JP2017083284A - 回転機の異常検知装置、回転機の異常検知方法、及び、回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性波を検知するセンサーが配置されている箇所の温度が上昇することによるセンサーの感度低下に対して、温度補償ができる、回転機の異常検知装置を提供する。【解決手段】第１の判定部１６は、第１のデータＤ（ｔ）を構成する強度値を順次、基準強度値で割り算して強度比を算出し、強度比が第１のしきい値Ｔｈ１を超えているか否かを判定する処理（第１の処理）をする（ステップＳ３，Ｓ４）。第２の判定部１７は、所定期間が経過した場合、所定期間中の第１のデータＤ（ｔ）の平均変化率を算出し、平均変化率が予め定められた範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ９，Ｓ１０）。平均変化率が上記範囲内であると判定された場合、基準強度値が更新され、下げられる（ステップＳ１１）。第１の判定部１６は、基準強度値が更新された場合、次の所定期間、更新された基準強度値を用いて第１の処理をする。【選択図】図５

Description

本発明は、回転機に備えられる回転体の異常を検知する技術に関する。

回転機（例えば、圧縮機、モータ、発電機）の異常を検知する様々な技術が提案されている。例えば、非接触型圧縮機のロータ回転時に雄ロータと雌ロータの接触により発生するＡＥ波とその時のロータの回転信号とを検出し、その検出したＡＥ信号と回転信号に基づきロータ接触の診断を行う圧縮機の診断方法において、上記ＡＥ信号を増幅および検波し、その出力を周波数分析および加算平均処理し、その結果を上記回転信号に基づき判定基準と比較して、ロータ接触の有無などの診断を行うことを特徴とする圧縮機の診断方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、第１のロータ及び第２のロータが対となって回転する回転機械の異常接触状態を検出する異常接触検出方法において、前記回転機械から放出される弾性波信号を検波し、前記第１のロータの回転周波数成分及び前記第２のロータの回転周波数成分のうち少なくとも一方が前記検波された弾性波信号に所定レベル以上含まれる場合にはロータ相互間の接触と同定し、前記第１のロータの羽根の枚数にロータの回転周波数を乗じた周波数成分及び前記第２のロータの羽根の枚数にロータの回転周波数を乗じた周波数成分が前記検波信号に所定レベル以上含まれる場合にはロータとケーシング間の接触と同定し、前記回転機械から放出される弾性波信号の波形レベルが所定レベルよりも大きいが、前述したロータ相互接触並びにロータ・ケーシング間接触と同定されない場合には、封止材とロータ間の接触と同定することを特徴とする異常接触検出方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−２３１３６１号公報 特開平９−１３３５７７号公報

回転機が異常となる主な原因は、回転体どうしの接触や回転体とケーシングとの接触である。回転機が運転中、回転機からは、弾性波が発生し続けており、上記接触が発生すると、比較的大きい弾性波が瞬間的に発生する。この原理を利用して回転機の異常が検知される。弾性波は、振動センサーや超音波センサーを用いて検知される。これらのセンサーは、圧電素子を利用しており、センサーが配置されている箇所の温度が上昇すると、センサーの感度が低下する。従って、温度上昇に対して温度補償をする必要がある。

本発明は、弾性波を検知するセンサーが配置されている箇所の温度が上昇することによるセンサーの感度低下に対して、温度補償ができる、回転機の異常検知装置、回転機の異常検知方法、及び、回転機を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面に係る回転機の異常検知装置は、回転体を備える回転機から生じる弾性波を検出するセンサーを用いて、前記回転機の異常を検知する装置であって、前記センサーから出力された信号を用いて生成された、前記弾性波の強度を示す強度値を時系列に並べたデータを取得する取得部と、前記データに含まれる前記強度値を順次、予め定められた基準強度値で割り算して強度比を算出し、前記強度比を順次、予め定められた第１のしきい値と比較し、前記強度比が前記第１のしきい値を超えているか否かを判定する処理を第１の処理とし、前記第１の処理の結果、前記強度比が前記第１のしきい値を超えている場合、前記回転機が異常であると判定する第１の判定部と、所定期間が経過した場合、前記所定期間中の前記データの平均変化率を算出し、前記平均変化率が予め定められた範囲内であるか否かを判定する処理を第２の処理とし、前記所定期間が経過する毎に、前記第２の処理をする第２の判定部と、前記第２の処理の結果、前記平均変化率が前記範囲内であると判定された場合、前記基準強度値を下げる更新をする更新部と、を備え、前記第１の判定部は、前記基準強度値が更新された場合、次の前記所定期間、更新された前記基準強度値を用いて前記第１の処理をする。

第１の判定部は、強度値を順次、第１のしきい値と比較するのではなく、上記第１の処理、すなわち、データに含まれる前記強度値を順次、基準強度値で割り算して強度比を算出し、強度比を順次、第１のしきい値と比較し、強度比が第１のしきい値を超えているか否かを判定する処理をする。強度値は、好ましくは、センサーから出力された信号の二乗平均平方根（ＲＭＳ（ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ）値）である。第１の判定部は、第１の処理の結果、強度比が第１のしきい値を超えている場合、回転機が異常であると判定する。

