JP2018159623A - Condition monitoring device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、軸受の異常を検出する状態監視装置に関する。 The present invention relates to a state monitoring device that detects a bearing abnormality.
鉄道車両や発電用風車等の回転部品の異常を早期に発見し、メンテナンスするために、実稼動状態で回転部品の異常診断を行なう状態監視装装置が知られている(特許文献1:特開2006−105956号公報)。このような状態監視装装置によって、回転部品が組み込まれた装置を人手によって分解して確認しなくても、遠隔地からでも異常診断が可能となる。 There is known a state monitoring apparatus that diagnoses abnormalities of rotating parts in an actual operation state in order to detect and maintain abnormalities of rotating parts such as railway vehicles and wind turbines for power generation at an early stage (Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2003-26883). 2006-105956). With such a state monitoring device, it is possible to diagnose an abnormality from a remote location without having to manually disassemble and check the device in which the rotating component is incorporated.
軸受の状態監視装置は、加速度、速度、変位、音、AE(Acoustic Emission)を計測するセンサをハウジングやケースなどの固定部品に設置し状態監視をすることが多い。 Bearing state monitoring devices often monitor the state by installing sensors that measure acceleration, speed, displacement, sound, and AE (Acoustic Emission) on fixed parts such as housings and cases.
しかし、dn値(内径×回転速度)が20000以下となるような低速回転の場合には、従来の状態監視装置では検知が難しい。たとえば、加速度、速度および音を検出する場合は応答が小さいので異常検知が難しい。またAEを検出する場合は、損傷部以外からの信号、例えばクリープ、保持器と軌道輪の接触、転動体と保持器の接触などによる信号が外乱となって異常検知が難しい。よって、変位センサを用いることが考えられるが、変位センサでも、渦電流型は温度ドリフトが大きいため高精度な異常検知が難しく、高精度測定が可能なレーザー型や静電容量型は潤滑油や水などの環境の影響が大きいため、軸受の状態監視用には問題がある。 However, in the case of low speed rotation where the dn value (inner diameter × rotational speed) is 20000 or less, it is difficult to detect with the conventional state monitoring device. For example, when detecting acceleration, speed, and sound, it is difficult to detect abnormality because the response is small. Further, when detecting AE, a signal from a part other than the damaged part, for example, a signal due to creep, contact between the cage and the raceway, contact between the rolling element and the cage, etc. is disturbed and it is difficult to detect the abnormality. Therefore, it is conceivable to use a displacement sensor, but even with a displacement sensor, the eddy current type has a large temperature drift, making it difficult to detect abnormalities with high accuracy. There is a problem in monitoring the condition of the bearing because of the great influence of the environment such as water.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、潤滑油や水などの環境に影響されず、回転軸の変位を高精度に監視することができる状態監視装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and the object thereof is a state in which the displacement of the rotating shaft can be monitored with high accuracy without being affected by the environment such as lubricating oil and water. It is to provide a monitoring device.
本開示は、固定輪がハウジングに固定された軸受の異常を検出する状態監視装置に関する。軸受監視装置は、軸受によって支持される回転軸の周面に配置され回転軸とともに回転する第1部材と、回転軸がハウジングに対して変位すると第1部材との接触度合いが変化するように回転軸の周面に対向するように配置された第2部材と、第2部材に接触する状態監視センサとを備える。状態監視センサは、AEセンサまたは加速度センサである。 The present disclosure relates to a state monitoring device that detects an abnormality of a bearing in which a fixed ring is fixed to a housing. The bearing monitoring device is arranged on the peripheral surface of the rotating shaft supported by the bearing, and rotates so that the degree of contact between the first member rotating with the rotating shaft and the first member changes when the rotating shaft is displaced with respect to the housing. A second member disposed to face the peripheral surface of the shaft; and a state monitoring sensor in contact with the second member. The state monitoring sensor is an AE sensor or an acceleration sensor.
好ましくは、状態監視装置は、第1部材と回転軸との間に配置され、振動を遮断する防振材をさらに備える。 Preferably, the state monitoring device further includes a vibration isolating material that is disposed between the first member and the rotating shaft and blocks vibration.
より好ましくは、防振材は、ゴム製である。
好ましくは、第2部材は、回転軸に対して、軸受に働く軸受荷重の作用する側に配置される。
More preferably, the vibration isolator is made of rubber.
Preferably, a 2nd member is arrange | positioned with respect to the rotating shaft at the side where the bearing load which acts on a bearing acts.
