CN113514264A - 旋转机的诊断监视装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供能够掌握转子的升速时及降速时的振动的预兆趋势且能够判断进展情况的可靠性高的旋转机的诊断监视装置及方法。旋转机的诊断监视装置由输入振动值和转速作为旋转机的运转数据的输入部、执行使用了所输入的运转数据的运算的运算部以及具备输出部的计算机构成，上述运算部构成为确定上述振动值的峰值并分别评价上述峰值的大小和上述峰值时的转速，上述输出部构成为对由上述运算部进行的评价的结果进行外部提示。
Description
技术领域
本发明涉及一种旋转机的诊断监视装置及方法。
背景技术
在发电厂等中使用较多的旋转机。这些旋转机是转子被轴承部支承而旋转的结构，因此有时会产生异常声音或者产生振动。
提出了很多针对这些异常的诊断监视技术，其中，例如根据专利文献1，构成轴承异常诊断系统20的设备维护计算机17在被提供由加速度传感器(acceleration pickup)15测量的轴承13的振动数据时计算该振动数据的代表值，基于轴承13的型号数据以及由PLC3取得的旋转速度信息，从数据库19读出对应的诊断阈值，通过比较上述代表值和诊断阈值来进行轴承13的异常诊断。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-10415号公报
发明内容
根据专利文献1的诊断监视技术，能够进行振动发生时的异常诊断。然而，由于根据与预先设定的振动值的阈值的关系来判定异常，因此存在不适于包含振动的预兆的趋势、进展情况而进行判断的问题。
因此，在本发明中，其目的在于提供能够掌握转子升速时及降速时的振动的预兆趋势且能够进行进展情况的判断的可靠性高的旋转机的诊断监视装置及方法。
本发明的旋转机的诊断监视装置包括：输入部，其输入振动值和转速作为旋转机的运转数据；运算部，其执行使用了输入的运转数据的运算；以及计算机，其具备输出部，所述旋转机的诊断监视装置的特征在于，所述运算部构成为，确定所述振动值的峰值，分别评价所述峰值的大小和所述峰值时的转速，所述输出部构成为对由所述运算部进行的评价的结果进行外部提示。
另外，本发明的旋转机的诊断监视方法是使用了作为旋转机的运转数据的振动值和转速的旋转机的诊断监视方法，其特征在于，确定上述振动值的峰值，分别评价上述峰值的大小和上述峰值时的转速。
根据本发明，能够提供掌握转子升速时及降速时的振动的预兆趋势且能够进行进展情况的判断的可靠性高的旋转机的诊断监视装置及方法。
附图说明
图1表示本发明的发电厂运转数据处理装置的具体的应用对象的一个例子即火力发电厂的设备结构例。
图2表示作为代表性的旋转机的发电机中的转子部分。
图3表示发电厂运转数据处理装置的结构例。
图4表示轴振动Dc(Dc11、Dc12、Dc13)与转速Da之间的关系。
图5表示轴承振动Db(Db11、Db12、Db13)与转速Da之间的关系。
图6表示轴振动Dc(Dc11、Dc12、Dc13)与轴承振动Db(Db11、Db12、Db13)的差值与转速Da之间的关系。
图7表示危险速度及振动值确定工序的处理程序Pg1。
图8表示升速时的轴振动峰值时的转速和轴振动值的一览。
图9表示降速时的轴振动峰值时的转速和轴振动值的一览。
图10表示处理解析工序的处理程序Pg2的一例。
图11是根据转速与轴振动值的关系来整理并表示轴振动峰值时的转速和轴振动值的一览中的典型的一例。
图12表示赋予了表示转速和轴振动的区域分割的数据的数据库DBB2的结构例。
图13表示转速的评价用分数一览的一例。
图14表示轴振动的评价用分数一览的一例。
图15表示将转速与轴振动值的阈值之间的关系整理成纵横的1张表形式后的评价用分数一览的一例。
图16是使综合评价结果成为易于观察的表形式的图。
