JP2020064024A - Rotary machine abnormality factor specifying device - Google Patents

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達朗 石橋
Tatsuro Ishibashi
達朗 石橋
寛修 深井
Hironaga Fukai
寛修 深井
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Abstract

To provide a rotary machine abnormality factor specifying device capable of clarifying a vibration factor even in a case where an amount of accumulated data in the past is small or where there is no accumulated data in the past.SOLUTION: A rotary machinery abnormality factor specifying device (10) comprises: a past data storage unit (11) that stores past data at the time of abnormality in a rotary machine; an axial motion simulation unit (12) that simulates the axial motion of a rotor of the rotary machine with an abnormality by the transfer matrix method, to generate simulation data; a simulation data storage unit (13) that stores the simulation data generated by the axial motion simulation unit; a learning unit (14) that learns using the past data and the simulation data; and an abnormality factor specifying unit (15) that specifies an abnormality factor of the data at the time of abnormality, using the learning data of the learning unit.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、回転機械異常要因特定装置に関する。   The present invention relates to a rotary machine abnormality factor identification device.

回転機械に生じた振動の周波数から異常要因を特定し、対処法を速やかに明らかにすることが検討されている。
発電所のタービンのような大型の回転機械において、このような技術が特に必要とされている。
It is under study to identify the cause of abnormality from the frequency of vibration generated in a rotating machine and to promptly clarify the countermeasure.
There is a particular need for such techniques in large rotating machinery such as turbines in power plants.

従来技術の一例である特許文献1には、軸振動異常のような複雑な現象に対して過去の類似異常を容易に検索して再現することができ、また類似異常発生時における運転員の運転操作判断過程の一つである類似の異常軸振動の検討に対して充分な判断支援を行うことができる回転機械の振動診断支援装置が開示されている。   In Patent Document 1 which is an example of a conventional technique, a past similar abnormality can be easily searched and reproduced for a complicated phenomenon such as a shaft vibration abnormality, and an operation of an operator when a similar abnormality occurs A vibration diagnosis assisting apparatus for a rotary machine is disclosed which can sufficiently assist the decision in consideration of similar abnormal axis vibration, which is one of the operation judging processes.

従来技術の一例である特許文献2には、回転機械から得られたデータを取込んで、回転機械に発生する振動現象の特徴から振動の原因を推定するに際して、まず計算機の知識ベースに構築された複数の現象の特徴と複数の原因とを関係づける振動因果マトリックスに基づいて振動原因を推定し、次いで計算機のメモリに内蔵された振動解析モデルを用いて前記推定された振動原因の現象を解析し、しかる後この解析結果と前記振動原因推定結果とから振動現象に対する診断結果を評価する技術が開示されている。   In Patent Document 2 which is an example of a conventional technique, when data obtained from a rotating machine is taken in and the cause of vibration is estimated from the characteristics of a vibration phenomenon occurring in the rotating machine, it is first constructed in a knowledge base of a computer. The cause of vibration is estimated based on the vibration causal matrix that correlates the characteristics of multiple phenomena and multiple causes, and then the phenomenon of the estimated vibration cause is analyzed using the vibration analysis model built into the memory of the computer. However, thereafter, a technique for evaluating a diagnostic result for a vibration phenomenon based on the analysis result and the vibration cause estimation result is disclosed.

特開平2−31117号公報JP-A-2-31117 特許第3708041号公報Japanese Patent No. 378041

しかしながら、上記の従来技術は、データベースに格納されている過去のデータに基づいて振動要因を明らかにするものである。
そのため、過去のデータ蓄積量が少ない場合又は過去の蓄積データがない場合には、振動要因を明らかにすることが困難である、という問題があった。
However, the above-mentioned conventional technique reveals the vibration factor based on the past data stored in the database.
Therefore, there is a problem that it is difficult to clarify the vibration factor when the amount of accumulated data in the past is small or when there is no accumulated data in the past.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、過去のデータ蓄積量が少ない場合又は過去の蓄積データがない場合であっても、振動要因を明らかにすることが可能な回転機械異常要因特定装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and even if the past data storage amount is small or there is no past data storage, the rotary machine abnormality factor that can clarify the vibration factor The purpose is to obtain a specific device.

