JP2017101954A - 機械設備の評価方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】機械設備15の発生する音又は振動を検知する振動センサ12と、検出した電気信号に対して周波数分析及びエンベロープ分析してスペクトルデータを得る振動分析手段42と、機械要素31,32,33毎に、異常発生時にピーク値をもたらす理論周波数を計算する理論周波数算出手段41と、各機械要素31,32,33の最小周波数差×0.5を検出周波数範囲とする検出周波数範囲決定手段46と、スペクトルデータのピーク値C,E,F,H,Jの周波数が、理論周波数±検出周波数範囲の範囲内であるか否かを判別する判別手段47と、機械設備15の異常箇所を特定する異常診断手段48と、を備える。
【選択図】図5
Description
(1) 回転体が静止部材に対して相対的に回転する機械設備における異常の有無及び異常箇所を特定する機械設備の評価方法であって、
前記機械設備の発生する音又は振動を検知して該検知した音又は振動に応じた電気信号を出力する検出工程と、
前記電気信号に対して周波数分析を行い、スペクトルデータを得る演算処理工程と、
前記機械設備の複数の機械要素毎に、前記回転体の回転情報から異常発生時に周波数スペクトル上にピーク値をもたらす理論周波数を所定の次数まで算出する理論周波数算出工程と、
前記複数の機械要素間の前記理論周波数の差が最小となる最小周波数差を、少なくとも1つの次数求め、検知範囲係数を0.5以下として、いずれかの次数の前記最小周波数差×前記検知範囲係数を検出周波数範囲とする検出周波数範囲決定工程と、
前記スペクトルデータのピーク周波数が、前記理論周波数±前記検出周波数範囲の範囲内であるか否かを判別する判別工程と、
前記判別工程の結果に基づいて、前記機械要素の異常箇所を特定する異常診断工程と、
を備えることを特徴とする機械設備の評価方法。
(2) 回転体が静止部材に対して相対的に回転する機械設備における異常の有無及び異常箇所を特定する機械設備の評価方法であって、
前記機械設備の発生する音又は振動を検知して該検知した音又は振動に応じた電気信号を出力する検出工程と、
前記電気信号に対して周波数分析を行い、スペクトルデータを得る演算処理工程と、
前記スペクトルデータから極大値を抽出する極大値抽出工程と、
前記スペクトルデータから前記極大値を除いた有効スペクトルデータに基づいて、ベースラインを求めるベースライン算出工程と、
前記極大値と前記ベースラインとの差が、所定の大きさよりも大きいピーク周波数を抽出するピーク周波数抽出工程と、
前記機械設備の複数の機械要素毎に、前記回転体の回転情報から異常発生時に周波数スペクトル上にピーク値をもたらす理論周波数を所定の次数まで算出する理論周波数算出工程と、
前記複数の機械要素間の前記理論周波数の差が最小となる最小周波数差を、少なくとも1つの次数求め、検知範囲係数を0.5以下として、いずれかの次数の前記最小周波数差×前記検知範囲係数を検出周波数範囲とする検出周波数範囲決定工程と、
前記ピーク周波数が、前記理論周波数±前記検出周波数範囲の範囲内であるか否かを判別する判別工程と、
前記判別工程の結果に基づいて、前記機械要素の異常箇所を特定する異常診断工程と、
を備えることを特徴とする機械設備の評価方法。
(3) 前記複数の機械要素は、転がり軸受の外輪、内輪、及び転動体を含むことを特徴とする(1)又は(2)に記載の機械設備の評価方法。
本発明に係る機械設備の評価装置は、機械要素から発生する音又は振動を検出して得られた電気信号を分析して、機械要素に起因する異常の有無及び異常箇所を特定する装置である。以下の説明においては、機械要素として、例えば、風力発電装置などの機械設備に配設されて20min−1程度の低速回転する転がり軸受を例にとって説明する。なお、本発明に係る機械設備の評価装置では、機械設備の作動に伴って理論周波数を有する音又は振動を発生する機械要素であれば転がり軸受に限定されず、任意の機械要素に適用することができる。
なお、振動センサ12の固定方法には、ボルト固定、接着、ボルト固定と接着の併用、及び樹脂材による埋め込み等がある。
図2及び図3に示すように、演算処理部21は、データ収集・分配部24、回転分析部25、フィルタ処理部26、振動分析部27、比較判定部28及び内部メモリ29を有して構成される。演算処理部21は、マイクロコンピュータで構成されており、このマイクロコンピュータ内に記録保持されたプログラムが実行されることにより、各処理部は以下のような処理を実行する。
なお、振動分析手段42は、FFTを行う前処理として、絶対値化処理やエンベロープ処理を行い、異常の診断に必要な周波数成分のみに変換してもよい。