一方、所定期間が経過した場合、第２の判定部は、第２の処理、すなわち、所定期間中のデータの平均変化率を算出し、平均変化率が予め定められた範囲内であるか否かを判定する処理をする。予め定められた範囲とは、回転機に異常が発生していないが、センサーが配置されている箇所の温度が上昇することにより、センサーの感度が徐々に低下し、その結果、弾性波の強度が徐々に低下する範囲である。平均変化率が、予め定められた範囲内にあるとは、回転機が正常の状態にあることを意味する。更新部は、平均変化率が予め定められた範囲内であると判定されたとき、基準強度値を下げる更新をする。第１の判定部は、基準強度値が更新された場合、次の所定期間、更新された基準強度値を用いて第１の処理をする。

このように、本発明の第１の局面に係る回転機の異常検知装置によれば、回転機に異常はないが、センサーが配置されている箇所の温度が徐々に上昇することにより、強度値が徐々に低下した場合、基準強度値を更新して、基準強度値を下げ、この更新した基準強度値を用いて強度比を算出する。すなわち、本発明の第１の局面に係る回転機の異常検知装置では、データをそのまま用いて、第１のしきい値と比較するのではなく、データを正規化して第１のしきい値と比較する。このため、センサーが配置されている箇所の温度が徐々に上昇することにより、強度値が徐々に低下しても、回転機に異常が発生することによる強度値の上昇を検知することができる。

なお、温度センサーと弾性波を検知するセンサーとを組み合わせることにより、温度補償をする態様も考えられる。この態様では、温度センサーは、弾性波を検知するセンサーやこのセンサーの周辺に配置される。温度センサーから得られた温度データを基にして、弾性波を検知するセンサーの感度が補正される。これに対して、本発明の第１の局面に係る回転機の異常検知装置によれば、温度センサーを用いることなく、温度補償をすることができる。

上記構成において、前記更新部は、前記平均変化率が前記範囲外であると判定されたとき、前記基準強度値を更新しない。

平均変化率が予め定められた範囲外であると判定されたとき（すなわち、平均変化率が予め定められた範囲内でないと判定されたとき）、基準強度値を下げれば、第１の判定部は、回転機に異常が発生した否かを正しく判定できないおそれがある。そこで、更新部は、平均変化率が予め定められた範囲外であると判定されたとき、基準強度値を更新しない。

上記構成において、前記第２の判定部は、下記式を用いて前記平均変化率を算出し、前記更新部は、前記基準強度値の更新において、前記所定期間の最後の前記強度値を前記基準強度値にする。

平均変化率＝｜ＶＦ−ＶＬ｜÷Ｔ
（Ｔは、前記所定期間を示し、ＶＦは、前記所定期間の最初の前記強度値を示し、ＶＬは、前記所定期間の最後の前記強度値を示す。）
この構成は、更新される基準強度値の一例である。

上記構成において、前記第２の判定部は、前記所定期間が経過した場合、前記所定期間での前記平均変化率を予め定められた基準傾きで割り算して、傾き比を算出し、前記傾き比が予め定められた第２のしきい値を超えているか否かを判定する処理を第３の処理とし、前記所定期間が経過する毎に、前記第２の処理に加えて、前記第３の処理をし、前記第２の処理の結果、前記平均変化率が前記範囲内であると判定され、かつ、前記第３の処理の結果、前記傾き比が前記第２のしきい値以下と判定されたとき、前記更新部は、前記基準強度値を更新して、前記所定期間の最後の前記強度値を前記基準強度値にし、かつ、前記基準傾きを更新して、前記所定期間での前記平均変化率を前記基準傾きにし、前記第２の判定部は、前記基準傾きが更新された場合、次の前記所定期間、更新された前記基準傾きを用いて前記第３の処理をする。

この構成によれば、平均変化率に加えて、傾き比（平均変化率を基準傾きで割り算した値）が考慮される。これにより、強度値が急激に上昇せずに、徐々に上昇する場合でも、回転機に異常が発生したことを迅速に検知することができる。

本発明の第２の局面に係る回転機の異常検知方法は、回転体を備える回転機から生じる弾性波を検出するセンサーを用いて、前記回転機の異常を検知する方法であって、前記センサーから出力された信号を用いて生成された、前記弾性波の強度を示す強度値を時系列に並べたデータを取得する第１のステップと、前記データに含まれる前記強度値を順次、予め定められた基準強度値で割り算して強度比を算出し、前記強度比を順次、予め定められた第１のしきい値と比較し、前記強度比が前記第１のしきい値を超えているか否かを判定する処理を第１の処理とし、前記第１の処理の結果、前記強度比が前記第１のしきい値を超えている場合、前記回転機が異常であると判定する第２のステップと、所定期間が経過した場合、前記所定期間中の前記データの平均変化率を算出し、前記平均変化率が予め定められた範囲内であるか否かを判定する処理を第２の処理とし、前記所定期間が経過する毎に、前記第２の処理をする第３のステップと、前記第２の処理の結果、前記平均変化率が前記範囲内であると判定された場合、前記基準強度値を下げる更新をする第４のステップと、を備え、前記第２のステップは、前記基準強度値が更新された場合、次の前記所定期間、更新された前記基準強度値を用いて前記第１の処理をする。

