JP2008139284A - In particular, vibration sensor for rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
回転機械、特にポンプの信頼性を確実にするためにサービス、および、営繕部は、設備の運転期間以外に必要な調整を予定するように所謂、予知保全方法を用いる。 In order to ensure the reliability of the rotating machines, in particular the pumps, the service and repair departments use so-called predictive maintenance methods to schedule the necessary adjustments outside the operating period of the equipment.
予測測定の原理は、その機械の摩耗パラメータの変化と「経験」曲線との比較にある。 The principle of predictive measurement is to compare the change in the wear parameters of the machine with the “experience” curve.
上述のパラメータの変化を追跡するためにセンサーがその製造中にそのポンプに恒久的に設置される。 A sensor is permanently installed in the pump during its manufacture to track changes in the parameters described above.
顧客先でそのポンプの初期動作中、測定により、そのポンプの摩耗について有意義な以前に形成された初期パラメータの状態が記録可能とされる。 During the initial operation of the pump at the customer site, the measurement allows the state of previously formed initial parameters meaningful for the pump wear to be recorded.
構成部品の悪化について最も有意義で前兆となったそれらのパラメータを同様な製品の耐用年数全期間にわたり、観測することにより、監視されるパラメータの選択は、実験的に決定される。 By observing those parameters that are most meaningful and predictive of component deterioration over the life of similar products, the selection of monitored parameters is determined experimentally.
振動を監視することにより、
回転質量の釣り合いおよび平衡における変化
スライドベアリングの潤滑および摩耗
ボールベアリングまたはローラベアリングの潤滑および摩耗
モータの磁気作用
歯車および液圧システムの摩耗
キャビテーション下の動作
ベアリングの調整不良など、ある期間にわたってポンプの様々な能動部品の挙動が、評価可能とされることがわかった。
By monitoring vibration,
Changes in balance and balance of rotating mass It has been found that the behavior of active components can be evaluated.
明確な特定の周波数、すなわち、20Hzから16000Hzまでの間の周波数帯が、各監視された事象に一致している。 A distinct specific frequency, ie a frequency band between 20 Hz and 16000 Hz, is consistent with each monitored event.
振動の測定には、特に困難さはなく、市販の振動センサーは、使いやすく経済的である。 The vibration measurement is not particularly difficult, and a commercially available vibration sensor is easy to use and economical.
現在使用される技術において、振動センサーは、圧電性結晶で作られており、20Hzから16000Hzまでの間のすべての振動ならびに対応する振幅を電圧の形で記録する。 In the currently used technology, vibration sensors are made of piezoelectric crystals and record all vibrations between 20 Hz and 16000 Hz as well as the corresponding amplitude in the form of voltages.
関連するコンピュータは、周波数スペクトルの各バンドを抽出し、フーリエ級数による演算により、基本周波数ならびにそれらの高調波をFFT曲線の形で選択する。 The related computer extracts each band of the frequency spectrum, and selects the fundamental frequency and their harmonics in the form of an FFT curve by a Fourier series operation.
収集された振動における数学的処理が、帯域別に周波数を分割し、各振幅を観測することができるようにするために必要である。 Mathematical processing on the collected vibrations is necessary to be able to divide the frequencies by band and observe each amplitude.
この監視方法における広範な使用を制限する要因は、センサーアッセンブリー、信号処理装置の価格、および、各機械についてそのような構成を必要とすることである。 Factors that limit its widespread use in this monitoring method are the sensor assembly, the price of the signal processor, and the need for such a configuration for each machine.
本発明は、この問題点をセンサーによって改善する。振動の影響下で第1の共鳴振動数を有する第1の圧電素子と、第1の共鳴振動数とは異なる第2の共鳴振動数を有する第2の圧電素子とを含むセンサーにおいて、各素子は、それ自体の電圧計に接続されるか、または、その二つの素子が、単一の電圧計に接続される同一のマルチプレクサーに接続されることを特徴とする。 The present invention improves this problem with sensors. In a sensor including a first piezoelectric element having a first resonance frequency under the influence of vibration and a second piezoelectric element having a second resonance frequency different from the first resonance frequency, each element Is connected to its own voltmeter, or its two elements are connected to the same multiplexer connected to a single voltmeter.
