JP6410572B2 - Current diagnostic device and current diagnostic method - Google Patents
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Description
本発明は、電流診断装置および電流診断方法に関する、さらに詳述すると、本発明は、電流診断法を利用した異常診断技術に関する。 The present invention relates to a current diagnosis apparatus and a current diagnosis method. More specifically, the present invention relates to an abnormality diagnosis technique using a current diagnosis method.
モータと該モータにより駆動される負荷装置およびこれら両者を接続するカップリングにて構成される機器を診断するための診断技術が、タービンや送風機をはじめとする大型の重要回転設備や、圧縮機をはじめとする高速の回転設備といった各設備において利用されている。 Diagnosis technology for diagnosing equipment composed of a motor, a load device driven by the motor, and a coupling connecting both of them, large-scale important rotating equipment including a turbine and a blower, and a compressor It is used in various facilities such as high-speed rotating equipment.
このような診断技術として、従来、渦電流型センサによる軸振動や圧電型加速度センサによる軸受箱振動を利用した方法が提案されている。例えば、軸受から発生する振動や音のような波形データに高速フーリエ変換(FFT)を施すことにより得られたスペクトルパターンと、あらかじめ設定された異常時のスペクトルパターンとを比較すれば、当該比較結果に基づいて当該軸受を診断することが可能である。 As such a diagnostic technique, a method using axial vibration by an eddy current sensor or bearing box vibration by a piezoelectric acceleration sensor has been proposed. For example, if a spectrum pattern obtained by applying fast Fourier transform (FFT) to waveform data such as vibration and sound generated from a bearing is compared with a preset spectrum pattern at the time of abnormality, the comparison result It is possible to diagnose the bearing based on the above.
このように、振動診断技術は、診断対象機器における振動を計測することを要するものであるため、振動対象機器の近傍に振動測定用のセンサを設置しなければならないし、センサが設置されていなければ振動測定機器の近傍にセンサを設置する作業を行わなければならない。ところが、実際にはこのような設置作業が困難なため、振動診断技術を適用して現場で状態監視をして健全性を評価することが極めて難しい状況が存在し得る。 As described above, since the vibration diagnosis technology requires measurement of vibration in the diagnosis target device, a vibration measurement sensor must be installed in the vicinity of the vibration target device, and the sensor must be installed. For example, the sensor must be installed in the vicinity of the vibration measuring device. However, since such installation work is actually difficult, there may be a situation where it is extremely difficult to evaluate the soundness by monitoring the state at the site by applying the vibration diagnosis technique.
例えば、原子力発電所内の高放射線区域あるいは高所・狭所(ピット内等)や水中ポンプ、高温設備等の人が容易に近づくことができない場所で直接センシング困難な回転機器の状態監視に際しては、作業安全・人身安全確保の観点からデータ採取が困難な状況となっている。したがって、当該設備における回転機器等の健全性を評価することが難しい。 For example, when monitoring the status of rotating equipment that is difficult to directly sense in high radiation areas or high places / narrow places (such as in pits), submersible pumps, high-temperature facilities, etc. Data collection is difficult from the viewpoint of ensuring work safety and personal safety. Therefore, it is difficult to evaluate the soundness of rotating equipment in the facility.
一方で、振動診断技術のこのような課題に着目すると、設備異常を診断する別の技術として、設備を駆動するモータの負荷電流を計測し、負荷電流に含まれる高調波含有率の検出、負荷電流の絶対値や相対値の比較、負荷電流の急変の検出等によって、設備の異常を診断する電流診断手法を挙げることができる(例えば特許文献1,2参照)。 On the other hand, paying attention to such problems of vibration diagnosis technology, as another technology for diagnosing equipment abnormality, the load current of the motor driving the equipment is measured, the harmonic content contained in the load current is detected, the load A current diagnosis method for diagnosing an abnormality in equipment can be exemplified by comparing absolute values and relative values of current, detecting sudden changes in load current, and the like (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
電流診断手法の一つである電動機電流兆候解析(Motor Current Signature Analysis:MCSA)は、電源ケーブルから信号を検出するので、設備から離れた場所からのデータ収集が可能であるという利点がある。すなわち、モータの電源ケーブルから得られた電流波形を用いて解析することができるため、現場の対象設備にセンサを設置する必要はなく、現場から離れた電気室の電源盤などといった電源設置場所でのデータ収集が可能である。したがって、人間がセンサを設置することができないために測定が不可能なエリアの設備の状態監視などに有効な手法となる。 Motor current signature analysis (MCSA), which is one of current diagnosis methods, has an advantage that data can be collected from a place away from the facility because a signal is detected from a power cable. In other words, since the current waveform obtained from the power cable of the motor can be used for analysis, it is not necessary to install a sensor in the target facility on the site, and a power source installation place such as a power panel in an electrical room away from the site. Data collection is possible. Therefore, it is an effective method for monitoring the state of equipment in an area where measurement is impossible because a human cannot install a sensor.
また、このような電流診断技術は、可動設備(レール上を走行する設備やロボットといった、測定点が移動する設備)などの状態監視に適用可能である。さらに、電流診断技術は、モータの異常だけでなく、負荷設備(モータに接続されたポンプやファンなどといった、被駆動設備)の異常検出にも適用可能である。 Moreover, such a current diagnosis technique can be applied to state monitoring of movable equipment (equipment whose measurement point moves, such as equipment traveling on rails or a robot). Furthermore, the current diagnosis technique can be applied not only to an abnormality of the motor but also to an abnormality detection of a load facility (a driven facility such as a pump or a fan connected to the motor).
しかしながら、電動機電流兆候解析においては、異常が発生した場合に、モータの異常なのか、負荷設備(ポンプなど)の異常なのかの判断ができない。このため、モータおよびその負荷設備のどちらかまでは分からないが当該設備において異常が生じているとの判断のみが可能である。また、電流スペクトルにおいて電源周波数の周りおよびスロット通過周波数(=回転数×ローターバーの数)周りに生じる側帯波のレベルは微小であるため、設備にセンサを設置して計測する振動診断技術などに比較して差異が見づらく、異常検出能力に劣る場合がある。このため、現時点において、異常状況を確実に把握できる診断手法としては確立していないのが実情である。 However, in the motor current sign analysis, when an abnormality occurs, it cannot be determined whether the motor is abnormal or the load facility (pump, etc.) is abnormal. For this reason, although it does not know whether it is a motor and its load equipment, it can only judge that the abnormality has arisen in the said equipment. Also, in the current spectrum, the level of sideband generated around the power supply frequency and around the slot passing frequency (= number of rotations x number of rotor bars) is very small. In comparison, it is difficult to see the difference, and the abnormality detection capability may be inferior. For this reason, the present situation is that it has not established as a diagnostic method which can grasp | ascertain an abnormal condition reliably now.
本発明は、診断対象機器から離れた場所で診断用のデータを収集して当該機器の異常診断を行うことができ、尚かつ、異常検出能力を向上させ、どの機器で異常が生じているか明確に診断できるようにした電流診断装置および電流診断方法を提供することを目的とする。 The present invention can collect diagnostic data at a location away from the device to be diagnosed to perform abnormality diagnosis of the device, improve the abnormality detection capability, and clarify which device has the abnormality. It is an object of the present invention to provide a current diagnostic apparatus and a current diagnostic method which can be diagnosed in a simple manner.
かかる課題を解決するべく、本発明は、モータと該モータにより駆動される負荷装置およびこれら両者を接続するカップリングを含む診断対象機器を診断する診断装置であって、
前記モータの負荷電流を測定する電流測定手段と、
前記診断対象機器の診断項目に対応する周波数範囲を決定するフィルタリング手段と、
該フィルタリング手段でフィルタリングされた電流波形を周波数解析する周波数解析手段と、
前記周波数解析手段による周波数解析結果から、前記モータの電源周波数レベルと前記診断対象機器の回転周波数側波帯レベルの差異を算出し、該算出された差異値を第1の判定基準に照合し、該照合した結果に基づいて、前記診断対象機器における回転系異常の有無を判定する第1の異常判定手段と、
前記電流波形の周波数解析結果のスペクトルを、予め格納されている正常時スペクトルで除した値を正常値に対する倍率として算出し出力する倍率算出手段と、
前記診断対象機器における流体的異常と前記倍率との間における相関に基づき設定された第2の判定基準に前記倍率を照合し、該照合した結果に基づいて、前記流体的異常の有無を判定する第2の異常判定手段と、
前記周波数解析手段による周波数解析結果の、フィルタリングによって限定された周波数範囲における平均的なスペクトルレベルを求めるスペクトルレベル算出手段と、
前記診断対象機器を構成する軸受の異常と該異常の有無による前記スペクトルレベルの変化の大きさとの間における相関に基づき設定された第3の判定基準に前記スペクトルレベルを照合し、該照合した結果に基づいて、前記軸受に由来する軸受由来異常の有無を判定する第3の異常判定手段と、
前記第1〜第3の異常判定手段による判定結果および該判定結果に対応した告知内容のうち少なくとも一つを出力する診断結果出力手段と、
を含む、というものである。
In order to solve such a problem, the present invention is a diagnostic device for diagnosing a diagnosis target device including a motor, a load device driven by the motor, and a coupling connecting both of them.