本発明の第２の局面に係る回転機の異常検知方法によれば、本発明の第１の局面に係る回転機の異常検知装置と同様の作用効果を有する。

本発明の第３の局面に係る回転機は、上記異常検知装置を備える回転機である。

本発明の第３の局面に係る回転機によれば、本発明の第１の局面に係る回転機の異常検知装置と同様の作用効果を有する。

本発明によれば、弾性波を検知するセンサーが配置されている箇所の温度が上昇することによるセンサーの感度低下に対して、温度補償ができる。

回転機の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る回転機の異常検知装置の構成を示すブロック図である。 回転機が正常な状態において、信号処理部で生成された第１のデータＤ（ｔ）及び第２のデータＤ（ｔ）を示すグラフである。 第１のデータＤ（ｔ）としきい値Ｔｈとの関係を示すグラフである。 本実施形態に係る回転機の異常検知装置の動作を説明するフローチャートである。 第１のデータＤ（ｔ）、所定期間Ｔ、所定期間の最初の強度値ＶＦ、及び、所定期間の最後の強度値ＶＬの関係を示すグラフである。 強度比と時間との関係を示すグラフである。 平均変化率がゼロに近い場合の第１のデータＤ（ｔ）を示すグラフである。 回転機に異常が発生したときに、強度値が徐々に上昇する例を示すグラフである。 図９の矢印Ｐで示す部分を拡大した拡大図である。 本実施形態の変形例の動作を説明するフローチャートの一部である。

回転機に異常が発生すると、センサーから出力された信号を用いて生成された弾性波の強度を示す強度値は、瞬間的に上昇する。センサーが配置されている箇所の温度が上昇すると、センサーの感度が低下し、強度値が低下する。強度値が低下すると、回転機に異常が発生することにより、強度値が瞬間的に上昇する量が小さくなる。従って、強度値をしきい値と比較して、強度値がしきい値を超えれば、回転機が異常と判定する手法では、回転機の異常を検知できないおそれがある。センサーの感度は、得たい信号成分のみならず、ノイズとなる振動成分等についても低下するので、ある程度の温度範囲内では、センサーから出力された信号のＳＮ比があまり変化しない。本発明者は、以上の点に着目して、本発明の一実施形態及びその変形例を創作した。

以下、図面に基づいて、本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は、回転機１の一例を示す模式図である。回転機１は、第１の回転体２と、第１の回転体２と所定のギャップＧを設けて配置された第２の回転体３と、第１の回転体２及び第２の回転体３が収容されるケーシング４と、を備える。

第１の回転体２は、回転軸５を備え、回転軸５を中心に矢印Ａ方向（例えば、反時計回りの方向）に回転駆動される。第２の回転体３は、回転軸６を備え、回転軸６を中心に矢印Ａ方向と逆の矢印Ｂ方向（例えば、時計回りの方向）に回転駆動される。

ケーシング４の外壁には、二つのセンサー１１ａ，１１ｂが取り付けられている。センサー１１ａ，１１ｂは、それぞれ、回転機１から生じる弾性波を検出し、弾性波の強度と時間との関係を示す信号Ｓ１，Ｓ２を出力する。弾性波とは、例えば、振動波や超音波を意味する。

センサー１１ａは、第１の回転体２の一方端部２ａの側に位置する。センサー１１ｂは、第１の回転体２の他方端部２ｂの側に位置する。このように、センサー１１ａ，１１ｂは、回転体を備える回転機１の予め定められた複数の異なる箇所に配置され、回転体が回転中に回転機１から生じる弾性波を検出する。一つのセンサーでは、異常が発生した箇所が、センサーから離れていれば、異常を検知できないおそれがある。そこで、二つのセンサー１１ａ，１１ｂが互いに離されて、回転機１の異なる所定の箇所に配置されている。なお、センサー１１ａ，１１ｂの取り付け箇所は、上記箇所に限定されない。また、本実施形態では、複数のセンサーとして、二つのセンサー１１ａ，１１ｂを例に説明するが、センサーの数は、二以上であればよい。

図２は、本実施形態に係る回転機の異常検知装置１０の構成を示すブロック図である。回転機の異常検知装置１０は、センサー１１ａ，１１ｂ及びコンピュータ１２を備える。

センサー１１ａ，１１ｂは、第１の回転体２や第２の回転体３が回転中に何らかと接触することにより生じる弾性波を検出することができればよい。接触により生じる超音波を、弾性波として検出する場合、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサーが用いられる。接触により生じる振動を、弾性波として検出する場合、振動センサーが用いられる。本実施形態では、センサー１１ａ，１１ｂとして、ＡＥセンサーを例にして説明する。

コンピュータ１２は、表示部１３及び制御部１４を備える。表示部１３は、液晶パネルのようなディスプレイである。制御部１４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、及び、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等によって実現される。ＲＯＭには、回転機１の異常検知を実行するための各種プログラムやソフトウェアが格納されている。

制御部１４は、機能ブロックとして、信号処理部１５、第１の判定部１６、第２の判定部１７及び更新部１８を備える。

信号処理部１５は、センサー１１ａから出力されたアナログの信号Ｓ１について、二乗平均平方根を演算し（ＲＭＳ値を演算し）、これをＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換し、デジタルのデータである第１のデータを生成する。信号処理部１５は、センサー１１ｂから出力されたアナログの信号Ｓ２についても同様にして、デジタルのデータである第２のデータを生成する。これらのデータは、弾性波の強度を示す値である強度値を時系列に並べたデータの具体例である。信号処理部１５は、取得部として機能する。取得部は、センサーから出力された信号を用いて生成された、弾性波の強度を示す強度値を時系列に並べたデータを取得する。

