JPH076832B2 - 回転機器の振動分析方法およびその装置 - Google Patents

回転機器の振動分析方法およびその装置

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JPH076832B2
JPH076832B2 JP13826589A JP13826589A JPH076832B2 JP H076832 B2 JPH076832 B2 JP H076832B2 JP 13826589 A JP13826589 A JP 13826589A JP 13826589 A JP13826589 A JP 13826589A JP H076832 B2 JPH076832 B2 JP H076832B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、蒸気タービン、ガスタービン、発電機、コン
プレッサあるいはブロワ等の回転機器において、その状
態を診断するための振動分析方法およびその装置に関す
る。
(従来の技術) 一般に、回転機器の状態を診断するためには、回転機器
の回転軸の振動の第n次成分ベクトルを演算する必要が
あるが、従来は、これをアナログ式のベクトル演算装置
を用いて算出する方法を採っている。
すなわち、回転機器の回転同期パルスを検出し、このパ
ルスの周波数によりカットオフ周波数が変化するベクト
ルフィルタに振動信号を入力し、前記ベクトルフィルタ
のカットオフ周波数を、回転数に対して第n次周波数に
設定したときの前記ベクトルフィルタの出力から、第n
次成分ベクトルを演算する方法を採っている。
(発明が解決しようとする課題) 前記従来の回転機器の振動分析方式では、正確な第n次
周波数のベクトルを演算するには不十分であるととも
に、回転機器の回転数のみによって演算しているため、
種々の要因で回転数と振動の第n次成分とが異なる場合
等には、正確な第n次成分を演算することができないと
いう問題がある。また、振動信号の各々に対して次数分
のベクトル演算装置が必要となるため、振動分析装置の
コストが嵩むという問題もある。
本発明は、このような点を考慮してなされたもので、回
転機器の振動信号から、正確で信頼性の高い第n次成分
ベクトルを簡便に抽出することができる回転機器の振動
分析方法およびその装置を提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明に係る回転機器の振動分析方法は、前記目的を達
成する手段として、回転機器の回転軸の振動および回転
同期パルスをそれぞれ検出し、これら両信号に対し高速
フーリエ変換処理(以下FFT処理と言う)を行なって各
信号の振幅スペクトルおよび両信号の相互スペクトルを
抽出するとともに、前記回転同期パルスの周期により回
転機器の回転数を抽出し、抽出された回転同期パルスの
振幅スペクトルにおいて、回転数の正数倍の周波数近傍
で最大となる周波数を算出して、これを回転機器の回転
数の第n次周波数とし、この周波数に基づき、振幅スペ
クトルから振幅を演算するとともに、相互スペクトルか
ら位相を演算して回転軸の振動の第n次成分ベクトルを
得るようにしたことを特徴とする。
また、本発明に係る回転機器の振動分析装置は、前記目
的を達成する手段として、回転機器の回転軸の振動を検
出する振動検出器と、前記回転軸に設けられた基準位置
を検出して回転同期パルスを検出する回転パルス検出器
と、前記両検出器で検出された信号に対しエイリアシン
グを防止するフィルタと、このフィルタからのアナログ
信号をディジタル信号に変換するA/D変換器と、A/D変換
器の出力を一時的に記憶するバッファメモリと、バッフ
ァメモリから回転同期パルスおよび振動を読込んでFFT
演算を行なうFFTプロセッサと、このFFTプロセッサから
の振幅スペクトルおよび相互スペクトルに基づき回転軸
の振動の第n次成分ベクトルを演算するデータ処理装置
と、このデータ処理装置の演算結果を表示・記録する表
示記録装置とを具備していることを特徴とする。
(作用) 本発明に係る回転機器の振動分析方法においては、回転
機器の回転軸の振動および回転同期パルスに対し、FFT
処理が行なわれて各信号の振幅スペクトルおよび両信号
の相互スペクトルが抽出され、また、回転同期パルスの
同期により回転機器の回転数が抽出される。そして、抽
出された回転同期パルスの振幅スペクトルにおいて、回
転数の正数倍の周波数近傍で最大となる周波数が算出さ
れて回転機器の回転数の第n次周波数とされ、この周波
数に基づき、振幅スペクトルから振幅が、また相互スペ
クトルから位相がそれぞれ演算されて回転軸の振動の第
n次成分ベクトルが求められる。このため振動信号から
正確で信頼性の高い第n次成分ベクトルが得られる。
また、本発明に係る回転機器の振動分析装置において
は、振動検出器で回転軸の振動が検出されるとともに、
回転パルス検出器で回転同期パルスが検出される。これ
ら両信号は、フィルタでエイリアシングが防止されると
ともに、A/D変換器でディジタル信号に変換され、バッ
ファメモリに一時的に記憶される。バッファメモリから
の両信号は、高速フーリエ変換プロセッサ(FFTプロセ
ッサと言う)に読込まれて高速フーリエ変換演算(FFT
演算と言う)がなされ、データ処理装置は、このFFT処
理プロセッサからの振幅スペクトルおよび相互スペクト
ルに基づき、回転軸の振動の第n次成分ベクトルを演算
する。そしてその結果は、表示記憶装置に表示・記録さ
