JPH04369454A - 回転体診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、回転電機や回
転ポンプ等に使用される回転体に異常若しくは異常の徴
候が発生したとの原因の分析診断に使用される回転体診
断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の回転体に異常若しくは異
常の徴候が発生したときに使用される回転体診断装置は
、測定された軸変位信号等の振動データを分析して振動
レベルや振動ベクトル、最大振幅等の評価パラメータに
対して、その状態の組合せや変化傾向を分析評価して上
記回転体に発生した現象（事象）の定性的な分析を行っ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た回転体に発生した定性的な分析による回転体診断装置
は、発生した異常事象に対して原因を特定できるものは
、予め、振動データと異常原因との関連が解っているも
のに限定されており、この後の劣化傾向（劣化動行）を
推定することは、必ずしも充分にして正確な分析診断す
ることが困難である。

【０００４】特に、上述した回転体に発生した定性的な
分析による回転体診断装置は、回転体の振動データによ
り異常を分析診断したとき、軸受側の異常と回転体側の
異常の判断が困難である。

【０００５】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであって、軸受の変位による振動特性（変位／位相
）から回転体の危険速度を算出して、軸受特性（剛性、
減衰）を求め、回転体の回転数、偏心量及び軸受形状か
ら数値分析により求めた軸受特性と比較して軸受の形状
及び粘性の低下の異常を推定し、回転体に異常若しくは
異常の徴候が発生したとの原因を定量的に分析評価して
高精度に回転体を診断するようにした回転体診断装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、軸受に回転体
を支承し、この回転体の外周に複数の軸変位センサ、回
転パルス計及び軸受温度計を付設し、前記各軸変位セン
サに各変位変換器を接続し、この各変位変換器に前記各
軸変位センサにより検出された軸変位信号及び前記回転
パルス計のパルス検出信号により前記回転体の振動ベク
トルを分析する次数分析装置を接続し、この次数分析装
置に振動ベクトルから前記回転体の危険速度を分析する
危険速度分析装置を接続し、この危険速度分析装置に危
険速度及び前記軸変位信号に基く振動応答解析に対応し
て測定軸受特性を分析する軸受特性分析装置を接続し、
前記各変位変換器の変位信号に基き前記軸受の偏心量を
分析する回転中心分析装置を接続し、この回転中心分析
装置に軸受形状データを備えた軸受特性解析装置を接続
し、この軸受特性解析装置及び前記軸受特性分析装置に
その両者の各特性を比較する軸受特性比較器を接続し、
この軸受特性比較器に特性を表示する表示装置を接続し
たものである。

【０００７】

【作用】本発明は、回転体の回転数を変化させて、回転
体の軸変位信号とパルス検出信号から次数分析装置によ
り回転体の振動ベクトルを分析し、この振動ベクトルか
ら危険速度分析装置で次数分析装置から得た高い回転次
数の複数の振動ベクトルから各回転数の危険速度を算出
して軸受特性を求め、回転体に異常若しくは異常の徴候
が発生したとき、この原因を定量的に分析評価し、この
危険速度と軸変位信号に基き軸受特性分析装置で振動応
答解析を行い、振動データに基く軸受特性を算出し、他
方、軸変位信号から回転中心分析装置により軸受の偏心
量を算出し、この偏心量及びパルス検出信号による回転
数及び軸受温度に基く軸受形状データを備えた軸受特性
解析装置により軸受特性を算出し、振動データに基く軸
受特性と解析的に得られた軸受特性を軸受特性比較器に
より軸受に発生した異常を推定し、この結果を表示装置
に表示すると共に、高精度の診断をするものである。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を図示のー実施例について説明
する。

【０００９】図１及び図２において、符号１は、例えば
、回転電機や回転ポンプ等に使用される回転体であって
、この回転体１の各回転軸１ａは各軸受２に回転自在に
支承されており、この回転体１及び回転軸１ａの外周に
は、複数の軸変位センサ３ａ、３ｂ、３ｃが軸変位を検
出するようにして静止部材に付設されている。又、上記
各軸受２には、回転パルス計４及び軸受温度計５が付設
されており、この回転パルス計４は上記回転軸１ａに刻
設されたマーク等を計数して回転数を検出するようにな
っている。さらに、上記回転パルス計４は次数分析装置
６及び軸受特性解析装置７にパルス変換器８を介して接
続されており、上記軸受温度計５は上記軸受特性解析装
置７に温度変換器９を介して接続されている。さらに又
、上記軸受特性解析装置７には、軸受形状データ１０が
接続されており、この軸受形状データ１０は予め予測さ
れる運転条件と軸受形状のデータを入力しており、上記
軸受特性解析装置７は上記軸受形状データ１０に保存さ
れている軸受特性データを検索し得るようになっている
。

【００１０】なお、上記軸受特性解析装置７による解析
の結果は、予め、正常な状態に対して充分合致すること
を確認しておく必要がある。又、解析若しくは検索に用
いる運転条件としては、上記回転軸１ａの偏心量、回転
数及び軸受温度がある。さらに、上記回転軸１ａの偏心
量は、後述する回転中心分析装置１１により上記各軸変
位センサ３ａ、３ｂ、３ｃからの軸変位信号を平均的に
処理することにより算出される。

