（ステップＳ３３の判定結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ３１〜Ｓ３３の処理が繰り返される。つまり、ポンプ１３にキャビテーションは発生していないと判定し、検出対象期間を変更しつつ（新たな検出対象期間を設定しつつ）、変動係数を算出する処理が行われる。

例えば、ステップＳ３１〜Ｓ３３の処理が１回繰り返されたときの時刻がｔ_２であるとすると、検出対象期間は、例えば時刻（ｔ_２−Ｔ）から時刻ｔ_２の期間に設定することができる。ステップＳ３１〜Ｓ３３の処理がもう１回繰り返されたときの時刻がｔ_３であるとすると、検出対象期間は、例えば時刻（ｔ_３−Ｔ）から時刻ｔ_３の期間に設定することができる。つまり、ステップＳ３１〜Ｓ３３の処理が繰り返される度に、現在時刻がｔ_ｍ（ｍは、２以上の整数）になるとすると、検出対象期間は、例えば、ステップＳ３１〜Ｓ３３の処理が繰り返される度に、時刻（ｔ_ｍ−Ｔ）から現在時刻（ｔ_ｍ）までの期間に設定することができる。尚、この検出設定期間の設定はあくまでも一例であり、検出設定期間は任意に設定することができる。

これに対し、ステップＳ３２で算出された変動係数が基準変動係数よりも大であると判定された場合（ステップＳ３３の判定結果が「ＹＥＳ」の場合）には、判定部２２ｃにおいて、ポンプ１３にキャビテーションが発生したと判定される（ステップＳ３４：検知ステップ）。尚、ポンプ１３にキャビテーションが発生したと判定された場合には、例えばその旨が判定部２２ｃから制御システム１５に通知される。以上の処理が行われると、図５に示すフローチャートの一連の処理が終了する。

〈測定結果〉
図６は、本発明の一実施形態において、算出された変動係数とポンプで観測された泡との関係を示す図である。尚、図６の上側に示すグラフは、横軸に時間をとり、縦軸に変動係数をとっている。図６の下側に示すグラフは、横軸に時間をとり、縦軸に観測された泡（泡レベル）をとっている。尚、両グラフの横軸は、略同一の時間スケールである。尚、変動係数は、検知部２２（変動係数算出部２２ｂ）で算出されたものであり、泡レベルは、目視によって観測されたものである。

図６を参照すると、期間Ｔ１，Ｔ５では、目視による泡は観測されておらず、変動係数も値が小さい（おおよそ、０．００５よりも小）であることが分かる。これに対し、期間Ｔ２〜Ｔ４では、目視による泡が観測されており（キャビテーションが発生しており）、そのレベル（泡の量や泡の大きさ）は、期間Ｔ３、期間Ｔ２、期間Ｔ４の順で大きくなっているのが分かる。また、変動係数は、期間Ｔ３、期間Ｔ２、期間Ｔ４の順で順に大きくなっているのが分かる。つまり、図６から、目視により観測された泡と変動係数との間に相関があることが分かる。図６の結果から、変動係数に基づいて、キャビテーションの発生を検知することが可能であり、加えて、キャビテーションの程度を判定することも可能であることが分かる。

図７は、本発明の一実施形態において、吸込圧力データの変動係数及び吐出圧力データの変動係数の一例を示す図である。尚、吸込圧力データは、ポンプ１３の吸込圧力を示すデータであり、吐出圧力データは、ポンプ１３の吐出圧力を示すデータである。吐出圧力データは、ポンプ１３及び機器１４の間に設けられ、ポンプ１３の吐出圧力を測定する吐出圧力計（図示省略)によって測定されるデータである。

図７（ａ）に示すグラフは、吸込圧力データの変動係数の移動平均を示すグラフである。これに対し、図７（ｂ）に示すグラフは、吐出圧力データの変動係数の移動平均を示すグラフである。図７（ａ），（ｂ）に示すグラフは、横軸に時間をとり、縦軸に変動係数（移動平均）をとっている。尚、図７（ａ），（ｂ）に示すグラフの横軸は、略同一の時間スケールである。

図７（ａ），（ｂ）に示すグラフにおいて、液体源１１からポンプ１３に供給される液体の流量が時刻ｔ_１０において急激に変化している。図７（ａ）を参照すると、液体の流量が急激に変化する時刻ｔ_１０の前後において、吸込圧力データの変動係数の移動平均に大きな変化はなく、ほぼ一定であることが分かる。これに対し、図７（ｂ）を参照すると、液体の流量が急激に変化した時刻ｔ_１０以降は、時刻ｔ_１０以前に比べて、吐出圧力データの変動係数の移動平均が増加していることが分かる。