好ましくは、第1部材は、第2部材よりも高硬度である。
好ましくは、状態監視装置は、ハウジングに第2部材および状態監視センサを固定するステーをさらに備える。
Preferably, the first member has higher hardness than the second member.
Preferably, the state monitoring device further includes a stay for fixing the second member and the state monitoring sensor to the housing.
より好ましくは、状態監視装置は、状態監視センサとステーとの間に配置され、振動を遮断する防振材をさらに備える。 More preferably, the state monitoring device further includes a vibration isolating material that is disposed between the state monitoring sensor and the stay and blocks vibration.
本発明の状態監視装置であれば、低速運転の軸受について、潤滑油や水などの環境に影響されずに高精度な異常検知が可能となる。 With the state monitoring device of the present invention, it is possible to detect anomalies with high accuracy in a low-speed operation bearing without being affected by an environment such as lubricating oil or water.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
[風力発電装置全体の構成]
図1〜図2を参照して、本実施形態に係る状態監視装置を適用可能な装置の一例である風力発電装置の構成を説明する。なお、風力発電装置は、一例であり、鉄道車両やスピンドルなどの軸受にも本実施の形態に係る状態監視装置は適用可能である。
[Configuration of the entire wind power generator]
With reference to FIGS. 1-2, the structure of the wind power generator which is an example of the apparatus which can apply the state monitoring apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated. The wind power generator is an example, and the state monitoring device according to the present embodiment can be applied to a bearing such as a railway vehicle or a spindle.
図1は、この発明の実施の形態に従う状態監視装置が適用される風力発電装置の構成を概略的に示した図である。図1を参照して、風力発電装置10は、回転軸20と、ハブ25と、ブレード30と、増速機40と、発電機50と、制御盤52と、送電線54とを備える。また、風力発電装置10は、主軸用軸受(以下、単に「軸受」と称する。)60と、データ処理装置80とをさらに備える。増速機40、発電機50、制御盤52、軸受60及びデータ処理装置80は、ナセル90に格納され、ナセル90は、タワー92によって支持される。
FIG. 1 schematically shows a configuration of a wind turbine generator to which a state monitoring device according to an embodiment of the present invention is applied. Referring to FIG. 1, the
回転軸20は、風力発電装置の主軸であり、軸受60によって回転自在に支持され、ナセル90内で増速機40の入力軸に接続される。そして、回転軸20は、風力を受けたブレード30により発生する回転トルクを増速機40の入力軸へ伝達する。ブレード30は、回転軸20の先端のハブ25に取り付けられており、風力を回転トルクに変換して回転軸20に伝達する。
The rotating
軸受60は、ナセル90内において固定され、回転軸20を回転自在に支持する。軸受60は、転がり軸受によって構成される。たとえば、図2、図3に示すように自動調芯ころ軸受を用いることができるが、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、玉軸受等によって構成しても良い。なお、これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。
The
増速機40は、回転軸20と発電機50との間に設けられ、回転軸20の回転速度を増速して発電機50へ出力する。発電機50は、増速機40の出力軸に接続され、増速機40から受ける回転トルクによって発電する。
The
制御盤52は、インバータ(図示せず)等を含んで構成される。インバータは、発電機50による発電電力を系統の電圧及び周波数に変換し、系統に接続される送電線54へ出力する。
The
回転軸20を支持する軸受60からは、状態監視センサからの信号がデータ処理装置80に送信される。なお、ここでは軸受60からの信号を代表的に示したが、他の軸受からも併設される状態監視センサからの信号がデータ処理装置80に送信される。
A signal from the state monitoring sensor is transmitted to the
図2は、主軸を支持する軸受にかかる軸受荷重の向きを説明するための模式図である。図2を参照して、軸受60は、ハブ25側に設置された軸受60Aと、図1の増速機40側に設けられた軸受60Bとを含む。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the direction of the bearing load applied to the bearing that supports the main shaft. Referring to FIG. 2, bearing 60 includes a
回転軸20の先端には、ブレード30およびハブ25に働く重力Gが作用する。このため、軸受60には軸受荷重FAが重力と同じ向きに作用する。一方、軸受60Aが支点となるので、重力Gが作用すると軸受60Bには軸受荷重FBが重力と逆向きに作用する。
The gravity G acting on the
このように、軸受には、使用される場所によって、軸受荷重が作用する向きが異なる場合がある。しかし、軸受が使用される場所が定まれば、軸受荷重が作用する向きはほとんど決まるので、軸受荷重が作用する向きは軸受を用いる設備の組立時には予めわかっている。 Thus, the direction in which the bearing load acts on the bearing may vary depending on the place where it is used. However, since the direction in which the bearing load acts is almost determined once the place where the bearing is used is determined, the direction in which the bearing load acts is known in advance when assembling the equipment using the bearing.