れる。このため、振動信号から、簡便な装置により正確
で信頼性の高い第n次成分ベクトルを得ることが可能と
なる。
(実施例) 以下、本発明の第1実施例を第1図および第2図を参照
して説明する。
第1図は、本発明に係る回転機器の振動分析装置の一例
を示すもので、図中、符号1は回転機器の回転軸2の振
動を検出する振動検出器であり、この振動検出器1は、
前記回転軸2に近接して対向配置されている。この回転
軸2にはまた、回転パルス検出器3が対向配置されてお
り、この回転パルス検出器3は、回転軸2に設置された
基準位置を検出して回転同期パルスを検出するようにな
っている。
前記両検出器1,3からの各検出信号は、第1図に示すよ
うにフィルタ5に入力されるようになっており、前記各
検出信号は、このフィルタ5において、エイリアシング
を防止するために高域周波数成分の信号が除去されるよ
うになっている。
このフィルタ5からのアナログ信号は、第1図に示すよ
うに、A/D変換器6でディジタル信号に変換された後、
バッファメモリに一時的に記憶されるようになってお
り、このバッファメモリ7からの回転同期パルスおよび
振動信号は、データ処理装置8により読込まれ、FFT演
算を行なうのに必要な数のデータがFFTプロセッサ9に
転送されるとともに、回転同期パルスから、回転軸2の
回転数が算出されるようになっている。
前記FFTプロセッサ9は、データ処理装置8から転送さ
れてきたデータにつき、振幅スペクトル演算および回転
同期パルスを各振動信号との相互スペクトル演算をそれ
ぞれ行ない、回転同期パルスと振動信号の振幅スペクト
ル、回転同期パルスと振動信号に関するコヒーレンスお
よび位相スペクトルをそれぞれ算出するようになってい
る。また、前記データ処理装置8は、前記FFTプロセッ
サ9の演算結果を入力して第n次周波数およびこれに基
づく振動の第n次成分ベクトルを算出するようになって
いる。そして、データ処理装置8で演算された前記第n
次周波数および振動の第n次成分ベクトルは、表示記録
装置10に表示され記録されるようになっている。
次に、前記実施例に係る回転機器の振動分析方法を、第
2図に示す分析フロー図を参照して説明する。
回転機器から検出される回転軸2の振動信号と回転同期
パルスを入力し、FFT演算により、入力した前記各信号
の振幅スペクトル演算を行なうとともに、回転同期パル
スと振動信号との相互スペクトル演算を行ない、振幅ス
ペクトル、回転同期パルス振幅スペクトル、位相スペク
トル、およびコヒーレンスを求める。また、回転同期パ
ルスの同期から、回転機器の回転軸2の回転数を算出す
る。
次いで、算出された前記回転数と回転同期パルス振幅ス
ペクトルとから、回転数の正数倍の周波数の周波数近傍
での回転同期パルス振幅スペクトルが最大となる回転同
期パルスピーク周波数を検出する。また、前記回転数と
コヒーレンスとから、回転数の正数倍の周波数近傍でコ
ヒーレンスが最大となるコヒーレンスピーク周波数を検
出する。そして、前記回転同期パルスピーク周波数とコ
ヒーレンスピーク周波数との相加平均により算出される
周波数を、回転機器の第n次周波数とする。
次いで、この第n次周波数に基づき、各振動信号につい
て算出されている前記振幅スペクトルから第n次成分の
振幅を算出するとともに、相互スペクトルから算出され
る位相スペクトルにより第n次成分の位相を算出する。
そしてこれにより、回転軸2の振動の第n次成分ベクト
ルを得る。
このように、簡便な装置により、回転機器の振動信号か
ら正確な第n次成分ベクトルを抽出することができる。
第3図は、本発明の第2実施例を示すもので、以下これ
について説明する。
第3図(a)は、回転同期パルスのFFT演算から得られ
る振幅スペクトルである。このスペクトルは、パルス波
形に対するFFT演算であるため、回転軸2の回転数の正
数倍である第n次周波数f1R,f2R,f3R,f4R,……近傍
において極大値を持つ。
第3図(b)は、回転同期パルスと各振動信号とのFFT
演算から得られるコヒーレンスであり、回転軸2の回転
数の正数倍である第n次周波数f1C,f2C,f3C,f4C,…
…近傍において1に近い値に持ち、他の周波数において
は0に近い値となる。このため、コヒーレンスにおい
て、予め定められた値LCを設定しておき、コヒーレンス
がこの値LCを超える周波数の範囲を、各第n次周波数に
対して次のように算出する。
第n次周波数 周波数範囲 f1C f′1C f″1C f2C f′2C f″2C f3C f′3C f″3C f4C f′4C f″4C そして、回転同期パルス振幅スペクトルから算出された
第n次周波数f1R,f2R,f3R,f4R……において、コヒー
レンスから算出される第n次周波数における範囲f′1C
〜f″1C,f′2C〜f″2C,f′3C〜f″3C,f′4C
f″4C,……から外れるものについては除外し、第n次
周波数を決定する。
このようにして決定された第n次周波数に対応する周波
数範囲f′1C〜f″1C,f′2C〜f″2C,f′3C〜f″3C,
f′4C〜f″4C,…において、振幅スペクトルの実効値
を演算して振幅とし、位相スペクトルの相加平均値を演
算して位相とする。そしてこれらにより、第n次成分ベ
クトルを算出する。
このように、この振動分析方法によれば、前記第1実施
例と同様の効果が得られるとともに、さらに正確な第n
次周波数と信頼性の高い第n次成分ベクトルとを得るこ
とができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明に係る回転機器の振動分析