Current measuring means for measuring the load current of the motor;
Filtering means for determining a frequency range corresponding to a diagnostic item of the diagnostic target device;
Frequency analysis means for frequency analysis of the current waveform filtered by the filtering means;
From the frequency analysis result by the frequency analysis means, calculate the difference between the power supply frequency level of the motor and the rotational frequency sideband level of the diagnosis target device, and collate the calculated difference value with the first criterion. First abnormality determination means for determining presence or absence of a rotation system abnormality in the diagnosis target device based on the collated result;
A magnification calculation means for calculating and outputting a value obtained by dividing the spectrum of the frequency analysis result of the current waveform by a normal spectrum stored in advance as a magnification with respect to a normal value;
The magnification is checked against a second determination criterion set based on the correlation between the fluid abnormality in the diagnosis target device and the magnification, and the presence / absence of the fluid abnormality is determined based on the comparison result. A second abnormality determining means;
Spectral level calculation means for obtaining an average spectral level in a frequency range limited by filtering of the frequency analysis result by the frequency analysis means;
A result of collating the spectral level with a third criterion set based on a correlation between an abnormality of a bearing constituting the diagnosis target device and a magnitude of a change in the spectral level due to the presence or absence of the abnormality. A third abnormality determining means for determining the presence or absence of a bearing-derived abnormality derived from the bearing,
Diagnostic result output means for outputting at least one of the determination result by the first to third abnormality determination means and the notification content corresponding to the determination result;
Is included.
本発明者は、電動機電流兆候解析技術の更なる実用化を目指し、回転機器の状態監視への適用の一助とすることに着目して検討した結果、電流のスペクトルにおいて電源周波数の周りに生じる側帯波のレベルと異常の劣化度との間における相関を見出した。すなわち、カップリングのアライメントが狂ったり、負荷装置の羽根にアンバランスが生じたりといった異常が生じた場合、異常により発生する振動によりモータ内部の回転子が揺らされることによって固定子との間のエアギャップ間隔が変動し、電流波形に振幅変調が生じる。これにより側波帯レベルが上昇するという知見が得られた。本発明では、この見出した相関に基づいて策定した判定基準を利用する。すなわち、第1の判定基準に照合して回転系異常の有無を判定する第1の異常判別手段と、第2の判定基準に照合して流体的異常の有無を判定する第2の異常判定手段とで、策定された判定基準に基づく診断を行う。さらに、本発明では、第3の判定基準に照合して軸受由来異常の有無を判定する。このように、この電流診断装置によれば、診断対象機器における回転系異常、流体的異常、そして軸受由来異常という、従来手法では着目されていなかった異常の有無の診断を行うことができる。また、このような電流診断によれば、従来の振動診断技術におけるように現場の実機において振動を測定するまでもなく、実機から離れた場所で負荷電流を測定しこれを解析することによって、現場の設備の状態を監視することが可能となる。 The present inventor aimed at further practical application of the motor current sign analysis technique, and as a result of studying it as an aid to the application to the state monitoring of the rotating equipment, as a result, the sideband generated around the power supply frequency in the current spectrum We found a correlation between the wave level and the degree of anomaly degradation. In other words, when an abnormality such as coupling alignment is out of order or the blades of the load device are unbalanced, the rotor in the motor is shaken by vibrations caused by the abnormality, so that the air between the stator and the stator The gap interval varies and amplitude modulation occurs in the current waveform. As a result, the knowledge that the sideband level is increased was obtained. In the present invention, a determination criterion formulated based on the found correlation is used. That is, a first abnormality determination unit that compares the first determination criterion to determine the presence / absence of a rotating system abnormality, and a second abnormality determination unit that determines the presence / absence of a fluid abnormality by comparing the second determination criterion. And make a diagnosis based on the established criteria. Furthermore, in the present invention, the presence or absence of a bearing-derived abnormality is determined by collating with the third determination criterion. As described above, according to this current diagnostic apparatus, it is possible to diagnose whether there is an abnormality that has not been noticed by the conventional method, such as a rotation system abnormality, a fluid abnormality, and a bearing-derived abnormality in the diagnosis target device. In addition, according to such current diagnosis, it is not necessary to measure the vibration in the actual machine at the site as in the conventional vibration diagnostic technology, but by measuring the load current at a place away from the actual machine and analyzing it, It becomes possible to monitor the state of the equipment.
また、本発明では、電流波形の周波数解析結果のスペクトルを、予め格納されている正常時スペクトルで除した値を正常値に対する倍率として用いる。上述したように、電源周波数周りに発生する側帯波は識別しづらいものであるが、本発明では正常値との倍率算出という機能を用いて異常を識別しやすくしている。 In the present invention, a value obtained by dividing the spectrum of the frequency analysis result of the current waveform by the normal spectrum stored in advance is used as a magnification with respect to the normal value. As described above, the sideband generated around the power supply frequency is difficult to identify. However, in the present invention, it is easy to identify an abnormality by using a function of calculating a magnification with a normal value.
この電流診断装置においては、電流のスペクトルにおいて電源周波数FLの周りに軸の回転数frの側波帯FL±frが発生することに基づき、前記診断対象機器における前記回転系異常である、モータまたは前記負荷装置のアンバランス、あるいはカップリングのミスアライメントが発生したことを検出することができる。 In this current diagnostic device, the motor or the rotational system abnormality in the diagnostic target device is based on the occurrence of a sideband FL ± fr of the rotational frequency fr of the shaft around the power supply frequency FL in the current spectrum. It can be detected that an imbalance of the load device or a coupling misalignment has occurred.
また、電流診断装置は、前記フィルタリングによって限定された周波数範囲における平均的なスペクトルレベルを算出することで、前記誘導電動機の軸受の摩耗状態を判定するものであってもよい。転がり軸受の摩耗量と電流の所定周波数範囲におけるスペクトルのレベルとの間には相関がみられることから、このような電流診断装置によって異常を判定することができる。 The current diagnosis device may determine the wear state of the bearing of the induction motor by calculating an average spectral level in a frequency range limited by the filtering. Since there is a correlation between the amount of wear of the rolling bearing and the level of the spectrum in the predetermined frequency range of the current, abnormality can be determined by such a current diagnostic device.
また、電流診断装置においては、前記フィルタリングによって限定された周波数範囲における平均的なスペクトルのレベルとして、O/A値、RMS値および平均値のいずれかを算出することができる。 In the current diagnostic apparatus, any one of the O / A value, the RMS value, and the average value can be calculated as the average spectrum level in the frequency range limited by the filtering.
さらに、電流診断装置は、電源周波数FL±20Hzの周波数範囲における前記平均的なスペクトルレベルを算出するものであってもよい。電源周波数FL±20Hzのレベルにより、負荷設備(被駆動設備)の流体的異常を検出することができる。ちなみに、アンバランスやミスアライメントなどにおいては、回転周波数に応じて電動機の回転子が励振されるので(1回転につき1度振動する)、回転周波数の側帯波が発生する。また、振幅変調を受けるとその周波数が電源周波数FLのプラス側およびマイナス側で発生する。ところが、空気がバルブやフランジから負荷装置(ポンプ等)の流体内に入ることで流れが乱れたり、突然流量が変わったりすると周期性がなく、負荷変動の大きさがランダムで時間経過とともに変化するので、このような振幅変調を受けると電源周りに無数のスペクトルが上昇することになる(流体的異常)。 Furthermore, the current diagnostic apparatus may calculate the average spectral level in a frequency range of a power supply frequency FL ± 20 Hz. The fluid abnormality of the load equipment (driven equipment) can be detected by the level of the power supply frequency FL ± 20 Hz. Incidentally, in imbalance, misalignment, and the like, the rotor of the motor is excited according to the rotation frequency (vibrates once per rotation), and thus a sideband of the rotation frequency is generated. Further, when subjected to amplitude modulation, the frequency is generated on the plus side and the minus side of the power supply frequency FL. However, when air flows into the fluid of the load device (pump, etc.) from the valve or flange, the flow is disturbed or the flow rate suddenly changes, so there is no periodicity, and the magnitude of the load change is random and changes over time. Therefore, when such amplitude modulation is applied, an infinite number of spectra increase around the power supply (fluid abnormality).