上述の課題を解決して目的を達成する本発明は、回転機械における異常時の過去データを蓄積する過去データ蓄積部と、伝達マトリクス法により、振動因果マトリクスに対応した異常のある前記回転機械の回転体の軸運動をシミュレーションしてシミュレーションデータを生成する軸運動シミュレーション部と、前記軸運動シミュレーション部によって生成されたシミュレーションデータを記憶するシミュレーションデータ記憶部と、前記過去データ蓄積部に蓄積された前記過去データと、前記シミュレーションデータ記憶部に記憶された前記シミュレーションデータとを用いて学習する学習部と、前記学習部の学習データを用いて異常時データの異常要因を特定する異常要因特定部とを備える回転機械異常要因特定装置である。   The present invention, which solves the above problems and achieves the object, provides a past data storage unit that stores past data at the time of an abnormality in a rotating machine, and a transfer matrix method for the rotating machine having an abnormality corresponding to a vibration causal matrix. An axial motion simulation unit that simulates axial motion of a rotating body to generate simulation data, a simulation data storage unit that stores simulation data generated by the axial motion simulation unit, and the past data storage unit that stores the simulation data. A learning unit that learns using past data and the simulation data stored in the simulation data storage unit, and an abnormal factor specifying unit that specifies an abnormal factor of abnormal time data using the learning data of the learning unit. It is a rotating machine abnormality factor identification device provided.

上記回転機械異常要因特定装置において、前記学習部は、前記シミュレーションデータである振動スペクトルを回転方向に対して前向きの成分と後ろ向きの成分とに分離して、フルスペクトルの周波数領域の特性に変換して学習データを生成し、前記異常要因特定部は、回転軸に対して直交する2軸方向に設置された変位センサ及び加速度センサから取得した前記異常時データである振動スペクトルを回転方向に対して前向きの成分と後ろ向きの成分とに分離して、フルスペクトルの周波数領域の特性に変換して前記回転軸の異常要因の特定を行うことが好ましい。   In the rotary machine abnormality factor identification device, the learning unit separates the vibration spectrum, which is the simulation data, into a forward component and a backward component with respect to the rotation direction, and converts the components into a full-spectrum frequency domain characteristic. Learning data is generated by the abnormal factor specifying unit, and the vibration spectrum, which is the abnormal time data acquired from the displacement sensor and the acceleration sensor installed in the two axis directions orthogonal to the rotation axis, with respect to the rotation direction. It is preferable that the forward component and the backward component are separated and converted into the characteristics of the frequency region of the full spectrum to identify the cause of abnormality of the rotation axis.

本発明によれば、過去のデータ蓄積量が少ない場合又は過去の蓄積データがない場合であっても、振動要因を明らかにすることができる、という効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that the vibration factor can be clarified even when the amount of accumulated data in the past is small or there is no accumulated data in the past.

実施形態に係る回転機械異常要因特定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the rotary machine abnormality factor identification device concerning embodiment. 図1に示す回転機械異常要因特定装置による異常要因の特定対象である回転機械の実機の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the real machine of the rotary machine which is the specific target of the abnormality factor by the rotary machine abnormality factor identification device shown in FIG. 図2に示す実機をModelica言語で実装したモデル図である。FIG. 3 is a model diagram in which the actual machine shown in FIG. 2 is implemented in Modelica language. 第3の軸モデルが対称軸である場合の時系列シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the time series simulation result when a 3rd axis model is a symmetrical axis. 第3の軸モデルが非対称軸である場合の時系列シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the time series simulation result when a 3rd axis model is an asymmetric axis. 第3の軸モデルがクラック軸である場合の時系列シミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the time series simulation result when a 3rd axis model is a crack axis. 第3の軸モデルが対称軸である場合と、非対称軸である場合と、クラック軸である場合との周波数に対する振幅を示す図である。It is a figure which shows the amplitude with respect to a frequency when a 3rd axial model is a symmetrical axis, an asymmetrical axis, and a case where it is a crack axis.

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。
ただし、本発明は、以下の実施形態の記載によって限定解釈されるものではない。
Embodiments for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
However, the present invention should not be limitedly interpreted by the description of the following embodiments.

