(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
設備に設置された回転機器において、前記回転機器が回転しているときの振動を検出する振動検出装置と、
前記振動検出装置が検出した振動を解析したときの複数のピーク周波数を抽出するピーク抽出部と、
前記ピーク抽出部が検出した前記複数のピーク周波数のそれぞれに対して、前記ピーク周波数を評価する評価指標を演算する評価演算部と、
前記評価演算部で演算された複数の評価指標に基づいて、前記回転機器の実回転数を演算する回転演算部と、を備え、
前記評価演算部は、前記複数のピーク周波数のそれぞれに対して、前記ピーク周波数よりも小さい複数の下側周波数と、前記ピーク周波数よりも大きい複数の上側周波数とを抽出し、前記複数の下側周波数及び前記複数の上側周波数に基づいて、前記ピーク周波数の急峻度及び前記ピーク周波数の対称度合を示す前記評価指標を演算する回転機器の回転数検出システム。
【請求項２】
前記回転演算部は、前記回転機器の設計回転数と、前記評価指標とに基づいて、前記回転機器の実回転数を演算する請求項１に記載の回転機器の回転数検出システム。
【請求項３】
前記回転演算部は、前記複数の評価指標のうち、最も評価指標が大きい評価指標を抽出し、前記抽出した評価指標に対応する前記ピーク周波数と、前記設計回転数に対応する設計周波数とに基づいて前記回転機器の実回転数を演算する請求項２に記載の回転機器の回転数検出システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載された回転機器の回転数検出システムを備えた回転数検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機器の回転数検出システム及び回転数検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理設備には攪拌機、ポンプおよび脱水機等の多くの回転機器が使用されている。上水設備、下水処理設備および工場等における排水処理設備において、回転機器の実回転数を正確に把握することは重要である。
特許文献１は、被試験装置に設置されたセンサで測定した物理量によって転がり軸受の状態監視を行なう状態監視方法であって、センサによって測定した測定波形のデータに対して高速フーリエ変換を少なくとも１回実行して、変換後波形を生成するステップと、 変換後波形の少なくとも３か所のピークを中心とした、少なくとも３つの特徴量算出範囲における変換後波形の部分波形から第１特徴量を算出するステップと、第１特徴量を用いて、転がり軸受の異常を検出するステップとを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１９−４５４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、測定波形のデータのピークのうち、３つの特徴量を見ることによって転がり軸受の異常を検出することができるものの、回転機器の実回転数を把握することができないのが実情である。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、簡単に回転機器の実回転数を求めることができる回転機器の回転数検出システム及び回転数検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
回転機器の回転数検出システムは、設備に設置された回転機器において、前記回転機器が回転しているときの振動を検出する振動検出装置と、前記振動検出装置が検出した振動を解析したときの複数のピーク周波数を抽出するピーク抽出部と、前記ピーク抽出部が検出した前記複数のピーク周波数のそれぞれに対して、前記ピーク周波数を評価する評価指標を演算する評価演算部と、前記評価演算部で演算された複数の評価指標に基づいて、前記回転機器の実回転数を演算する回転演算部と、を備え、前記評価演算部は、前記複数のピーク周波数のそれぞれに対して、前記ピーク周波数よりも小さい複数の下側周波数と、前記ピーク周波数よりも大きい複数の上側周波数とを抽出し、前記複数の下側周波数及び前記複数の上側周波数に基づいて、前記ピーク周波数の急峻度及び前記ピーク周波数の対称度合を示す前記評価指標を演算する。