また、本発明は、モータと該モータにより駆動される負荷装置およびこれら両者を接続するカップリングを含む診断対象機器を診断する診断方法であって、
前記モータの負荷電流を測定する工程と、
測定された負荷電流を、前記診断対象機器の診断項目に対応する周波数範囲に応じてフィルタリングする工程と、
フィルタリングされた電流波形を周波数解析する工程と、
該周波数解析結果から、前記モータの電源周波数レベルと前記診断対象機器の回転周波数側波帯レベルの差異を算出し、該算出された差異値を第1の判定基準に照合し、該照合した結果に基づいて、前記診断対象機器における回転系異常の有無を判定する工程と、
前記電流波形の周波数解析結果のスペクトルを、予め格納されている正常時スペクトルで除した値を正常値に対する倍率として算出し出力する工程と、
前記診断対象機器における流体的異常と前記倍率との間における相関に基づき設定された第2の判定基準に前記倍率を照合し、該照合した結果に基づいて、前記流体的異常の有無を判定する工程と、
前記周波数解析結果の、フィルタリングによって限定された周波数範囲における平均的なスペクトルレベルを求める工程と、
前記診断対象機器を構成する軸受の異常と該異常の有無による前記スペクトルレベルの変化の大きさとの間における相関に基づき設定された第3の判定基準に前記スペクトルレベルを照合し、該照合した結果に基づいて、前記軸受に由来する軸受由来異常の有無を判定する工程と、
前記判定結果および該判定結果に対応した告知内容のうち少なくとも一つを出力する工程と、
を含む、というものである。
Further, the present invention is a diagnostic method for diagnosing a diagnosis target device including a motor, a load device driven by the motor, and a coupling connecting both of them,
Measuring the load current of the motor;
Filtering the measured load current according to the frequency range corresponding to the diagnostic item of the diagnostic target device;
Frequency analyzing the filtered current waveform;
The difference between the power supply frequency level of the motor and the rotational frequency sideband level of the diagnosis target device is calculated from the frequency analysis result, the calculated difference value is checked against the first determination criterion, and the checking result is A step of determining the presence or absence of a rotating system abnormality in the diagnostic target device, based on
Calculating and outputting a value obtained by dividing the spectrum of the frequency analysis result of the current waveform by the normal spectrum stored in advance as a magnification with respect to the normal value;
The magnification is checked against a second determination criterion set based on the correlation between the fluid abnormality in the diagnosis target device and the magnification, and the presence / absence of the fluid abnormality is determined based on the comparison result. Process,
Obtaining an average spectral level of the frequency analysis result in a frequency range limited by filtering;
A result of collating the spectral level with a third criterion set based on a correlation between an abnormality of a bearing constituting the diagnosis target device and a magnitude of a change in the spectral level due to the presence or absence of the abnormality. A step of determining the presence or absence of a bearing-derived abnormality derived from the bearing,
Outputting at least one of the determination result and the notification content corresponding to the determination result;
Is included.
本発明によれば、診断対象機器から離れた場所で診断用のデータを収集して当該機器の異常診断を行うことができ、尚かつ、異常検出能力を向上させ、どの機器で異常が生じているか明確に診断できるようにすることができる。 According to the present invention, it is possible to collect diagnostic data at a location away from the device to be diagnosed to perform abnormality diagnosis of the device, and to improve abnormality detection capability so that any device has an abnormality. Can be clearly diagnosed.
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.
図1に、電流診断装置1の構成例を示す。この電流診断装置1は、クランプ電流計(電流測定手段)2、電流データ収録デバイス3、コンピュータ10によって構成されている。クランプ電流計2は、電源盤などに設置されて電流波形等の電流データを収集する。電流データ収録デバイス3は、クランプ電流計2が収集した電流データを収録する。コンピュータ10は、電流波形解析ソフトを有しており、電流データ収録デバイス3に収録された電流データの解析とその結果の出力を行う。 FIG. 1 shows a configuration example of the current diagnostic apparatus 1. The current diagnostic apparatus 1 includes a clamp ammeter (current measuring means) 2, a current data recording device 3, and a computer 10. The clamp ammeter 2 is installed on a power panel or the like and collects current data such as a current waveform. The current data recording device 3 records the current data collected by the clamp ammeter 2. The computer 10 has current waveform analysis software, and analyzes the current data recorded in the current data recording device 3 and outputs the result.
図2に、電流診断装置1による診断対象機器100の一例を示す。この診断対象機器100は、コンクリート基礎140の上に設置されたモータ(誘導電動機)110と、該モータ110により駆動されるポンプ(負荷装置の一例)120と、これらモータ110およびポンプ120を接続するカップリングと、を含む。モータ110は、固定子112と回転子114を含む。回転子114は、軸受160によって支持された回転軸130を回転させる。この回転軸130の一端には、ポンプ120を構成する揚水用の羽根170が取り付けられている。回転軸130は、モータ110とポンプ120を接続するカップリングとして機能する。また、回転子114には、異常試験等の際、必要に応じてフライホイール150が取り付けられるようになっている。 In FIG. 2, an example of the diagnostic object apparatus 100 by the electric current diagnostic apparatus 1 is shown. The diagnosis target device 100 connects a motor (induction motor) 110 installed on a concrete foundation 140, a pump (an example of a load device) 120 driven by the motor 110, and the motor 110 and the pump 120. Coupling. The motor 110 includes a stator 112 and a rotor 114. The rotor 114 rotates the rotating shaft 130 supported by the bearing 160. One end of the rotary shaft 130 is attached with a pumping blade 170 constituting the pump 120. The rotating shaft 130 functions as a coupling that connects the motor 110 and the pump 120. Further, a flywheel 150 is attached to the rotor 114 as necessary during an abnormality test or the like.
図3Aに、コンピュータ10等の機能を表すブロック図を示す。コンピュータ10には予め、電流波形解析ソフト等を含む診断プログラムが格納されている。該診断プログラムにより、コンピュータ10(のCPU)は、フィルタリング手段12、周波数解析手段14、包絡線処理手段16、正常時スペクトル格納手段18、倍率算出手段20、回転系異常判定手段22、スペクトルレベル算出手段24、流体的異常判定手段26、軸受由来異常判定手段28の各手段として機能する。また、コンピュータ10は、表示手段30に診断結果を表示させる。 FIG. 3A is a block diagram showing functions of the computer 10 and the like. The computer 10 stores in advance a diagnostic program including current waveform analysis software and the like. According to the diagnostic program, the computer 10 (CPU) performs filtering means 12, frequency analyzing means 14, envelope processing means 16, normal spectrum storing means 18, magnification calculating means 20, rotating system abnormality determining means 22, and spectral level calculation. It functions as means 24, fluid abnormality determination means 26, and bearing-derived abnormality determination means 28. Further, the computer 10 causes the display unit 30 to display the diagnosis result.
フィルタリング手段12は、診断対象機器100の診断項目に用いるための周波数範囲をフィルタリングにより決定する。周波数範囲は、例えば、0〜200Hzの範囲、1k〜2kHzの範囲、等である。 The filtering unit 12 determines a frequency range to be used for a diagnosis item of the diagnosis target device 100 by filtering. The frequency range is, for example, a range of 0 to 200 Hz, a range of 1 k to 2 kHz, and the like.
包絡線処理手段16は、フィルタリング手段12でフィルタリングされた電流波形に包絡線処理(エンベロープ処理)を施し、包絡線検波後データを生成する。 The envelope processing unit 16 performs envelope processing (envelope processing) on the current waveform filtered by the filtering unit 12 to generate data after envelope detection.
周波数解析手段14は、フィルタリング手段12でフィルタリングされた電流波形、および包絡線処理手段16によって包絡線処理が施された包絡線検波後データを周波数解析する。周波数解析手段14によって周波数解析された信号は、倍率算出手段20、回転系異常判定手段22およびスペクトルレベル算出手段24へと送信される。また、診断対象機器100の正常時における周波数解析信号は、正常時スペクトル格納手段18において格納される。 The frequency analysis unit 14 performs frequency analysis on the current waveform filtered by the filtering unit 12 and the data after envelope detection subjected to the envelope processing by the envelope processing unit 16. The signal subjected to frequency analysis by the frequency analysis unit 14 is transmitted to the magnification calculation unit 20, the rotation system abnormality determination unit 22, and the spectrum level calculation unit 24. Further, the frequency analysis signal when the diagnosis target device 100 is normal is stored in the normal spectrum storage means 18.
倍率算出手段20は、周波数解析手段14によって周波数解析された電流波形信号のスペクトルを、予め格納されている正常時スペクトルで除し、正常値に対する倍率を算出する。スロット通過周波数周りに発生する側波帯を識別するという従来手法は識別が難しいのに対し、正常値に対する倍率を用いる電流診断装置1によれば、異常の識別が行いやすく、とくに異常状態が軽微なときにこれは顕著である。 The magnification calculation means 20 divides the spectrum of the current waveform signal frequency-analyzed by the frequency analysis means 14 by the normal spectrum stored in advance, and calculates the magnification for the normal value. While the conventional method of identifying sidebands generated around the slot passing frequency is difficult to identify, according to the current diagnostic apparatus 1 using the magnification with respect to the normal value, it is easy to identify the abnormality, and particularly the abnormal state is slight. This is especially true.
回転系異常判定手段22は、周波数解析手段14による周波数解析結果から、モータ110の電源周波数レベルと診断対象機器100の回転周波数側波帯レベルの差異を算出し、該算出された差異値を第1の判定基準に照合し、該照合した結果に基づいて、診断対象機器100における回転系異常の有無を判定する。 The rotation system abnormality determination means 22 calculates the difference between the power supply frequency level of the motor 110 and the rotation frequency sideband level of the diagnosis target device 100 from the frequency analysis result by the frequency analysis means 14, and uses the calculated difference value as the first difference value. 1 is compared with the determination criterion 1, and the presence or absence of a rotating system abnormality in the diagnosis target device 100 is determined based on the comparison result.