<実施形態1>
図1は、本実施形態に係る回転機械異常要因特定装置10の構成を示すブロック図である。
図1に示す回転機械異常要因特定装置10は、過去データ蓄積部11と、軸運動シミュレーション部12と、シミュレーションデータ記憶部13と、学習部14と、異常要因特定部15とを備える。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a rotary machine abnormality factor identification device 10 according to the present embodiment.
The rotary machine abnormality factor identification device 10 shown in FIG. 1 includes a past data storage unit 11, an axial motion simulation unit 12, a simulation data storage unit 13, a learning unit 14, and an abnormality factor identification unit 15.

過去データ蓄積部11は、回転機械における異常時の過去データを蓄積する。
この過去データは実データであり、すなわち、過去の異常発生時に取得したデータである。
このデータは、例えば、回転機械に設置した振動センサにより取得された時系列の周波数スペクトルである。
過去データ蓄積部11は、半導体メモリ及び磁気ディスク等の記録媒体により実現することができる。
The past data storage unit 11 stores past data at the time of abnormality in the rotating machine.
This past data is actual data, that is, data obtained when a past abnormality occurred.
This data is, for example, a time-series frequency spectrum acquired by a vibration sensor installed in a rotating machine.
The past data storage unit 11 can be realized by a recording medium such as a semiconductor memory and a magnetic disk.

軸運動シミュレーション部12は、伝達マトリクス法により、異常のある回転体の軸運動をシミュレーションしてシミュレーションデータを生成する。
この回転体の軸運動の異常は、振動因果マトリクスに対応した異常である。
軸運動シミュレーション部12は、MPU(Micro Processing Unit)及びCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサにより実現することができる。
The axial motion simulation unit 12 simulates the axial motion of the abnormal rotating body by the transfer matrix method to generate simulation data.
The abnormality of the axial motion of the rotating body is an abnormality corresponding to the vibration causal matrix.
The axial motion simulation unit 12 can be realized by a processor such as an MPU (Micro Processing Unit) and a CPU (Central Processing Unit).

なお、振動因果マトリクスとは、振動によって生じる卓越振動数を回転機械に発生する振動の原因により分類した表をいう。
振動因果マトリクスの一例を下記の表1に示す。
The vibration causal matrix is a table in which the predominant frequency generated by vibration is classified according to the cause of vibration generated in the rotating machine.
An example of the vibration causal matrix is shown in Table 1 below.

ここで、上記の表1中の「***」は主要振動数であり、「**」は主要振動数に次いで発生しうる振動数であり、「*」は発生しうる振動数である。
また、括弧付きの「*」は発生する可能性の低い振動数である。
表1には、例えば、ロータ異常時において、ロータの回転数に等しい振動数の振動が検出され、ロータの回転数の2倍の振動数の振動が検出されない場合には、不釣合い及び軸曲がりが振動要因として推定されることが示されている。
そして、このとき、ロータの回転数よりも低い低振動数の振動が更に検出されたのであれば、振動要因は軸曲がりであると特定することができる。
Here, “***” in Table 1 above is the main frequency, “**” is the frequency that can occur next to the main frequency, and “*” is the frequency that can be generated. .
The parenthesized “*” is a frequency that is unlikely to occur.
In Table 1, for example, when a rotor is abnormal, a vibration having a frequency equal to the rotation speed of the rotor is detected, and when a vibration having a frequency twice the rotation speed of the rotor is not detected, unbalance and shaft bending are detected. It is shown that is estimated as a vibration factor.
Then, at this time, if vibration of a low frequency lower than the rotation speed of the rotor is further detected, it is possible to specify that the vibration factor is shaft bending.

シミュレーションデータ記憶部13は、軸運動シミュレーション部12によって生成されたシミュレーションデータを記憶する。
シミュレーションデータ記憶部13は、半導体メモリ及び磁気ディスク等の記録媒体により実現することができる。
The simulation data storage unit 13 stores the simulation data generated by the axial motion simulation unit 12.
The simulation data storage unit 13 can be realized by a recording medium such as a semiconductor memory and a magnetic disk.

