CN106662504B - 旋转机械异常检测装置及其方法以及旋转机 - Google Patents

Abstract

本发明所涉及的旋转机械异常检测装置及旋转机械异常检测方法是检测具备相对于规定的轴以轴为中心旋转的旋转体的旋转机械的异常的装置及方法，基于通过测量所述旋转体引起的超声波带域的振动得到的第1测量数据，检测所述旋转机械的初期异常。并且，本发明所涉及的旋转机具备此种旋转机械异常检测装置。

Description

旋转机械异常检测装置及其方法以及旋转机

技术领域

本发明涉及一种检测旋转机械(旋转机)的异常的旋转机械异常检测装置和旋转机械异常检测方法以及具备所述旋转机械异常检测装置的旋转机。

背景技术

例如，电动机、发电机、压缩机及泵等旋转机械具备相对于规定的轴以轴为中心旋转的旋转体。此种旋转机械被各种工厂设备所利用，为了确认其运转状态，定期地进行检查。该检查使用称为听音棒的工具。该听音棒一般由金属制的细棒而构成。在进行检查时，听音棒的尖端部抵接于旋转机械的被测量部位，所述听音棒的基端部贴近检查者的耳朵。然后，检查者通过听音棒倾听旋转机械的振动音，诊断是否有杂音等(例如参照专利文献1)。

另一方面，作为诊断旋转机械的异常的装置，例如在专利文献2提出了旋转机的异常诊断装置。该专利文献2公开的旋转机的异常诊断装置检测旋转机的振动并变换成连续小波，将该变换信号加在频率轴向，根据其加算结果辨别是否异常。据此，专利文献2公开的旋转机的异常诊断装置能检测出因发生在旋转机的轴承的损伤引起的异常。

在采用所述听音棒的旋转机械的异常判定中，其判定精度取决于检查者的熟练程度，难以客观或稳定地判定有无异常。尤其，旋转机械的异常最好在其初期就能够检测出来，但越是初期的异常就越要求高的熟练程度。

另一方面，所述专利文献2公开的旋转机的异常诊断装置基于旋转机的振动辨别有无异常，但由于作为振动而识别的带域是与所谓的装置的固有振动等的固定的振动重叠的带域，因此难以检测出所述初期的异常。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2012-208045号

专利文献2：日本专利公开公报特开2001-74616号

发明内容

本发明是鉴于所述情况所作出的发明，其目的在于提供能够检测出旋转机械中产生的异常的初期的旋转机械异常检测装置及旋转机械异常检测方法以及具备所述旋转机械异常检测装置的旋转机。

本发明所涉及的旋转机械异常检测装置及旋转机械异常检测方法是检测具备相对于规定的轴以轴为中心旋转的旋转体的旋转机械的异常的装置及方法，基于通过测量所述旋转体引起的超声波带域的振动而获得的第1测量数据，检测所述旋转机械的初期异常。本发明所涉及的旋转机械异常检测装置及旋转机械异常检测方法能够检测出旋转机械中发生异常的初期。并且，本发明所涉及的旋转机具备此种旋转机械异常检测装置。因此，根据本发明，能够提供具备所述旋转机械异常检测装置的旋转机。

所述以及其它本发明的目的、特征和优点，通过以下的详细记载和附图而明确。

附图说明

图1是表示实施方式中的旋转机械以及该旋转机械所具备的旋转机械异常检测装置的结构的框图。

图2是图1所示的旋转机械的一个例子的旋转体的俯视示意图。

图3是图2所示的旋转体的剖面示意图。

图4是表示实施方式中的旋转机械异常检测装置的动作的流程图。

图5是表示规定的特征量的时间变化的图。

图6是用于说明异常诊断的一个例子的图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明所涉及的一实施方式进行说明。另外，各图中赋予相同的符号的型结构表示相同的结构，适当地省略其说明。在本说明书中，在总称的情况下用省略后缀的参照符号来表示，在指个别的结构的情况下用赋予后缀的参照符号来表示。

图1是表示实施方式中的旋转机械以及该机械所具备的旋转机械异常检测装置的结构的框图。图2是图1所示的旋转机械的一个例子的旋转体的俯视示意图。图3是图2所示的旋转体的剖面示意图。

实施方式中的旋转机械M是具备相对于规定的轴以轴为中心旋转的旋转体的装置，而且，在本实施方式中，如图1所示，具备用于检测所述旋转体RB的异常的旋转机械异常检测装置AD。该实施方式中的旋转机械异常检测装置AD例如图1所示地具备超声波测量部1和具有异常检测部22的控制处理部2。而且，在图1所示的例子中，所述旋转机械异常检测装置AD还具备振动测量部3、输入部4、输出部5、接口部(IF部)6、存储部7。

本实施方式的组装了旋转机械异常检测装置AD的旋转机械M例如可以是电动机、发电机、压缩机及泵等包含旋转体RB的任意的装置，在此，作为一个例子，对旋转机械M为压缩机的情况在以下进行说明。

作为该压缩机的旋转机械M具备作为通过压力输送流体的压缩机而发挥功能的旋转体RB和用于旋转驱动所述旋转体RB的省略图示的外围装置。旋转体RB例如图2和图3所示地具备隔开规定的间隙G而相互咬合的一对的第1副旋转体81-1及第2副旋转体81-2和收容第1副旋转体81-1及第2副旋转体81-2的壳体82。

第1副旋转体81-1是压缩机中的雄转子，大致具备第1副旋转体主体811-1、形成在第1副旋转体主体的周面的多个凸部812-1、与该第1副旋转体主体811-1同轴设置的第1旋转轴813-1。此种第1副旋转体81-1以第1旋转轴813-1为中心例如沿逆时针方向(箭头A方向)被旋转驱动。第2副旋转体81-2是压缩机中的母转子，大致具备第2副旋转体主体811-2、形成在第2副旋转体主体的周面的多个凹部812-2、与该第2副旋转体主体811-2同轴设置的第2旋转轴813-2。此种第2副旋转体81-2以第2旋转轴813-2为中心例如沿顺时针方向(箭头B方向)被旋转驱动。

