JP2018040605A - 回転機器の監視装置 - Google Patents
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Abstract
Description
音に基づいて、特定指標値に生成する生成部と、
特定指標値に基づいて、閾値を算出する閾値算出部と、
特定指標値と閾値に基づいて、回転機器の不具合の予兆を検出する検出部と、を備え、
生成部は、音を、周波数軸とゲイン軸との関係に変換することで、特定指標値を生成する。
音に基づいて、特定指標値に生成する生成部と、
特定指標値に基づいて、閾値を算出する閾値算出部と、
特定指標値と閾値に基づいて、回転機器の不具合の予兆を検出する検出部と、を備え、
生成部は、音を、周波数軸とゲイン軸との関係に変換することで、特定指標値を生成する。
図1は、本発明の実施の形態1における回転機器と回転機器の監視装置の全体概要図である。図1には、回転機器100と、これを監視する回転機器の監視装置1とが表されている。
生成部5が生成する特定指標値は、図4のように周波数軸とゲイン軸との関係で音データを変換して得られる。このとき、特定指標値は、離散した複数の特定周波数におけるゲインを基礎とする第1変換値であることも好適である。
第1変換値は、1/3オクターブバンド中心周波数での等価騒音レベルの定義で生成されることも好適である。
収集部3は、所定時刻(予め定められた時間間隔に応じてもよいし、指定されたランダムな時刻でもよい)に、回転機器100の音(音圧)を測定する。音圧は、P(t)として測定される(単位は、V)。
収集部3は、マイクなどの機器を用いて音を測定する。このとき、マイクには、機器特有の感度があり、この感度を補正することが好ましい場合がある。ステップ2では、ステップ1で測定された音を、感度補正する。
ステップ2で得られた音データP´(t)[Pa]に、図6で説明した1/3オクターブバンドフィルタが乗算される。この乗算によりPfm(t)が得られる。ここで、fmは、1/3オクターブバンドフィルタの中心周波数である。
ステップ4では、ステップ3で得られた1/3オクターブバンド中心周波数毎で得られた結果の二乗平均を算出する。算出して得られる二乗平均値は、Pfmeq,tである。次の数2によって、二乗平均は算出される。
Pfm(t) : 1/3オクターブバンド中心周波数fmでの音(音のゲイン)
fs : サンプリング周波数
t : 測定時間
T1 : 測定開始時間
T2 : 測定終了時間
N:サンプル数 N=t/Δt
Δt : 時間の分解能
ステップ5では、ステップ4で得られた二乗平均値から、1/3オクターブバンドフィルタ中心周波数毎の等価騒音レベルを算出する。この算出においては、次の数3によって実行される。
図8に示されるヒストグラムは、ある時刻に算出した音に基づいて生成された特定指標値(1/3オクターブバンド中心周波数における等価騒音レベル)である。収集部3および生成部5は、異なる時刻でこのような特定指標値を生成し、これを閾値算出部6に出力する。
検出部7は、閾値と特定指標値を受ける。ここでは、特定指標値として1/3オクターブバンド中心周波数における等価騒音レベルの結果を受ける。この結果と閾値とを比較して、回転機器100の不具合を検出する。
例1としては、閾値とレベルとを単純に比較することがある。図10では、1/3オクターブバンド中心周波数における等価騒音レベルのグラフに閾値を記している。検出部7は、グラフ中の複数の中心周波数のいずれかの音のレベルが閾値を超えている場合には、回転機器100に不具合の予兆があるものと判定する。
例2としては、レベルと閾値を比較するが、閾値を超えているレベルを有する中心周波数が一定数以上である場合に、検出部7は、回転機器100に不具合があると判定する。
例3としては、異なる複数の中心周波数の内、特定の中心周波数での音のレベルが閾値を超えている場合に、検出部7は不具合があると判定する。図10に示されるように、1/3オクターブバンド中心周波数における等価騒音レベルは、それぞれの中心周波数において音のレベルを有している(図10のヒストグラムの通りである)。
例1〜例3では、閾値と音のレベルを直接比較したが、例えば閾値80%と音のレベルを比較することで、不具合を検出することでもよい。いずれかの中心周波数での音のレベルが閾値の80%を超えている場合に、検出部7は、不具合を検出する。
以上のように、1/3オクターブバンド中心周波数における等価騒音レベルを用いた監視装置1による不具合の監視により、実際に適した回転機器100の不具合検出が可能となる。
1/3オクターブバンド中心周波数における等価騒音レベル以外にも、周波数スペクトルレベルへの変換を特定指標値であるとして利用することも好適である。以下に、その処理を説明する。
1/3オクターブバンド中心周波数における等価騒音レベルでのステップ1、ステップ2の後で、得られた音データにFFT(高速フーリエ変換)を施す際の、FFT時間窓の長さを算出する。