振動の影響下、第1の共鳴振動数で、回転機械の第1の部分の摩耗の特性、電圧計により測定し易い電圧は、第1の圧電素子の端子に生じる。 Under the influence of vibration, a wear characteristic of the first part of the rotating machine at a first resonance frequency and a voltage that can be easily measured by a voltmeter are generated at the terminal of the first piezoelectric element.
この第1の共鳴振動数で、第2の圧電素子は、共振しない。実際的に、電圧がその端子に生じない。第2の共鳴振動数で、その回転機械の第2の部分の摩耗の状態の特性、逆の状態が見られる。 At the first resonance frequency, the second piezoelectric element does not resonate. In practice, no voltage is generated at that terminal. At the second resonant frequency, the characteristics of the wear state of the second part of the rotating machine, the opposite is seen.
従って、その機械に恒久的に結合しているコンピュータ、または、その摩耗の監視が連続しなくなる短所、また、いつも移動しコンピュータに接続しなければならない不便がある代替的にその回転機械に間欠的に結合しているコンピュータにより完全に供給できる。 Therefore, the computer that is permanently connected to the machine, or the disadvantage of not being continuously monitored for wear, and the inconvenience of having to constantly move and connect to the computer, alternatively to the rotating machine intermittently Can be fully supplied by a computer coupled to the.
各圧電素子は、それ自体の電圧計に接続可能とされ、有利な実施例に従い、その二つの圧電素子は、単一の電圧計に接続される共通のマルチプレクサーに接続される。したがって、より少数の構成部品が、特に、二つの圧電素子ばかりでなく、多数のそのような素子がある通常の場合、センサーを形成するために必要である。30個の圧電素子が、好ましくは、用いられ、共鳴振動数が、20Hzから16KHzまで1オクターブの1/3だけ継続して異なる。換言すれば、第1の共鳴振動数は、第2の共鳴振動数と1オクターブの1/3だけ異なる。また、第3の共鳴振動数は、1オクターブの1/3だけ第2の共鳴振動数と異なる。 Each piezoelectric element can be connected to its own voltmeter, and according to an advantageous embodiment, the two piezoelectric elements are connected to a common multiplexer connected to a single voltmeter. Therefore, fewer components are needed to form the sensor, especially in the usual case where there are not only two piezoelectric elements, but also a large number of such elements. Thirty piezoelectric elements are preferably used, and the resonance frequency varies continuously from 1Hz to 1/3 of an octave from 20Hz to 16KHz. In other words, the first resonance frequency differs from the second resonance frequency by 1/3 of one octave. Further, the third resonance frequency differs from the second resonance frequency by 1/3 of one octave.
非常に設置を容易にする実施例によれば、すべての圧電素子は、同一の半導体のブランチに組み込まれる。好ましくは、また、マルチプレクサーがある場合、マルチプレクサーが、このブランチに組み込まれる。 According to an embodiment that is very easy to install, all the piezoelectric elements are integrated in the same semiconductor branch. Preferably, if there is also a multiplexer, the multiplexer is incorporated into this branch.
また、本発明は、回転機械に関し、特に、ポンプばかりでなく、タービン、ファンまたは、固定部を有し、本発明に従うセンサーにおける圧電素子がその固定部に固定されることとなる他の装置に関する。 The present invention also relates to a rotating machine, and more particularly to not only a pump but also a turbine, a fan, or another device that has a fixed portion and a piezoelectric element in a sensor according to the present invention is fixed to the fixed portion. .
