步骤S50中每个数据的输入，振动分析器100根据预备的理论模式分析程序 计算轴承装置10的模式信息(步骤S60)。具体地说，基于步骤S50中输入的每个数据，振动分 析器100借助理论模式分析程序计算轴承装置10的振动模式(固有频率和固有模式）。
[0093] 接着，振动分析器100读取多种数据W执行滚动轴承10的瞬态响应分析(模式分析 方法）（步骤S70)。具体地说，例如，振动分析器100读取步骤S60中计算出的模式信息、步骤 S20中计算出的接近量的变化W及步骤S40中计算出的内环与外环之间的位移的历史。
[0094] 然后，根据预备的瞬态响应分析(模式分析方法)程序，振动分析器100计算轴承装 置10的振动波形(步骤S80)。具体地说，振动分析器100将通过步骤S40中计算出的内环与外 环之间的位移(历史)乘W轴承弹黃常数所得的激励力的历史施加到具有步骤S60中计算出 的振动模式的轴承装置10的内环22的中屯、轴上的至少一个点，W由此计算由于步骤S40中 计算出的内环与外环之间的位移而发生在轴承装置10上的振动波形。
[0095] W此方式，通过振动分析器100,可模拟当滚动轴承20中发生损伤时轴承装置10的 振动波形。因此，借助振动分析器100,可确定阔值，该阔值用于通过监视滚动轴承的状态 (异常）的状态监视系统作出关于轴承异常的判定，并且该状态监视系统可使用该阔值作出 关于滚动轴承的异常的判定。
[0096] 下面，对于使用该阔值W作出关于轴承异常的判定(运是通过振动分析器100从分 析结果来确定的）的滚动轴承状态监视系统，将借助示例范例性地描述风力发电设施中的 滚动轴承状态监视系统。
[0097] 风力发电设施的总体配置
[0098] 图5是示意地示出对其采用滚动轴承状态监视系统的风力发电设施的配置的图。 参见图5,风力发电设施310包括主轴320、奖片(blade)330、变速箱340、发电机350、主轴轴 承装置(下面简称为"轴承装置"）360、振动传感器370和数据处理器380。变速箱340、发电机 350、轴承装置360、振动传感器370和数据处理器380被包含在机舱(nacel le) 390内，而机舱 390由塔400支承。
[0099] 主轴320延伸到机舱390中W连接至变速箱340的输入轴并由轴承装置360可旋转 地支承。主轴320将通过接收风力的奖片330产生的转矩传输至变速箱％ο的输入轴。奖片 330位于主轴320的最前端，将风力转化成转矩，并将其传输至主轴320。
[0100] 轴承装置360固定在机舱390内并可转动地支承主轴320。轴承装置360由滚动轴承 和壳体构成，而滚动轴承在运里由球轴承形成。振动传感器370固定到轴承装置360。然后， 振动传感器370检测轴承装置360的振动并将检测出的振动值输出至数据处理器380。例如， 振动传感器370由使用压电元件的加速度传感器形成。
[0101] 变速箱340设置在主轴320和发电机350之间W增加主轴320的转速并将其输出至 发电机350。作为示例，变速箱％0由加速齿轮机构形成，该加速齿轮机构例如包括行星齿 轮、中间轴和高速轴。变速箱340的内部还设置有多个轴承，运些轴承可旋转地支承多个轴， 然而运些轴未被具体地示出。发电机350通过禪合部分(接头)连接至变速箱340的输出轴W 由从变速箱340接收的转矩产生电力。发电机350例如由感应发电机形成。发电机350的内部 也设置有可转动地支承转子的轴承。
[0102] 数据处理器380设置在机舱390中并从振动传感器370接收轴承装置360的振动的 检测值。根据预设程序，数据处理器380借助轴承装置360的振动波形诊断轴承装置360的异 常，运遵循本文中之后描述的方法。
[0103] 图6是功能地示出图5所示的数据处理器380的配置的功能框图。参见图6,数据处 理器380包括高通滤波器(下文中称为"HPF")410、450,均方根值计算单元420、460,包络处 理单元440,存储单元480, W及诊断单元490。
[0104] HPF 410从振动传感器370接收轴承装置360的振动的检测值。HPF 410然后使所接 收检测信号的高于预定频率的信号分量通过，并阻挡其低频分量。设置HPF 410W去除包含 在轴承装置360的振动波形中的DC分量。如果振动传感器370的输出不包括DC分量，则可W 不设置HPF 410。
[0105] 均方根值计算单元420从HPF 410接收轴承装置360的振动波形，DC分量已从该振 动波形中移除。然后，均方根值计算单元420计算轴承装置360的振动波形的均方根值(也称 为"RMS值"），并将计算出的振动波形的均方根值输出至存储单元480。