つまり、吸込圧力データの変動係数は、液体源１１からポンプ１３に供給される液体の流量に拘わらずほぼ一定であるが、吐出圧力データの変動係数は、液体源１１からポンプ１３に供給される液体の流量に応じて変動する。このため、吐出圧力データの変動係数を用いた場合には、液体源１１からポンプ１３に供給される液体の流量に応じて、基準変動係数（閾値）を変える必要がある。これに対し、吸込圧力データの変動係数を用いた場合には、液体源１１からポンプ１３に供給される液体の流量に拘わらず、基準変動係数（閾値）を変える必要はない。このため、吸込圧力データの変動係数を用いることで、高精度且つ簡便にキャビテーションの発生を検知することができる。

以上の通り、本実施形態では、検知装置１に設けられた吸込圧力取得部２１が、既存の設備である吸込圧力計１２からポンプ１３の吸込圧力を示す吸込圧力データを取得し、検知装置１に設けられた検知部２２が、検出対象期間中の吸込圧力データの変動係数に基づいて、ポンプ１３のキャビテーションの発生を検知するようにしている。このため、既存の設備を変更することなく、高精度且つ簡便にキャビテーションの発生を検知することができる。

尚、吸込圧力データの標準偏差を用いても、キャビテーションの発生を検知することは可能である。しかしながら、吸込圧力データの標準偏差は、液体源１１からポンプ１３に供給される液体の流量によって変動することから、図７（ｂ）を用いて説明した場合と同様に、液体源１１からポンプ１３に供給される液体の流量に応じて、基準変動係数（閾値）を変える必要がある。本実施形態のように、吸込圧力データの変動係数（吸込圧力データの標準偏差を吸込圧力データの平均値で除して得られる係数）を用いることで、液体源１１からポンプ１３に供給される液体の流量に拘わらず、基準変動係数（閾値）を変える必要はない。このため、高精度且つ簡便にキャビテーションの発生を検知することができる。

〈変形例〉
図８は、本発明の一実施形態による検知装置の変形例を示すブロック図である。尚、図８においては、図２に示した構成と同様の構成については同一の符号を付してある。図８に示す通り、本変形例に係る検知装置１は、図２に示す検知部２２に、予報部２２ｄ、累積部２２ｅ、及び保守管理部２２ｆを追加した構成である。

予報部２２ｄは、吸込圧力データの値が予め規定された閾値以下になった場合に、ポンプ１３のキャビテーション発生を予報する。例えば、予報部２２ｄは、吸込圧力データの値が、大気圧に対応する圧力データ値（閾値）よりも小さくなった場合に、キャビテーションの発生を予報する。つまり、予報部２２ｄは、吸込圧力データの値が、正圧を示す値から負圧を示す値に変化した場合に、キャビテーションの発生を予報する。予報部２２ｄで予報されたキャビテーションの発生は、例えば、制御システム１５に通知される。

図９は、本発明の一実施形態による検知装置で取得される吸込圧力データの一例を示す図である。図９に示すグラフは、横軸に時間をとり、縦軸に吸込圧力をとってある。尚、図９に示すグラフは、吸込圧力計１２の測定結果の一例である。図９に示す通り、吸込圧力データの値は、ポンプ１３の動作に伴い、大気圧よりも低い圧力（負圧）になる場合がある。図９に示す例では、吸込圧力データの値は、時刻ｔ_２０以降に、大気圧よりも低い圧力に漸減している。

このように、吸込圧力が大気圧よりも低くなると、ポンプ１３から機器１４に供給される液体の圧力が飽和蒸気圧以下になる。すると、ポンプ１３から機器１４に供給される液体が気化することによってキャビテーションが発生することがある。従って、予報部２２ｄは、吸込圧力データの値が負圧へ変化したか否かに応じて、将来のキャビテーション発生を予報することができる。

予報部２２ｄの予報が制御システム１５に通知されることで、制御システム１５は、キャビテーションの発生を防止する制御、及び、キャビテーションに対する制御の準備等を、キャビテーションの発生前に予め実行することができる。このような制御等を行うことで、キャビテーションの発生を低減させることができ、また、キャビテーションが発生しても、速やかに対応することができる。

尚、予報部２２ｄが用いる閾値は、大気圧に対応する圧力データ値（正圧から負圧への変化を検知する値）に限定されることはない。吸込圧力データが、キャビテーションが発生する傾向にあるか否かは、ポンプ１３の種類、特性、個体差、及び制御システム１５の設計等に応じて異なる。このため、予報部２２ｄが用いる閾値は、ポンプ１３の種類、特性等に応じて定めてもよい。