図３は、回転機１が正常な状態において、信号処理部１５で生成された第１のデータＤ（ｔ）及び第２のデータＤ（ｔ）を示すグラフである。グラフの縦軸は、強度値を示す、横軸は、時間を示す。

回転機１が正常な状態であれば、第２のデータＤ（ｔ）は、ほぼ一定であるが、第１のデータＤ（ｔ）は、徐々に低下して、その後、ほぼ一定となる。後者の原因は、図１を参照して、第１のデータＤ（ｔ）の基になる信号Ｓ１を出力するセンサー１１ａが、回転機１の運転中に温度が上昇する箇所に配置されているからである。

回転機１が圧縮機であるとして、詳しく説明すると、回転機１の運転中、回転機１の吸込口部（不図示）からガスが、回転機１内に吸い込まれ、回転機１でガスが圧縮されて、回転機１の吐出口部からガスが吐き出される。圧縮されたガスは、高温なので、圧縮されたガスが通過する吐出口部では、回転機１の運転開始から温度が徐々に上昇して、ある時間で飽和して一定となる。センサー１１ａ，１１ｂは、圧電素子を利用しており、センサー１１ａ，１１ｂが配置されている箇所の温度が上昇すると、センサー１１ａ，１１ｂの感度が低下する。センサー１１ａは、回転機１の吐出口部に配置されている。このため、回転機１が正常な状態であっても、センサー１１ａから出力された信号Ｓ１を用いて生成された第１のデータＤ（ｔ）で示される強度値は、徐々に低下して、その後、ほぼ一定となるのである。

第２のデータＤ（ｔ）の基になる信号Ｓ２を出力するセンサー１１ｂは、回転機１の吸込口部に配置されている。回転機１の運転中、吸込口部では温度が上昇しないので、第２のデータＤ（ｔ）は、ほぼ一定となる。

第１のデータＤ（ｔ）、第２のデータＤ（ｔ）のいずれも、回転機１に異常が発生すれば、強度値が瞬間的に大きくなる。しかし、第１のデータＤ（ｔ）の場合、時間が経過するにつれて、回転機１が正常な状態での強度値が小さくなり、これに応じて、回転機１に異常が発生したときの強度値が小さくなる。これを図４に示す。図４は、第１のデータＤ（ｔ）としきい値Ｔｈとの関係を示すグラフである。グラフの縦軸は、図３のグラフの縦軸と同じであり、グラフの横軸は、図３のグラフの横軸と同じである。

回転機１の運転開始からあまり時間が経過していない場合（例えば、時刻ｔ１）、回転機１に異常が発生すれば、強度値が大きく変化する。これにより、強度値がしきい値Ｔｈを超えるので、回転機１の異常が検知される。しかし、運転開始からある程度時間が経過した場合（例えば、時刻ｔ２）、回転機１に異常が発生しても、強度値が小さく変化する。よって、強度値がしきい値Ｔｈを超えることはないので、回転機１の異常が検知されない。

そこで、本実施形態は、図２に示す第１の判定部１６、第２の判定部１７及び更新部１８を備える。これらについては、本実施形態に係る回転機の異常検知装置１０の動作で詳細に説明する。図５は、本実施形態に係る回転機の異常検知装置１０の動作を説明するフローチャートである。第１のデータＤ（ｔ）を例にして説明する。

図２及び図５を参照して、回転機１の運転が開始すると、センサー１１ａは、信号Ｓ１を生成して、コンピュータ１２に送る。信号処理部１５は、信号Ｓ１を基にして、第１のデータＤ（ｔ）の生成を開始する（ステップＳ１）。第１のデータＤ（ｔ）は、弾性波の強度を示す強度値が時系列に並ぶ構造を有する。１番目の強度値は、Ｄ（１）であり、２番目の強度値は、Ｄ（２）であり、・・・・、ｎ番目の強度値は、Ｄ（ｎ）である。ｔは、１〜ｎの範囲の時刻である。

第１の判定部１６は、所定期間の計測を開始する（ステップＳ２）。第１の判定部１６は、次に説明するように、回転機１が正常の状態において、強度比がほぼ１となるように、図３に示す第１のデータＤ（ｔ）を正規化して（図７）、回転機１に異常が発生しているか否かを判定する。所定期間は、回転機１が正常の状態において、強度比がほぼ１となる所望の大きさである。

第１の判定部１６は、第１のデータＤ（ｔ）に含まれる時系列がｉ番目の強度値Ｄ（ｉ）を、基準強度値で割り算して強度比を算出する（ステップＳ３）。ここでは、１番目の強度値Ｄ（１）が、基準強度値で割り算される。第１の判定部１６は、基準強度値の初期値を予め記憶している。初期値は、回転機１の運転開始時に、センサー１１ａから出力された信号Ｓ１を用いて求められた強度値である。

第１の判定部１６は、ステップ３で算出した強度比を、第１のしきい値Ｔｈ１と比較し、強度比が第１のしきい値Ｔｈ１を超えているか否かを判定する（ステップＳ４）。第１の判定部１６は、第１のしきい値Ｔｈ１を予め記憶している。回転機１が正常な状態での強度比＜第１のしきい値Ｔｈ１の関係が成立するように、第１のしきい値Ｔｈ１が決められている。第１のしきい値Ｔｈ１の大きさは、固定されている。

第１の判定部１６が、強度比が第１のしきい値Ｔｈ１を超えていると判定した場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、第１の判定部１６は、回転機１に異常が発生していると判定する（ステップＳ５）。第１の判定部１６は、回転機１に異常が発生していることを記録する。

