JP5476413B2 - Diagnostic method for soundness of rotating machinery - Google Patents

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本発明は、回転機械類から発せられる放射音を測定分析することによって機械の異常を検出する健全性診断方法に関する。   The present invention relates to a soundness diagnosis method for detecting an abnormality of a machine by measuring and analyzing a radiated sound emitted from rotating machinery.

従来より、メンテナンスの省力化や合理化を図るために、回転機械から発せられる放射音を測定分析することにより、該回転機械の駆動部に異常があるのかどうかの健全性を診断するための方法や装置が種々提案されている。   Conventionally, in order to save labor and rationalize maintenance, a method for diagnosing the soundness of whether there is an abnormality in the drive part of the rotating machine by measuring and analyzing the radiated sound emitted from the rotating machine, Various devices have been proposed.

例えば、特許文献1では、回転機械等の設備の音信号による健全性診断方法であって、設備の稼働時に発生する音信号を測定し、最小自乗法と最大エントロピー法とを用いて固有の自己回帰モデルの回帰係数を算出して記憶し、該回帰係数を前記設備の点検測定時に発生する音信号に適用して残差を算出し、該残差の大小の比較により測定時の設備の正常,異常を判定するようにした回転機械等の設備の音信号による健全性診断方法が提案されている。   For example, Patent Document 1 is a soundness diagnosis method using sound signals of equipment such as a rotating machine, which measures sound signals generated during operation of the equipment and uses a least square method and a maximum entropy method to determine the inherent self The regression coefficient of the regression model is calculated and stored, and the residual is calculated by applying the regression coefficient to the sound signal generated at the time of inspection and measurement of the equipment, and the normality of the equipment at the time of measurement is determined by comparing the magnitude of the residual A soundness diagnosis method using sound signals of equipment such as a rotating machine that has been determined to be abnormal has been proposed.

また、下記特許文献2では、 診断対象の異常の有無を監視する異常監視装置において、診断対象の状態を反映した所定の物理量を捉えて該物理量を表わす信号を得るセンサと、前記センサにより前記診断対象が正常な状態にあるときに得られる基準信号に由来する基準データと、異常監視時に前記センサで得られる診断信号とに基いて、前記診断対象の異常の有無を判定する診断対象異常判定部と、前記センサに前記診断対象が異常な状態にあるときを模擬した物理量を与える模擬異常状態発生部と、前記基準データと、前記センサが前記模擬異常状態発生部から与えられた物理量を捉えるタイミングで該センサにより得られる模擬異常成分混入信号とに基づいて、この異常監視装置自体の異常の有無を判定する自己異常判定部とを備えた異常監視装置が提案されている。   Further, in Patent Document 2 below, in an abnormality monitoring device that monitors the presence or absence of an abnormality to be diagnosed, a sensor that captures a predetermined physical quantity that reflects the state of the diagnosis object and obtains a signal that represents the physical quantity; A diagnosis target abnormality determination unit that determines whether there is an abnormality in the diagnosis target based on reference data derived from a reference signal obtained when the target is in a normal state and a diagnostic signal obtained by the sensor during abnormality monitoring A simulated abnormal state generating unit that gives the sensor a physical quantity that simulates when the diagnosis target is in an abnormal state, the reference data, and a timing at which the sensor captures the physical quantity given from the simulated abnormal state generating unit And a self-abnormality determination unit that determines whether there is an abnormality in the abnormality monitoring device itself based on the simulated abnormal component mixed signal obtained by the sensor. A constant monitoring device has been proposed.

更に、下記特許文献3では、正常状態にある1台若しくは複数台の、被検出装置と同一若しくは同種の装置から所定の物理量を担持する第1の時系列信号を得て該第1の時系列信号に基づいて逆フィルタを構成しておき、被検出装置から前記所定の物理量を担持する第2の時系列信号を得、該第2の時系列信号に前記逆フィルタを作用させることにより残差信号を求め、該残差信号に基づいて被検出装置の異常を検出する異常検出方法が提案されている。   Further, in Patent Document 3 below, a first time series signal carrying a predetermined physical quantity is obtained from one or a plurality of devices in the normal state that are the same as or similar to the device to be detected, and the first time series is obtained. An inverse filter is configured based on the signal, a second time series signal carrying the predetermined physical quantity is obtained from the detected device, and the residual is obtained by applying the inverse filter to the second time series signal. There has been proposed an abnormality detection method for obtaining a signal and detecting an abnormality of the detected device based on the residual signal.

