JP2017181437A - Rotary machine system abnormality detection method, rotary machine system abnormality monitoring method using abnormality detection method, and rotary machine system abnormality monitoring device using abnormality monitoring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転機械系の駆動源である三相誘導電動機の稼働時電流信号の状態から回転機械系の異常を検知する回転機械系の異常検知方法、その異常検知方法を用いた回転機械系の異常監視方法、及びその異常監視方法を用いた回転機械系の異常監視装置に関する。 The present invention relates to a rotating machine system abnormality detection method for detecting an abnormality of a rotating machine system from the state of an operating current signal of a three-phase induction motor that is a driving source of the rotating machine system, and a rotating machine system using the abnormality detection method The present invention relates to an abnormality monitoring method and a rotating machine system abnormality monitoring apparatus using the abnormality monitoring method.
誘導電動機の電流信号特徴解析(MCSA:Motor Current Signature Analysis)による回転機械系の異常診断方法として、例えば、特許文献1には、回転機械系の誘導電動機の稼働時電流信号を検出し、その波形から求まる振幅確率密度関数の情報量KIをパラメータに用いて、回転機械系の異常検出を行うことが開示されている。しかし、一種類のパラメータだけで回転機械系の状態を代表することは難しく、回転機械系に発生した異常種類の識別及び異常箇所の特定を行う精密診断には使えないという問題がある。そこで、誘導電動機の電流信号特徴解析による回転機械系の精密診断は、誘導電動機の稼働時電流信号をFFT変換(高速フーリエ変換)して得られるスペクトルパターンの特徴を求める(スペクトルパターンを識別する)ことにより行われている。
As a method for diagnosing abnormalities in a rotating machine system by MCSA (Motor Current Signature Analysis), for example,
しかしながら、誘導電動機の稼働時電流信号のスペクトルパターンから誘導電動機の状態を診断するには、回転機械系に発生する異常に関するかなりの理論的知識と、回転機械系の現場経験が要求されるため、一つの回転機械系に対しても診断結果にばらつきが生じ易いという問題がある。
更に、誘導電動機の稼働時電流信号のスペクトルパターンから異常種類の識別が可能となっても、回転機械系に発生している異常の程度に応じた対応に関する情報(例えば、異常が発生した機器に対して、直ちに入替え(交換)又は補修が必要か、当面は経過観察だけで十分か等)は得られず、実用性に欠けるという問題もある。
However, in order to diagnose the state of the induction motor from the spectrum pattern of the current signal during operation of the induction motor, considerable theoretical knowledge about the abnormality that occurs in the rotating machine system and field experience of the rotating machine system are required. There is also a problem that the diagnostic results are likely to vary even for one rotating machine system.
Furthermore, even if it is possible to identify the type of abnormality from the spectrum pattern of the current signal during operation of the induction motor, information related to the response according to the degree of abnormality occurring in the rotating machine system (for example, the device in which the abnormality has occurred). On the other hand, it is not possible to immediately replace (replace) or repair or whether it is sufficient to just follow up for the time being, and there is a problem of lack of practicality.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、回転機械系の駆動源である三相誘導電動機の稼働時電流信号の状態から回転機械系の異常を検知する回転機械系の異常検知方法、その異常検知方法を用いた回転機械系の異常監視方法、及びその異常監視方法を用いた回転機械系の異常監視装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an abnormality detection method for a rotating machine system that detects an abnormality of the rotating machine system from the state of an operating current signal of a three-phase induction motor that is a drive source of the rotating machine system, An object of the present invention is to provide a rotating machine system abnormality monitoring method using an abnormality detection method, and a rotating machine system abnormality monitoring apparatus using the abnormality monitoring method.
前記目的に沿う第1の発明に係る回転機械系の異常検知方法は、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第1工程と、
前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波(図5参照)を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第2工程と、
前記第2工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第3工程と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第4工程とを有する簡易診断を行う。
The abnormality detection method for a rotating machine system according to the first invention that meets the above-described object is the result of analyzing the current signal during operation of the three-phase induction motor as an abnormality occurring in the rotary machine system using the three-phase induction motor as a drive source. An abnormality detection method for a rotating machine system detected from
A first step of measuring an operating current signal of the three-phase induction motor and performing a fast Fourier transform of the operating current signal;
Out of the current spectrum obtained from the fast Fourier transform, centered on the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-phase induction motor, the low frequency side and the high frequency side by the characteristic frequency related to the abnormality of the rotating machine system A second step of extracting a current spectrum peak sideband wave (see FIG. 5) of the power supply frequency present at a frequency position separated from each other, and obtaining a current spectrum peak value of one or both of the sidebands;
A third step of calculating a deterioration parameter of the rotating machine system using the current spectrum peak value of the sideband and the peak value of the current spectrum peak of the power supply frequency obtained in the second step;
The deterioration parameter value is recorded, the deterioration parameter value is compared with a preset deterioration determination reference value, and abnormality is detected when the deterioration parameter value reaches the deterioration determination reference value. A simple diagnosis having a process is performed.
前記目的に沿う第2の発明に係る回転機械系の異常監視方法は、第1の発明に係る回転機械系の異常検知方法のいずれか1又は2以上を組み合わせた回転機械系の異常監視方法であって、
複数の前記簡易診断を繰り返す劣化傾向管理工程と、
複数の前記簡易診断の少なくとも一つで異常を検知した際に、前記劣化判定基準値に達した前記劣化パラメータに基づいて異常の種類と前記回転機械系における異常箇所を特定する精密異常診断工程とを有する。
A rotating machine system abnormality monitoring method according to a second invention that meets the above-mentioned object is a rotating machine system abnormality monitoring method that is a combination of any one or more of the rotating machine system abnormality detection methods according to the first invention. There,
A deterioration tendency management step that repeats the plurality of simple diagnoses;
A precision abnormality diagnosis step of identifying an abnormality type and an abnormality location in the rotating machine system based on the deterioration parameter reaching the deterioration determination reference value when an abnormality is detected in at least one of the plurality of simple diagnoses; Have
前記目的に沿う第3の発明に係る回転機械系の異常診断装置は、第2の発明に係る回転機械系の異常監視方法に使用する回転機械系の異常監視装置であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号から前記劣化パラメータを求める劣化パラメータ算出部と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と前記劣化判定基準値を比較する簡易異常診断部と、
前記簡易異常診断部で前記回転機械系に異常が検知された際に、前記劣化判定基準値に達した前記劣化パラメータに基づいて異常の種類と前記回転機械系における異常箇所を特定する精密異常診断部とを有している。
A rotating machine system abnormality diagnosis device according to a third aspect of the invention that meets the above-described object is a rotating machine system abnormality monitoring device used in the rotating machine system abnormality monitoring method according to the second invention,
A deterioration parameter calculating unit for obtaining the deterioration parameter from an operating current signal of the three-phase induction motor;
While recording the value of the deterioration parameter, a simple abnormality diagnosis unit that compares the value of the deterioration parameter and the deterioration determination reference value,
Precise abnormality diagnosis that identifies the type of abnormality and the abnormality location in the rotating machine system based on the deterioration parameter that has reached the deterioration determination reference value when an abnormality is detected in the rotating machine system by the simple abnormality diagnosis unit Part.
本発明に係る第1の発明に係る回転機械系の異常検知方法、第2の発明に係る回転機械系の異常監視方法、及び第3の発明に係る回転機械系の異常診断装置においては、回転機械系の駆動源である三相誘導電動機の稼働時電流信号の高速フーリエ変換から得られる電流スペクトルの中から、回転機械系の異常に関連する特徴周波数の側帯波を抽出して回転機械系の劣化パラメータの値を算出し、劣化判定基準値とを比較することにより異常を検知するので、回転機械系に発生する異常に関する理論的知識の有無、及び回転機械系の保全経験の有無に左右されずに、回転機械系の異常箇所(異常が発生した機器)を正確に特定することができる。
そして、回転機械系の異常の状態が劣化パラメータの値として示されるので、回転機械系(機器)に発生している異常の程度に応じた対応(例えば、異常が発生した機器に対して、直ちに入替え(交換)又は補修が必要か、当面は経過観察だけで十分か等)を執ることが可能になる。
In the rotating machine system abnormality detection method according to the first invention according to the present invention, the rotating machine system abnormality monitoring method according to the second invention, and the rotating machine system abnormality diagnosis device according to the third invention, From the current spectrum obtained from the fast Fourier transform of the operating current signal of the three-phase induction motor that is the drive source of the mechanical system, the sideband of the characteristic frequency related to the abnormality of the rotating mechanical system is extracted to Since the abnormality is detected by calculating the value of the deterioration parameter and comparing it with the reference value for deterioration, it depends on the existence of theoretical knowledge about the abnormality that occurs in the rotating machine system and the maintenance experience of the rotating machine system. Therefore, it is possible to accurately identify an abnormal portion (device in which an abnormality has occurred) in the rotating machine system.
Then, since the state of abnormality of the rotating machine system is indicated as the value of the deterioration parameter, a response corresponding to the degree of abnormality occurring in the rotating machine system (device) (for example, immediately against the device in which the abnormality has occurred) Whether replacement (replacement) or repair is necessary, whether or not follow-up is sufficient for the time being, etc.).
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係る回転機械系の異常監視装置10は、回転機械系11の駆動源である三相誘導電動機12の稼働時電流信号の解析結果から、回転機械系11の総合的な状態や、回転機械系11の機械的構造に起因して発生する個別的な状態をそれぞれ定量的に評価する劣化パラメータを求める劣化パラメータ算出部13と、劣化パラメータの値を記録すると共に、求めた劣化パラメータの値と劣化判定基準値を比較する簡易異常診断部14と、簡易異常診断部14で回転機械系11に異常が検知された際に、劣化判定基準値に達した劣化パラメータに基づいて異常の種類と回転機械系11における異常箇所を特定する精密異常診断部15とを有している。以下、詳細に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention.
As shown in FIG. 1, the
劣化パラメータ算出部13は、回転機械系11の電気室(制御盤)から三相誘導電動機12に電力を供給する三相毎の電源ケーブ12aに流れる稼働時電流信号を検出する電流検出器16(例えば、クランプ式電流センサー)と、電流検出器16で測定した稼働時電流信号をデジタル信号に変換するA/D変換器17と、A/D変換器17から出力された稼働時電流信号を処理する処理ユニット18とを有している。
The deterioration
そして、処理ユニット18には、回転機械系11の状態を総合的に評価する劣化パラメータである電流情報量KIを算出する電流情報量算出手段19と、回転機械系11の負荷変動状況を評価する劣化パラメータである電流実効値Irmsを算出する電流実効値算出手段20と、電源品質又は三相誘導電動機12の固定子及びインバータの劣化状況を評価する劣化パラメータである稼働時電流信号の3相電流バランスIubを算出する3相電流バランス算出手段21と、電源品質又は三相誘導電動機12の固定子及びインバータの劣化状況を評価する劣化パラメータである稼働時電流信号の電流単調波比率idisを算出する電流単調波比率算出手段22と、電源品質又は三相誘導電動機12の固定子及びインバータの劣化状況を評価する劣化パラメータである稼働時電流信号の電流全調波比率Idisを算出する電流全調波比率算出手段23が設けられている。ここで、処理ユニット18には、更に、A/D変換器17から出力された稼働時電流信号を高速フーリエ変換(周波数解析の一例)する高速フーリエ変換器24が設けられており、電流単調波比率算出手段22と電流全調波比率算出手段23には、高速フーリエ変換器24から出力されるスペクトルデータ(周波数と対数変換した電流スペクトルの関係を示すデータ)が入力される。
なお、電流情報量KI、電流実効値Irms、3相電流バランスIub、電流単調波比率idis、及び電流全調波比率Idisの各劣化パラメータ(これらの劣化パラメータを総称して第1種劣化パラメータという)の値は、回転機械系11の劣化の進行に伴って上昇する特徴を有する。
The
It should be noted that each deterioration parameter of current information amount KI, current effective value I rms , three-phase current balance I ub , current monoharmonic ratio i dis , and current total harmonic ratio I dis (these deterioration parameters are collectively referred to as first parameter). The value of the seed deterioration parameter is characterized by increasing as the rotation of the
ここで、電流情報量算出手段19では、電流情報量KIを、正常状態の稼働時電流信号の波形から求めた振幅確率密度分布を参照分布、監視状態の稼働時電流信号の振幅確率密度分布をテスト分布と定義した場合、振幅xの電流信号の参照分布とテスト分布をそれぞれfr(x)、ft(x)として、fr(x)log[fr(x)/ft(x)]からなる評価式を、xに関して−∞から∞の範囲で積分することにより求めている。なお、正常状態の稼働時電流信号には、三相誘導電動機12の定格電流の正弦波信号波形を用いることができる。
電流実効値算出手段20では、電流実効値Irmsを、iを稼働時電流信号のサンプリング値、Nをサンプリングポイント数として、{(i1 2+i2 2+・・・+iN 2)/N}1/2から求めている。
Here, the current information amount calculation means 19 uses the amplitude probability density distribution obtained from the waveform of the operating current signal in the normal state as the reference distribution and the amplitude probability density distribution of the operating current signal in the monitored state as the current information amount KI. When the test distribution is defined, let f r (x) and f t (x) be the reference distribution and the test distribution of the current signal of amplitude x, respectively, f r (x) log [f r (x) / f t (x )] Is obtained by integrating x with respect to x in the range of -∞ to ∞. Note that a sine wave signal waveform of the rated current of the three-
In the current effective value calculation means 20, {(i 1 2 + i 2 2 +... + I N 2 ) / N, where i is the current effective value I rms , i is the sampling value of the current signal during operation, and N is the number of sampling points. } Calculated from 1/2 .
また、稼働時電流を3相同時に計測した場合の3相電流バランス算出手段21では、3相電流バランスIubを、稼働時電流信号の3相の電流実効値Iu、Iv、Iwの中の最大値と最小値の差max(Iu,Iv,Iw)−min(Iu,Iv,Iw)を、最大値と最小値の和max(Iu,Iv,Iw)+min(Iu,Iv,Iw)で除して求めている。
電流単調波比率算出手段22では、電流単調波比率idisを、稼働時電流信号の高調波実効値の中で、予め設定した次数n内にある最大値maxinを,稼働時電流信号の電源周波数実効値I1で除して求めている。
電流全調波比率算出手段23では、電流全調波比率Idisを、稼働時電流信号の予め設定した次数nまでの各高調波実効値の二乗和の平方根(I2 2+I3 2+・・・+In 2)1/2を、働時電流信号の電源周波数実効値I1で除して求めている。
Further, in the three-phase current balance calculation means 21 when the operating current is measured simultaneously for the three phases, the three-phase current balance I ub is calculated from the three-phase effective current values I u , I v , and I w of the operating current signal. The difference between the maximum value and the minimum value max (I u , I v , I w ) −min (I u , I v , I w ) is calculated as the sum max (I u , I v , I w ). It is obtained by dividing by w ) + min (I u , I v , I w ).