【０００６】
前記回転演算部は、前記回転機器の設計回転数と、前記評価指標とに基づいて、前記回転機器の実回転数を演算する。
前記回転演算部は、前記複数の評価指標のうち、最も評価指標が大きい評価指標を抽出し、前記抽出した評価指標に対応する前記ピーク周波数と、前記設計回転数に対応する設計周波数とに基づいて前記回転機器の実回転数を演算する。
【０００７】
回転機器の回転数検出装置は、前記回転機器の回転数検出システムを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、簡単に回転機器の実回転数を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】回転機器の回転数検出システムの全体図である。
【図２】水処理設備の一例を示す図である。
【図３】回転機器を解析したときのスペクトルを示す図である。
【図４】複数の下側周波数Ｐｎｄｉ及び上側周波数Ｐｎｕｋの説明図である。
【図５】評価指標ＨＴｎ、ピーク周波数Ｐｎ、下側周波数Ｐｎｄｉ、上側周波数Ｐｎｕｋ及び傾きの関係を示す図である。
【図６】回転機器の回転数検出システムの動作を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、回転機器の回転数検出システム１及び回転検出システムを備えた回転数検出装置を示す図である。
図１に示す回転機器の回転数検出システム１及び回転検出システムを備えた回転数検出装置は、モータ、モータに連結されたポンプ、減速機などの回転機器の回転数を検出する。回転機器の回転数検出システム１は、例えば、図２に示す水処理設備２等に設けられたシステムである。なお、回転機器の回転数検出システム１は、水処理設備以外に設けられてもよく限定はされない。
【００１２】
まず、説明の便宜上、水処理設備２について説明する。
図２に示すように、水処理設備２は、水に関する処理をする設備であって、上水処理設備、下水処理設備などである。例えば、水処理設備２が下水処理設備である場合、図２に示すように、水処理設備２は、取水処理場１１、第１沈殿処理場１２、反応処理場１３、第２沈殿処理場１４、放流処理場１５を備えている。
【００１３】
取水処理場１１、第１沈殿処理場１２、反応処理場１３、第２沈殿処理場１４、放流処理場１５のそれぞれは、回転機器２１〜２６が設けられている。回転機器２１〜２６のそれぞれは、通信装置２７に接続されていて、回転機器２１〜２６の様々な情報が通信装置２７で受信することができる。通信装置２７で受信した様々な情報は、コンピュータ３１に送信可能である。
【００１４】
図１に示すように、回転機器の回転数検出システム１は、振動検出装置３０と、コンピュータ３１とを備えている。振動検出装置３０は、水処理設備２などに設置された回転機器２１〜２６において、回転機器２１〜２６が回転しているときの振動を検出する装置である。振動検出装置３０は、例えば、測定部分の加速度を検出する加速度検出センサ、測定部分の速度を検出する速度検出センサ、測定部分の変位量を検出する変位検出センサなどである。即ち、振動検出装置３０は、測定部分の加速度、測定部分の速度、測定部分の変位量等によって、測定部分の振動を検出する装置である。
【００１５】
例えば、振動検出装置３０は、回転機器２１〜２６のそれぞれの筐体（測定部位）に固定された装置、又は、持ち運びが可能で回転機器２１〜２６のそれぞれの筐体（測定部位）にセンサ部を当てることが可能な装置であって、回転機器２１〜２６について、測定部分の回転数に応じて振動加速度、振動速度、振動変位のいずれかを測定する。
コンピュータ３１は、固定型コンピュータ(クラウドサーバ、オンプレミスサーバ)、スマートフォン、タブレット、ノートパソコン等の携帯型コンピュータである。コンピュータ３１は、振動検出装置３０が測定した測定情報を有線又は無線によって取得し、取得した情報を不揮発性メモリ等から構成された記憶装置３２に記憶する。
【００１６】
コンピュータ３１は、解析部３１Ａと、ピーク抽出部３１Ｂと、評価演算部３１Ｃと、回転演算部３１Ｄとを有している。解析部３１Ａ、ピーク抽出部３１Ｂ、評価演算部３１Ｃ及び回転演算部３１Ｄは、コンピュータ３１に設けられた電気電子回路、当該コンピュータ３１に格納されたプログラム等から構成されている。