特開2009−257862号公報JP 2009-257862 A 特開2003−21555号公報JP 2003-21555 A 特開平7−43259号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-43259

しかしながら、日常点検あるいは定期点検の際に回転機械の音を測定し、この測定結果から回転機械の故障や問題の発生を判定・予測するには一定の管理基準が必要となるが、実際の機械の故障や状態変化に伴う音の発生・変動は、機械の種類や大きさなど個別の機械によって異なるものであり、どの程度のレベルの音が発生したら回転機械の管理上、「故障」や「要修理」などの判定をすべきか適当な手法が上記健全性診断方法では示されていない。   However, it is necessary to measure the sound of rotating machinery during daily inspections and periodic inspections, and to determine and predict the occurrence of rotating machine failures and problems from these measurement results. The occurrence and fluctuation of sound due to machine failure and state change vary depending on the individual machine, such as the type and size of the machine. The soundness diagnosis method does not show an appropriate method for determining whether or not repair is necessary.

一方で、回転機械の振動を測定し、この振動測定値を一定の評価基準に適用することによって回転機械の状態を適正に把握する手法が規格化されている(JIS B 0906/ISO 10816-1)。この規格は、回転機械の軸受箱のような非回転部分で測定された振動の測定と評価に関する一般的な指針をまとめたもので、それぞれに分類された機種ごとに振動の大きさによって表された一般的な評価基準が示されている。   On the other hand, a method for properly grasping the state of the rotating machine by measuring the vibration of the rotating machine and applying this vibration measurement value to a certain evaluation standard has been standardized (JIS B 0906 / ISO 10816-1). ). This standard summarizes general guidelines for measuring and evaluating vibrations measured in non-rotating parts such as bearing housings of rotating machinery, and is expressed by the magnitude of vibration for each model. General evaluation criteria are presented.

この規格では回転機械の振動を測定し、この振動測定値に基づいて機械の状態を評価する手法が示されているが、実際の現場においては、振動測定と音測定とを比較した場合、(1)振動測定においては、回転機械に直接センサを接触させる必要があるため危険を伴う場合があるのに対し、音測定は非接触での測定が可能になり安全性が高い、(2)振動測定値は、回転機械の軸芯のずれやベアリングの損耗といった異常を振動の大きさという単一の尺度で評価しているのに対し、音信号の場合には周波数変動やランダムノイズの混入度などのように複数の指標を用いて評価できるため、より詳細な健全性診断が可能になる、(3)振動測定においては振動の大きさという尺度に基づいて評価するので測定位置の厳密化が要求されるのに対し、音測定では音の大きさではなく音の質(周波数成分等)に重きを置いているので、測定位置ということに対し比較的柔軟に対応できる、などの理由から、振動測定より音測定の方が利点が多かった。   In this standard, a method for measuring the vibration of a rotating machine and evaluating the state of the machine based on this vibration measurement value is shown.However, in the actual site, when vibration measurement and sound measurement are compared, ( 1) In vibration measurement, it may be dangerous because the sensor needs to be in direct contact with the rotating machine, but sound measurement is non-contact and highly safe. (2) Vibration The measured values evaluate abnormalities such as shaft misalignment of rotating machinery and wear of bearings on a single scale called the magnitude of vibration, whereas in the case of sound signals, frequency fluctuations and the degree of random noise contamination Because it is possible to evaluate using multiple indicators as in the above, more detailed health diagnosis is possible. (3) In vibration measurement, evaluation is based on the scale of vibration magnitude, so the measurement position is strict. Whereas sound measurement is required Because sound quality (frequency components, etc.) is emphasized rather than the size of sound, sound measurement has more advantages than vibration measurement because it can handle the measurement position relatively flexibly. It was.

従って、回転機械の健全性診断において、振動測定によって得られた振動測定値に基づく評価より、音測定によって得られた音信号を一定の評価基準に適用して回転機械の状態が評価できる診断方法が望まれていた。   Therefore, in the soundness diagnosis of a rotating machine, a diagnostic method that can evaluate the state of the rotating machine by applying the sound signal obtained by sound measurement to a certain evaluation criterion rather than the evaluation based on the vibration measurement value obtained by vibration measurement. Was desired.

そこで本発明の主たる課題は、音の測定によって得られた音信号を一定の評価基準に適用することによって回転機械の健全性を診断する方法を提供することにある。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a method for diagnosing the soundness of a rotating machine by applying sound signals obtained by sound measurement to a predetermined evaluation standard.

上記課題を解決するために請求項1に係る本発明として、音の測定により回転機械の健全性を診断する方法であって、
予め、基準となる回転機械について稼働時の振動及び音を測定し、これら振動測定値と音測定値との相関が最大となる変換係数を得ておき、その後、診断対象となる回転機械について稼働時の音を測定し、この音測定値を前記変換係数を用いて変換し、この変換した音測定値を振動評価基準に適用することによって、回転機械の健全性を診断することを特徴とする回転機械の健全性診断方法が提供される。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention according to claim 1 is a method for diagnosing the soundness of a rotating machine by measuring sound,
Measure vibration and sound during operation for the reference rotating machine in advance, obtain a conversion coefficient that maximizes the correlation between these vibration measurement values and sound measurement values, and then operate for the rotating machine to be diagnosed The sound of the hour is measured, the sound measurement value is converted using the conversion coefficient, and the soundness of the rotating machine is diagnosed by applying the converted sound measurement value to the vibration evaluation standard. A method for diagnosing the health of a rotating machine is provided.

