JPH0216420A - Ａｅによる機械摺動部の異常診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は機械摺動部の異常診断に係り、特に回転機械や
揺動装置のように規則的に動く摺動部の異常をＡＥすな
わちアコースティックエミッションにより診断する方法
及び装置に関する。

〔従来の技術〕

摺動部に有する機械として空気調和装置や冷蔵庫に使用
される圧縮機があるが、この圧縮機の摺動部の状態を検
査するためには解体して調べるのが常套手段とされてい
た。また熟練した検査者によって、動いている摺動部の
音を聞いて異常を診断する方法もしばしば用いられてき
た。しかし解体して検査する方法は費用２時間がかかつ
て不経済であり、聴音検査は正確さを欠くため解体せず
に正確な検査をする方法が望まれていた。

これに対して、振動検知器を用いてその出力信号の時間
及び周波数分析の結果より異常を判定する方法として、
例えば特開昭５８−１７６５４５号公報がある。

この方法は、１周期内の運動の振動信号を検出し、時間
特性パターンと周波数特性パターンを用いて基準となる
パターンに対して限界を定めて、それを超えると異常と
診断する方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の診断方法は、１周期内の振動信号特性のパタ
ーンから判断しているため、機械の運転条件や計測条件
の影響を受けやすいことについて配慮がされておらず、
また振動が認められるのは異常が相当に進んだ状態であ
り、この振動検出方法は１作業工程の脱落や異物混入の
ような欠陥検出には有効であるとされているが、摺動部
の異常や損傷状態を早期に検出するのには問題があった
。

本発明の目的は１回転機械や揺動装置の摺動部の異常さ
らには損傷状態を運転中に外部から診断する方法及びそ
の方法を実施するに好適な装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、周期的な摺動運動をする機械の摺動部から
のＡＥ倍信号包絡線検波し、その検波信号と前記摺動部
の摺動周期を表わす同期信号とを用いて少なくとも２周
期以上の周波数分析を行い、該周波数分析のスペクトラ
ム歪率を演算し、該スペクトラム歪率を基準値と比較し
前記摺動部の異常を判定するＡＥによる機械摺動部の異
常診断方法及び周期的な摺動運動をする機械の摺動部か
らのＡＥを検出してＡＥ倍信号出力するＡＥ検出手段と
、該ＡＥ倍信号入力して包絡線検波し検波信号を出力す
る包絡線検波手段と、前記機械の摺動部の摺動周期を検
出して同期信号を出力する摺動周期検出手段と、前記検
波信号と前記同期信号を入力して周波数分析を行いスペ
クトラムを出力する周波数分析手段と、前記スペクトラ
ムを入力してスペクトラム歪率を演算する演算手段と、
前記スペクトラム歪率を入力して基準値と比較し前記摺
動部の異常を判定する判定手段と、を有するＡＥによる
機械摺動部の異常診断装置を提供することにより達成さ
れる。

〔作用〕

機械摺動部が正常の場合、摺動の周期を表わす同期信号
と同期したＡＥ倍信号みが検出される。

ＡＥ倍信号包絡線検波信号のスペクトラムは、−定の式
で表現できる減衰曲線となる。

機械摺動部が異常の場合、正常な場合に検出される同期
信号と同期したＡＥ倍信号間に異常なＡＥ倍信号現れる
。その場合のＡＥ倍信号包絡線検波信号のスペクトラム
は、正常な場合のスペクトラムに比較すると乱れた減衰
曲線となり、その乱れをスペクトラム歪率で表わし、そ
のスペクトラム歪率を予め各損傷によって定められる状
態の基準値と比較することによって摺動部の異常を診断
できる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示する実施例を用いて詳述する。尚、
実施例においては、摺動運動装置とじて回転式圧縮機を
例に挙げ、この場合の摺動同期信号を回転検出器で検出
する場合について説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る回転式圧縮機の診断
装置の全体ブロック図である。同図において、圧縮機１
にＡＥセンサ２を設置し、該ＡＥセンサ２の出力は増幅
器３で増幅後に包絡線検波部４で検波して、周波数解析
部５に入力する。また回転検出器６で回転信号を得て周
波数解析部５に入力する。該周波数解析部５の出力を用
いて異常判定部７により異常の判定を行い、その結果を
表示装置８に出力する。