軸受荷重が作用する方向に対して軸受の外輪に負荷域が発生する。軸受の内輪や転動体は回転しているので均一に摩耗することが期待されるが、軸受の外輪は固定されているので、負荷域となる部分でより多く摩耗が進行する。その結果、回転軸は軸受荷重の向きに変位することが考えらえる。 A load region is generated in the outer ring of the bearing with respect to the direction in which the bearing load acts. Since the inner ring and rolling elements of the bearing are rotating, it is expected to wear evenly. However, since the outer ring of the bearing is fixed, the wear proceeds more in the load region. As a result, it can be considered that the rotating shaft is displaced in the direction of the bearing load.
以下の実施の形態では、回転軸の変位を検出することができる状態監視装置について詳しく説明する。この状態監視装置は、軸受に対して軸受荷重が作用する側(負荷域側)に摩耗しやすい摩擦部材を配置し、この摩擦部材に発生するAEまたは振動に基づいて軸受の回転軸の変位を検出する。 In the following embodiments, a state monitoring device capable of detecting the displacement of the rotating shaft will be described in detail. In this state monitoring device, a friction member that is easily worn is disposed on the bearing load side (load region side) with respect to the bearing, and the displacement of the rotation shaft of the bearing is determined based on AE or vibration generated in the friction member. To detect.
[実施の形態1]
図3は、実施の形態1の状態監視装置の構成を示す図である。図3を参照して、実施の形態1の状態監視装置100は、軸受160の摩耗等の状態を監視するものであって、環状部材201(第1部材)と、摩擦部材146(第2部材)と、摩擦部材146に接触する状態監視センサ145とを備える。
[Embodiment 1]
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the state monitoring apparatus according to the first embodiment. Referring to FIG. 3, the
軸受160は、回転軸20とハウジング120および軸受押さえ121に囲まれている。ハウジング120は、図示しないが、ナセルなどに固定されている。軸受160は、内輪131と、外輪132と、複数の転動体133(たとえばたる形のころ)とを含む。内輪131はその外周面に複数の転動体133と接触している転走面を有しており、外輪132はその内周面に複数の転動体133と接触している転走面を有している。
The bearing 160 is surrounded by the rotating
内輪131はその転走面よりも内側において回転軸20と嵌め合わされており、外輪132はその転走面よりも外側においてハウジング120と嵌め合わされている。内輪131と回転軸20とは、一体として回転可能に設けられている。
The
回転軸20は、固定輪(外輪132)がハウジング120に固定された軸受160によって支持される。環状部材201(第1部材)は、回転軸20の周面に配置され回転軸とともに回転する。摩擦部材146(第2部材)は、回転軸20がハウジング120に対して変位すると環状部材201(第1部材)との接触度合いが変化するように回転軸20の周面に対向するように配置される。環状部材201は、摩擦部材146の回転軸側の端面に対向して設けられ、回転軸に固定される。状態監視センサ145は、AEセンサまたは加速度センサである。また、軸受160は、図2の軸受60Aに相当する。
The rotating
このように、回転軸20の周囲に環状部材201が配置されており、摩擦部材146が直接回転軸20に接触することが無いので、回転軸20が保護される。
As described above, the
回転軸20と環状部材201との間には、防振材202が配置される。好ましくは、防振材202は、ゴム製である。
A
防振材202は、回転軸20から環状部材201および摩擦部材146を経由して、他の場所で発生したAEや振動加速度が状態監視センサ145に伝達するのを遮断する。このため、軸受160や他の部分において発生しているノイズ成分となるAEおよび振動が状態監視センサ145において検出されにくくなる。このため、摩擦部材146から発生するAEや振動加速度をより高感度に測定できる。
The
摩擦部材146は、回転軸20に対して、軸受160に働く軸受荷重FAの作用する側(外輪の負荷域側)に配置される。
The
摩擦部材146と環状部材201は、硬さに十分差があれば一方が選択的に摩耗し、焼付きには至らない。このため、いずれが高硬度であっても正常にAEの検出が可能である。しかし、軸受160の摩耗により回転軸20が変位して摩擦部材146と環状部材201間の摩耗が進行する場合、摩擦部材146が摩耗する方が摩耗体積が小さく、摩耗粉の排出量も小さい。したがって、摩擦部材146を軟質材とし、環状部材201を硬質材とする方が望ましい。すなわち、好ましくは、環状部材201(第1部材)は、摩擦部材146(第2部材)よりも高硬度である。具体的には、摩擦端子にグラファイト、環状部材に鋼を例示できる。また、摩擦部材146との摺動において防振材202に十分耐摩耗性があれば回転軸20側の防振材202表面と摩擦部材146が摺動するようにしてもよく、あるいは防振材202の表面に耐摩耗性の高い被膜を形成してもよい。