[0106] 包络处理单元440从振动传感器370接收轴承装置360的振动的检测值。然后，包络 处理单元440对接收的检测信号执行包络处理W由此产生轴承装置360的振动波形的包络 波形。对于由包络处理单元440运行的包络处理，任意多种已知的技术是可用的。作为示例， 通过振动传感器370测得的轴承装置360的振动波形被校正为绝对值并通过低通滤波器 (LP巧W由此产生轴承装置360的振动波形的包络波形。
[0107] HPF 450从包络处理单元440接收轴承装置360的振动波形的包络波形。然后，HPF 450使接收的包络波形高于预定频率的信号分量通过，并阻挡其低频分量。设置HPF 450W 去除包含在包络波形中的DC分量并提取包络波形的AC分量。
[0108] 均方根值计算单元460从HPF 450接收已从中去除DC分量的包络波形，即包络波形 的AC分量。然后，均方根值计算单元460计算所接收的包络波形的AC分量的均方根值(RMS 值），并将计算出的包络波形的AC分量的均方根值输出至存储单元480。
[0109]存储单元480不时地存储通过均方根值计算单元420计算出的轴承装置360的振动 波形的均方根值和通过均方根值计算单元460计算出的其包络波形的AC分量的均方根值， 运两个存储是彼此同步的。存储单元480可例如由可读/可写非易失性存储器等形成。
[0110] 诊断单元490从存储单元480读取被不时存储在存储单元480中的轴承装置360的 振动波形的均方根值W及其包络波形的AC分量的均方根值，并基于两个读出的均方根值来 诊断轴承装置360的异常。具体地说，诊断单元490基于轴承装置360的振动波形的均方根值 和其包络波形的AC分量的均方根值随时间变化的推移来诊断轴承装置360的异常。
[0111] 目P，通过均方根值计算单元420计算出的轴承装置360的振动波形的均方根值是未 完成包络处理的原始振动波形的均方根值。因此，在例如剥落发生在滚道的一部分并且振 幅仅当滚动元件经过剥落地点时才增加的脉冲式变化的情形下，该值的增加很小。然而，在 由于滚道和滚动元件之间的接触部分的表面粗糖或由于不充分润滑而发生的连续振动的 情形下，该值的增加很大。
[0112] 相反，对于通过均方根值计算单元460计算出的包络波形的AC分量的均方根值，在 由于表面粗糖或不充分的滚道润滑造成的连续振动的情形下该值的增加是很小的，而该值 的增加在脉冲式振动的情形下是很大的。然而，该值在某些情形下可能不增加。鉴于此，使 用轴承装置360的振动波形的均方根值W及其包络波形的AC分量的均方根值W实现仅用均 方根值中的一个无法检测到的异常的检测且能够实现对异常的更准确的诊断。
[0113] 图7-图10分别是示出用振动传感器370测得的轴承装置360的振动波形的图。在图 7-图10中，分别示出当主轴320(图5)的转速恒定时的振动波形。
[0114] 图7是示出当没有异常发生在轴承装置360上时轴承装置360的振动波形的图。参 见图7,水平轴代表时间而垂直轴代表振动大小的指标。运里，作为示例，垂直轴代表振动加 速度。
[0115] 图8是示出轴承装置360的滚道上发生表面粗糖或不充分润滑时表现出的轴承装 置360的振动波形的图。参见图8,当表面粗糖或不充分润滑发生在滚道时，加速度增加并且 加速度增加的状态连续地发生。没有显著的峰值出现在振动波形中。因此，对于运种振动波 形，其上包络处理未完成的原始振动波形的均方根值表现出增加，而包络波形的AC分量的 均方根值不表现出运种增加，运是相比轴承装置360没有异常时表现出的振动波形的均方 根值(均方根值计算单元420(图6)的输出）和包络波形的AC分量的均方根值(均方根值计算 单元460(图6)的输出）而言的。
[0116] 图9是示出轴承装置360的滚道出现剥落的最初阶段中的轴承装置360的振动波形 的图。参见图9,在剥落异常的最初阶段，剥落发生在滚道的一部分并且当滚动元件经过剥 落地点时产生很大的振动。因此，脉冲式振动随着轴的转动周期性地发生。当滚动元件经过 剥落地点W外的地点时，加速度的增加是很小的。因此，对于运种振动波形，相比当轴承装 置360没有异常时表现出的振动波形的均方根值和包络波形的AC分量的均方根值，包络波 形的AC分量的均方根值表现出增加，而原始振动波形的均方根值不表现出运种增加。
