JP2728805B2 - 回転体診断装置 - Google Patents

回転体診断装置

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JP2728805B2 JP14630691A JP14630691A JP2728805B2 JP 2728805 B2 JP2728805 B2 JP 2728805B2 JP 14630691 A JP14630691 A JP 14630691A JP 14630691 A JP14630691 A JP 14630691A JP 2728805 B2 JP2728805 B2 JP 2728805B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、回転電機や回
転ポンプ等に使用される回転体に異常若しくは異常の徴
候が発生したとの原因の分析診断に使用される回転体診
断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の回転体に異常若しくは異
常の徴候が発生したときに使用される回転体診断装置
は、測定された軸変位信号等の振動データを分析して振
動レベルや振動ベクトル、最大振幅等の評価パラメータ
に対して、その状態の組合せや変化傾向を分析評価して
上記回転体に発生した現象(事象)の定性的な分析を行
っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た回転体に発生した定性的な分析による回転体診断装置
は、発生した異常事象に対して原因を特定できるもの
は、予め、振動データと異常原因との関連が解っている
ものに限定されており、この後の劣化傾向(劣化動行)
を推定することは、必ずしも充分にして正確な分析診断
することが困難である。
【0004】特に、上述した回転体に発生した定性的な
分析による回転体診断装置は、回転体の振動データによ
り異常を分析診断したとき、軸受側の異常と回転体側の
異常の判断が困難である。
【0005】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであって、回転体に異常若しくは異常の徴候が発生
したとの原因を定量的に分析評価して高精度に回転体を
診断するようにした回転体診断装置を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、軸受に支承さ
れた回転体と、この回転体の外周に付設された複数の軸
変位センサ、回転パルス計及び軸受温度計と、前記各軸
変位センサに接続された各変位変換器と、この各変位変
換器及び前記回転パルス計に接続され前記各軸変位セン
サにより検出された軸変位信号及び前記回転パルス計の
パルス検出信号により前記回転体の振動ベクトルを分析
する次数分析装置と、この次数分析装置に接続され振動
ベクトルから前記回転体の危険速度を分析する危険速度
分析装置と、この危険速度分析装置に接続され危険速度
及び前記軸変位信号に基く振動応答解析によって対応す
る軸受特性を分析する軸受特性分析装置と、前記各変位
変換器に接続され変位信号に基き前記軸受の偏心量を分
析する回転中心分析装置と、この回転中心分析装置に接
続され軸受形状データを備えた軸受特性解析装置と、こ
の軸受特性解析装置及び前記軸受特性分析装置に接続さ
れこの両者の各特性を比較して軸受に発生した異常を推
定する軸受特性比較器と、この軸受特性比較器に接続さ
れ前記軸受特性比較器による推定結果を表示する表示装
置とを具備したことを特徴とする回転体診断装置であ
る。
【0007】
【作用】本発明においては、回転体の回転数を変化させ
て、回転体の軸変位信号とパルス検出信号から次数分析
装置により回転体の振動ベクトルを分析し、この振動ベ
クトルから危険速度分析装置で各回転数の危険速度を算
出し、この危険速度と上記軸変位信号に基いて軸受特性
分析装置で振動応答解析を行うことにより振動データに
基く軸受特性を算出する。他方、軸変位信号から回転中
心分析装置により軸受の偏心量を算出し、この偏心量及
びパルス検出信号による回転数及び軸受温度と軸受形状
データとから軸受特性解析装置により解析的に軸受特性
を得る。そして、振動データに基く軸受特性と解析的に
得られた軸受特性とを軸受特性比較器により比較するこ
とにより軸受に発生した異常を推定し、この結果を表示
装置に表示する。
【0008】
【実施例】以下、本発明を図示の一実施例について説明
する。
【0009】図1及び図2において、符号1は、例え
ば、回転電機や回転ポンプ等に使用される回転体であっ
て、この回転体1の各回転軸1aは各軸受2に回転自在
に支承されており、この回転体1及び回転軸1aの外周
には、複数の軸変位センサ3a、3b、3cが軸変位を
検出するようにして静止部材に付設されている。又、上
記各軸受2には、回転パルス計4及び軸受温度計5が付
設されており、この回転パルス計4は上記回転軸1aに
刻設されたマーク等を計数して回転数を検出するように
なっている。さらに、上記回転パルス計4は次数分析装