If there is a sufficient difference in hardness between the
状態監視装置100は、ステー141と、防振材143と、防振材カバー142と、演算処理装置81とをさらに備える。ステー141は、軸受60のハウジング120および軸受押さえ121に、摩擦部材146および状態監視センサ145を固定する。防振材143は、状態監視センサ145とステー141との間に配置され、ステー141からセンサに伝わるAEおよび振動を遮断し、または減衰させる。演算処理装置81は、状態監視センサ145の出力を受け、軸受に異常が生じたか否かを判定する。演算処理装置81は、状態監視センサ145から得られた特徴量がしきい値A2より小さい状態から大きい状態に遷移した場合に、軸受160に異常が発生したと判定する(図4、図5参照)。演算処理装置81は、たとえば、図1のデータ処理装置80の内部に設置することができる。なお、データ処理装置80から遠隔地でデータを受信するコンピュータを演算処理装置81として用いても良い。
The
上記に説明したように、状態監視装置100は、回転軸20の変位を検知する装置である。このため、摩擦部材146は、回転軸20の回りに配置された環状部材201に接触または近接させて設置される。摩擦部材146には、AEセンサまたは加速度センサである状態監視センサ145が接着される。ステー141は、状態監視センサ145をハウジング120または軸受押さえ121に固定する。摩擦部材146は、回転軸20の変位に伴い、摩耗が進行する位置に設置する。すなわち、摩擦部材146は、通常の使用条件において、軸受160に摩耗が生じると推定される位相に設ける。本実施の形態では軸受荷重の作用する最下端部に摩擦部材146を設けている。
As described above, the
軸受160は、稼働時間が長くなると、転動体133や内輪131、外輪132が摩耗する。これらの摩耗が生じると、軸受荷重によって、回転軸20は、軸受荷重が作用する向きに変位する。すなわち、回転軸20の変位は、軸受160の内輪131と外輪132間の距離が変化することに伴い生じる。
As the operating time of the bearing 160 becomes longer, the rolling element 133, the
回転軸20が変位すると、摩擦部材146が摩耗してAEや振動加速度が発生し、摩擦部材146に直接接着した状態監視センサ145により高感度に回転軸20に変位が生じたことを検知できる。この変位の検知によって、軸受160に摩耗等による損傷が生じたことを高感度に検知可能である。
When the
また、状態監視装置100は、環状部材201と回転軸20との間に防振材202を備え、状態監視センサ145とステー141との間に防振材143を備える。防振材143,202により、ステー141および回転軸20を介して状態監視センサ145に伝達されるAEおよび振動加速度を遮断できる。このため、軸受160や他の部分において発生しているAEおよび振動が状態監視センサ145において検出されにくくなる。このため、摩擦部材146から発生するAEや振動加速度をより高感度に測定できる。
In addition, the
図4は、実施の形態1の状態監視装置の模式的な測定データを示す図である。図4のデータは、図2の軸受60Aのように、軸受荷重の向きが鉛直下向きの場合を模擬したものであり、以下の測定条件において得られるものである。
<測定条件>
装置構成:図3に示す構成
摩擦部材材質:カーボン材
状態検知センサ:AE(エンベロープ処理した時間波形を電圧出力)
軸受:自動調心ころ軸受(内径560mm、外径820mm、幅195mm)
回転軸の変位:最大0.1mmまで、比較のために別の変位計で観測
回転速度:20回転/分(1回転の時間3秒)
サンプリング速度:100kHz
データ長さ:15秒
測定間隔:10分
本実施の形態では、運転開始直後は、摩擦部材146を回転軸20に接触させた状態とする状態監視方法を用いる。装置の構成は、図3で説明したものと同じである。図4中には、変位X3、実効値E3、変動係数C3が示されている。変位X3は、回転軸20の軸受荷重の向きを正とする変位を示す。正常状態の軸受160が運転の途中で回転軸20の変位が増加し始める状態を再現するために、一定回転速度運転の途中で荷重を徐々に増加させるようにした。
FIG. 4 is a diagram illustrating schematic measurement data of the state monitoring apparatus according to the first embodiment. The data in FIG. 4 simulates the case where the direction of the bearing load is vertically downward like the
<Measurement conditions>
Apparatus configuration: Configuration shown in FIG. 3 Friction member material: Carbon material state detection sensor: AE (envelope processed time waveform voltage output)
Bearing: Spherical roller bearing (inner diameter 560mm, outer diameter 820mm, width 195mm)
Displacement of rotating shaft: Up to 0.1 mm, observed with another displacement meter for comparison Rotating speed: 20 rev / min (Time of one
Sampling rate: 100 kHz
Data length: 15 seconds Measurement interval: 10 minutes In this embodiment, a state monitoring method is used in which the