上記請求項1記載の発明では、予め、基準となる回転機械について稼働時の振動及び音を測定し、これら振動測定値と音測定値との相関が最大となる変換係数を得ておく。その後、診断対象となる回転機械について稼働時の音を測定し、この音測定値を前記変換係数を用いて変換し、この変換した音測定値を振動評価基準に適用することによって、回転機械の健全性を診断している。このため、音の測定によって得られた音信号を用いて、一定の評価基準(振動評価基準)に適用することによって回転機械の健全性診断が行えるようになる。   According to the first aspect of the present invention, vibration and sound during operation are measured for a reference rotating machine in advance, and a conversion coefficient that maximizes the correlation between the vibration measurement value and the sound measurement value is obtained. After that, the sound during operation is measured for the rotating machine to be diagnosed, the sound measurement value is converted using the conversion coefficient, and the converted sound measurement value is applied to the vibration evaluation standard to The health is being diagnosed. For this reason, the soundness of the rotating machine can be diagnosed by applying the sound signal obtained by the sound measurement to a certain evaluation standard (vibration evaluation standard).

前記振動評価基準としては、独自に蓄積したデータに基づいた独自の基準や各種機関が提案する基準を用いることができるが、後段で詳述するように、JIS B 0906(ISO 10816-1)に規定する評価基準を用いることが好ましい。   As the vibration evaluation standard, an original standard based on uniquely accumulated data or a standard proposed by various organizations can be used. As described in detail later, JIS B 0906 (ISO 10816-1) It is preferable to use the prescribed evaluation criteria.

請求項2に係る本発明として、予め、基準となる回転機械について稼働時の振動及び音を測定し、振動測定値を振動評価値zとするとともに、音測定値から自己回帰モデルによる残差分析を用いて音の残差パワーx及び残差の回帰写像での相関係数yを得ておく第1ステップと、
次式(6)により前記残差パワーx及び相関係数yにそれぞれ変換係数a、bを掛け合わせて線形重み付けをした音評価値uを設定するとともに、次式(7)により前記振動評価値zと音評価値uとの自乗誤差Qが最小となる条件で前記変換係数a、bを決定する第2ステップと、
診断対象となる回転機械について稼働時の音を測定し、この音測定値から自己回帰モデルによる残差分析を用いて音の残差パワーX及び残差の回帰写像での相関係数Yを得て、次式(8)により音評価値Uに変換する第3ステップと、
前記音評価値Uを振動評価基準に適用し、回転機械の健全性を診断する第4ステップとから構成される請求項1記載の回転機械の健全性診断方法が提供される。

Figure 0005476413
Figure 0005476413
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As a second aspect of the present invention, vibration and sound during operation are measured in advance for a reference rotating machine, and the vibration measurement value is set as a vibration evaluation value z, and a residual analysis is performed from the sound measurement value by an autoregressive model. A first step of obtaining the residual power x of the sound and the correlation coefficient y in the regression map of the residual using
The sound evaluation value u is set by linear weighting by multiplying the residual power x and the correlation coefficient y by the conversion coefficients a and b by the following equation (6), and the vibration evaluation value by the following equation (7): a second step of determining the conversion coefficients a and b under the condition that the square error Q between z and the sound evaluation value u is minimized;
The sound during operation is measured for the rotating machine to be diagnosed, and the residual power X of the sound and the correlation coefficient Y in the regression map of the residual are obtained from this sound measurement value using the residual analysis by the autoregressive model. A third step of converting the sound evaluation value U into the following equation (8):
The sound diagnosis value of a rotating machine according to claim 1, further comprising a fourth step of diagnosing the soundness of the rotating machine by applying the sound evaluation value U to a vibration evaluation standard.
Figure 0005476413
Figure 0005476413
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上記請求項2記載の発明は、本健全性診断方法の具体的な手順を規定したものであり、次の4つのステップから構成される。   The invention according to the second aspect defines a specific procedure of the soundness diagnosis method, and includes the following four steps.

