JP6242772B2 - 回転機の異常検知装置、回転機の異常検知方法、及び、回転機 - Google Patents

Description

本発明は、回転機に備えられる回転体の異常を検知する技術に関する。

回転機（例えば、圧縮機、モータ、発電機）の異常を検知する様々な技術が提案されている。例えば、非接触型圧縮機のロータ回転時に雄ロータと雌ロータの接触により発生するＡＥ波とその時のロータの回転信号とを検出し、その検出したＡＥ信号と回転信号に基づきロータ接触の診断を行う圧縮機の診断方法において、上記ＡＥ信号を増幅および検波し、その出力を周波数分析および加算平均処理し、その結果を上記回転信号に基づき判定基準と比較して、ロータ接触の有無などの診断を行うことを特徴とする圧縮機の診断方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、第１のロータ及び第２のロータが対となって回転する回転機械の異常接触状態を検出する異常接触検出方法において、前記回転機械から放出される弾性波信号を検波し、前記第１のロータの回転周波数成分及び前記第２のロータの回転周波数成分のうち少なくとも一方が前記検波された弾性波信号に所定レベル以上含まれる場合にはロータ相互間の接触と同定し、前記第１のロータの羽根の枚数にロータの回転周波数を乗じた周波数成分及び前記第２のロータの羽根の枚数にロータの回転周波数を乗じた周波数成分が前記検波信号に所定レベル以上含まれる場合にはロータとケーシング間の接触と同定し、前記回転機械から放出される弾性波信号の波形レベルが所定レベルよりも大きいが、前述したロータ相互接触並びにロータ・ケーシング間接触と同定されない場合には、封止材とロータ間の接触と同定することを特徴とする異常接触検出方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、回転機の振動を検出して連続ウェーブレット変換し、この変換信号を周波数軸方向に加算し、その加算結果に応じて異常か否かを判別する異常診断装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平５−２３１３６１号公報（請求項１，請求項２） 特開平９−１３３５７７号公報（請求項４） 特開２００１−７４６１６号公報（請求項１）

例えば、特許文献２の技術によれば、ロータどうしの接触、ロータとケーシングとの接触、及び、ロータと封止材との接触を区別して判定できる。これらの接触位置を特定できれば、メンテナンスの際に便利である。

本発明は、回転体が回転中に接触した場合に、その接触位置を特定できる回転機の異常検知装置、回転機の異常検知方法、及び、回転機を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面に係る回転機の異常検知装置は、回転体を備える回転機の予め定められた複数の異なる箇所に配置され、前記回転体が回転中に前記回転機から生じる弾性波を検出する複数のセンサーと、前記複数のセンサーの中から二つのセンサーの組み合わせが一組以上予め定められており、各組について、前記二つのセンサーから出力される信号の位相差を算出する算出部と、前記回転体が回転中に接触が発生した場合に前記各組についての前記位相差と、接触が発生した接触位置との関係を示す情報を予め記憶している記憶部と、前記算出部で算出された前記位相差と前記記憶部に記憶されている前記情報とを用いて、前記接触位置を特定する特定部と、を備える。

回転体が回転中に何らかに接触すると、弾性波（超音波や振動波）が発生する。この場合、回転体の接触位置に応じて、回転機の異なる箇所に配置された二つのセンサーから出力される信号の位相差が異なる。本発明の第１の局面に係る回転機の異常検知装置は、それを利用して、接触位置を特定する。

回転機の異常検知装置の製作者等によって、複数のセンサーが回転機に配置される箇所、複数のセンサーの数、及び、二つのセンサーの組み合わせの数が、予め定められる。それらは、回転機の異常検知の実際の状況に応じて定められる。

上記構成において、前記算出部は、前記各組について、前記二つのセンサーから出力される信号の相互相関関数を用いて、前記位相差を算出する。

この構成は、位相差の算出方法の一例である。

上記構成において、前記算出部は、前記各組について、前記二つのセンサーから出力される信号を時間周波数解析し、前記時間周波数解析によって得られた、時間と周波数との関係を示すグラフの画像の２次元相互相関関数を用いて、前記位相差を算出する。