学習部14は、過去データ蓄積部11に蓄積された過去データ及びシミュレーションデータ記憶部13に記憶されたシミュレーションデータの一方又は双方を用いて学習する。
ここで、学習部14は、時系列データを特徴量としてフーリエ変換又はウェーブレット変換を行うことで、周波数領域の特性に変換したデータを学習データとして用いる。
学習部14の学習手法としては、混合ガウス分布、多クラスSVM(Support Vector Machine)及びニューラルネットワーク等の相関関係を学習する統計手法並びに機械学習手法を例示することができる。
学習部14は、例えば、回転機械に設置した振動センサにより取得された時系列の周波数スペクトルと、振動要因との相関関係を学習し、学習データを作成する。
学習部14は、MPU及びCPU等のプロセッサにより実現することができる。
なお、学習部14が、シミュレーションデータのみを用いて学習を行う場合には、回転機械異常要因特定装置10は過去データ蓄積部11を備えていなくてもよく、又は、学習部14が、過去データ及びシミュレーションデータの双方を用いて学習を行う場合には、異常要因特定の精度を向上させることができる。
The learning unit 14 learns using one or both of the past data accumulated in the past data accumulation unit 11 and the simulation data stored in the simulation data storage unit 13.
Here, the learning unit 14 uses, as learning data, data converted into characteristics in the frequency domain by performing Fourier transform or wavelet transform using time-series data as a feature amount.
Examples of the learning method of the learning unit 14 include a statistical method and a machine learning method for learning correlation such as Gaussian mixture distribution, multi-class SVM (Support Vector Machine), and neural network.
The learning unit 14 learns the correlation between the time-series frequency spectrum acquired by the vibration sensor installed in the rotating machine and the vibration factor, and creates learning data.
The learning unit 14 can be realized by a processor such as an MPU and a CPU.
In addition, when the learning unit 14 performs learning using only the simulation data, the rotating machine abnormality factor identification device 10 may not include the past data storage unit 11, or the learning unit 14 may use the past data. When learning is performed using both the simulation data and the simulation data, it is possible to improve the accuracy of identifying the abnormality factor.

異常要因特定部15は、学習部14の学習データを用いて異常時データの異常要因特定を行い、異常要因特定結果を出力する。
この異常時データは、例えば、回転機械に設置した振動センサにより異常時に取得された時系列の周波数スペクトルである。
異常要因特定部15は、MPU及びCPU等のプロセッサにより実現することができる。
The abnormality factor identifying unit 15 identifies the abnormality factor in the abnormal data by using the learning data of the learning unit 14 and outputs the abnormality factor identifying result.
The abnormal time data is, for example, a time-series frequency spectrum acquired by the vibration sensor installed in the rotating machine during the abnormal time.
The abnormality factor identification unit 15 can be realized by a processor such as an MPU and a CPU.

なお、この異常要因特定結果は、例えば、回転機械異常要因特定装置10に搭載され、又は接続された出力部に出力されることで使用者又は管理者に報知される。
ここで、出力部としては、ディスプレイを例示することができる。
The abnormality factor identification result is notified to a user or an administrator by being output to, for example, an output unit mounted on or connected to the rotating machine abnormality factor identification device 10.
Here, a display can be illustrated as the output unit.

<軸運動シミュレーション部12の説明>
次に、軸運動シミュレーション部12が行うシミュレーションの一例を説明する。
軸運動シミュレーション部12は、伝達マトリクス法によってシミュレーションを行うことで、異常による振動の時系列のシミュレーションデータを生成する。
軸運動シミュレーション部12により生成されたシミュレーションデータは、シミュレーションデータ記憶部13に記憶される。
このシミュレーションデータは、上述の振動因果マトリクスの構築に用いることができる。
<Explanation of the axis motion simulation unit 12>
Next, an example of the simulation performed by the axial motion simulation unit 12 will be described.
The axial motion simulation unit 12 performs simulation by the transfer matrix method to generate time-series simulation data of vibration due to abnormality.
The simulation data generated by the axial motion simulation unit 12 is stored in the simulation data storage unit 13.
This simulation data can be used to construct the vibration causal matrix described above.

