WO1981002785A1 - Monitoring device for a rotary machine - Google Patents

Description

明 細

発明の名称

回転機用診断器

技術分野

本発明は、 回転機械の回転源その も の、 或いは回転 力を伝達する伝達系等の異常の有無を診断する装置、 と く に回転機械が設置された現場に持ち込んで回転機 械の振動のス ぺ ク ト ル分析を行ない、 その場で直接に 当該回転機械の異常の有無を診断し う る よ.う に した移 動可能 ¾回転機用診断器に関する も のであ る。 冃 示 仅術

従前か ら設備の保全作業を効果的に進めてい く 上で 予知保全設備診断技術の有効性が認め られ、 現場の保 全作業に導入されて実効をあげつつあ る。

通常、 これらの設備のなかで多数を 占める回転機械， 往復動機械る どは、 その振動を検知 し、 オー バオー ル 振幅が通常時の値'に比べ異常に大き く った場合、 何 らかの異常が発生している こ とが判定でき る す わ ち振動振幅の才 オー ル値の大小に よ U異常の有無 を知る こ と ができ る。

さ らに、 回転機械類では検出 した振動を周波数ス へ

O PI

/,.. WIPO ク ト ル分析 し各 々 の周波数ス べ ク ト ル振幅を算出する こ と に よ 被診断対象の異常個所お よび異常原因を具 体的に判定でき る こ とが よ く 知 られてお 、 現実に実 行さ れている。

と ころ で、 従来、 この種の回転機械の異常診断は、 現場に振動記録計を持ち込んで、 診断 し よ う とする回 転機械の振動デー タ を記録 した う えでそのデータ を持 帰 ]? 、 これを大型のス ペ ク ト ル分析装置に よ υ 分析す る方法が採用されていたため、 リ ア ル タ イ ム での分析 が行えず、 き わめて不便であった

^のため、 デ ィ ジ タ ル式の高速フ ー リ エ変換器 （

Fas t Four i er Trans fo rm 以下、 単に F F T と略称す る。 ） 方式の周波数ス ペ ク ト ル分析器を組み込む こ と に よ ]? 、 現場に持ち込んで リ ア ル タ イ ム で回転機械の 異常の有無を診断 し う る よ う に した診断器が一般に提 案さ れている。

すなわち、 この種の診断器は重量 1 0 キ ロ グ ラ ム な い し 3 0 キ π グ ラ ム程度に仕上げ られて お j：) 、 保全現 場へ持ち込んで回転機側にて リ ア ルタ イ ム に周波数分 析をお こ な わせ、 被診断対象の回転数を基本周波数 と する特定周波数に有意の振幅ス ぺ ク ト ル が生 じた と き

OMPI

WIFO に、 異常個所およ び異常原因別に理論的に予 じめ求め

られた発生振動数 と対比 して 、 当該回転機の異常個所

と異常原因を判定する よ う に している。

通常、 回転機における、 その異常個所お よび異常現

象 とその場合の発生振動数は、 よ く 知 られている よ う

に、 理論的に求め る こ とができ 、 その関係は第 1 図に

示す通 ]? である。

と ころ で、 この種の F F T 方式の周波数ス ペ ク ト ル 分析器を組込んだ異常診断器は、 前述の如 く 、 現場に

持込んで リ ア ルタ イ ム で異常の有無を診断でき る利点

があるが、 方式に よ る周波数ス ペ ク ト ル分布の

算出はディ ジタ ル演算の宿命か ら有限の分解能 しか有

してい ¾ い といった欠点があ る。 すなわち、 こ の分解

能は、 算出 された周波数ス ペ ク ト ル の振幅に関 しては

デー タ演算レ ジ ス タ長に よ ] 5 定ま る。 例えば レ ジ ス タ 長が 8 ビ ッ ト であれば フ ル ス ケ ー ル入力の 1 / 2 5 6

と j? 、 レ ジ ス タ長が 1 0 ビ ッ ト であれば 1 / 1024

の分解能を有する 一 タ が得られる。

—方、 F F T演算をおこなって周波数ス ペ ク ト ルを

算出する場合、 周波数の分解能 も 有限の値を と る。 周

波数の分解能は F F T演算で公知の如 く サ ン プ リ ン グ

Ο ΡΙ

。, ノ 時間 （ アナ _n グディ ジタ ル変換間隔 ） と入力デー タ数 によ 定ま る。

すなわち、 今仮 にサ ン プ リ ン グ時間間隔を t と し， 入力デー タ数を N = 2 ^m 個 とする と 、 分析周波数の最 大値 ί M は、

f Μ = 1 / 2 t

とな ]? 、 分析周波数の分解能 4 は、

Δ f = 2 f M / N = 2 f M X 2 ^m

と なる。

すな わち、 周波数ス ペ ク ト ルは、 / f おき に ί _Μ ま で分析結果が出て く る。 したがって 、 周波数スぺク ト ル個数は Ν Ζ 2 個である。

こ こ で検出 した振動値入力が η Δ f ( n は整数 n = 0 、 1 、 2 、 〜 、 — 1 ) で表わ される周波数以外の 周波数 i _m を持つ時系列関数、 す わち、 f (t) = A s in 2 f _m t である場合、 この入力を に よ 周波数ス ぺ ク ト ル分析を した結果は 1 本のす わち単 一周波数の鎳ス ぺ ク ト ル にはな らず、 各種の周波数ス ぺク.ト ル の混合 したも の と して表わさ れる。