回転機の固有の振動が大きい場合、それがノイズとなる。この構成によれば、ノイズの影響を小さくすることができるので、位相差を正確に算出できる。

上記構成において、前記算出部は、前記各組について、前記二つのセンサーから出力される信号を時間周波数解析し、前記時間周波数解析によって得られた、時間と周波数との関係を示すグラフの画像の２次元位相限定相関関数を用いて、前記位相差を算出する。

この構成によれば、上記２次元相互相関関数を用いて位相差を算出するよりも、さらに正確に位相差を算出できる。

上記構成において、前記算出部は、前記時間周波数解析として、短時間フーリエ変換又はウェーブレット変換を用いる。

この構成は、本発明の第１の局面に係る回転機の異常検知装置に適用できる時間周波数解析の例である。

本発明の第２の局面に係る回転機の異常検知方法は、回転体を備える回転機の予め定められた複数の異なる箇所に配置され、前記回転体が回転中に前記回転機から生じる弾性波を検出する複数のセンサーについて、前記複数のセンサーの中から二つのセンサーの組み合わせが一組以上予め定められており、各組について、前記二つのセンサーから出力される信号の位相差を算出する算出ステップと、前記回転体が回転中に接触が発生した場合に前記各組についての前記位相差と、接触が発生した接触位置との関係を示す情報を、前記算出ステップ前に予め記憶している記憶ステップと、前記算出ステップで算出された前記位相差と前記記憶ステップで記憶されている前記情報とを用いて、前記接触位置を特定する特定ステップと、を備える。

本発明の第２の局面に係る回転機の異常検知方法によれば、本発明の第１の局面に係る回転機の異常検知装置と同じ理由により、接触位置を特定できる。

本発明の第３の局面に係る回転機は、上記異常検知装置を備える回転機である。

本発明の第３の局面に係る回転機によれば、本発明の第１の局面に係る回転機の異常検知装置と同じ理由により、接触位置を特定できる。
本発明の第４の局面に係る回転機の異常検知装置は、回転体を備える回転機の予め定められた複数の異なる箇所に配置され、前記回転体が回転中に前記回転機から生じる弾性波を検出する複数のセンサーと、前記複数のセンサーの中から二つのセンサーの組み合わせが一組以上（一組の場合を除く）予め定められており、各組について、前記二つのセンサーから出力される信号の位相差を算出する算出部と、前記回転体が回転中に接触が発生した場合に前記各組についての前記位相差の組み合わせと、接触が発生した接触位置との関係を示す情報を予め記憶している記憶部と、前記算出部で算出された前記位相差の組み合わせと前記記憶部に記憶されている前記情報とを用いて、前記接触位置を特定する特定部と、を備える。
本発明の第５の局面に係る回転機の異常検知方法は、回転体を備える回転機の予め定められた複数の異なる箇所に配置され、前記回転体が回転中に前記回転機から生じる弾性波を検出する複数のセンサーについて、前記複数のセンサーの中から二つのセンサーの組み合わせが一組以上（一組の場合を除く）予め定められており、各組について、前記二つのセンサーから出力される信号の位相差を算出する算出ステップと、前記回転体が回転中に接触が発生した場合に前記各組についての前記位相差の組み合わせと、接触が発生した接触位置との関係を示す情報を、前記算出ステップ前に予め記憶している記憶ステップと、前記算出ステップで算出された前記位相差の組み合わせと前記記憶ステップで記憶されている前記情報とを用いて、前記接触位置を特定する特定ステップと、を備える。