次に、回転式圧縮機の構造と摺動損傷部について第２図
を用いて説明する。第２ａ図及び第２ｂ図は回転式圧縮
機の構造を示す。同図において、クランクシャフト９は
上軸受１０と下軸受１１によって支持され、モータの駆
動により矢印１２の方向へ回転されることによりシリン
ダ１３の圧縮室１４にて冷媒が断熱圧縮され高圧ガスと
なる。

このような構造における圧縮機の摺動部として、主とし
て次のような個所が挙げられる。

（１）クランクシャフト９と上軸受１０との摺動部（２
）クランクシャフト９と下軸受１１との摺動部（３）ベ
ーン１５とローラ１６との摺動部（４）ローラ１６とク
ランクシャフト９との摺動部これらの摺動部に損傷が発
生すると圧縮機の効率が低下することになり、損傷が進
行すると回転不能に至ることになる。

第３ａ図〜第３ｃ図は、回転式圧縮機のＡＥ発生特性（
検波信号）例を示す。第３ａ図は正常晶のＡＥ特性例を
示し、第３ｂ図及び第３ｃ図は摺動部損傷量のＡＥ特性
例である。第３ａ図より、正常晶では回転信号に同期し
た大振幅の突発型ＡＥ波１７のみが発生するのが特徴で
ある。この突発型ＡＥは、定常的に発生するため定常Ａ
Ｅ波とも呼ぶことにする。この定常ＡＥ波１７の発生要
因は、場合によって種々考えられるが、例えばベーン１
５の上死点において発生する衝突音などである。第３ｂ
図は軸受部にすり傷がある場合の波形を示し、定常ＡＥ
波のレベルが下がって、その代わりに別の突発ＡＥ波（
異常ＡＥ波）１８が発生する。また、第３ｃ図はベーン
部先端の摩耗性損傷時のＡＥ波を示す。

第４ａ図〜第４ｃ図は第３図のようなＡＥ波の周波数分
析結果についての説明図である。第４ａ図は第３ａ図の
正常晶の数周期分についての周波数スペクトラムを示す
。定常ＡＥ波のスペクトラムは回転周波数をｆｒ、その
整数倍高調波をそれぞれｆｚ、ｆｓ、ｆ４・・・とした
場合、各周波数におけるピーク値ＡＸ、Ａ２．Ａ３・・
・・・・を結ぶ関数は、次式のように指数関数的減衰特
性を示す。

ｙ＝Ａｏｅ””’　　　　　　　　　　　・・・（１）
ここで、βは定数であって実験的に求めることができる
。また、Ａｏはｆ＝ｏとしたときの初期値を示す。これ
に対し、第４ｂ図、第４ｃ図は第３ｂ図、第３ｃ図に示
した損傷量のスペクトラムを示す。同図に示すように、
これらの減衰特性は乱れたものとなる。そこで、ｆＬ＋
ｆ２Ｈ・・・・・・の振幅値Ａ１．Ａ２・・・・・・を
用いて、（１）式より導いたＡｏ値の最大値をＡｏ（ｍ
）、最小値をＡｏ（Ｓ）とすると、スペクトラムの歪率
δは次式のように表わすことができる。

第５図は、第１図の動作を説明するためのフローチャー
トである。

ステップ２１ ＡＥ検波信号１９は、周波数解析部５によって周波数解
析がなされる。

ステップ２２ （２）式によりスペクトラム歪率δが演算される。

ステップ２３ 異常判定部７でこれを歪率の基準値に４と比較し δ≦に、　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
（３）（３）式が成立すれば正常、成立しなければ異常
と判定する。

次に他の実施例について、第６図及び第７図を用いて説
明する。第６図及び第７図は前述までの診断装置及び診
断方法において異常と判定された場合に、摺動部の負担
を軽減させて運転することによって、損傷等の異常の回
復を期待することを目的としている。第６図ではＡＥ診
断装置２６の診断結果を制御信号２７として取り出し、
駆動装置２９の回転制御部２８に入力する方法を示す。