第1ステップとして、予め、基準となる回転機械について稼働時の振動及び音を測定し、振動測定値を振動評価値zとするとともに、音測定値から自己回帰モデルによる残差分析を用いて音の残差パワーx及び残差の回帰写像での相関係数yを得ておく。自己回帰モデルによる残差分析は、振動測定値の波形と音測定値の波形との類似度を自己回帰モデルによって比較し、その違いを残差パワーxや残差の回帰写像での相関係数yを用いて定量的に評価する方法である。   As a first step, vibration and sound during operation are measured in advance for a reference rotating machine, the vibration measurement value is set as a vibration evaluation value z, and the sound is measured using a residual analysis based on an autoregressive model from the sound measurement value. The residual power x and the correlation coefficient y in the regression map of the residual are obtained. Residual analysis using an autoregressive model compares the similarity between the waveform of the vibration measurement value and the waveform of the sound measurement value using the autoregression model, and the difference is the correlation coefficient in the residual power x and the regression map of the residual. This is a method for quantitative evaluation using y.

第2ステップとして、上式(6)により前記残差パワーx及び相関係数yにそれぞれ変換係数a、bを掛け合わせて線形重み付けをした音評価値uを設定するとともに、上式(7)により前記振動評価値zと音評価値uとの残差Qが最小となる条件で前記変換係数a、bを決定する。前記変換係数a、bは、前記残差Qを最小化することを前提として決定されているため、この変換係数を用いて音測定値を変換することによって振動測定値に相関する変換値を得ることができるようになる。   As a second step, a sound evaluation value u obtained by multiplying the residual power x and the correlation coefficient y by the conversion coefficients a and b by the above expression (6) and performing linear weighting is set, and the above expression (7) Thus, the conversion coefficients a and b are determined under the condition that the residual Q between the vibration evaluation value z and the sound evaluation value u is minimized. Since the conversion coefficients a and b are determined on the assumption that the residual Q is minimized, a conversion value correlated with the vibration measurement value is obtained by converting the sound measurement value using the conversion coefficient. Will be able to.

その後、第3ステップとして、診断対象となる回転機械について音を測定し、この音測定値から自己回帰モデルによる残差分析を用いて音の残差パワーX及び残差の回帰写像での相関係数Yを得て、上式(8)により音評価値Uに変換する。前記音評価値Uは、振動測定値との相関性を有しているため、音評価値Uを振動評価基準に適用可能となる。   Then, as a third step, the sound is measured for the rotating machine to be diagnosed, and the residual power X of the sound and the correlation in the regression map of the residual using the residual analysis based on the autoregressive model from this sound measurement value The number Y is obtained and converted into a sound evaluation value U by the above equation (8). Since the sound evaluation value U has a correlation with the vibration measurement value, the sound evaluation value U can be applied to the vibration evaluation standard.

しかる後、第4ステップとして、前記音評価値Uを振動評価基準に適用し、回転機械の健全性を診断する。これによって、音の測定によって得られた音信号を一定の振動評価基準に適用することによって回転機械の健全性診断が可能になる。   Thereafter, as a fourth step, the sound evaluation value U is applied to the vibration evaluation standard to diagnose the soundness of the rotating machine. This makes it possible to diagnose the soundness of the rotating machine by applying the sound signal obtained by measuring the sound to a certain vibration evaluation standard.

請求項3に係る本発明として、前記振動評価基準は、JISB0906に規定する評価基準を用いている請求項1、2いずれかに記載の回転機械の健全性診断方法が提供される。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the rotating machine soundness diagnostic method according to any one of the first and second aspects, wherein the vibration evaluation standard uses an evaluation standard defined in JIS B0906.

上記請求項3記載の発明では、前記振動評価基準として、JISB0906に規定する評価基準を用いることによって、対象とする回転機械の状態の定性的な判定が可能になる。   In the third aspect of the invention, by using an evaluation standard defined in JIS B0906 as the vibration evaluation standard, it is possible to qualitatively determine the state of the target rotating machine.

請求項4に係る本発明として、前記基準となる回転機械は、前記振動評価値zが重複しない数十台単位に設定している請求項1〜3いずれかに記載の回転機械の健全性診断方法が提供される。   As the present invention according to claim 4, the soundness diagnosis of the rotating machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the reference rotating machine is set in units of several tens of units so that the vibration evaluation value z does not overlap. A method is provided.

上記請求項4記載の発明では、振動評価値zとしてある程度のばらつき範囲を持たせて診断対象となる回転機械の適用範囲を拡大させるため、基準となる回転機械を、振動評価値zが重複しない数十台単位に設定している。   In the invention according to the fourth aspect, the vibration evaluation value z does not overlap the reference rotating machine in order to expand the application range of the rotating machine to be diagnosed by providing a certain range of variation as the vibration evaluation value z. The unit is set to several tens of units.

以上詳説のとおり本発明によれば、音の測定によって得られた音信号を一定の評価基準に適用することによって回転機械の健全性を診断する方法が提供できるようになる。   As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a method for diagnosing the soundness of a rotating machine by applying a sound signal obtained by sound measurement to a certain evaluation criterion.