例えば、ピーク値の抽出は、極大値とベースラインとの差が所定の値(以下の実施例では、5db)を閾値として抽出してもよいが、これに限定されず、例えば、極大値の近似曲線とベースラインとの平均値を閾値とすることもできる。
その後、振動分析部27は、抽出されたピーク周波数を比較判定部28に出力する。
なお、回転センサが、内輪31に取り付けられたエンコーダと、外輪32に取り付けられた磁石または磁気検出素子と、により構成される場合は、出力信号がエンコーダの形状と回転速度に応じたパルス信号となる。このため、回転分析部25は、エンコーダの形状に応じた所定の変換関数、又は変換テーブルを有し、パルス信号から内輪31の回転速度を算出する。
なお、軸受損傷周波数の算出は、以前に同様の診断を行っている場合は、内部メモリ29に記憶しておいた過去のデータを用いてもよい。
n次のピーク検出範囲=n次の理論周波数±m次の最小周波数差×検出範囲係数(0.5以下)とする。
ここで、mは任意の値である。
特に、異常診断手段48は、特定の次数のピーク周波数が、理論周波数±検出周波数範囲の範囲に含まれるかどうかで判断するため、検出漏れを防止するためには、低次の最小周波数差を用いた場合、2×検出周波数範囲≧周波数分解能を満たす必要がある。このため、周波数分解能も小さくなって、計算負荷が高くなってしまう。したがって、検出周波数範囲決定手段46において、計算負荷が軽減されるように、低次の診断時においても高次の最小周波数差を用いて検出周波数範囲を算出した場合には、1次〜5次のピーク値に対する診断結果を総合的に判断することで異常箇所を特定することが好ましい。
なお、実施例1では、検出範囲係数を0.5とした場合と、検出範囲係数を0.8とした場合での異常診断結果を比較した。また、実施例2では、実施例1と最小周波数差の設定を変えて異常診断を行った場合について説明する。
図6は、主軸に適用された転がり軸受11に異常が発生した場合の周波数分析及びエンベロープ分析後のスペクトルデータを表す。
また、表1は、以下に説明する各実施例における転がり軸受11の設計諸元データを、図4の式に代入して求めた内輪31、外輪32、及び転動体33の1次理論周波数を示す。
上記した実施例1では、最小周波数差が小さい1次の最小周波数差を用いて、全ての次数の診断に使用される検出周波数範囲を算出したが、実施例2では、1次〜4次の理論周波数について診断する場合、最小周波数差が大きな4次の最小周波数差×0.5を検出周波数範囲として診断する。そして、5次の理論周波数についての診断は、5次の最小周波数差×0.5を検出周波数範囲として診断する。
本発明の異常の有無を診断するための診断箇所としては、転がり軸受の内輪、外輪、転動体、保持器に限定されず、他の機械要素にも適用可能である。
[1] 回転体が静止部材に対して相対的に回転する機械設備における異常の有無及び異常箇所を特定する機械設備の評価方法であって、
前記機械設備の発生する音又は振動を検知して該検知した音又は振動に応じた電気信号を出力する検出工程と、
前記電気信号に対して周波数分析を行い、スペクトルデータを得る演算処理工程と、
前記機械設備の複数の機械要素毎に、前記回転体の回転情報から異常発生時に周波数スペクトル上にピーク値をもたらす理論周波数を所定の次数まで算出する理論周波数算出工程と、
前記複数の機械要素間の前記理論周波数の差が最小となる最小周波数差を、少なくとも1つの次数求め、検知範囲係数を0.5以下として、いずれかの次数の前記最小周波数差×前記検知範囲係数を検出周波数範囲とする検出周波数範囲決定工程と、
前記スペクトルデータのピーク周波数が、前記理論周波数±前記検出周波数範囲の範囲内であるか否かを判別する判別工程と、
前記判別工程の結果に基づいて、前記機械要素の異常箇所を特定する異常診断工程と、
を備えることを特徴とする機械設備の評価方法。
[2] 回転体が静止部材に対して相対的に回転する機械設備における異常の有無及び異常箇所を特定する機械設備の評価方法であって、
前記機械設備の発生する音又は振動を検知して該検知した音又は振動に応じた電気信号を出力する検出工程と、
前記電気信号に対して周波数分析を行い、スペクトルデータを得る演算処理工程と、
前記スペクトルデータから極大値を抽出する極大値抽出工程と、
前記スペクトルデータから前記極大値を除いた有効スペクトルデータに基づいて、ベースラインを求めるベースライン算出工程と、
前記極大値と前記ベースラインとの差が、所定の大きさよりも大きいピーク周波数を抽出するピーク周波数抽出工程と、