图17是将综合分数所表示的异常的程度阶段按分数表示的图。
图18例示了可设想的差值判定的组合。
附图标记的说明
1：诊断监视装置；2：发电厂内旋转机；10：发电机轴；11、12、13：轴承；G：发电机；T：涡轮机；B：锅炉；GA：发电机辅机；TA：涡轮机辅机；BA：锅炉辅机；C：冷凝器；G1：发电机励磁电路。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施例进行说明。
【实施例】
图1表示本实施例的发电厂运转数据处理装置的具体的应用对象即火力发电厂的设备结构例。
关于火力发电厂，如果大致区分其结构设备，则可以说由发电机G、涡轮机T、锅炉B构成。它们被称为所谓的主机。与此相对，以维持这些主机的功能的目的而设置的设备、设备组被称为辅机，在图的例子中，除了发电机辅机GA、涡轮机辅机TA、锅炉辅机BA以外，有时也将冷凝器C、发电机励磁电路G1作为辅机。
这些主机、辅机类大多为旋转机，例如发电机G为电气旋转机，涡轮机T为机械旋转机。另外，其他冷凝系统的供水泵和其驱动用电动机等也是大型旋转机，除此之外还设置有很多电动机。由于这些旋转机由至少2处的轴承部支承，因此需要测量在包含轴承部的多个部位的振动并进行监视，从而尽力早期检测旋转机的异常。
图2是主要表示作为代表性的旋转机的发电机中的转子部分的图。图2的发电机轴(转子)10在右侧形成有发电机转子/涡轮机轴间的联轴器C1，在左侧形成有第三轴轴承/转子间的联轴器(coupling)C2，并且由左右的轴承部11、12、13支承。11、12、13分别是驱动侧轴承部、反驱动侧轴承部、第三轴承部，轴承11a、12a、13a设置于轴承箱11b、12b、13b内。另外，在轴承11a、12a、13a设置有轴振动计11c、12c、13c，在轴承箱11b、12b、13b设置有轴承振动计11d、12d、13d，检测轴振动Dc(Dc11、Dc12、Dc13)、轴承振动Db(Db11、Db12、Db13)。
另外，根据上述轴承11a、12a、13a与轴承箱11b、12b、13b的支撑结构关系、以及轴振动计11c、12c、13c与轴承振动计11d、12d、13d的安装关系，轴振动Dc(Dc11、Dc12、Dc13)能够包含轴承振动Db(Db11、Db12、Db13)的主要原因。
在本发明中，着眼于发电厂现场中来自设置于这些旋转机上的轴振动计11c、12c、13c以及轴承振动计11d、12d、13d的轴振动Dc、轴承振动Db的运转数据，适当经由传感器、通信部、输入部等与转速Da的运转数据一起被取入计算机内。为此的结构可以是通常公知的结构。
图3是表示诊断监视装置的结构例的图，由计算机构成的诊断监视装置1从发电厂内旋转机2内未图示的传感器适当经由通信部、输入部等向计算机1内取入发电厂的运转数据D。该情况下的运转数据D是来自轴振动计11c、12c、13c的轴振动Dc(Dc11、Dc12、Dc13)、来自轴承振动计11d、12d、13d的轴承振动Db(Db11、Db12、Db13)以及旋转机2的转速Da。
在计算机1内，在内部的数据库DB中，作为运转数据而按时间序列存储有转速Da、轴承振动Db、轴振动Dc。在该情况下，在初始阶段的存储形式如数据库DBA所例示的那样，至少将数据采集时刻与运行数据的名称、值建立关联并按时间序列存储。
另外，在计算机1内存储有作为处理所输入的运转数据Da、Db、Dc的处理步骤的处理程序Pg，在运算部中按照处理程序Pg逐次处理执行被取入的运转数据。
最终，运算部中的运算结果经由监视器等输出部被外部提示为适当易观察的形式的加工信息。
接着，在说明诊断监视装置1内的处理内容之前，分为正常时和异常发生时说明作为其前提的轴振动Dc(Dc11、Dc12、Dc13)和轴承振动Db(Db11、Db12、Db13)与转速Da之间的关系。诊断监视装置1内的处理内容被认为是包含这些反应解析结果。