本発明に係る回転機械の健全性診断方法の流れ図である。It is a flowchart of the soundness diagnostic method of the rotary machine which concerns on this invention. 計測装置1の構成図である。1 is a configuration diagram of a measuring device 1. FIG. 振動評価基準と音評価基準との相関図である。It is a correlation diagram of a vibration evaluation standard and a sound evaluation standard.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明は、上下水道施設、河川管理施設、廃棄物処理施設、建築設備、浄化槽設備、発電施設、その他工場等の各種施設で使用されるポンプ、送風機等の回転系を有する回転機械の稼働時に発生する音を測定することによって、回転機械の健全性を診断する方法である。具体的には、図1の流れ図に示されるように、予め、基準となる回転機械について稼働時の振動及び音を図2に示される計測装置1によって測定し、これら振動測定値と音測定値との相関が最大となる変換係数a、bを得ておき、その後、診断対象となる回転機械について稼働時の音を図2に示される計測装置1のうちマイクロホン2によって測定し、この音測定値を前記変換係数a、bを用いて変換し(音評価値U)、この変換した音測定値(音評価値U)を振動評価基準に適用することによって、回転機械の健全性を診断する。   The present invention is in operation of a rotating machine having a rotating system such as a pump and a blower used in various facilities such as water and sewage facilities, river management facilities, waste treatment facilities, building facilities, septic tank facilities, power generation facilities, and other factories. This is a method for diagnosing the soundness of a rotating machine by measuring the generated sound. Specifically, as shown in the flowchart of FIG. 1, vibration and sound during operation of a reference rotating machine are measured in advance by the measuring device 1 shown in FIG. 2, and these vibration measurement values and sound measurement values are measured. Then, conversion coefficients a and b that have the largest correlation are obtained, and then the sound during operation of the rotating machine to be diagnosed is measured by the microphone 2 in the measuring device 1 shown in FIG. The sound value of the rotating machine is diagnosed by converting the value using the conversion coefficients a and b (sound evaluation value U) and applying the converted sound measurement value (sound evaluation value U) to the vibration evaluation standard. .

前記計測装置1は、音測定においては、マイクロホン2によって測定された信号が入力アンプ3によって適切な振幅に増幅され、次いでAD変換器4によってディジタル信号に変換された後、パーソナルコンピュータPに取り込まれる。一方、振動測定においては、センサ5によって測定された信号が入力アンプ6によって適切な振幅に増幅され、次いでAD変換器7によってディジタル信号に変換された後、パーソナルコンピュータPに取り込まれる。そして、信号処理装置8によって、取り込まれた音及び振動のデータの各種解析及び診断が行われ、パーソナルコンピュータPのハードディスクなどデータ記録装置9に記録・保存されるとともに、解析結果の数値や図表がモニタ10に表示されるようになっている。   In the measurement device 1, in the sound measurement, the signal measured by the microphone 2 is amplified to an appropriate amplitude by the input amplifier 3, then converted into a digital signal by the AD converter 4, and then taken into the personal computer P. . On the other hand, in the vibration measurement, the signal measured by the sensor 5 is amplified to an appropriate amplitude by the input amplifier 6 and then converted into a digital signal by the AD converter 7 and then taken into the personal computer P. Then, the signal processing device 8 performs various analyzes and diagnoses of the captured sound and vibration data, and records and stores them in the data recording device 9 such as the hard disk of the personal computer P, and the numerical values and charts of the analysis results are displayed. It is displayed on the monitor 10.

基準となる回転機械は、音信号による診断を継続的に行う回転機械を中心に、機種・型式・大きさ等が異なる振動評価値zが重複しない数十台単位の回転機械を選定することが好ましい。すなわち、振動測定を行い、後段で詳述する振動評価値zがある程度のばらつき範囲を持つように基準となる回転機械を選定することが好ましく、これにより診断対象となる回転機械の適用範囲を拡大させることができるようになる。   As the standard rotating machine, it is possible to select a rotating machine in units of several tens of units, with the vibration evaluation values z of different models, models, sizes, etc. not overlapping, centering on the rotating machine that continuously performs diagnosis by sound signals. preferable. That is, it is preferable to select a reference rotating machine so that the vibration evaluation value z, which will be described in detail later, has a certain variation range, by measuring vibrations, thereby expanding the application range of the rotating machine to be diagnosed To be able to.

以下、さらに詳細に本診断方法について説明すると、本診断方法は次の4つのステップから構成されている。   Hereinafter, the diagnosis method will be described in more detail. The diagnosis method includes the following four steps.