本発明によれば、回転体が回転中に接触した場合に、その接触位置を特定できる。

回転機の一例を示す模式図である。 本実施形態に係る回転機の異常検知装置の構成を示すブロック図である。 位相差と接触位置との関係を示す情報の一例を示すテーブルである。 図１に示す回転機において、回転体の接触位置の一例を示す模式図である。 一組のセンサーにおいて、一方のセンサーから出力された信号Ｓ１と他方のセンサーから出力された信号Ｓ２との位相の関係、及び、他の一組のセンサーにおいて、センサーから出力された信号Ｓ１とセンサーから出力された信号Ｓ３との位相の関係を模式的に示したグラフである。 信号Ｓ１及び信号Ｓ２について、時間と信号強度との関係の一例を示すグラフである。 信号Ｓ１について、時間と強度との関係を表す関数の一例を示すグラフである。 信号Ｓ１に対して、時間周波数解析して得られたデータの一例を示すグラフである。 信号Ｓ２について、時間と強度との関係を表す関数の一例を示すグラフである。 信号Ｓ２に対して、時間周波数解析して得られたデータの一例を示すグラフである。 算出部が算出した位相限定相関関数の一例を示すグラフである。 本実施形態に係る回転機の異常検知装置の動作を説明するフローチャートである。

以下、図面に基づいて、本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は、回転機１の一例を示す模式図である。回転機１は、第１の回転体２と、第１の回転体２と所定のギャップＧを設けて配置された第２の回転体３と、第１の回転体２及び第２の回転体３が収容されるケーシング４と、を備える。

第１の回転体２は、回転軸５を備え、回転軸５を中心に矢印Ａ方向（例えば、反時計回りの方向）に回転駆動される。第２の回転体３は、回転軸６を備え、回転軸６を中心に矢印Ａ方向と逆の矢印Ｂ方向（例えば、時計回りの方向）に回転駆動される。

ケーシング４の外壁には、三つのセンサー１１ａ，１１ｂ，１１ｃが取り付けられている。センサー１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、それぞれ、回転機１から生じる弾性波を検出し、弾性波の強度と時間との関係を示す信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を出力する。弾性波とは、例えば、振動波や超音波を意味する。

センサー１１ａは、第１の回転体２の一方端部２ａの側に位置する。センサー１１ｂは、第１の回転体２の他方端部２ｂの側に位置する。センサー１１ｃは、第２の回転体３の一方端部３ａの側に位置する。このように、センサー１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、回転体を備える回転機１の予め定められた複数の異なる箇所に配置され、回転体が回転中に回転機１から生じる弾性波を検出する。なお、センサー１１ａ，１１ｂ，１１ｃの取り付け箇所は、上記箇所に限定されない。また、本実施形態では、複数のセンサーとして、三つのセンサー１１ａ，１１ｂ，１１ｃを例に説明するが、センサーの数は、二以上であればよい。

図２は、本実施形態に係る回転機の異常検知装置１０の構成を示すブロック図である。回転機の異常検知装置１０は、センサー１１ａ，１１ｂ，１１ｃ及びコンピュータ１２を備える。

センサー１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、第１の回転体２や第２の回転体３が回転中に何らかと接触することにより生じる弾性波を検出することができればよい。接触により生じる超音波を、弾性波として検出する場合、ＡＥ（Acoustic Emission）センサーが用いられる。接触により生じる振動を、弾性波として検出する場合、振動センサーが用いられる。本実施形態では、センサー１１ａ，１１ｂ，１１ｃとして、ＡＥセンサーを例にして説明する。

コンピュータ１２は、表示部１３及び制御部１４を備える。表示部１３は、液晶パネルのようなディスプレイである。制御部１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び、ＲＡＭ（Random Access Memory）を備える。ＲＯＭには、回転機１の異常検知を実行するための各種プログラムやソフトウェアが格納されている。

制御部１４は、機能ブロックとして、算出部１５、記憶部１６及び特定部１７を備える。

算出部１５は、センサー１１ａ，１１ｂ，１１ｃの中から二つのセンサーの組み合わせが一組以上予め定められており、各組について、二つのセンサーから出力される信号の位相差を算出する。本実施形態では、センサー１１ａとセンサー１１ｂとの組み合わせ、及び、センサー１１ａとセンサー１１ｃとの組み合わせを例に説明するが、組み合わせは、これらに限定されない。センサーの数が二つの場合、二つのセンサーの組み合わせは、一組となる。