使用图4、图5、图6说明这些振动与转速的关系。图4是根据横轴所示的时间经过的观点对轴振动Dc(Dc11、Dc12、Dc13)与转速Da之间的关系进行整理而得到的，图5是根据横轴所示的时间经过的观点对轴承振动Db(Db11、Db12、Db13)与转速Da之间的关系进行整理而得到的，图6是根据横轴所示的时间经过的观点对轴振动Dc(Dc11、Dc12、Dc13)与轴承振动Db(Db11、Db12、Db13)的差值与转速Da之间的关系进行整理而得到的。
这些图仅处理振动的种类不同，均在上段表示正常时的振动，在中段表示启动停止过程中的通常的转速推移，在下段表示异常时的振动。例如使用图4代表性地进行说明，中段的转速Da从停止状态经过第一段升速状态T1、第一段停止状态T2、第二段升速状态T3、额定速度运转状态T4、第一段降速状态T5、第二段停止状态T6、第二段降速状态T7，以再次转移到停止状态的方式进行模式升速、模式降速。
在该旋转机的升速、降速过程中，存在旋转机振动的危险速度区域G，因此在危险速度区域没有停止，而是以一口气通过的方式确定升速、降速的模式。本实施例中的危险速度区域G为G1、G2。因此，在旋转机的升速、降速过程中，在危险速度区域G中振动计检测较大的振动(峰值)。
该振动能够在旋转机的设计阶段事先掌握，并且在旋转机设置后的试运转阶段能够进行实际验证。由于能够这样预见，因此这些振动能够说是所谓的正常的振动，图示所预见的危险速度区域中的正常的振动是显示于这些图的上段的振动波形。这意味着即使检测到振动也能够根据与危险速度区域的转速的关系来区别是正常振动。
与此相对，尽管不是所预见的危险速度区域G，但表示检测到振动时的波形的图被示出在这些图的下段。在此例示的振动的峰值即图4的Pc1、Pc2、Pc3、图5的Pb1、Pb2、Pb3不是在转速处于预见到危险速度区域G时产生的，因此能够称为表示异常的振动。此外，峰值Pc1、Pb1是升速时的异常振动，Pc2、Pb2和Pc3、Pb3是降速时的异常振动。这些峰值与此时的转速一起被掌握，分别对峰值(振动值)本身的大小和此时的转速进行评价，基于峰值中的振动值的大小的评价结果和转速的评价结果来评价该振动的峰值是否为表示异常的峰值。
另外，图6与图4、图5同样是表示轴振动Dc(Dc11、Dc12、Dc13)与轴承振动Db(Db11、Db12、Db13)的差值的图。图4、图5是对来自单体的检测器的信号进行解析而得到的图，但也存在因安装方式等而相互影响的场景。应该适当着眼于差值进行评价，因此在差值的情况下也进行了图示。同样的差值判定优选适当地根据轴承部分的设置位置不同的部分之间的关系适当选择并进行广泛组合下的解析。图18是例示了所能够设想的差值判定的组合的图。通过包含这些广泛组合在内进行监视，也能够检测到单体的检测器无法检测的现象。另外，在推定/确定异常的原因这样的因素分析中也存在有用的情况。
使用图4、图5、图6的振动与转速的关系，本发明的发电厂运转数据处理装置执行图3的处理程序Pg。图3的处理程序Pg包含多个处理程序，图7表示其中的危险速度以及振动值确定工序的处理程序Pg1。
在图7的最初处理步骤S1中，作为运转数据而输入转速Da和振动(在此例示轴振动Dc(Dc11、Dc12、Dc13))。
在接下来的处理步骤S2中提取升速时的轴振动，同样在处理步骤S5中提取降速时的轴振动。该运转数据的提取可以是从旋转机在线取入的数据，也可以将暂时取入计算机内的数据库DBA的数据作为对象。在任何情况下都是作为数据采集时刻、转速和振动值的组合数据成对地进行处理。另外，升速、降速的区别可以使用启动停止模式进行判断，也可以根据速度的变化方向进行判断。另外，与这些处理步骤S2、处理步骤S5连续的后续的处理步骤基本上执行相同的处理，因此以后的说明以升速时的轴振动的处理为代表。