(第1ステップ)
第1ステップとして、予め、基準となる回転機械について稼働時の振動及び音を測定し、この振動測定値を振動評価値zとおくとともに、音測定値から自己回帰モデルによる残差分析を用いて音の残差パワーx及び残差の回帰写像での相関係数yを得ておく。
(First step)
As a first step, vibration and sound during operation are measured in advance for a reference rotating machine, and the vibration measurement value is set as a vibration evaluation value z, and a residual analysis using an autoregressive model is performed from the sound measurement value. A sound residual power x and a correlation coefficient y in the regression map of the residual are obtained.

自己回帰モデルは本来、予測制御システムで利用される技術であるが、たとえば慣性系のように2次の微分方程式で表現されるようなシステムでは、過去から現在までの運動がわかると、将来の運動が正確に予測できることになる。具体的には、バネに吊された錘の上下運動、振り子の運動などがこれに当たる。
ここで、単弦運動を例に採り説明すると、単弦運動の方程式は下式(1)によって表される。

Figure 0005476413
The autoregressive model is originally a technology used in predictive control systems, but in a system such as an inertial system that is expressed by a quadratic differential equation, if the motion from the past to the present is known, The motion can be accurately predicted. Specifically, this includes vertical movement of a weight suspended by a spring, movement of a pendulum, and the like.
Here, taking single string motion as an example, the equation for single string motion is expressed by the following equation (1).
Figure 0005476413

上記(1)式を差分形式で表現すると、下式(2)となる。

Figure 0005476413
When the above equation (1) is expressed in a difference format, the following equation (2) is obtained.
Figure 0005476413

従って、下式(3)で表現することができる。

Figure 0005476413
Therefore, it can be expressed by the following formula (3).
Figure 0005476413

すなわち、時刻(i+1)δtでの変位は、時刻iδtと時刻(i-1)δtの振幅値によって決定されることがわかる。このように、自己回帰モデルは、過去及び現在の情報から将来が推定できる予測モデルである。   That is, it can be seen that the displacement at time (i + 1) Δt is determined by the amplitude values at time iδt and time (i−1) Δt. Thus, the autoregressive model is a prediction model that can estimate the future from past and present information.

自己回帰モデルでは、下式(4)に示されるように、過去の状態量の測定値(yi-1,yi-2,…,yi-N)の1次結合で、現在の値(Yi)を推定している。下式(4)において添字のiは、離散時間間隔δtで測定対象を数値化したときの時刻iδtを意味する。

Figure 0005476413
In the autoregressive model, as shown in the following equation (4), the current value (Y) is obtained by linear combination of the measured values (y i-1 , y i-2 , ..., y iN ) of the past state quantities. i ) is estimated. In the following formula (4), the subscript i means the time iδt when the measurement object is digitized at the discrete time interval δt.
Figure 0005476413

上式(4)における係数列a1,a2,a3,…,anは自己回帰モデルの回帰係数であり、この数列によってシステムの挙動が決定することになる。 In the above equation (4), coefficient sequences a 1 , a 2 , a 3 ,..., An are the regression coefficients of the autoregressive model, and the behavior of the system is determined by this number sequence.

自己回帰モデルによる残差Qは、下式(5)によって表される。

Figure 0005476413
The residual Q based on the autoregressive model is expressed by the following equation (5).
Figure 0005476413

自己回帰モデルによる予測値と実際の値の差をあらわす指標として残差パワーxが用いられている。   Residual power x is used as an index representing the difference between the predicted value based on the autoregressive model and the actual value.

また、時刻iにおける残差を横軸とし、時刻i+1における残差を縦軸として平面座標上に逐次プロットして回帰写像を行い、この回帰写像から時刻iにおける残差と時刻i+1における残差との相関をあらわす指標として残差の回帰写像での相関係数yが用いられている。   Further, the residual at time i is plotted on the horizontal coordinate with the residual at time i as the horizontal axis and the residual at time i + 1 as the vertical axis, and regression mapping is performed. From this regression mapping, the residual at time i and the residual at time i + 1 are The correlation coefficient y in the regression map of the residual is used as an index representing the correlation of.