解析部３１Ａは、振動検出装置３０が測定した測定情報（振動加速度、振動速度、振動変位）に対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等を行うことにより、周波数解析を行う。例えば、解析部３１Ａの解析によって、図３に示すような、振動の周波数と、振動のピーク周波数Ｐｎ（ｎ＝１、２、３、４、５、６）とを含む解析結果（解析波形）Ｗ１を得ることができる。
【００１７】
ピーク抽出部３１Ｂは、解析部３１Ａが振動を解析したときの複数のピーク周波数Ｐｎを抽出する。例えば、ピーク抽出部３１Ｂは、解析した回転機器の設計回転数ＳＭを設計周波数に置き換えたとして、図３に示すような解析波形Ｗ１から、設計周波数の整数倍の周波数付近におけるピーク周波数Ｐｎを抽出する。例えば、定格の設計回転数ＳＭが３０００ｒｐｍ、即ち、設計周波数が５０Ｈｚであったとする。ピーク抽出部３１Ｂは、設計周波数の整数倍（５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、１５０Ｈｚ、２００Ｈｚ、２４０Ｈｚ、２９０Ｈｚ・・・）の周辺周波数（設計回転数ＳＭ×ｎ倍±１０％）において、振幅（スペクトル強度）の最大値であるピーク周波数Ｐｎ（ｎ＝６：Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６）を抽出する。また、周辺周波数の±１０％は、任意に設定することが可能である。
【００１８】
なお、図３では、説明の便宜上、ピーク抽出部３１Ｂは、５０Ｈｚ、９５Ｈｚ、１４５Ｈｚ、２００Ｈｚ、２４０Ｈｚ、２９０Ｈｚをピーク周波数Ｐ１〜Ｐ６として抽出したものとして説明を進める。
評価演算部３１Ｃは、ピーク抽出部３１Ｂが検出した複数のピーク周波数Ｐｎ（Ｐ１〜Ｐ６）のそれぞれに対して、ピーク周波数Ｐｎ（Ｐ１〜Ｐ６）を評価する評価指標ＨＴｎ（ＨＴ１〜ＨＴ６）を演算する。
【００１９】
図４に示すように、評価演算部３１Ｃは、複数のピーク周波数Ｐｎのうち、所定のピーク周波数（あるピーク周波数）Ｐｎに着目して、当該所定のピーク周波数Ｐｎよりも小さい複数の下側周波数Ｐｎｄｉ（ｎ＝１〜６、ｉ＝１〜５）と、所定のピーク周波数Ｐｎよりも上側周波数Ｐｎｕｋ（ｎ＝１〜６、ｋ＝１〜５）とを、測定情報（実測値）から抽出し、抽出した複数の下側周波数Ｐｎｄｉ及び複数の上側周波数Ｐｎｕｋとに基づいて、評価指標ＨＴｎを演算する。
【００２０】
例えば、図５に示すように、ピーク周波数Ｐ１〜Ｐ６が６個ある場合、評価演算部３１Ｃは、ピーク周波数Ｐ１を中心とする下側周波数Ｐ１ｄ１〜Ｐ１ｄ５、上側周波数Ｐ１ｕ１〜Ｐ１ｕ５、ピーク周波数Ｐ２を中心とする下側周波数Ｐ２ｄ１〜Ｐ２ｄ５、上側周波数Ｐ２ｕ１〜Ｐ２ｕ５、ピーク周波数Ｐ３を中心とする下側周波数Ｐ３ｄ１〜Ｐ３ｄ５、上側周波数Ｐ３ｕ１〜Ｐ３ｕ５、ピーク周波数Ｐ４を中心とする下側周波数Ｐ４ｄ１〜Ｐ４ｄ５、上側周波数Ｐ４ｕ１〜Ｐ４ｕ５、ピーク周波数Ｐ５を中心とする下側周波数Ｐ５ｄ１〜Ｐ５ｄ５、上側周波数Ｐ５ｕ１〜Ｐ５ｕ５、ピーク周波数Ｐ６を中心とする下側周波数Ｐ６ｄ１〜Ｐ６ｄ５、上側周波数Ｐ６ｕ１〜Ｐ６ｕ５に基づいて、評価指標ＨＴ１〜ＨＴ６を演算する。
【００２１】
つまり、まず、図５に示すように、評価演算部３１Ｃは、ピーク周波数Ｐ１〜Ｐ６のそれぞれに対して、下側周波数Ｐｎｄ１〜Ｐｎｄ５、上側周波数Ｐｎｕ１〜Ｐｎｕ５と用いて評価指標ＨＴ１〜ＨＴ６を求める。
そして、評価演算部３１Ｃは、下側周波数Ｐｎｄ１〜Ｐｎｄ５によって下側の傾き「Ａ」を求め、上側周波数Ｐｎｕ１〜Ｐｎｕ５によって上側の傾き「Ｂ」を求め、傾きＡ、Ｂを式（１）に代入することにより、６個のピーク周波数Ｐ１〜Ｐ６のそれぞれの評価指標ＨＴｎを求める。なお、傾きＡ、Ｂは、絶対値であるとする。
【００２２】
評価指標ＨＴｎ＝[(Ａ＋Ｂ)÷２]÷（│Ａ−Ｂ＋１│）    ・・・（１）
式（１）の[(Ａ＋Ｂ)÷２]は、ピーク周波数Ｐｎの急峻度を評価する指標であり、式（１）の（│Ａ−Ｂ＋１│）は、ピーク周波数Ｐｎの下側及び上側の対称性（対称の度合い）を評価する指標である。つまり、評価演算部３１Ｃは、少なくとも複数の下側周波数Ｐｎｄｉ及び複数の上側周波数Ｐｎｕｋを用いて、ピーク周波数Ｐｎの急峻度及びピーク周波数Ｐｎの対称度合を評価指標ＨＴｎとして演算する。