In current monotonic wave
In the current total harmonic ratio calculating means 23, the current total harmonic ratio I dis is calculated from the square root (I 2 2 + I 3 2 + ··) of the square sum of each harmonic effective value up to the preset order n of the current signal during operation. ... + I n 2 ) 1/2 is divided by the power supply frequency effective value I 1 of the working current signal.
また、処理ユニット18には、高速フーリエ変換器24から得られた電流スペクトルを対数変換して形成したスペクトルデータ(周波数と対数変換した電流スペクトルの関係を示すデータ)を用いて回転機械系11の回転機械軸系の負荷状況を評価する劣化パラメータである軸系電流比率Lshaftを算出する軸系電流比率算出手段25と、三相誘導電動機12の回転子の劣化状況を評価するポール通過電流比率Lpoleを算出するポール通過電流比率算出手段26と、三相誘導電動機12の負荷トルクと回転子の実回転数の変化を推測する劣化パラメータである回転子すべり電流比率Lrsを算出する回転子すべり電流比率算出手段27と、三相誘導電動機12により駆動される回転機械系11が流体回転機械の場合、流体回転機械に設けられたブレード及びケーシングの摩耗や腐食の発生状況を推測する劣化パラメータであるブレード通過電流比率Lbpを算出するブレード通過電流比率算出手段28とを有している。
Further, the
更に、処理ユニット18には、三相誘導電動機12により駆動される回転機械系11が歯車装置の場合(三相誘導電動機12の回転子の回転軸に取付けられた歯車の一例)、歯車の摩耗、潤滑不良、折損等の異常を推測する劣化パラメータである噛合い電流比率Lgzを算出する噛合い電流比率算出手段29と、歯車の摩耗、潤滑不良、折損等の異常を推測する劣化パラメータであるギアポール電流比率Lgpを算出するギアポール電流比率算出手段29aと、三相誘導電動機12により駆動される回転機械系11がプーリーベルト駆動系の場合(三相誘導電動機12の回転子の回転軸に取付けられたプーリーの一例)、プーリーのミスアラインメントとベルトの張り具合の異常を推測する劣化パラメータであるベルト回転電流比率Lbrを算出するベルト回転電流比率算出手段30が設けられている。
なお、軸系電流比率Lshaft、ポール通過電流比率Lpole、回転子すべり電流比率Lrs、ブレード通過電流比率Lbp、噛合い電流比率Lgz、ギアポール電流比率Lgp、及びベルト回転電流比率Lbrの各劣化パラメータ(これらの劣化パラメータを総称して第2種劣化パラメータという)の値は、回転機械系11の劣化の進行に伴って低下する特徴を有する。
Further, in the
In addition, the shaft system current ratio L shift , the pole passing current ratio L pole , the rotor sliding current ratio L rs , the blade passing current ratio L bp , the meshing current ratio L gz , the gear pole current ratio L gp , and the belt rotation current ratio L The value of each deterioration parameter of br (these deterioration parameters are collectively referred to as a second-type deterioration parameter) has a characteristic of decreasing as the deterioration of the
ここで、軸系電流比率算出手段25では、軸系電流比率Lshaftを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピーク(電源基本周波数の電流スペクトルピーク又は電源高調波周波数の電流スペクトルピーク)の側帯波であって、三相誘導電動機12の実回転周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、実回転周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク高さ20logIshaftと、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ20logIlineを求め、20logIline−20logIshaft、即ち、20log(Iline/Ishaft)として評価している。ここで、Ishaft及びIlineは、それぞれ高速フーリエ変換器24から出力される実回転周波数に起因する側帯波及び電源周波数の電流スペクトルのピーク値である。
Here, in the shaft system current ratio calculation means 25, the shaft system current ratio Lshaft is determined from the spectrum data as a side band of the current spectrum peak of the power supply frequency (current spectrum peak of the power supply fundamental frequency or current spectrum peak of the power supply harmonic frequency). Sidebands caused by the actual rotational frequency of the three-
ポール通過電流比率算出手段26では、ポール通過電流比率Lpoleを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機12のポール通過周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、ポール通過周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値20logIpole(Ipoleは、高速フーリエ変換器24から出力されるポール通過周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値)と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ20logIlineを求め、20logIline−20logIpole、即ち、20log(Iline/Ipole)として評価している。
In the pole passing current ratio calculating means 26, the pole passing current ratio L pole is obtained from the spectrum data as a side band of the current spectrum peak of the power supply frequency, which is a side band caused by the pole passing frequency of the three-
回転子すべり電流比率算出手段27では、回転子すべり電流比率Lrsを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機12の回転子バーすべり周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、回転子バーすべり周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値20logIrs(Irsoleは、高速フーリエ変換器24から出力される回転子バーすべり周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値)と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ20logIlineを求め、20logIline−20logIrs、即ち、20log(Iline/Irs)として評価している。
In the rotor slip current ratio calculation means 27, the rotor slip current ratio L rs is a sideband of the current spectrum peak of the power supply frequency from the spectrum data and is caused by the rotor bar slip frequency of the three-
ブレード通過電流比率算出手段28では、ブレード通過電流比率Lbpを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機12のブレード通過周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、ブレード通過周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値20logIbp(Ibpは、高速フーリエ変換器24から出力されるブレード通過周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値)と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ20logIlineを求め、20logIline−20logIbp、即ち、20log(Iline/Ibp)として評価している。
In the blade passing current ratio calculating means 28, the blade passing current ratio L bp is determined from the spectrum data as a side band of the current spectrum peak of the power supply frequency, which is a side band caused by the blade passing frequency of the three-
噛合い電流比率算出手段29では、噛合い電流比率Lgzを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機12の噛合い周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、噛合い周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値20logIgz(Igzは、高速フーリエ変換器24から出力される噛合い周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値)と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ20logIlineを求め、20logIline−20logIgz、即ち、20log(Iline/Igz)として評価している。
また、ギアポール電流比率算出手段29aでは、ギアポール電流比率Lgpを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機12のギアポール周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、三相誘導電動機12のポール通過周波数と、三相誘導電動機12の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数との積として定義されるギアポール周波数fgp分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値20logIgp(Igpは、高速フーリエ変換器24から出力されるギアポール周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値)と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ20logIlineを求め、20logIline−20logIgp、即ち、20log(Iline/Igp)として評価している。
In the meshing current ratio calculation means 29, the meshing current ratio L gz is determined from the spectrum data as a sideband of the current spectrum peak of the power supply frequency, which is a sideband caused by the meshing frequency of the three-
Further, in the gear pole current
ベルト回転電流比率算出手段30では、ベルト回転電流比率Lbrを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機12のベルト回転周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、ベルト回転周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値20logIbr(Ibrは、高速フーリエ変換器24から出力されるベルト回転周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値)と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ20logIlineを求め、20logIline−20logIbr、即ち、20log(Iline/Ibr)として評価している。
In the belt rotation current ratio calculation means 30, the belt rotation current ratio L br is determined from the spectrum data as a side band of the current spectrum peak of the power supply frequency, which is a side band caused by the belt rotation frequency of the three-
なお、処理ユニット18には、電流情報量算出手段19、電流実効値算出手段20、3相電流バランス算出手段21、電流単調波比率算出手段22、電流全調波比率算出手段23、高速フーリエ変換器24、軸系電流比率算出手段25、ポール通過電流比率算出手段26、回転子すべり電流比率算出手段27、ブレード通過電流比率算出手段28、噛合い電流比率算出手段29、ギアポール電流比率算出手段29a、ベルト回転電流比率算出手段30の中から、回転機械系11の機械的構造に応じて選択された劣化パラメータの算出に必要な算出手段を稼働状態に設定する劣化パラメータ選定手段31が設けられている。
The
簡易異常診断部14は、劣化パラメータの値から回転機械系11の異常を検知(異常が発生したか否かを判定)する際に使用する劣化判定基準値を保存しているデータベース32と、劣化パラメータ算出部13から取得した劣化パラメータの値と劣化パラメータに対応する劣化判定基準値をデータベース32から取得して比較して回転機械系11の状態を診断する簡易診断手段33とを有している。
ここで、劣化判定基準値は、例えば、回転機械系11を想定したモデル回転機械系を用いた破壊試験や、従来の保守管理実績に基づいて設定する。なお、簡易診断手段33では、第1種劣化パラメータに対しては、第1種劣化パラメータの値が設定した劣化判定基準値以上となる場合、異常が発生したと判定する。一方、第2種劣化パラメータに対しては、第2種劣化パラメータの値が設定した劣化判定基準値以下となる場合、異常が発生したと判定する。
The simple
Here, the deterioration determination reference value is set based on, for example, a destructive test using a model rotating machine system assuming the
更に、簡易異常診断部14は、劣化パラメータ算出部13から取得した劣化パラメータの値を時系列的に保存する劣化傾向管理手段34と、劣化傾向管理手段34に保存された劣化パラメータの値(劣化傾向管理データ)の経時変化挙動を示す近似関数を求め、劣化パラメータの値が劣化判定基準値に一致するまでの時間(期待使用寿命)を推定して表示する余寿命予測手段35とを有している。なお、余寿命予測手段35では、劣化パラメータ毎に、劣化判定基準値として危険判定基準値と注意判定基準値を設定している。劣化パラメータの値が、注意判定基準値に達すると当該パラメータに関する異常が発生していると判断し、危険判定基準値に達すると当該パラメータに関する異常により回転機械系12が停止又は破損の危険があると判断する。劣化パラメータの値が注意判定基準値に対して予め設定した注意範囲に到達した際に、注意範囲内の劣化パラメータの値の経時変化から近似関数を求めている。図2に3相電流バランスIubの劣化傾向管理データと推定した期待使用寿命を、図3に軸系電流比率Lshaftの劣化傾向管理データと推定した期待使用寿命を示す。
Furthermore, the simple
ここで、注意判定基準値は、例えば、回転機械系11を想定したモデル回転機械系を用いた破壊試験や、従来の保守管理実績に基づいて設定され、第1種劣化パラメータの注意判定基準値は危険判定基準値より小さく、第2種劣化パラメータ注意判定基準値は危険判定基準値より大きくそれぞれ設定される。これによって、劣化パラメータの値が注意判定基準値に達していない場合は回転機械系11の状態が正常であると、劣化パラメータの値が注意判定基準値と危険判定基準値の間に入る場合は回転機械系11の状態が要注意であると、劣化パラメータの値が危険判定基準値に達した(第1種劣化パラメータでは値が危険判定基準値以上となる、第2種劣化パラメータでは値が危険判定基準値以下となる)場合は回転機械系11の状態が危険であるとそれぞれ判定できる。
Here, the caution determination reference value is set based on, for example, a destructive test using a model rotating machine system assuming the
精密異常診断部15は、簡易異常診断部14において、電流実効値Irms、3相電流バランスIub、電流単調波比率idis、及び電流全調波比率Idis、軸系電流比率Lshaft、ポール通過電流比率Lpole、回転子すべり電流比率Lrs、ブレード通過電流比率Lbp、噛合い電流比率Lgz、ギアポール電流比率Lgp、及びベルト回転電流比率Lbrの値の中で少なくとも1つが劣化判定基準値に達した際に、劣化判定基準値に達した劣化パラメータに基づいて異常の種類と回転機械系11における異常箇所を特定する。例えば、劣化判定基準値に達した劣化パラメータが電流実効値Irmsの場合は回転機械系11に負荷変動が生じたと判定し、劣化判定基準値に達した劣化パラメータが3相電流バランスIub、電流単調波比率idis、又は電流全調波比率Idisの場合は回転機械系11に供給される電源品質又は三相誘導電動機12の固定子に劣化が生じたと判定する。
Precision
また、劣化判定基準値に達した劣化パラメータが軸系電流比率Lshaftの場合は、回転機械系11の回転機械軸系の負荷に変化が生じたと推定され、軸系のミスアラインメント、アンバランス等の異常が考えられる。
劣化判定基準値に達した劣化パラメータがポール通過電流比率Lpoleの場合は、三相誘導電動機12の回転子に劣化が生じたと推定され、回転子バーの損傷等の異常が考えられる。劣化判定基準値に達した劣化パラメータが回転子すべり電流比率Lrsの場合は、三相誘導電動機12の負荷トルクと回転子の実回転数が変化したと推測される。
Further, when the deterioration parameter that has reached the deterioration determination reference value is the shaft system current ratio L shaft , it is estimated that a change has occurred in the load of the rotating machine shaft system of the
When the deterioration parameter that has reached the deterioration determination reference value is the pole passing current ratio L pole , it is estimated that the rotor of the three-
劣化判定基準値に達した劣化パラメータがブレード通過電流比率Lbpの場合は、三相誘導電動機12により駆動される流体回転機械に設けられたブレード及びケーシングの摩耗や腐食の発生が推測される。
劣化判定基準値に達した劣化パラメータが噛合い電流比率Lgz又はギアポール電流比率Lgpの場合は、三相誘導電動機12により駆動される歯車装置の歯車の摩耗、潤滑不良、折損等の異常が推測される。劣化判定基準値に達した劣化パラメータがベルト回転電流比率Lbrの場合は、三相誘導電動機12により駆動されるプーリーベルト駆動系のプーリーのミスアラインメントとベルトの張り具合の異常が推測される。
When the deterioration parameter that has reached the deterioration determination reference value is the blade passing current ratio L bp , it is estimated that the blades and casing provided in the fluid rotary machine driven by the three-
When the deterioration parameter that has reached the deterioration determination reference value is the meshing current ratio L gz or the gear pole current ratio L gp , abnormalities such as gear wear, lubrication failure, breakage, etc. of the gear device driven by the three-
本発明の一実施の形態に係る回転機械系の異常監視装置10を用いた回転機械系の異常監視方法は、例えば、回転機械系11の総合的な状態を評価する劣化パラメータの値を求め、劣化パラメータの値が予め設定した第1の劣化判定基準値(注意判定基準値)に達した際に回転機械系11の異常を検知する簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法と、回転機械系11の機械的構造に起因して発生する個別的な状態をそれぞれ定量的に評価する劣化パラメータの値を求め、劣化パラメータの値が予め設定した第1の劣化判定基準値(注意判定基準値)に達した際に回転機械系11の異常を検知する簡易診断を行う複数の回転機械系の異常検知方法を組み合わせた回転機械系11の異常監視方法であって、図4に示すように、複数の簡易診断を繰り返す劣化傾向管理工程と、複数の簡易診断の少なくとも一つで回転機械系11の異常が検知され、劣化パラメータの値が予め設定した第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達した際に、当該パラメータに基づいて異常の種類と回転機械系における異常箇所を特定する精密異常診断工程とを有する。以下、詳細に説明する。
The rotating machine system abnormality monitoring method using the rotating machine system
(劣化傾向管理工程)
回転機械系11の総合的な状態を評価する劣化パラメータによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法では、先ず、三相誘導電動機12の稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の電流検出器16で検出し、A/D変換器17によりデジタル化した稼働時電流信号を得る(S−1)。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の処理ユニット18の電流情報量算出手段19に入力して電流情報量KIを算出する(S−2)。電流情報量KIを、簡易異常診断部14に入力し、電流情報量KIの第1、第2の劣化判定基準値(注意判定基準値、危険判定基準値)と比較する。また、電流情報量KIを劣化傾向管理手段34に保存し、余寿命予測手段35では保存した電流情報量KIを用いて電流情報量KIの経時変化挙動を監視する(以上、S−3)。そして、電流情報量KIが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達していない場合は簡易診断を繰り返す(S−4)。
(Deterioration tendency management process)
In the abnormality detection method for a rotating machine system that performs a simple diagnosis using a deterioration parameter that evaluates the overall state of the
回転機械系11の機械的構造に起因して発生する個別的な状態を評価する劣化パラメータによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法では、先ず、回転機械系11の機械的構造に基づいて劣化パラメータの選定を行う。例えば、回転機械系11が三相誘導電動機12により駆動される流体回転機械である場合、劣化パラメータとして、回転機械系11の回転機械軸系の負荷状況を評価する軸系電流比率Lshaft、三相誘導電動機12の回転子の劣化状況を評価するポール通過電流比率Lpole、三相誘導電動機12の負荷トルクと実回転数の変化を推測する回転子すべり電流比率Lrs、及び流体回転機械に設けられたブレード及びケーシングの摩耗や腐食の発生状況を推測するブレード通過電流比率Lbpを選択する。
In the rotating machine system abnormality detection method for performing a simple diagnosis using a deterioration parameter for evaluating the individual state generated due to the mechanical structure of the
(軸系電流比率Lshaftによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法)
第1工程では、図4に示すように、劣化パラメータ算出部13の電流検出器16で三相誘導電動機12の稼働時電流信号を計測し、A/D変換器17によりデジタル化した稼働時電流信号を得る(S−1)。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の処理ユニット18の高速フーリエ変換器24に入力して高速フーリエ変換を行って電流スペクトルを求める(S−5)。