ところで、機器から発生する音は、空気音と振動音があり、基本的には振動音は空気と接する機器の側面部分の振動に起因している。振動と音との総括的な関係は、W=ρcAv(W:音響出力、ρ:空気の密度、c:空気中の音速、A:面積、v:面の振動速度)であり、基本的に音圧(音響出力W)と振動速度(v)とは比例関係にある。これは、振動の大きさと音の大きさとは比例関係にあることを示している。しかしながら、この式では周波数構成については触れられていない。すなわち、従来、振動測定による機器の健全性診断では、振動の大きさ(オーバーオール値)のみが評価尺度として用いられ、周波数構成については論じられていなかった。これに対して、本診断方法では、周波数構成が変化すると残差の回帰写像での相関係数yが変化するということを利用して、回転機械の稼働時の周波数構成をも評価している。 By the way, the sound generated from the device includes an air sound and a vibration sound, and basically the vibration sound is caused by the vibration of the side portion of the device in contact with the air. The general relationship between vibration and sound is W = ρcAv 2 (W: sound output, ρ: density of air, c: speed of sound in air, A: area, v: vibration speed of surface) In addition, the sound pressure (sound output W) and the vibration speed (v) are in a proportional relationship. This indicates that the magnitude of vibration and the magnitude of sound are in a proportional relationship. However, this formula does not mention the frequency configuration. That is, conventionally, in the soundness diagnosis of equipment by vibration measurement, only the magnitude of vibration (overall value) is used as an evaluation scale, and the frequency configuration has not been discussed. On the other hand, in this diagnostic method, the frequency configuration during operation of the rotating machine is also evaluated by using the fact that the correlation coefficient y in the regression map of the residual changes when the frequency configuration changes. .

(第2ステップ)
第2ステップとして、次式(6)により残差パワーx及び相関係数yにそれぞれ変換係数a、bを掛け合わせて線形重み付けをした音評価値uを設定する。

Figure 0005476413
(Second step)
As a second step, the sound evaluation value u is set by linear weighting by multiplying the residual power x and the correlation coefficient y by the conversion coefficients a and b by the following equation (6).
Figure 0005476413

次に、次式(7)により前記振動評価値zと音評価値uとの自乗誤差Qが最小(相関が最大)となる条件で変換係数a、bを決定する。

Figure 0005476413
Next, conversion coefficients a and b are determined under the condition that the square error Q between the vibration evaluation value z and the sound evaluation value u is minimum (correlation is maximum) by the following equation (7).
Figure 0005476413

上式(7)の変換係数(重回帰係数)a、bを求める方法としては、最小自乗法(重回帰分析法)を用いることが好ましい。また、数量化1類などの方法を用いることもできる。   As a method for obtaining the conversion coefficients (multiple regression coefficients) a and b of the above formula (7), it is preferable to use the least square method (multiple regression analysis method). Moreover, methods such as quantification type 1 can also be used.

(第3ステップ)
その後、診断対象となる回転機械について稼働時の音を測定し、この音測定値から、前述と同様に自己回帰モデルによる残差分析を用いて音の残差パワーX及び残差の回帰写像での相関係数Yを得て、次式(8)により音評価値Uに変換する。

Figure 0005476413
(Third step)
After that, the sound during operation is measured for the rotating machine to be diagnosed, and the residual power X of the sound and the regression map of the residual using the residual analysis by the autoregressive model as described above from the sound measurement value. The correlation coefficient Y is obtained and converted into a sound evaluation value U by the following equation (8).
Figure 0005476413

なお、変換係数a、bは、上式(7)から求めた値である。これによって、基準回転機械との関連性が得られるようになる。   The conversion coefficients a and b are values obtained from the above equation (7). As a result, a relationship with the reference rotating machine can be obtained.

(第4ステップ)
しかる後、前記音評価値Uを振動評価基準に適用し、この振動評価基準に則して回転機械の健全性を診断する。
(4th step)
Thereafter, the sound evaluation value U is applied to a vibration evaluation standard, and the soundness of the rotating machine is diagnosed according to the vibration evaluation standard.

前記振動評価基準としては、独自に蓄積したデータに基づいた独自の基準や各種機関が提案する基準などを用いることができるが、JIS B 0906(ISO 10816-1)では、それぞれの機械グループごとの広帯域振動の暫定基準等が定められているため、これに規定する評価基準を用いることが好ましい。   As the vibration evaluation standard, an original standard based on uniquely accumulated data or a standard proposed by various organizations can be used. In JIS B 0906 (ISO 10816-1), for each machine group, Since provisional standards for broadband vibration are established, it is preferable to use the evaluation standards defined therein.

また、前記JIS基準では、振動の評価ゾーンとして振動速度のRms値によって4つのゾーンに分類され、健全側からゾーンA、ゾーンB、ゾーンC、ゾーンDの順に規定されているが、これに準じて音測定による健全性診断においても、4つのゾーンに分類し(例えばレベル0〜レベル3など)、前記JIS基準のゾーンA〜ゾーンDに対応する音評価値Uの範囲を設定した独自の音評価基準を作成し、これに基づいて評価することも可能である。かかる評価基準の作成に当たっては、複数の回転機械について振動及び音を同時に測定した結果を、図3に示されるような振動評価基準と音評価基準との相関図上にプロットすることによって、振動評価基準に準じた音評価基準の範囲を決定することができる。   In the JIS standard, the vibration evaluation zone is classified into four zones according to the Rms value of the vibration speed, and is defined in the order of zone A, zone B, zone C and zone D from the sound side. Also in soundness diagnosis by sound measurement, it is classified into four zones (for example, level 0 to level 3), and a unique sound in which the range of the sound evaluation value U corresponding to the zone A to zone D of the JIS standard is set. It is also possible to create an evaluation standard and evaluate based on this. In creating such an evaluation standard, vibration evaluation is performed by plotting the results of simultaneous measurement of vibration and sound for a plurality of rotating machines on a correlation diagram between the vibration evaluation standard and the sound evaluation standard as shown in FIG. The range of the sound evaluation standard according to the standard can be determined.