た とえば、 入力デー タ数を 1 0 2 4 点、 サ ン ブ リ ン グ時 K間隔を 9. 7 6 5 X 1 0 _⁴ 秒 と した場合、 分析周 波数の最大値は

M 2 t = 5 2 H z

t - 2 f _M / N = l H z

と ]? 、 分析した周波数ス ペ ク ト ルは 1 H z カゝ ら 5 1 2 H z ま で 1 H z おき に表示する こ と カ でき る。

こ こ で検出 した振動値入力力;

(t) A s i n 2 f m

である場合、 m 力； 5 0. 0 H z であれば、 ス ペ ク ト ル は線ス ぺ ク ト ル とな るが mが 4 9. 7 H z 、 4 9. 8

H z 4 9. 9 H z 5 0. 1 H z 5 0. 2 H z 5

0. 6 H z な どであ る場合は線ス ペ ク ト ル と は.な ら い _c 例えば、 i _m = 4 9. 5 H z であ る場合は、 回転機の 周波数ス ペ ク ト ルは、 第 2 図に示すよ う に、 4 9 H z ,

5 0 H z を中心と してその前後の周波数にま たがって 分散 し、 ま た、 ί 5 0. 5 H z でる る場合は第 3 図 に示すよ う に、 5 0 H z 、 5 1 H z を中心 と して分散 してお J? 、 単一の調和振動では ¾ く 、 あたか も調和振 動の混合入力をス ぺ ク ト ル分析 したご と く に表示され る o

この こ と は、 分析周波数の分箅能の整数倍以外の振 動周期を も つ振動が発生 した と き には、 正確 ¾ ス ぺ ク

OMPI

. WIP0" ト ル分析ができ ない こ と を意味する。

このため、 周 波数 ス ベ タ ト ル分析方式の診断器を現 場に持ち込み、 回転機側で リ ア ル タ イ ム に回転機の異 常診断を行ったと して も 、 発生振動数が、 前述した如 く 、 分解能と しての周波数単位の整数倍でない場合に は、 振動振幅の絶対 ί直を正確に得る こ とができ ず、 し たがって、 異常個所や異常原因を正確に知る こ とがで きず、 回転機側で、 基本振動数に僅かの変動が生じた よ う な場合には、 前回ま での診断デー タ と の比較に よ る傾向管理も現場で リ ア ル タ イ ム に実行 し難 く な る と いった本質的な欠点を生ずる。

発明の開示

本発明は、 したがって 、 F F T 方式の周波数ス ぺ ク ト ル分析器を採用 した移動可能な回転機用診断器にお ける上記の本質的 欠点を解消すべ く ¾ された も ので あって 、 分析周波数の整数倍ではない周波数を有する 振動入力であって も 、 正確 ス ぺ ク ト ル振幅値を与え る こ とができ る回転機用診断器を提供する こ と を基本 的 課題と している

こ の課題を達成するため、 本発明におい ては、 回転 機械の振動を電気信号と して検出する捱動検出装置と、

O PI _ 回転機械の基準振動に対応 して通過帯域を調整する こ とができ る帯域フ ィ ル タ と 、 帯域フ ィ ル タ を通過 して き たアナ 口 グ信号を ディ ジタ ル信号に変換する アナ 口 グデ ィ ジ タ ル変換器 と 、 入力 さ れ る デ ィ ジ タ ル信号か ら周波数ス ぺ ク ト ル分布 を演算するディ ジタ ル式周波 数ス ぺ ク ト ル分析計算器 と 、 演算 した周波数ス ぺ ク ト ル の中か ら上位の振幅値を選出するス ぺ ク ト ル振幅大 小判別器と、 該ス ぺ ク ト ル搌幅大小判別器に よ i?選出 された上位の振幅値を与える各周波数の近傍において ス ぺ ク ト ル振幅分布デー タ を演算処理 して回転機の振 動入力の大き な振幅値並びにその と き の周波数を検出 する上位ス ぺ ク ト ル振幅検出装置 と 、 該上位ス ぺ ク ト ル振幅検出装置の出力を記録する記録装置 と を備えた こ と を基本的る特徵 と している。

すなわち、 本発明 においては、 ディ ジタ ル周波数ス べク ト ル分析計算器に よって演算 した周波数ス ぺ ク ト ル分布か ら、 ス ぺ ク ト ル振幅大小判別器に よ ]) 、 振幅 の大小を比較 して上位の振幅値を選出 し、 次いで上位 の振幅値の分布状態か ら 、 線ス ペ ク ト ル が得 られない 場合に も 、 最も確か ら しいス ぺ ク ト ル振幅 とその と き の周波数を上位ス ぺ ク ト ル振幅検出装置に よ ]?検出す

θ: '71

U .. る

したがって、 本発明に係る回転機用診断器に あって

， は、 ス ぺ ク ト ル分析結果が線ス ぺ ク ト ル に らな かつ た場合に も 、 演算の結果と して、 本来そ う であるべき 鎳ス べ ク ト ルを得る こ と ができ るので、 回転機の異常 個所と異常原因を正確に検出する こ とができ る。

本発明に係る上位ス ぺ ク ト ル振幅検出装置は、 基本 的には、 選出さ れた上位の振幅値について統計的処理 を施すも のである。

この処理方式については、 種々 の方式を採用する こ とカ でき る。

本発明の第 1 の実施態様に よれば、 上位ス ペ ク ト ル 振幅検出装置は 2 乗和開平演算器に よ 構成さ れ、 P F T 方式で回転機の振動のス ぺ ク ト ル分析を行い、 そ の結果得 られる周波数ス ぺ ク ト ル振幅の大小を判別 し て、 周波数ス べ ク ト ル振幅の最大値を含む上位例えば

