CN116981924A - 旋转机械的摩擦位置鉴别装置及摩擦位置鉴别方法 - Google Patents

旋转机械的摩擦位置鉴别装置及摩擦位置鉴别方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具备固定部及旋转部的旋转机械的摩擦位置鉴别装置。该装置具备AE传感器、轴振动传感器及摩擦位置鉴别部。在摩擦位置鉴别部中，在旋转机械中产生了摩擦时，求出与根据由AE传感器检测出的AE信号的时间变化来确定的包络线的峰值对应的AE相位和与根据由轴振动传感器检测出的轴振动信号的时间变化来确定的所述旋转部的高点位置对应的轴振动相位，并根据它们的相位差来鉴别旋转机械中的摩擦产生部位的周向位置。

Description

旋转机械的摩擦位置鉴别装置及摩擦位置鉴别方法
技术领域
本发明涉及一种旋转机械的摩擦位置鉴别装置及摩擦位置鉴别方法。
本申请根据2021年4月8日在日本专利局申请的日本特愿2021-065608号主张优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
以往，旋转机械中的摩擦检测通过检测旋转轴的轴振动来进行。因机室的热变形而密封件等与旋转轴发生摩擦(Rubbing)，并且由于因摩擦产生的热而在旋转轴中产生热弯曲，从而有时会产生旋转轴中的轴振动。这样的摩擦的产生会导致由旋转机械的轴振动或密封件劣化引起的性能下降。并且，旋转轴的轴振动为能够在摩擦进行至在转子中产生热弯曲的程度的阶段检测的现象，因此当通过轴振动检测出摩擦时，可能需要采取紧急停止旋转机械等对旋转机械的运行带来很大影响的措施。因此，期望早期检测摩擦。
作为用于解决这样的课题的一种方法，已知有使用能够检测AE(AcousticEmission：声发射)信号的AE传感器的摩擦检测技术。AE传感器容易进行安装，通过检测基于旋转体的接触声的AE信号，与以往的基于轴振动的情况相比，能够在更早的阶段探测出摩擦，很有前途。例如，在专利文献1中公开有如下技术：沿着相对于旋转轴的周向设置多个AE传感器，通过处理由这些AE传感器检测出的AE信号来鉴别周向上的摩擦的产生位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-145712号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述专利文献1中，需对旋转机械设置多个AE传感器，因此AE传感器的数量变多，导致成本增大。并且，由于将配置有多个AE传感器的截面中的摩擦作为检测对象，因此在与该截面不同的轴向位置产生了摩擦的情况下，难以检测摩擦。并且，由于根据基于摩擦的多个AE传感器之间的微小相位差来进行摩擦探测，因此可能因AE信号中所包含的噪声的影响而难以探测出摩擦。
本发明的至少一个实施方式是鉴于上述的情况而完成的，其目的在于提供一种能够以简单的结构鉴别摩擦的周向位置的旋转机械的摩擦位置鉴别装置及摩擦位置鉴别方法。
用于解决技术课题的手段
为了解决上述课题，本发明的至少一个实施方式所涉及的旋转机械的摩擦位置鉴别装置为具备固定部及旋转部的旋转机械的摩擦位置鉴别装置，所述摩擦位置鉴别装置具备：
至少一个AE传感器，用于检测所述旋转机械的AE信号；
至少一个轴振动传感器，用于检测所述旋转部的轴振动信号；及
摩擦位置鉴别部，用于在所述旋转机械中产生了摩擦时，根据AE相位与轴振动相位之差来鉴别所述旋转机械中的摩擦产生部位的周向位置，所述AE相位与根据所述AE信号的时间变化来确定的包络线的峰值对应，所述轴振动相位与根据所述轴振动信号的时间变化来确定的所述旋转部的高点位置对应。
为了解决上述课题，本发明的至少一个实施方式所涉及的旋转机械的摩擦位置鉴别方法为具备固定部及旋转部的旋转机械的摩擦位置鉴别方法，所述摩擦位置鉴别方法包括如下工序：
检测所述旋转机械的AE信号；
检测所述旋转部的轴振动信号；及
在所述旋转机械中产生了摩擦时，根据AE相位与轴振动相位之差来鉴别所述旋转机械中的摩擦产生部位的周向位置，所述AE相位与根据所述AE信号的时间变化来确定的包络线的峰值对应，所述轴振动相位与根据所述轴振动信号的时间变化来确定的所述旋转部的高点位置对应。
发明效果
根据本发明的至少一个实施方式，能够提供一种能够以简单的结构鉴别摩擦的周向位置的旋转机械的摩擦位置鉴别装置及摩擦位置鉴别方法。