ステップＳ５の後、又は、第１の判定部１６が、強度比が第１のしきい値Ｔｈ１以下と判定した場合（ステップＳ４でＮｏ）、第１の判定部１６は、ステップＳ２で計測を開始した所定期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ６）。

第１の判定部１６が、所定期間が経過していないと判定した場合（ステップＳ６でＮｏ）、制御部１４は、回転機１の運転が終了したか否かを判断する（ステップＳ７）。制御部１４が、回転機１の運転が終了したと判断した場合（ステップＳ７でＹｅｓ）、回転機の異常検知装置１０は動作を終了する。

制御部１４が、回転機１の運転が終了していないと判断した場合（ステップＳ７でＮｏ）、制御部１４は、強度値の順番を次の順番にする（ステップＳ８）。そして、制御部１４は、ステップＳ３に戻り、第１の判定部１６は、次の強度値（ここでは、２番目の強度値Ｄ（２））を基準強度値で割り算して強度比を算出する。

以上説明したように、第１の判定部１６は、第１のデータＤ（ｔ）に含まれる強度値を順次、予め定められた基準強度値で割り算して強度比を算出し、強度比を順次、予め定められた第１のしきい値Ｔｈ１と比較し、強度比が第１のしきい値を超えているか否かを判定する処理（第１の処理）をする（ステップＳ３、ステップＳ４）。第１の判定部１６は、第１の処理の結果、強度比が第１のしきい値を超えている場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、回転機１が異常であると判定する（ステップＳ５）。

第１の判定部１６が、所定期間が経過したと判定した場合を説明する（ステップＳ６でＹｅｓ）。この場合、第２の判定部１７は、平均変化率を算出する（ステップＳ９）。平均変化率は、下記式で示される。

平均変化率＝｜ＶＦ−ＶＬ｜÷Ｔ
Ｔは、ステップＳ２及びステップＳ６で説明した所定期間を示し、ＶＦは、所定期間の最初の強度値を示し、ＶＬは、所定期間の最後の強度値を示す。図６は、第１のデータＤ（ｔ）、所定期間Ｔ、所定期間の最初の強度値ＶＦ、及び、所定期間の最後の強度値ＶＬの関係を示すグラフである。例えば、所定期間Ｔが、時刻ｔ３で開始し、時刻ｔ４で終了する場合、強度値Ｄ（ｔ３）が所定期間の最初の強度値ＶＦであり、強度値Ｄ（ｔ４）が所定期間の最後の強度値ＶＬである。各所定期間Ｔは、同じ長さである。

平均変化率は、所定期間の最初の強度値ＶＦから所定期間の最後の強度値ＶＬを引き算した値の絶対値を、所定期間Ｔで割り算した値である。図１に示すセンサー１１ａが配置されている箇所では、回転機１の運転開始により温度が徐々に上昇する。このため、第１のデータＤ（ｔ）を構成する強度値は、徐々に低下する傾向を示す。しかしながら、何らかの原因により、ある所定期間において、センサー１１ａが配置されている箇所の温度が僅かに下降し、その結果、強度値が僅かに上昇することがあり得る。この場合、所定期間の最初の強度値ＶＦから所定期間の最後の強度値ＶＬを引き算した値は、負となる。平均変化率は、次に説明するように、下限値と上限値との範囲内であるか否か判定されるので、平均変化率が負の値になれば、判定不能となる。そこで、絶対値が用いられる。

第２の判定部１７は、ステップＳ９で算出した平均変化率が、下限値と上限値との範囲内（予め定められた範囲内）か否かを判定する（ステップＳ１０）。この範囲では、回転機１に異常が発生していないが、センサー１１ａが配置されている箇所の温度が上昇することにより、センサー１１ａの感度が徐々に低下し、その結果、弾性波の強度が徐々に低下する。平均変化率が、下限値と上限値との範囲内にあるとは、回転機１が正常の状態にあることを意味する。

このように、第２の判定部１７は、所定期間が経過した場合（ステップＳ６でＹｅｓ）、所定期間中の第１のデータＤ（ｔ）の平均変化率を算出し（ステップＳ９）、平均変化率が予め定められた範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。この一連の処理を第２の処理とする。第２の判定部１７は、所定期間が経過する毎に第２の処理をする。

第２の判定部１７が、平均変化率が下限値と上限値との範囲内と判定した場合（ステップＳ１０でＹｅｓ）、更新部１８は、基準強度値を下げる更新をする（ステップＳ１１）。本実施形態では、所定期間の最後の強度値が、基準強度値にされる。例えば、図６を参照して、所定期間Ｔ（時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間）において、強度値Ｄ（ｔ３）が、基準強度値である。更新部１８は、基準強度値を更新し、所定期間Ｔの最後の強度値Ｄ（ｔ４）を基準強度値にする。これにより、次の所定期間Ｔ（時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間）において、強度値Ｄ（ｔ４）が、基準強度値となる。

ステップＳ１１の後、制御部１４は、回転機１の運転が終了したか否かを判断する（ステップＳ１２）。制御部１４が、回転機１の運転が終了したと判断した場合（ステップＳ１２でＹｅｓ）、回転機の異常検知装置１０は動作を終了する。制御部１４が、回転機１の運転が終了していないと判断した場合（ステップＳ１２でＮｏ）、制御部１４は、ステップＳ８と同様に、強度値の順番を次の順番にする（ステップＳ１３）。そして、制御部１４は、ステップＳ２に戻る。