以下，多个凸部812-1是指形成在第1副旋转体81-1的周面的多个凸部812-1，凸部812-1是指多个凸部812-1中的任意一个。多个凹部812-2是指形成在第2副旋转体81-2的周面的多个凹部812-2，凹部812-2是指多个凹部812-2中的任意一个。

通过让第1副旋转体81-1沿逆时针方向旋转且让第2副旋转体81-2沿顺时针方向旋转，在多个凸部812-1及多个凹部812-2中，对应的凸部812-1和凹部812-2依次咬合。即，通过让第1副旋转体81-1沿逆时针方向旋转且让第2副旋转体81-2沿顺时针方向旋转，某个凸部812-1与某个凹部812-2相互咬合，而且分别旋转，从而它们之间的咬合被解除，下一个凸部812-1和下一个凹部812-2咬合，而且分别旋转，从而它们之间的咬合被解除，下下一个凸部812-1和下下一个凹部812-2咬合。以下，反复这些动作。并且，流体据此被压缩。

凸部812-1和凹部812-2咬合是指凸部812-1进入凹部812-2，在正常的状态下，凸部812-1不与凹部812-2接触，具有所述规定的间隙G。凸部812-1和凹部812-2的接触意味着第1副旋转体81-1和第2副旋转体81-2的接触，是异常状态的一方式。

壳体82的剖面呈椭圆形，是具有空间的中空的圆柱体，在该空间能够与该壳体的内周面隔开规定的间隔而收容各轴平行排列设置的第1副旋转体81-1及第2副旋转体81-2。壳体82在第1副旋转体81-1及第2副旋转体81-2的轴向的其中一侧设置有用于导入应压缩的流体的省略图示的流入口，在另一侧设置有用于取出被第1副旋转体81-1及第2副旋转体81-2压缩的流体的流出口。

并且，为了用旋转机械异常检测装置AD检测出旋转体的异常，在本实施方式中，在壳体82的外壁，在预先设定的规定的第1位置安装超声波测量部1，在预先设定的规定的第2位置安装振动测量部3(3-1)。另外，超声波测量部1可以是安装在壳体82的互不相同的位置的多个超声波测量部，而且，振动测量部3可以是安装在壳体82的互不相同的位置的多个振动测量部。在图2中作为其一例除了示出所述振动测量部3-1以外，还用虚线示出了三个振动测量部3-2～3-4。

超声波测量部1与控制处理部2连接，是为了检测出旋转机械M、特别是旋转体RB中产生的异常而测量因旋转体RB而产生的超声波带域(例如100kHz至1MHz的范围等)的振动的装置，例如AE(Acoustic Emission)传感器等。由于超声波带域难以与旋转机械M(旋转体RB)的固有振动重叠，因此，在初期异常的检测中优选测量超声波带域的振动的超声波测量部1。具备该AE传感器的超声波测量部1观测例如因接触等的异常而因旋转体RB产生的超声波带域的弹性波，并对其进行测量。用超声波测量部1测量的第1测量数据被输出到控制处理部2。更具体而言，超声波测量部1观测超声波带域的振动，将所述超声波带域的振动的测量结果作为第1测量数据输出到控制处理部2。控制处理部2以预先设定的规定的第1时间间隔(第1采样间隔)对从超声波测量部1输入的第1测量数据进行采样。据此，控制处理部2取得隔开第1采样间隔的连续的时序的第1测量数据。

振动测量部3与控制处理部2连接，是为了检测出旋转机械M、特别是旋转体RB中产生的异常，测量因旋转体RB而产生的可听带域的振动的装置，例如是加速度传感器等。具备加速度传感器的振动测量部3观测例如因接触等的异常而因旋转体RB产生的可听带域的弹性波，并对其进行测量。用振动测量部3测量到的第2测量数据被输出到控制处理部2。更具体而言，振动测量部3观测可听带域的振动，将所述可听带域的振动的测量结果作为第2测量数据输出到控制处理部2。控制处理部2以预先设定的规定的第2时间间隔(第2采样间隔)对从振动测量部3输入的第2测量数据进行采样。据此，控制处理部2取得隔开第2采样间隔的连续的时序的第2测量数据。另外，所述第1采样间隔和所述第2采样间隔既可以相同，也可以互不相同。

输入部4与控制处理部2连接，是将例如指示异常检测的开始的指令等各种指令、以及例如检测作为异常检测对象的旋转机械M(或旋转体RB)的标识符的输入等的异常所必需的各种数据输入到旋转机械异常检测装置AD(旋转机械M)的设备，是例如被分配了规定的功能的多个输入开关等、键盘或鼠标等。输出部5与控制处理部2连接，是根据控制处理部2的控制，将从输入部4输入的指令、数据以及通过旋转机械异常检测装置AD检测及测量到的各种结果输出的设备，例如是CRT显示器、LCD以及有机EL显示器等显示装置或打印机等印刷装置等。

另外，也可以由输入部4及输出部5构成触控面板。在构成该触控面板的情况下，输入部4例如是检测电阻膜方式或静电容量方式等的操作位置进行输入的位置输入装置，输出部5是显示装置。在触控面板中，位置输入装置被设置在显示装置的显示面上，在显示装置显示可输入的一个或多个输入内容的候补，如果用户触膜显示了想要输入的输入内容的显示位置，则该位置就被位置输入装置检测，显示在被检测出的位置的显示内容作为用户的操作输入内容被输入到旋转机械异常检测装置AD(旋转机械M)。在此种触控面板中，因为用户容易直观地理解输入操作，所以提供对用户来说容易操作的旋转机械异常检测装置AD(旋转机械M)。