附图说明
图1是一个实施方式所涉及的旋转机械的截面结构图。
图2是表示一个实施方式所涉及的摩擦位置鉴别方法的流程图。
图3A是表示旋转机械的内部的状态的示意图。
图3B是表示旋转机械的内部的状态的示意图。
图4是在图2的步骤S101中获取的AE信号及轴振动信号的一例。
图5是从轴向表示另一实施方式所涉及的摩擦位置鉴别装置中的轴振动传感器的安装位置的示意图。
图6是表示另一实施方式所涉及的摩擦位置鉴别方法的流程图。
图7是在图6的步骤S201中获取的由AE传感器检测出的AE信号、由第1轴振动传感器及第2轴振动传感器检测出的轴振动信号的一例。
图8A是在图6的步骤S202中制作的轨道线图的一例。
图8B是基于由图8A的轨道线图确定的法线方向的摩擦周向位置的鉴别例。
图9是表示另一实施方式所涉及的摩擦位置鉴别装置的结构的图。
图10是表示能够由图9的摩擦位置鉴别装置实施的摩擦位置鉴别方法的流程图。
图11是与由第3轴振动传感器检测的轴振动信号对应的轴振动矢量和与由第4轴振动传感器检测的轴振动信号对应的轴振动矢量的线性插值的说明图。
图12是表示能够由图9的摩擦位置鉴别装置实施的另一摩擦位置鉴别方法的流程图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的若干个实施方式进行说明。但是，作为实施方式而记载的或附图所示的构成组件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不旨在将本发明的范围限定于此，只不过是说明例。
图1是一个实施方式所涉及的旋转机械1的截面结构图。旋转机械1具备静止部2和相对于静止部2能够旋转的旋转部4。静止部2为旋转机械1的壳体，相对于外部静止。旋转部4介由一对轴承6a、6b被支撑为相对于静止部2能够旋转。
在静止部2与旋转部4之间设置有间隙D。从设置于静止部2的供给部3向间隙D供给工作流体W，从而驱动旋转部4。驱动了旋转部4的工作流体W从设置于静止部2的排出部5排出到外部。在旋转机械1运行时，静止部2或旋转部4中的至少一个因热等的影响而发生变形，从而间隙D缩小，有时会产生摩擦。这样的摩擦能够根据由后述的AE传感器10检测的AE信号来探测出。
旋转部4例如为能够利用基于工作流体W的动力来进行旋转的转子(旋转轴)。旋转部4具有用于接受工作流体W的动叶片4a，通过由动叶片4a接受工作流体W来旋转驱动旋转部4。旋转机械1例如为使用蒸汽作为工作流体W的蒸汽涡轮。
旋转部4被一对轴承6a、6b(径向轴承)支撑为能够旋转。轴承6a设置于旋转部4的一端侧，轴承6b设置于旋转部4的另一端侧。轴承6a、6b分别容纳于轴承箱7a、7b中。
一个实施方式所涉及的摩擦位置鉴别装置100为用于在具有上述结构的旋转机械1中产生了摩擦时鉴别摩擦的产生位置的装置。在旋转机械1中，例如安装于产生了热变形的静止部2的密封件等有时会相对于旋转部4产生摩擦(Rubbing)。摩擦位置鉴别装置100具备至少一个AE传感器10、至少一个轴振动传感器20以及根据至少一个AE传感器10及至少一个轴振动传感器20进行用于鉴别摩擦位置的运算的运算部30。
AE传感器10为用于检测旋转机械1的AE信号的传感器。在摩擦的产生部位产生的AE波作为弹性波传播到静止部2及旋转部4，并由设置于旋转机械1的各AE传感器10检测为AE信号。AE波一般具有数10kHz～数MHz的声波区域的频率，由AE传感器10检测为AE信号。在本实施方式中，构成为能够通过单个AE传感器10设置于轴承6a(轴承箱7a)来检测来自摩擦的产生部位的AE波。
另外，在图1中，例示出了单个AE传感器10设置于轴承6a(轴承箱7a)的情况，但也可以设置于轴承6b(轴承箱7b)。
轴振动传感器20为用于检测旋转机械1的轴振动信号的传感器。轴振动传感器20以检测部与作为轴振动的检测对象的旋转部4对置的方式配置，并且构成为能够根据该检测部与旋转部4的距离来检测轴振动。在本实施方式中，构成为通过单个轴振动传感器20设置于轴承6a(轴承箱7a)来检测来自摩擦的产生部位的轴振动。
另外，在图1中，例示出了单个轴振动传感器20设置于轴承6a(轴承箱7a)的情况，但也可以设置于轴承6b(轴承箱7b)。
另外，在图1的例子中，AE传感器10和轴振动传感器20设置于共同的轴承6a(轴承箱7a)中的互不相同的轴向位置，但可以分别设置于不同的轴承(例如，其中一个设置于轴承6a(轴承箱7a)，另一个设置于轴承6b(轴承箱7b))，也可以设置于彼此相同的轴向位置。