図６を参照して、次の所定期間Ｔ（時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間）、第１の判定部１６は、強度値Ｄ（ｔ４）を基準強度値として、ステップＳ３及びステップＳ４の処理をする。このように、第１の判定部１６は、所定期間Ｔが経過する毎に、基準強度値を下げて、強度比を算出する。すなわち、第１の判定部１６は、第１のデータＤ（ｔ）を正規化する。図７は、強度比と時間との関係を示すグラフである。グラフの縦軸は、強度比を示し、グラフの横軸は、時間を示す。第１の判定部１６は、第１のデータＤ（ｔ）を正規化して、第１のしきい値Ｔｈ１と判定する。

第２の判定部１７が、平均変化率が下限値と上限値との範囲外と判定した場合（ステップＳ１０でＮｏ）、更新部１８は、基準強度値を更新しない（ステップＳ１４）。平均変化率が上記範囲外であると判定されたとき（すなわち、平均変化率が上記範囲内でないと判定されたとき）、更新部１８が、基準強度値を更新して、基準強度値を下げれば、第１の判定部１６は、回転機１に異常が発生した否かを正しく判定できないおそれがある。そこで、基準強度値は、更新されない。以下、詳しく説明する。

平均変化率が、下限値より小さい場合とは、平均変化率がゼロに近い場合である。図８は、平均変化率がゼロに近い場合の第１のデータＤ（ｔ）を示すグラフである。グラフの縦軸は、強度値を示し、グラフの横軸は、時間を示す。時刻ｔ６から時刻ｔ７までの所定期間Ｔにおいて、平均変化率（（Ｄ（ｔ６）−Ｄ（ｔ７）／Ｔ）は、ゼロに近い。センサー１１ａが配置されている箇所の温度が安定していたり、回転機１から生じる振動が安定していたりすれば、平均変化率がゼロに近くなる。平均変化率がゼロに近い場合に、基準強度値が更新されて、基準強度値が、Ｄ（ｔ６）からＤ（ｔ７）に下がれば、次の所定期間Ｔ（時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間）において、強度値が僅かでも上昇すれば、図７に示す強度比が第１のしきい値Ｔｈ１を超える。そこで、平均変化率が下限値より小さい場合、基準強度値が更新されず、次の所定期間Ｔにおいて、Ｄ（ｔ６）で示す基準強度値が引き続き用いられる。

平均変化率が、上限値より大きい場合、強度比が第１のしきい値Ｔｈ１以下であっても（ステップＳ４でＮｏ）、回転機１に異常が発生している可能性がある。このため、平均変化率が上限値より大きい場合、基準強度値が更新されないようにする。

ステップＳ１４後、制御部１４は、ステップＳ１２の処理をする。

本実施形態の主な効果を説明する。図２及び図５を参照して、第１の判定部１６は、強度値を順次、第１のしきい値Ｔｈ１と比較するのではなく、第１の処理、すなわち、第１のデータＤ（ｔ）に含まれる強度値を順次、基準強度値で割り算して強度比を算出し、強度比を順次、第１のしきい値と比較し、強度比が第１のしきい値を超えているか否かを判定する処理をする（ステップＳ３、ステップＳ４）。第１の判定部１６は、第１の処理の結果、強度比が第１のしきい値を超えている場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、回転機１が異常であると判定する（ステップＳ５）。

一方、所定期間が経過した場合（ステップＳ６でＹｅｓ）、第２の判定部１７は、第２の処理、すなわち、所定期間中のデータの平均変化率を算出し、平均変化率が予め定められた範囲内であるか否かを判定する処理をする（ステップＳ９、ステップＳ１０）。予め定められた範囲とは、回転機１に異常が発生していないが、センサー１１ａが配置されている箇所の温度が上昇することにより、センサー１１ａの感度が徐々に低下し、その結果、弾性波の強度が徐々に低下する範囲である。平均変化率が、予め定められた範囲内にあるとは、回転機１が正常の状態にあることを意味する。更新部１８は、平均変化率が予め定められた範囲内であると判定されたとき（ステップＳ１０でＹｅｓ）、基準強度値を下げる更新をする（ステップＳ１１）。第１の判定部１６は、基準強度値が更新された場合、次の所定期間、更新された基準強度値を用いて第１の処理をする（ステップＳ３、ステップＳ４、ステップＳ５）。

このように、本実施形態によれば、回転機１に異常はないが、センサー１１ａが配置されている箇所の温度が徐々に上昇することにより、強度値が徐々に低下した場合、基準強度値を更新して、基準強度値を下げ、この更新した基準強度値を用いて強度比を算出する。すなわち、本実施形態では、図３に示す第１のデータＤ（ｔ）をそのまま用いて、しきい値と比較するのではなく、図７に示すように、第１のデータＤ（ｔ）を正規化してしきい値（第１のしきい値Ｔｈ１）と比較する。このため、センサー１１ａが配置されている箇所の温度が徐々に上昇することにより、強度値が徐々に低下しても、回転機１に異常が発生することによる強度値の上昇を検知することができる。

なお、温度センサーと弾性波を検知するセンサーとを組み合わせることにより、温度補償をする態様も考えられる。この態様では、温度センサーは、弾性波を検知するセンサーやこのセンサーの周辺に配置される。温度センサーから得られた温度データを基にして、弾性波を検知するセンサーの感度が補正される。これに対して、本実施形態によれば、温度センサーを用いることなく、温度補償をすることができる。