1 0 組の振幅 ί直を選出 した う えで、 選出 した振幅直を 中心にその前後例えば 1 0 組の振幅 ί直を選んで 2 乗和 開平演算を行 う

したがって、 本発明の第 1 の実施態様に あっては、

F F Τ 方式に よ るス ぺ ク ト ル分析結果が線ス ぺ ク ト ル には ¾ ら ¾かった場合に も 、 上位のス ペ ク ト ル振幅を 与える各周波数の近傍におけるス ぺ ク ト ル振幅の 2 乗 和開平演算に よ 、 最も 確か ら しいス ペ ク ト ル振幅 と その と き の周波数を検出する こ とができ るので、 回転 機の異常個所 と異常原因を回転機が設置さ れた現場で 正確に検出する こ とができ る。

ま た、 本発明の第 2 の実施態様に よれば、 上位ス ぺ ク ト ル振幅検出装置は、 最大振幅の周波数ス ぺ ク ト ル の両側帯周波数ス ぺ ク ト ル の大小を比較 してディ ジ タ ル式周波数ス ぺ ク ト ル分析計算器に よ U 定ま る分解能 周波数の整数倍の周波数と 回転機か らの入力信号の周 波数と を一致させる最大周波数ス ぺ ク ト ル両側帯周波 数ス ペ ク ト ル .比較器等に よ ]9 構成され、 上記分解能周 波数の整数倍の周波数と回転機か らの入力信号の周波 数との一致に よ 、 ス ぺ ク ト ル分析の分解能の整数倍 の周波数上に分散 した混合ス ぺ ク ト ルを線ス ぺ ク ト ル にする。

したがって、 本発明の第 2 の実施態様にあっては、 周波数ス ぺ ク ト ル分析の分解周波数の整数倍で い振 動がディ ジ タ ル式周波数ス ぺ ク ト ル分析計算器に入力 されて も 、 ス ぺ ク ト ル分布の線ス ぺ ク ト ル化が行われ，

C'MPI · 線ス ぺ ク ト ル化が行われたス ぺ ク ト ル振幅 とその周波 数と か ら 、 回転機の振動の正確 ¾ ス ぺ ク ト ル振幅 とそ の周波数を、 直接、 読み取る こ とができ 、 回転機の異 常個所と異常原因を、 回転機が設置された現場でも正 確に検出する こ とができ る。

さ らに、 本発明の第 3 の実施態様に よれば、 診断対 象たる回転機の正常時のス べ ク ト ル分析結果を予 じめ 記憶させたメ モ リ の基準周波数ス ぺ ク ト ル と 対照 して 差ス ぺ ク ト ルを作成 し、 こ の差ス ぺ ク ト ル の振幅が基 準周波数ス ぺ ク ト ル に よ D 定ま る一定の基準直を越え た場合のみ、 こ の差ス ぺク ト ル の ¾か力ゝ ら、 例えば上 位 1 0 組を選んでこれ ら 1. 0 組の振幅を大小順に並べ て出力する よ う にする。 これ ら、 1 0 組の各振蝠は、 次回のス ぺ ク ト ル分析に よ っ て得 られる差ス ぺ ク ト ル と、 前回の差ス ぺ ク ト ル の各振幅の相加平均の結果と して得 られる平均振幅 と比較し、 各平均振幅が前回の 振幅に等 しいかそれ以上であれば、 当該周波数に該当 する異常原因が有る も の と して 、 周波数ス ぺ ク ト ル分 析値お よび基準周波数ス ぺ ク ト ル と の差ス ぺ ク ト ル の るかか ら上位 1 0 組を ブ リ ン ト ァゥ ト する。

したがって、 本発明の第 3 の実 ¾態様にあっては、

'· O PI一 . Ι ~~ 回転機器の正常時のス ぺ ク ト ル分析結果と基準周波数 ス ぺ ク ト ル と の差ス べ ク ト ル が一定の基準値を越えた と き に、 これ ら差ス ぺ ク ト ル の上位の差ス べ ク ト ルを 与える各周波数の近傍における差ス べ ク ト ル の相加平 均値が前回に求めた差ス ぺ ク ト ル の相加平均値に等 し いかそれ以上の と き は、 上位の差ス ぺ ク ト ルを与える 各周波数とそ の ス ぺ ク ト ル振幅がプ リ ン ト ァ ゥ ト され るので、 回転機の異常個所 と異常原因を回転機が設置 された現場で正確に検出する こ とができ る 以下、 本発明を図面に示す実施例について詳細に説 明する。 図面の簡単な説明 第 1 図は回転機の異常現象 と発生振動数と の関係を 示す _Λ表、 第 2 図は回転機の振動周波数が 4 9. 5 Η ζ の と き のス ぺ ク ト ル分析結杲をデ ィ ジ タ ル プ リ ン タ に よ

]? 印字させた _Λ表、 第 3 図は回転機の振動周波数が 5 0.