伝達マトリクス法では、回転機械の回転軸が、剛体である回転体と、弾性体である軸及び軸受剛性等とに分解される。
ここで、回転体としては、タービン、羽、歯車及び軸受部を例示することができる。
また、軸受部には、ばね剛性及びダンパーを付与すると、回転機械の軸振動の動特性を模擬することができる。
伝達マトリクス法を用いると、分類した各コンポーネントに対して不釣合い又は非線形性を導入することができる。
ここで、非線形性としては、非対称性及びクラックを例示することができる。
振動時の回転機械をモデル化するためには、伝達マトリクス法とほぼ等価な手法であり、非因果的なModelica言語を用いればよい。
In the transfer matrix method, the rotating shaft of the rotating machine is decomposed into a rotating body that is a rigid body, a shaft and a bearing rigidity that are elastic bodies, and the like.
Here, examples of the rotating body may include a turbine, a blade, a gear, and a bearing portion.
Further, by adding spring rigidity and a damper to the bearing portion, it is possible to simulate the dynamic characteristics of the shaft vibration of the rotating machine.
The transfer matrix method can be used to introduce imbalance or non-linearity for each classified component.
Here, examples of the non-linearity include asymmetry and cracks.
In order to model a rotating machine at the time of vibration, a method almost equivalent to the transfer matrix method and a non-causal Modelica language may be used.

図2は、図1に示す回転機械異常要因特定装置10による異常要因の特定対象である回転機械20の実機の一例を示す図である。
図2に示す回転機械20は、動力部21と、第1の軸22と、軸継手23と、第2の軸24と、第1の軸受部25と、第3の軸26と、回転子27と、第4の軸28と、第2の軸受部29とを備える。
FIG. 2 is a diagram showing an example of an actual machine of the rotary machine 20 that is a target for identifying an abnormality factor by the rotary machine abnormality factor identification device 10 shown in FIG.
The rotary machine 20 shown in FIG. 2 includes a power unit 21, a first shaft 22, a shaft coupling 23, a second shaft 24, a first bearing unit 25, a third shaft 26, and a rotor. 27, a fourth shaft 28, and a second bearing portion 29.

動力部21は、回転を出力する。
第1の軸22は、動力部21に接続された出力軸である。
第2の軸24は、軸継手23を介して第1の軸22に接続されている。
第1の軸受部25は、固定されており、第2の軸24及び第3の軸26を支持する。
第3の軸26は、第1の軸受部25を介して第2の軸24に接続されている。
第2の軸受部29は、固定されており、第4の軸28を支持する。
回転子27は、第3の軸26と第4の軸28との間に配されている。
The power unit 21 outputs rotation.
The first shaft 22 is an output shaft connected to the power unit 21.
The second shaft 24 is connected to the first shaft 22 via a shaft coupling 23.
The first bearing portion 25 is fixed and supports the second shaft 24 and the third shaft 26.
The third shaft 26 is connected to the second shaft 24 via the first bearing portion 25.
The second bearing portion 29 is fixed and supports the fourth shaft 28.
The rotor 27 is arranged between the third shaft 26 and the fourth shaft 28.

図3は、図2に示す実機をModelica言語で実装したモデル図である。
図3に示す回転機械モデル20Mは、動力部モデル21Mと、第1の軸モデル22Mと、軸継手モデル23Mと、第2の軸モデル24Mと、軸受部モデル25Mと、第3の軸モデル26Mと、回転子モデル27Mと、第4の軸モデル28Mと、軸受部モデル29Mとを備える。
図3に示すこれらの構成は、各々が対応する図2に示す構成の符号に対し「M」が付されている。
FIG. 3 is a model diagram in which the actual machine shown in FIG. 2 is implemented in the Modelica language.
The rotary machine model 20M shown in FIG. 3 includes a power unit model 21M, a first shaft model 22M, a shaft coupling model 23M, a second shaft model 24M, a bearing unit model 25M, and a third shaft model 26M. A rotor model 27M, a fourth shaft model 28M, and a bearing portion model 29M.
In these configurations shown in FIG. 3, “M” is added to the reference numerals of the configurations shown in FIG. 2 to which they correspond.

ここで、回転体の基本要素である剛体の回転体及び弾性体の軸について説明する。
静不釣合いのある剛体である非対称回転体の水平方向の力Fは下記の式(1)で表され、鉛直方向の力Fは下記の式(2)で表される。
Here, the axes of the rigid rotating body and the elastic body, which are the basic elements of the rotating body, will be described.
The force F x in the horizontal direction of the asymmetric rotating body which is a rigid body with static imbalance is expressed by the following formula (1), and the force F y in the vertical direction is expressed by the following formula (2).