IF部6与控制处理部2连接，是根据控制处理部2的控制进行与外部设备之间的数据的输入输出的电路，例如，是串行通信方式的RS-232C接口电路或利用了USB(UniversalSerial Bus)规格的接口电路等。

存储部7与控制处理部2连接，根据控制处理部2的控制，存储用于使旋转机械异常检测装置AD的各个部对应于该各个部的功能进行工作的控制程序、用于检测旋转机械M的异常的旋转机械异常检测程序等各个程序、执行各个程序所需要的信息等，并且是针对控制处理部2的所谓的工作存储器。存储部7具备存储所述各程序及其所需要的信息等的例如ROM(Read Only Memory)等非易失性的存储元件、EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read Only Memory)等可擦写的非易失性存储元件、以及作为工作存储器的例如RAM(Random Access Memory)等易失性的存储元件及其外围电路。并且，存储部7功能性地具备第1测量数据存储部71和第2测量数据存储部72，其中，第1测量数据存储部71存储超声波测量部1测量的第1测量数据，并且，存储如后所述地通过对第1测量数据实施规定的信息处理而得到的数据；第2测量数据存储部72存储振动测量部3测量到的第2测量数据，并且，存储如后所述地通过对第2测量数据实施规定的信息处理而得到的数据。另外，存储部7还具备用于存储超声波测量部1及振动测量部3分别测量的第1测量数据及第2测量数据和通过对第1测量数据及第2测量数据分别实施规定的各信息处理得到的各种数据的例如硬盘等较大容量的存储装置。

控制处理部2为了检测出旋转机械M的异常，将旋转机械异常检测装置AD的各个部根据该各个部的功能而分别进行控制，例如具备CPU(Central Processing Unit)等微处理器及其外围电路。并且，通过执行程序，在控制处理部2中功能性地构成控制部21和异常检测部22。

控制部21将旋转机械异常检测装置AD的各个部根据该各个部的功能而分别进行控制，掌控旋转机械异常检测装置AD的整体控制。

异常检测部22基于用超声波测量部1测量的第1测量数据检测旋转机械M的初期异常。优选异常检测部22求出用超声波测量部1测量的第1测量数据的第1频谱，再求出在该求出的第1测量数据的第1频谱的预先设定的规定的第1特征量，基于该求出的第1特征量，检测旋转机械M的初期异常。第1特征量是表示与旋转机械M的初期异常相关联而在第1频谱出现的现象的量(值)。在本实施方式中，例如，第1特征量是在第1测量数据的第1频谱中的预先设定的规定的频率范围的累加值。此时，异常检测部22根据第1测量数据的第1频谱，求出在预先设定的规定的频率范围的累加值(作为定量数值的累加面积)，将该求出的累加值和预先设定的规定的阈值Th1进行比较，在累加值达到阈值Th1以上的情况下，判定旋转机械M出现初期异常。

并且，在本实施方式中，异常检测部22进一步在检测出所述初期异常之后，基于用振动测量部3测量到的第2测量数据执行辨别异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一的处理。优选异常检测部22基于在检测出所述初期异常之前用振动测量部3测量到的第2测量数据(前第2测量数据)和在检测出所述初期异常之后用振动测量部3测量到的第2测量数据(后第2测量数据)，辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一。所述前第2测量数据只要是在检测出所述初期异常之前则可以是在任何一个时刻取得的数据，既可以是刚检测出所述初期异常的时刻之前的时刻取得的数据，也可以是在比检测出所述初期异常的时刻早规定期间的时刻取得的数据。此种所述前第2测量数据视为旋转机械M为正常状态的情况下观测到的第2测量数据而使用。所述后第2测量数据只要是在检测出所述初期异常之后可以是在任何一个时刻取得的数据，既可以是在刚检测出所述初期异常的时刻之后的时刻取得的数据，也可以是在比检测出所述初期异常的时刻迟规定期间的时刻取得的数据。此种所述后第2测量数据视为旋转机械M为异常状态的情况下(旋转机械M为非正常状态的情况下)观测到的第2测量数据而使用。并且，更优选异常检测部22求出所述前第2测量数据中的预先设定的规定的第2特征量，求出与所述后第2测量数据中的所述第2特征量为同一种类的第3特征量，基于求出的第2特征量及第3特征量，辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一。第2特征量及第3特征量是表示与旋转机械M的异常相关联而在前第2测量数据以及后第2测量数据的前后的第2测量数据中出现的现象的量(值)。在本实施方式中，例如，第2特征量是在检测出所述初期异常之前用振动测量部3测量的前第2测量数据的第2频谱，第3特征量是在检测出所述初期异常之后用振动测量部3测量的后第2测量数据的第3频谱。此时，异常检测部22将第2测量数据的第2频谱和第2测量数据的第3频谱进行比较，基于该比较结果，辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一。另外，作为所述第2特征量及第3特征量，也可以使用均方或均方根(RMS)等。

本实施方式中的旋转体RB是用图2及图3说明的所述的结构，因此，在本实施方式中，所述异常的种类包含一对副旋转体81-1、81-2互相接触的第1异常、一对副旋转体81-1、81-2的至少其中之一与壳体82接触的第2异常。

此种异常检测部22例如图1所示功能性地具备超声波测量处理部221、振动测量处理部222、判定部223。超声波测量部221对用超声波测量部1测量的第1测量数据实施如上所述的处理。振动测量处理部222对用振动测量部3测量到的第2测量数据实施如上所述的处理。判定部223基于超声波测量处理部221的处理结果判定有无旋转机械M的初期异常，从而检测出旋转机械M的初期异常，基于振动测量处理部222的处理结果辨别旋转机械M的异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一。