在处理步骤S3中，检测升速时的轴振动的峰值。峰值能够检测为轴振动值从增加转为减少、或者从减少转为增加的所谓的极大值、极小值。这样检测出的峰值是图4上段所示的速度危险区域G中的正常峰值，进而是图4下段所示的速度危险区域G外的异常峰值。但是，在该阶段仅公认为轴振动的峰值，还未进行正常、异常的区别。同样，在处理步骤S6中检测降速时的轴振动的峰值。
在处理步骤S4中，根据成对地存储、处理的数据采集时刻、转速和振动值的组合数据来确定轴振动峰值时的转速。由此，如果是正常的峰值，则确定所对应的危险速度区域的转速，如果是异常的峰值，则确定此时的转速。同样在处理步骤S8中，确定降速时的峰值时的转速。
作为对所有的运转数据实施上述一系列的处理的结果，在发电厂运转数据处理装置的数据库DBB中形成图8、图9那样的数据组。
在图8的数据库DBB1U中形成存储升速时的轴振动峰值时的转速和轴振动值的一览，在图9的数据库DBB1D中形成存储降速时的轴振动峰值时的转速和轴振动值的一览。在一览中形成有用于确定各个峰值的峰值通称、测量日期时间、转速以及存储轴振动值的栏d1、d2、d3、d4，各峰值以图示的形式被重新保持。该处理可以说是对最初输入的数据采集时刻、转速和振动值的组合数据新赋予了峰值通称的处理。进而，在升速时和降速时，能够单独地形成数据库。
通过以上的解析、处理在数据库DBB1中形成有升速时和降速时的轴振动峰值时的转速和轴振动值的一览。并且，该一览优选针对图2的每个轴承(驱动侧轴承部11、反驱动侧轴承部12、第三轴承部Dc13)而形成，针对每个振动(轴振动Dc(Dc11、Dc12、Dc13)、轴承振动Db(Db11、Db12、Db13)以及其差振动而形成，针对启动停止的运转模式(升速时、额定转速时、降速时)的每一个而形成，进而针对每个危险速度区域而形成。
基于上述那样的被输入且被加工的数据，图3的计算机1内的处理程序Pg中的处理分析程序Pg2运行。图10例示了处理解析工序的处理程序Pg2的一例。
在图10所示的处理解析工序的处理程序Pg2的最初的处理步骤S11中，参照图8、图9的升速、降速时的轴振动峰值时的转速和轴振动值的一览。另外，在处理步骤S12中，参照图4、5、6的上段和中段记载的升速、降速时的转速与轴振动值的关系性。通过该参照来确定图11的关系。
图11是根据转速与轴振动值的关系对通过从多方面的解析而得到的轴振动峰值时的转速和轴振动值的一览中典型的1例进行整理而示出的图。在此，在纵横轴取转速和轴振动值，标绘峰值。即，在转速-轴振动平面上显示峰值。
在该示例中，表示轴振动在左下区域中被检测到多个，并且在右上被检测到多个。其中，左下区域的各标绘点的转速存在于危险速度G附近，且轴振动值也存在于预定宽度的范围内。与此相对，右上区域的标绘点组明显位于远离左下的正常区域的位置、区域，由于不是公认为危险速度G的速度，因此可以说不是正常振动。
在图11的例子中，关于横轴的转速，设定比危险速度G大的转速的第一上限和比危险速度G小的转速的第一下限作为以危险速度为基准的指标，设定比第一上限大的第二上限、比第一上限小的第二下限，进而在第二上限与额定转速之间设定从第三到第六的上限。同样关于纵轴的轴振动值，设定定义包含左下的正常振动的标绘点的区域的第一上限和第一下限，进而设定多级的上限和下限。关于该上限、下限的设定，能够以纵横设定的多个上限值、下限值对由转速和轴振动值决定的2维平面进行区域分割。另外，该上限、下限的设定可以说是设定了进行区域分割时的阈值的设定。
在图10所示的处理解析工序的处理程序Pg2中，使用在处理步骤S11关注的图8、图9的升速、降速时的轴振动峰值时的转速和轴振动值的一览以及在处理步骤S12关注的图4、5、6的上段和下段记载的升速、降速时的转速和振动值的关系性来设定图11的区域的分区。