動不釣合いのある剛体である非対称回転体の水平方向のモーメントMは下記の式(3)で表され、鉛直方向のモーメントMは下記の式(4)で表される。 The moment M x in the horizontal direction of the asymmetric rotating body which is a rigid body with dynamic imbalance is represented by the following equation (3), and the moment M y in the vertical direction is represented by the following equation (4).

ただし、uは水平方向のたわみであり、uは鉛直方向のたわみであり、iは水平方向のたわみ角であり、iは鉛直方向のたわみ角である。
また、θは回転角であり、mは回転体の質量であり、
eは長さで表される偏心であり、eは偏心の位相であり、
τは角度で表される動不釣合いの大きさであり、τは動不釣合いの位相であり、
は直径方向慣性モーメントであり、Iは極慣性モーメントである。
However, u x is the deflection in the horizontal direction, u y is the deflection of the vertical, i x is the deflection angle in the horizontal direction, i y is the deflection angle in the vertical direction.
Further, θ is the rotation angle, m is the mass of the rotating body,
e is the eccentricity represented by the length, e 0 is the phase of the eccentricity,
τ is the magnitude of the dynamic imbalance expressed by an angle, τ 0 is the phase of the dynamic imbalance,
I d is the diametrical moment of inertia and I p is the polar moment of inertia.

また、剛性の異なる非対称な弾性軸のモデルは、線形の梁のモデルであり、下記の式(5),(6)で表される。   Further, the asymmetric elastic axis model having different rigidity is a linear beam model, and is expressed by the following equations (5) and (6).

また、回転数ωで回転する座標系O‐ξη及び静止座標系における断面二次モーメントの関係は下記の式(7)で表される。   The relationship between the coordinate system O-ξη rotating at the rotation speed ω and the second moment of area in the stationary coordinate system is expressed by the following equation (7).

ここで、クラックのある軸は下記の式(8)で表される。   Here, the axis with cracks is represented by the following formula (8).

ただし、mは軸の質量であり、Lは軸の長さであり、Eはヤング率であり、I,Iは静止座標系の断面二次モーメントであり、Iξ,Iηは回転座標系の断面二次モーメントであり、δは断面二次モーメントで表されるクラックの強度である。 Where m is the mass of the shaft, L is the length of the shaft, E is the Young's modulus, I x and I y are the second moments of area of the stationary coordinate system, and I ξ and I η are the rotations. It is the moment of inertia of area of the coordinate system, and δ is the strength of the crack expressed by the moment of inertia of area.

転がり軸受を用いた回転機のモデルでは、軸受剛性はカタログ値を用いることでシミュレーションできる。
軸受剛性はHertzの接触理論によって計算することも可能である。
軸受の異常として問題になる軸受の傷のモデルでは、傷に起因する振動数の衝撃力を加えることで、シミュレーションすることが可能である。
この振動数は、軸受のピッチ円直径、転動体の直径及び転動体の数により決定される。
In a model of a rotating machine using rolling bearings, bearing rigidity can be simulated by using catalog values.
The bearing stiffness can also be calculated by Hertz's contact theory.
A model of a bearing scratch that causes a problem as a bearing abnormality can be simulated by applying an impact force of a frequency due to the scratch.
This frequency is determined by the pitch circle diameter of the bearing, the diameter of the rolling elements and the number of rolling elements.

歯車の異常については歯車の数及びかみ合い剛性から軸の動特性を求めることで計算することができる。
歯車自体には不釣合いのある回転体のモデルが用いられる。
Abnormalities of gears can be calculated by obtaining the dynamic characteristics of the shaft from the number of gears and meshing rigidity.
A model of an unbalanced rotating body is used for the gear itself.

そして、上述したモデルを組み合わせて作成したモデルから正常状態のモデルが作成される。
インパルス試験のデータがある場合には、そのデータと合うように軸受剛性又は減衰係数のパラメータを調整してもよい。
異常のあるデータは、正常状態のモデルに不釣合いを生じさせて、軸曲がりのパラメータを変化することで生成される。
Then, a model in a normal state is created from a model created by combining the models described above.
If impulse test data is available, the parameters of bearing rigidity or damping coefficient may be adjusted to match the data.
Abnormal data is generated by changing the parameters of axis bending by causing imbalance in the model in the normal state.