此种旋转机械异常检测装置AD中的控制处理部2、输入部4、输出部5、IF部6以及存储部7例如能通过台型、笔记本型或平板型等个人计算机等计算机来实现。

下面，关于异常检测，对旋转机械M及旋转机械异常检测装置AD的动作进行说明。图4是表示实施方式中的旋转机械异常检测装置的动作的流程图。图5是表示规定的特征量的时间变化的图。图5A表示第1特征量的时间变化，其横轴为时间，纵轴为第1特征量的大小(程度)。图5B表示第2特征量及第3特征量的时间变化，其横轴为时间，纵轴为第2特征量及第3特征量的大小(程度)。图6是用于说明异常诊断的一个例子的图。图6A是认为旋转机械M没有发生异常而旋转机械M为正常状态的情况下的第2测量数据的频谱(对于前第2测量数据的第2频谱的一个例子)，其横轴为频率，其纵轴为强度。图6B是认为旋转机械M出现异常而旋转机械M为异常状态的情况下的第2测量数据的频谱(对于后第2测量数据的第3频谱的一个例子)，其横轴为频率，其纵轴为强度。

旋转机械异常检测装置AD例如由用户操作省略图示的启动开关而旋转机械M的运行开始，就执行旋转机械异常检测程序。通过执行该旋转机械异常检测程序，在控制处理部2功能性地构成控制部21及异常检测部22，在存储部7功能性地构成第1测量数据存储部71及第2测量数据存储部72。在异常检测部22功能性地构成超声波测量处理部221、振动测量处理部222及判定部223。并且，旋转机械异常检测装置AD通过以下的动作检测出旋转机械M的初期异常及异常的种类等。

首先，超声波测量部1观测旋转机械M的超声波带域的振动，并将所述超声波带域的振动的测量结果作为第1测量数据输出到控制处理部2，然后，振动测量部3观测旋转机械M的可听带域的振动，并将所述可听带域的振动的测量结果作为第2测量数据输出到控制处理部2。

在此状态下，在处理S1，异常检测部22的超声波测量处理部221以所述第1采样间隔对从超声波测量部1输入的第1测量数据进行采样，并将其存储到存储部7的第1测量数据存储部71。据此，第1测量数据隔开第1采样间隔而连续地被测量，并被存储到存储部71。另一方面，在处理S1的执行过程中，在处理S2，异常检测部22的振动测量处理部222以所述第2采样间隔对从振动测量部3输入的第2测量数据进行采样，并将其存储到存储部7的第2测量数据存储部72。据此，第2测量数据被隔开第2采样间隔连续地被测量，并被存储到存储部72。

其次，在处理S3，超声波测量处理部221通过对多个第1测量数据进行快速傅里叶变换(FFT)求出第1频谱，求出该求出的第1测量数据的第1频谱中的所述第1特征量，然后，将这些求出的第1频谱及第1特征量存储到第1测量数据存储部71，其中，所述多个第1测量数据是存储在第1测量数据存储部71中的包含最新测量的第1测量数据的、在预先设定的规定的时间范围(第1时间范围)内的时序性的多个第1测量数据(从最新的测量时刻起追溯到与第1时间范围相对应的时间为止的期间所测量的各第1测量数据)。更具体而言，在本实施方式中，超声波测量处理部221将第1测量数据的第1频谱中的所述频率范围的累加值作为第1特征量而求出。

接着，在处理S4，异常检测部22的判定部223基于在处理S3求出的所述第1特征量，判定有无旋转机械M的初期异常。更具体而言，在本实施方式中，判定部223将在处理S3作为所述第1特征量求出的累加值与所述阈值Th1进行比较。该比较的结果，如果所述累加值在所述阈值Th1以上(是)，判定部223判定旋转机械M出现初期异常，并让振动测量处理部222执行处理S5。另一方面，所述比较的结果，如果所述累加值小于所述阈值Th1(否)，判定部223判定旋转机械M没有初期异常，使处理返回到处理S1。

另外，所述初期异常优选包含所述异常的发生时刻。据此，通过比较所述累加值和所述阈值Th1，所述累加值成为所述阈值Th1以上的时刻被作为所述异常的发生时刻。据此，旋转机械异常检测装置AD能够检测出旋转机械M发生异常的发生时刻(发生时刻)。

而且，在判定旋转机械M为初期异常的情况下，判定部223也可以将该其输出到输出部5。例如，在输出部5为显示装置的情况下，判定部223将表示旋转机械M出现初期异常的信息(例如“检测到了初期异常的发生”等)输出到输出部5。此外，例如，在输出部5为扬声器或蜂鸣器等声音发生器的情况下，判定部223将表示旋转机械M出现初期异常的警报(警告音)输出到输出部5。另外，例如，在输出部5为发光二极管(LED)等光源的情况下，判定部223将表示旋转机械M出现初期异常的警报光(警告光)输出到输出部5。

而且，在超声波测量部1为多个的情况下，对于每个超声波测量部1测量的各第1测量数据执行所述处理S1、处理S3以及处理S4。然后，用基于各第1测量数据的各判定中的其中之一判定旋转机械M出现初期异常的情况下，执行处理S5。

然后，如果在处理S4判定为检测出初期异常时，在处理S5，振动测量处理部222求出在检测出所述初期异常的时刻之前用振动测量部3测量到的前第2测量数据中的所述第2特征量。更具体而言，振动测量处理部222通过存储在第2测量数据存储部72的预先设定的规定的时间范围(前时间范围)的时序性的多个前第2测量数据进行快速傅里叶变换(FFT)而求出第2频谱作为所述第2特征量，然后，将该求出的第2频谱(第2特征量)存储到第2测量数据存储部72。该前第2测量数据如上所述是旋转机械M为正常状态的情况下观测到的第2测量数据，由该正常状态下测量到的前第2测量数据求出的第2频谱(第2特征量)作为正常模式而被操作。