実効値E3は、データ長さ15秒に含まれる状態監視センサ145の出力のサンプリング値の各々を二乗した値の平均値の平方根である。また、変動係数C3は、上記サンプリング値の標準偏差を算術平均で割ったものであり、相対的なばらつきを表す。
The effective value E3 is a square root of an average value of values obtained by squaring each sampling value of the output of the
実効値E3および変動係数C3のプロットは、データ長さ15秒間で算出した値を10分間隔でプロットしたものであり、回転軸20の変位X3は摩擦部材146近傍で、比較のために他の変位計を用いて測定した瞬時値である。
The plot of the effective value E3 and the coefficient of variation C3 is obtained by plotting values calculated for a data length of 15 seconds at 10-minute intervals, and the displacement X3 of the
図4に示すように、運転期間は、運転開始初期の予備運転期間T1と、その後のしきい値生成期間T2と、判定期間T3とを含む。 As shown in FIG. 4, the operation period includes a preliminary operation period T1 at the beginning of operation, a subsequent threshold generation period T2, and a determination period T3.
運転開始当初に摩擦部材146と環状部材201との間には予圧がかかっている。この予圧はステー141などの摩擦部材146を支えている部品の剛性によって決まる。回転軸20が回転を開始すると、摩擦部材146が環状部材201との摺動により摩耗し、AEが連続的に発生する。したがって、予備運転期間T1では、運転開始直後には摩擦部材146は大きく摩耗するが、摩耗に伴って接触力が低下することで摩擦部材146の摩耗進行が停滞するしきい値生成期間T2に移行する。しきい値生成期間T2では、摩耗が停止し、AEも発生しなくなる。しきい値生成期間T2への移行を判定するために、予備運転期間T1の初期において、サンプリングしたAE,振動加速度などの特徴量のデータに基づいて、しきい値A1を決定する。そして、特徴量がしきい値A1より低下したことに基づいて、予備運転期間T1からしきい値生成期間T2に移行したと判定される。
Preload is applied between the
この停滞するまでの期間(予備運転期間T1)は、運転開始から数百回転から数万回転程度であり軸受に異常はないが、摩擦部材146が磨耗することに伴い、AEや振動加速度のレベルおよびその変動は大きい。
The period until this stagnation (preliminary operation period T1) is several hundred to several tens of thousands of rotations from the start of operation, and there is no abnormality in the bearing. However, as the
一方、摩耗が停滞している期間(しきい値生成期間T2)は、軸受に異常はなくAEや振動加速度のレベルおよび変動が小さいため、異常検知のためのしきい値A2を生成する期間として適している。 On the other hand, the period in which the wear is stagnant (threshold generation period T2) is a period for generating the threshold A2 for detecting an abnormality because there is no abnormality in the bearing and the level and fluctuation of AE and vibration acceleration are small. Is suitable.
しかし、回転が低回転速度である場合、軸受部に十分な厚さの油膜形成は期待できず、運転を継続すると軸受160に摩耗が発生する。軸受160の摩耗により回転軸20が変位すると摩擦部材146と環状部材201の接触力が大きくなり、摩擦部材146に摩耗が生じAEが発生する。
However, when the rotation is at a low rotation speed, an oil film having a sufficient thickness cannot be expected on the bearing portion, and wear of the bearing 160 occurs when the operation is continued. When the
図4では、運転時間2時間(hour)から回転軸の変位が徐々に増大する。実効値や変動係数が低く安定した運転時間1.5時間(hour)付近で、異常を検知するためのしきい値A2を生成することにより、軸受の内輪と外輪間の隙間が増加しはじめる時期を正確に検知できる。 In FIG. 4, the displacement of the rotating shaft gradually increases from the operation time of 2 hours (hour). The time when the clearance between the inner ring and the outer ring of the bearing begins to increase by generating a threshold value A2 for detecting anomalies at around 1.5 hours (hours) when the effective value and coefficient of variation are low and stable. Can be detected accurately.