なお、その他の異常については、回転機械の種類及び軸受タイプによって起こりうる異常の物理現象をコンポーネントとして追加してシミュレーションを行うことで、データが生成される。   For other abnormalities, data is generated by adding a physical phenomenon of abnormalities that may occur depending on the type of rotating machine and the bearing type as a component and performing simulation.

次に、回転機械中の軸が、対称軸である場合、非対称軸である場合及びクラック軸である場合のシミュレーション結果を比較する。
図4Aは、第3の軸モデル26Mが対称軸である場合の時系列シミュレーション結果を示す図である。
図4Bは、第3の軸モデル26Mが非対称軸である場合の時系列シミュレーション結果を示す図である。
図4Cは、第3の軸モデル26Mがクラック軸である場合の時系列シミュレーション結果を示す図である。
なお、図4A,4B,4Cでは、横軸に時間が示され、縦軸に振幅が示されている。
Next, the simulation results when the axis in the rotating machine is a symmetric axis, an asymmetric axis, and a crack axis are compared.
FIG. 4A is a diagram showing a time-series simulation result when the third axis model 26M is a symmetrical axis.
FIG. 4B is a diagram showing a time series simulation result when the third axis model 26M is an asymmetric axis.
FIG. 4C is a diagram showing a time-series simulation result when the third axis model 26M is a crack axis.
4A, 4B, and 4C, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents amplitude.

図5は、第3の軸モデル26Mが対称軸である場合と、非対称軸である場合と、クラック軸である場合との周波数に対する振幅を示す図である。
図5に示すように、クラック軸は非対称軸を拡張しているため、クラック軸は非対称軸と同じ成分を有する。
ここで、高周波成分は非線形項を示す。
FIG. 5 is a diagram showing amplitudes with respect to frequencies when the third axis model 26M is a symmetrical axis, an asymmetrical axis, and a crack axis.
As shown in FIG. 5, since the crack axis extends the asymmetric axis, the crack axis has the same component as the asymmetric axis.
Here, the high frequency component shows a nonlinear term.

ここで、非対称軸のスペクトルとクラック軸のスペクトルとは、切り分けが困難であるものの、図5に示すように、高周波成分の振幅に違いがあるため、高周波成分を参照することで非対称軸とクラック軸との切り分けが可能となる。   Here, although it is difficult to separate the spectrum of the asymmetric axis and the spectrum of the crack axis, there is a difference in the amplitude of the high frequency component as shown in FIG. It is possible to separate from the axis.

以上本実施形態にて説明したように、過去のデータ蓄積量が少ない場合又は過去の蓄積データがない場合であっても、学習データにシミュレーションデータを用いることで振動要因を明らかにすることができる。   As described above in the present embodiment, even if the amount of accumulated data in the past is small or there is no accumulated data in the past, the vibration factor can be clarified by using the simulation data as the learning data. .

<実施形態2>
本実施形態では、振動要因の特定を行う対象軸に対して直交する2軸方向に変位センサ及び加速度センサが設置されている形態について説明する。
<Embodiment 2>
In the present embodiment, a mode will be described in which the displacement sensor and the acceleration sensor are installed in two axial directions orthogonal to the target axis for identifying the vibration factor.

本実施形態では、学習部14は、シミュレーションデータである振動スペクトルを回転方向に対して前向きの成分と後ろ向きの成分とに分離して、フルスペクトルの周波数領域の特性に変換して学習を行う。
また、本実施形態では、異常要因特定部15は、異常時データである振動スペクトルを回転方向に対して前向きの成分と後ろ向きの成分とに分離して、フルスペクトルの周波数領域の特性に変換して異常要因の特定を行う。
In the present embodiment, the learning unit 14 separates the vibration spectrum, which is the simulation data, into a forward component and a backward component with respect to the rotation direction, and converts the components into a full-spectrum frequency domain characteristic for learning.
In addition, in the present embodiment, the abnormality factor identifying unit 15 separates the vibration spectrum, which is the abnormal time data, into a forward component and a backward component with respect to the rotation direction, and converts the components into a full-spectrum frequency domain characteristic. To identify the cause of the abnormality.