另外，用于存储该前第2测量数据的第2测量数据存储部72的存储区域优选为与存储所述前时间范围(例如1分种、10分种等数分种)的前第2测量数据的容量相对应的环缓冲区(ring buffer)。据此，在处理S4判定为检测出初期异常的时刻，通过对存储在用于存储前第2测量数据的第2测量数据存储部72的所述存储区域的全部数据进行快速傅里叶变换，从而振动测量处理部222无需分选存储在第2测量数据存储部72的第2检测数据，能够自动地求出作为第2特征量的第2频谱。而且，用于存储前第2测量数据的第2测量数据存储部72的所述存储区域也可以为FIFO(First In First Out，先进先出)的方式。

接着，在处理S6，振动测量处理部222求出在检测出所述初期异常时刻以后用振动测量部3测量的后第2测量数据中的所述第3特征量。更具体而言，振动测量处理部222对多个后第2测量数据进行快速傅里叶变换求出第3频谱作为所述第3特征量，并且，将该求出的第3频谱(第3特征量)存储到第2测量数据存储部72，其中，所述多个后第二测量数据是从检测出所述初期异常的时刻起经过了与预先设定的规定的时间范围(后时间范围)相对应的时间之后被存储在第2测量数据存储部72的所述后时间范围的时序性的多个第二测量数据。该前第3测量数据如上所述是在旋转机械M为非正常状态的异常状态的情况下观测到的第2数据，由该异常状态下测量出的第2测量数据求出的第3频谱(第3特征量)作为异常模式而被操作。

另外，所述前时间范围和所述后时间范围可以彼此相同，也可以互相不同。而且，为了进行相关比较，进一步还为了规格化，所述前时间范围和所述后时间范围优选彼此相同。

接着，在处理S7，判定部223将在处理S5求出的第2测量数据的第2频谱和在处理S6求出的第2测量数据的第3频谱进行比较，接着在处理S8，判定部223基于处理S7的比较结果辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一，在本实施方式中对双方进行辨别。例如，预先调查对应于所述异常的种类及所述异常的程度的第2测量数据的第2频谱和第2测量数据的第3频谱的比较结果，按所述异常的种类及所述异常的程度，将所述异常的种类及所述异常的程度与比较结果之间的对应关系预先存储到存储部7。该所述异常的种类在本实施方式中包含一对副旋转体81-1、81-2彼此接触的第1异常，一对副旋转体81-1、81-2的至少其中之一与壳体82接触的第2异常。判定部223在处理S8基于处理S7的比较结果参照存储在存储部7的所述对应关系，判定所述异常的种类及所述异常的程度。该判定的结果，在判定为所述第1异常的情况下(判定1)，判定部223执行处理S9，将表示一对副旋转体81-1、81-2彼此接触的第1异常的内容及其程度输出到输出部5，并结束处理。所述判定的结果，在判定为所述第2异常的情况下(判定2)，判定部223执行处理S10，将表示一对副旋转体81-1，81-2的至少其中之一与壳体82接触的第2异常的内容及其程度输出到输出部5，并结束处理。并且，所述判定的结果，在判定为既不是所述第1异常(判定1)也不是所述第2异常(判定2)的情况下(在判定为不是所述第1异常及第2异常的情况下)(判定3)，判定部223执行处理S11，将表示是其它的异常及其内容输出到输出部5，并结束处理。另外，作为其它的异常的一个例子，例如，能够估计是轴承等的轻微的接触。如上所述，在本实施方式中，异常包含因旋转机械M中的接触引起的异常。

更具体而言，如果设第1副旋转体81-1的旋转周期为CT1，第2副旋转体81-2的旋转周期为CT2，第1副旋转体81-1的凸部812-1的个数和第2副旋转体81-2的凹部812-2的个数的比例为a:b，在发生所述第1异常的情况下，相对于正常模式的第2频谱，异常模式的第3频谱的与CT1×b＝CT2×a所示的周期对应的频率的强度变动。而且，在所述第2异常中，在第1副旋转体81-1的凸部812-1和壳体82接触的情况下，相对于第2频谱，第3频谱的与CT1所示的周期对应的频率的强度变动。而且，在所述第2异常中，在第2副旋转体81-2中的用于形成凹部812-2的凸部和壳体82接触的情况下，相对于第2频谱，第3频谱中对应于CT2所示的周期的频率的强度变动。因此，在一个例子中，通过将正常模式的第2频谱和异常模式的第3频谱进行比较，刻意地调查强度变动过的频率，能够辨别所述异常的种类。

另一方面，如果旋转机械M的异常继续发展，杂音就会变大，杂音就会变得尖利。因此，相对于第2频谱，第3频谱整体上强度增加，赋予最大强度(最大峰值)的频率也移到高音域一侧。因此，在一个例子中，通过将正常模式的第2频谱和异常模式的第3频谱进行比较，调查最大强度的有意义的变动量，能够辨别所述异常的程度。此时，所述最大强度的变动量越大，所述异常的程度就越大。还有其它的一个例子中，通过将正常模式的第2频谱和异常模式的第3频谱进行比较，调查赋予最大强度的频率的有意义的移动量，能够辨别所述异常的程度。此时，所述频率的移动量越大，所述异常的程度就越大。还有其它的一个例子中，作为所述比较，求出正常模式的第2频谱和异常模式的第3频谱的相关值，能够根据该相关值辨别所述异常的程度。此时，所述相关值越小，所述异常的程度就越大。另外，也可以作为所述相关值的倒数而求出背离度，根据该背离度辨别所述异常的程度。此时，所述背离度越大，所述异常的程度就越大。

由此，异常检测部22在检测出所述初期异常之后，基于在检测出所述初期异常的时刻之前用振动测量部3测量到的前第2测量数据和在检测出所述初期异常时刻以后用振动测量部3测量到的后第2测量数据，辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一，在本实施方式中辨别双方(处理S5至处理S11)。另外，在本实施方式中虽然辨别双方，但是，也可以辨别所述异常的种类和所述异常的程度的至少其中之一。