5 H z の と き のス ペ ク ト ル分析結果をデ ィ ジ タ ルプ リ ン タ に よ 印字させた _λ表、 第 4 図は本発明に係る回転

Λ

機用診断器の基本的な構成を示すブ ロ ッ ク鐃図、 第 5 図は本発明に係る回転機用診断器の第 1 実施例の ブ ロ ック鎳図、 第 6 図は振動値入力の振動周波数近傍の 1 0

O PI

y,— v τρη 個の周波数ス ぺ ク ト ル の 2 乗 · 加算 ， 開平の結果を示 す,表、 第 7 図は本発明に係る回転機用診断器の第 2 実 施例のブ p ッ ク線図、 第 8 図は本発明に係る回転機用 診断器の第 3 実施例のブ nr ッ ク線図である。

5 発明を実施するための最良の形態

本発明の基本構成を第 4 図に示す。 第 4 図において、 1 は診断対象たる回転機器に装着 して 、 回転機器の振 動を電気信号と して取！） 出す公知の動電型、 或いは圧 電型の振動検出装置、 2 は高周波遮断 フ ィ ル タ 2 a と

10 低周波遮断フ ィ ル タ 2 b と を組み合せて な る帯域フ ィ ル タ 、 3 は帯域フ ィ ル タ 2 を通過 して き たア ナ ロ グ信 号をディ ジ タ ル信号に変換する ア ナ 口 グディ ジ タ ル変 換器 （ 以下、 単に A Z D変換器とい う 。 ） 、 4 は A / D変換器 3 か らのディ ジ タ ル信号を受けて、 回転機器 i s の振動の周波数ス ぺ ク ト ル分析を行る う ディ ジ タ ル式 周波数ス ペ ク ト ル分析計算接、 よ 具体的には i¹ F T をい う 。 5 は F F T 4 に よって計算さ れた各周波数ご との振動振幅の大小を比較 して 、 大き い振幅値か ら順 に並べるス ペ ク ト ル振幅大小判別器、 6 はス ペ ク ト ル

20 振幅大小判別器 5 に よって遺ばれた上位の振幅値に関 して、 以下に述べる如 く 、 これ らの提幅値に関連する

OMPI

/ ，。 振幅データ を用いて、 最も 確か ら しい振幅値及びその と き の周波数を演算の結果と して求め る上位ス ぺ ク ト ノレ振幅検出装置、 7 は上位ス ペ ク ト ル振幅検出装置 6 に よ D検出結果を表示 も し く はプ リ ン ト ァ ゥ ト する記 録装置であ る。

上記帯域フ ィ ル タ 2 の遮断帯域は、 回転機器の診断 対象機種に応 じて 、 適宜、 適当 ¾帯域 フ ィ ル タ に置き 換えればよ いが、 回転機器の回転振動数 ί 。 が、 例え ぱ 5 0 Η ζ である場合、 上記帯域 フ ィ ル タ 2 は、 その 高周波域遮断フ ィ ル タ 2 a の遮断帯域を 2 Κ Η ζ い し 5 K H z 、 低周波域遮断フ ィ ル タ 2 b の遮断帯域を 0. 1 H z るい し 1 0 H Z と する こ とが好ま しい。

上記の上位ス ペ ク ト ル振幅検出装置 6 は、 よ 具体 的には、 次の第 1 実施例か ら第 3 実施例におい て夫 々 説明する構成と する こ とができ る。

〔 第 1 実施例 〕

第 5 図において、 ' 1 5 は T 4 に よって得 られる ス ベ タ ト ル振幅の大小を判別 し、 大き い fiか ら順に例 えば 1 0 組の振幅値を選出するスぺク ト ル振幅大小判 別器、 1 6 は該ス ペ ク ト ル振幅大小判別器 1 5 に よつ

〔得られた最大振幅値を与える周波数 f 。 を中心に し て、 分解周波数 ( 例えば、 1 H z ) の間隔をおい て ± n zi f ( n は少 く と も 3 以上の正の整数 ） の範囲 における振幅値か ら最も 確か ら しい最大振幅値 F を演 算する 2 乗和開平演算器、 1 7 は上記ス ペ ク ト ル振幅 大小判別器 1 5 お よび 2 乗和開平演算器 1 6 の演算結 果を必要に応 じて ブ リ ン ト ァ ゥ ト するデ ィ ジ タ ルプ リ ン タ 、 1 8 は以上の各装置を制御する制御回路である 本実施例においては、 F F T 4 で分析したスぺク ト ルデー タ は、 次の （ j ) 力 ら の よ う に演算処理さ れ る

先ず、 F F T 4 で得られたス ペ ク ト ル振幅の 大小をス ぺ ク ト ル振幅大小判別器 1 5 に よって判別し, ス ぺ ク ト ル振幅の大き い も のカゝ ら順に、 例えば 1 0 組 の振動値を選出する

上記ス ぺ ク ト ル振幅大小判別器 1 5 に よ って 得 られた最大振幅値を与える周波数 f o が、 第 3 図に 示すよ う に例えば ί ο = 5 0 H で、 ； F F T 4 の分解 周波数 力 s i H z であ る場合、 f 。 = 5 0 H z 中 心 と して、 分解周波数 / f = 1 H z の間陽をおいて、

4 5 H z 4 6 H z 4 9 H z 5 H z 、 5 2

H z 5 4 H z における夫々 の振幅！： A】 A

O PI VIPO A ₁₀ 力ゝ ら、 2 乗和開平演算器 1 6 に よ ]?

