CN110546477B - 接触振动检测装置及具备该接触振动检测装置的旋转机械、以及接触振动检测方法 - Google Patents

接触振动检测装置及具备该接触振动检测装置的旋转机械、以及接触振动检测方法 Download PDF

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Abstract

一种接触振动检测装置(100)，用于检测由旋转轴(12)向静止部(13)的接触引起的接触振动，该接触振动检测装置(100)具备：旋转波形确定部(101)，该旋转波形确定部用于基于旋转中的旋转轴(12)的位移来确定旋转轴(12)的旋转波形；参数变化检测部(102)，该参数变化检测部用于检测旋转波形的有效值和旋转波形的相位角的参数的变化；以及接触振动判定部(103)，该接触振动判定部用于基于参数有无变化来判定有无接触振动。

Description

接触振动检测装置及具备该接触振动检测装置的旋转机械、 以及接触振动检测方法
技术领域
本发明涉及接触振动检测装置及具备该接触振动检测装置的旋转机械、以及接触振动检测方法。
背景技术
在涡轮增压器、涡轮机、压缩机等旋转机械中，旋转轴进行旋转。在旋转轴的旋转中，旋转轴有时会与密封部、抛油环部等静止侧接触，由此会产生接触振动。另外，由于旋转轴向静止侧的接触而产生接触部分的温度上升，其结果是，旋转轴弯曲。而且，有时因旋转轴弯曲而不平衡的程度发生变化，在该情况下，接触振动的幅度会进一步加大。
这样，一旦产生接触振动时，接触振动有逐渐变大的可能性。因此，在检测到接触振动的情况下，从旋转机械的适当的维护管理的观点出发，优选使旋转机械的旋转停止。由此，能够在停止状态下查明接触振动的原因，进而实现旋转机械的长寿命化。
作为接触振动的检测技术，已知有专利文献1所记载的技术。在专利文献1中记载了通过振动检测器来检测旋转机械的振动(特别是参照段落0015)。在该技术中，基于检测出的振动来确定振动矢量，并基于所确定的振动矢量来判定有无接触振动(特别是参照段落0016、0017、0021)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-372452号公报
发明要解决的课题
在上述专利文献1所记载的技术中，为了检测旋转轴的振动，使用了振动检测器。但是，在比较小型的旋转机械中，有时不具备振动检测器。因此，在该情况下，上述专利文献1所记载的技术就无法进行接触振动的检测。另外，即使在具备振动检测器的旋转机械中，通过不使用振动检测器即可检测接触振动，从而也可预见到省略振动检测器等的优点。因此，期望不论有无接触检测器都能够检测接触振动的技术。
发明内容
本发明鉴于上述课题而做出，本发明的至少一个实施方式的目的是，提供一种能够检测旋转机械的接触振动的接触振动检测装置及具备该接触振动检测装置的旋转机械、以及接触振动检测方法。
用于解决课题的技术手段
(1)本发明的至少一个实施方式所涉及的接触振动检测装置用于检测由旋转轴向静止部的接触引起的接触振动，所述接触振动检测装置的特征在于，具备：旋转波形确定部，该旋转波形确定部用于基于旋转中的所述旋转轴的位移来确定所述旋转轴的旋转波形；参数变化检测部，该参数变化检测部用于检测所述旋转波形的有效值和所述旋转波形的相位角中的至少一方的参数的变化；以及接触振动判定部，该接触振动判定部用于基于所述参数有无所述变化来判定有无所述接触振动。
根据上述(1)的结构，能够基于由例如位移传感器测定的位移来确定旋转波形，并基于所确定的旋转波形的上述参数的变化，从而检测由旋转轴向静止部的接触引起的接触振动。由此，不依赖于振动检测器即可检测旋转机械的接触振动。
(2)在几个实施方式中，其特征在于，在上述(1)的结构中，所述接触振动判定部构成为，在所述参数的所述变化持续产生了规定期间的情况下，判定为产生了所述接触振动。
根据上述(2)的结构，能够抑制如下现象：尽管实际上未产生接触振动，但上述参数因某些原因而偶尔发生了变化，在该情况下误判定为产生了接触振动。由此，能够提高判定精度。