【００１１】一方、上記各軸変位センサ３ａ、３ｂ、３
ｃには、上記次数分析装置６と回転中心分析装置１１が
各変位変換器１２ａ、１２ｂ、１２ｃを介して接続され
ており、上記次数分析装置６は、軸変位信号と回転パル
ス信号から軸変位振動に含まれる任意次数の振動ベクト
ルを分析する装置であり、これは周波数分析若しくはベ
クトルフィルタ等を用いる。

【００１２】なお、ここで任意次数とは、回転数に同期
する回転同期周波数を一次（１Ｎ）として、回転同期周
波数の整数倍の周波数のことである。つまり、例えば、
Ｘ次とは、回転同期周波数のＸ倍の周波数を示す。

【００１３】従って、任意次数Ｘ（ＸＮ）の振動ベクト
ルＶｘは、振動成分の振幅Ａｘと、回転パルス信号との
位相差θｘからなるベクトル量である。

【００１４】これを式で表すと、 振動ベクトルＶｘ＝（Ａｘ・θｘ） である。

【００１５】一般に、上記回転体１は、起動、停止又は
回転数制御時に回転数が変化すると、回転体１の持つ危
険速度等の振動特性に応じて振動ベクトルが変化する。

【００１６】従って、ある次数が回転体の危険速度を通
過すると、その振動ベクトルは、図３に示されるような
軌跡を描く。このため、回転数変化に対して次数が危険
速度を通過する振動ベクトルを分析することにより、回
転体１の危険速度を推定することができる。

【００１７】他方、上記次数分析装置６には、危険速度
分析装置１３が振動ベクトルから上記回転体１の危険速
度を分析するように接続されている。つまり、上記危険
速度分析装置１３は、対象とする回転板１の危険速度を
推定する装置であり、回転体１が最高回転数Ｒ（ｒｐｍ
）まで回転するとき、１Ｎの振動ベクトルでＲ／６０（
Ｈｚ）の周波数帯域までに存在する危険速度を推定でき
るように構成されている。

【００１８】なお、通常、上記回転体１の危険速度は、
回転同期周波数よりも高くなっており、図２の回転体の
周波数と回転次数とのグラフに示されるように、１Ｎ又
は２Ｎ等の次数の低い振動ベクトルでは危険速度を通過
しないために、危険速度を推定することは困難である。

【００１９】そこで、上記次数分析装置６では、危険速
度を通過する高次の振動ベクトルを得ることにより、回
転板１の危険速度を推定することができるし、より高い
周波数の危険速度も推定することができるように設けら
れている。

【００２０】従って、図２の回転体の周波数と回転次数
とのグラフに示されるように、例えば、１０Ｎの振動ベ
クトルでは、１ＮのＲ／６０（Ｈｚ）に対して、１０倍
のＲ／６（Ｈｚ）までの振動特性を把握することがてき
るし、充分に危険速度を推定することができる。

【００２１】又一方、上記危険速度分析装置１３には、
軸受特性分析装置１４が接続されており、この軸受特性
分析装置１４は接続危険速度及び前記軸変位信号に基く
振動応答解析に対応して測定軸受特性を分析するように
なっている。

【００２２】即ち、上記軸受特性分析装置１４は、上記
危険速度分析装置１３により得られた回転体１の危険速
度と回転体１の振動応答を表す軸変位信号に基く振動応
答解析により軸受特性を分析評価する装置である。

【００２３】なお、振動応答解析を行う解析モデルは、
静止部材と回転体１の構造物を梁等の構造要素をモデル
化したものと、軸受２をバネ等でモデル化したものから
構成される。又、構造物は設計図からモデル化できるし
、上記軸受２は、その軸受形状、運転条件に基いて解析
を行い、これをモデル化できる。

【００２４】このように構造物はモデル化が比較的に容
易であり、危険速度を変化させる異常事象は、亀裂、腐
食等を除いて比較的に少ない。他方、上記軸受２の特性
は、解析結果に対して検証の必要があり、又、故障によ
ると特性の変化が大きい。そのため、構造物は、運用初
期に検証されたモデルを用い、軸受２の特性（軸受剛性
）をパラメータとして振動応答解析を行い、その結果と
して得られる危険速度が上記危険速度分析装置１３で得
られた危険速度と略同じになるまで解析を繰り返す。 その結果、上記軸受２の特性が測定された軸変位振動か
ら推測される。

【００２５】同時に、前記軸受特性解析装置７は、運転
条件と上記軸受形状データ１０の入力データに基いて、
上記軸受２が正常なときの特性としての各運転条件に対
して軸受特性データを検索して得られる。