を演算し、 最 も 確か ら しい最大の振幅値 F を算出する _c この場合、 実験結果お よび理論式の確認に よ る と 、 第 6 図に示す表の ごと く 、 振動値入力の振動周波数が 分解周波数の整数倍に一致していない と き に も 、 その 近傍の 1 0 個の周波数ス ぺ ク ト ル の 2 乗 · 加算 . 関平 を実行する こ と に よ ] 9 、 約 9 8 パー セ ン ト 以上の近似 量で被診断対象回転機の振動周波数ス ぺ ク ト ル振幅が 得られる。

ただ し、 第 6 図の表において、 分解周波数は 1 H z であ 、 出力値は 1. 0 0 の と き に線ス ぺ ク ト ル であ る こ と を示す

これ らの処理に よ 、 被診断対象回転機の回転数力 ら定ま る振動周波数と F T 分解能周波数の整数倍が —致しな い場合、 当該回転機の振動ス ペ ク ト ル の最も 確か ら しい最大の振幅値 F を得る

上記の よ う に して 、 回転機が発生する振動の 最大周波数ス ぺ ク ト ル の最も 確か ら しい振幅 ί直 F を演 算 した後、 この演算に使った 1 0 組の周波数スぺク ト

OMPI

. WIPO ル を除いて、 残 の周波数ス ぺ ク ト ル の中カゝ ら最 も大 き な振幅を有する周波数ス ぺ ク ト ル の周波数をス ぺ ク ト ル振幅大小判別器 1 5 で選び出す

次に、 上記の （ii ) と 同様に して、 選ばれた周 波数を含む相隣る 1 0 組の周波数ス ぺ ク ト ル振幅を、 第 1 式 と同様の演算に よ 、 2 乗和開平する。

この よ う に して求め られた振幅は、 回転機械が発生 した振動の周波数ス ぺ ク ト ル の中で第 2 番 目 に大き な 周波数ス ぺ ク ト ル振幅を正確な線ス ぺ ク ト ル の振幅 と して算出 したこ と になる。

.さ らに、 上記演算に使った 1 0 組の周波数ス ベ ク ト ルを除いて （ 合計 2 0 組を除 く ） 、 残 ]? の周波 数ス ぺ ク ト ル の中か ら （Π ) の方法に よ ！） 演算する と、 第 3 番目 に大き ¾周波数ス ぺ ク ト ル の振幅暄が得 られ る

以上の （ i ) か ら （V) の順序動作は、 制御回路 1 8 の なかに組み込ま れたシ ー ケ ン ス メ モ リ に よ 指示実行 され、 回転機の異常の診断に役立つ周波数ス ぺ ク ト ル の振幅値が得 られる。

被診断対象回転機の予知保全設傭診断を有効に進め てい く ためには、 定期点検、 定期診断を継続 して実行 4 し、 その傾向管理を適切に行 う こ と に よ ]9 実効があが るわけであ るが、 本実施例の場合、 被診断対象回転機 の回転数がわずかに変化 して分析した周波数ス ぺ ク ト ル の分布が変化 して も 、 信頼でき るス ペ ク ト ル振幅値 が確実に得 られるため、 検定者の簡単な判断に基づき、 現場で リ ア ル タ ィ ム に回転機器の診断が行える。

お、 上記の （Π ) の演算処理において、 回転機械が 発生する振動の周波数ス ぺ ク ト ル の かで最大の も の の周波数がア ナ D グデ ィ ジ タ ル変換器 3 お よ び ！¹ F T

で定ま る分解能周波数の整数倍 と一致する場合は、 P F T 4 で周波数ス ぺ.ク ト ルを算出 した時点ですでに 線ス ペ ク ト ル の状態に処理されてお ]) 、 その周波数を 含む相隣る 1 0 組の周波数ス ぺ ク ト ノレを 2 乗開平 して も相隣る周波数ス ぺ ク ト ル の振幅値はほぼ零であ ]? 、 結局、 こ の よ う ¾場合 も 、 正確な振幅の線ス ぺ ク ト ル を算出する こ とができ る。

上記の事情は、 演算処理 （iv) お よび （V ) の場合につ いて も 同様であ る。

.〔 第 2 実旌例 〕 - 本発明の第 2 実施例のブ π ッ ク線図を第 7 図に示す _c 第 7 図に いて、 2 5 は F F T 4 に よ ]? 演算 した周

OMH

ん- Υ, ΡΟ 波数ス ぺ ク ト ル分布に基づいて周波数ス ぺ ク ト ル振幅 を判別する周波数ス ペ ク ト ル振幅大小判別器、 2 6 は F F T 4 に よ D 定ま る分解能周波数の整数倍の周波数 と振動検出装置 1 か ら出力する振動数 と を一致させる 5 最大周波数ス ぺ ク ト ル両側帯周波数ス ぺ ク ト ル比較器、 2 7 は最大周波数ス ぺ ク ト ル両側帯周波数ス ぺ ク ト ル 比較器 2 6 に よ ]? A / D変換器 3 の サ ン プ リ ン グ時間 間隔を変化させる サ ン プ リ ン グ時間間隔可変発振器、 2 8 は該サ ン プ リ ン グ時間間隔可変発振器 2 7 が定め

1 0 るサ ン プ リ ン グ時間間隔か ら分解能周波数を演算 る

分解能周波数演算器、 2 9 は以上の も のを制御する制 御回路であ る。 一

本実施例においては、 F F T 4 に よ ]? 演算 した回転 機の振動の周波数ス ベ タ ト ル分布を、 周波数ス ぺ ク ト i s ル振幅大小判別器 2 5 に よ j？ 、 周波数ス ぺ ク ト ル の振

