軸流ファンのトラブルシューティング：簡単な対処法

軸流ファンにおける過度な振動と騒音の診断

ブレードのアンバランス対シャフトのミスアライメント：現場で即座に区別する方法

軸流ファンにおける過度の振動は、通常、ブレードのアンバランスまたはシャフトのアライメント不良という2つの主な問題に起因します。これらの問題は、現場で点検する際に技術者が確認できる異なる特徴を示します。ブレードがアンバランスの場合、シャフト軸に対して直角方向にファンハウジング全体に伝わる周期的な振動が発生し、それに伴って一定の低音のハム音が聞かれます。一方、シャフトのアライメント不良は異なる状況を示します。これはシャフト自体の軸方向に強い振動を引き起こし、ファンの負荷が増加して動作が重くなるにつれて、唸るようなノイズが悪化します。技術者は通常、定期点検中に注意深く音を聴くだけで、どちらの問題が発生しているかを判断できることがあります。

迅速な現場での判別には以下の方法が含まれます。

• アンバランスを示す「重い部分」や不均一な抵抗を検出するために、手動でブレードを回転させる
• フィーラーゲージを使用してカップリングの隙間の均一性を測定する（0.05 mmを超えるばらつきはアライメント不良を示唆）

産業用メンテナンス研究によると、不整列はアンバランスに比べて最大50％高い軸受応力を発生させる。それでも、まずはアンバランスの点検から始めるべきである。これは多くの場合、ブレードの清掃や精密バランスウエイトの追加で解決できる。一方、不整列の修正にはレーザーによるアライメント工具と構造的な確認が必要であり、より時間とリソースを要する。

軸流ファン技術者のための振動・異音診断チェックリスト

振動または異常音の調査を行う際は、この効率的で安全を最優先したプロトコルを使用してください。

1. 安全隔離 ：OSHA 1910.147規格に従い、電源をロックアウトし回転部を安全に固定する
2. 視覚検査 :
   • ブレードに異物、亀裂、摩耗、または前縁の損傷がないか点検する
   • メーカー仕様に基づき、マウント、カップリング、ブレードハブのボルト締め付けトルクを確認する
3. 運転試験 :
   • モーター軸受での実効値（RMS）振動を測定する（ISO 10816-3準拠、目標値は4 mm/s以下）
   • 較正済みの音響アナライザーでノイズスペクトルを取得する
4. 負荷分析 :
   • 起動時、50%負荷時、および全負荷時の振動振幅を比較する
   • モーターの定格フル負荷電流（FLA）の±10%以内で電流が維持されていることを確認する
5. 環境評価 :
   • マノメーターを使用してダクトの静圧バランスを監査する
   • 壁、ダンパー、障害物からファンの直径の1.5倍以上の距離を確保していることを確認する

高周波ノイズ（>1 kHz）は通常、ブレード先端の損傷または空力乱流を示している。低周波のうなり音（<500 Hz）は、構造的共鳴または基礎の緩みを示唆している。運転開始時にベースライン測定値を確立することで、将来の診断時間を最大70%短縮できる。

軸流ファンにおける最適な空気流量の回復

空気流の制限を特定し除去する：ダクト、グリル、および障害物

軸流ファンが風量の問題に直面する場合、ほとんどの場合、原因はファンモーター自体ではなく、システム内の他の部分にある。まずダクトを確認すること。長年使用されていると、腐食、変形、あるいは単にサイズが小さすぎるといった問題が生じ、空気の流れを確保するための有効断面積が最大で半分近くまで減少する可能性がある。入口および出口のグリルが不適切に設計されている場合も同様で、これにより気流の均一性が損なわれ、システム全体の静圧が上昇する。まずは目視による点検を行う。入口のフィルターを取り外し、ブレードに油、ほこり、または粒子が付着していないかを確認する。これは食品加工工場、製薬ラボ、金属加工工場など、汚染が重大な懸念事項となる場所では特に重要である。次に、ダクトの接続部や曲がり部を通る空気の圧力損失を測定する。設計当初の想定値と実測値が15％以上異なる場合は、確実に気流を妨げる何らかの障害物が存在していると考えられる。グリルに関しては、メーカーが指定する開口面積と実際の開口面積が一致しているかを再確認する。有効な方法として、レーザー式風速計を用いてグリル全体の表面にわたり風速が均一であるかを測定する方法がある。2023年にASHRAEが委託した最近の現地試験では、こうした詰まりを除去するだけで、わずか2日間で風量効率が78％まで回復したことが示されている。問題を未然に防ぐため、3か月ごとにダクトの健全性を点検するスケジュールを組み、吸気口に磁気フィルターを設置して、鉄系の粒子がファンブレードに到達する前に捕捉することを検討するとよい。

ケーススタディ：軸流ファンシステムで定格CFMの92%を回復したHVACリトロフィット

ある食品加工工場では、四半期ごとのメンテナンススケジュールを遵守しているにもかかわらず、長期間にわたり35%の風量不足が続いていました。根本原因の分析により、2018年の拡張工事で設置された排気ダクトがサイズ不足（必要な300 mmに対して200 mm）であったこと、および段階的なグリース蓄積によりブレードの有効ピッチと表面効率が低下していたこと、という2つの相互に関連する問題が明らかになりました。リトロフィットでは、以下の3つの連携した対策を実施しました。