ここで、回転系異常とは、回転系における異常をいう。具体的には、後述するような、心ずれ(オフセットミスアライメント)、面ずれ(アングルミスアライメント)、それら心ずれ及び面ずれの合成という形で生じるカップリングのミスアライメントが該当する(図3B参照)。回転系異常のような機械的な異常がモータ110やポンプ120(またはファンなど)に発生すると回転軸130が変動し、モータ110の回転子114が変動する。これによって、カップリングを介してモータ110の回転子114が振動するので、電磁力が変化して電流波形が変化する。 Here, the rotation system abnormality means an abnormality in the rotation system. Specifically, the misalignment of the coupling that occurs in the form of misalignment (offset misalignment), surface misalignment (angle misalignment), and misalignment and surface misalignment as described later (see FIG. 3B). ). When a mechanical abnormality such as a rotation system abnormality occurs in the motor 110 or the pump 120 (or a fan or the like), the rotating shaft 130 changes, and the rotor 114 of the motor 110 changes. As a result, the rotor 114 of the motor 110 vibrates via the coupling, so that the electromagnetic force changes and the current waveform changes.
第1の判定基準は、モータ110の電源周波数レベルと回転周波数側波帯レベルの差異による診断のために設定された判定基準である。第1の判定基準の一例を図22に示す。第1の判定基準は、対象とする周波数範囲、診断方法、基準値(判定内容の基準)、さらには、判定結果に対応しており必要に応じて告知される告知内容である異常診断コメントを定めたものである。 The first criterion is a criterion set for diagnosis based on the difference between the power frequency level of the motor 110 and the rotational frequency sideband level. An example of the first determination criterion is shown in FIG. The first determination criteria are the target frequency range, diagnosis method, reference value (determination content criteria), and abnormality diagnosis comments that correspond to the determination results and are notified as necessary. It is determined.
異常診断コメントには、異常時や注意時に伝えるべきコメントばかりでなく、良好時にその旨を伝えるコメントが含まれていてもよい(図22参照)。あるいは、良好時にはコメントを示さないことによって異常等がないことを示すこともできる。以上については、後述する第2の判定基準(図23)、第3の判定基準(図24)についても同様である。 The abnormality diagnosis comment may include not only a comment to be transmitted at the time of abnormality or attention, but also a comment to that effect when it is good (see FIG. 22). Alternatively, it can be shown that there is no abnormality or the like by not showing a comment when good. The same applies to the second determination criterion (FIG. 23) and the third determination criterion (FIG. 24) described later.
スペクトルレベル算出手段24は、周波数解析手段14による周波数解析結果の、フィルタリング手段12のフィルタリングによって限定された周波数範囲におけるスペクトルレベルを求める。スペクトルのレベルとしては、O/A値(オーバーオール値:FFT分析された各周波数のパワースペクトル(Y軸値)の積和)を算出することができる。O/A値の代わりとして、RMS値(実効値)、平均値を算出することもできる。 The spectrum level calculation unit 24 obtains the spectrum level in the frequency range limited by the filtering of the filtering unit 12 of the frequency analysis result by the frequency analysis unit 14. As the spectrum level, an O / A value (overall value: sum of products of power spectra (Y-axis values) of each frequency subjected to FFT analysis) can be calculated. As an alternative to the O / A value, an RMS value (effective value) and an average value can also be calculated.
流体的異常判定手段26は、倍率算出手段20によって算出された倍率を、第2の判定基準に照合し、該照合した結果に基づいて診断対象機器100における流体的異常の有無を判定する。 The fluid abnormality determination unit 26 collates the magnification calculated by the magnification calculation unit 20 with the second determination criterion, and determines whether there is a fluid abnormality in the diagnosis target device 100 based on the comparison result.
流体的異常とは、例えばポンプの流体内に空気が入り込むことによって流れが乱れるといったような、負荷装置の流体を通じて生じうる異常をいう。流体的異常がモータ110やポンプ120(またはファンなど)等において発生すると回転軸130が変動し、モータ110の回転子が変動する。これによって、回転軸(カップリング)130を介してモータ110の回転子114が振動するので、これにより電磁力が変化して電流波形が変化する。 The fluid abnormality is an abnormality that can occur through the fluid of the load device, for example, the flow is disturbed when air enters the fluid of the pump. When a fluid abnormality occurs in the motor 110, the pump 120 (or a fan, etc.), the rotating shaft 130 changes, and the rotor of the motor 110 changes. As a result, the rotor 114 of the motor 110 vibrates via the rotating shaft (coupling) 130, so that the electromagnetic force changes and the current waveform changes.
第2の判定基準は、診断対象機器100における流体的異常と上述の倍率との間における相関に基づき設定された判定基準である。また、第2の判定基準は、判定基準に照合した判定結果に対応しており必要に応じて告知される異常診断コメント(告知内容)を定めていてもよい。第2の判定基準の一例を図23に示す。 The second determination criterion is a determination criterion set based on the correlation between the fluid abnormality in the diagnosis target device 100 and the magnification described above. Further, the second determination criterion may define an abnormality diagnosis comment (notification content) that corresponds to the determination result collated with the determination criterion and is notified as necessary. An example of the second determination criterion is shown in FIG.
軸受由来異常判定手段28は、スペクトルレベル算出手段24から送信されたスペクトルレベルを第3の判定基準(図24参照)に照合し、該照合した結果に基づいて、診断対象機器100を構成する軸受160の異常に由来する軸受由来異常の有無を判定する。 The bearing-derived abnormality determination unit 28 collates the spectrum level transmitted from the spectrum level calculation unit 24 with a third determination criterion (see FIG. 24), and based on the collation result, the bearing constituting the diagnosis target device 100. The presence / absence of a bearing-derived abnormality resulting from 160 abnormality is determined.
第3の判定基準は、軸受160の異常と、該異常の有無によるスペクトルレベルの変化の大きさ(換言すれば、軸受160の異常時のスペクトルレベルと軸受160の正常時のスペクトルレベルとの差)との間における相関に基づき設定された判定基準である。第3の判定基準の一例を図24に示す。また、第3の判定基準は、判定基準に照合した判定結果に対応しており必要に応じて告知される異常診断コメント(告知内容)を定めていてもよい。 The third criterion is the abnormality of the bearing 160 and the magnitude of the change in the spectrum level due to the presence or absence of the abnormality (in other words, the difference between the spectrum level when the bearing 160 is abnormal and the spectrum level when the bearing 160 is normal). ) Is a determination criterion set based on the correlation with. An example of the third determination criterion is shown in FIG. In addition, the third determination criterion may define an abnormality diagnosis comment (notification content) that corresponds to the determination result collated with the determination criterion and is notified as necessary.
ここで、第3の判定基準による判定について説明する。ここでは、転がり軸受160に摩耗が発生しているか否かを判定する。軸受摩耗が発生すると所定の周波数領域(例えば、900〜1500Hzなど)のスペクトルレベルが上昇する。これは、軸受160が摩耗することで軸受内部のクリアランスが拡大され、軸が振れ回ることによってモータ110の回転子114が振れ回るからである。回転子114が振れ回ると固定子112との間の空間(エアギャップ)が変動するので、モータ110に働く電磁力が変動することで電流波形が変化する。この変動は、アンバランスやミスアライメントでは回転周波数による振幅変調を受けている変動であるため、電流スペクトルにおいて電源周波数周りに回転周波数の側帯波が発生する。ポンプ120の流体的な異常や軸受160の油ぎれなどは、変調のレベルと周波数がランダムなので、電源周波数周りに様々なスペクトルが発生する。軸受摩耗の場合、変動する周波数が高周波数なので電流波形に高周波数の信号が重畳され、電流波形の高周波数成分の上昇が見られるものと推察される。 Here, the determination based on the third determination criterion will be described. Here, it is determined whether or not the rolling bearing 160 is worn. When bearing wear occurs, the spectral level in a predetermined frequency region (for example, 900 to 1500 Hz) increases. This is because when the bearing 160 is worn, the clearance inside the bearing is expanded, and the rotor 114 of the motor 110 is swung around when the shaft is swung around. When the rotor 114 swings around, the space (air gap) between the stator 112 and the stator 112 fluctuates, so that the current waveform changes as the electromagnetic force acting on the motor 110 fluctuates. This fluctuation is a fluctuation that has undergone amplitude modulation due to the rotational frequency in unbalance or misalignment, and therefore, a sideband of the rotational frequency is generated around the power supply frequency in the current spectrum. The fluid level abnormality of the pump 120, the oil leakage of the bearing 160, and the like, since the modulation level and frequency are random, various spectra are generated around the power supply frequency. In the case of bearing wear, since the fluctuating frequency is high, it is assumed that a high frequency signal is superimposed on the current waveform, and an increase in the high frequency component of the current waveform is observed.