此外，在振动测量部3为多个的情况下，对于用各个振动测量部3测量到的各第2测量数据执行所述的处理S5至处理S11。并且，将基于各第2测量数据的各判定输出到输出部5。另外，在振动测量部3为多个的情况下，也可以根据因旋转体RB引起的可听带域的同一振动分别到达各振动测量部3的各到达时间的差异，通过所谓的三角测量的原理，来推定接触部位的位置。

举一个例子说明所述的处理，通过执行所述的处理S1、处理S3及处理S4，例如图5A所示，在旋转机械M的运转开始后，从时刻T0起反复求出所述第1特征量，如果旋转机械M发生异常，所述第1特征量就开始增加，在时刻T1所述第1特征量达到所述阈值Th1以上，判定旋转机械M发生了初期异常。在此期间也执行所述处理S2。

另外，在此种处理S1、处理S3及处理S4的执行过程中，振动测量处理部222也可以执行与超声波测量处理部221同样的处理。即，振动测量处理部222通过对存储在第2测量数据存储部72的包含最新测量到的第2测量数据且前时间范围的时序性的多个第2测量数据(从最新的测量时刻起追溯到与前时间范围对应的时间的时刻为止的期间测量到的各第2测量数据)进行快速傅里叶变换而求出第2频谱，并将该求出的第2测量数据的第2频谱中的预先设定的规定的第2频率范围的累加值作为预先设定的第4特征量而求出。这样的第4特征量的时间变化如图5B所示。

然后，如果所述第1特征量在所述时刻T1达到所述阈值Th1以上，就执行所述处理S5，将第2测量数据的第2频谱作为所述第2特征量而求出。该第2测量数据的第2频谱(第2特征量)，作为一个例子，如图6A所示。接下来，如果到达从所述时刻T1起经过了对应于所述后时间范围的时间的时刻T2，就执行所述处理S6，将第2测量数据的第3频谱作为所述第3特征值而求出。该第2测量数据的第2频谱(第3特征量)，作为一个例子，如图6B所示。

在图6所示的例子中，异常模式的所述第3频谱与正常模式的所述第2频谱相比较，其强度整体增加，最大强度变动，并且，赋予最大强度的频率向高音域一侧移动。这在用听音棒听旋转机械M的声音的情况下，对应随着异常的进展而音量慢慢地增加，并产生微妙的音色的变化的情况。

然后，执行所述处理S7及处理S8，在该例子中，比较图6A所示的正常模式的第2频谱和图6B所示的异常模式的第3频谱，来判断异常的种类及异常的程度，根据判断结果执行所述处理S9至S11的其中之一，结束处理。

如以上说明所述，本实施方式中的旋转机械异常检测装置AD及旋转机械M(作为其中一个例子为压缩机)具备测量因旋转体RB而产生的超声波带域的振动的超声波测量部1，因此，根据所述的本申请发明人的想法，能够基于作为所述超声波测量部1的测量结果的第1测量数据检测出旋转机械M的初期异常。特别是压缩机中的一对第1副旋转体81-1及第2副旋转体81-2之间的接触，由于其接触会发热，该热量使第1副旋转体81-1及第2副旋转体81-2热膨胀，其结果，成为导致比较重大的事故的事故原因，因此，对旋转机械M的初期异常的检测有效。

旋转机械M中的旋转体RB，在本实施方式为一对第1副旋转体81-1及第2副旋转体81-2以规定的速度旋转，因此，如果发生异常，如上所述，例如，赋予特定的频率中的强度的变化和峰值的频率会产生移动等，其结果，频谱的形状(轮廓、模式)变化。因此，本实施方式中的旋转机械异常检测装置AD及旋转机械M由于基于第1测量数据的第1频谱中的所述第1特征量检测旋转机械M的初期异常，因此，能确切地检测出初期异常。

而且，第1测量数据的第1频谱中的所述频率范围的累加值反映了频谱的形状的变化。本实施方式中的旋转机械异常检测装置AD及旋转机械M由于基于该累加值和所述阈值Th1的比较结果检测出旋转机械M的初期异常，因此，能确切地检测出初期异常。

而且，本实施方式中的旋转机械异常检测装置AD及旋转机械M在检测出初期异常之后执行所述的辨别处理，因此，能够减少无用的处理。而且，本实施方式中的旋转机械异常检测装置AD及旋转机械M还具备测量因旋转体RB而产生的可听带域的振动的振动测量部3，因此，根据所述的本申请发明人的想法，能够基于振动测量部3中的第2测量数据的变化方式及其强度的至少其中之一，辨别旋转机械中的异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一。

如上所述，在检测出初期异常的时刻之前用振动测量部3测量到的第2测量数据反映了旋转机械M没有发生异常的旋转机械M的正常状态，另一方面，在检测出所述初期异常的时刻之后用振动测量部3测量到的第2测量数据反映了旋转机械M发生异常的旋转机械的异常状态。因此，本实施方式中的旋转机械异常检测装置AD及旋转机械M基于这两个第2测量数据来辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一(在本实施方式中为双方)，因此，能够确切地辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一(在本实施方式中为双方)。

旋转机械M的异常根据其异常的种类及异常的程度而例如特定的频率的强度增大，其结果，在可听带域音色变化或音量变化。其结果，第2测量数据发生变化。因此，本实施方式中的旋转机械异常检测装置AD及旋转机械M基于所述两个第2测量数据中的同一种类的规定的第2特征量及第3特征量来辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一(在本实施方式中为双方)，因此，能够确切地辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一(在本实施方式中为双方)。

这两个第2测量数据各自中的第2频谱及第3频谱分别反映了第2测量数据的所述变化。因此，本实施方式中的旋转机械异常检测装置AD及旋转机械M将这些第2频谱及第3频谱相互比较，并基于比较结果辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一(在本实施方式中为双方)，因此，能够确切地辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一(在本实施方式中为双方)。