(3)在几个实施方式中，其特征在于，在上述(1)或(2)的结构中，在所述旋转轴形成有脉冲波形生成部，该脉冲波形生成部用于使作为所述旋转波形的相位角的基准的脉冲波形重叠，所述参数变化检测部构成为，通过检测所述相位角相对于所述脉冲波形的变化，来检测所述参数的所述变化。
根据上述(3)的结构，即使旋转波形的相位角因向静止部接触而变化，与旋转波形重叠的脉冲波形的位置也不变，因此通过算出旋转波形相对于作为基准信号的脉冲波形的相位角变化，能够高精度地检测参数的变化。
(4)在几个实施方式中，其特征在于，在上述(3)的结构中，所述脉冲波形生成部包括两个以上的切口部，该两个以上的切口部在所述旋转轴的周向上等间隔地形成于所述旋转轴的外周面。
根据上述(4)的结构，能够容易地将切口部形成于旋转轴。并且，能够改善旋转轴的旋转中的平衡，使旋转轴稳定地旋转。
(5)在几个实施方式中，其特征在于，在上述(3)或(4)的结构中，所述参数变化检测部构成为，通过对检测出的所述脉冲波形进行分频来确定基准脉冲波形，所述参数变化检测部构成为，通过检测所述相位角相对于所述基准脉冲波形的变化来检测所述参数的所述变化。
根据上述(5)的结构，通过分频，能够根据与切口部对应的两个以上的脉冲波形来确定一个基准脉冲波形。因此，能够容易地算出相对于基准脉冲波形的相位角。
(6)在几个实施方式中，其特征在于，在上述(1)～(5)的结构中，所述参数变化检测部构成为检测所述有效值以及所述相位角的变化，所述接触振动判定部构成为，在检测出所述有效值的变化以及所述相位角的变化时判定为产生了所述接触振动。
根据上述(6)的结构，能够提高接触振动的检测精度。
(7)在几个实施方式中，其特征在于，在上述(1)～(6)的结构中，所述接触振动检测装置具备通知部，该通知部用于在检测到所述接触振动的产生时向使用者通知所述接触振动的产生。
根据上述(7)的结构，能够向使用者通知接触振动的检测，由此，能够促使使用者采取停止旋转机械的运转等适当的行动。
(8)本发明的至少一个实施方式所涉及的旋转机械的特征在于，具备旋转轴和上述(1)～(7)中任一项所记载的接触振动检测装置。
根据上述(8)的结构，能够检测在旋转机械中产生的接触振动，进而进行旋转机械的适当的维护管理。
(9)本发明的至少一个实施方式所涉及的接触振动检测方法用于检测由旋转轴向静止部的接触引起的接触振动，所述接触振动检测方法的特征在于，包括：旋转波形确定步骤，该旋转波形确定步骤基于旋转中的所述旋转轴的位移来确定所述旋转轴的旋转波形；参数变化检测步骤，该参数变化检测步骤检测所述旋转波形的有效值和所述旋转波形的相位角中的至少一方的参数的变化；以及接触振动判定步骤，该接触振动判定步骤基于所述参数的所述变化来判定有无所述接触振动。
根据上述(9)的方法，能够基于由例如位移传感器测定的位移来确定旋转波形，并以所确定的旋转波形的上述参数的变化为依据，从而检测由旋转轴向静止部的接触引起的接触振动。由此，不依赖于振动检测器即可检测旋转机械的接触振动。
发明效果
根据本发明的至少一个实施方式，能够提供可以检测旋转机械的接触振动的接触振动检测装置及具备该接触振动检测装置的旋转机械、以及接触振动检测方法。
附图说明
图1是表示应用了本发明的一个实施方式所涉及的接触振动检测装置的旋转机械的框图。
图2A是表示形成于旋转轴的切口部的部分，是表示切口部与位移传感器的相对位置关系的图。
图2B是表示形成于旋转轴的切口部的部分，是用于说明切口部在旋转轴上的形成位置的图。
图3是表示由旋转波形确定部确定的旋转轴的旋转波形的曲线图，是在时刻T0时的旋转轴的旋转波形。
图4是表示通过旋转波形的分频来确定的基准脉冲波形的曲线图。
图5是表示由旋转波形确定部确定的旋转轴的旋转波形的曲线图，是在时刻T1时的旋转轴的旋转波形。
图6A是表示由旋转波形确定部确定的旋转轴的旋转波形的曲线图，是在时刻T0时的旋转轴的旋转波形。
图6B是表示由旋转波形确定部确定的旋转轴的旋转波形的曲线图，是在时刻T2时的旋转轴的旋转波形。
图6C是表示由旋转波形确定部确定的旋转轴的旋转波形的曲线图，是在时刻T3时的旋转轴的旋转波形。
图7是表示在本发明的一个实施方式所涉及的接触振动检测装置中进行的接触振动检测方法的流程图。
图8是表示本发明的第二实施方式所涉及的接触振动检测方法的流程图。