表示手段30は、回転系異常判定手段22による判定結果、流体的異常判定手段26による判定結果、および軸受由来異常判定手段28による判定結果、並びに該判定結果に対応した対策の告知内容である異常診断コメントを出力して表示する。表示手段30は、当該コンピュータ10を含むデバイス(パソコン等)用のディスプレイでもよいし、プロジェクターでもよい。あるいは、遠隔地へ出力を送信して表示するデバイス等であってもよい。なお、上述したように、良好時にその旨を伝えるコメントを表示する場合には、第1〜第3の判定基準のそれぞれに対応した3つの異常診断コメントが出力される。一方、良好時にはコメントを示さない仕様であれば、異常時には少なくとも一つの異常診断コメントが出力される。 The display means 30 is an abnormality that is a determination result by the rotation system abnormality determination means 22, a determination result by the fluid abnormality determination means 26, a determination result by the bearing-derived abnormality determination means 28, and a notification content of countermeasures corresponding to the determination result. Output and display diagnostic comments. The display means 30 may be a display for a device (such as a personal computer) including the computer 10 or a projector. Or the device etc. which transmit and display an output to a remote place may be sufficient. Note that, as described above, when a comment indicating that is good when it is displayed, three abnormality diagnosis comments corresponding to each of the first to third determination criteria are output. On the other hand, if the specification does not indicate a comment when the condition is good, at least one abnormality diagnosis comment is output when the condition is abnormal.
[電流診断装置1による診断の概要]
図4A等に示すグラフ等を用いながら、本実施形態の電流診断装置1による診断について説明する。
[Outline of diagnosis by current diagnosis device 1]
The diagnosis by the current diagnosis apparatus 1 of the present embodiment will be described using the graph shown in FIG. 4A and the like.
ここで、用語について説明しておく。アンバランスとは、回転部(例えばポンプやファンの羽根)にスケール付着や破損、摩耗などが発生することで、バランス状態が狂い遠心力による振動が発生することを言う。生産現場で発生する最もポピュラーな異常振動現象である。ちなみに、回転物にはどれでもある程度のアンバランスはあるが、ここでは許容できないものをアンバランスということにする。 Here, the terms are explained. Unbalance means that a scale is attached, damaged, worn, or the like on a rotating part (for example, a blade of a pump or a fan), resulting in an unbalanced state and vibration due to centrifugal force. It is the most popular abnormal vibration phenomenon that occurs at production sites. By the way, any rotating object has some degree of unbalance, but here, unacceptable is called unbalance.
また、カップリングのミスアライメントには、心ずれ(オフセットミスアライメント)、面ずれ(アングルミスアライメント)、それら心ずれ及び面ずれの合成、の3種類がある(図3B参照)。施工不良の場合や運転中の温度上昇による軸の伸びや変形などによりミスアライメントになる場合があり、異常振動を発生する。 There are three types of coupling misalignment: misalignment (offset misalignment), surface misalignment (angle misalignment), and a combination of these misalignment and surface misalignment (see FIG. 3B). Misalignment may occur due to poor construction or shaft elongation or deformation due to temperature rise during operation, causing abnormal vibration.
<カップリングミスアライメント>
カップリングミスアライメントなどの異常に対し、電源周波数(FL)周りの回転周波数(fr)側帯波(当該側波帯の周波数は、FL±fr)が発生する(図4A参照)。これは、電流波形が回転周波数による軽微な振幅変調を受けることによる。
<Coupling misalignment>
In response to an abnormality such as coupling misalignment, a rotation frequency (fr) sideband around the power supply frequency (FL) is generated (the frequency of the sideband is FL ± fr) (see FIG. 4A). This is because the current waveform is subjected to slight amplitude modulation by the rotation frequency.
図5に、図4Aの電流スペクトルを縦軸に測定した電流スペクトルを正常時の電流スペクトルで除した倍率、横軸に周波数で表したデータを表す。図4Aに比べて側帯波の発生が明瞭に表示できている。これにより、側帯波の発生有無を確認する。 FIG. 5 shows the data obtained by dividing the current spectrum of the current spectrum of FIG. 4A on the vertical axis by the normal current spectrum and the frequency on the horizontal axis. Compared to FIG. 4A, the generation of sideband waves can be clearly displayed. Thereby, the presence or absence of the generation of sidebands is confirmed.
<アンバランス>
アンバランス発生時も同様に、電源周波数(FL)周りの回転周波数(fr)側帯波(当該側波帯の周波数は、FL±fr)が発生し異常の程度と相関があることから、本実施形態では判定基準を策定した。
<Unbalance>
Similarly, when an imbalance occurs, the rotation frequency (fr) sideband around the power supply frequency (FL) (the frequency of the sideband is FL ± fr) is generated and correlated with the degree of abnormality. Judgment criteria were formulated in the form.
ここで、アンバランス発生時も同様に、電源周波数(FL)周りの回転周波数(fr)側帯波(当該側波帯の周波数は、FL±fr)が発生し異常の程度と相関があるとすることの根拠は以下のとおりである。図4Bは、アンバランス試験時のアンバランス量とFL±fr側帯波レベルとの関係を示したものである。回転部(回転子114)に錘(フライホイール150等)をつけてアンバランス量を増やしていくと、電源周波数FL周りの回転周波数frの側帯波(FL±fr)レベルが上昇することがわかり、アンバランス異常の程度と前記側帯波レベルとは相関があることが分かる。 Here, similarly, when an imbalance occurs, a rotation frequency (fr) sideband around the power supply frequency (FL) (the frequency of the sideband is FL ± fr) is generated and correlated with the degree of abnormality. The grounds for this are as follows. FIG. 4B shows the relationship between the unbalance amount and the FL ± fr sideband level during the unbalance test. When the weight (flywheel 150, etc.) is attached to the rotating part (rotor 114) and the unbalance amount is increased, the sideband (FL ± fr) level of the rotating frequency fr around the power supply frequency FL increases. It can be seen that there is a correlation between the degree of imbalance abnormality and the sideband level.
図4Cは、同じアンバランス試験時のデータに基づき、アンバランス量と振動速度値レベルとの関係を示したものである。回転機械の状態監視において、同ポンプに適用される振動速度判定基準では、4.0mm/s未満では良好、4.0mm/s以上8.0mm/s未満では注意、8.0mm/s以上16.0mm/s未満では悪化、16.0mm/s以上では危険と判定される。 FIG. 4C shows the relationship between the unbalance amount and the vibration speed value level based on the same unbalance test data. When monitoring the condition of rotating machinery, the vibration speed criterion applied to the pump is good if it is less than 4.0 mm / s, careful if it is 4.0 mm / s or more and less than 8.0 mm / s, or 8.0 mm / s or more but less than 16.0 mm / s. In case of 16.0mm / s or more, it is judged as dangerous.
<アンバランス判定基準>
モータ110や軸受160などといった回転機械を、振動診断技術によって状態監視する場合の診断基準の一例(以下「AMD速度判定基準」という。)を図6に示す。また、図7に、アンバランス時の電流波形の側波帯のスペクトルレベル[dB]と振動速度値[mm/sec]の関係の一例を示す。ここでは、容量15kWのモータにおいてアンバランスを発生させた場合の振動速度のO/A値[mm/s]を横軸とし、電流スペクトルにおける電源周波数FL±回転周波数frのレベルと電源周波数レベルの差[dB]を縦軸として示している。
<Unbalance criteria>
FIG. 6 shows an example of diagnostic criteria (hereinafter referred to as “AMD speed determination criteria”) when the state of a rotating machine such as the motor 110 or the bearing 160 is monitored by vibration diagnostic technology. FIG. 7 shows an example of the relationship between the spectral level [dB] of the sideband of the current waveform during unbalance and the vibration speed value [mm / sec]. Here, the horizontal axis represents the O / A value [mm / s] of the vibration speed when imbalance is generated in a motor of 15 kW capacity, and the level of the power frequency FL ± rotational frequency fr and the level of the power frequency in the current spectrum. The difference [dB] is shown as the vertical axis.
これらの図の内容(とくに図7の内容)に着目すると、電流波形の側波帯スペクトルレベルが、当該モータの異常の程度と相関があることが見出される。すなわち、電流波形の側波帯のスペクトルレベルが上がるにつれ、異常の程度を表す一要素である振動速度値も上がることが見てとれる。そこで、この電流波形スペクトルを利用した判定基準の策定を試みる。このモータにおける振動管理基準は、2mm/s以下は良好、4〜8mm/sは注意、8mm/s〜16mm/sで悪化、16mm/s以上で危険である(図6参照)。これを、図7中に●で示すFL+frの関係に適用すると、振動速度値が4mm/sに対応するのは約−70dBであり、8mm/sに対応するのは約−65dBである。そこで、振動速度値を用いた振動診断の代わりに、電流波形の側波帯スペクトルレベルを用い、電源周波数レベルと側帯波レベルの差が70dB以上であれば良好、70〜65dBで注意、65dB以下で異常と判定することができる。このように、本実施形態の電流診断装置1においては、電源周波数周りの回転周波数の側帯波レベルと電源周波数レベルとの差異を求め、診断対象機器100の診断をすることができる。 When attention is paid to the contents of these figures (particularly, the contents of FIG. 7), it is found that the sideband spectrum level of the current waveform is correlated with the degree of abnormality of the motor. In other words, it can be seen that as the spectrum level of the sideband of the current waveform increases, the vibration speed value, which is one element representing the degree of abnormality, also increases. Therefore, an attempt is made to formulate a criterion using this current waveform spectrum. The vibration management standard for this motor is 2 mm / s or less is good, 4 to 8 mm / s is careful, 8 mm / s to 16 mm / s deteriorates, and 16 mm / s or more is dangerous (see FIG. 6). When this is applied to the relationship of FL + fr indicated by ● in FIG. 7, the vibration speed value corresponds to 4 mm / s is about −70 dB, and that corresponding to 8 mm / s is about −65 dB. Therefore, instead of vibration diagnosis using the vibration velocity value, use the sideband spectrum level of the current waveform, good if the difference between the power supply frequency level and the sideband level is 70 dB or more, be careful at 70 to 65 dB, 65 dB or less Can be determined as abnormal. Thus, in the current diagnostic device 1 of the present embodiment, the diagnosis target device 100 can be diagnosed by obtaining the difference between the sideband level of the rotation frequency around the power supply frequency and the power supply frequency level.