回転機の異常検知装置１０の製作者等によって、複数のセンサーが回転機１に配置される箇所、複数のセンサーの数、及び、二つのセンサーの組み合わせの数が、予め定められる。それらは、回転機１の異常検知の実際の状況に応じて定められる。

記憶部１６は、第１の回転体２及び第２の回転体３が回転中に接触が発生した場合に各組についての位相差と、接触が発生した接触位置との関係を示す情報を予め記憶している。図３は、その情報の一例を示すテーブルである。このテーブルについて、詳しく説明する。

図４は、図１に示す回転機１において、回転体の接触位置の一例を示す模式図である。第１の回転体２とケーシング４との接触は、第１の回転体２が一回転する毎に発生すると仮定する。第２の回転体３とケーシング４との接触は、第２の回転体３が一回転する毎に発生すると仮定する。第１の回転体２と第２の回転体３との接触は、第１の回転体２が一回転する毎に発生すると仮定する。

接触位置Ｐ１は、第１の回転体２の一方端部２ａにおいて、第１の回転体２とケーシング４とが接触している位置を示す。接触位置Ｐ２は、第１の回転体２の中央部２ｃにおいて、第１の回転体２とケーシング４とが接触している位置を示す。接触位置Ｐ３は、第１の回転体２の他方端部２ｂにおいて、第１の回転体２とケーシング４とが接触している位置を示す。

接触位置Ｐ４は、第１の回転体２の一方端部２ａと第２の回転体３の一方端部３ａにおいて、第１の回転体２と第２の回転体３とが接触している位置を示す。接触位置Ｐ５は、第１の回転体２の中央部２ｃと第２の回転体３の中央部３ｃにおいて、第１の回転体２と第２の回転体３とが接触している位置を示す。接触位置Ｐ６は、第１の回転体２の他方端部２ｂと第２の回転体３の他方端部３ｂにおいて、第１の回転体２と第２の回転体３とが接触している位置を示す。

接触位置Ｐ７は、第２の回転体３の一方端部３ａにおいて、第２の回転体３とケーシング４とが接触している位置を示す。接触位置Ｐ８は、第２の回転体３の中央部３ｃにおいて、第２の回転体３とケーシング４とが接触している位置を示す。接触位置Ｐ９は、第２の回転体３の他方端部３ｂにおいて、第２の回転体３とケーシング４とが接触している位置を示す。

図５は、センサー１１ａから出力された信号Ｓ１とセンサー１１ｂから出力された信号Ｓ２との位相の関係の一例、及び、センサー１１ａから出力された信号Ｓ１とセンサー１１ｃから出力された信号Ｓ３との位相の関係の一例を模式的に示したグラフである。信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の波形は、模式的に示しており、実際に、センサー１１ａから出力された信号Ｓ１の波形、センサー１１ｂから出力された信号Ｓ２の波形、及び、センサー１１ｃから出力された信号Ｓ３の波形ではない。接触していない場合の波形に対して、波形が一定でなく、変化している部分が接触の検知を示している。

信号Ｓ１の波形が変化している部分を基準にして、信号Ｓ２の波形のうち、信号Ｓ１の波形の変化と同様な波形に変化している部分が遅れていれば、信号Ｓ１と信号Ｓ２との位相差は、０より大きく、信号Ｓ２の上記部分が進んでいれば、信号Ｓ１と信号Ｓ２との位相差は、０より小さいとする。

信号Ｓ１の波形が変化している部分を基準にして、信号Ｓ３の波形のうち、信号Ｓ１の波形の変化と同様な波形に変化している部分が遅れていれば、信号Ｓ１と信号Ｓ３との位相差は、０より大きく、信号Ｓ３の上記部分が進んでいれば、信号Ｓ１と信号Ｓ３との位相差は、０より小さいとする。

図３〜図５を参照して、センサー１１ａと接触位置Ｐ１との距離は、センサー１１ｂと接触位置Ｐ１との距離より短い。センサー１１ａと接触位置Ｐ４との距離は、センサー１１ｂと接触位置Ｐ４との距離より短い。センサー１１ａと接触位置Ｐ７との距離は、センサー１１ｂと接触位置Ｐ７との距離より短い。これらの場合、信号Ｓ１の波形が変化している部分を基準にして、信号Ｓ２の波形が変化している部分が遅れるので、信号Ｓ１と信号Ｓ２との位相差は、０より大きくなる。