图9是表示本发明的第三实施方式所涉及的接触振动检测方法的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明的几个实施方式进行说明。但是，以下作为实施方式记载的内容或附图中记载的内容只不过是例示，能够在不脱离本发明的主旨的范围内任意地变更来实施。另外，各实施方式能够任意地组合两个以上来实施。而且，在各实施方式中，对于共通的部件标注相同的附图标记，并为了简化说明而省略重复的说明。
另外，作为实施方式记载的或者附图所示的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等并不是旨在将本发明的范围限定于此，只不过是单纯的说明例。
例如，“在某一方向上”、“沿着某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等表示相对或绝对的配置的表述不仅严格地表示那样的配置，而且还表示以公差或者以可得到相同功能的程度的角度、距离进行了相对位移的状态。
例如，“相同”、“相等”和“均质”等表示事物处于同等状态的表述不仅严格地表示同等的状态，而且还表示存在公差的状态、或者存在可得到相同功能的程度的差异的状态。
例如，表示四边形、圆筒形等形状的表述不仅表示在几何学上严格意义上的四边形、圆筒形等形状，而且还表示在可得到相同效果的范围内包括凹凸部、倒角部等的形状。
另一方面，“备有”、“具有”、“具备”、“包括”、或“含有”一个构成要素之类的表述并非排除其他构成要素的存在的排他性表述。
图1是表示应用了本发明的一个实施方式所涉及的接触振动检测装置100的旋转机械200的框图。旋转机械200具备旋转机械主体部10和接触振动检测装置100。其中，虽然均未图示，但旋转机械主体部10由涡轮增压器、涡轮机、压缩机等构成。另外，接触振动检测装置100用于检测在旋转机械主体部10中产生的、由旋转轴12向静止部13的接触而引起的接触振动。
旋转机械主体部10具备壳体11、旋转轴12、静止部13以及位移传感器14。壳体11容纳旋转轴12、静止部13、位移传感器14等。在旋转机械主体部10例如为涡轮增压器的情况下，旋转轴12例如通过船舶的废气等所具有的能量进行旋转。另外，虽然均未图示，但静止部13例如是密封部、抛油环部等。
并且，位移传感器14对旋转轴12的旋转中的旋转轴12的位移进行测定。在旋转机械主体部10中通常具备位移传感器14。位移传感器14例如由涡电流方式的传感器构成。通过位移传感器14测定出的位移被输入到后述的旋转波形确定部101。位移传感器14在本发明的一个实施方式中仅设置有一个。
其中，在旋转轴12形成有切口部12a(脉冲波形生成部)，该切口部12a(脉冲波形生成部)用于使脉冲波形与伴随旋转轴12的旋转而产生的旋转波形重叠。参照图2A、图2B来对这一点进行说明。
图2A、图2B是表示形成于旋转轴12的切口部12a的部分，图2A是表示切口部12a与位移传感器14的相对位置关系的图，图2B是用于说明切口部12a在旋转轴上的形成位置的图。在图2中一并图示了上述的位移传感器14。
图2A所示的旋转轴12以旋转中心线L为旋转中心旋转。而且，在旋转轴12的表面形成有例如截面矩形状的切口部12a。如图2B所示，该切口部12a沿旋转轴12的周向以等间隔形成于旋转轴12的外周面。另外，两个切口部12a为相同大小且相同的形状。通过以等间隔形成两个(也可以是三个以上)切口部12a，能够容易地进行切口部12a向旋转轴12的形成。并且，能够改善旋转轴12的旋转中的平衡，使旋转轴12稳定地旋转。
此外，将在后面说明详情，通过形成切口部12a，将脉冲波形与通过旋转轴12的旋转来确定的旋转波形重叠。
返回图1，接触振动检测装置100具备旋转波形确定部101、参数变化检测部102、接触振动判定部103以及通知部104。其中，参数变化检测部102具备有效值算出部102a、相位角算出部102b、分频部102c、检测部102d以及参数数据库102e。
旋转波形确定部101用于基于旋转中的旋转轴12的位移来确定旋转轴12的旋转波形。将具体的旋转波形的形状作为一例表示在图3中。