ここまで説明した本実施形態の電流診断装置1の特徴についてまとめれば以下のとおりである。 The characteristics of the current diagnostic apparatus 1 of the present embodiment described so far are summarized as follows.
(1)電流のスペクトルにおいて電源周波数の周りに生じる側帯波のレベルと異常の劣化度との相関を見出し、判定基準を策定し、この判定基準に基づき診断対象機器100の診断をする。これによれば、振動診断の代わりに電流診断を行うことが可能となるため、こうした判定基準の策定により、現場での状態監視が可能となる。 (1) The correlation between the level of the sideband generated around the power supply frequency and the degree of abnormality deterioration is found in the current spectrum, a determination criterion is established, and the diagnosis target device 100 is diagnosed based on this determination criterion. According to this, since current diagnosis can be performed instead of vibration diagnosis, it is possible to monitor the state at the site by formulating such a determination criterion.
(2)従来のスロット通過周波数周りに発生する側帯波は非常に識別しづらいので、倍率算出手段20を用いて正常値に対する倍率を表示という機能を用いている。これにより、正常時と比較して異常時の変化量を倍率表示(スペクトル)することで、S/N比および視認性が向上するため、異常が識別しやすい。また、電源周波数周りにおいても、異常状態が軽微な時に識別しやすい様に倍率表示を用いている。 (2) Since the sideband generated around the conventional slot passing frequency is very difficult to discriminate, the magnification calculating means 20 is used to display the magnification relative to the normal value. Thereby, since the S / N ratio and the visibility are improved by displaying the amount of change at the time of abnormality (spectrum) as compared with the normal time, it is easy to identify the abnormality. In addition, a magnification display is used around the power supply frequency so that it can be easily identified when the abnormal state is slight.
(3)転がり軸受160など、診断対象機器における回転機器の摩耗現象を特定の周波数範囲(例えば、900〜1500Hz)のレベルによって診断可能としている。従来はなかった診断方法であり、判定基準を策定した。 (3) The wear phenomenon of the rotating equipment in the diagnosis target equipment such as the rolling bearing 160 can be diagnosed by a level in a specific frequency range (for example, 900 to 1500 Hz). This is a diagnostic method that did not exist before, and a criterion was formulated.
(4)電源周波数±20Hzのレベルにより、負荷装置(ポンプ)の流体的異常を検出することができる。これも従来になかった診断法であり、判定基準を策定した。 (4) The fluid abnormality of the load device (pump) can be detected by the level of the power supply frequency ± 20 Hz. This is also a diagnostic method that was not available in the past, and criteria were formulated.
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。 The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
ここで、本発明者は、本実施形態の電流診断装置1を各種診断に適用することについて試験した。以下、実施例として説明する。 Here, this inventor tested about applying the electric current diagnostic apparatus 1 of this embodiment to various diagnoses. Hereinafter, it demonstrates as an Example.
<アライメント判定基準>
Pruftechnik(プルーフテクニック)社のカップリングの回転数1800rpmにおけるアライメント許容値は、
・オフセット:許容可0.08mm、優秀0.05mm
・アングル:許容可0.05mm、優秀0.03mm<カップリング直径160mmにおける面開き>
であり、本試験機に用いたカップリングは160mmなので、アングルの「許容可」は0.08mm、「優秀」は0.048mmである。このカップリングに対し、様々にミスアライメントの異常程度を変化させた場合に、本実施形態の電流診断装置1を用いた試験を行った。その結果を図8、図9に示す。
<Alignment criteria>
The alignment tolerance at 1800 rpm for the coupling of Pruftechnik Co.
・ Offset: Acceptable 0.08mm, Excellent 0.05mm
・ Angle: Acceptable 0.05mm, Excellent 0.03mm <Surface opening at coupling diameter 160mm>
Since the coupling used in this testing machine is 160 mm, the “acceptable” angle is 0.08 mm and the “excellent” is 0.048 mm. A test using the current diagnostic apparatus 1 of the present embodiment was performed when the degree of misalignment abnormality was variously changed for this coupling. The results are shown in FIGS.
図8は、カップリングの心ずれによるオフセットミスアライメント時の電流側帯波レベルを示すグラフであり、図9は、面ずれによるアングルミスアライメント時の電流側帯波レベルを示すグラフである。これら図8、図9に示すように、オフセットミスアライメント、アングルミスアライメントとも、電源周波数レベルと側帯波レベルの差が70dB以上では良好であるが、アライメント許容値に対応する電流側波帯レベル差(例えば70dB)以下では許容値を超える事になる。 FIG. 8 is a graph showing the current sideband level during offset misalignment due to coupling misalignment, and FIG. 9 is a graph showing the current sideband level during angle misalignment due to surface misalignment. As shown in FIGS. 8 and 9, both the offset misalignment and the angle misalignment are good when the difference between the power supply frequency level and the sideband level is 70 dB or more, but the current sideband level difference corresponding to the alignment allowable value. Below (for example, 70 dB), the allowable value is exceeded.
<軸受摩耗判定基準>
一般に、転がり軸受の潤滑状態が劣化すると転動体(玉やころ)と内輪や外輪の転送面に摩耗が発生する。転がり軸受の摩耗が進行するとガタを生じてしまい保持器の損傷による軸受破損に至ることがあり、さらに、エアギャップに近い振幅にまで振動すると回転子114と固定子112が接触して短絡し、突発停止に至ることがある。
<Bearing wear criteria>
Generally, when the lubrication state of the rolling bearing deteriorates, wear occurs on the rolling elements (balls and rollers) and the transfer surfaces of the inner ring and the outer ring. When wear of the rolling bearing progresses, rattling may occur and the bearing may be damaged due to damage to the cage. Further, when the vibration is vibrated to an amplitude close to the air gap, the rotor 114 and the stator 112 are contacted and short-circuited, Sudden stoppage may occur.
ここで、本発明者は、転がり軸受の摩耗判定基準の策定を試みた。同じ軸受の内輪の厚みを50μm、100μm、150μm、200μm摩耗させた場合の電流スペクトルを計測する試験を実施し、各摩耗時の様々な周波数範囲の電流スペクトルのレベルを正常時スペクトルと比較した。図10は、転がり軸受摩耗時と正常時の電流スペクトル比較を示すグラフであり、図11は、転がり軸受摩耗量と900〜1500Hzの電流スペクトルレベルの関係を示すグラフである。 Here, the present inventor tried to formulate the wear judgment criteria of the rolling bearing. A test was conducted to measure the current spectrum when the inner ring thickness of the same bearing was worn by 50 μm, 100 μm, 150 μm, and 200 μm, and the level of the current spectrum in various frequency ranges at each wear was compared with the normal spectrum. FIG. 10 is a graph showing a comparison of current spectra when the rolling bearing is worn and when it is normal, and FIG. 11 is a graph showing a relationship between the amount of wear of the rolling bearing and a current spectrum level of 900 to 1500 Hz.
この結果、900〜1,500Hzの電流スペクトルレベルに着目することで、転がり軸受の摩耗を診断する事ができることが確認された。 As a result, it was confirmed that the wear of the rolling bearing can be diagnosed by focusing on the current spectrum level of 900 to 1,500 Hz.
<エア巻き込みの検出>
エア巻き込みの検出を試みた。図12はポンプ流量変化時における電流スペクトルの比較を示すグラフであり、図13はポンプ流量変化時における電流スペクトル正常時との倍率を示すグラフであり、図14はエア巻き込み時における電流スペクトルの比較を示すグラフであり、図15はエア巻き込み時における電流スペクトル正常時との倍率を示すグラフである。
<Detection of air entrainment>
Attempt to detect air entrainment. FIG. 12 is a graph showing a comparison of current spectra when the pump flow rate is changed, FIG. 13 is a graph showing a magnification with respect to the normal current spectrum when the pump flow rate is changed, and FIG. 14 is a comparison of current spectra when air is involved. FIG. 15 is a graph showing the magnification with respect to the normal current spectrum at the time of air entrainment.