[0117] 图10是示出在剥落异常的结束阶段表现出的轴承装置360的振动波形的图。参见 图10,与剥落异常的最初阶段相比较，剥落异常的结束阶段是剥落蔓延至整个滚道区域的 状态，并且加速度整体增加，同时加速度振幅的变化减小。因此，对于运种振动波形，与出现 在剥落异常的最初阶段中的振动波形的均方根值和包络波形的AC分量的均方根值相比较， 原始振动波形的均方根值增加，而包络波形的AC分量的均方根值减小。
[0118] 图11是示出当剥落发生在轴承装置360的滚道的一部分并且剥落随后蔓延至整个 滚道区域时表现出的轴承装置360的振动波形的均方根值和其包络波形的AC分量的均方根 值随时间的变化的图。在下面描述的图11和图12中，示出了当主轴320的转速恒定时每个均 方根值随时间的变化。
[0119] 参见图11，曲线L1代表其上未完成包络处理的振动波形的均方根值随时间的变 化，而曲线L2代表包络波形的AC分量的均方根值随时间的变化。在剥落发生前的时间tl，振 动波形的均方根值化1)和包络波形的AC分量的均方根值化2)均很小。在时间tl的振动波形 与前面图7中所示的波形类似。
[0120] 当剥落发生在轴承装置360的滚道的一部分时，包络波形的AC分量的均方根值 化2)增加到很大的程度，而对其未完成包络处理的振动波形的均方根值化1)不增加到运么 大的程度(在时间t2附近），如前面结合图9描述的那样。
[0121] 此外，当剥落此后蔓延至整个滚道区时，其上未完成包络处理的振动波形的均方 根值化1)显著地增加，而包络波形的AC分量的均方根值化2)减小（在时间t3附近），如前面 结合图10描述的那样。
[0122] 图12是示出当轴承装置360的滚道发生表面粗糖或不充分的润滑时表现出的轴承 装置360的振动波形的均方根值和其包络波形的AC分量的均方根值随时间的变化的图。参 见图12,在图12中，与图11相似，曲线L1代表其上未完成包络处理的振动波形的均方根值随 时间的变化，而曲线L2代表包络波形的AC分量的均方根值随时间的变化。
[0123] 在滚道的表面粗糖或不充分润滑发生前的时间til，振动波形的均方根值化1)和 包络波形的AC分量的均方根值化2)均很小。在时间til的振动波形与前面图7中所示的波形 类似。
[0124] 当表面粗糖或不充分润滑发生在轴承装置360的滚道上时，其上未完成包络处理 的振动波形的均方根值化1)增加，而包络波形的AC分量的均方根值化2)不增加(在时间112 附近），如前面结合图8描述的那样。
[0125] 如从前面内容看到的那样，基于用振动传感器370测得的轴承装置360的振动波形 的均方根值W及通过用振动传感器370测得的振动波形的包络处理产生的包络波形的AC分 量的均方根值，能够诊断轴承装置360的异常。因此，相对基于频率分析的传统技术，能够执 行更为准确的异常诊断。
[0126] 为了执行运种异常诊断，需要适当地设定进行异常诊断的振动阔值。该阔值可借 助前述振动分析器100来确定。也就是说，振动分析器100可提供轴承装置360的模型并提供 关于轴承的损伤数据W由此预测在将振动传感器370设置在轴承装置360上的位置处的振 动波形。然后，可计算振动波形的均方根值W及通过振动波形的包络处理所产生的包络波 形的AC分量的均方根值，W由此适当地确定由状态监视系统作出关于异常的判定的阔值。
[0127] 应当主意，主轴320(图5)的转速的改变致使轴承装置360的振动的大小改变。一般 来说，轴承装置360的振动随着主轴320转速的增加而增加。鉴于此，轴承装置360的振动波 形的均方根值和其包络波形的AC分量的均方根值中的每一个可W用主轴320的转速来进行 归一化，并且该归一化的均方根值中的每一个可用来执行轴承装置360的异常诊断。
[0128] 图13是功能地示出数据处理器的另一配置的功能框图。参见图13,相对于图6所示 的数据处理器380的配置，数据处理器380A进一步包括修正振动因子计算单元430、修正调 制因子计算单元470 W及速度函数生成单元500。
[0129] 速度函数生成单元500接收由旋转传感器510 (图5中未示出）检测出的主轴320的 转速的检测值。旋转传感器510可输出主轴320的旋转位置的检测值，并且速度函数生成单 元500可随后计算主轴320的转速。速度函数生成单元500产生:速度函数A(N)，其用主轴320 的转速N对通过均方根计算单元420计算出的轴承装置360的振动波形的均方根值作归一 化；W及速度函数B(N)，其用主轴320的转速N对通过均方根值计算单元460计算出的包络波 形的AC分量的均方根值作归一化。作为示例，速度函数A(N)、