センサー１１ａと接触位置Ｐ２との距離は、センサー１１ｂと接触位置Ｐ２との距離と同じである。センサー１１ａと接触位置Ｐ５との距離は、センサー１１ｂと接触位置Ｐ５との距離と同じである。センサー１１ａと接触位置Ｐ８との距離は、センサー１１ｂと接触位置Ｐ８との距離と同じである。これらの場合、信号Ｓ１の波形が変化している部分と信号Ｓ２の波形が変化している部分とは、同じ位相なので、信号Ｓ１と信号Ｓ２との位相差は、０となる。

センサー１１ａと接触位置Ｐ３との距離は、センサー１１ｂと接触位置Ｐ３との距離より長い。センサー１１ａと接触位置Ｐ６との距離は、センサー１１ｂと接触位置Ｐ６との距離より長い。センサー１１ａと接触位置Ｐ９との距離は、センサー１１ｂと接触位置Ｐ９との距離より長い。これらの場合、信号Ｓ１の波形が変化している部分を基準にして、信号Ｓ２の波形が変化している部分が進んでいるので、信号Ｓ１と信号Ｓ２との位相差は、０より小さくなる。

センサー１１ａと接触位置Ｐ１との距離は、センサー１１ｃと接触位置Ｐ１との距離より短い。センサー１１ａと接触位置Ｐ２との距離は、センサー１１ｃと接触位置Ｐ２との距離より短い。センサー１１ａと接触位置Ｐ３との距離は、センサー１１ｃと接触位置Ｐ３との距離より短い。これらの場合、信号Ｓ１の波形が変化している部分を基準にして、信号Ｓ３の波形が変化している部分が遅れるので、信号Ｓ１と信号Ｓ３との位相差は、０より大きくなる。

センサー１１ａと接触位置Ｐ４との距離は、センサー１１ｃと接触位置Ｐ４との距離と同じである。センサー１１ａと接触位置Ｐ５との距離は、センサー１１ｃと接触位置Ｐ５との距離と同じである。センサー１１ａと接触位置Ｐ６との距離は、センサー１１ｃと接触位置Ｐ６との距離と同じである。これらの場合、信号Ｓ１の波形が変化している部分と信号Ｓ３の波形が変化している部分とは、同じ位相なので、信号Ｓ１と信号Ｓ３との位相差は、０となる。

センサー１１ａと接触位置Ｐ７との距離は、センサー１１ｃと接触位置Ｐ７との距離より長い。センサー１１ａと接触位置Ｐ８との距離は、センサー１１ｃと接触位置Ｐ８との距離より長い。センサー１１ａと接触位置Ｐ９との距離は、センサー１１ｃと接触位置Ｐ９との距離より長い。これらの場合、信号Ｓ１の波形が変化している部分を基準にして、信号Ｓ３の波形が変化している部分が進んでいるので、信号Ｓ１と信号Ｓ３との位相差は、０より小さくなる。

以上を基にして作成したテーブルが図３である。本実施形態では、信号Ｓ１と信号Ｓ２との位相差が、０より大きい場合、０の場合、０より小さい場合と、信号Ｓ１と信号Ｓ３との位相差が、０より大きい場合、０の場合、０より小さい場合との組み合わせによって、接触位置を特定している。しかしながらこれに限定されず、信号Ｓ１と信号Ｓ２との位相差の値や信号Ｓ１と信号Ｓ３との位相差の値を用いて、接触位置を特定してもよい。

図２に示す特定部１７は、算出部１５で算出された位相差と記憶部１６に記憶されている図３に示す情報とを用いて、接触位置を特定する。

算出部１５が位相差を算出する方法の例として、以下の四つがある。信号Ｓ１と信号Ｓ２との位相差を算出する方法について説明するが、信号Ｓ１と信号Ｓ３との位相差も同じ方法で算出できる。