另外，在所述实施方式中，旋转机械M的旋转体RB是具备一对第1副旋转体81-1及第2副旋转体81-2的结构，但是，副旋转体的个数并不局限于此。旋转体RB也可以是具备单体(1个)副旋转体的结构，或者，也可以是具备多个副旋转体的结构。

本说明书公开了如上所述的各种方式的技术，其主要的技术总结如下。

一方式所涉及的旋转机械异常检测装置，用于检测具备相对于规定的轴以轴为中心旋转的旋转体的旋转机械中的异常，其包括：超声波测量部，用于测量因所述旋转体而产生的超声波带域的振动；以及异常检测部，基于用所述超声波测量部测量到的第1测量数据，检测所述旋转机械的初期异常。

本发明人进行各种研究结果认为，如果旋转机械发生异常，在其初期会产生超声波带域(超声波区域)的振动，随着所述异常的加剧也会产生可听带域(可听区域)的振动，在判断超声波区域的信号变化之后(检测到初期异常之后)，通过回顾比该时刻起早数秒起至数分钟的范围(包含所述时刻以后的范围)的测量结果，能够辨别异常的种类等。

基于所述想法，所述旋转机械异常检测装置具备测量因旋转体而产生的超声波带域的振动的超声波测量部，因此，能够基于作为该测量结果的第1测量数据检测出旋转机械的初期异常。另外，超声波带域是具有正常听力的人听不到的程度的高频率的振动，例如100kHz以上的振动。可听带域是具有正常听力的人听到的频率的振动，例如20Hz至20kHz的范围的振动。

在另一方式，所述的旋转机械异常检测装置中，所述异常检测部求出用所述超声波测量部测量到的第1测量数据的第1频谱，求出在所述求出的第1测量数据的第1频谱中的规定的第1特征量，基于所述求出的第1特征量检测所述旋转机械的初期异常。

旋转机械的旋转体以规定的速度旋转，因此，如果发生异常，就会产生赋予例如特定的频率中的强度的变化和峰值的频率的移动等，其结果，频谱的形状(轮廓、模式)变化。因此，所述旋转机械异常检测装置基于第1频谱中的预先设定的规定的第1特征量检测所述旋转机械的初期异常，因此，能确切地检测出初期异常。

在另一方式，所述的旋转机械异常检测装置中，所述第1特征量是在所述求出的第1测量数据的第1频谱中的规定的频率范围的累加值，所述异常检测部将所述求出的累加值和规定的阈值进行比较，在所述累加值为所述阈值以上的情况下，判定所述旋转机械处于初期异常。

第1测量数据的第1频谱中的预先设定的规定的频率范围的累加值反映了频谱的形状的变化。因此，所述旋转机械异常检测装置基于该累加值和预先设定的规定的阈值的比较结果检测所述旋转机械的初期异常，因此，能确切地检测出初期异常。

而且，在这些所述的旋转机械异常检测装置中，所述初期异常优选包含所述异常的产生时刻。此种旋转机械异常检测装置将所述求出的累加值和规定的阈值进行比较，通过将所述累加值达到所述阈值以上的时刻作为所述异常的发生时刻，能够检测出旋转机械中发生的异常的发生时刻(发生时间)。

在另一方式，所述的旋转机械异常检测装置还包括：振动测量部，用于测量因所述旋转体而产生的可听带域的振动，其中，所述异常检测部，在检测出所述初期异常之后，基于用所述振动测量部测量到的第2测量数据，执行辨别异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一的处理。

此种旋转机械异常检测装置在检测出初期异常之后执行所述辨别处理，因此，能够减少无用的处理。而且，本发明人进行研究结果认为，如上所述，如果旋转机械发生异常，可听带域的振动的变化方式根据其异常的种类而不同，随着所述异常的进展可听带域的振动的强度增大。由于所述旋转机械异常检测装置还具备测量因旋转体而产生的可听带域的振动的振动测量部，因此，能够基于第2测量数据的变化方式及其强度的至少其中之一辨别旋转机械的异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一。

在另一方式，所述的旋转机械异常检测装置中，所述异常检测部，基于在检测出所述初期异常的时刻之前用所述振动测量部测量到的第2测量数据和在检测出所述初期异常的时刻之后用所述振动测量部测量到的第2测量数据，辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一。

在检测出所述初期异常的时刻之前用所述振动测量部测量到的第2测量数据反映了在旋转机械没有发生异常的旋转机械的正常状态，另一方面，在检测出所述初期异常的时刻之后用所述振动测量部测量到的第2测量数据反映了在旋转机械发生了异常的旋转机械的异常状态。因此，所述旋转机械异常检测装置基于这两个第2测量数据辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一，因此，能够确切地辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一。

在另一方式，所述的旋转机械异常检测装置中，所述异常检测部求出在检测出所述初期异常的时刻之前用所述振动测量部测量到的第2测量数据中的规定的第2特征量，求出在检测出所述初期异常的时刻之后用所述振动测量部测量到的第2测量数据中的与所述第2特征量相同种类的第3特征量，基于所述求出的第2特征量及第3特征量，辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一。

旋转机械的异常根据异常的种类和异常的程度，例如特定的频率的强度增大，其结果，在可听带域音色或音量变化。其结果，第2测量数据变化。因此，所述旋转机械异常检测装置基于所述两个第2测量数据各自中的同一种类的规定的第2特征量及第3特征量辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一，因此，能够确切地辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一。

在另一方式，所述的旋转机械异常检测装置中，所述第2特征量是在检测出所述初期异常的时刻之前用所述振动测量部测量到的第2测量数据的第2频谱，所述第3特征量是在检测出所述初期异常的时刻之后用所述振动测量部测量到的第2测量数据中的第3频谱，所述异常检测部将所述第2测量数据的第2频谱和所述第2测量数据的第3频谱进行比较，基于比较结果，辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一。