幅の大き い順に並べて周波数ス ぺ ク ト ル振幅の最も 大 き い も のを抽出 し、 こ の ス べ ク ト ルを示す周波数を中 心とする前後 1 組の周波数ス べ ク ト ルを'指定する。

上記の よ う に して指定された二つの周波数ス ぺ ク ト

20 ルは 、 最大周波数ス ぺ ク ト ル両側帯周波数ス べ ク ト ル

比較器 2 6 で、 その振幅の大小を比較 し、 以下の （i )

O PI 0 か ら （vi) の処理を行 う 。

( i ) ま ず、 周波数ス ぺ ク ト ル振幅の最 も 大き い も の と、 こ の周波数の前後 1 組の周波数ス ペ ク ト ル振幅， すなわち、 両側帯周波数ス ぺ ク ト ル の振幅 と を比較 し， 両側帯周波数ス ぺ ク ト ル の振幅が周波数ス ぺ ク ト ル振 幅の最大値に比べ、 どち らか一つでも 予め定め られて いる比率 （ 例えば 1 0 0 ： 2 ) 以上であれば、 上記両 側帯周波数ス ぺ ク ト ル の振幅間の振幅の大小を比較す る

例えば、 第 2 図について説明すれば、 最大のス ぺ ク ト ル振幅は 4 9 H z に現われてお 、 したがって側帯 周波数は 4 8 H z と 5 0 H z であ j? 、 これ らの側帯周 波数ス ぺ ク ト ル振幅の最大ス ぺ ク ト ル振幅に対する比 率は、 いずれも 上記設定比率 よ ！） 大き いの で 、 次に、

4 8 H z の ス ぺ ク ト ル振幅 と 5 0 H z の ス ぺ ク ト ル振 幅 と の大小を比較する。

(Π) 上記の比較の結果、 両側帝周波数ス ぺ ク ト ル の振幅の う ち、 高い局波数側の振幅が大き ければ、 サ ンプ リ ン グ時間間隔を長 く し、 逆に低い周波数側の振 幅が大き ければ、 サ ン プ リ ン グ時間間隔を短 く してい

OMPI_ こ の よ う に して、 サ ン プ リ ン グ時間間隔を増 減 して再度周波数ス べ ク ト ルを算出 し、 最大周波数ス ベク ト ル振幅の周波数 f t お よびその両側帯周波数 f 士 の振幅を算出 して、 これ らの関係を 〔i ) で述べ た前記の条件で比較する

この結果、 上記の両側帯周波数 士 f の ス ペ ク ト ルの捱幅が周波数 の振幅 と比較 し、 一定 比率 （ 例えば 1 0 0 ： 2 ) 以下であれば、 分解能周波 数演算器 2 8 はサ ン プ リ ン グ時間間隔可変発振器 2 7 が出力 してい るサ ン プ リ ン グ間隔を演算 して分解能周 波数を演算 し、 デ ィ ジ タ ル プ リ ン タ 1 7 はその と き の 周波数ス ぺ ク ト ル振幅の最も大き る周波数お よび振幅 を予め定めたフ ォ ーマ ツ ト でプ リ ン ト 了 ゥ ト する

方、 両側帯周波数 士 4 ス ぺ ク ト ル の 振幅 と周波数 の振幅 と を比較 し、 一定比率以上で あれば再度上記の操作が制御回路 2 9 の指令に よ ]) 自 動的に行われ、 上記の周波数ス ぺ ク ト ル振幅お よ び周 波数が検出 されて上記フ ォ ーマ ツ ト でプ リ ン ト 了 ゥ ト される

お、 両側帯周波数 （ 土 ί ) の振幅が周波数 の振幅に較べ、 あ らか じめ定め られた比以下に ¾

Ο\ΐΡΙ らない場合でも 、 一定回数前述の演算をおこな わせた 後、 演算を終了させる機能を制御回路 2 9 に持たせて いる

これ ら一連の演算処理動作終了後、 周波数ス

5 べク ト ル の振幅の第 2 番 目 に大き い値 （ これ らは回転 機診断では通常、 回転機基本振動数の第 2 次高調波又 は第 3 次高調波である こ と が多い ） について前述の一 違の演算処理をお こ なわせる制御機能を制御回路 2 9 に持たせてお ]) 、 回転機基本振動数の第 2 次高調波お 10 よび第 3 次高調波について も 、 上記 と同様に して、 そ の振幅お よび周波数がディ ジ タ ルプ リ ン タ 1 7 でブ リ ン ト ア ウ ト される。

上記の よ う にすれば、 被診断対象回転機の回転数が わずかに変化 して分析 した周波数ス ぺ ク ト ル の分布が i s 変化 して も 、 ス ぺ ク ト ル分布の線ス ぺ ク ト ル ^:に よ ?， 信賴でき る スぺク ト ル振幅値を確実に得る こ と ができ る

〔 第 3 実施例 〕

本発明の第 3 実施例のブ p ッ ク線図を第 8 図に示す _c

20 上記第 8 図におい て、 3 7 は上記回転機器の正常時 に ける周波数ス ぺ ク ト ルを予 じめ記憶させた基準周 波数ス ペ ク ト ル記憶 メ モ リ 、 3 8 は第 1 回 目 、 第 2 回 目 とい う よ う に、 4 に よって計算される周波数 ス ぺ ク ト ル の相加平均を演算する相加平均算出器 （ 但 し、 第 1 回 目 の場合には入力値そのま ま であ る。 ） 、