＜位相差を算出する第１の方法＞
図６は、信号Ｓ１及び信号Ｓ２について、時間と信号強度との関係の一例を示すグラフである。横軸は、時間を示し、縦軸は、信号強度を示す。算出部１５は、信号Ｓ１が、予め定められたしきい値Ｔを超えたときの位相と信号Ｓ２がしきい値Ｔを超えたときの位相との位相差を算出する。

＜位相差を算出する第２の方法＞
算出部１５は、信号Ｓ１と信号Ｓ２との相互相関関数を用いて、信号Ｓ１と信号Ｓ２とのずれ、すなわち、位相差を算出する。相互相関関数によれば、二つの信号Ｓ１，Ｓ２が一致するまで、信号Ｓ１及び信号Ｓ２うち、一方を時間軸方向にずらし、そのずらした量が位相差となる。第２の方法によれば、相互相関関数を用いるので、第１の方法よりも、位相差を正確に算出することができる。

＜位相差を算出する第３の方法＞
回転機１の固有の振動が大きい場合、それがノイズとなるので、相互相関関数を用いても、位相差を正確に算出できない。そのような場合、第３の方法を用いる。算出部１５は、信号Ｓ１及び信号Ｓ２をそれぞれ、時間周波数解析し、その結果得られた画像の２次元相互相関関数を用いて、画像のずれ、すなわち、位相差を算出する。第３の方法によれば、ノイズの影響を小さくすることができる。なお、算出部１５は、時間周波数解析として、短時間フーリエ変換又はウェーブレット変換を用いる。

画像は、２次元なので、二つの画像の相互相関関数は、２次元相互相関関数となる。詳しく説明すると、図７Ａは、信号Ｓ１について、時間と信号Ｓ１の強度との関係を表す関数の一例を示すグラフである。横軸は、時間を示し、縦軸は、信号Ｓ１の強度を示す。図７Ｂは、信号Ｓ１に対して、時間周波数解析して得られたデータの一例を示すグラフである。横軸は、時間を示し、縦軸は、周波数を示す。

図７Ｃは、信号Ｓ２について、時間と信号Ｓ２の強度との関係を表す関数の一例を示すグラフである。横軸は、時間を示し、縦軸は、信号Ｓ２の強度を示す。図７Ｄは、信号Ｓ２に対して、時間周波数解析して得られたデータの一例を示すグラフである。横軸は、時間を示し、縦軸は、周波数を示す。時間周波数解析によって得られた画像とは、図７Ｂ及び図７Ｄに示すように、時間と周波数との関係を示すグラフの画像である。

図７Ｂ及び図７Ｄにおいて、白色は、周波数成分の強度が大きいことを示し、灰色は、周波数成分の強度が小さいことを示している。低い周波数成分の強度が高くなっていることが分かる。これは、低い周波数成分に、回転機１の固有の振動等により生じるノイズが多く含まれていることを意味する。

図７Ｂで示すグラフは、信号Ｓ１を時間周波数解析して得られた画像であり、図７Ｄで示すグラフは、信号Ｓ２を時間周波数解析して得られた画像である。算出部１５は、図７Ｂに示す画像と図７Ｄに示す画像の２次元相互相関関数を用いて、位相差を算出する。

＜位相差を算出する第４の方法＞
第３の方法よりも、位相差を正確に算出したい場合、第４の方法を用いる。算出部１５は、信号Ｓ１，Ｓ２を時間周波数解析し、その結果得られた画像の２次元位相限定相関関数を用いて、画像のずれ、すなわち、位相差を算出する。算出部１５は、時間周波数解析として、短時間フーリエ変換又はウェーブレット変換を用いる。

第４の方法による位相差の算出について詳しく説明する。算出部１５は、図７Ｂで示すデータ（すなわち、時間と周波数との関係を示す２次元の信号ｆ（ｎ_１，ｎ_２））と、図７Ｄで示すデータ（すなわち、時間と周波数との関係を示す２次元の信号ｇ（ｎ_１，ｎ_２））に対して、以下の式で定義される位相限定相関関数を計算する。