方法は、回転軸の振動および回転同期パルスをそれぞれ
検出し、これら両信号に対しFFT処理を行なって各信号
の振幅スペクトルおよび両信号の相互スペクトルを抽出
するとともに、前記回転同期パルスの同期より回転機器
の回転数を抽出し、抽出された回転同期パルスの振幅ス
ペクトルにおいて、回転数の正数倍の周波数近傍で最大
となる周波数を算出してこれを回転機器の回転数の第n
次周波数とし、この周波数に基づき、振幅スペクトルか
ら振幅を演算するとともに、相互スペクトルから位相を
演算して回転軸の振動の第n次成分ベクトルを得るよう
にしているので、回転機器の振動信号から、正確で信頼
性の高い第n次成分ベクトルを容易に得ることができ
る。
また、本発明に係る回転機器の振動分析装置は、回転軸
の振動を検出する振動検出器と、前記回転軸に設けられ
た基準位置を検出して回転同期パルスを検出する回転パ
ルス検出器と、前記両検出器で検出された信号に対しエ
イリアシングを防止するフィルタと、このフィルタから
のアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器
と、A/D変換器の出力を一時的に記憶するバッファメモ
リと、このバッファメモリから回転同期パルスおよび振
動を読込んでFFT演算を行なうFFTプロセッサと、このFF
Tプロセッサからの振幅スペクトルおよび相互スペクト
ルに基づき、回転軸の振動の第n次成分ベクトルを演算
するデータ処理装置と、このデータ処理装置の演算結果
を表示・記録する表示記録装置とを備えているので、コ
スト高となるアナログ分析装置を用いることなく、正確
で信頼性の高い第n次成分ベクトルを得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例に係る回転機器の振動分析
装置を示す構成図、第2図はその振動分析方法を示す分
析フロー図、第3図(a)は本発明の第2実施例に係る
回転機器の振動分析方法における回転同期パルスの振動
スペクトルを示すグラフ、第3図(b)は同様の回転同
期パルスと振動信号とのコヒーレンスを示すグラフであ
る。 1…振動検出器、2…回転軸、3…回転パルス検出器、
4…基準位置、5…フィルタ、6…A/D変換器、7…バ
ッファメモリ、8…データ処理装置、9…FFTプロセッ
サ、10…表示記録装置。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転機器において、その回転軸の振動およ
    び回転同期パルスをそれぞれ検出し、これら両信号に対
    し高速フーリエ変換処理を行なって各信号の振幅スペク
    トルおよび両信号の相互スペクトルを抽出するととも
    に、前記回転同期パルスの周期により回転機器の回転数
    を抽出し、抽出された回転同期パルスの振幅スペクトル
    において、回転数の正数倍の周波数近傍で最大となる周
    波数を算出してこれを回転機器の回転数の第n次周波数
    とし、この周波数に基づき、振幅スペクトルから振幅を
    演算するとともに、相互スペクトルから位相を演算して
    回転軸の振動の第n次成分ベクトルを得ることを特徴と
    する回転機器の振動分析方法。
  2. 【請求項2】回転機器の回転軸の振動を検出する振動検
    出機と、前記回転軸に設けられた基準位置を検出して回
    転同期パルスを検出する回転パルス検出器と、前記両検
    出器で検出された信号に対しエイリアシングを防止する
    フィルタと、このフィルタからのアナログ信号をディジ
    タル信号に変換するA/D変換器と、A/D変換器の出力を一
    時的に記憶するバッファメモリと、バッファメモリから
    回転同期パルスおよび振動を読込んで高速フーリエ変換
    演算を行なう高速フーリエ変換プロセッサと、この高速
    フーリエ変換プロセッサからの振幅スペクトルおよび相
    互スペクトルに基づき回転軸の振動の第n次成分ベクト
    ルを演算するデータ処理装置と、このデータ処理装置の
    演算結果を表示・記録する表示記録装置とを具備するこ
    とを特徴とする回転機器の振動分析装置。
JP13826589A 1989-05-31 1989-05-31 回転機器の振動分析方法およびその装置 Expired - Lifetime JPH076832B2 (ja)

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US5511422A (en) * 1993-04-09 1996-04-30 Monitoring Technology Corporation Method and apparatus for analyzing and detecting faults in bearings and other rotating components that slip
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FR2953289B1 (fr) * 2009-11-30 2012-04-27 Snecma Procede et dispositif de surveillance de vibrations en torsion d'un arbre rotatif d'une turbomachine.

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