本実施の形態で用いられる状態監視方法は、運転開始初期における測定データの特徴量(E3)に基づいてしきい値生成期間T2を決定する工程(S11〜S14)と、しきい値生成期間T2で軸受の異常を検知するためのしきい値A2を算出する工程(S15,S16)と、そのしきい値A2に基づいて軸受の異常を検知する工程(S17,S18)とを有することが特徴である。以下に、状態監視方法で実行される異常判定処理について説明する。 The state monitoring method used in the present embodiment includes a step (S11 to S14) of determining a threshold generation period T2 based on a characteristic amount (E3) of measurement data at the beginning of operation, and a threshold generation period T2. And calculating a threshold value A2 for detecting a bearing abnormality (S15, S16), and detecting a bearing abnormality based on the threshold value A2 (S17, S18). It is. Hereinafter, the abnormality determination process executed by the state monitoring method will be described.
図5は、実施の形態1において、演算処理装置が実行する異常判定処理を説明するためのフローチャートである。図3、図4、図5を参照して、まず、ステップS11において、演算処理装置81は、運転初期期間(予備運転期間T1の初期)における状態監視センサ145の出力信号をサンプリングして、初期値データを得る。そして、ステップS12において、演算処理装置81は、初期期間に得られた初期値データを平均値、標準偏差σ等を算出し、これらに基づいてしきい値A1を決定する。たとえば、平均値−3σとか、平均値の1/10をしきい値Aとすることができる。なお、この初期期間は、通常は軸受の摩耗により回転軸に変位が発生しない期間であり、かつ摩擦部材146が回転軸20に当接しており摩擦部材146にAEが発生する期間である。
FIG. 5 is a flowchart for explaining an abnormality determination process executed by the arithmetic processing unit in the first embodiment. 3, 4, and 5, first, in step S <b> 11, the
ステップS13では、演算処理装置81は、状態監視センサ145から得られる特徴量Eがしきい値A1より小さくなるか否かを判断する。E<A1が成立しない間は(S13でNO)、図4において予備運転期間T1が終了しておらず、しきい値A2を決定するためのしきい値生成期間T2には遷移していないので、再びS13の処理が実行される。
In step S13, the
ステップS13において、E<A1が成立した場合(S13でYES)、演算処理装置81は、ステップS14において、特徴量の変化ΔEが判定値B1よりも小さくなったか否かを判断する。図4において、E3の値が低下した後落ち着いてから、しきい値A2を生成することが好ましいからである。
If E <A1 is established in step S13 (YES in S13), the
ΔE<B1が成立しない間は(S14でNO)、再びステップS13に処理が戻される。一方、ΔE<B1が成立した場合(S14でYES)、ステップS15に処理が進められる。 While ΔE <B1 is not satisfied (NO in S14), the process returns to step S13 again. On the other hand, if ΔE <B1 is satisfied (YES in S14), the process proceeds to step S15.
ステップS15では、演算処理装置81は、しきい値生成期間T2における状態監視センサ145の出力信号をサンプリングして、しきい値A2生成用のデータを得る。そして、ステップS16において、演算処理装置81は、しきい値生成期間T2に得られたデータの平均値、標準偏差σ等を算出し、これらに基づいてしきい値A2を決定する。たとえば、平均値+3σをしきい値A2とすることができる。なお、このしきい値生成期間T2は、E<A1かつΔE<B1が成立してから開始し、終了時点は適宜実験的に予め定めておくことができる。
In step S15, the
そして、ステップS17において、演算処理装置81は、以降の実効値Eを監視して、実効値Eがしきい値A2よりも大きいか否かを判断する。E>A2でなければ再びステップS17の処理が実行される一方、E>A2であれば、ステップS18に処理が進められる。ステップS18では、演算処理装置81は、軸受160に異常が発生したと判定し、必要に応じて記録や報知を行ない、ステップS19で処理を終了する。
In step S17, the
以上説明したように、状態監視装置100は、状態監視センサ145の出力を受け、軸受に異常が生じたか否かを判定する演算処理装置81を備える。演算処理装置81は、(i)予備運転期間T1(第1運転期間)の初期において状態監視センサ145から得られた特徴量に基づいて第1しきい値A1を決定し、(ii)特徴量が第1しきい値A1より小さい状態に遷移した予備運転期間T1よりも後のしきい値生成期間T2(第2運転期間)の初期において状態監視センサ145から得られた特徴量に基づいて、第2しきい値A2を決定し、(iii)しきい値生成期間T2の後に状態監視センサ145から得られた特徴量が第2しきい値A2より小さい状態から大きい状態に遷移した場合に、軸受160に異常が発生したと判定する(図4、図5)。
As described above, the