图3是表示通过旋转波形确定部101确定的旋转轴12的旋转波形501的曲线图，是在时刻T0时的旋转轴12的旋转波形501。使用了位移传感器14的旋转轴12的位移被实时地测定，测定出的位移被实时地发送到旋转波形确定部101。因此，例如图3所示那样的形状的旋转波形501也被实时地确定。
在图3所示的旋转波形中，除了伴随旋转轴12的旋转而产生的通常的旋转波形501(最大振幅1)之外，在0°≤相位角≤360°内还生成两个脉冲波形502(最大振幅5)。这些脉冲波形502是由参照上述的图2A、图2B进行说明的两个切口部12a引起的。即，当旋转轴12旋转时，旋转轴12的位移在以等间隔形成于旋转轴12的外周面的切口部12a的部分大幅变化。因此，与两个切口部12a对应的脉冲波形502以相位角之差为180°的方式重叠于通常的旋转波形501。
此外，将在后面说明详情，脉冲波形502成为上述旋转波形501中的相位角的基准信号。即，即使旋转波形501的相位角因旋转轴12向静止部13的接触而变化，所重叠的脉冲波形502的位置也不变。因此，通过算出旋转波形501相对于作为基准信号的脉冲波形502的相位角变化，能够检测旋转波形501的相位角变化。
返回图1，参数变化检测部102用于检测作为旋转波形的有效值和旋转波形的相位角的参数的变化。但是，这些参数也可以仅为任意一方。如上所述，参数变化检测部102具备有效值算出部102a、相位角算出部102b、分频部102c、检测部102d以及参数数据库102e。
有效值算出部102a用于算出旋转波形的有效值。这里所说的旋转波形是指例如边参照上述图3边说明过的旋转波形501。有效值的计算优选基于在旋转轴12的旋转为稳定状态(即旋转轴12的旋转速度恒定)时取得的旋转波形来进行。
旋转波形的有效值E可以通过下式(1)来算出。此外，由于上述的脉冲波形的大小恒定，因此在有效值E的计算中，为了简化计算，不考虑脉冲波形的大小(面积)。
数式1
Figure BDA0002214881710000071
在式(1)中，x(t)表示以时刻t为变量的旋转波形的函数，T表示旋转波形的周期。计算出的有效值E被记录于参数数据库102e。
相位角算出部102b用于算出旋转波形的相位角。这里所说的相位角是指相对于与旋转波形重叠的脉冲波形的相位角、即与脉冲波形的相位角差。这里所说的旋转波形是指例如边参照上述图3边说明过的旋转波形501，脉冲波形例如是边参照上述图3边说明过的脉冲波形502。相位角的计算优选基于在旋转轴12的旋转为稳定状态(即旋转轴12的旋转速度恒定)时取得的旋转波形以及脉冲波形来进行。
在此，即使旋转波形的相位角因向静止部13的接触而变化，与旋转波形重叠的脉冲波形的位置也不变。因此，通过算出旋转波形相对于作为基准信号的脉冲波形的相位角变化，能够高精度地检测相位角(参数)的变化。
旋转波形的相位角可以通过旋转次数比分析以及快速傅立叶变换来算出。具体而言，复变函数F(t)的相位角可以通过下式(2)来算出。
数式2
Figure BDA0002214881710000072
在式(2)中，时间排列f(x)由个数为N个的进行傅立叶变换的数据排列构成，通过上式而成为数据个数为从0到N-1个的频率t，复变函数F(t)的相位角由复数(e)的实部和虚部求得。计算出的相位角被记录于参数数据库102e。
如上所述，在本发明的一个实施方式中，算出旋转波形相对于作为基准信号的脉冲波形的相位角。但是，为了简化计算，优选对两个脉冲波形进行分频，算出旋转波形相对于通过分频而得到的一个基准脉冲波形的相位角。以下，关于旋转波形的分频以及基准脉冲波形，一边提及用于进行旋转波形的分频的分频部102c一边进行说明。
分频部102c用于通过对在旋转波形中检测出的上述脉冲波形进行分频来确定基准脉冲波形。成为分频的脉冲波形例如是参照上述图3来说明的两个脉冲波形502。通过分频，根据与两个切口部12a对应的两个脉冲波形来确定一个基准脉冲波形。关于基准脉冲波形，除了上述的图3之外，还一并新参照图4进行说明。
图4是表示通过旋转波形的分频确定的基准脉冲波形503的曲线图。在图4中示出了在0°≤相位角≤360°内一个基准脉冲波形503(最大振幅5)。此外，基准脉冲波形503的振幅与上述的脉冲波形502(参照图3)的振幅相同。