在图10的处理步骤S13中，对由转速和轴振动确定的标绘点与阈值进行比较，进行表示各标绘点的位置的区域分割。作为处理步骤S13的处理结果，形成图12的数据库DBB2。数据库DBB2是赋予了表示转速和轴振动的区域分割的数据的数据库。
具体而言，例如，在由振动值和转速确定的二维平面中，以危险速度区域为边界设定转速的第一上限和第一下限，并且在远离转速的第一上限和第一下限的转速位置设定所述转速的第二上限和第二下限，以标绘在转速的第一上限和第一下限的范围内的峰值为边界设定振动值的第一上限和第一下限，进而在远离振动值的第一上限和第一下限的振动值位置设定振动值的第二上限和第二下限，设定区域。
图12的数据库DBB2是在图8、图9的数据库DBB1U、DBB1D中进一步追加了栏d5、d6的数据库，在栏d5中，以阈值的范围定义个别的峰值存在的转速，在栏d6中，以阈值的范围定义个别的峰值的轴振动值。由此，在数据库DBB2中定义了存在峰值的转速和轴振动的二维平面上的位置作为数字信息。
接着，在图10的处理步骤S14中，参照图13所例示的转速的评价用分数一览，在处理步骤S15中，参照图14所例示的轴振动的评价用分数一览。这些评价用分数一览是预先准备的表，若转速、轴振动在正常区域内，则分数为0，但越是远离该区域，异常度越高，赋予高分数。例如，在第一上限被设为阈值的情况下是2分，在被定位在第二上限与第一上限之间的情况下是5分这样的情况。由此，根据转速和轴振动的观点分别赋予各个峰值分数。另外，分数越大，则越需要监视。
另外，图13、图14是将转速与轴振动值的阈值之间的关系分别整理为不同的表的表形式，但也可以如图15那样将转速与轴振动值的阈值的关系整理为纵横1张的表形式。
在图10的处理步骤S16中，求出关于所着眼的旋转机的综合分数。图12的判断以及图13、图14或图15的分数赋予实际上是按所关注的旋转机的振动测量场所、振动类别、运转条件(升速时、额定旋转时、降速时)、振动区域每一个来表示其一例，但实际上按这些条件类别进行多个图12的判断以及图13、图14或图15的分数赋予，作为数据进行存储、蓄积。因此，为了进行作为旋转机整体的评价，需要进行这些综合评价。
图16是容易观察综合评价结果的表形式，在纵横取转速和轴振动的阈值，并且在由阈值划分的区域中记述了位于该区域的峰值的评价点的合计值。
在图10的处理步骤S17中，作为图16的各区域的综合分数所表示的异常的程度阶段，对每个分数赋予异常阶段的注释。例如，如图17所例示的那样，推荐分数为2至4为经过监视阶段，5至9为检修推荐阶段，10以上为更强力的检修推荐阶段。在处理步骤S18中，以容易观察这些解析内容的形式向监视器等进行提示。
例如，可以在监视器上以图8、图9、图12～图17那样的表形式显示各数据库的内容并进行外部提示，或者在二维平面上，作为图11那样的阈值与标绘点的关系而进行外部提示。特别是根据图16的提示，根据大小的观点对异常标绘点多的位置进行评价并提示，因此能够使驾驶员容易进行异常诊断的判断。
这样，上述实施例的诊断监视装置由以下部件构成：输入部，其输入振动值和转速作为旋转机的运转数据；运算部，其执行使用了所输入的运转数据的运算；以及计算机，其具备输出部，运算部构成为，确定上述振动值的峰值，分别评价上述峰值的大小和上述峰值时的转速，输出部构成为对由运算部进行的评价的结果进行外部提示。
另外，在旋转机中具备多个振动计，针对由各个振动计检测出的每个振动值创建二维平面，从输出部对合计按多个振动计的每一个求出的多个二维平面的各区域中的分数而得的二维平面进行外部提示。
另外，针对每个转速的危险速度区域而创建多个二维平面，多个二维平面中的每个区域的分数被合计，作为1个所述二维平面而从所述输出部进行外部提示。