3 9 は上記 F F T 4 に よ 算出され、 相加平均算出器

3 8 を介して入力される回転機器の振動の周波数ス へ ク ト ル と 、 上記基準周波数ス ぺ ク ト ル記憶メ モ リ 3 7 に記憶された基準周波数ス ペ ク ト ル と を、 周波数ご と にマ ッ チ ン グさせて両者の振幅の大小を比較 し、 前者

1 0 の振幅 A ( k ) , A ( k 2 ) , … ， A ( k p ：) が後者 - の基準振幅 As ( k ！ ) , As ( k 2 ) ， … ， As ( k p ) よ J?大き く 、 かつ基準振幅に対 し予め定めた限界値 を越えている場合これを差ス ぺ ク ト ル と して出力する 比較器、 4 0 は比較器 3 9 か ら入力される各周波数 k i s ごと の振幅の差信号 i A ( k i ) , A ( k 2 ) ,

( k 3 ) ， … ， ( k p ) の大小を比較 し、 これ ら 差信号の う ち上位 n組、 例えば 1 0 組の差信号を大き い順に順位判定 して、 判定に係る差信号を順次に出力 する大小順位判定器、 4 1 は大小順位判定器 4 0 の出 20 力 と比較器 3 9 の出力 とか ら異常の有無を判定 し、 そ の判定結杲を出力表示する異常判定回路、 4 2 は A/D 変換器 3 以降の各回路の各動作 タ イ ミ ン グを制御する 装置の制御回路である。

上記の比較器 3 9 は、 F F T 4 に よって算出 された

周 波数 k i ， k 2 ， … ， k i ， ' -' ， k p ご との振幅 A

( k ₁ ) , - , A ( k J ：) ， … ， A ( k p ) と 、 基準

振幅 As ( k i ) ， … ， As ( k i ) , … As ( k p ) との差振幅 A ( k i ) ( - A ( k ! ) — As ( k )

… ， i A ( k i ) ( = A ( k _i ) - As ( k _i ) 〕 ， ·'·

^ A ( k _p ) ( = A ( k p ) - As ( k _p ) ) を算出

し、 差振幅 / / A ( k i ) と基準振幅 As ( k i ) の比

r ( k i ) ■( = A C k i ) As ( k ; ) が、 予 じめ

定めた限界 ¾ Ci ( k i ) よ 大き いか否かを判定する。

こ の限界暄 び （ k i ) は、 検出 し ょ う とする周波数 k i ご と に設定する こ と に よ って、 異常原因別に よ ]5 正確

判断が行 ¾える よ う に して も よ いが、 場合に よ って は一律に設定する こ と も でき る。

こ の限界値 ff ( k i ) は、 回転檨器の機種 ， 検出精

度 ， 異常原因等に よって適当 に設定すれば よ く 、 例え

ば、 α ( k ,· ) を 2 0 の範 で設定する こ とがで き る

ま た、 上記異常判定回路 4 1 は、 以下の処理を行

OMPI _ ' - _¾ (i ) 大小順位判定器 4 o に よ 大き い順番に並べ ら れた、 例えば、 1 0 組の差ス ペ ク ト ル の振幅を ブ リ ン ト 了 ゥ ト する。 この場合の プ リ ン ト 内容は、 当該周波 数とその振幅値である。

お、 大小基準判定器 4 0 は、 基準の範通を越える 差ス ぺ ク ト ル の振幅が少 く と も 1 つあれば、 異常判 定回路 4 1 はこれをプ リ ン ト ァ ゥ ト する。

(ii) ま た、 大小基準判定器 4 0 に よって基準の範囲 を越える差ス ぺ ク ト ル の振幅が全 く 検出され ¾かった と き には、 異常判定回 路 4 1 は異常無、 即ち正常であ る旨をブ リ ン ト 了 ゥ ト する。

(iii) 上記（i )の場合には、 異常判定回路 4 1 は、 制御 回路 4 2 に指令信号を出力 し、 プ リ ン ト 了 ゥ ト した差 ス ぺ ク ト ル の振幅に対応 した周波数を指定 し て、 次回 の読込み演算を指令する。 こ の指令信号に応 じて、 F F T 4 は、 回転機器の振動を再び読込んでス ぺ ク ト ル 分析を行な い、 相加平均算出器 3 8 において 、 指定さ れた周波数について、 前回の振幅 と今回の振幅 と の相 加平均を算出 した う えで、 相加平均 した振幅 と 、 基準 周波数ス ぺ ク ト ル の対応する振幅 とを比較器 3 9 にお

ΟΜΡΙ いて比較 し、 その振幅差を大小順位判定器 4 0 におい て、 前回の対応する振幅差と比較する。 異常判定回路 4 1 は、 今回の振幅差が前回の振幅差に等 しいかそれ 以上の と き は、 当該振幅異常が偶然の も の で ¾ い と判 定 して 、 当該周波数に振幅異常有を プ リ ン ト 了 ゥ ト す

Ό o

一方、 今回の振幅差が前回の振幅差 よ 小さ い と き には、 上記相加平均操作を少る く と も 1 回以上さ らに 続けて 、 減少傾向が続けば第 1 回 目 の振動検出時に偶 発的に回転機器の異常に関知 し い突発的な振動分が 検出されただけである とみな して診靳対象を異常 ¾ し と判定 し、 その判定内容を プ リ ン ト ァ ゥ ト する。