累積部２２ｅは、キャビテーションの発生が検知された時間を累積した累積値を算出する。具体的に、累積部２２ｅは、判定部２２ｃの判定結果に基づいて、上記の累積値を算出する。尚、累積部２２ｅは、キャビテーションの発生が検知された時間に代えて、キャビテーションの発生が検知された回数を累積した累積値を算出してもよい。累積部２２ｅは、算出した累積値を、記憶部２２ａに記憶してもよい。

保守管理部２２ｆは、累積部２２ｅで算出された累積値に基づいて、ポンプ１３の保守時期及び交換時期の少なくとも一方を判断する。ポンプ１３で発生するキャビテーションは、ポンプ１３にダメージを与えるので、ポンプ１３の寿命に影響を及ぼすことが考えられる。累積部２２ｅで算出された累積値は、キャビテーションの発生が検知された時間（回数）を累積した値であるため、ポンプ１３が受けたダメージの指標として利用することができる。従って、キャビテーションの発生が検知された時間（回数）を累積した累積値を求めることにより、ポンプ１３の点検タイミング及び交換タイミングを判断することができる。

保守管理部２２ｆは、例えば、累積部２２ｅで算出された累積値と予め規定された閾値等とを比較することにより、ポンプ１３の点検タイミング及び交換タイミングを判断する。保守管理部２２ｆは、例えば、累積値が閾値以上になった場合に、制御システム１５に、点検タイミング及び交換タイミングの少なくとも一方を通知してよい。尚、点検タイミングを判断する閾値と交換タイミングを判断する閾値とを分けて保守管理部２２ｆに設定してもよい。保守管理部２２ｆに設定する閾値は、実際に発生したポンプ１３の故障、及び寿命等のデータに基づいて定めてもよい。

以上の通り、本変形例に係る検知装置１は、キャビテーションの検知に加えて、キャビテーションの予報、及びポンプ１３の保守及び管理を実現することができる。尚、検知装置１は、キャビテーションの予報のみを行うものであってもよく、ポンプ１３の保守及び管理のみを行うものであってもよい。

〈実装例〉
図１０は、本発明の一実施形態による検知装置の実装例を示すブロック図である。図１０に示す通り、検知装置１は、操作部３１、表示部３２、入出力部３３、格納部３４、処理部３５、通信装置３６、及びドライブ装置３７を備える。このような検知装置１は、例えばデスクトップ型、ノート型、又はタブレット型のコンピュータ等で実現される。尚、詳細は後述するが、検知装置１の機能（ポンプ１３のキャビテーションを検知する機能等）は、記録媒体Ｍに記録されたプログラムを読み出してインストールすることによりソフトウェア的に実現される。或いは、不図示のネットワークを介してダウンロードしたプログラムをインストールすることによりソフトウェア的に実現される。

操作部３１は、例えばキーボードやポインティングデバイス等の入力装置を備えており、検知装置１を使用するユーザの操作に応じた指示（検知装置１に対する指示）を処理部３５に出力する。表示部３２は、例えば液晶表示装置等の表示装置を備えており、処理部３５から出力される各種情報を表示する。尚、操作部３１及び表示部３２は、物理的に分離されたものであっても良く、表示機能と操作機能とを兼ね備えるタッチパネル式の液晶表示装置のように物理的に一体化されたものであってもよい。

入出力部３３は、処理部３５の制御の下で、各種情報の入出力を行う。例えば、入出力部３３は、外部の機器（例えば、図１に示す吸込圧力計１２）との間で通信を行って各種情報を入出力するものであっても良く、着脱可能な記録媒体（例えば、不揮発性メモリ）に対する各種情報の読み出し又は書き込みを行って各種情報を入出力するものであってもよい。尚、外部の機器との間で行われる通信は、有線通信及び無線通信の何れであってもよい。

格納部３４は、例えばＨＤＤ（ハードディスクドライブ）やＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）等の補助記憶装置を備えており、各種情報を格納する。例えば、格納部３４は、吸込圧力計１２から取得した吸込圧力データを格納してもよい。つまり、図２，図８に示す記憶部２２ａの機能が、格納部３４で実現されていてもよい。また、格納部３４は、例えば検知装置１で実行される各種プログラムを格納してもよい。

処理部３５は、操作部３１からの指示に基づいて各種処理を行う。処理部３５は、各種処理の結果を、表示部３２、入出力部３３、若しくは通信装置３６に出力し、又は格納部３４に格納させる。この処理部３５には、検知装置１の主要な構成である吸込圧力取得部２１及び検知部２２の機能が設けられる。処理部３５に設けられる機能は、その機能を実現するためのプログラムがＣＰＵ（中央処理装置）等のハードウェアによって実行されることによって実現される。つまり、吸込圧力取得部２１及び検知部２２の機能は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することによって実現される。