特許文献1および特許文献2は、ある期間にわたって継続して得られる電気信号を分離するのではなく、信号を収集し重ね合わせる(例えば、その米国の特許文献1、コラム8、36行乃至48行参照、センサーの出力レベルが実質的に一定であることが述べられている)。 Patent Documents 1 and 2 do not separate electrical signals obtained continuously over a period of time, but collect and superimpose signals (for example, US Pat. Reference states that the output level of the sensor is substantially constant).
図1は、モータ(2)により駆動され、軸受(3)に支えられる軸(1)を含むポンプを示す。軸(1)により、液圧ホイールが回転する。 FIG. 1 shows a pump comprising a shaft (1) driven by a motor (2) and supported by a bearing (3). The shaft (1) rotates the hydraulic wheel.
30個の圧電素子のうち2個だけ示され、即ち、第1の圧電素子(5)および第2の圧電素子(6)が、軸受(3)に固定されている。 Only two of the 30 piezoelectric elements are shown, ie the first piezoelectric element (5) and the second piezoelectric element (6) are fixed to the bearing (3).
第1の圧電素子(5)は、機械的振動にさらされる場合、第2の圧電素子(6)の共鳴振動数とは異なる共鳴振動数を有している。この周波数差を得るためにその二つの圧電素子が、異なるように設計され、特に、異なる寸法を有する。 When exposed to mechanical vibration, the first piezoelectric element (5) has a resonance frequency that is different from the resonance frequency of the second piezoelectric element (6). In order to obtain this frequency difference, the two piezoelectric elements are designed differently, in particular with different dimensions.
圧電素子(5、6)の端子は、マルチプレクサー(7)に接続され、そしてまた、電圧計(8)に接続される。 The terminals of the piezoelectric elements (5, 6) are connected to a multiplexer (7) and are also connected to a voltmeter (8).
その電圧計は、圧電素子(5)の端子、および、圧電素子(6)の端子、並びに、以下の28個の他の素子の端子に発生する電圧を連続してある期間にわたって表示する。 The voltmeter continuously displays voltages generated at the terminals of the piezoelectric element (5), the terminals of the piezoelectric element (6), and the terminals of the following 28 other elements over a certain period.
電圧が、素子(5)または素子(6)のうちの一方に対応してある時点で電圧計(8)にある場合、30個の圧電素子の1つの共鳴周波数に対応するポンプの一部の使用程度がそこから推定され得る。 If the voltage is at the voltmeter (8) at a time corresponding to one of the element (5) or the element (6), the part of the pump corresponding to one resonant frequency of 30 piezoelectric elements The degree of use can be deduced therefrom.
図2において、圧電素子(5、6)の端子は、マルチプレクサーを介在させることなく、直接的に各電圧計(9、10)に接続されている。 In FIG. 2, the terminals of the piezoelectric elements (5, 6) are directly connected to the voltmeters (9, 10) without interposing a multiplexer.
この場合、圧電素子(5、6)は、その同一の半導体のTブランチにあり、複数の電圧計は、独立しているのに対し、図1の実施例において、電圧計は、その半導体のTブランチから独立したままであるが、しかし、マルチプレクサー(7)もまたそのTブランチに組み込まれている。 In this case, the piezoelectric elements (5, 6) are in the T branch of the same semiconductor and the voltmeters are independent, whereas in the embodiment of FIG. It remains independent from the T branch, but a multiplexer (7) is also integrated into the T branch.
Claims (6)
各素子は、それ自体の電圧計(9、10)に接続されるか、または、その二つの素子が、単一の電圧計(8)に接続される同一のマルチプレクサー(7)に接続されることを特徴とするセンサー。 A first piezoelectric element (5) having a first resonance frequency under the influence of vibration, and a second piezoelectric element (6) having a second resonance frequency different from the first resonance frequency; In sensors including
Each element is connected to its own voltmeter (9, 10), or its two elements are connected to the same multiplexer (7) connected to a single voltmeter (8). A sensor characterized by that.
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