(Abnormality detection method of rotating machine system that performs simple diagnosis by shaft system current ratio Lshaft )
In the first step, as shown in FIG. 4, the operating current signal of the three-
第2工程では、得られた電流スペクトルを軸系電流比率算出手段25に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機12の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機12の実回転周波数(特徴周波数の一例)分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値20logIshaftを求め、第3工程では、ピーク値20logIshaft及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値20logIlineを用いて、軸系電流比率Lshaftを20log(Iline/Ishaft)として算出する(S−6)。
In the second step, the obtained current spectrum is input to the shaft system current ratio calculating means 25, and the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-
第4工程では、得られた軸系電流比率Lshaftを劣化パラメータとして劣化傾向管理手段34に記録すると共に、軸系電流比率Lshaftの値と軸系電流比率Lshaftの第1、第2の劣化判定基準値(注意判定基準値、危険判定基準値)とを比較する。また、余寿命予測手段35では保存した軸系電流比率Lshaftを用いて軸系電流比率Lshaftの経時変化挙動を監視する(以上、S−3)。そして、軸系電流比率Lshaftが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達していない場合は軸系電流比率Lshaftによる簡易診断を繰り返し、軸系電流比率Lshaftが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達した場合は、軸系電流比率Lshaftで異常が検知されたことを精密異常診断部15に入力する(S−4)。
In the fourth step, and it records the degradation
(ポール通過電流比率Lpoleによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法)
第1工程では、図4に示すように、劣化パラメータ算出部13の電流検出器16で三相誘導電動機12の稼働時電流信号を計測し、A/D変換器17によりデジタル化した稼働時電流信号を得る(S−1)。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の処理ユニット18の高速フーリエ変換器24に入力して電流スペクトルを求める(S−5)。
(Abnormality detection method of rotating machinery system that performs simple diagnosis by pole passing current ratio L pole )
In the first step, as shown in FIG. 4, the operating current signal of the three-
第2工程では、得られた電流スペクトルをポール通過電流比率算出手段26に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機12の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機12のポール通過周波数(特徴周波数の一例)分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値20logIpoleを求め、第3工程では、ピーク値20logIpole及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値20logIlineを用いて、ポール通過電流比率Lpoleを20log(Iline/Ipole)として算出する(S−6)。
In the second step, the obtained current spectrum is input to the pole passing current ratio calculating means 26, and the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-
第4工程では、得られたポール通過電流比率Lpoleを劣化傾向管理手段34に記録すると共に、ポール通過電流比率Lpoleの値とポール通過電流比率Lpoleの第1、第2の劣化判定基準値(注意判定基準値、危険判定基準値)とを比較する。また、余寿命予測手段35では保存した軸系電流比率Lpoleを用いてポール通過電流比率Lpoleの経時変化挙動を監視する(以上、S−3)。そして、ポール通過電流比率Lpoleが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達していない場合はポール通過電流比率Lpoleによる簡易診断を繰り返し、ポール通過電流比率Lpoleが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達した場合は、ポール通過電流比率Lpoleで異常が検知されたことを精密異常診断部15に入力する(S−4)。
In the fourth step, records the pole passing current ratio L pole obtained in the degradation
(回転子すべり電流比率Lrsによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法)
第1工程では、図4に示すように、劣化パラメータ算出部13の電流検出器16で三相誘導電動機12の稼働時電流信号を計測し、A/D変換器17によりデジタル化した稼働時電流信号を得る(S−1)。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の処理ユニット18の高速フーリエ変換器24に入力して電流スペクトルを求める(S−5)。
(Rotary machine system abnormality detection method for simple diagnosis by rotor slip current ratio L rs )
In the first step, as shown in FIG. 4, the operating current signal of the three-
第2工程では、得られた電流スペクトルを回転子すべり電流比率算出手段27に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機12の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機12の回転子バーすべり周波数(特徴周波数の一例)分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値Irsを求め、第3工程では、ピーク値20logIrs及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値20logIlineを用いて、回転子すべり電流比率Lrsを20log(Iline/Irs)として算出する(S−6)。
ここで、第2工程において、回転子バーすべり周波数は、三相誘導電動機12の回転子バーの本数hと、三相誘導電動機12のすべり周波数fs(三相誘導電動機12の同期回転周波数fxと実回転周波数frの差fx−frとして求める)との積hfsとして定義される。
In the second step, the obtained current spectrum is input to the rotor slip current ratio calculating means 27, and the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-
Here, in the second step, the rotor bar slip frequency includes the number h of rotor bars of the three-
第4工程では、得られた回転子すべり電流比率Lrsを劣化傾向管理手段34に記録すると共に、回転子すべり電流比率Lrsの値と回転子すべり電流比率Lrsの第1、第2の劣化判定基準値(注意判定基準値、危険判定基準値)とを比較する。また、余寿命予測手段35では保存した回転子すべり電流比率Lrsを用いて回転子すべり電流比率Lrsの経時変化挙動を監視する(以上、S−3)。そして、回転子すべり電流比率Lrsが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達していない場合は回転子すべり電流比率Lrsによる簡易診断を繰り返し、回転子すべり電流比率Lrsが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達した場合は、回転子すべり電流比率Lrsで異常が検知されたことを精密異常診断部15に入力する(S−4)。
In the fourth step, it records the rotor slip current ratio L rs obtained in the degradation
(ブレード通過電流比率Lbpによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法)
第1工程では、図4に示すように、劣化パラメータ算出部13の電流検出器16で三相誘導電動機12の稼働時電流信号を計測し、A/D変換器17によりデジタル化した稼働時電流信号を得る(S−1)。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の処理ユニット18の高速フーリエ変換器24に入力して電流スペクトルを求める(S−5)。
(Abnormality detection method of rotating machine system that performs simple diagnosis by blade passing current ratio L bp )
In the first step, as shown in FIG. 4, the operating current signal of the three-
第2工程では、得られた電流スペクトルをブレード通過電流比率算出手段28に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機12の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機12のブレード通過周波数(特徴周波数の一例)分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値Ibpを求め、第3工程では、ピーク値20logIbp及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値20logIlineを用いて、回転子すべり電流比率Lrsを20log(Iline/Ibp)として算出する(S−6)。
ここで、第2工程において、ブレード通過周波数は、流体回転機械に設けられたブレード数mと、三相誘導電動機12の実回転周波数frの積mfrとして定義される。
In the second step, the obtained current spectrum is input to the blade passing current ratio calculation means 28, and the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-
Here, in the second step, the blade pass frequency, a blade number m provided in the fluid rotary machine, is defined as the product mf r of the actual rotational frequency f r of the three-
第4工程では、得られたブレード通過電流比率Lbpを劣化傾向管理手段34に記録すると共に、ブレード通過電流比率Lbpの値とブレード通過電流比率Lbpの第1、第2の劣化判定基準値(注意判定基準値、危険判定基準値)とを比較する。また、余寿命予測手段35では保存したブレード通過電流比率Lbpを用いてブレード通過電流比率Lbpの経時変化挙動を監視する(以上、S−3)。そして、ブレード通過電流比率Lbpが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達していない場合はブレード通過電流比率Lbpによる簡易診断を繰り返し、ブレード通過電流比率Lbpが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達した場合は、ブレード通過電流比率Lbpで異常が検知されたことを精密異常診断部15に入力する(S−4)。 In the fourth step, the obtained blade passage current ratio L bp is recorded in the deterioration tendency management means 34, and the values of the blade passage current ratio L bp and the first and second deterioration judgment criteria of the blade passage current ratio L bp are recorded. Compare the values (caution judgment standard value, danger judgment standard value). Further, the remaining life predicting means 35 uses the stored blade passage current ratio Lbp to monitor the change with time of the blade passage current ratio Lbp (S-3). The blade passing current ratio L bp is if it does not reach the second deterioration determination reference value (risk determination reference value) Repeat simplified diagnosis by the blade passing current ratio L bp, blade passing current ratio L bp is the second When the deterioration determination reference value (danger determination reference value) is reached, the fact that an abnormality is detected at the blade passing current ratio L bp is input to the precise abnormality diagnosis unit 15 (S-4).
(精密異常診断工程)
精密異常診断部15には、簡易異常診断部14において異常が検知された劣化パラメータの情報が入力されるので、入力された劣化パラメータの種類から、回転機械系11で発生した異常の種類と回転機械系11における異常箇所を特定し(S−7)、その結果を、例えば、表示器に表示する(S−8)。
(Precise abnormality diagnosis process)
Since the information on the deterioration parameter in which the abnormality is detected in the simple
ここで、精密異常診断部15に入力された劣化パラメータが軸系電流比率Lshaftの場合は、回転機械系11の回転機械軸系の負荷に変化が生じたと推定され、軸系のミスアラインメント、アンバランス等の異常が考えられる。劣化パラメータがポール通過電流比率Lpoleの場合は、三相誘導電動機12の回転子に劣化が生じたと推定され、回転子バーの損傷等の異常が考えられる。劣化パラメータが回転子すべり電流比率Lrsの場合は、三相誘導電動機12の負荷トルクと回転子の実回転数が変化したと推測される。劣化パラメータがブレード通過電流比率Lbpの場合は、三相誘導電動機12により駆動される流体回転機械に設けられたブレード及びケーシングの摩耗や腐食の発生が推測される。
Here, when the deterioration parameter input to the precision
(劣化傾向管理工程)
なお、回転機械系11が三相誘導電動機12と接続する減速機の場合、ブレード通過電流比率Lbpの代わりに噛合い電流比率Lgzを選定し、回転機械系の異常検知方法として噛合い電流比率Lgzによる簡易診断を行う。即ち、第1工程では、図4に示すように、劣化パラメータ算出部13の電流検出器16で三相誘導電動機12の稼働時電流信号を計測し、A/D変換器17によりデジタル化した稼働時電流信号を得る(S−1)。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の処理ユニット18の高速フーリエ変換器24に入力して電流スペクトルを求める(S−5)。
(Deterioration tendency management process)
When the
第2工程では、得られた電流スペクトルを噛合い電流比率算出手段29に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機12の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機12の歯車噛合い周波数(特徴周波数の一例)分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値Igzを求め、第3工程では、ピーク値20logIgz及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値20logIlineを用いて、噛合い電流比率Lgzを20log(Iline/Igz)として算出する(S−6)。
ここで、第2工程において、歯車噛合い周波数は、三相誘導電動機12の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数zと、三相誘導電動機12の実回転周波数frとの積zfrとして定義される。
In the second step, the obtained current spectrum is input to the meshing current ratio calculating means 29, and the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-
Here, in the second step, the frequency have gears meshed, the number of teeth z gear attached to the rotation shaft of the rotor of the three-
第4工程では、得られた噛合い電流比率Lgzを劣化傾向管理手段34に記録すると共に、噛合い電流比率Lgzの値と噛合い電流比率Lgzの第1、第2の劣化判定基準値(注意判定基準値、危険判定基準値)とを比較する。また、余寿命予測手段35では保存した噛合い電流比率Lgzを用いて噛合い電流比率Lgzの経時変化挙動を監視する(以上、S−3)。そして、噛合い電流比率Lgzが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達していない場合は噛合い電流比率Lgzによる簡易診断を繰り返し、噛合い電流比率Lgzが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達した場合は、噛合い電流比率Lgzで異常が検知されたことを精密異常診断部15に入力する(S−4)。
In the fourth step, and it records the meshes obtained had current ratio L gz deterioration
(精密異常診断工程)
精密異常診断部15には、簡易異常診断部14において異常が検知された劣化パラメータの情報が入力されるので、入力された劣化パラメータの種類から、回転機械系11で発生した異常の種類と回転機械系11における異常箇所を特定し(S−7)、その結果を、例えば、表示器に表示する(S−8)。
精密異常診断部15に入力された劣化パラメータが噛合い電流比率Lgzの場合は、三相誘導電動機12により駆動される歯車装置の歯車の摩耗、潤滑不良、折損等の異常が推測できる。
(Precise abnormality diagnosis process)
Since the information on the deterioration parameter in which the abnormality is detected in the simple
When the deterioration parameter input to the precision
(劣化傾向管理工程)
また、回転機械系11が三相誘導電動機12により駆動されるベルト駆動回転機械の場合、ブレード通過電流比率Lbpの代わりにベルト回転電流比率Lbrを選定し、回転機械系の異常検知方法としてベルト回転電流比率Lbrによる簡易診断を行う。
即ち、第1工程では、図4に示すように、劣化パラメータ算出部13の電流検出器16で三相誘導電動機12の稼働時電流信号を計測し、A/D変換器17によりデジタル化した稼働時電流信号を得る(S−1)。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の処理ユニット18の高速フーリエ変換器24に入力して電流スペクトルを求める(S−5)。
(Deterioration tendency management process)
Further, when the
That is, in the first step, as shown in FIG. 4, the current signal of the three-
第2工程では、得られた電流スペクトルをベルト回転電流比率算出30に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機12の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機12のベルト回転周波数(特徴周波数の一例)分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値Ibrを求め、第3工程では、ピーク値20logIbr及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値20logIlineを用いて、ベルト回転電流比率Lbrを20log(Iline/Ibr)として算出する(S−6)。
ここで、第2工程において、ベルト回転周波数は、三相誘導電動機12の回転子の回転軸に設けられたプーリーの1回転に伴うベルト移動量のベルト全長に対する移動比率と、三相誘導電動機12の実回転周波数の積として定義される。
In the second step, the obtained current spectrum is input to the belt rotation
Here, in the second step, the belt rotation frequency is determined based on the movement ratio of the belt movement amount with respect to the total belt length with one rotation of the pulley provided on the rotation shaft of the rotor of the three-
第4工程では、得られたベルト回転電流比率Lbrを劣化傾向管理手段34に記録すると共に、ベルト回転電流比率Lbrの値とベルト回転電流比率Lbrの第1、第2の劣化判定基準値(注意判定基準値、危険判定基準値)とを比較する。また、余寿命予測手段35では保存したベルト回転電流比率Lbrを用いてベルト回転電流比率Lbrの経時変化挙動を監視する(以上、S−3)。そして、ベルト回転電流比率Lbrが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達していない場合はベルト回転電流比率Lbrによる簡易診断を繰り返し、ベルト回転電流比率Lbrが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達した場合は、ベルト回転電流比率Lbrで異常が検知されたことを精密異常診断部15に入力する(S−4)。
In the fourth step, and it records the obtained belt rotating current ratio L br degradation
(精密異常診断工程)
精密異常診断部15には、簡易異常診断部14において異常が検知された劣化パラメータの情報が入力されるので、入力された劣化パラメータの種類から、回転機械系11で発生した異常の種類と回転機械系11における異常箇所を特定し(S−7)、その結果を、例えば、表示器に表示する(S−8)。
精密異常診断部15に入力された劣化パラメータがベルト回転電流比率Lbrの場合は、三相誘導電動機12により駆動されるプーリーベルト駆動系のプーリーのミスアラインメントとベルトの張り具合及び摩耗の異常が推測できる。
(Precise abnormality diagnosis process)
Since the information on the deterioration parameter in which the abnormality is detected in the simple
When the deterioration parameter input to the precision
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、三相誘導電動機の稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部の電流検出器で検出し、A/D変換器によりデジタル化した後に劣化パラメータ算出部に入力するオンラインによる回転機械系の異常検知方法を用いた回転機械系の異常監視方法について説明したが、三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測して保存した後、劣化パラメータ算出部に入力するオフラインによる回転機械系の異常検知方法を用いた回転機械系の異常監視方法も可能である。
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the configuration described in the above embodiment, and the matters described in the scope of claims. Other embodiments and modifications conceivable within the scope are also included.