1…計測装置、2…マイクロホン、3…入力アンプ、4…AD変換器、5…センサ、6…入力アンプ、7…AD変換器、8…信号処理装置、9…データ記録装置、10…モニタ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Measuring device, 2 ... Microphone, 3 ... Input amplifier, 4 ... AD converter, 5 ... Sensor, 6 ... Input amplifier, 7 ... AD converter, 8 ... Signal processing device, 9 ... Data recording device, 10 ... Monitor

Claims (4)

音の測定により回転機械の健全性を診断する方法であって、
予め、基準となる回転機械について稼働時の振動及び音を測定し、これら振動測定値と音測定値との相関が最大となる変換係数を得ておき、その後、診断対象となる回転機械について稼働時の音を測定し、この音測定値を前記変換係数を用いて変換し、この変換した音測定値を振動評価基準に適用することによって、回転機械の健全性を診断することを特徴とする回転機械の健全性診断方法。
A method of diagnosing the soundness of a rotating machine by measuring sound,
Measure vibration and sound during operation for the reference rotating machine in advance, obtain a conversion coefficient that maximizes the correlation between these vibration measurement values and sound measurement values, and then operate for the rotating machine to be diagnosed The sound of the hour is measured, the sound measurement value is converted using the conversion coefficient, and the soundness of the rotating machine is diagnosed by applying the converted sound measurement value to the vibration evaluation standard. Diagnostic method for soundness of rotating machinery.
予め、基準となる回転機械について稼働時の振動及び音を測定し、振動測定値を振動評価値zとするとともに、音測定値から自己回帰モデルによる残差分析を用いて音の残差パワーx及び残差の回帰写像での相関係数yを得ておく第1ステップと、
次式(6)により前記残差パワーx及び相関係数yにそれぞれ変換係数a、bを掛け合わせて線形重み付けをした音評価値uを設定するとともに、次式(7)により前記振動評価値zと音評価値uとの自乗誤差Qが最小となる条件で前記変換係数a、bを決定する第2ステップと、
診断対象となる回転機械について稼働時の音を測定し、この音測定値から自己回帰モデルによる残差分析を用いて音の残差パワーX及び残差の回帰写像での相関係数Yを得て、次式(8)により音評価値Uに変換する第3ステップと、
前記音評価値Uを振動評価基準に適用し、回転機械の健全性を診断する第4ステップとから構成される請求項1記載の回転機械の健全性診断方法。
Figure 0005476413
Figure 0005476413
Figure 0005476413
The vibration and sound at the time of operation are measured for the reference rotating machine in advance, and the vibration measurement value is set as the vibration evaluation value z, and the residual power x of the sound is obtained from the sound measurement value using a residual analysis by an autoregressive model. And a first step of obtaining a correlation coefficient y in the regression map of the residual,
The sound evaluation value u is set by linear weighting by multiplying the residual power x and the correlation coefficient y by the conversion coefficients a and b by the following equation (6), and the vibration evaluation value by the following equation (7): a second step of determining the conversion coefficients a and b under the condition that the square error Q between z and the sound evaluation value u is minimized;
The sound during operation is measured for the rotating machine to be diagnosed, and the residual power X of the sound and the correlation coefficient Y in the regression map of the residual are obtained from this sound measurement value using the residual analysis by the autoregressive model. A third step of converting the sound evaluation value U into the following equation (8):
The soundness diagnostic method for a rotating machine according to claim 1, further comprising a fourth step of diagnosing the soundness of the rotating machine by applying the sound evaluation value U to a vibration evaluation standard.
Figure 0005476413
Figure 0005476413
Figure 0005476413
前記振動評価基準は、JISB0906に規定する評価基準を用いている請求項1、2いずれかに記載の回転機械の健全性診断方法。   The soundness diagnosis method for a rotating machine according to any one of claims 1 and 2, wherein the vibration evaluation standard uses an evaluation standard defined in JIS B0906. 前記基準となる回転機械は、前記振動評価値zが重複しない数十台単位に設定している請求項1〜3いずれかに記載の回転機械の健全性診断方法。   The soundness diagnosis method for a rotating machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the reference rotating machine is set in units of several tens of units so that the vibration evaluation value z does not overlap.
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