そして、 異常判定回路 4 1 に よ 1? 、 異常有 と判定さ れた場合には、 算出 した差ス ぺ ク ト ル並びに当該周波 数ス べク ト ルの絶対値も プ リ ン ト ア ウ ト する の で プ リ ン ト 了 ゥ ト された周波数か ら、 例えば、 第 1 図の表に 従って、 いか ¾ る原因に よ る異常かを素早 く 判断する こ とができ る

以上添付図に従い本発明の実施例を説明 したが、 当 業者が容易に考え付 く 部分的 変化や変形例は、 本発 明の範囲に含ま れる こ と は言 う ま でも ない。

Ο ?:

Claims

求 の

1. 回転機械の振動を電気信号と して検出する振動検 出装置 と 、 回転機械の基準振動に対応 して通過帯域を 調整する こ と ができ る帯域フ ィ ル タ と 、 帯域フ ィ ル タ

₅ を通過 して き たアナ 口 グ信号をディ ジタ ル信号に変換

するアナ ロ グディ ジ口者タ ル変換器 と 、 入力 されるデイ ジ タ ル信号か ら周波数ス ぺ ク ト ル分布を演算するヂイ ジ タ ル式周波数ス ぺ ク ト ル分析計算器と 、 演算 した周波 数ス ぺ ク ト ル の中か ら上位の振幅値を選出するス ぺ ク

■0 ト ル振幅大小判別器と 、 該ス ぺ ク ト ル振幅大小判別器

に よ 選出 された上位の振幅！：を与える各周波数の近 傍にお い て ス ぺ ク ト ル振幅分布デー タ を演算処理 して 回転機の振動入力の大き ¾振幅値並びにその と き の周 波数を検出する上位ス ぺ ク ト ル振幅検出装置 と 、 該上 ⁵ 位ス ぺ ク ト ル振幅検出装置の出力を記録する記録装置

を備えた こ と を特徵とする回転機用診断器。

2. 上記ス ペ ク ト ル振復検出装置は、 ス ペ ク ト ル振幅 大小判別器に よ 選出された上位の振幅値を与える周 波数を中心に して 、 デ ィ ジ タ ル式周波数ス ぺ ク ト ル分

0 析計算器の分解能 と して与え られる周波数間隔 ご と に

前後複数組のス ぺ ク ト ル振幅について、 各 々 2 乗演算

ΟΜΡΙ

L して加算 した う え開平する 2 乗和開平演算器か ら な る こ と を特餒とする請求の範囲第 1 項記載の回転機用診 ト

断 ¾=

上位ス ぺ ク ト ル振幅検出装置は、 周波数ス ぺ ク ト

5 ル振幅大小判別器に よ 判別 した最大振幅の周波数ス ベク ト ル の両側帯周波数ス ぺ ク ト ル の大小を比較 して アナ 口 グディ ジタ ル変換器のサ ン プ リ ン グ時間間隔を 変化させ、 ディ ジタ ル式周波数計算器に よ ]) 定ま る分 解能周波数の整数倍の周波数と振動検出装置か ら出力 1 0 する振動数 と を一致させる最大周波数ス ぺ ク ト ル両側 帯周波数ス ぺ ク ト ル比較器 と 、 該最大周波数ス ぺ ク ト ル両側带周波数ス ぺ ク ト ル比較器に よ アナ ロ グディ ジタ ル変換器のサ ン プ リ ン グ時間 々 隔を変化させるサ ン プ リ ン グ時間 々 隔可変発振器と 、 該サ ン プ リ ン グ時 i s 間々 隔可変発振器が定める サ ン プ リ ン グ時間 々 隔カ、 ら 分解能周波数を演算する分解能周波数演算器 とか らな ？ 、 サ ン プ リ ン グ時間々 隔を変化させて振動検出装置 か ら出力する振動の周波数ス ぺ ク ト ルを鎳ス ぺ ク ト ル な ら しめてその周波数 と ス ぺ ク ト ル振幅を検出する よ

20 う に したこ と を特徵 と する請求の範囲第 1 項記載の回 転機用診断器。

OMPI

4. 上位ス ぺ ク ト ル振幅検出装置は、 回転機械の正常 状態での周波数ス ぺ ク ト ルを予 じめ記憶させた基準周 波数ス ぺ ク ト ル記憶メ モ リ と 、 演算さ れた周波数ス ぺ ク ト ル と基準周波数ス べ ク ト ル と の差ス べ ク ト ルを作

5 成し、 差ス ぺ ク ト ル の振幅が基準周波数ス ぺ ク ト ル の 振幅値に よ 定ま る限界値以上と る と き の振幅を順 次に出力する比較器 と 、 比較器の出力か ら、 上記振幅 の大小を判定 し、 上位 n組 （ 但 し、 n は正の整数 ） の 振幅を大き い順に出力する大小順位判別器と 、 有意な

1 差ス ぺ ク ト ルが発生した場合にのみ大小順位判別器に よ っ て出力される π 組の振幅に対応 した各周波数ご と に、 2 回以上の周波数ス ペ ク ト ル分析をおこ わせ次 回以降の周波数ス ぺ ク ト ル と の相加平均を算出する相 加平均算出器 と 、 上記各周波数ご と に、 第 1 回 目 の判 i s 定で得 られた初回振幅値と 、 相加平均に基づいて得 ら れる平均振幅値と を比較 して、 その大小を判定 し、 平 均振幅値が初回振幅暄以上であ る と き に当該周波数に つい て異常有を指示する異常判定器 と か らる る こ と を 特徵と する請求の範囲第 1 項記載の回転機用診断器。

20

OMPI

"WIPO