上述图3所示的脉冲波形502如上所述在0°≤相位角≤360°内存在两个。因此，分频部102c对两个脉冲波形502进行分频而将两个脉冲波形502变换为一个脉冲波形502。然后，将通过变换得到的脉冲波形502确定为基准脉冲波形503。此外，在图4所示的例子中，基准脉冲波形503的相位角为20°，因此，旋转波形501(参照图3)相对于基准脉冲波形503的相位角表示从该20°偏离了何种程度。
通过利用分频来确定基准脉冲波形503，从而能够根据与切口部12a对应的两个以脉冲波形来确定一个基准脉冲波形。因此，能够容易地计算出旋转波形501(参照图3)相对于基准脉冲波形503的相位角。
返回图1，检测部102d分别针对由上述的有效值算出部102a计算出的有效值和由上述的相位角算出部102b计算出的相位角来检测它们的变化。具体而言，检测部102d分别对当前的有效值及相位角、和记录于参数数据库102e的例如1分钟前的有效值及相位角进行比较。然后，检测部102d对有效值和相位角的每个判断是否产生了变化。对这一点，除了上述的图3之外还新参照图5进行说明。
图5是表示通过旋转波形确定部101确定的旋转轴12的旋转波形501的曲线图，是在时刻T1时的旋转轴12的旋转波形501。这里所说的时刻T1是相对于上述的图3所示的旋转波形501的时刻T0而言例如1分钟通常的旋转波形501的相位角相同但之后的时刻。在图3和图5中，脉冲波形502的相位角以及振幅相同。但是，旋转波形501的最大振幅比图3所示的振幅(最大振幅1)大(最大振幅为3)。因此，根据振幅算出的有效值虽然省略了具体值的说明，但在从图3所示的旋转波形的时刻T0至图5所示的旋转波形的时刻T1之间产生了变化。因此，在该情况下，上述的检测部102d就会检测有效值的变化。
图6A～图6C是表示由旋转波形确定部101确定的旋转轴12的旋转波形501的曲线图，图6A是在时刻T0时的旋转轴12的旋转波形501，图6B是在时刻T2时的旋转轴12的旋转波形501，图6C是在时刻T3时的旋转轴12的旋转波形501。这些曲线图中，图6A所示的旋转波形501除了纵轴的标度不同以外，均与上述的图3所示的旋转波形501相同。另外，时刻T2是从时刻T0起经过了例如2分钟之后的时刻，时刻T3是从时刻T0起经过了例如3分钟之后的时刻。
在图6A～图6C中，脉冲波形502的相位角以及振幅相同。但是，旋转波形501的波腹的位置在图6A～6C间发生了变化。具体而言，在表示时刻T0时的旋转波形501的图6A中，旋转波形501所包含的波腹的相位角中最小的角度为90°。因此，在图6A～图6C中，相对于未图示的基准脉冲波形503(参照图4，相位角20°)的相位角(相位角之差)为70°。另外，在表示时刻T2时的旋转波形501的图6B中，波腹的相位角中最小的角度为67.5°。因此，相对于基准脉冲波形503的相位角为47.5°。并且，在表示时刻T3时的旋转波形501的图6C中，波腹的相位角中最小的角度为45°。因此，相对于基准脉冲波形503的相位角为25°。
如这些波形图那样，在时刻T0、T2、T3，旋转波形501相对于基准脉冲波形503的相位角发生了变化。因此，在该情况下，上述的检测部102d就会检测相位角的变化。
返回图1，参数数据库102e分别记录由上述有效值算出部102a计算出的有效值和由上述相位角算出部102b计算出的相位角。如上所述，有效值及相位角分别例如按每1分钟算出，因此向参数数据库102e的记录也按每1分钟来进行。
接触振动判定部103用于基于由上述的检测部102d检测出的有效值以及相位角(参数)有无变化来判定有无上述接触振动。具体而言，在本发明的一个实施方式中，接触振动判定部103在有效值产生了变化且相位角产生了变化的情况下，判定为旋转轴12产生了接触振动。但是，将在后面说明详情，也可以在产生了任意一方的变化时判定为旋转轴12产生了接触振动。