1. 200 mmのダクト部分を耐食性のある300 mmダクトに交換
2. 自己清掃構造を持つ撥油性コーティング済み自動グリース除去ブレードを設置
3. 動的圧力変動に対して定トルク応答を行うようプログラムされた可変周波数ドライブ（VFD）を統合

改造後のテストにより、定格CFMの92%が回復し、18,500 CFMに達したことが確認されました。これによりエネルギー消費量は22%削減されました。この結果から、最適な風量を回復するには、機械的完全性、空力設計、制御戦略のすべてを同時に整える必要があることが明らかになりました。

軸流ファンにおけるモーターの過負荷および過熱防止

熱的故障の要因：電圧の不安定、負荷の不一致、周囲環境要因

軸流モーターにおける熱的故障は、単独で発生するものではありません。通常、電気的な問題、機械的な問題、環境要因が複合的に作用して起こります。電圧がモーターの定格表示に記載された値から10％以上変動すると、巻線の絶縁体が徐々に劣化し始め、故障率が加速します。負荷の不一致も別の大きな問題です。これはVFDの設定ミス、ブレードのピッチ角が大きすぎる設定、またはダクト内の抵抗を無視した場合によく発生します。その結果、モーターの定格電流を超える急激な電流突入が生じ、サーマルオーバーロードリレーが作動します。最近のHVACメンテナンス報告書を分析すると、記録されたモーターオーバーロードの約3分の2は、実際にはVFDパラメータの設定ミスが原因でした。環境要因も状況をさらに悪化させます。長時間にわたり周囲温度が40度を超える状態が続いたり、モーターケース周辺への空気の循環が不十分だったり、粉塵が堆積して断熱材のように作用したりすると、運転温度が通常よりも15〜20度も上昇する可能性があります。これにより、巻線が過熱し続け制御不能になる危険な領域に入ってしまいます。

軸流ファンモーターの過負荷に対する電気診断フローチャート

過負荷の根本原因を効率的に特定するために、このターゲットされた手順を適用してください。

1. 電圧を測定する モーターターミナルで 負荷時において 、真の実効値（true-RMS）対応のマルチメーターを使用して
2. 実際の電流の消費を評価する 名板に記載された定格負荷電流（FLA）と比較し、かつ各相のバランスを確認する（±5％以上のばらつきがないこと）
3. 周囲の状況を評価する ：冷却フィンの閉塞、周囲温度、および近くの熱源を確認する

物事が予定通りに進まなくなった場合、異なる問題に対して特定の対策が必要です。たとえば、電圧の変動が見られる場合、通常は電力会社と連携するか、ラインリアクタや電圧調整装置の設置が必要です。電流のアンバランスや過電流の問題がある場合は、VFDシステムの再プログラミングやブレードピッチ設定の調整が解決策となります。機器周辺の温度上昇が問題であれば、これは通常、より良い換気システムの導入や、部品周囲へのほこりの蓄積を抑える方法の検討を意味します。サーマルイメージングも定期的な運用に組み込むべきです。これは、特に巻線端子やベアリングハウジングなど、重大な損傷が発生する前に危険なほど熱が蓄積する可能性のある箇所において、潜在的な問題を早期に発見するのに役立ちます。

軸流ファンの予知保全によるベアリング寿命の延長

潤滑周期、アライメント点検、早期摩耗兆候

軸流ファンのベアリングの寿命を延ばすには、適切な潤滑、正しいアライメント、そして状態の監視という3つの要素を適切に組み合わせることが重要です。グリース補給に関しては、多くのメーカーが通常の産業用途において6か月から12か月ごとの補給を推奨しています。しかし、高温、粉塵、または振動の多い環境では、補給間隔を短くする必要があります。レーザーアライメントを用いてファンを設置することも大きな効果があります。構造的な変化があった場合に再度アライメントを行うことで、ベアリングに不均一な応力が加わるのを防ぎ、早期故障を回避できます。重大な問題になる前に、異常の兆候がないか注意深く観察することが重要です。

• 1次または2次の運転速度帯域において、振動振幅がベースライン値を30％以上超過している
• 音響スペクトルにおいて、高周波数の広帯域雑音（2 kHz以上）へのシフトが見られる
• ハウジング温度が通常の運転範囲を10°C以上上回って上昇している

これらの手法を同時に実施することで、金属の疲労を最大40％低減し、故障間平均時間（MTBF）を2.3倍延長できることが、ファン製造業者協会（FMA）が収集した現場データで示されています。このような体系的で科学的根拠に基づいたアプローチにより、ベアリングのメンテナンスは従来の反応的な交換から、予測可能で信頼性重視の管理へと変革されます。

よくある質問

軸流ファンにおける振動の一般的な原因は何ですか？

軸流ファンにおける振動の一般的な原因には、ブレードのアンバランスやシャフトの不整列があり、これらは特定の振動および騒音パターンを引き起こします。

私の軸流ファンから過剰な騒音が出るのはなぜですか？

過剰な騒音は、ブレード先端の損傷や空力乱流、構造共鳴、または土台の緩みなどの問題に起因することが多いです。

軸流ファンにおいてモーターの過負荷および過熱を防ぐにはどうすればよいですか？

モーターの過負荷および過熱を防ぐためには、電圧の安定を確保し、負荷の不一致を避け、温度やほこりの蓄積といった周囲環境要因を適切に管理してください。