この場合、ＡＥ診断装置２６の結果が異常と出力された
とすると、制御信号２７により回転数の制御を行う。ま
た、第７図では、ＡＥ診断装置２６の制御信号２７を負
荷３１の調整部３２に加える。

例えば、異常診断結果が出力された場合は、負荷の制御
を行う。したがって、この第６図及び第７図によれば、
運動装置３０及び負荷３１の摺動を軽減させ、損傷の回
復を期待することができる。

本実施例によれば、圧縮機のように周期的運動を繰り返
す装置の摺動部における異常さらには損傷状態の診断を
、無解体でもって、精度良く短時間に行うことができる
。したがって、その工業的。

経済的効果は大きく、機器の安全運転を図る上でも顕著
な効果がある。

さらには、本診断装置によれば、簡単に構成でき、摺動
部の損傷拡大を抑制することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、機械摺動部が異常の場合のＡＥ倍信号
包絡線検波信号のスペクトラムは、正常な場合のスペク
トラムに比較すると乱れた減衰曲線となり、その乱れを
スペクトラム歪率で表わし、そのスペクトラム歪率を予
め各損傷によって定められる状態の基準値と比較して摺
動部の異常を解体せずに診断できるので、診断のための
費用節減及び機械の稼働率低下を最小限にする効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る装置のブロック図、第２
ａ図は本発明の実施対象となる回転式圧縮機の縦断面図
、第２ｂ図は本発明の実施対象となる回転式圧縮機の横
断面図、第３ａ図は本発明の実施対象となる回転式圧縮
機の正常な場合のＡＥ波形図、第３ｂ図は本発明の実施
対象となる回転式圧縮機の異常な場合のＡＥ波形図、第
３ｃ図は本発明の実施対象となる回転式圧縮機の他の異
常な場合のＡＥ波形図、第４ａ図は第３ａ図に示される
ＡＥ濾波形周波数分析図、第４ｂ図は第３ｂ図に示され
るＡＥ濾波形周波数分析図、第４ｃ図は第３ｃ図に示さ
れるＡＥ濾波形周波数分析図、第５図は第１図の動作を
説明するフローチャート、第６図は本発明の診断結果を
用いて機械を制御する実施例のブロック図、第７図は本
発明の診断結果を用いて機械を制御する他の実施例のブ
ロック図である。 １・・・圧縮機、２・・・ＡＥセンサ、３・・・増幅部
、４・・・包絡線検波部、５・・・周波数分析部、６・
・・回転検出器、７・・・異常判定部、８・・・表示部
、９・・・クランクシャフト、１０・・・上軸受、１１
・・・下軸受、１３・・・シリンダ、１３・・・ベーン
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、周期的な摺動運動をする機械の摺動部からのＡＥ信
   号を包絡線検波し、その検波信号と前記摺動部の摺動周
   期を表わす同期信号とを用いて少なくとも２周期以上の
   周波数分析を行い、該周波数分析のスペクトラム歪率を
   演算し、該スペクトラム歪率を基準値と比較し前記摺動
   部の異常を判定するＡＥによる機械摺動部の異常診断方
   法。 ２、周期的な摺動運動をする機械の摺動部からのＡＥを
   検出してＡＥ信号を出力するＡＥ検出手段と、該ＡＥ信
   号を入力して包絡線検波し検波信号を出力する包絡線検
   波手段と、前記機械の摺動部の摺動周期を検出して同期
   信号を出力する摺動周期検出手段と、前記検波信号と前
   記同期信号を入力して周波数分析を行いスペクトラムを
   出力する周波数分析手段と、前記スペクトラムを入力し
   てスペクトラム歪率を演算する演算手段と、前記スペク
   トラム歪率を入力して基準値と比較し前記摺動部の異常
   を判定する判定手段と、を有するＡＥによる機械摺動部
   の異常診断装置。