置6及び軸受特性解析装置7にパルス変換器8を介して
接続されており、上記軸受温度計5は上記軸受特性解析
装置7に温度変換器9を介して接続されている。さらに
又、上記軸受特性解析装置7には、軸受形状データ10
が接続されており、この軸受形状データ10は予め予測
される運転条件に対する軸受形状のデータを入力してお
り、上記軸受特性解析装置7は上記軸受形状データ10
に保存されている軸受形状データを検索し得るようにな
っている。
【0010】なお、上記軸受特性解析装置7による解析
の結果は、予め、正常な状態に対して充分合致すること
を確認しておく必要がある。又、解析若しくは検索に用
いる運転条件としては、上記回転軸1aの偏心量、回転
数及び軸受温度がある。さらに、上記回転軸1aの偏心
量は、後述する回転中心分析装置11により上記各軸変
位センサ3a、3b、3cからの軸変位信号を平均的に
処理することにより算出される。
【0011】一方、上記各軸変位センサ3a、3b、3
cには、上記次数分析装置6と回転中心分析装置11が
各変位変換器12a、12b、12cを介して接続され
ており、上記次数分析装置6は、軸変位信号と回転パル
ス信号から軸変位振動に含まれる任意次数の振動ベクト
ルを分析する装置であり、これは周波数分析若しくはベ
クトルフィルタ等を用いる。
【0012】なお、ここで任意次数とは、回転数に同期
する回転同期周波数を一次(1N)として、回転同期周
波数の整数倍の周波数のことである。つまり、例えば、
X次とは、回転同期周波数のX倍の周波数を示す。
【0013】従って、任意次数X(XN)の振動ベクト
ルVxは、振動成分の振幅Axと、回転パルス信号との
位相差θxからなるベクトル量である。
【0014】これを式で表すと、 振動ベクトルVx=(Ax・θx) である。
【0015】一般に、上記回転体1は、起動、停止又は
回転数制御時に回転数が変化すると、回転体1の持つ危
険速度等の振動特性に応じて振動ベクトルが変化する。
【0016】従って、ある次数が回転体の危険速度を通
過すると、その振動ベクトルは、図3に示されるような
軌跡を描く。このため、回転数変化に対して次数が危険
速度を通過する振動ベクトルを分析することにより、回
転体1の危険速度を推定することができる。
【0017】他方、上記次数分析装置6には、危険速度
分析装置13が振動ベクトルから上記回転体1の危険速
度を分析するように接続されている。つまり、上記危険
速度分析装置13は、対象とする回転板1の危険速度を
推定する装置であり、回転体1が最高回転数R(rp
m)まで回転するとき、1Nの振動ベクトルでR/60
(Hz)の周波数帯域までに存在する危険速度を推定で
きるように構成されている。
【0018】なお、通常、上記回転体1の危険速度は、
回転同期周波数よりも高くなっており、図2の回転体の
周波数と回転次数とのグラフに示されるように、1N又
は2N等の次数の低い振動ベクトルでは危険速度を通過
しないために、危険速度を推定することは困難である。
【0019】そこで、上記次数分析装置6では、危険速
度を通過する高次の振動ベクトルを得ることにより、回
転板1の危険速度を推定することができるし、より高い
周波数の危険速度も推定することができるように設けら
れている。
【0020】従って、図2の回転体の周波数と回転次数
とのグラフに示されるように、例えば、10Nの振動ベ
クトルでは、1NのR/60(Hz)に対して、10倍
のR/6(Hz)までの振動特性を把握することがてき
るし、充分に危険速度を推定することができる。
【0021】又一方、上記危険速度分析装置13には、
軸受特性分析装置14が接続されており、この軸受特性
分析装置14は前記危険速度及び前記軸変位信号(振動
データ)に基く振動応答解析に対応して測定軸受特性を
分析するようになっている。
【0022】即ち、上記軸受特性分析装置14は、上記
危険速度分析装置13により得られた回転体1の危険速
度と回転体1の振動応答を表す軸変位信号に基く振動応
答解析により軸受特性を分析評価する装置である。
【0023】なお、振動応答解析を行う解析モデルは、
静止部材と回転体1の構造物を梁等の構造要素をモデル
化したものと、軸受2をバネ(剛性)とダンパ(減衰)
でモデル化したものから構成される。
【0024】構造物は設計図等によりモデル化が比較的
に容易であり、危険速度を変化させる異常事象は、亀
裂、腐食等を除いて比較的に少ない。他方、上記軸受2
の軸受特性(剛性、減衰)は、解析結果に対して検証の
必要があり、又、故障による変化が大きい。そのため、
構造物は、運用初期に検証されたモデルを用い、軸受2
の軸受特性(剛性)をパラメータとして振動応答解析を
行い、その結果として得られる危険速度が上記危険速度
分析装置13で得られた危険速度と略同じになることに
より、軸受特性(剛性)が求まる。同様に、軸受特性
(減衰)についても、これをパラメータとして、振動ベ
クトルに関する振動応答解析を行うことにより求まる。
その結果、上記軸受2の軸受特性が、測定された軸変位
振動から推測される。