并且，通过具备这样的特征，能够提供掌握转子的升速时及降速时的振动的预兆趋势，并且能够判断进展情况的可靠性高的旋转机的诊断监视装置及方法。
更具体而言，根据从发电厂内旋转机械和/或旋转电机的测量器和/或运算器传送的转速和轴振动值，标绘升速时/降速时的危险速度和/或危险速度时的轴振动值的相关的变化，由此能够实施可靠性高的异常预兆和/或异常的检测。
Claims (10)
1.一种旋转机的诊断监视装置，由输入振动值和转速作为旋转机的运转数据的输入部、执行使用了所输入的运转数据的运算的运算部以及具备输出部的计算机构成，其特征在于，
上述运算部构成为确定上述振动值的峰值，分别评价上述峰值的大小和上述峰值时的转速，
所述输出部构成为对由所述运算部进行的评价的结果进行外部提示。
2.根据权利要求1所述的旋转机的诊断监视装置，其特征在于，
所述运算部构成为根据以危险速度为基准的指标来评价所述峰值时的转速的评价。
3.根据权利要求1或2所述的旋转机的诊断监视装置，其特征在于，
所述运算部构成为创建在以振动值和转速为坐标轴的坐标系中标绘了以所述峰值和与该峰值对应的转速决定的点的二维平面，
所述输出部构成为对所述运算部创建的所述二维平面进行外部提示。
4.根据权利要求3所述的旋转机的诊断监视装置，其特征在于，
该诊断监视装置构成为，
所述二维平面被划分为多个区域，
所述区域至少被划分为所述旋转机的危险速度区域附近的第一区域和存在于从所述第一区域离散的位置的第二区域，
使由所述峰值和与该峰值对应的转速决定的点被标绘于所述第二区域情况下的异常度评价高于由所述峰值和与该峰值对应的转速决定的点被标绘于所述第一区域的情况。
5.根据权利要求4所述的旋转机的诊断监视装置，其特征在于，
所述运算部对标绘于所述区域的所述振动值的峰值按每个峰值赋予分数，
所述运算部对标绘于所述第二区域的所述振动值的峰值赋予比标绘于所述第一区域的所述振动值的峰值的分数高的分数，
所述运算部基于对峰值赋予的分数来诊断异常的阶段，
所述输出部构成为对由所述运算部诊断出的异常的阶段进行外部提示。
6.根据权利要求4或5所述的旋转机的诊断监视装置，其特征在于，
该旋转机的诊断监视装置构成为，
在上述旋转机中具备多个振动计，
针对由各个振动计检测出的每个振动值创建所述二维平面，
从上述输出部对合计按多个振动计的每一个求出的多个上述二维平面的各区域中的分数而得到的二维平面进行外部提示。
7.根据权利要求4或5所述的旋转机的诊断监视装置，其特征在于，
针对每个转速的危险速度区域而创建多个所述二维平面，合计多个二维平面中的每个区域的分数而作为1个所述二维平面从所述输出部进行外部提示。
8.根据权利要求4或5所述的旋转机的诊断监视装置，其特征在于，
上述旋转机具备检测驱动侧和反驱动侧的轴承部的振动的多个振动计，
所述运算部进行针对来自各振动计的振动的二维平面的创建和针对来自多个振动计的差值的振动的二维平面的创建，
从所述输出部对所述运算部创建的二维平面进行外部提示。
9.根据权利要求5所述的旋转机的诊断监视装置，其特征在于，
在由所述振动值和所述转速确定的二维平面中，作为所述第一区域与其他区域的边界而设定转速的第一上限和第一下限，并且在相比于所述转速的第一上限和比第一下限更远离所述第一区域的转速位置设定所述转速的第二上限和第二下限，
作为危险速度中的振动值而设定用于规定最正常的区域的振动值的第一上限和第一下限，进而在远离上述振动值的第一上限和第一下限的振动值位置设定上述振动值的第二上限和第二下限，设定上述区域。
10.一种旋转机的诊断监视方法，使用了作为旋转机的运转数据的振动值和转速，其特征在于，
确定上述振动值的峰值，分别评价上述峰值的大小和上述峰值时的转速。
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