For example, an on-line abnormality detection of a rotating machine system that detects a current signal of a three-phase induction motor during operation with a current detector of a deterioration parameter calculation unit, digitizes it with an A / D converter, and then inputs it to the deterioration parameter calculation unit Although the method for monitoring abnormalities in rotating machinery using this method has been explained, after measuring and storing the current signal during operation of the three-phase induction motor, an offline method for detecting abnormalities in rotating machinery that is input to the deterioration parameter calculation unit An abnormality monitoring method for the rotating machine system used is also possible.
回転機械系の異常検知方法では、回転機械系の機械的構造に起因して発生する個別的な状態を評価する劣化パラメータによる簡易診断を複数同時に実行したが、一つの劣化パラメータを選択して実行することもできる。
また、特徴周波数である歯車噛合い周波数を、三相誘導電動機の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数と、三相誘導電動機の実回転周波数との積として定義する場合について説明したが、特徴周波数を三相誘導電動機の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数と、三相誘導電動機のポール通過周波数との積として定義されるギアポール周波数としてもよく、特徴周波数として歯車噛合い周波数とギアポール周波数の両方を採用することもできる。
また、回転機械系の機械的構造に起因して発生する個別的な状態を評価する劣化パラメータとして、電流実効値Irms、稼働時電流信号の3相電流バランスIub、稼働時電流信号の電流単調波比率idis、及び電流全調波比率Idisのいずれか1又は任意の2以上の組み合わせを加えることもできる。
電流実効値Irmsで異常が検知されると、回転機械系の負荷に異常が、3相電流バランスIub、電流単調波比率idis、又は電流全調波比率Idisで異常が検知されると、電源品質又は三相誘導電動機の固定子で異常が生じていると推測できる。
更に、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波の両方の電流スペクトルピーク値を求める場合は、電流スペクトルピーク値の平均値を側帯波の電流スペクトルピーク値とする。
なお、三相誘導電動機の電源は、インバータ電源であっても本発明は適用できる。
In the rotating machine system abnormality detection method, multiple simple diagnoses using deterioration parameters that evaluate individual conditions that occur due to the mechanical structure of the rotating machine system were executed simultaneously, but one deterioration parameter was selected and executed. You can also
Also, the case where the gear meshing frequency, which is the characteristic frequency, is defined as the product of the number of gear teeth attached to the rotating shaft of the rotor of the three-phase induction motor and the actual rotation frequency of the three-phase induction motor has been described. However, the characteristic frequency may be a gear pole frequency defined as the product of the number of gear teeth attached to the rotating shaft of the rotor of the three-phase induction motor and the pole passing frequency of the three-phase induction motor. Both the meshing frequency and the gear pole frequency can be employed.
In addition, as degradation parameters for evaluating individual states generated due to the mechanical structure of the rotating machine system, the current effective value I rms , the three-phase current balance I ub of the operating current signal, the current of the operating current signal Any one or any combination of two or more of the monoharmonic ratio i dis and the current total harmonic ratio I dis may be added.
When an abnormality is detected with the current effective value I rms , an abnormality is detected in the load of the rotating machine system, and an abnormality is detected with the three-phase current balance I ub , the current monoharmonic ratio i dis , or the current total harmonic ratio I dis. It can be assumed that an abnormality has occurred in the power quality or the stator of the three-phase induction motor.
Furthermore, when obtaining the current spectrum peak values of both sidebands of the current spectrum peak of the power supply frequency, the average value of the current spectrum peak values is set as the current spectrum peak value of the sideband wave.
Note that the present invention can be applied even if the power source of the three-phase induction motor is an inverter power source.
10:回転機械系の異常監視装置、11:回転機械系、12:三相誘導電動機、12a:電源ケーブル、13:劣化パラメータ算出部、14:簡易異常診断部、15:精密異常診断部、16:電流検出器、17:A/D変換器、18:処理ユニット、19:電流情報量算出手段、20:電流実効値算出手段、21:3相電流バランス算出手段、22:電流単調波比率算出手段、23:電流全調波比率算出手段、24:高速フーリエ変換器、25:軸系電流比率算出手段、26:ポール通過電流比率算出手段、27:回転子すべり電流比率算出手段、28:ブレード通過電流比率算出手段、29:噛合い電流比率算出手段、29a:ギアポール電流比率算出手段、30:ベルト回転電流比率算出、31:劣化パラメータ選定手段、32:データベース、33:簡易診断手段、34:劣化傾向管理手段、35:余寿命予測手段 10: rotating machine system abnormality monitoring device, 11: rotating machine system, 12: three-phase induction motor, 12a: power cable, 13: deterioration parameter calculation unit, 14: simple abnormality diagnosis unit, 15: precision abnormality diagnosis unit, 16 : Current detector, 17: A / D converter, 18: processing unit, 19: current information amount calculating means, 20: current effective value calculating means, 21: three-phase current balance calculating means, 22: current monoharmonic ratio calculation Means: 23: current total harmonic ratio calculating means, 24: fast Fourier transformer, 25: axial current ratio calculating means, 26: pole passing current ratio calculating means, 27: rotor slip current ratio calculating means, 28: blade Passing current ratio calculating means, 29: meshing current ratio calculating means, 29a: gear pole current ratio calculating means, 30: belt rotation current ratio calculating, 31: deterioration parameter selecting means, 32: data Over scan, 33: simplified diagnosis means, 34: degradation tendency managing unit, 35: remaining life prediction means
本発明は、回転機械系の駆動源である三相誘導電動機の稼働時電流信号の状態から回転機械系の異常を検知する回転機械系の異常検知方法、その異常検知方法を用いた回転機械系の異常監視方法、及びその異常監視方法を用いた回転機械系の異常監視装置に関する。 The present invention relates to a rotating machine system abnormality detection method for detecting an abnormality of a rotating machine system from the state of an operating current signal of a three-phase induction motor that is a driving source of the rotating machine system, and a rotating machine system using the abnormality detection method The present invention relates to an abnormality monitoring method and a rotating machine system abnormality monitoring apparatus using the abnormality monitoring method.
誘導電動機の電流信号特徴解析(MCSA:Motor Current Signature Analysis)による回転機械系の異常診断方法として、例えば、特許文献1には、回転機械系の誘導電動機の稼働時電流信号を検出し、その波形から求まる振幅確率密度関数の情報量KIをパラメータに用いて、回転機械系の異常検出を行うことが開示されている。しかし、一種類のパラメータだけで回転機械系の状態を代表することは難しく、回転機械系に発生した異常種類の識別及び異常箇所の特定を行う精密診断には使えないという問題がある。そこで、誘導電動機の電流信号特徴解析による回転機械系の精密診断は、誘導電動機の稼働時電流信号をFFT変換(高速フーリエ変換)して得られるスペクトルパターンの特徴を求める(スペクトルパターンを識別する)ことにより行われている。
As a method for diagnosing abnormalities in a rotating machine system by MCSA (Motor Current Signature Analysis), for example,
しかしながら、誘導電動機の稼働時電流信号のスペクトルパターンから誘導電動機の状態を診断するには、回転機械系に発生する異常に関するかなりの理論的知識と、回転機械系の現場経験が要求されるため、一つの回転機械系に対しても診断結果にばらつきが生じ易いという問題がある。
更に、誘導電動機の稼働時電流信号のスペクトルパターンから異常種類の識別が可能となっても、回転機械系に発生している異常の程度に応じた対応に関する情報(例えば、異常が発生した機器に対して、直ちに入替え(交換)又は補修が必要か、当面は経過観察だけで十分か等)は得られず、実用性に欠けるという問題もある。
However, in order to diagnose the state of the induction motor from the spectrum pattern of the current signal during operation of the induction motor, considerable theoretical knowledge about the abnormality that occurs in the rotating machine system and field experience of the rotating machine system are required. There is also a problem that the diagnostic results are likely to vary even for one rotating machine system.
Furthermore, even if it is possible to identify the type of abnormality from the spectrum pattern of the current signal during operation of the induction motor, information related to the response according to the degree of abnormality occurring in the rotating machine system (for example, the device in which the abnormality has occurred). On the other hand, it is not possible to immediately replace (replace) or repair or whether it is sufficient to just follow up for the time being, and there is a problem of lack of practicality.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、回転機械系の駆動源である三相誘導電動機の稼働時電流信号の状態から回転機械系の異常を検知する回転機械系の異常検知方法、その異常検知方法を用いた回転機械系の異常監視方法、及びその異常監視方法を用いた回転機械系の異常監視装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an abnormality detection method for a rotating machine system that detects an abnormality of the rotating machine system from the state of an operating current signal of a three-phase induction motor that is a drive source of the rotating machine system, An object of the present invention is to provide a rotating machine system abnormality monitoring method using an abnormality detection method, and a rotating machine system abnormality monitoring apparatus using the abnormality monitoring method.
前記目的に沿う第1の発明に係る回転機械系の異常検知方法は、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第1工程と、
前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波(図5参照)を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第2工程と、
前記第2工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第3工程と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第4工程とを有する簡易診断を行い、
しかも、前記特徴周波数を、前記三相誘導電動機の回転子バーの本数と、該三相誘導電動機のすべり周波数との積として定義される回転子バーすべり周波数とする。
前記目的に沿う第2の発明に係る回転機械系の異常検知方法は、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第1工程と、
前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第2工程と、
前記第2工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第3工程と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第4工程とを有する簡易診断を行い、
しかも、前記特徴周波数を、前記三相誘導電動機により駆動される流体回転機械に設けられたブレード数と、該三相誘導電動機の実回転周波数との積として定義されるブレード通過周波数とする。
前記目的に沿う第3の発明に係る回転機械系の異常検知方法は、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第1工程と、
前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第2工程と、
前記第2工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第3工程と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第4工程とを有する簡易診断を行い、
しかも、前記特徴周波数を、前記三相誘導電動機の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数と、該三相誘導電動機の実回転周波数との積として定義される歯車噛合い周波数とする。
前記目的に沿う第4の発明に係る回転機械系の異常検知方法は、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第1工程と、
前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第2工程と、
前記第2工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第3工程と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第4工程とを有する簡易診断を行い、
しかも、前記特徴周波数を、前記三相誘導電動機のポール通過周波数と、該三相誘導電動機の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数との積として定義されるギアポール周波数とする。
前記目的に沿う第5の発明に係る回転機械系の異常検知方法は、三相誘導電動機を駆動源とする回転機械系に発生する異常を、該三相誘導電動機の稼働時電流信号の解析結果から検知する回転機械系の異常検知方法であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第1工程と、
前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第2工程と、
前記第2工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第3工程と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第4工程とを有する簡易診断を行い、
しかも、前記特徴周波数を、前記三相誘導電動機の回転子の回転軸に取付けられたプーリーの1回転に伴うベルト移動量のベルト全長に対する移動比率と、該三相誘導電動機の実回転周波数の積として定義されるベルト回転周波数とする。
The abnormality detection method for a rotating machine system according to the first invention that meets the above-described object is the result of analyzing the current signal during operation of the three-phase induction motor as an abnormality occurring in the rotary machine system using the three-phase induction motor as a drive source. An abnormality detection method for a rotating machine system detected from
A first step of measuring an operating current signal of the three-phase induction motor and performing a fast Fourier transform of the operating current signal;
Out of the current spectrum obtained from the fast Fourier transform, centered on the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-phase induction motor, the low frequency side and the high frequency side by the characteristic frequency related to the abnormality of the rotating machine system A second step of extracting a current spectrum peak sideband wave (see FIG. 5) of the power supply frequency present at a frequency position separated from each other, and obtaining a current spectrum peak value of one or both of the sidebands;
A third step of calculating a deterioration parameter of the rotating machine system using the current spectrum peak value of the sideband and the peak value of the current spectrum peak of the power supply frequency obtained in the second step;
The deterioration parameter value is recorded, the deterioration parameter value is compared with a preset deterioration determination reference value, and abnormality is detected when the deterioration parameter value reaches the deterioration determination reference value. There line a simple diagnosis and a step,
Moreover, the characteristic frequency is a rotor bar slip frequency defined as a product of the number of rotor bars of the three-phase induction motor and the slip frequency of the three-phase induction motor .