さらに、本実施形態によれば、複数のセンサー（センサー１１ａ，１１ｂ）を回転機１に配置する場合、センサーが配置される箇所の温度が相違していても、複数のセンサーの全てについて、同じ値の第１のしきい値Ｔｈ１を用いることができる。このため、センサーが配置される箇所の温度の相違を考慮して、それに応じて第１のしきい値Ｔｈ１を設定する手間を省くことができる。

本実施形態の変形例を説明する。図４を用いて、回転機１に異常が発生すれば、強度値が急激に上昇することを説明した。しかし、回転機１に異常が発生して、強度値が徐々に上昇する場合もある。これを図９で説明する。図９は、回転機１に異常が発生したときに、強度値が徐々に上昇する例を示すグラフである。グラフの縦軸は、強度値を示し、グラフの横軸は、時間を示す。変形例は、平均変化率（図５のステップＳ９、ステップＳ１０）に加えて、傾き比（平均変化率を基準傾きで割り算した値）を考慮する。これにより、強度値が急激に上昇することなく、徐々に上昇する場合でも、回転機１に異常が発生したことを迅速に検知することができる。以下、変形例について詳しく説明する。

図９の矢印Ｐは、第１のデータＤ（ｔ）のうち、回転機１に異常が発生することにより、強度値が上昇を始める部分を示す。図１０は、矢印Ｐで示す部分を拡大した拡大図である。変形例では、平均変化率が下限値と上限値との範囲内か否かの判定（図５のステップＳ１０）に加えて、傾き比が、予め定められた第２のしきい値Ｔｈ２以下か否かの判定がされる。

傾き比は、平均変化率を基準傾きで割り算した値である。例えば、所定期間Ｔ（時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間）の傾き比は、この所定期間Ｔでの第１のデータＤ（ｔ）の平均変化率を、前回の所定期間Ｔ（時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間）での第１のデータＤ（ｔ）の平均変化率で割り算した値である。前回の所定期間Ｔでの平均変化率が基準傾きとなる。

第２の判定部１７は、傾き比が、第２のしきい値Ｔｈ２を超えていれば、第１のデータＤ（ｔ）が徐々に上昇を始めたと判断し、更新部１８は、基準強度値及び基準傾きを更新しない。第２のしきい値Ｔｈ２は、第１のデータＤ（ｔ）が徐々に上昇を始めたことが判定できる値であり、例えば、１である。

本実施形態では、所定期間Ｔ（例えば、期間ｔ１１から期間ｔ１２までの期間）において、第１のデータＤ（ｔ）の平均変化率が、下限値と上限値との範囲内であれば（図５のステップＳ１０でＹｅｓ）、基準強度値が強度値Ｄ（ｔ１１）から強度値Ｄ（ｔ１２）に更新され、次の所定期間Ｔ（時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの期間）において、強度値Ｄ（ｔ１２）を基準強度値として強度比が算出される。

これに対して、変形例では、所定期間Ｔ（例えば、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間）において、第１のデータＤ（ｔ）の平均変化率が、下限値と上限値の範囲の範囲内であっても、この所定期間Ｔ（時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間）での傾き比が、第２のしきい値Ｔｈ２を超えれば、基準強度値が更新されず、次の所定期間（時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの期間）において、強度値Ｄ（ｔ１１）が引き続き基準強度値とされる。このように、変形例によれば、基準強度値が更新されないので、図５のステップＳ４において、強度比が第１のしきい値Ｔｈ１より大きくなることを迅速に判定することができる。よって、回転機１に異常が発生し、強度値が徐々に上昇する場合でも、迅速に、異常を検知できる。

図１１は、本実施形態の変形例の動作を説明するフローチャートの一部である。図５に示すフローチャートのステップＳ６でＹｅｓとステップＳ１２との間の処理が、本実施形態と異なる。

図２及び図１１を参照して、第１の判定部１６が、所定期間が経過したと判定した場合（ステップＳ６でＹｅｓ）、第２の判定部１７は、平均変化率及び傾き比を算出する（ステップＳ２１）。平均変化率は、図５のステップＳ９と同じ方法で算出される。

傾き比は、所定期間での平均変化率を予め定められた基準傾きで割り算して算出される。基準傾きの初期値は、回転機１の運転開始（回転機の異常検知装置１０の動作開始）から最初の所定期間において、第１のデータＤ（ｔ）の平均変化率である。

第２の判定部１７は、ステップＳ２１で算出した平均変化率が、下限値と上限値との範囲内（予め定められた範囲内）か否かを判定する（ステップＳ２２）。これは、図５のステップＳ１０と同じ処理である。第２の判定部１７は、ステップＳ２１で算出した傾き比が、第２のしきい値Ｔｈ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。

第２の判定部１７が、平均変化率が下限値と上限値との範囲内と判定し、かつ、傾き比が第２のしきい値Ｔｈ２以下と判定した場合（ステップＳ２２でＹｅｓ）、更新部１８は、基準強度値を更新し、所定期間の最後の強度値を基準強度値にする（ステップＳ２３）。この処理は、図５のステップＳ１１と同じである。また、更新部１８は、基準傾きを更新し、この所定期間での平均変化率を基準傾きにする（ステップＳ２３）。