実施の形態1の状態監視装置によれば、予備運転期間において、摩擦部材146が回転軸20に接触するかしないかぎりぎりのところまで磨耗しているので、運転開始からの経過時間2時間(hour)前後の摩耗が急増する現象を時間遅れ少なく直ちに捉えることができる。
According to the state monitoring apparatus of the first embodiment, in the preliminary operation period, the
また、本実施の形態では、防振材143,202によって、測定の感度が向上する。すなわち、摩擦部材146は、環状部材201との摺接時に摩耗することでAEまたは振動を発生する。このAEまたは振動を状態監視センサ145で検出する。しかし、回転軸20に直接あるいは他の部材を介して設けられた軸受160、歯車および軸継手などもAEや振動を発することがあり、これがノイズとなる。このノイズを摩擦部材146の発するAEや振動と分離できない場合もある。防振材143,202により、ステー141および回転軸20を介して状態監視センサ145に伝達されるノイズであるAEや振動を減衰できるため、摩擦部材146から発生するAEや振動をより高感度に測定できる。
Moreover, in this Embodiment, the sensitivity of a measurement improves with the vibration isolator 143,202. That is, the
[実施の形態2]
図6は、実施の形態2の状態監視装置100Aの構成の要部を示す図である。図7は、実施の形態2の変形例の状態監視装置100Bの構成の要部を示す図である。
[Embodiment 2]
FIG. 6 is a diagram illustrating a main part of the configuration of the
摩擦部材146Aは図6のように摩耗するほど接触面積が増加する形状とすることもできる。接触面積が増加すると摩耗時に発生するAEの強度も増加するので、軸受の摩耗量を定量的に把握することができ、予めしきい値を定めておけば軸受交換の警告を発することが容易となる。摩擦部材146の硬度よりも環状部材201Aの硬度を低くし、環状部材201A側が摩耗する構成とした場合には、図7のように環状部材201Aが摩耗するほど接触面が増加する形状とすることもできる。
The
[実施の形態3]
図8は、実施の形態3の状態監視装置100Cの構成の要部を示す図である。実施の形態3の状態監視装置100Cは、実施の形態1の状態監視装置100の構成において、環状部材201および防振材202に代えて、部材201Cおよび防振材202Cを含む。他の部分については、実施の形態1と同様であるので、説明は繰り返さない。
[Embodiment 3]
FIG. 8 is a diagram illustrating a main part of the configuration of the
転がり軸受の場合は、内輪が摩耗あるいは剥離することも考えられる。内輪の剥離位置はあらかじめ特定できないので、図3のように、摩擦部材146と摺接する環状部材201は環状である必要がある。
In the case of a rolling bearing, the inner ring may be worn or peeled off. Since the peeling position of the inner ring cannot be specified in advance, as shown in FIG. 3, the
一方、すべり軸受では通常、回転軸より軸受の方が摩耗しやすいため、軸の振れ回りが無視できるとすれば、変位が1回転に1度検出できるだけでも十分であるから、必ずしも摺接する部材201Cは環状である必要はない。したがって、図8のような構成でもよい。 On the other hand, in the case of a sliding bearing, since the bearing is usually more easily worn than the rotating shaft, if the shaft swing can be ignored, it is sufficient to detect the displacement once per rotation. Need not be circular. Therefore, the configuration as shown in FIG.
以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the above-described embodiment can be variously modified.
図4、図5では、設置初期に与圧を与えることとしたが、設置初期には予圧を与えず、摩擦端子と環状部材のあいだには所定の隙間を持って設置してもよい。軸受の耐用限界の摩耗量もしくは交換のための警告を発するべき摩耗量に相当する隙間を設けておけば、AE信号の受信をもって使用者に警告を与えることができる。 In FIGS. 4 and 5, the preload is applied at the initial stage of installation, but the preload is not applied at the initial stage of installation, and it may be installed with a predetermined gap between the friction terminal and the annular member. If a clearance corresponding to the wear amount of the bearing's service life limit or the wear amount that should give a warning for replacement is provided, a warning can be given to the user upon receipt of the AE signal.