The abnormality detection method for a rotating machine system according to the second invention in accordance with the above object is directed to analyzing an abnormality occurring in a rotating machine system using a three-phase induction motor as a drive source, and an analysis result of an operating current signal of the three-phase induction motor. An abnormality detection method for a rotating machine system detected from
A first step of measuring an operating current signal of the three-phase induction motor and performing a fast Fourier transform of the operating current signal;
Out of the current spectrum obtained from the fast Fourier transform, centered on the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-phase induction motor, the low frequency side and the high frequency side by the characteristic frequency related to the abnormality of the rotating machine system A second step of extracting a sideband wave of the current spectrum peak of the power supply frequency existing at a frequency position away from each other, and obtaining a current spectrum peak value of one or both of the sidebands;
A third step of calculating a deterioration parameter of the rotating machine system using the current spectrum peak value of the sideband and the peak value of the current spectrum peak of the power supply frequency obtained in the second step;
The deterioration parameter value is recorded, the deterioration parameter value is compared with a preset deterioration determination reference value, and abnormality is detected when the deterioration parameter value reaches the deterioration determination reference value. A simple diagnosis with a process,
Moreover, the characteristic frequency is a blade passing frequency defined as the product of the number of blades provided in the fluid rotary machine driven by the three-phase induction motor and the actual rotation frequency of the three-phase induction motor.
An abnormality detection method for a rotating machine system according to a third aspect of the present invention that meets the above-described object is characterized in that an abnormality occurring in a rotating machine system using a three-phase induction motor as a drive source is an analysis result of an operating current signal of the three-phase induction motor. An abnormality detection method for a rotating machine system detected from
A first step of measuring an operating current signal of the three-phase induction motor and performing a fast Fourier transform of the operating current signal;
Out of the current spectrum obtained from the fast Fourier transform, centered on the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-phase induction motor, the low frequency side and the high frequency side by the characteristic frequency related to the abnormality of the rotating machine system A second step of extracting a sideband wave of the current spectrum peak of the power supply frequency existing at a frequency position away from each other, and obtaining a current spectrum peak value of one or both of the sidebands;
A third step of calculating a deterioration parameter of the rotating machine system using the current spectrum peak value of the sideband and the peak value of the current spectrum peak of the power supply frequency obtained in the second step;
The deterioration parameter value is recorded, the deterioration parameter value is compared with a preset deterioration determination reference value, and abnormality is detected when the deterioration parameter value reaches the deterioration determination reference value. A simple diagnosis with a process,
Moreover, the characteristic frequency is a gear meshing frequency defined as the product of the number of gear teeth attached to the rotating shaft of the rotor of the three-phase induction motor and the actual rotation frequency of the three-phase induction motor. .
According to the fourth aspect of the invention, the abnormality detection method for a rotating machine system according to the fourth aspect of the present invention relates to an abnormality generated in a rotating machine system using a three-phase induction motor as a drive source, and an analysis result of an operating current signal of the three-phase induction motor. An abnormality detection method for a rotating machine system detected from
A first step of measuring an operating current signal of the three-phase induction motor and performing a fast Fourier transform of the operating current signal;
Out of the current spectrum obtained from the fast Fourier transform, centered on the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-phase induction motor, the low frequency side and the high frequency side by the characteristic frequency related to the abnormality of the rotating machine system A second step of extracting a sideband wave of the current spectrum peak of the power supply frequency existing at a frequency position away from each other, and obtaining a current spectrum peak value of one or both of the sidebands;
A third step of calculating a deterioration parameter of the rotating machine system using the current spectrum peak value of the sideband and the peak value of the current spectrum peak of the power supply frequency obtained in the second step;
The deterioration parameter value is recorded, the deterioration parameter value is compared with a preset deterioration determination reference value, and abnormality is detected when the deterioration parameter value reaches the deterioration determination reference value. A simple diagnosis with a process,
Moreover, the characteristic frequency is a gear pole frequency defined as the product of the pole passing frequency of the three-phase induction motor and the number of gear teeth attached to the rotating shaft of the rotor of the three-phase induction motor.
According to the fifth aspect of the invention, the abnormality detection method for a rotating machine system according to the fifth aspect of the present invention relates to an abnormality generated in a rotating machine system using a three-phase induction motor as a drive source, and an analysis result of an operating current signal of the three-phase induction motor. An abnormality detection method for a rotating machine system detected from
A first step of measuring an operating current signal of the three-phase induction motor and performing a fast Fourier transform of the operating current signal;
Out of the current spectrum obtained from the fast Fourier transform, centered on the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-phase induction motor, the low frequency side and the high frequency side by the characteristic frequency related to the abnormality of the rotating machine system A second step of extracting a sideband wave of the current spectrum peak of the power supply frequency existing at a frequency position away from each other, and obtaining a current spectrum peak value of one or both of the sidebands;
A third step of calculating a deterioration parameter of the rotating machine system using the current spectrum peak value of the sideband and the peak value of the current spectrum peak of the power supply frequency obtained in the second step;
The deterioration parameter value is recorded, the deterioration parameter value is compared with a preset deterioration determination reference value, and abnormality is detected when the deterioration parameter value reaches the deterioration determination reference value. A simple diagnosis with a process,
In addition, the characteristic frequency is a product of a moving ratio of a belt moving amount with respect to a total length of the belt accompanying one rotation of a pulley attached to a rotating shaft of a rotor of the three-phase induction motor and an actual rotation frequency of the three-phase induction motor. Belt rotation frequency defined as
前記目的に沿う第6の発明に係る回転機械系の異常監視方法は、第1〜第5の発明に係る回転機械系の異常検知方法のいずれか1又は2以上を組み合わせた回転機械系の異常監視方法であって、
複数の前記簡易診断を繰り返す劣化傾向管理工程と、
複数の前記簡易診断の少なくとも一つで異常を検知した際に、前記劣化判定基準値に達した前記劣化パラメータに基づいて異常の種類と前記回転機械系における異常箇所を特定する精密異常診断工程とを有する。
Sixth anomaly monitoring method of a rotary machine system according to the invention along the object, rotating mechanical system abnormalities that combine any one or more of the rotating mechanical system abnormality detection method according to the first to fifth invention A monitoring method,
A deterioration tendency management step that repeats the plurality of simple diagnoses;
A precision abnormality diagnosis step of identifying an abnormality type and an abnormality location in the rotating machine system based on the deterioration parameter reaching the deterioration determination reference value when an abnormality is detected in at least one of the plurality of simple diagnoses; Have
前記目的に沿う第7の発明に係る回転機械系の異常診断装置は、第6の発明に係る回転機械系の異常監視方法に使用する回転機械系の異常監視装置であって、
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号から前記劣化パラメータを求める劣化パラメータ算出部と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と前記劣化判定基準値を比較する簡易異常診断部と、
前記簡易異常診断部で前記回転機械系に異常が検知された際に、前記劣化判定基準値に達した前記劣化パラメータに基づいて異常の種類と前記回転機械系における異常箇所を特定する精密異常診断部とを有している。
A rotating machine system abnormality diagnosis device according to a seventh aspect of the invention that meets the above-mentioned object is a rotating machine system abnormality monitoring device used in the rotating machine system abnormality monitoring method according to the sixth invention,
A deterioration parameter calculating unit for obtaining the deterioration parameter from an operating current signal of the three-phase induction motor;
While recording the value of the deterioration parameter, a simple abnormality diagnosis unit that compares the value of the deterioration parameter and the deterioration determination reference value,
Precise abnormality diagnosis that identifies the type of abnormality and the abnormality location in the rotating machine system based on the deterioration parameter that has reached the deterioration determination reference value when an abnormality is detected in the rotating machine system by the simple abnormality diagnosis unit Part.
第1〜第5の発明に係る回転機械系の異常検知方法、第6の発明に係る回転機械系の異常監視方法、及び第7の発明に係る回転機械系の異常診断装置においては、回転機械系の駆動源である三相誘導電動機の稼働時電流信号の高速フーリエ変換から得られる電流スペクトルの中から、回転機械系の異常に関連する特徴周波数の側帯波を抽出して回転機械系の劣化パラメータの値を算出し、劣化判定基準値とを比較することにより異常を検知するので、回転機械系に発生する異常に関する理論的知識の有無、及び回転機械系の保全経験の有無に左右されずに、回転機械系の異常箇所(異常が発生した機器)を正確に特定することができる。
そして、回転機械系の異常の状態が劣化パラメータの値として示されるので、回転機械系(機器)に発生している異常の程度に応じた対応(例えば、異常が発生した機器に対して、直ちに入替え(交換)又は補修が必要か、当面は経過観察だけで十分か等)を執ることが可能になる。
In the rotating machine system abnormality detection method according to the first to fifth inventions, the rotating machine system abnormality monitoring method according to the sixth invention, and the rotating machine system abnormality diagnosis device according to the seventh invention, the rotating machine Degradation of rotating machinery system by extracting sidebands of characteristic frequency related to abnormalities in rotating machinery system from current spectrum obtained from fast Fourier transform of operating current signal of three-phase induction motor which is the driving source of the system Abnormality is detected by calculating the parameter value and comparing it with the degradation criterion value, so it does not depend on the presence or absence of theoretical knowledge about the abnormality that occurs in rotating machinery systems and the presence or absence of maintenance experience in rotating machinery systems. In addition, it is possible to accurately identify an abnormal part (device in which an abnormality has occurred) in the rotating machine system.
Then, since the state of abnormality of the rotating machine system is indicated as the value of the deterioration parameter, a response corresponding to the degree of abnormality occurring in the rotating machine system (device) (for example, immediately against the device in which the abnormality has occurred) Whether replacement (replacement) or repair is necessary, whether or not follow-up is sufficient for the time being, etc.).
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係る回転機械系の異常監視装置10は、回転機械系11の駆動源である三相誘導電動機12の稼働時電流信号の解析結果から、回転機械系11の総合的な状態や、回転機械系11の機械的構造に起因して発生する個別的な状態をそれぞれ定量的に評価する劣化パラメータを求める劣化パラメータ算出部13と、劣化パラメータの値を記録すると共に、求めた劣化パラメータの値と劣化判定基準値を比較する簡易異常診断部14と、簡易異常診断部14で回転機械系11に異常が検知された際に、劣化判定基準値に達した劣化パラメータに基づいて異常の種類と回転機械系11における異常箇所を特定する精密異常診断部15とを有している。以下、詳細に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention.
As shown in FIG. 1, the
劣化パラメータ算出部13は、回転機械系11の電気室(制御盤)から三相誘導電動機12に電力を供給する三相毎の電源ケーブ12aに流れる稼働時電流信号を検出する電流検出器16(例えば、クランプ式電流センサー)と、電流検出器16で測定した稼働時電流信号をデジタル信号に変換するA/D変換器17と、A/D変換器17から出力された稼働時電流信号を処理する処理ユニット18とを有している。
The deterioration
そして、処理ユニット18には、回転機械系11の状態を総合的に評価する劣化パラメータである電流情報量KIを算出する電流情報量算出手段19と、回転機械系11の負荷変動状況を評価する劣化パラメータである電流実効値Irmsを算出する電流実効値算出手段20と、電源品質又は三相誘導電動機12の固定子及びインバータの劣化状況を評価する劣化パラメータである稼働時電流信号の3相電流バランスIubを算出する3相電流バランス算出手段21と、電源品質又は三相誘導電動機12の固定子及びインバータの劣化状況を評価する劣化パラメータである稼働時電流信号の電流単調波比率idisを算出する電流単調波比率算出手段22と、電源品質又は三相誘導電動機12の固定子及びインバータの劣化状況を評価する劣化パラメータである稼働時電流信号の電流全調波比率Idisを算出する電流全調波比率算出手段23が設けられている。ここで、処理ユニット18には、更に、A/D変換器17から出力された稼働時電流信号を高速フーリエ変換(周波数解析の一例)する高速フーリエ変換器24が設けられており、電流単調波比率算出手段22と電流全調波比率算出手段23には、高速フーリエ変換器24から出力されるスペクトルデータ(周波数と対数変換した電流スペクトルの関係を示すデータ)が入力される。
なお、電流情報量KI、電流実効値Irms、3相電流バランスIub、電流単調波比率idis、及び電流全調波比率Idisの各劣化パラメータ(これらの劣化パラメータを総称して第1種劣化パラメータという)の値は、回転機械系11の劣化の進行に伴って上昇する特徴を有する。
The
It should be noted that each deterioration parameter of current information amount KI, current effective value I rms , three-phase current balance I ub , current monoharmonic ratio i dis , and current total harmonic ratio I dis (these deterioration parameters are collectively referred to as first parameter). The value of the seed deterioration parameter is characterized by increasing as the rotation of the rotating
ここで、電流情報量算出手段19では、電流情報量KIを、正常状態の稼働時電流信号の波形から求めた振幅確率密度分布を参照分布、監視状態の稼働時電流信号の振幅確率密度分布をテスト分布と定義した場合、振幅xの電流信号の参照分布とテスト分布をそれぞれfr(x)、ft(x)として、fr(x)log[fr(x)/ft(x)]からなる評価式を、xに関して−∞から∞の範囲で積分することにより求めている。なお、正常状態の稼働時電流信号には、三相誘導電動機12の定格電流の正弦波信号波形を用いることができる。
電流実効値算出手段20では、電流実効値Irmsを、iを稼働時電流信号のサンプリング値、Nをサンプリングポイント数として、{(i1 2+i2 2+・・・+iN 2)/N}1/2から求めている。
Here, the current information amount calculation means 19 uses the amplitude probability density distribution obtained from the waveform of the operating current signal in the normal state as the reference distribution and the amplitude probability density distribution of the operating current signal in the monitored state as the current information amount KI. When the test distribution is defined, let f r (x) and f t (x) be the reference distribution and the test distribution of the current signal of amplitude x, respectively, f r (x) log [f r (x) / f t (x )] Is obtained by integrating x with respect to x in the range of -∞ to ∞. Note that a sine wave signal waveform of the rated current of the three-
In the current effective value calculation means 20, {(i 1 2 + i 2 2 +... + I N 2 ) / N, where i is the current effective value I rms , i is the sampling value of the current signal during operation, and N is the number of sampling points. } Calculated from 1/2 .