通常，在旋转速度稳定、旋转轴12已稳定时，有效值和相位角都不变化。但是，例如对于有效值而言，若由于某些原因而产生旋转轴12向静止部13的接触，则会产生接触振动。另外，在接触部分产生因摩擦引起的热，温度会上升。其结果是，旋转轴12弯曲，旋转轴12变得不稳定，因此接触振动会变大。而且，该动作反复进行，由此旋转波形起因于旋转轴12的不稳定性而产生变化。其结果是，根据旋转波形计算出的有效值会变化(例如增加)。因此，接触振动判定部103基于有效值的变化来判定有无接触振动。
另外，例如对于相位角而言，即使起因于向静止部13的接触而旋转轴12如上述那样变得不稳定，但由于会产生将该不稳定抵消这样的其他接触，从而也有上述有效值的变化(即振幅的变化)会变得极其小的可能性。在该情况下，有效值几乎不变。但是，由于旋转轴12向静止部13的接触，旋转轴12的圆周上的一个部位的接触部分被局部加热，因此旋转轴12发生热弯曲。其结果是，由热弯曲引起的不平衡与充分除去了不平衡的旋转轴12相互作用，该不平衡作为振动而产生。而且，因接触引起的不平衡随着时间而在圆周上移动，因此旋转波形的相位角会偏移下去。因此，接触振动判定部103基于相位角的变化来判定有无接触振动。
并且，在本发明的一个实施方式中，接触振动判定部103构成为，在检测出有效值的变化以及相位角的变化时，判定为产生了接触振动。通过如此地设置，能够提高接触振动的检测精度。
另外，在本发明的一个实施方式中，接触振动判定部103构成为，在上述有效值和上述相位角(参数)的变化持续了规定期间的情况下，判定为产生了上述接触振动。在此所说的规定期间包括例如在如上述那样每隔规定时间(例如每1分钟)算出了有效值和相位角的情况下例如连续100次产生了变化的情况。另外，例如在确定旋转波形的同时实时地进行有效值和相位角的计算的情况下，包含例如连续1小时40分钟产生了变化的情况。
通过如此地设置，能够抑制如下现象：尽管实际上未产生接触振动，但参数(有效值和相位角)因某些原因而偶尔发生了变化，在该情况下误判定为产生了接触振动。由此，能够提高判定精度。
通知部104用于在由接触振动判定部103检测到接触振动的产生时对使用者通知接触振动的产生。通过通知部104，能够向使用者通知接触振动的检测，由此，使用者停止旋转机械200的运转等能够对使用者催促采取适当的行动。通知部104通过例如使未图示的灯点亮或者显示于未图示的监视器画面来进行对使用者的通知。
根据以上结构的接触振动检测装置100，基于由例如位移传感器14测定的位移来确定旋转波形，并以所确定的旋转波形的上述参数(有效值和相位角)的变化为依据，从而能够检测由旋转轴12向静止部13的接触引起的接触振动。由此，不依赖于振动检测器即可检测旋转机械200(更具体而言是旋转机械主体部10)的接触振动。此外，本发明的一个实施方式并不排除具备振动检测器。
特别地，根据例如图1所示那样的具备旋转轴12和接触振动检测装置100的旋转机械200，能够检测在旋转机械200中产生的接触振动，进而进行旋转机械200的适当的维护管理。
此外，虽然均未图示，但上述的接触振动检测装置100具备CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)、I/F(Inter Face：接口)、控制电路等，该接触振动检测装置100通过由CPU执行存储在ROM中的规定的控制程序来具体实现。
图7是表示在本发明的一个实施方式所涉及的接触振动检测装置100中进行的接触振动检测方法的流程图。图7所示的接触振动检测方法是检测由上述的旋转轴12向静止部13的接触引起的接触振动的方法。该接触振动检测方法能够通过例如上述的图1所示的接触振动检测装置100来执行。因此，在以下的说明中，一并参照上述的图1来进行图7的说明。
在旋转轴12开始旋转后，旋转轴12的旋转速度恒定，旋转轴12进行旋转稳定(步骤S1)。另外，通过位移传感器14来从旋转轴12的旋转开始时起测定旋转轴12的位移(步骤S2)。位移的测定在旋转轴12的旋转稳定过程中实时进行。然后，旋转波形确定部101基于旋转中的旋转轴12的位移来确定旋转轴12的旋转波形(步骤S3，旋转波形确定步骤)。由此，例如在基于时刻T0时的位移来确定的情况下，确定上述的图3所示的旋转波形501以及脉冲波形502。