在这两个第2测量数据各自中的第2频谱及第3频谱分别反映了第2测量数据的所述变化。因此，所述旋转机械异常检测装置将这些第2频谱及第3频谱相互比较，基于该比较结果辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一，因此，能够确切地判断所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一。

在另一方式，所述的旋转机械异常检测装置中，所述旋转体包括相互咬合的一对副旋转体和收容所述一对副旋转体的壳体，所述异常的种类包含所述一对副旋转体彼此接触的第1异常和所述一对副旋转体的至少其中之一与所述壳体接触的第2异常。

此种旋转机械异常检测装置至少能够辨别一对副旋转体彼此接触的第1异常和一对副旋转体的至少其中之一与壳体接触的第2异常。

另一方式所涉及的旋转机具备所述的任一旋转机械异常检测装置。

据此，提供具备所述任一旋转机械异常检测装置的旋转机，此种旋转机能够检测出初期异常。

又一方式所涉及的旋转机械异常检测方法，用于检测具备相对于规定的轴以轴为中心旋转的旋转体的旋转机械中的异常，其包括：超声波测量步骤，测量因所述旋转体而产生的超声波带域的振动；异常检测步骤，基于在所述超声波测量步骤测量到的第1测量数据检测所述旋转机械的初期异常。

此种旋转机械异常检测方法具备测量因旋转体而产生的超声波带域的振动的超声波测量步骤，基于作为其测量结果的第1测量数据检测出旋转机械的初期异常。

本申请以2014年9月12日提出的日本专利申请特愿2014-185872号为基础，其内容包含在本申请中。

为了表述本发明，在所述说明中，参照附图并通过实施方式对本发明进行了恰当且充分的说明，但是，应该认识到只要是本领域技术人员就能够容易地对所述实施方式进行变更和/或改良。因此，本领域技术人员实施的变更方式或改良方式，只要不脱离权利要求书中记载的权利要求的权利范围，应解释为该变更方式或改良方式包含在该权利要求的权利范围内。

产业上的可利用性

根据本发明，能够提供旋转机械异常检测装置和旋转机械异常检测方法以及旋转机。

Claims (8)

1.一种旋转机械异常检测装置，用于检测具备相对于规定的轴以轴为中心旋转的旋转体的旋转机械中的异常，其特征在于包括：

超声波测量部，用于测量因所述旋转体而产生的超声波带域的振动；

异常检测部，基于用所述超声波测量部测量到的第1测量数据，检测所述旋转机械的初期异常；以及

振动测量部，用于测量因所述旋转体而产生的可听带域的振动，其中，

所述异常检测部，在检测出所述初期异常之后，基于用所述振动测量部测量到的第2测量数据，执行辨别异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一的处理，

所述旋转体包括相互咬合的一对副旋转体和收容所述一对副旋转体的壳体，

所述异常的种类包含所述一对副旋转体彼此接触的第1异常和所述一对副旋转体的至少其中之一与所述壳体接触的第2异常。

2.根据权利要求1所述的旋转机械异常检测装置，其特征在于：

所述异常检测部，求出用所述超声波测量部测量到的第1测量数据的第1频谱，求出在所述求出的第1测量数据的第1频谱中的规定的第1特征量，基于所述求出的第1特征量检测所述旋转机械的初期异常。

3.根据权利要求2所述的旋转机械异常检测装置，其特征在于：

所述第1特征量是在所述求出的第1测量数据的第1频谱中的规定的频率范围的累加值，

所述异常检测部，将所述求出的累加值和规定的阈值进行比较，在所述累加值为所述阈值以上的情况下，判定所述旋转机械处于初期异常。

4.根据权利要求1所述的旋转机械异常检测装置，其特征在于：

所述异常检测部，基于在检测出所述初期异常的时刻之前用所述振动测量部测量到的第2测量数据和在检测出所述初期异常的时刻之后用所述振动测量部测量到的第2测量数据，辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一。

5.根据权利要求4所述的旋转机械异常检测装置，其特征在于：

所述异常检测部，求出在检测出所述初期异常的时刻之前用所述振动测量部测量到的第2测量数据中的规定的第2特征量，求出在检测出所述初期异常的时刻之后用所述振动测量部测量到的第2测量数据中的与所述第2特征量相同种类的第3特征量，基于所述求出的第2特征量及第3特征量，辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一。

6.根据权利要求5所述的旋转机械异常检测装置，其特征在于：

所述第2特征量是在检测出所述初期异常的时刻之前用所述振动测量部测量到的第2测量数据的第2频谱，

所述第3特征量是在检测出所述初期异常的时刻之后用所述振动测量部测量到的第2测量数据的第3频谱，

所述异常检测部，将所述第2测量数据的第2频谱和所述第2测量数据的第3频谱进行比较，基于比较结果，辨别所述异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一。

7.一种旋转机，其特征在于包括：

根据权利要求1所述的旋转机械异常检测装置。

8.一种旋转机械异常检测方法，用于检测具备相对于规定的轴以轴为中心旋转的旋转体的旋转机械中的异常，其特征在于包括：

超声波测量步骤，测量因所述旋转体而产生的超声波带域的振动；

异常检测步骤，基于在所述超声波测量步骤测量到的第1测量数据检测所述旋转机械的初期异常；以及

振动测量步骤，测量因所述旋转体而产生的可听带域的振动，其中，

在所述异常检测步骤中，在检测出所述初期异常之后，基于在所述振动测量步骤中测量到的第2测量数据，执行辨别异常的种类及所述异常的程度的至少其中之一的处理，

所述旋转体包括相互咬合的一对副旋转体和收容所述一对副旋转体的壳体，

所述异常的种类包含所述一对副旋转体彼此接触的第1异常和所述一对副旋转体的至少其中之一与所述壳体接触的第2异常。

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