【0025】同時に、前記軸受特性解析装置7は、運転
条件(回転数、偏心量、軸受温度)と上記軸受形状デー
タ10の入力データに基いて、上記軸受2が正常なとき
の各運転条件に対する軸受特性(剛性、減衰)を数値解
析により求める。
【0026】次に、前述したように前記各変位変換器1
2a、12b、12cには、上記回転中心分析装置11
が接続されており、この回転中心分析装置11は各変位
変換器12a、12b、12cからの変位信号に基いて
前記軸受2の偏心量を分析するようになっている。又、
この回転中心分析装置11には、軸受形状データ10を
備えた軸受特性解析装置7が接続されており、この軸受
特性解析装置7及び前記軸受特性分析装置14には、そ
の両者によって得られた軸受特性を比較する軸受特性比
較器(軸受特性比較装置とも言う)15が接続されてい
る。この軸受特性比較器15は、上記軸受特性解析装置
7で解析的に得られた軸受特性(剛性、減衰)と、上記
軸受特性分析装置14で振動データに基づいて得られた
軸受特性(剛性、減衰)との差と比率とに基づいて、軸
受の異常を推定するようになっている。さらに、この軸
受特性比較器15には、軸受特性比較器15の診断(推
定)結果を表示する表示装置16が接続されている。
【0027】以下、本発明の作用について説明する。
【0028】従って、今、本発明による被測定体として
の回転体1の回転数を変化させて、上記各軸変位センサ
3a、3b、3c及び回転パルス計4により、回転体1
の軸変位とパルスを検出し、この回転体1の軸変位信号
とパルス検出信号を次数分析装置6により回転体1の振
動ベクトルを分析する。そして、この振動ベクトルから
危険速度分析装置13により危険速度を算出する。
【0029】次に、この危険速度と軸変位信号に基く軸
受特性分析装置14により振動応答解析を行い、振動デ
ータに基く軸受特性を算出する。 他方、各軸変位セン
サ3a、3b、3cの軸変位信号から回転中心分析装置
11により軸受2の偏心量を算出し、この偏心量及び回
転パルス計4のパルス検出信号による回転数及び軸受温
度に基く軸受形状データ10を備えた軸受特性解析装置
7により軸受特性を算出し、振動データに基く軸受特性
と解析的に得られた正常時の軸受特性とを軸受特性比較
器15によって比較することにより軸受2に発生した異
常を推定し、この結果を表示装置16に表示する。
【0030】このようにして本発明は、回転体1の異常
若しくは異常の徴候を定量的に分析評価して高精度に診
断できる。
【0031】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、回転
体に異常若しくは異常の徴候が発生したとの原因を定量
的に分析評価して高精度に診断できるばかりでなく、軸
受側の異常と回転体側の異常の判断を有効適切に診断で
きる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の回転体診断装置のブロック線図。
【図2】本発明の回転体の周波数と回転次数との関係を
示すグラフ。
【図3】本発明の回転体の危険速度を通過するとき作用
を説明するための図。
【符号の説明】
1 回転体 2 軸受 3a、3b、3c 軸変位センサ 4 回転パルス計 5 軸受温度計 6 次数分析装置 7 軸受特性解析装置 10 軸受形状データ 11 回転中心分析装置 12a、12b、12c 変位変換器 13 危険速度分析装置 14 軸受特性分析装置 15 軸受特性比較器 16 表示装置

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】軸受に支承された回転体と、この回転体の
    外周に付設された複数の軸変位センサ、回転パルス計及
    び軸受温度計と、前記各軸変位センサに接続された各変
    位変換器と、この各変位変換器及び前記回転パルス計に
    接続され前記各軸変位センサにより検出された軸変位信
    号及び前記回転パルス計のパルス検出信号により前記回
    転体の振動ベクトルを分析する次数分析装置と、この次
    数分析装置に接続され振動ベクトルから前記回転体の危
    険速度を分析する危険速度分析装置と、この危険速度分
    析装置に接続され危険速度及び前記軸変位信号に基く振
    動応答解析によって対応する軸受特性を分析する軸受特
    性分析装置と、前記各変位変換器に接続され変位信号に
    基き前記軸受の偏心量を分析する回転中心分析装置と、
    この回転中心分析装置に接続され軸受形状データを備え
    た軸受特性解析装置と、この軸受特性解析装置及び前記
    軸受特性分析装置に接続されこの両者の各特性を比較し
    て軸受に発生した異常を推定する軸受特性比較器と、こ
    の軸受特性比較器に接続され前記軸受特性比較器による
    推定結果を表示する表示装置とを具備したことを特徴と
    する回転体診断装置。
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