【００２６】次に、前述したように前記各変位変換器１
２ａ、１２ｂ、１２ｃには、上記回転中心分析装置１１
が接続されており、この回転中心分析装置１１は各変位
変換器１２ａ、１２ｂ、１２ｃからの変位信号に基いて
前記軸受２の偏心量を分析するようになっている。又、
この回転中心分析装置１１には、軸受形状データ１０を
備えた軸受特性解析装置７が接続されており、この軸受
特性解析装置７及び前記軸受特性分析装置１４には、そ
の両者の各特性を比較する軸受特性比較器（軸受特性比
較装置とも言う）１５が接続されている。さらに、この
軸受特性比較器１５には、特性を表示する表示装置１６
が接続されており、この表示装置１６は、上記回転体１
の異常若しくは異常の徴候が発生したとき、この原因を
定量的に分析評価して高精度に診断表示するようになっ
ている。

【００２７】以下、本発明の作用について説明する。

【００２８】従って、今、本発明による被測定体として
の回転体１の回転数を変化させて、上記各軸変位センサ
３ａ、３ｂ、３ｃ及び回転パルス計４により、回転体１
の軸変位とパルスを検出し、この回転体１の軸変位信号
とパルス検出信号を次数分析装置６により回転体１の振
動ベクトルを分析する。そして、この振動ベクトルから
危険速度分析装置１３により危険速度を算出して軸受特
性を求め、回転体１の危険速度を分析評価する。

【００２９】次に、この危険速度と軸変位信号に基く軸
受特性分析装置１４により振動応答解析を行い、振動デ
ータに基く軸受特性を算出する。　　他方、各軸変位セ
ンサ３ａ、３ｂ、３ｃの軸変位信号から回転中心分析装
置１１により軸受２の偏心量を算出し、この偏心量及び
回転パルス計４のパルス検出信号による回転数及び軸受
温度に基く軸受形状データ１０を備えた軸受特性解析装
置７により軸受特性を算出し、振動データに基く軸受特
性と解析的に得られた軸受特性を軸受特性比較器１５に
より軸受２に発生した異常を推定し、この結果を表示装
置１６に表示する。

【００３０】このようにして本発明は、回転体１に異常
若しくは異常の徴候が発生したとき、この原因を定量的
に分析評価して高精度に診断できる。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、軸受
に回転体を支承し、この回転体の外周に複数の軸変位セ
ンサ、回転パルス計及び軸受温度計を付設し、前記各軸
変位センサに各変位変換器を接続し、この各変位変換器
に前記各軸変位センサにより検出された軸変位信号及び
前記回転パルス計のパルス検出信号により前記回転体の
振動ベクトルを分析する次数分析装置を接続し、この次
数分析装置に振動ベクトルから前記回転体の危険速度を
分析する危険速度分析装置を接続し、この危険速度分析
装置に危険速度及び前記軸変位信号に基く振動応答解析
に対応して測定軸受特性を分析する軸受特性分析装置を
接続し、前記各変位変換器に変位信号に基く前記軸受の
偏心量を分析する回転中心分析装置を接続し、この回転
中心分析装置に軸受形状データを備えた軸受特性解析装
置を接続し、この軸受特性解析装置及び前記軸受特性分
析装置にこの両者の各特性を比較する軸受特性比較器を
接続し、この軸受特性比較器に特性を表示する表示装置
を接続してあるので、回転体に異常若しくは異常の徴候
が発生したとの原因を定量的に分析評価して高精度に診
断できるばかりでなく、軸受側の異常と回転体側の異常
の判断を有効適切に診断できる等の優れ効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回転体診断装置のブロック線図。

【図２】本発明の回転体の周波数と回転次数との関係を
示すグラフ。

【図３】本発明の回転体の危険速度を通過するとき作用
を説明するための図。

【符号の説明】

１　　回転体 ２　　軸受 ３ａ、３ｂ、３ｃ　　軸変位センサ ４　　回転パルス計 ５　　軸受温度計 ６　　次数分析装置 ７　　軸受特性解析装置 １０　　軸受形状データ １１　　回転中心分析装置 １２ａ、１２ｂ、１２ｃ　　変位変換器１３　　危険速
度分析装置 １４　　軸受特性分析装置 １５　　軸受特性比較器 １６　　表示装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸受に支承された回転体と、この回転体の
   外周に付設された複数の軸変位センサ、回転パルス計及
   び軸受温度計と、前記各軸変位センサに接続された各変
   位変換器と、この各変位変換器に接続され前記各軸変位
   センサにより検出された軸変位信号及び前記回転パルス
   計のパルス検出信号により前記回転体の振動ベクトルを
   分析する次数分析装置と、この次数分析装置に接続され
   振動ベクトルから前記回転体の危険速度を分析する危険
   速度分析装置と、この危険速度分析装置に接続され危険
   速度及び前記軸変位信号に基き振動応答解析に対応して
   測定軸受特性を分析する軸受特性分析装置と、前記各変
   位変換器に接続され変位信号に基き前記軸受の偏心量を
   分析する回転中心分析装置と、この回転中心分析装置に
   接続され軸受形状データを備えた軸受特性解析装置と、
   この軸受特性解析装置及び前記軸受特性分析装置に接続
   されこの両者の各特性を比較する軸受特性比較器と、こ
   の軸受特性比較器に接続され特性を表示する表示装置と
   を具備したことを特徴とする回転体診断装置。