また、稼働時電流を3相同時に計測した場合の3相電流バランス算出手段21では、3相電流バランスIubを、稼働時電流信号の3相の電流実効値Iu、Iv、Iwの中の最大値と最小値の差max(Iu,Iv,Iw)−min(Iu,Iv,Iw)を、最大値と最小値の和max(Iu,Iv,Iw)+min(Iu,Iv,Iw)で除して求めている。
電流単調波比率算出手段22では、電流単調波比率idisを、稼働時電流信号の高調波実効値の中で、予め設定した次数n内にある最大値maxinを,稼働時電流信号の電源周波数実効値I1で除して求めている。
電流全調波比率算出手段23では、電流全調波比率Idisを、稼働時電流信号の予め設定した次数nまでの各高調波実効値の二乗和の平方根(I2 2+I3 2+・・・+In 2)1/2を、働時電流信号の電源周波数実効値I1で除して求めている。
Further, in the three-phase current balance calculation means 21 when the operating current is measured simultaneously for the three phases, the three-phase current balance I ub is calculated from the three-phase effective current values I u , I v , and I w of the operating current signal. The difference between the maximum value and the minimum value max (I u , I v , I w ) −min (I u , I v , I w ) is calculated as the sum max (I u , I v , I w ). It is obtained by dividing by w ) + min (I u , I v , I w ).
In current monotonic wave
In the current total harmonic ratio calculating means 23, the current total harmonic ratio I dis is calculated from the square root (I 2 2 + I 3 2 + ··) of the square sum of each harmonic effective value up to the preset order n of the current signal during operation. ... + I n 2 ) 1/2 is divided by the power supply frequency effective value I 1 of the working current signal.
また、処理ユニット18には、高速フーリエ変換器24から得られた電流スペクトルを対数変換して形成したスペクトルデータ(周波数と対数変換した電流スペクトルの関係を示すデータ)を用いて回転機械系11の回転機械軸系の負荷状況を評価する劣化パラメータである軸系電流比率Lshaftを算出する軸系電流比率算出手段25と、三相誘導電動機12の回転子の劣化状況を評価するポール通過電流比率Lpoleを算出するポール通過電流比率算出手段26と、三相誘導電動機12の負荷トルクと回転子の実回転数の変化を推測する劣化パラメータである回転子すべり電流比率Lrsを算出する回転子すべり電流比率算出手段27と、三相誘導電動機12により駆動される回転機械系11が流体回転機械の場合、流体回転機械に設けられたブレード及びケーシングの摩耗や腐食の発生状況を推測する劣化パラメータであるブレード通過電流比率Lbpを算出するブレード通過電流比率算出手段28とを有している。
Further, the
更に、処理ユニット18には、三相誘導電動機12により駆動される回転機械系11が歯車装置の場合(三相誘導電動機12の回転子の回転軸に取付けられた歯車の一例)、歯車の摩耗、潤滑不良、折損等の異常を推測する劣化パラメータである噛合い電流比率Lgzを算出する噛合い電流比率算出手段29と、歯車の摩耗、潤滑不良、折損等の異常を推測する劣化パラメータであるギアポール電流比率Lgpを算出するギアポール電流比率算出手段29aと、三相誘導電動機12により駆動される回転機械系11がプーリーベルト駆動系の場合(三相誘導電動機12の回転子の回転軸に取付けられたプーリーの一例)、プーリーのミスアラインメントとベルトの張り具合の異常を推測する劣化パラメータであるベルト回転電流比率Lbrを算出するベルト回転電流比率算出手段30が設けられている。
なお、軸系電流比率Lshaft、ポール通過電流比率Lpole、回転子すべり電流比率Lrs、ブレード通過電流比率Lbp、噛合い電流比率Lgz、ギアポール電流比率Lgp、及びベルト回転電流比率Lbrの各劣化パラメータ(これらの劣化パラメータを総称して第2種劣化パラメータという)の値は、回転機械系11の劣化の進行に伴って低下する特徴を有する。
Further, in the
In addition, the shaft system current ratio L shift , the pole passing current ratio L pole , the rotor sliding current ratio L rs , the blade passing current ratio L bp , the meshing current ratio L gz , the gear pole current ratio L gp , and the belt rotation current ratio L The value of each deterioration parameter of br (these deterioration parameters are collectively referred to as a second-type deterioration parameter) has a characteristic of decreasing as the deterioration of the
ここで、軸系電流比率算出手段25では、軸系電流比率Lshaftを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピーク(電源基本周波数の電流スペクトルピーク又は電源高調波周波数の電流スペクトルピーク)の側帯波であって、三相誘導電動機12の実回転周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、実回転周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク高さ20logIshaftと、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ20logIlineを求め、20logIline−20logIshaft、即ち、20log(Iline/Ishaft)として評価している。ここで、Ishaft及びIlineは、それぞれ高速フーリエ変換器24から出力される実回転周波数に起因する側帯波及び電源周波数の電流スペクトルのピーク値である。
Here, in the shaft system current ratio calculation means 25, the shaft system current ratio Lshaft is determined from the spectrum data as a side band of the current spectrum peak of the power supply frequency (current spectrum peak of the power supply fundamental frequency or current spectrum peak of the power supply harmonic frequency). Sidebands caused by the actual rotational frequency of the three-
ポール通過電流比率算出手段26では、ポール通過電流比率Lpoleを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機12のポール通過周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、ポール通過周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値20logIpole(Ipoleは、高速フーリエ変換器24から出力されるポール通過周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値)と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ20logIlineを求め、20logIline−20logIpole、即ち、20log(Iline/Ipole)として評価している。
In the pole passing current ratio calculating means 26, the pole passing current ratio L pole is obtained from the spectrum data as a side band of the current spectrum peak of the power supply frequency, which is a side band caused by the pole passing frequency of the three-
回転子すべり電流比率算出手段27では、回転子すべり電流比率Lrsを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機12の回転子バーすべり周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、回転子バーすべり周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値20logIrs(Irsoleは、高速フーリエ変換器24から出力される回転子バーすべり周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値)と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ20logIlineを求め、20logIline−20logIrs、即ち、20log(Iline/Irs)として評価している。
In the rotor slip current ratio calculation means 27, the rotor slip current ratio L rs is a sideband of the current spectrum peak of the power supply frequency from the spectrum data and is caused by the rotor bar slip frequency of the three-
ブレード通過電流比率算出手段28では、ブレード通過電流比率Lbpを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機12のブレード通過周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、ブレード通過周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値20logIbp(Ibpは、高速フーリエ変換器24から出力されるブレード通過周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値)と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ20logIlineを求め、20logIline−20logIbp、即ち、20log(Iline/Ibp)として評価している。
In the blade passing current ratio calculating means 28, the blade passing current ratio L bp is determined from the spectrum data as a side band of the current spectrum peak of the power supply frequency, which is a side band caused by the blade passing frequency of the three-
噛合い電流比率算出手段29では、噛合い電流比率Lgzを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機12の噛合い周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、噛合い周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値20logIgz(Igzは、高速フーリエ変換器24から出力される噛合い周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値)と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ20logIlineを求め、20logIline−20logIgz、即ち、20log(Iline/Igz)として評価している。
また、ギアポール電流比率算出手段29aでは、ギアポール電流比率Lgpを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機12のギアポール周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、三相誘導電動機12のポール通過周波数と、三相誘導電動機12の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数との積として定義されるギアポール周波数fgp分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値20logIgp(Igpは、高速フーリエ変換器24から出力されるギアポール周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値)と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ20logIlineを求め、20logIline−20logIgp、即ち、20log(Iline/Igp)として評価している。
In the meshing current ratio calculation means 29, the meshing current ratio L gz is determined from the spectrum data as a sideband of the current spectrum peak of the power supply frequency, which is a sideband caused by the meshing frequency of the three-
Further, in the gear pole current
ベルト回転電流比率算出手段30では、ベルト回転電流比率Lbrを、スペクトルデータから、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波であって、三相誘導電動機12のベルト回転周波数に起因する側帯波、即ち、電源周波数の電流スペクトルピークを中心として、ベルト回転周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波のいずれか一方のピーク値、例えば、最大ピーク値20logIbr(Ibrは、高速フーリエ変換器24から出力されるベルト回転周波数に起因する側帯波の電流スペクトルのピーク値)と、電源周波数の電流スペクトルピークのピーク高さ20logIlineを求め、20logIline−20logIbr、即ち、20log(Iline/Ibr)として評価している。
In the belt rotation current ratio calculation means 30, the belt rotation current ratio L br is determined from the spectrum data as a side band of the current spectrum peak of the power supply frequency, which is a side band caused by the belt rotation frequency of the three-
なお、処理ユニット18には、電流情報量算出手段19、電流実効値算出手段20、3相電流バランス算出手段21、電流単調波比率算出手段22、電流全調波比率算出手段23、高速フーリエ変換器24、軸系電流比率算出手段25、ポール通過電流比率算出手段26、回転子すべり電流比率算出手段27、ブレード通過電流比率算出手段28、噛合い電流比率算出手段29、ギアポール電流比率算出手段29a、ベルト回転電流比率算出手段30の中から、回転機械系11の機械的構造に応じて選択された劣化パラメータの算出に必要な算出手段を稼働状態に設定する劣化パラメータ選定手段31が設けられている。
The
簡易異常診断部14は、劣化パラメータの値から回転機械系11の異常を検知(異常が発生したか否かを判定)する際に使用する劣化判定基準値を保存しているデータベース32と、劣化パラメータ算出部13から取得した劣化パラメータの値と劣化パラメータに対応する劣化判定基準値をデータベース32から取得して比較して回転機械系11の状態を診断する簡易診断手段33とを有している。
ここで、劣化判定基準値は、例えば、回転機械系11を想定したモデル回転機械系を用いた破壊試験や、従来の保守管理実績に基づいて設定する。なお、簡易診断手段33では、第1種劣化パラメータに対しては、第1種劣化パラメータの値が設定した劣化判定基準値以上となる場合、異常が発生したと判定する。一方、第2種劣化パラメータに対しては、第2種劣化パラメータの値が設定した劣化判定基準値以下となる場合、異常が発生したと判定する。
The simple
Here, the deterioration determination reference value is set based on, for example, a destructive test using a model rotating machine system assuming the
更に、簡易異常診断部14は、劣化パラメータ算出部13から取得した劣化パラメータの値を時系列的に保存する劣化傾向管理手段34と、劣化傾向管理手段34に保存された劣化パラメータの値(劣化傾向管理データ)の経時変化挙動を示す近似関数を求め、劣化パラメータの値が劣化判定基準値に一致するまでの時間(期待使用寿命)を推定して表示する余寿命予測手段35とを有している。なお、余寿命予測手段35では、劣化パラメータ毎に、劣化判定基準値として危険判定基準値と注意判定基準値を設定している。劣化パラメータの値が、注意判定基準値に達すると当該パラメータに関する異常が発生していると判断し、危険判定基準値に達すると当該パラメータに関する異常により回転機械系11が停止又は破損の危険があると判断する。劣化パラメータの値が注意判定基準値に対して予め設定した注意範囲に到達した際に、注意範囲内の劣化パラメータの値の経時変化から近似関数を求めている。図2に3相電流バランスIubの劣化傾向管理データと推定した期待使用寿命を、図3に軸系電流比率Lshaftの劣化傾向管理データと推定した期待使用寿命を示す。
Furthermore, the simple
ここで、注意判定基準値は、例えば、回転機械系11を想定したモデル回転機械系を用いた破壊試験や、従来の保守管理実績に基づいて設定され、第1種劣化パラメータの注意判定基準値は危険判定基準値より小さく、第2種劣化パラメータ注意判定基準値は危険判定基準値より大きくそれぞれ設定される。これによって、劣化パラメータの値が注意判定基準値に達していない場合は回転機械系11の状態が正常であると、劣化パラメータの値が注意判定基準値と危険判定基準値の間に入る場合は回転機械系11の状態が要注意であると、劣化パラメータの値が危険判定基準値に達した(第1種劣化パラメータでは値が危険判定基準値以上となる、第2種劣化パラメータでは値が危険判定基準値以下となる)場合は回転機械系11の状態が危険であるとそれぞれ判定できる。
Here, the caution determination reference value is set based on, for example, a destructive test using a model rotating machine system assuming the
精密異常診断部15は、簡易異常診断部14において、電流実効値Irms、3相電流バランスIub、電流単調波比率idis、及び電流全調波比率Idis、軸系電流比率Lshaft、ポール通過電流比率Lpole、回転子すべり電流比率Lrs、ブレード通過電流比率Lbp、噛合い電流比率Lgz、ギアポール電流比率Lgp、及びベルト回転電流比率Lbrの値の中で少なくとも1つが劣化判定基準値に達した際に、劣化判定基準値に達した劣化パラメータに基づいて異常の種類と回転機械系11における異常箇所を特定する。例えば、劣化判定基準値に達した劣化パラメータが電流実効値Irmsの場合は回転機械系11に負荷変動が生じたと判定し、劣化判定基準値に達した劣化パラメータが3相電流バランスIub、電流単調波比率idis、又は電流全調波比率Idisの場合は回転機械系11に供給される電源品質又は三相誘導電動機12の固定子に劣化が生じたと判定する。
Precision
また、劣化判定基準値に達した劣化パラメータが軸系電流比率Lshaftの場合は、回転機械系11の回転機械軸系の負荷に変化が生じたと推定され、軸系のミスアラインメント、アンバランス等の異常が考えられる。
劣化判定基準値に達した劣化パラメータがポール通過電流比率Lpoleの場合は、三相誘導電動機12の回転子に劣化が生じたと推定され、回転子バーの損傷等の異常が考えられる。劣化判定基準値に達した劣化パラメータが回転子すべり電流比率Lrsの場合は、三相誘導電動機12の負荷トルクと回転子の実回転数が変化したと推測される。
Further, when the deterioration parameter that has reached the deterioration determination reference value is the shaft system current ratio L shaft , it is estimated that a change has occurred in the load of the rotating machine shaft system of the