このように、実施形態1によっては振動要因の特定が困難な場合であっても、本実施形態によれば、異常要因の特定精度を向上させることができる。   Thus, even if it is difficult to identify the vibration factor according to the first embodiment, the present embodiment can improve the accuracy of identifying the abnormal factor.

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、上述の構成に対して、構成要素の付加、削除又は転換を行った様々な変形例も含むものとする。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modified examples in which constituent elements are added, deleted, or converted to the above-described configuration.

10 回転機械異常要因特定装置
11 過去データ蓄積部
12 軸運動シミュレーション部
13 シミュレーションデータ記憶部
14 学習部
15 異常要因特定部
20 回転機械
20M 回転機械モデル
21 動力部
21M 動力部モデル
22 第1の軸
22M 第1の軸モデル
23 軸継手
23M 軸継手モデル
24 第2の軸
24M 第2の軸モデル
25 第1の軸受部
25M 第1の軸受部モデル
26 第3の軸
26M 第3の軸モデル
27 回転子
27M 回転子モデル
28 第4の軸
28M 第4の軸モデル
29 第2の軸受部
29M 第2の軸受部モデル
10 Rotating Machine Abnormality Factor Identifying Device 11 Past Data Accumulating Section 12 Axis Motion Simulation Section 13 Simulation Data Storage Section 14 Learning Section 15 Abnormality Factor Identifying Section 20 Rotating Machine 20M Rotating Machine Model 21 Power Section 21M Power Section Model 22 First Axis 22M First shaft model 23 Shaft joint 23M Shaft joint model 24 Second shaft 24M Second shaft model 25 First bearing portion 25M First bearing portion model 26 Third shaft 26M Third shaft model 27 Rotor 27M Rotor model 28 Fourth shaft 28M Fourth shaft model 29 Second bearing portion 29M Second bearing portion model

Claims (2)

回転機械における異常時の過去データを蓄積する過去データ蓄積部と、
伝達マトリクス法により、振動因果マトリクスに対応した異常のある前記回転機械の回転体の軸運動をシミュレーションしてシミュレーションデータを生成する軸運動シミュレーション部と、
前記軸運動シミュレーション部によって生成されたシミュレーションデータを記憶するシミュレーションデータ記憶部と、
前記過去データ蓄積部に蓄積された前記過去データと、前記シミュレーションデータ記憶部に記憶された前記シミュレーションデータとを用いて学習する学習部と、
前記学習部の学習データを用いて異常時データの異常要因を特定する異常要因特定部とを備える回転機械異常要因特定装置。
A past data storage unit that stores past data when an abnormality occurs in a rotating machine,
By the transfer matrix method, an axial motion simulation unit for simulating the axial motion of the rotating body of the rotating machine having an abnormality corresponding to the vibration causal matrix to generate simulation data,
A simulation data storage unit for storing the simulation data generated by the axial motion simulation unit;
A learning unit that learns using the past data accumulated in the past data accumulation unit and the simulation data stored in the simulation data storage unit,
An abnormality factor specifying device for a rotating machine, comprising: an abnormality factor specifying part for specifying an abnormality factor of abnormal data by using the learning data of the learning part.
前記学習部は、前記シミュレーションデータである振動スペクトルを回転方向に対して前向きの成分と後ろ向きの成分とに分離して、フルスペクトルの周波数領域の特性に変換して学習データを生成し、
前記異常要因特定部は、回転軸に対して直交する2軸方向に設置された変位センサ及び加速度センサから取得した前記異常時データである振動スペクトルを回転方向に対して前向きの成分と後ろ向きの成分とに分離して、フルスペクトルの周波数領域の特性に変換して前記回転軸の異常要因の特定を行う請求項1に記載の回転機械異常要因特定装置。
The learning unit separates the vibration spectrum, which is the simulation data, into a forward component and a backward component with respect to the rotation direction, and converts the full spectrum into a frequency domain characteristic to generate learning data.
The abnormality factor identification unit uses a vibration spectrum, which is the abnormal time data acquired from a displacement sensor and an acceleration sensor installed in two axial directions orthogonal to the rotation axis, as a forward component and a backward component with respect to the rotation direction. 2. The rotating machine abnormality factor identifying device according to claim 1, wherein the rotating machine abnormality factor identifying device identifies the abnormality factor of the rotating shaft by converting into a full spectrum frequency domain characteristic.
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