接着，有效值算出部102a算出所确定的旋转波形的有效值(步骤S4)。具体的计算方法能够应用在上述接触振动检测装置100中已说明的方法。计算出的有效值被记录于参数数据库102e。然后，检测部102d将参数数据库102e中所记录的有效值彼此进行比较，来判定旋转波形的有效值是否存在变化(步骤S5，参数变化检测步骤)。在此所说的有效值的变化例如是边参照上述图3及图5边说明过的变化。
在该判定的结果是判定为旋转波形的有效值存在变化的情况下(步骤S5的“是”方向)，接触振动判定部103判定该变化是否持续了规定期间(步骤S6)。这里所说的持续规定期间与上述的在接触振动检测装置100中说明过的持续规定期间的意思相同。然后，在有效值变化持续了规定期间的情况下(步骤S6的“是”方向)，分频部102c将与已算出上述有效值的旋转波形501重叠的脉冲波形进行分频，确定基准脉冲波形(步骤S7)。这里所说的基准脉冲波形是边参照上述图4边说明过的基准脉冲波形503。
此外，在上述的步骤S5中判定为有效值没有变化的情况下(步骤S5的“否”方向)、以及在上述的步骤S6中判定为变化未持续规定期间的情况下(步骤S6的“否”方向)，结束流程。此时，已记录于上述参数数据库102e中的有效值被消除。
在上述的步骤S7中确定了基准脉冲波形之后，相位角算出部102b针对确定了基准脉冲波形的旋转波形，算出相对于基准脉冲波形的相位角(步骤S8)。具体的计算方法能够应用在上述的接触振动检测装置100中已说明的方法。计算出的相位角被记录于参数数据库102e。
然后，检测部102d将参数数据库102e中所记录的相位角彼此进行比较，来判定相对于基准脉冲波形的相位角是否存在变化(步骤S9、参数变化检测步骤)。这里所说的相位角的变化例如是边参照上述的图6A～图6C边说明过的变化。
在该判定的结果是检测部102d判断为相位角存在变化的情况下(步骤S9的“是”方向)，接触振动判定部103判定该变化是否持续了规定期间(步骤S10)。这里所说的持续规定期间与上述的在接触振动检测装置100中说明过的持续规定期间的意思相同。然后，在该变化持续了规定期间的情况下(步骤S10的“是”方向)，接触振动判定部103判定为存在由旋转轴12向静止部13的接触引起的接触振动，通过接触振动判定部103来检测接触振动(步骤S11、接触振动判定步骤)。
此外，在上述的步骤S9中判定为相位角没有变化的情况下(步骤S9的“否”方向)、以及在上述的步骤S10中判定为变化未持续规定期间的情况下(步骤S10的“否”方向)，结束流程。此时，已记录于上述的参数数据库102e中的有效值和相位角被消除。
在通过接触振动判定部103检测到接触振动之后，通知部104通过例如使灯点亮、向显示器显示等来向使用者通知接触振动的检测(步骤S12)。然后，结束流程。
根据以上的接触振动检测方法，基于由例如位移传感器14测定的位移来确定旋转波形，并以所确定的旋转波形的上述参数(有效值和相位角)的变化为依据，从而能够检测由旋转轴12向静止部13的接触引起的接触振动。由此，不依赖于振动检测器即可检测旋转机械200(更具体而言是旋转机械主体部10)的接触振动。
图8是表示本发明的第二实施方式所涉及的接触振动检测方法的流程图。对于与上述的图7所示的各步骤相同的步骤，为了简化说明而省略重复的说明。
该图8所示的流程在上述的图7所示的流程中仅基于有效值的变化来进行接触振动的检测。即，在判定为有效值的变化持续变化了规定期间的情况下(步骤S6的“是”方向)，接触振动判定部103判定为存在由旋转轴12向静止部13的接触引起的接触振动，通过接触振动判定部103来检测接触振动(步骤S11、接触振动判定步骤)。然后，与上述的图7所示的流程同样地，对使用者进行通知(步骤S12)，结束流程。
如上所述，即使旋转轴12因向静止部13的接触而变得不稳定，由于会产生将该不稳定抵消的其他接触，从而也有上述有效值的变化会变得极其小的可能性。但是，产生能够完全抵消旋转轴12的不稳定性这样的其他接触的可能性并不那么高。因此，若产生旋转轴12向静止部13的接触，则通常认为旋转波形的有效值会产生变化。而且，有效值变化例如能够通过如上述的式(1)所示那样简单的算式来算出，因此有效值变化的检测是简便的。因此，根据仅通过有效值来进行接触振动的检测的图8的流程，能够以简便的方法检测接触振动。