なお、(流体への)エア巻き込みとは、フランジ部(配管通しのつなぎ目)のパッキン劣化や弁のグランドの劣化等により空気が混入する、あるいはレデューサ部において空気が流体に混入するといった事象のことである。流体にエアが巻き込まれると乱流となりポンプの性能などが落ちるなどの悪影響を及ぼす。 Air entrainment (to the fluid) refers to an event in which air is mixed in due to deterioration of the packing at the flange (joint of piping), deterioration of the valve gland, etc., or air is mixed into the fluid in the reducer. It is. When air is entrained in the fluid, it becomes turbulent and adversely affects the performance of the pump.
ポンプの流量変化(例えば、弁絞り40m3/Hr→16m3/Hr)や流体へのエア巻き込みを行うと電源周波数−20Hz 〜 電源周波数+20Hz領域のレベル上昇が見られた(倍率表示だとより顕著である)。 When the pump flow rate change (for example, valve throttle 40m 3 / Hr → 16m 3 / Hr) or when air is entrained in the fluid, an increase in the level in the range of power supply frequency -20Hz to power supply frequency + 20Hz was observed. Is remarkable).
<油切れの検出>
転がり軸受の潤滑油量を低下させて油ぎれ状態とした試験を行い、この時の電流スペクトルの計測を行った。図16は、軸受の油ぎれ時における電流スペクトルの比較を示すグラフであり、図17は、軸受の油ぎれ時における電流スペクトル正常時との倍率を示すグラフである。転がり軸受の潤滑不良時(例えば、油ぎれ)においても上述した実施例と同様に電源周波数−20Hz 〜 電源周波数+20Hz領域のレベル上昇が見られた。流体的異常の際は電源周波数周り±20Hz領域のレベルが上昇するのに対し、本実施例においては、転がり軸受の油ぎれにおいても同様に電源周波数周り±20Hz領域のレベルが上昇することが確認された。
<Detection of out of oil>
A test was carried out in which the amount of lubricating oil in the rolling bearing was reduced to make it oil-spilled, and the current spectrum at this time was measured. FIG. 16 is a graph showing a comparison of the current spectrum when the bearing is leaked, and FIG. 17 is a graph showing a magnification with respect to the normal current spectrum when the bearing is leaked. Even in the case of poor lubrication of the rolling bearing (for example, oil leakage), an increase in level in the region of power supply frequency −20 Hz to power supply frequency +20 Hz was observed as in the above-described embodiment. In the case of a fluid abnormality, the level in the ± 20 Hz region around the power supply frequency rises, whereas in this embodiment, it is confirmed that the level in the ± 20 Hz region around the power supply frequency rises in the same way even when the rolling bearing is oiled. It was done.
<モータ直結ファンのアンバランス>
図18は、モータ直結ファンのアンバランス時における電流スペクトルの比較を示すグラフであり、図19は、モータ直結ファンのアンバランス時における電流スペクトルの正常時との倍率を示すグラフである。また、図20は、モータ直結ファンのアンバランス時における電流波形をエンベロープ処理し、周波数分析したスペクトルの正常時との倍率を示すグラフである。
<Unbalance of motor direct fan>
FIG. 18 is a graph showing a comparison of current spectra when the motor direct connection fan is unbalanced, and FIG. 19 is a graph showing a magnification of the current spectrum when the motor direct connection fan is unbalanced with a normal state. FIG. 20 is a graph showing the magnification of the spectrum obtained by enveloping the current waveform when the motor-directly connected fan is unbalanced and performing frequency analysis.
本実施例5における具体的な仕様等は以下のとおりであった。
(設備仕様)
モータ容量:22kw
電源周波数(FL):50Hz
実回転周波数(fr):49.6Hz
FL+fr=99.6Hz
(振動診断結果)
振動測定を実施したところ、振動速度値9.0mm/secであり、AMD速度判定基準における悪化(Dゾーン)領域にあった。また、振動波形を周波数分析したところ、卓越周波数は回転周波数(fr)であり、ファンのアンバランスと判定された。
(電流診断結果)
本実施形態の電流診断装置1を用いて電流診断を実施したところ、電流スペクトルにて異常時FL+fr成分とFL成分とのレベル差が67.0dBであり、アンバランスであれば注意(Cゾーン)、ミスアライメントであれば許容値以上と判定された。
Specific specifications in Example 5 are as follows.
(Equipment specifications)
Motor capacity: 22kw
Power frequency (FL): 50Hz
Actual rotation frequency (fr): 49.6Hz
FL + fr = 99.6Hz
(Vibration diagnosis result)
When the vibration measurement was carried out, the vibration speed value was 9.0 mm / sec, which was in the deterioration (D zone) region in the AMD speed determination criteria. In addition, when the vibration waveform was subjected to frequency analysis, the dominant frequency was the rotation frequency (fr), and it was determined that the fan was unbalanced.
(Current diagnosis result)
When current diagnosis was performed using the current diagnosis device 1 of the present embodiment, the level difference between the FL + fr component and the FL component at the time of abnormality in the current spectrum is 67.0 dB, and if it is unbalanced, attention (C zone) If it was misalignment, it was determined to be greater than the allowable value.
ファンを停止して羽根の開放検査を実施したところ、羽根の表面にダストの付着が確認された。これによりアンバランスが発生していたと判断し、清掃を実施して再度運転を開始した。振動測定を実施したところ、振動速度値が2.6mm/sと良好域に低下した。また、本実施形態の電流診断装置1を用いた電流診断を実施したところ、清掃後は電流スペクトルにおけるFL+fr成分レベルが低下し、FL+frとFL成分とのレベル差が75.5dBとなり良好域となった。 When the fan was stopped and the blade was inspected for opening, dust was found to adhere to the surface of the blade. As a result, it was determined that an imbalance had occurred, cleaning was performed, and operation was started again. When the vibration measurement was performed, the vibration velocity value decreased to a favorable range of 2.6 mm / s. In addition, when current diagnosis was performed using the current diagnosis device 1 of the present embodiment, the level of FL + fr component in the current spectrum decreased after cleaning, and the level difference between FL + fr and FL component was 75.5 dB, which was a favorable range. .
モータ直結ファンのアンバランス時においても上述した実施例と同様に電源周波数±回転周波数の側波帯レベルの上昇が見られた。 Even when the motor direct fan was unbalanced, an increase in the sideband level of the power supply frequency ± the rotation frequency was observed as in the above-described embodiment.
<ファン(ベルト駆動)のアンバランス>
図21は、ファン(ベルト駆動)のアンバランス時における電流スペクトルの正常時との倍率を示すグラフである。本実施例6における具体的な仕様等は以下のとおりであった。
(設備仕様)
モータ容量:15kw
電源周波数(FL):50Hz
モータ実回転周波数(fr):24.0Hz
ファン実回転周波数(fr1):26.8Hz
FL±fr=26.0Hz、74.0Hz
(振動診断結果)
振動測定を実施したところ、振動速度値10.1mm/secでAMD速度判定基準における悪化(Dゾーン)領域と判定された。また、振動波形を周波数分析したところ、卓越周波数はfr1(ファン回転周波数)でファンのアンバランスと診断された。
(電流診断結果)
本実施形態の電流診断装置1を用いて電流診断を実施したところ、電流スペクトルにてFL−fr成分とFL成分とのレベル差が62.5dBであり、アンバランスであれば悪化(Dゾーン)領域、ミスアライメントであれば許容値以上と判定された。
<Fan (belt drive) imbalance>
FIG. 21 is a graph showing the magnification of the current spectrum when the fan (belt drive) is unbalanced. Specific specifications in Example 6 are as follows.
(Equipment specifications)
Motor capacity: 15kw
Power frequency (FL): 50Hz
Motor actual rotation frequency (fr): 24.0Hz
Fan actual rotation frequency (fr1): 26.8Hz
FL ± fr = 26.0Hz, 74.0Hz
(Vibration diagnosis result)
When the vibration measurement was performed, it was determined that the vibration speed value was 10.1 mm / sec and the area was deteriorated (D zone) in the AMD speed criterion. In addition, frequency analysis of the vibration waveform revealed that the dominant frequency was fr1 (fan rotation frequency), and the fan was unbalanced.
(Current diagnosis result)
When current diagnosis is performed using the current diagnosis device 1 of the present embodiment, the level difference between the FL-fr component and the FL component in the current spectrum is 62.5 dB, and if it is unbalanced, the deterioration (D zone) region If it is misalignment, it was determined to be greater than the allowable value.
ファン(ベルト駆動)のアンバランス時においても上述した実施例と同様に電源周波数±回転周波数側波帯レベルの上昇が見られた。 Even when the fan (belt drive) is unbalanced, an increase in power supply frequency ± rotational frequency sideband level was observed as in the above-described embodiment.
<判定基準>
上述した実施形態および各実施例の結果から策定するに至った判定基準の一例を、実施例7として図22〜図24に示す。上述した診断技術により、診断対象機器における異常レベルと連動する周波数帯域を見出したことにより、当該機器の状態を「良好」「注意」「異常」等に分別する事が可能な実用レベルの設備診断技術を確立した。
<Criteria>
An example of the determination standard that has been formulated from the above-described embodiment and the results of each example is shown as Example 7 in FIGS. By finding the frequency band linked to the abnormal level of the diagnosis target device by the above-mentioned diagnosis technology, the equipment diagnosis can be classified into “good”, “caution”, “abnormal”, etc. Established technology.