図８は、算出部１５が算出した位相限定相関関数の一例を示すグラフである。横軸は、位相差を示し、縦軸は、相関係数を示す。相関係数がピークを示す位相差が、信号Ｓ１と信号Ｓ２との位相差となる。

上述したように、図７Ｂで示すデータ及び図７Ｄで示すデータにおいて、低い周波数成分には、ノイズが多く含まれている。そこで、ノイズがあまり含まれていない高い周波数成分（例えば、１５０ｋＨｚ以上）のみを用いて、位相限定相関関数を計算してもよい。

本実施形態に係る回転機の異常検知装置１０の動作について、主に、図１、図２及び図９を用いて説明する。図９は、その動作を説明するフローチャートである。第１の回転体２及び第２の回転体３が回転された状態で、センサー１１ａ，１１ｂ，１１ｃのそれぞれから出力される信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、連続的にコンピュータ１２に送られ、制御部１４は、信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を連続的に取得する（ステップＳ１）。

第１の回転体２とケーシング４との接触、第１の回転体２と第２の回転体３との接触、及び、第２の回転体３とケーシング４との接触について、いずれも、接触時、始めに、広い周波数帯域で信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の強度が変動する。このことを利用して、信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のうち、例えば、信号Ｓ１の時間的な強度変動が、複数の周波数帯域で同時に発生したときを、接触したタイミングとする。すなわち、信号Ｓ１を示す関数Ａ（ｔ）を時間で微分した値が、予め定められたしきい値φより大きくなる時間を、接触のタイミングとする。

制御部１４は、ステップＳ１で取得した信号Ｓ１を示す関数Ａ（ｔ）を時間で微分した値が、予め定められたしきい値φより大きくなる時間があるか否かを判断する（ステップＳ２）。なお、接触したタイミングを特定するのは、算出部の計算量（例えば、時間周波数解析の計算量）を減らすためである。従って、接触したタイミングの特定は、接触位置Ｐ１〜Ｐ９を特定するために、必須の処理ではない。

制御部１４が、関数Ａ（ｔ）を時間で微分した値がしきい値φより大きくなる時間がないと判断したとき（ステップＳ２でＮｏ）、制御部１４は、接触が発生していないと判定する（ステップＳ３）。

制御部１４が、関数Ａ（ｔ）を時間で微分した値がしきい値φより大きくなる時間があると判断したとき（ステップＳ２でＹｅｓ）、算出部１５は、その時間の前後に（主にその時間の後に）、センサー１１ａ，１１ｂ，１１ｃから出力された信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に対して、信号Ｓ１と信号Ｓ２との位相差及び信号Ｓ１と信号Ｓ３との位相差を算出する（ステップＳ４）。

特定部１７は、ステップＳ４で算出された信号Ｓ１と信号Ｓ２との位相差及び信号Ｓ１と信号Ｓ３との位相差、並びに、図３に示すテーブルを用いて、接触位置を特定する（ステップＳ５）。そして、制御部１４は、表示部１３を用いて、接触位置を報知する（ステップＳ６）。

本実施形態の主な効果を説明する。回転体（第１の回転体２、第２の回転体３）が回転中に何らかに接触すると、弾性波（超音波や振動波）が発生する。この場合、回転体の接触位置に応じて、回転機１の異なる箇所に配置された二つのセンサーから出力される信号の位相差が異なる。本実施形態に係る回転機の異常検知装置１０は、それを利用して、接触位置を特定する。

本実施形態に係る回転機の異常検知装置１０は、三つのセンサー１１ａ，１１ｂ，１１ｃを用いるが、センサーは、複数であればよく、例えば、二つのセンサーを用いる態様でもよい。この態様では、第１のセンサーをケーシング４に取り付け、第２のセンサーをケーシング４から一定距離を設けて回転機１に取り付ける。第１のセンサーから出力された信号の位相が、第２のセンサーから出力された信号の位相よりも進んでいれば、振動がケーシング４から直接に第１のセンサー及び第２のセンサーに伝播したと判断できる。そこで、上記態様に係る回転機の異常検知装置は、第１のセンサーから出力された信号と第２のセンサーから出力された信号との位相差を算出し、第１のセンサーから出力された信号の位相が、第２のセンサーから出力された信号の位相よりも進んでいれば、第１の回転体２とケーシング４との接触又は第２の回転体３とケーシング４との接触と判定する。