【００２３】
なお、上述した実施形態では、評価演算部３１Ｃは、式（１）を用いてピーク周波数Ｐｎの急峻度及びピーク周波数Ｐｎの対称度合を、評価指標ＨＴｎとして求めているが、ピーク周波数Ｐｎの急峻度及びピーク周波数Ｐｎの対称度合のいずれかを、評価指標ＨＴｎとして求めてもよい。
また、上述した実施形態では、ピーク周波数Ｐｎを中心として、下側に５個、上側に５個の下側周波数Ｐｎｄｉ、上側周波数Ｐｎｕｋを抽出して、評価指標ＨＴｎを求めていたが、下側周波数Ｐｎｄｉ及び上側周波数Ｐｎｕｋの個数は限定されない。なお、下側周波
数Ｐｎｄｉ及び上側周波数Ｐｎｕｋの個数は同じであることが好ましい。
【００２４】
また、評価演算部３１Ｃは、複数のピーク周波数Ｐｎのそれぞれに対して、ピーク周波数Ｐｎよりも小さい複数の下側周波数Ｐｎｄｉ、又は、ピーク周波数Ｐｎよりも大きい複数の上側周波数Ｐｎｕｋを抽出し、抽出した複数の下側周波数Ｐｎｄｉ、又は、複数の上側周波数Ｐｎｕｋに基づいて、評価指標ＨＴｎを演算すればよく、下側周波数Ｐｎｄｉ及び上側周波数Ｐｎｕｋの両方を用いなくてもよい。
【００２５】
次に、回転演算部３１Ｄは、評価演算部３１Ｃで演算された複数の評価指標ＨＴｎに基づいて、回転機器２１〜２６のそれぞれの実回転数を演算する。例えば、回転演算部３１Ｄは、回転機器２１〜２６のそれぞれの設計回転数ＳＭと、評価指標ＨＴｎとに基づいて、回転機器２１〜２６の実回転数を演算する。
回転演算部３１Ｄは、複数の評価指標ＨＴ１〜ＨＴ６のうち、最も評価指標ＨＴｎが大きい評価指標ＨＴｎを抽出し、抽出した評価指標ＨＴｎに対応するピーク周波数Ｐｎと、設計回転数ＳＭに対応する設計周波数とに基づいて回転機器２１〜２６の実回転数を演算する。例えば、ピーク周波数Ｐ１〜Ｐ６の評価指標ＨＴ１〜ＨＴ６のうち、評価指標ＨＴ４が最も大きい場合、回転演算部３１Ｄは、評価指標ＨＴ４に対応するピーク周波数Ｐ４（２００Ｈｚ）を抽出し、抽出したピーク周波数Ｐ４（２００Ｈｚ）をｎ数（整数倍：ｎ＝４）で割る（除算する）ことで、実周波数（５０Ｈｚ）を求め、実周波数（５０Ｈｚ）を実回転数（３０００ｒｐｍ）に換算することによって、実回転数（３０００ｒｐｍ）を求める。
【００２６】
以上のように、回転機器２１〜２６のそれぞれの振動に基づいて、当該回転機器２１〜２６のそれぞれの実回転数を求めることができる。
図６は、回転機器の回転数検出システム１の動作をまとめた図である。
図６に示すように、振動検出装置３０を用いて、測定対象の回転機器の振動を測定する（Ｓ１）。振動検出装置３０で測定した測定情報（測定結果）を記憶装置３２に記憶する（Ｓ２）。解析部３１Ａは、記憶装置３２から測定情報を抽出して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等を行うことにより周波数解析を行う（Ｓ３）。ピーク抽出部３１Ｂは、解析波形Ｗ１を参照し、設計周波数の整数倍の周波数の付近、例えば、設計周波数の整数倍の±１０％前後の周波数領域において、複数のピーク周波数Ｐｎを抽出する（Ｓ４）。複数のピーク周波数Ｐｎ毎に評価指標ＨＴｎを演算する（Ｓ５）。複数のピーク周波数Ｐｎの全ての評価指標ＨＴｎの演算が終了すると、最も大きい評価指標ＨＴｎを抽出する（Ｓ６）。最も大きい評価指標ＨＴｎに対応するピーク周波数Ｐｎを整数倍ｎで除算して、除算した値（周波数）を実回転数に変換することにより、回転機器の実回転数を求める（Ｓ７）。なお、回転機器の実回転数は、コンピュータ３１等に表示することで、監視者等が実回転数を把握することができる。
【００２７】
回転機器の回転数検出システム１は、設備に設置された回転機器２１〜２６において、回転機器２１〜２６が回転しているときの振動を検出する振動検出装置３０と、振動検出装置３０が検出した振動を解析したときの複数のピーク周波数Ｐｎを抽出するピーク抽出部３１Ｂと、ピーク抽出部３１Ｂが検出した複数のピーク周波数Ｐｎのそれぞれに対して、ピーク周波数Ｐｎを評価する評価指標ＨＴｎを演算する評価演算部３１Ｃと、評価演算部３１Ｃで演算された複数の評価指標ＨＴｎに基づいて、回転機器２１〜２６の実回転数を演算する回転演算部３１Ｄと、を備えている。これによれば、回転機器２１〜２６が回転しているときの振動を解析したときのピーク周波数Ｐｎに基づいて、簡単に回転機器２１〜２６の実回転数を求めることができる。