When the deterioration parameter that has reached the deterioration determination reference value is the pole passing current ratio L pole , it is estimated that the rotor of the three-
劣化判定基準値に達した劣化パラメータがブレード通過電流比率Lbpの場合は、三相誘導電動機12により駆動される流体回転機械に設けられたブレード及びケーシングの摩耗や腐食の発生が推測される。
劣化判定基準値に達した劣化パラメータが噛合い電流比率Lgz又はギアポール電流比率Lgpの場合は、三相誘導電動機12により駆動される歯車装置の歯車の摩耗、潤滑不良、折損等の異常が推測される。劣化判定基準値に達した劣化パラメータがベルト回転電流比率Lbrの場合は、三相誘導電動機12により駆動されるプーリーベルト駆動系のプーリーのミスアラインメントとベルトの張り具合の異常が推測される。
When the deterioration parameter that has reached the deterioration determination reference value is the blade passing current ratio L bp , it is estimated that the blades and casing provided in the fluid rotary machine driven by the three-
When the deterioration parameter that has reached the deterioration determination reference value is the meshing current ratio L gz or the gear pole current ratio L gp , abnormalities such as gear wear, lubrication failure, breakage, etc. of the gear device driven by the three-
本発明の一実施の形態に係る回転機械系の異常監視装置10を用いた回転機械系の異常監視方法は、例えば、回転機械系11の総合的な状態を評価する劣化パラメータの値を求め、劣化パラメータの値が予め設定した第1の劣化判定基準値(注意判定基準値)に達した際に回転機械系11の異常を検知する簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法と、回転機械系11の機械的構造に起因して発生する個別的な状態をそれぞれ定量的に評価する劣化パラメータの値を求め、劣化パラメータの値が予め設定した第1の劣化判定基準値(注意判定基準値)に達した際に回転機械系11の異常を検知する簡易診断を行う複数の回転機械系の異常検知方法を組み合わせた回転機械系11の異常監視方法であって、図4に示すように、複数の簡易診断を繰り返す劣化傾向管理工程と、複数の簡易診断の少なくとも一つで回転機械系11の異常が検知され、劣化パラメータの値が予め設定した第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達した際に、当該パラメータに基づいて異常の種類と回転機械系における異常箇所を特定する精密異常診断工程とを有する。以下、詳細に説明する。
The rotating machine system abnormality monitoring method using the rotating machine system
(劣化傾向管理工程)
回転機械系11の総合的な状態を評価する劣化パラメータによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法では、先ず、三相誘導電動機12の稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の電流検出器16で検出し、A/D変換器17によりデジタル化した稼働時電流信号を得る(S−1)。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の処理ユニット18の電流情報量算出手段19に入力して電流情報量KIを算出する(S−2)。電流情報量KIを、簡易異常診断部14に入力し、電流情報量KIの第1、第2の劣化判定基準値(注意判定基準値、危険判定基準値)と比較する。また、電流情報量KIを劣化傾向管理手段34に保存し、余寿命予測手段35では保存した電流情報量KIを用いて電流情報量KIの経時変化挙動を監視する(以上、S−3)。そして、電流情報量KIが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達していない場合は簡易診断を繰り返す(S−4)。
(Deterioration tendency management process)
In the abnormality detection method for a rotating machine system that performs a simple diagnosis using a deterioration parameter that evaluates the overall state of the
回転機械系11の機械的構造に起因して発生する個別的な状態を評価する劣化パラメータによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法では、先ず、回転機械系11の機械的構造に基づいて劣化パラメータの選定を行う。例えば、回転機械系11が三相誘導電動機12により駆動される流体回転機械である場合、劣化パラメータとして、回転機械系11の回転機械軸系の負荷状況を評価する軸系電流比率Lshaft、三相誘導電動機12の回転子の劣化状況を評価するポール通過電流比率Lpole、三相誘導電動機12の負荷トルクと実回転数の変化を推測する回転子すべり電流比率Lrs、及び流体回転機械に設けられたブレード及びケーシングの摩耗や腐食の発生状況を推測するブレード通過電流比率Lbpを選択する。
In the rotating machine system abnormality detection method for performing a simple diagnosis using a deterioration parameter for evaluating the individual state generated due to the mechanical structure of the
(軸系電流比率Lshaftによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法)
第1工程では、図4に示すように、劣化パラメータ算出部13の電流検出器16で三相誘導電動機12の稼働時電流信号を計測し、A/D変換器17によりデジタル化した稼働時電流信号を得る(S−1)。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の処理ユニット18の高速フーリエ変換器24に入力して高速フーリエ変換を行って電流スペクトルを求める(S−5)。
(Abnormality detection method of rotating machine system that performs simple diagnosis by shaft system current ratio Lshaft )
In the first step, as shown in FIG. 4, the operating current signal of the three-
第2工程では、得られた電流スペクトルを軸系電流比率算出手段25に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機12の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機12の実回転周波数(特徴周波数の一例)分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値20logIshaftを求め、第3工程では、ピーク値20logIshaft及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値20logIlineを用いて、軸系電流比率Lshaftを20log(Iline/Ishaft)として算出する(S−6)。
In the second step, the obtained current spectrum is input to the shaft system current ratio calculating means 25, and the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-
第4工程では、得られた軸系電流比率Lshaftを劣化パラメータとして劣化傾向管理手段34に記録すると共に、軸系電流比率Lshaftの値と軸系電流比率Lshaftの第1、第2の劣化判定基準値(注意判定基準値、危険判定基準値)とを比較する。また、余寿命予測手段35では保存した軸系電流比率Lshaftを用いて軸系電流比率Lshaftの経時変化挙動を監視する(以上、S−3)。そして、軸系電流比率Lshaftが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達していない場合は軸系電流比率Lshaftによる簡易診断を繰り返し、軸系電流比率Lshaftが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達した場合は、軸系電流比率Lshaftで異常が検知されたことを精密異常診断部15に入力する(S−4)。
In the fourth step, and it records the degradation
(ポール通過電流比率Lpoleによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法)
第1工程では、図4に示すように、劣化パラメータ算出部13の電流検出器16で三相誘導電動機12の稼働時電流信号を計測し、A/D変換器17によりデジタル化した稼働時電流信号を得る(S−1)。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の処理ユニット18の高速フーリエ変換器24に入力して電流スペクトルを求める(S−5)。
(Abnormality detection method of rotating machinery system that performs simple diagnosis by pole passing current ratio L pole )
In the first step, as shown in FIG. 4, the operating current signal of the three-
第2工程では、得られた電流スペクトルをポール通過電流比率算出手段26に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機12の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機12のポール通過周波数(特徴周波数の一例)分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値20logIpoleを求め、第3工程では、ピーク値20logIpole及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値20logIlineを用いて、ポール通過電流比率Lpoleを20log(Iline/Ipole)として算出する(S−6)。
In the second step, the obtained current spectrum is input to the pole passing current ratio calculating means 26, and the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-
第4工程では、得られたポール通過電流比率Lpoleを劣化傾向管理手段34に記録すると共に、ポール通過電流比率Lpoleの値とポール通過電流比率Lpoleの第1、第2の劣化判定基準値(注意判定基準値、危険判定基準値)とを比較する。また、余寿命予測手段35では保存した軸系電流比率Lpoleを用いてポール通過電流比率Lpoleの経時変化挙動を監視する(以上、S−3)。そして、ポール通過電流比率Lpoleが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達していない場合はポール通過電流比率Lpoleによる簡易診断を繰り返し、ポール通過電流比率Lpoleが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達した場合は、ポール通過電流比率Lpoleで異常が検知されたことを精密異常診断部15に入力する(S−4)。
In the fourth step, records the pole passing current ratio L pole obtained in the degradation
(回転子すべり電流比率Lrsによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法)
第1工程では、図4に示すように、劣化パラメータ算出部13の電流検出器16で三相誘導電動機12の稼働時電流信号を計測し、A/D変換器17によりデジタル化した稼働時電流信号を得る(S−1)。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の処理ユニット18の高速フーリエ変換器24に入力して電流スペクトルを求める(S−5)。
(Rotary machine system abnormality detection method for simple diagnosis by rotor slip current ratio L rs )
In the first step, as shown in FIG. 4, the operating current signal of the three-
第2工程では、得られた電流スペクトルを回転子すべり電流比率算出手段27に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機12の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機12の回転子バーすべり周波数(特徴周波数の一例)分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値Irsを求め、第3工程では、ピーク値20logIrs及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値20logIlineを用いて、回転子すべり電流比率Lrsを20log(Iline/Irs)として算出する(S−6)。
ここで、第2工程において、回転子バーすべり周波数は、三相誘導電動機12の回転子バーの本数hと、三相誘導電動機12のすべり周波数fs(三相誘導電動機12の同期回転周波数fxと実回転周波数frの差fx−frとして求める)との積hfsとして定義される。
In the second step, the obtained current spectrum is input to the rotor slip current ratio calculating means 27, and the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-
Here, in the second step, the rotor bar slip frequency includes the number h of rotor bars of the three-
第4工程では、得られた回転子すべり電流比率Lrsを劣化傾向管理手段34に記録すると共に、回転子すべり電流比率Lrsの値と回転子すべり電流比率Lrsの第1、第2の劣化判定基準値(注意判定基準値、危険判定基準値)とを比較する。また、余寿命予測手段35では保存した回転子すべり電流比率Lrsを用いて回転子すべり電流比率Lrsの経時変化挙動を監視する(以上、S−3)。そして、回転子すべり電流比率Lrsが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達していない場合は回転子すべり電流比率Lrsによる簡易診断を繰り返し、回転子すべり電流比率Lrsが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達した場合は、回転子すべり電流比率Lrsで異常が検知されたことを精密異常診断部15に入力する(S−4)。
In the fourth step, it records the rotor slip current ratio L rs obtained in the degradation
(ブレード通過電流比率Lbpによる簡易診断を行う回転機械系の異常検知方法)
第1工程では、図4に示すように、劣化パラメータ算出部13の電流検出器16で三相誘導電動機12の稼働時電流信号を計測し、A/D変換器17によりデジタル化した稼働時電流信号を得る(S−1)。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の処理ユニット18の高速フーリエ変換器24に入力して電流スペクトルを求める(S−5)。
(Abnormality detection method of rotating machine system that performs simple diagnosis by blade passing current ratio L bp )
In the first step, as shown in FIG. 4, the operating current signal of the three-
第2工程では、得られた電流スペクトルをブレード通過電流比率算出手段28に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機12の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機12のブレード通過周波数(特徴周波数の一例)分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値Ibpを求め、第3工程では、ピーク値20logIbp及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値20logIlineを用いて、回転子すべり電流比率Lrsを20log(Iline/Ibp)として算出する(S−6)。
ここで、第2工程において、ブレード通過周波数は、流体回転機械に設けられたブレード数mと、三相誘導電動機12の実回転周波数frの積mfrとして定義される。
In the second step, the obtained current spectrum is input to the blade passing current ratio calculation means 28, and the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-
Here, in the second step, the blade pass frequency, a blade number m provided in the fluid rotary machine, is defined as the product mf r of the actual rotational frequency f r of the three-
第4工程では、得られたブレード通過電流比率Lbpを劣化傾向管理手段34に記録すると共に、ブレード通過電流比率Lbpの値とブレード通過電流比率Lbpの第1、第2の劣化判定基準値(注意判定基準値、危険判定基準値)とを比較する。また、余寿命予測手段35では保存したブレード通過電流比率Lbpを用いてブレード通過電流比率Lbpの経時変化挙動を監視する(以上、S−3)。そして、ブレード通過電流比率Lbpが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達していない場合はブレード通過電流比率Lbpによる簡易診断を繰り返し、ブレード通過電流比率Lbpが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達した場合は、ブレード通過電流比率Lbpで異常が検知されたことを精密異常診断部15に入力する(S−4)。 In the fourth step, the obtained blade passage current ratio L bp is recorded in the deterioration tendency management means 34, and the values of the blade passage current ratio L bp and the first and second deterioration judgment criteria of the blade passage current ratio L bp are recorded. Compare the values (caution judgment standard value, danger judgment standard value). Further, the remaining life predicting means 35 uses the stored blade passage current ratio Lbp to monitor the change with time of the blade passage current ratio Lbp (S-3). The blade passing current ratio L bp is if it does not reach the second deterioration determination reference value (risk determination reference value) Repeat simplified diagnosis by the blade passing current ratio L bp, blade passing current ratio L bp is the second When the deterioration determination reference value (danger determination reference value) is reached, the fact that an abnormality is detected at the blade passing current ratio L bp is input to the precise abnormality diagnosis unit 15 (S-4).