本発明者は、スロット周波数fc周りの側帯波レベルで判定する従来の診断法を検証した。以下、参考までにその結果を比較例1として記載する。ここでは、スロット周波数周りの範囲において検証した。 The present inventor has verified a conventional diagnostic method for determination at a sideband level around the slot frequency fc. Hereinafter, the result is described as Comparative Example 1 for reference. Here, it verified in the range around a slot frequency.
図25は、カップリングのミスアライメント時における電流スペクトルの比較を示すグラフであり、図26は、ミスアライメント時における電流スペクトルの正常時との倍率を示すグラフである。また、図27は、アングルミスアライメント量とスロット周波数fc周りの周波数の変化率を示すグラフである。図27では、横軸にアングルミスアライメント量[°]、縦軸に変化率(倍率値)をとった。 FIG. 25 is a graph showing a comparison of current spectra at the time of coupling misalignment, and FIG. 26 is a graph showing the magnification of the current spectrum at the time of misalignment with that at normal time. FIG. 27 is a graph showing the angle misalignment amount and the frequency change rate around the slot frequency fc. In FIG. 27, the horizontal axis represents the angle misalignment amount [°], and the vertical axis represents the rate of change (magnification value).
図27の内容からわかるとおり、異常の程度(異常レベル)と従来法で使用されているスロット周波数fc周りの周波数の変化率との間に相関は認められなかった。 As can be seen from the contents of FIG. 27, no correlation was observed between the degree of abnormality (abnormal level) and the rate of change of the frequency around the slot frequency fc used in the conventional method.
本発明は、モータと該モータにより駆動される負荷装置およびこれら両者を接続するカップリングにて構成される機器を診断する装置に適用して好適である。 The present invention is suitable for application to an apparatus for diagnosing a device constituted by a motor, a load device driven by the motor, and a coupling connecting both of them.
1…電流診断装置
2…クランプ電流計(電流測定手段)
3…電流データ収録デバイス
10…コンピュータ
12…フィルタリング手段
14…周波数解析手段
18…正常時スペクトル格納手段
20…倍率算出手段
22…回転系異常判定手段(第1の異常判定手段)
24…スペクトルレベル算出手段
26…流体的異常判定手段(第2の異常判定手段)
28…軸受由来異常判定手段(第3の異常判定手段)
30…表示手段(診断結果出力手段)
100…診断対象機器
110…モータ
120…ポンプ(負荷装置)
130…回転軸(カップリング)
160…軸受
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Current diagnostic apparatus 2 ... Clamp ammeter (current measuring means)
3 ... Current data recording device 10 ... Computer 12 ... Filtering means 14 ... Frequency analysis means 18 ... Normal spectrum storage means 20 ... Magnification calculation means 22 ... Rotational system abnormality determination means (first abnormality determination means)
24... Spectral level calculation means 26... Fluid abnormality determination means (second abnormality determination means)
28 ... Bearing-derived abnormality determination means (third abnormality determination means)
30: Display means (diagnosis result output means)
100 ... Diagnosis target device 110 ... Motor 120 ... Pump (load device)
130 ... Rotating shaft (coupling)
160 ... Bearing
Claims (6)
前記モータの負荷電流を測定する電流測定手段と、
前記診断対象機器の診断項目に対応する周波数範囲を決定するフィルタリング手段と、
該フィルタリング手段でフィルタリングされた電流波形を周波数解析する周波数解析手段と、
前記周波数解析手段による周波数解析結果から、前記モータの電源周波数レベルと前記診断対象機器の回転周波数側波帯レベルの差異を算出し、該算出された差異値を第1の判定基準に照合し、該照合した結果に基づいて、前記診断対象機器における回転系異常の有無を判定する第1の異常判定手段と、
前記電流波形の周波数解析結果のスペクトルを、予め格納されている正常時スペクトルで除した値を正常値に対する倍率として算出し出力する倍率算出手段と、
前記診断対象機器における流体的異常と前記倍率との間における相関に基づき設定された第2の判定基準に前記倍率を照合し、該照合した結果に基づいて、前記流体的異常の有無を判定する第2の異常判定手段と、
前記周波数解析手段による周波数解析結果の、フィルタリングによって限定された周波数範囲における平均的なスペクトルレベルを求めるスペクトルレベル算出手段と、
前記診断対象機器を構成する軸受の異常と該異常の有無による前記スペクトルレベルの変化の大きさとの間における相関に基づき設定された第3の判定基準に前記スペクトルレベルを照合し、該照合した結果に基づいて、前記軸受に由来する軸受由来異常の有無を判定する第3の異常判定手段と、
前記第1〜第3の異常判定手段による判定結果および該判定結果に対応した告知内容のうち少なくとも一つを出力する診断結果出力手段と、
を含む、電流診断装置。 A diagnostic device for diagnosing a diagnosis target device including a motor, a load device driven by the motor, and a coupling connecting both of them,
Current measuring means for measuring the load current of the motor;
Filtering means for determining a frequency range corresponding to a diagnostic item of the diagnostic target device;
Frequency analysis means for frequency analysis of the current waveform filtered by the filtering means;
From the frequency analysis result by the frequency analysis means, calculate the difference between the power supply frequency level of the motor and the rotational frequency sideband level of the diagnosis target device, and collate the calculated difference value with the first criterion. First abnormality determination means for determining presence or absence of a rotation system abnormality in the diagnosis target device based on the collated result;
A magnification calculation means for calculating and outputting a value obtained by dividing the spectrum of the frequency analysis result of the current waveform by a normal spectrum stored in advance as a magnification with respect to a normal value;
The magnification is checked against a second determination criterion set based on the correlation between the fluid abnormality in the diagnosis target device and the magnification, and the presence / absence of the fluid abnormality is determined based on the comparison result. A second abnormality determining means;
Spectral level calculation means for obtaining an average spectral level in a frequency range limited by filtering of the frequency analysis result by the frequency analysis means;
A result of collating the spectral level with a third criterion set based on a correlation between an abnormality of a bearing constituting the diagnosis target device and a magnitude of a change in the spectral level due to the presence or absence of the abnormality. A third abnormality determining means for determining the presence or absence of a bearing-derived abnormality derived from the bearing,
Diagnostic result output means for outputting at least one of the determination result by the first to third abnormality determination means and the notification content corresponding to the determination result;
A current diagnostic device.
前記モータの負荷電流を測定する工程と、
測定された負荷電流を、前記診断対象機器の診断項目に対応する周波数範囲に応じてフィルタリングする工程と、
フィルタリングされた電流波形を周波数解析する工程と、
該周波数解析結果から、前記モータの電源周波数レベルと前記診断対象機器の回転周波数側波帯レベルの差異を算出し、該算出された差異値を第1の判定基準に照合し、該照合した結果に基づいて、前記診断対象機器における回転系異常の有無を判定する工程と、
前記電流波形の周波数解析結果のスペクトルを、予め格納されている正常時スペクトルで除した値を正常値に対する倍率として算出し出力する工程と、
前記診断対象機器における流体的異常と前記倍率との間における相関に基づき設定された第2の判定基準に前記倍率を照合し、該照合した結果に基づいて、前記流体的異常の有無を判定する工程と、
前記周波数解析結果の、フィルタリングによって限定された周波数範囲における平均的なスペクトルレベルを求める工程と、
前記診断対象機器を構成する軸受の異常と該異常の有無による前記スペクトルレベルの変化の大きさとの間における相関に基づき設定された第3の判定基準に前記スペクトルレベルを照合し、該照合した結果に基づいて、前記軸受に由来する軸受由来異常の有無を判定する工程と、
前記判定結果および該判定結果に対応した告知内容のうち少なくとも一つを出力する工程と、
を含む、電流診断方法。 A diagnostic method for diagnosing a diagnosis target device including a motor, a load device driven by the motor, and a coupling connecting both of the motor,
Measuring the load current of the motor;
Filtering the measured load current according to the frequency range corresponding to the diagnostic item of the diagnostic target device;
Frequency analyzing the filtered current waveform;
The difference between the power supply frequency level of the motor and the rotational frequency sideband level of the diagnosis target device is calculated from the frequency analysis result, the calculated difference value is checked against the first determination criterion, and the checking result is A step of determining the presence or absence of a rotating system abnormality in the diagnostic target device, based on
Calculating and outputting a value obtained by dividing the spectrum of the frequency analysis result of the current waveform by the normal spectrum stored in advance as a magnification with respect to the normal value;
The magnification is checked against a second determination criterion set based on the correlation between the fluid abnormality in the diagnosis target device and the magnification, and the presence / absence of the fluid abnormality is determined based on the comparison result. Process,
Obtaining an average spectral level of the frequency analysis result in a frequency range limited by filtering;
A result of collating the spectral level with a third criterion set based on a correlation between an abnormality of a bearing constituting the diagnosis target device and a magnitude of a change in the spectral level due to the presence or absence of the abnormality. A step of determining the presence or absence of a bearing-derived abnormality derived from the bearing,
Outputting at least one of the determination result and the notification content corresponding to the determination result;
A current diagnostic method.
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