これに対して、第１のセンサーから出力された信号の位相が、第２のセンサーから出力された信号の位相よりも遅れていれば、上記接触以外の接触（すなわち、第１の回転体２と第２の回転体３との接触）による振動が、第１のセンサー及び第２のセンサーに伝播したと判断できる。そこで、上記態様に係る回転機の異常検知装置は、第１のセンサーから出力された信号の位相が、第２のセンサーから出力された信号の位相よりも遅れていれば、第１の回転体２と第２の回転体３との接触と判定する。

本実施形態に係る回転機の異常検知装置１０は、二つの回転体（第１の回転体２と第２の回転体３）を備える回転機１を対象にしているが、一つの回転体を備える回転機１を対象にすることもできる。

本実施形態に係る回転機の異常検知装置１０によって、異常の検知対象となる回転機１として、例えば、圧縮機があるが、圧縮機に限定されない。

１ 回転機
２ 第１の回転体
３ 第２の回転体
４ ケーシング
１０ 回転機の異常検知装置
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ センサー
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３ 信号

Claims (7)

1. 回転体を備える回転機の予め定められた複数の異なる箇所に配置され、前記回転体が回転中に前記回転機から生じる弾性波を検出する複数のセンサーと、
   前記複数のセンサーの中から二つのセンサーの組み合わせが一組以上（一組の場合を除く）予め定められており、各組について、前記二つのセンサーから出力される信号の位相差を算出する算出部と、
   前記回転体が回転中に接触が発生した場合に前記各組についての前記位相差の組み合わせと、接触が発生した接触位置との関係を示す情報を予め記憶している記憶部と、
   前記算出部で算出された前記位相差の組み合わせと前記記憶部に記憶されている前記情報とを用いて、前記接触位置を特定する特定部と、
   を備える回転機の異常検知装置。
2. 前記算出部は、前記各組について、前記二つのセンサーから出力される信号の相互相関関数を用いて、前記位相差を算出する請求項１に記載の回転機の異常検知装置。
3. 前記算出部は、前記各組について、前記二つのセンサーから出力される信号を時間周波数解析し、前記時間周波数解析によって得られた、時間と周波数との関係を示すグラフの画像の２次元相互相関関数を用いて、前記位相差を算出する請求項１に記載の回転機の異常検知装置。
4. 前記算出部は、前記各組について、前記二つのセンサーから出力される信号を時間周波数解析し、前記時間周波数解析によって得られた、時間と周波数との関係を示すグラフの画像の２次元位相限定相関関数を用いて、前記位相差を算出する請求項１に記載の回転機の異常検知装置。
5. 前記算出部は、前記時間周波数解析として、短時間フーリエ変換又はウェーブレット変換を用いる請求項３又は４に記載の回転機の異常検知装置。
6. 回転体を備える回転機の予め定められた複数の異なる箇所に配置され、前記回転体が回転中に前記回転機から生じる弾性波を検出する複数のセンサーについて、前記複数のセンサーの中から二つのセンサーの組み合わせが一組以上（一組の場合を除く）予め定められており、各組について、前記二つのセンサーから出力される信号の位相差を算出する算出ステップと、
   前記回転体が回転中に接触が発生した場合に前記各組についての前記位相差の組み合わせと、接触が発生した接触位置との関係を示す情報を、前記算出ステップ前に予め記憶している記憶ステップと、
   前記算出ステップで算出された前記位相差の組み合わせと前記記憶ステップで記憶されている前記情報とを用いて、前記接触位置を特定する特定ステップと、を備える回転機の異常検知方法。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の異常検知装置を備える回転機。