【００２８】
回転演算部３１Ｄは、回転機器２１〜２６の設計回転数ＳＭと、評価指標ＨＴｎとに基づいて、回転機器２１〜２６の実回転数を演算する。これによれば、回転機器２１〜２６の設計回転数ＳＭと、評価指標ＨＴｎとによって回転機器２１〜２６の実回転数を求めることができる。
回転演算部３１Ｄは、複数の評価指標ＨＴｎのうち、最も評価指標ＨＴｎが大きい評価指標ＨＴｎを抽出し、抽出した評価指標ＨＴｎに対応するピーク周波数Ｐｎと、設計回転数ＳＭに対応する設計周波数とに基づいて回転機器２１〜２６の実回転数を演算する。こ
れによれば、特に、回転機器２１〜２６が定格で回転しているときなど、安定して回転しているときの実回転数を簡単に求めることができる。
【００２９】
評価演算部３１Ｃは、複数のピーク周波数Ｐｎのそれぞれに対して、ピーク周波数Ｐｎよりも小さい複数の下側周波数と、ピーク周波数Ｐｎよりも大きい複数の上側周波数とを抽出し、抽出した複数の下側周波数及び複数の上側周波数とに基づいて、評価指標ＨＴｎを演算する。これによれば、回転機器２１〜２６が回転時における振動において、比較的実回転数を反映したピーク周波数Ｐｎを導くことができ、導かれたピーク周波数Ｐｎによって簡単に実回転数を把握することができる。
【００３０】
評価演算部３１Ｃは、複数のピーク周波数Ｐｎのそれぞれに対して、ピーク周波数Ｐｎよりも小さい複数の下側周波数、又は、ピーク周波数Ｐｎよりも大きい複数の上側周波数を抽出し、抽出した複数の下側周波数、又は、複数の上側周波数に基づいて、評価指標ＨＴｎを演算する。これによれば、回転機器２１〜２６が回転時における振動において、比較的実回転数を反映したピーク周波数Ｐｎを導くことができ、導かれたピーク周波数Ｐｎによって簡単に実回転数を把握することができる。
【００３１】
評価演算部３１Ｃは、少なくとも複数の下側周波数及び複数の上側周波数のいずれかを用いて、ピーク周波数Ｐｎの急峻度を評価指標ＨＴｎ、又は、ピーク周波数Ｐｎの対称度合を評価指標ＨＴｎとして演算する。これによれば、回転機器２１〜２６が回転時における振動において、比較的実回転数を反映したピーク周波数Ｐｎを導くことができ、導かれたピーク周波数Ｐｎによって簡単に実回転数を把握することができる。
【００３２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３３】
１        ：回転数検出システム
２        ：水処理設備
１１      ：取水処理場
１２      ：第１沈殿処理場
１３      ：反応処理場
１４      ：第２沈殿処理場
１５      ：放流処理場
２１〜２６：回転機器
２７      ：通信装置
３０      ：振動検出装置
３１      ：コンピュータ
３１Ａ    ：解析部
３１Ｂ    ：ピーク抽出部
３１Ｃ    ：評価演算部
３１Ｄ    ：回転演算部
３２      ：記憶装置
Ａ        ：傾き
Ｂ        ：傾き
ＨＴ１〜ＨＴ６：評価指標
ＨＴｎ    ：評価指標
Ｐｎ      ：ピーク周波数
Ｐｎｄｉ  ：下側周波数
Ｐｎｕｋ  ：上側周波数
ＳＭ      ：設計回転数
【要約】
【課題】簡単に回転機器の実回転数を求めることができるようにする。
【解決手段】回転機器の回転数検出システムは、設備に設置された回転機器において、回転機器が回転しているときの振動を検出する振動検出装置と、振動検出装置が検出した振動を解析したときの複数のピーク周波数を抽出するピーク抽出部と、ピーク抽出部が検出した複数のピーク周波数のそれぞれに対して、ピーク周波数を評価する評価指標を演算する評価演算部と、評価演算部で演算された複数の評価指標に基づいて、回転機器の実回転数を演算する回転演算部と、を備えている。
【選択図】  図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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