(精密異常診断工程)
精密異常診断部15には、簡易異常診断部14において異常が検知された劣化パラメータの情報が入力されるので、入力された劣化パラメータの種類から、回転機械系11で発生した異常の種類と回転機械系11における異常箇所を特定し(S−7)、その結果を、例えば、表示器に表示する(S−8)。
(Precise abnormality diagnosis process)
Since the information on the deterioration parameter in which the abnormality is detected in the simple
ここで、精密異常診断部15に入力された劣化パラメータが軸系電流比率Lshaftの場合は、回転機械系11の回転機械軸系の負荷に変化が生じたと推定され、軸系のミスアラインメント、アンバランス等の異常が考えられる。劣化パラメータがポール通過電流比率Lpoleの場合は、三相誘導電動機12の回転子に劣化が生じたと推定され、回転子バーの損傷等の異常が考えられる。劣化パラメータが回転子すべり電流比率Lrsの場合は、三相誘導電動機12の負荷トルクと回転子の実回転数が変化したと推測される。劣化パラメータがブレード通過電流比率Lbpの場合は、三相誘導電動機12により駆動される流体回転機械に設けられたブレード及びケーシングの摩耗や腐食の発生が推測される。
Here, when the deterioration parameter input to the precision
(劣化傾向管理工程)
なお、回転機械系11が三相誘導電動機12と接続する減速機の場合、ブレード通過電流比率Lbpの代わりに噛合い電流比率Lgzを選定し、回転機械系の異常検知方法として噛合い電流比率Lgzによる簡易診断を行う。即ち、第1工程では、図4に示すように、劣化パラメータ算出部13の電流検出器16で三相誘導電動機12の稼働時電流信号を計測し、A/D変換器17によりデジタル化した稼働時電流信号を得る(S−1)。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の処理ユニット18の高速フーリエ変換器24に入力して電流スペクトルを求める(S−5)。
(Deterioration tendency management process)
When the
第2工程では、得られた電流スペクトルを噛合い電流比率算出手段29に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機12の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機12の歯車噛合い周波数(特徴周波数の一例)分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値Igzを求め、第3工程では、ピーク値20logIgz及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値20logIlineを用いて、噛合い電流比率Lgzを20log(Iline/Igz)として算出する(S−6)。
ここで、第2工程において、歯車噛合い周波数は、三相誘導電動機12の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数zと、三相誘導電動機12の実回転周波数frとの積zfrとして定義される。
In the second step, the obtained current spectrum is input to the meshing current ratio calculating means 29, and the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-
Here, in the second step, the frequency have gears meshed, the number of teeth z gear attached to the rotation shaft of the rotor of the three-
第4工程では、得られた噛合い電流比率Lgzを劣化傾向管理手段34に記録すると共に、噛合い電流比率Lgzの値と噛合い電流比率Lgzの第1、第2の劣化判定基準値(注意判定基準値、危険判定基準値)とを比較する。また、余寿命予測手段35では保存した噛合い電流比率Lgzを用いて噛合い電流比率Lgzの経時変化挙動を監視する(以上、S−3)。そして、噛合い電流比率Lgzが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達していない場合は噛合い電流比率Lgzによる簡易診断を繰り返し、噛合い電流比率Lgzが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達した場合は、噛合い電流比率Lgzで異常が検知されたことを精密異常診断部15に入力する(S−4)。
In the fourth step, and it records the meshes obtained had current ratio L gz deterioration
(精密異常診断工程)
精密異常診断部15には、簡易異常診断部14において異常が検知された劣化パラメータの情報が入力されるので、入力された劣化パラメータの種類から、回転機械系11で発生した異常の種類と回転機械系11における異常箇所を特定し(S−7)、その結果を、例えば、表示器に表示する(S−8)。
精密異常診断部15に入力された劣化パラメータが噛合い電流比率Lgzの場合は、三相誘導電動機12により駆動される歯車装置の歯車の摩耗、潤滑不良、折損等の異常が推測できる。
(Precise abnormality diagnosis process)
Since the information on the deterioration parameter in which the abnormality is detected in the simple
When the deterioration parameter input to the precision
(劣化傾向管理工程)
また、回転機械系11が三相誘導電動機12により駆動されるベルト駆動回転機械の場合、ブレード通過電流比率Lbpの代わりにベルト回転電流比率Lbrを選定し、回転機械系の異常検知方法としてベルト回転電流比率Lbrによる簡易診断を行う。
即ち、第1工程では、図4に示すように、劣化パラメータ算出部13の電流検出器16で三相誘導電動機12の稼働時電流信号を計測し、A/D変換器17によりデジタル化した稼働時電流信号を得る(S−1)。次いで、デジタル化した稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部13の処理ユニット18の高速フーリエ変換器24に入力して電流スペクトルを求める(S−5)。
(Deterioration tendency management process)
Further, when the
That is, in the first step, as shown in FIG. 4, the current signal of the three-
第2工程では、得られた電流スペクトルをベルト回転電流比率算出手段30に入力し、電流スペクトルの中から、三相誘導電動機12の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、三相誘導電動機12のベルト回転周波数(特徴周波数の一例)分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する側帯波を抽出し、ピークの高い側帯波のピーク値Ibrを求め、第3工程では、ピーク値20logIbr及び電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値20logIlineを用いて、ベルト回転電流比率Lbrを20log(Iline/Ibr)として算出する(S−6)。
ここで、第2工程において、ベルト回転周波数は、三相誘導電動機12の回転子の回転軸に設けられたプーリーの1回転に伴うベルト移動量のベルト全長に対する移動比率と、三相誘導電動機12の実回転周波数の積として定義される。
In the second step, the obtained current spectrum is input to the belt rotation current ratio calculating means 30, and the current spectrum peak of the power frequency of the three-
Here, in the second step, the belt rotation frequency is determined based on the movement ratio of the belt movement amount with respect to the total belt length with one rotation of the pulley provided on the rotation shaft of the rotor of the three-
第4工程では、得られたベルト回転電流比率Lbrを劣化傾向管理手段34に記録すると共に、ベルト回転電流比率Lbrの値とベルト回転電流比率Lbrの第1、第2の劣化判定基準値(注意判定基準値、危険判定基準値)とを比較する。また、余寿命予測手段35では保存したベルト回転電流比率Lbrを用いてベルト回転電流比率Lbrの経時変化挙動を監視する(以上、S−3)。そして、ベルト回転電流比率Lbrが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達していない場合はベルト回転電流比率Lbrによる簡易診断を繰り返し、ベルト回転電流比率Lbrが第2の劣化判定基準値(危険判定基準値)に達した場合は、ベルト回転電流比率Lbrで異常が検知されたことを精密異常診断部15に入力する(S−4)。
In the fourth step, and it records the obtained belt rotating current ratio L br degradation
(精密異常診断工程)
精密異常診断部15には、簡易異常診断部14において異常が検知された劣化パラメータの情報が入力されるので、入力された劣化パラメータの種類から、回転機械系11で発生した異常の種類と回転機械系11における異常箇所を特定し(S−7)、その結果を、例えば、表示器に表示する(S−8)。
精密異常診断部15に入力された劣化パラメータがベルト回転電流比率Lbrの場合は、三相誘導電動機12により駆動されるプーリーベルト駆動系のプーリーのミスアラインメントとベルトの張り具合及び摩耗の異常が推測できる。
(Precise abnormality diagnosis process)
Since the information on the deterioration parameter in which the abnormality is detected in the simple
When the deterioration parameter input to the precision
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、三相誘導電動機の稼働時電流信号を、劣化パラメータ算出部の電流検出器で検出し、A/D変換器によりデジタル化した後に劣化パラメータ算出部に入力するオンラインによる回転機械系の異常検知方法を用いた回転機械系の異常監視方法について説明したが、三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測して保存した後、劣化パラメータ算出部に入力するオフラインによる回転機械系の異常検知方法を用いた回転機械系の異常監視方法も可能である。
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the configuration described in the above embodiment, and the matters described in the scope of claims. Other embodiments and modifications conceivable within the scope are also included.
For example, an on-line abnormality detection of a rotating machine system that detects a current signal of a three-phase induction motor during operation with a current detector of a deterioration parameter calculation unit, digitizes it with an A / D converter, and then inputs it to the deterioration parameter calculation unit Although the method for monitoring abnormalities in rotating machinery using this method has been explained, after measuring and storing the current signal during operation of the three-phase induction motor, an offline method for detecting abnormalities in rotating machinery that is input to the deterioration parameter calculation unit An abnormality monitoring method for the rotating machine system used is also possible.
回転機械系の異常検知方法では、回転機械系の機械的構造に起因して発生する個別的な状態を評価する劣化パラメータによる簡易診断を複数同時に実行したが、一つの劣化パラメータを選択して実行することもできる。
また、特徴周波数である歯車噛合い周波数を、三相誘導電動機の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数と、三相誘導電動機の実回転周波数との積として定義する場合について説明したが、特徴周波数を三相誘導電動機の回転子の回転軸に取付けられた歯車の歯数と、三相誘導電動機のポール通過周波数との積として定義されるギアポール周波数としてもよく、特徴周波数として歯車噛合い周波数とギアポール周波数の両方を採用することもできる。
また、回転機械系の機械的構造に起因して発生する個別的な状態を評価する劣化パラメータとして、電流実効値Irms、稼働時電流信号の3相電流バランスIub、稼働時電流信号の電流単調波比率idis、及び電流全調波比率Idisのいずれか1又は任意の2以上の組み合わせを加えることもできる。
電流実効値Irmsで異常が検知されると、回転機械系の負荷に異常が、3相電流バランスIub、電流単調波比率idis、又は電流全調波比率Idisで異常が検知されると、電源品質又は三相誘導電動機の固定子で異常が生じていると推測できる。
更に、電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波の両方の電流スペクトルピーク値を求める場合は、電流スペクトルピーク値の平均値を側帯波の電流スペクトルピーク値とする。
なお、三相誘導電動機の電源は、インバータ電源であっても本発明は適用できる。
In the rotating machine system abnormality detection method, multiple simple diagnoses using deterioration parameters that evaluate individual conditions that occur due to the mechanical structure of the rotating machine system were executed simultaneously, but one deterioration parameter was selected and executed. You can also
Also, the case where the gear meshing frequency, which is the characteristic frequency, is defined as the product of the number of gear teeth attached to the rotating shaft of the rotor of the three-phase induction motor and the actual rotation frequency of the three-phase induction motor has been described. However, the characteristic frequency may be a gear pole frequency defined as the product of the number of gear teeth attached to the rotating shaft of the rotor of the three-phase induction motor and the pole passing frequency of the three-phase induction motor. Both the meshing frequency and the gear pole frequency can be employed.
In addition, as degradation parameters for evaluating individual states generated due to the mechanical structure of the rotating machine system, the current effective value I rms , the three-phase current balance I ub of the operating current signal, the current of the operating current signal Any one or any combination of two or more of the monoharmonic ratio i dis and the current total harmonic ratio I dis may be added.
When an abnormality is detected with the current effective value I rms , an abnormality is detected in the load of the rotating machine system, and an abnormality is detected with the three-phase current balance I ub , the current monoharmonic ratio i dis , or the current total harmonic ratio I dis. It can be assumed that an abnormality has occurred in the power quality or the stator of the three-phase induction motor.
Furthermore, when obtaining the current spectrum peak values of both sidebands of the current spectrum peak of the power supply frequency, the average value of the current spectrum peak values is set as the current spectrum peak value of the sideband wave.
Note that the present invention can be applied even if the power source of the three-phase induction motor is an inverter power source.
10:回転機械系の異常監視装置、11:回転機械系、12:三相誘導電動機、12a:電源ケーブル、13:劣化パラメータ算出部、14:簡易異常診断部、15:精密異常診断部、16:電流検出器、17:A/D変換器、18:処理ユニット、19:電流情報量算出手段、20:電流実効値算出手段、21:3相電流バランス算出手段、22:電流単調波比率算出手段、23:電流全調波比率算出手段、24:高速フーリエ変換器、25:軸系電流比率算出手段、26:ポール通過電流比率算出手段、27:回転子すべり電流比率算出手段、28:ブレード通過電流比率算出手段、29:噛合い電流比率算出手段、29a:ギアポール電流比率算出手段、30:ベルト回転電流比率算出手段、31:劣化パラメータ選定手段、32:データベース、33:簡易診断手段、34:劣化傾向管理手段、35:余寿命予測手段
10: rotating machine system abnormality monitoring device, 11: rotating machine system, 12: three-phase induction motor, 12a: power cable, 13: deterioration parameter calculation unit, 14: simple abnormality diagnosis unit, 15: precision abnormality diagnosis unit, 16 : Current detector, 17: A / D converter, 18: processing unit, 19: current information amount calculating means, 20: current effective value calculating means, 21: three-phase current balance calculating means, 22: current monoharmonic ratio calculation Means: 23: current total harmonic ratio calculating means, 24: fast Fourier transformer, 25: axial current ratio calculating means, 26: pole passing current ratio calculating means, 27: rotor slip current ratio calculating means, 28: blade passing current ratio calculation unit, 29: mesh current ratio calculation means, 29a: Giaporu current ratio calculation unit, 30: belt rotating current ratio calculation unit, 31: deterioration parameter selecting means, 32: de Database, 33: simplified diagnosis means, 34: degradation tendency managing unit, 35: remaining life prediction means
Claims (8)
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号を計測し、該稼働時電流信号の高速フーリエ変換を行う第1工程と、
前記高速フーリエ変換から得られた電流スペクトルの中から、前記三相誘導電動機の電源周波数の電流スペクトルピークを中心とし、前記回転機械系の異常に関連する特徴周波数分だけ低周波数側及び高周波数側にそれぞれ離れた周波数位置に存在する前記電源周波数の電流スペクトルピークの側帯波を抽出し、前記側帯波のどちらか一方又は両方の電流スペクトルピーク値を求める第2工程と、
前記第2工程で求めた前記側帯波の電流スペクトルピーク値及び前記電源周波数の電流スペクトルピークのピーク値を用いて前記回転機械系の劣化パラメータを算出する第3工程と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と予め設定した劣化判定基準値とを比較し、該劣化パラメータの値が前記劣化判定基準値に達したことにより異常を検知する第4工程とを有する簡易診断を行うことを特徴とする回転機械系の異常検知方法。 An abnormality detection method for a rotating machine system that detects an abnormality occurring in a rotating machine system using a three-phase induction motor as a drive source from an analysis result of an operating current signal of the three-phase induction motor,
A first step of measuring an operating current signal of the three-phase induction motor and performing a fast Fourier transform of the operating current signal;
Out of the current spectrum obtained from the fast Fourier transform, centered on the current spectrum peak of the power supply frequency of the three-phase induction motor, the low frequency side and the high frequency side by the characteristic frequency related to the abnormality of the rotating machine system A second step of extracting a sideband wave of the current spectrum peak of the power supply frequency existing at a frequency position away from each other, and obtaining a current spectrum peak value of one or both of the sidebands;
A third step of calculating a deterioration parameter of the rotating machine system using the current spectrum peak value of the sideband and the peak value of the current spectrum peak of the power supply frequency obtained in the second step;
The deterioration parameter value is recorded, the deterioration parameter value is compared with a preset deterioration determination reference value, and abnormality is detected when the deterioration parameter value reaches the deterioration determination reference value. An abnormality detection method for a rotating machine system, characterized in that a simple diagnosis having a process is performed.
複数の前記簡易診断を繰り返す劣化傾向管理工程と、
複数の前記簡易診断の少なくとも一つで異常を検知した際に、前記劣化判定基準値に達した前記劣化パラメータに基づいて異常の種類と前記回転機械系における異常箇所を特定する精密異常診断工程とを有することを特徴とする回転機械系の異常監視方法。 A rotating machine system abnormality monitoring method combining any one or two or more of the rotating machine system abnormality detection methods described in claim 2, respectively.
A deterioration tendency management step that repeats the plurality of simple diagnoses;
A precision abnormality diagnosis step of identifying an abnormality type and an abnormality location in the rotating machine system based on the deterioration parameter reaching the deterioration determination reference value when an abnormality is detected in at least one of the plurality of simple diagnoses; An abnormality monitoring method for a rotating machine system, comprising:
前記三相誘導電動機の稼働時電流信号から前記劣化パラメータを求める劣化パラメータ算出部と、
前記劣化パラメータの値を記録すると共に、該劣化パラメータの値と前記劣化判定基準値を比較する簡易異常診断部と、
前記簡易異常診断部で前記回転機械系に異常が検知された際に、前記劣化判定基準値に達した前記劣化パラメータに基づいて異常の種類と前記回転機械系における異常箇所を特定する精密異常診断部とを有することを特徴とする回転機械系の異常監視装置。 An abnormality monitoring apparatus for a rotating machine system used in the abnormality monitoring method for a rotating machine system according to claim 7,
A deterioration parameter calculating unit for obtaining the deterioration parameter from an operating current signal of the three-phase induction motor;
While recording the value of the deterioration parameter, a simple abnormality diagnosis unit that compares the value of the deterioration parameter and the deterioration determination reference value,
Precise abnormality diagnosis that identifies the type of abnormality and the abnormality location in the rotating machine system based on the deterioration parameter that has reached the deterioration determination reference value when an abnormality is detected in the rotating machine system by the simple abnormality diagnosis unit And an abnormality monitoring device for a rotating machine system.
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