第２の判定部１７が、平均変化率が下限値と上限値との範囲外と判定し、又は、傾き比が第２のしきい値Ｙｈ２を超えている判定した場合（ステップＳ２２でＮｏ）、更新部１８は、基準強度値及び基準傾きを更新しない（ステップＳ２４）。次の所定期間Ｔにおいて、今回使用した基準強度値及び基準傾きが引き続き用いられる。

本実施形態に係る回転機の異常検知装置１０及びその変形例は、二つの回転体（第１の回転体２と第２の回転体３）を備える回転機１を対象にしているが、一つの回転体を備える回転機１を対象にすることもできる。

本実施形態に係る回転機の異常検知装置１０及びその変形例によって、異常の検知対象となる回転機１として、例えば、圧縮機があるが、圧縮機に限定されない。

１ 回転機
２ 第１の回転体
３ 第２の回転体
４ ケーシング
１０ 回転機の異常検知装置
１１ａ，１１ｂ センサー
１５ 信号処理部（取得部の一例）
１６ 第１の判定部
１７ 第２の判定部
１８ 更新部
Ｓ１，Ｓ２ 信号

Claims (7)

1. 回転体を備える回転機から生じる弾性波を検出するセンサーを用いて、前記回転機の異常を検知する装置であって、
   前記センサーから出力された信号を用いて生成された、前記弾性波の強度を示す強度値を時系列に並べたデータを取得する取得部と、
   前記データに含まれる前記強度値を順次、予め定められた基準強度値で割り算して強度比を算出し、前記強度比を順次、予め定められた第１のしきい値と比較し、前記強度比が前記第１のしきい値を超えているか否かを判定する処理を第１の処理とし、前記第１の処理の結果、前記強度比が前記第１のしきい値を超えている場合、前記回転機が異常であると判定する第１の判定部と、
   所定期間が経過した場合、前記所定期間中の前記データの平均変化率を算出し、前記平均変化率が予め定められた範囲内であるか否かを判定する処理を第２の処理とし、前記所定期間が経過する毎に、前記第２の処理をする第２の判定部と、
   前記第２の処理の結果、前記平均変化率が前記範囲内であると判定された場合、前記基準強度値を下げる更新をする更新部と、を備え、
   前記第１の判定部は、前記基準強度値が更新された場合、次の前記所定期間、更新された前記基準強度値を用いて前記第１の処理をする、回転機の異常検知装置。
2. 前記更新部は、前記平均変化率が前記範囲外であると判定されたとき、前記基準強度値を更新しない、請求項１に記載の回転機の異常検知装置。
3. 前記第２の判定部は、下記式を用いて前記平均変化率を算出し、
   前記更新部は、前記基準強度値の更新において、前記所定期間の最後の前記強度値を前記基準強度値にする、請求項１又は２に記載の回転機の異常検知装置。
   平均変化率＝｜ＶＦ−ＶＬ｜÷Ｔ
   （Ｔは、前記所定期間を示し、ＶＦは、前記所定期間の最初の前記強度値を示し、ＶＬは、前記所定期間の最後の前記強度値を示す。）
4. 前記第２の判定部は、前記所定期間が経過した場合、前記所定期間での前記平均変化率を予め定められた基準傾きで割り算して、傾き比を算出し、前記傾き比が予め定められた第２のしきい値を超えているか否かを判定する処理を第３の処理とし、前記所定期間が経過する毎に、前記第２の処理に加えて、前記第３の処理をし、
   前記第２の処理の結果、前記平均変化率が前記範囲内であると判定され、かつ、前記第３の処理の結果、前記傾き比が前記第２のしきい値以下と判定されたとき、前記更新部は、前記基準強度値を更新して、前記所定期間の最後の前記強度値を前記基準強度値にし、かつ、前記基準傾きを更新して、前記所定期間での前記平均変化率を前記基準傾きにし、
   前記第２の判定部は、前記基準傾きが更新された場合、次の前記所定期間、更新された前記基準傾きを用いて前記第３の処理をする請求項３に記載の回転機の異常検知装置。
5. 前記取得部は、前記センサーから出力された前記信号の二乗平均平方根を前記強度値にする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転機の異常検知装置。
6. 回転体を備える回転機から生じる弾性波を検出するセンサーを用いて、前記回転機の異常を検知する方法であって、
   前記センサーから出力された信号を用いて生成された、前記弾性波の強度を示す強度値を時系列に並べたデータを取得する第１のステップと、
   前記データに含まれる前記強度値を順次、予め定められた基準強度値で割り算して強度比を算出し、前記強度比を順次、予め定められた第１のしきい値と比較し、前記強度比が前記第１のしきい値を超えているか否かを判定する処理を第１の処理とし、前記第１の処理の結果、前記強度比が前記第１のしきい値を超えている場合、前記回転機が異常であると判定する第２のステップと、
   所定期間が経過した場合、前記所定期間中の前記データの平均変化率を算出し、前記平均変化率が予め定められた範囲内であるか否かを判定する処理を第２の処理とし、前記所定期間が経過する毎に、前記第２の処理をする第３のステップと、
   前記第２の処理の結果、前記平均変化率が前記範囲内であると判定された場合、前記基準強度値を下げる更新をする第４のステップと、を備え、
   前記第２のステップは、前記基準強度値が更新された場合、次の前記所定期間、更新された前記基準強度値を用いて前記第１の処理をする、回転機の異常検知方法。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の異常検知装置を備える回転機。