N : サンプリング点数
Fs : サンプリング周波数[Hz]
Δt : サンプリング時間[s]
次いで、ステップ2で得られた感度補正後の音データを、FFT時間窓の長さで分割し、Pn(t)を算出する。オーバーラップ値を50%(可変可能)とする。
ステップ2−4で得られたPn(t)に窓関数を乗算してFFT処理を実行し、Xn(f)を算出する。このとき、下記の数5を利用して算出を行う。
f : 周波数
ステップ2−5で得られたXn(f)の複素数の絶対値を算出し、二乗平均値を算出する。
ステップ2−7において、周波数スペクトルレベルX(f)[dB]を算出する。このとき、下記の数6を用いて算出を行う。
X(f)^2 : 周波数スペクトルの二乗平均値
Pa : 基準音レベル 2.0 × 10−5[Pa]
収集部3は、実施の形態1で説明されたように、回転機器100の音を収集する。音とは音のレベルであって、音圧として把握されてもよい。
検出部7は、複数の段階で不具合を検出してもよい。実施の形態1でも説明した通り、検出部7は、特定指標値と閾値との比較により、複数の段階で不具合の予兆を検出する際に、比較結果に応じて、「注意」、「警告」、「修理必要」などの段階で、検出することも好適である。
図13は、本発明の実施の形態2における監視装置のブロック図である。図13では、通知部8が追加されている。
検出部7は、実施の形態1で説明したように、回転機器100の不具合の予兆を検出する。1/3オクターブバンド中心周波数における等価騒音レベルのような特定指標値と閾値の比較により、この検出を行う。
3 収集部
4 サーバー
5 生成部
6 閾値算出部
7 検出部
8 通知部
Claims (16)
- 回転機器の音を収集する収集部と、
前記音に基づいて、特定指標値に生成する生成部と、
前記特定指標値に基づいて、閾値を算出する閾値算出部と、
前記特定指標値と前記閾値に基づいて、前記回転機器の不具合の予兆を検出する検出部と、を備え、
前記生成部は、前記音を、周波数軸とゲイン軸との関係に変換することで、前記特定指標値を生成する、回転機器の監視装置。 - 前記特定指標値は、離散した複数の特定周波数におけるゲインを基礎とする第1変換値を含む、請求項1記載の回転機器の監視装置。
- 前記第1変換値は、1/3オクターブバンド中心周波数における等価騒音レベルの定義で生成される、請求項2記載の回転機器の監視装置。
- 前記1/3オクターブバンド中心周波数における等価騒音レベルは、
前記音のゲインに、1/3オクターブバンドフィルタ特性を乗算する乗算処理、
乗算部の結果の二乗平均を算出する算出処理と、
前記二乗平均の単位系を変換する変換処理と、の
演算により生成される、請求項3記載の回転機器の監視装置。 - 前記特定周波数は、前記1/3オクターブバンド中心周波数における等価騒音レベルで使用される中心周波数と同等であって、前記回転機器の不具合の予兆を把握することに適した周波数と同等である、請求項3または4記載の回転機器の監視装置。
- 前記変換値は、1/1オクターブバンド中心周波数における等価騒音レベルもしくは1/12オクターブバンド中心周波数における等価騒音レベルの定義で生成される、請求項2記載の回転機器の監視装置。
- 前記特定指標値は、前記音を周波数スペクトルレベルに変換して得られる第2変換値を含む、請求項1記載の回転機器の監視装置。
- 前記生成部は、前記特定指標値を生成する前に、前記収集部で収集された音の感度補正を行う、請求項1から7のいずれか記載の回転機器の監視装置。
- 前記収集部は、前記回転機器の前記音に加えて、前記回転機器からの振動数を合わせて収集する、請求項1から8のいずれか記載の回転機器の監視装置。
- 前記閾値算出部は、所定期間における前記特定指標値の積算値もしくは平均値を、前記閾値として算出する、請求項1から9のいずれか記載の回転機器の監視装置。
- 前記所定期間は、前記検出部が検出するのに用いる前記特定指標値の基礎となる前記音が収集されるタイミングから一定時間前の期間である、請求項10記載の回転機器の監視装置。
- 前記所定期間は、予め定められたタイミングに基づく期間である、請求項10記載の回転機器の監視装置。
- 前記検出部は、前記特定指標値と前記閾値の比較に基づいて、複数の段階で、前記不具合の予兆を検出する、請求項1から12のいずれか記載の回転機器の監視装置。
- 前記複数の段階は、注意、警告の段階を含む、請求項13記載の回転機器の監視装置。
- 前記検出部が検出した結果を通知する通知部を更に備える、請求項1から14のいずれか記載の回転機器の監視装置。
- 前記回転機器は、冷凍機、熱交換器、ポンプ、モーター、コンプレッサーの少なくとも一つであり、独立して動作する場合もしくは他の機器に組み込まれて動作する場合とを有する、請求項1から15のいずれか記載の回転機器の監視装置。
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