図1等では、風力発電装置の軸受に適用した例を示したが、鉄道車両やスピンドルなどの軸受にも本実施の形態の状態監視装置を適用可能である。特に、すべり軸受は小型の機械に好適に使用される。 In FIG. 1 and the like, an example in which the present invention is applied to a bearing of a wind power generator is shown, but the state monitoring apparatus of the present embodiment can also be applied to a bearing such as a railway vehicle or a spindle. In particular, the slide bearing is suitably used for a small machine.
また、軸受荷重が作用する方向が変化する可能性がある場合や、不定の場合には、複数の摩擦部材を異なる位置に設けるようにして、監視を行なってもよい。 In addition, when there is a possibility that the direction in which the bearing load acts may change or when the bearing load is indefinite, monitoring may be performed by providing a plurality of friction members at different positions.
また、測定データの特徴量として、AEの実効値の例を示したが、特徴量として他の物理量を使用しても良い。たとえば、特徴量として、AEや振動加速度等の一般的な実効値、最大値、最小値、尖度、歪度、変動係数(標準偏差/平均値)、標準偏差、分散、ピーク・トゥ・ピーク値などを使用することができる。 Moreover, although the example of the effective value of AE was shown as a feature-value of measurement data, you may use another physical quantity as a feature-value. For example, typical effective values such as AE and vibration acceleration, maximum value, minimum value, kurtosis, skewness, coefficient of variation (standard deviation / average value), standard deviation, variance, peak-to-peak A value etc. can be used.
なお、測定データの特徴量は、回転軸20の摩擦部材146との接触面における回転振れや表面粗さ分布による悪影響を避けるため、回転軸が少なくとも1回転以上のデータ長さで算出することが好ましい。また、特徴量を、バンドパスフィルタ処理後に算出したり、FFT処理で周波数領域に変換してから算出したりしてもよい。
Note that the feature amount of the measurement data can be calculated with a data length of at least one rotation of the rotating shaft in order to avoid adverse effects due to rotational runout and surface roughness distribution on the contact surface of the
さらに、軸受の異常を検知するためのしきい値は、しきい値生成期間全体で算出した特徴量に基づいて決定したり、まずしきい値生成期間を分割して複数の小期間で特徴量を算出し、再度その値を全体期間で特徴量を算出し、その特徴量に基づいて決定したりしてもよい。 Furthermore, the threshold value for detecting a bearing abnormality is determined based on the feature value calculated over the entire threshold value generation period, or the threshold value generation period is first divided into a plurality of feature values. May be calculated again, and the feature value may be calculated again over the entire period, and determined based on the feature value.
また、超高温、超低温、液体、真空雰囲気などの苛酷環境で使用する軸受の場合、センサを保護するために、長尺な摩擦部材146を用いたり、摩擦部材146とセンサの間をAEや振動加速度を伝達しやすい材質の長尺部品で接続したりして、軸受や摩擦部材146とセンサとの距離を大きく離してもよい。
In the case of a bearing used in a harsh environment such as ultra-high temperature, ultra-low temperature, liquid, or vacuum atmosphere, in order to protect the sensor, a
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
10 風力発電装置、20 回転軸、25 ハブ、30 ブレード、40 増速機、50 発電機、52 制御盤、54 送電線、60,60A,60B,160 軸受、80 データ処理装置、81 演算処理装置、90 ナセル、92 タワー、100,100A,100B,100C 状態監視装置、120 ハウジング、121 軸受押さえ、131 内輪、132 外輪、133 転動体、141 ステー、142 防振材カバー、143,202,202C 防振材、145 状態監視センサ、146,146A 摩擦部材、201,201A 環状部材。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記軸受によって支持される回転軸の周面に配置され前記回転軸とともに回転する第1部材と、
前記回転軸が前記ハウジングに対して変位すると前記第1部材との接触度合いが変化するように前記回転軸の周面に対向するように配置された第2部材と、
前記第2部材に接触する状態監視センサとを備え、
前記状態監視センサは、AEセンサまたは加速度センサである、状態監視装置。 A state monitoring device for detecting an abnormality of a bearing in which a fixed ring is fixed to a housing,
A first member disposed on a peripheral surface of a rotating shaft supported by the bearing and rotating together with the rotating shaft;
A second member arranged to face the peripheral surface of the rotating shaft so that the degree of contact with the first member changes when the rotating shaft is displaced relative to the housing;
A state monitoring sensor in contact with the second member,
The state monitoring sensor is a state monitoring device which is an AE sensor or an acceleration sensor.
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