通信装置３６は、処理部３５の制御の下で、例えば不図示のネットワークを介した通信を行う。尚、通信装置３６は、有線通信を行うものであっても、無線通信を行うものであってもよい。ドライブ装置３７は、例えばＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ（登録商標）−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体Ｍに記録されているデータの読み出しを行う。この記録媒体Ｍは、検知装置１の各ブロックの機能（吸込圧力取得部２１及び検知部２２の機能等）を実現するプログラムを格納している。

尚、図１０に示す実装例は、あくまでも一例であり、検知装置１の実装が図１０に示すものに制限される訳ではない点に注意されたい。また、検知装置１の各ブロックの機能（吸込圧力取得部２１及び検知部２２の機能等）を実現するプログラムは、必ずしも記録媒体Ｍに格納された状態で頒布される必要はない。このプログラムは、例えばインターネット等のネットワークを介して頒布されてもよい。

以上、本発明の一実施形態による検知装置、検知方法、及び検知プログラムについて説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、検知装置１が、吸込圧力計１２から吸込圧力データを取得する例を説明した。しかしながら、検知装置１は、吸込圧力データに加えて、吸込圧力計１２から障害情報等を取得してもよい。

吸込圧力計１２に故障等が発生している場合には、キャビテーションの発生を正確に検知することは困難である。このため、検知装置１は、吸込圧力計１２の障害情報等を取得した場合には、キャビテーションの検知を実行しないようにしてもよい。また、検知装置１は、キャビテーションの検知結果に吸込圧力計１２から取得した障害情報等を加えて制御システム１５に通知するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、検知装置１が、プラントＰＬに設けられる例について説明した。尚、プラントＰＬは、液体を移送させるポンプ１３を利用したシステムの一例であり、検知装置１が設けられるシステムはプラントＰＬに限定されることはない。液体を移送するポンプ１３であれば、キャビテーションが発生し得るため、ポンプ１３を用いるシステム、装置、機器、及び使用現場等において、検知装置１を設けてキャビテーションを検知するようにしてもよい。

１ 検知装置
１３ ポンプ
２１ 吸込圧力取得部
２２ 検知部
２２ｂ 変動係数算出部
２２ｃ 判定部
２２ｄ 予報部
２２ｅ 累積部
２２ｆ 保守管理部

Claims (10)

1. ポンプの吸込圧力を示す吸込圧力データを取得する吸込圧力取得部と、
   検出対象期間中の前記吸込圧力データの変動係数に基づいて、前記ポンプのキャビテーションの発生を検知する検知部と、
   を備える検知装置。
2. 前記検知部は、前記検出対象期間中の前記吸込圧力データの前記変動係数を算出する変動係数算出部と、
   前記変動係数算出部で算出された前記変動係数が、予め規定された基準変動係数を超えた場合に、前記ポンプにキャビテーションが発生したと判定する判定部と、
   を備える請求項１記載の検知装置。
3. 前記変動係数算出部は、前記検出対象期間中の前記吸込圧力データの平均値と標準偏差とに基づいて前記変動係数を算出する、請求項２記載の検知装置。
4. 前記変動係数算出部は、前記標準偏差を前記平均値で除して得られる値を前記変動係数として算出する、請求項３記載の検知装置。
5. 前記変動係数算出部は、前記吸込圧力データの移動平均値を前記平均値として求め、
   前記吸込圧力データの移動標準偏差を前記標準偏差として求める、
   請求項３又は請求項４記載の検知装置。
6. 前記判定部は、前記検出対象期間よりも前に前記吸込圧力取得部によって取得された前記吸込圧力データの変動係数、又は当該変動係数に所定の演算を行って得られる係数を、前記基準変動係数として用いる、請求項２から請求項５の何れか一項に記載の検知装置。
7. 前記吸込圧力データが、正圧を示す値から負圧を示す値に変化した場合に、前記ポンプのキャビテーションの発生を予報する予報部を更に備える請求項１から請求項６の何れか一項に記載の検知装置。
8. 前記キャビテーションの発生が検知された時間又は回数を累積した累積値を算出する累積部と、
   前記累積値に基づいて、前記ポンプの保守時期及び交換時期の少なくとも一方を判断する保守管理部と、
   を更に備える請求項１から請求項７の何れか一項に記載の検知装置。
9. ポンプの吸込圧力を示す吸込圧力データを取得する吸込圧力取得ステップと、
   検出対象期間中の前記吸込圧力データの変動係数に基づいて、前記ポンプのキャビテーションの発生を検知する検知ステップと、
   を有する検知方法。
10. コンピュータを、請求項１から請求項８の何れか一項に記載の検知装置として機能させる検知プログラム。

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