前記機械設備の複数の機械要素毎に、前記回転体の回転情報から異常発生時に周波数スペクトル上にピーク値をもたらす理論周波数を所定の次数まで算出する理論周波数算出工程と、
前記複数の機械要素間の前記理論周波数の差が最小となる最小周波数差を、少なくとも1つの次数求め、検知範囲係数を0.5以下として、いずれかの次数の前記最小周波数差×前記検知範囲係数を検出周波数範囲とする検出周波数範囲決定工程と、
前記ピーク周波数が、前記理論周波数±前記検出周波数範囲の範囲内であるか否かを判別する判別工程と、
前記判別工程の結果に基づいて、前記機械要素の異常箇所を特定する異常診断工程と、
を備えることを特徴とする機械設備の評価方法。
[3] 前記異常診断手段は、前記理論周波数±前記検出周波数範囲の範囲に含まれる前記ピーク周波数の次数の数によって、前記機械要素の異常箇所を特定することを特徴とする[1]又は[2]に記載の機械設備の評価方法。
[4] 前記判別手段は、所定の次数の前記ピーク周波数に対して前記理論周波数±前記検出周波数範囲の範囲内にあるか否かを判別する際、前記所定の次数以上の次数の前記最小周波数差から得られる前記検出周波数範囲を用いて判別することを特徴とする[3]に記載の機械設備の評価方法。
[5] 前記複数の機械要素は、転がり軸受の外輪、内輪、及び転動体を含むことを特徴とする[1]〜[4]のいずれかに記載の機械設備の評価方法。
11 転がり軸受(回転体)
12 振動センサ(検出手段)
15 機械設備
21 演算処理部
31 内輪(機械要素)
32 外輪(機械要素)
33 転動体(機械要素)
41 理論周波数算出手段
42 振動分析手段
43 極大値抽出手段
44 ベースライン算出手段
45 ピーク周波数抽出手段
46 検出周波数範囲決定手段
47 判別手段
48 異常診断手段
A〜K 極大値
C,E,F,H,J ピーク値
M ベースライン
Claims (3)
- 回転体が静止部材に対して相対的に回転する機械設備における異常の有無及び異常箇所を特定する機械設備の評価方法であって、
前記機械設備の発生する音又は振動を検知して該検知した音又は振動に応じた電気信号を出力する検出工程と、
前記電気信号に対して周波数分析を行い、スペクトルデータを得る演算処理工程と、
前記機械設備の複数の機械要素毎に、前記回転体の回転情報から異常発生時に周波数スペクトル上にピーク値をもたらす理論周波数を所定の次数まで算出する理論周波数算出工程と、
前記複数の機械要素間の前記理論周波数の差が最小となる最小周波数差を、少なくとも1つの次数求め、検知範囲係数を0.5以下として、いずれかの次数の前記最小周波数差×前記検知範囲係数を検出周波数範囲とする検出周波数範囲決定工程と、
前記スペクトルデータのピーク周波数が、前記理論周波数±前記検出周波数範囲の範囲内であるか否かを判別する判別工程と、
前記判別工程の結果に基づいて、前記機械要素の異常箇所を特定する異常診断工程と、
を備えることを特徴とする機械設備の評価方法。 - 回転体が静止部材に対して相対的に回転する機械設備における異常の有無及び異常箇所を特定する機械設備の評価方法であって、
前記機械設備の発生する音又は振動を検知して該検知した音又は振動に応じた電気信号を出力する検出工程と、
前記電気信号に対して周波数分析を行い、スペクトルデータを得る演算処理工程と、
前記スペクトルデータから極大値を抽出する極大値抽出工程と、
前記スペクトルデータから前記極大値を除いた有効スペクトルデータに基づいて、ベースラインを求めるベースライン算出工程と、
前記極大値と前記ベースラインとの差が、所定の大きさよりも大きいピーク周波数を抽出するピーク周波数抽出工程と、
前記機械設備の複数の機械要素毎に、前記回転体の回転情報から異常発生時に周波数スペクトル上にピーク値をもたらす理論周波数を所定の次数まで算出する理論周波数算出工程と、
前記複数の機械要素間の前記理論周波数の差が最小となる最小周波数差を、少なくとも1つの次数求め、検知範囲係数を0.5以下として、いずれかの次数の前記最小周波数差×前記検知範囲係数を検出周波数範囲とする検出周波数範囲決定工程と、
前記ピーク周波数が、前記理論周波数±前記検出周波数範囲の範囲内であるか否かを判別する判別工程と、
前記判別工程の結果に基づいて、前記機械要素の異常箇所を特定する異常診断工程と、
を備えることを特徴とする機械設備の評価方法。 - 前記複数の機械要素は、転がり軸受の外輪、内輪、及び転動体を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の機械設備の評価方法。
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