图9是表示本发明的第三实施方式所涉及的接触振动检测方法的流程图。对于与上述的图7所示的各步骤相同的步骤，为了简化说明而省略重复的说明。
该图9所示的流程在上述的图7所示的流程中仅基于相位角的变化来进行接触振动的检测。即，在通过旋转波形确定部101来确定了旋转波形之后(步骤S3)，通过分频部102c来对脉冲波形分频以及确定基准脉冲波形(步骤S7)。然后，与上述的图7所示的流程同样地进行使用了相位角的接触振动检测(步骤S7～S11)，并向使用者进行通知(步骤S12)，然后结束流程。
如上所述，当旋转轴12与静止部13接触时，产生接触振动。与此同时，接触部分带有热量，接触部分的温度会上升。其结果是，旋转轴12弯曲，旋转轴12变得不稳定。因此，能够通过仅基于相位角判定有无接触振动来检测接触振动。
符号说明
10 旋转机械主体部
11 壳体
12 旋转轴
12a 切口部
13 静止部
14 位移传感器
100 接触振动检测装置
101 旋转波形确定部
102 参数变化检测部
102a 有效值算出部
102b 相位角算出部
102c 分频部
102d 检测部
102e 参数数据库
103 接触振动判定部
104 通知部
200 旋转机械
501 旋转波形
502 脉冲波形
503 基准脉冲波形

Claims (8)

1.一种接触振动检测装置，用于检测由旋转轴向静止部的接触引起的接触振动，所述接触振动检测装置的特征在于，具备：
旋转波形确定部，该旋转波形确定部用于确定所述旋转轴的旋转波形，该旋转波形表示伴随所述旋转轴的旋转而产生的所述旋转轴的位移与所述旋转轴的相位角的关系；
参数变化检测部，该参数变化检测部用于检测所述旋转波形的有效值和所述旋转波形的相位角中的至少一方的参数的变化；以及
接触振动判定部，该接触振动判定部用于基于所述参数有无所述变化来判定有无所述接触振动，
在所述旋转轴形成有脉冲波形生成部，该脉冲波形生成部用于使所述旋转波形与作为所述旋转波形的相位角的基准的脉冲波形重叠，
所述参数变化检测部构成为，通过检测所述相位角相对于所述脉冲波形的变化来检测所述参数的所述变化。
2.根据权利要求1所述的接触振动检测装置，其特征在于，
所述接触振动判定部构成为，在所述参数的所述变化持续产生了规定期间的情况下，判定为产生了所述接触振动。
3.根据权利要求1所述的接触振动检测装置，其特征在于，
所述脉冲波形生成部包括两个以上的切口部，该两个以上的切口部在所述旋转轴的周向上等间隔地形成于所述旋转轴的外周面。
4.根据权利要求1所述的接触振动检测装置，其特征在于，
所述参数变化检测部构成为，通过对检测出的所述脉冲波形进行分频来确定基准脉冲波形，
所述参数变化检测部构成为，通过检测所述相位角相对于所述基准脉冲波形的变化来检测所述参数的所述变化。
5.根据权利要求1所述的接触振动检测装置，其特征在于，
所述参数变化检测部构成为，检测所述有效值以及所述相位角的变化，
所述接触振动判定部构成为，在检测出所述有效值的变化以及所述相位角的变化时判定为产生了所述接触振动。
6.根据权利要求1所述的接触振动检测装置，其特征在于，
所述接触振动检测装置具备通知部，该通知部用于在检测到所述接触振动的产生时向使用者通知所述接触振动的产生。
7.一种旋转机械，其特征在于，具备：
旋转轴；以及
权利要求1～6中任一项所述的接触振动检测装置。
8.一种接触振动检测方法，用于检测由旋转轴向静止部的接触引起的接触振动，所述接触振动检测方法的特征在于，包括：
旋转波形确定步骤，该旋转波形确定步骤确定所述旋转轴的旋转波形，该旋转波形表示伴随所述旋转轴的旋转而产生的所述旋转轴的位移与所述旋转轴的相位角的关系；
参数变化检测步骤，该参数变化检测步骤检测所述旋转波形的有效值和所述旋转波形的相位角中的至少一方的参数的变化；以及
接触振动判定步骤，该接触振动判定步骤基于所述参数的所述变化来判定有无所述接触振动，
使所述旋转波形与作为所述旋转波形的相位角的基准的脉冲波形重叠，
通过检测所述相位角相对于所述脉冲波形的变化来检测所述参数的所述变化。
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