运算部30构成为根据AE传感器10及轴振动传感器20的检测结果为了鉴别摩擦位置而进行运算，例如由CPU(Central Processing Unit：中央处理器)、RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)及计算机可读存储介质等构成。而且，作为一例，用于实现各种功能的一系列处理以程序的形式存储于存储介质等中，通过CPU将该程序读出到RAM等并执行信息的加工/运算处理来实现各种功能。另外，程序也可以应用预先安装于ROM或其他存储介质中的方式、或以存储于计算机可读存储介质中的状态提供的方式、介由有线或无线的通信单元传送的方式等。计算机可读存储介质是指磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。
运算部30具备用于判定有无摩擦的摩擦判定部32和在判定为有摩擦时用于鉴别摩擦的产生位置的摩擦位置鉴别部34。另外，关于摩擦判定部32中的与有无摩擦有关的判定方法，按照公知的例子，并省略详细内容，通过根据由AE传感器10检测出的AE信号进行判定，能够早期判定摩擦。
接着，对由具有上述结构的摩擦位置鉴别装置100实施的摩擦位置鉴别方法进行说明。图2是表示一个实施方式所涉及的摩擦位置鉴别方法的流程图。
首先，摩擦判定部32判定有无摩擦(步骤S100)。步骤S100中的摩擦判定例如根据在AE传感器10中检测的AE信号来进行。当在摩擦判定部32中判定为有摩擦时(步骤S100：是)，摩擦位置鉴别部34获取由AE传感器10检测出的AE信号及由轴振动传感器20检测出的轴振动信号(步骤S101)。
在此，图3A及图3B是表示旋转机械1的内部的状态的示意图，图4是在图2的步骤S101中获取的AE信号及轴振动信号的一例。如图3A及图3B所示，旋转部4在静止部2的内侧被旋转驱动。此时，旋转部4中位于最靠径向外侧的高点位置Ph在相对于静止部2的中心O偏心的轨道K(例如，具有振摆回转中心O′的大致圆形的轨道)上移动。在图3A中示出了高点位置Ph最靠近在静止部2中从预定的基准位置Pr起安装角度φvib的位置安装的轴振动传感器20的状态，在图3B中示出了由于高点位置Ph与静止部2接触而产生了摩擦的状态。
在图4中，示出了由AE传感器10及轴振动传感器20同时检测出的AE信号和轴振动信号的时间变化。这样的基于AE传感器10的AE信号的检测及基于轴振动传感器20的轴振动信号的检测是持续进行的，在步骤S101中，将有摩擦的判定作为触发，在预定时间内进行AE信号及轴振动信号的检测。该预定时间适当地设定为可获取足以确定后述的AE相位θrub及轴振动相位θvib的AE信号及轴振动信号。
AE信号一般具有在预定的频率下振幅变动的波形，在旋转机械1中产生了摩擦时，如图4所示，在根据AE信号中所包含的波形的峰值来确定的包络线Lh上出现与旋转机械1的转速同步的分量(转速同步分量)。这样的转速同步分量具有以周期性地显示出最大峰值的方式变动的行为。
并且，轴振动信号具有对应于安装于静止部2的轴振动传感器20与旋转部4之间的距离而振幅如图4所示那样周期性地变化的波形。这样的轴振动信号作为在高点位置Ph通过轴振动传感器20附近的时刻具有最大峰值的正弦波而获得。
接着，摩擦位置鉴别部34根据在步骤S101中获取的AE信号来求出AE相位θrub(步骤S102)。如图4所示，AE相位θrub被确定为与根据AE信号的时间变化来确定的包络线Lh的峰值对应的相位(AE信号的包络线Lh的转速同步分量变为最大时的旋转角θ)。
并且，摩擦位置鉴别部34根据在步骤S101中获取的轴振动信号来求出轴振动相位θvib(步骤S103)。如图4所示，轴振动相位θvib被确定为与根据轴振动信号的时间变化来确定的旋转部4的高点位置Ph对应的相位(轴振动信号的振幅变为最大的旋转角θ)。
接着，摩擦位置鉴别部34根据在步骤S102中求出的AE相位θrub与在步骤S103中求出的轴振动相位θvib之差Δθ来鉴别旋转机械1中的摩擦产生部位的周向位置(步骤S104)。具体而言，使用静止部2中的轴振动传感器20的安装角度φvib，利用下式来鉴别产生了摩擦的周向位置φrub。
φrub＝φvib+Δθ＝φvib+(θrub-θvib) (1)
另外，φvib及φrub为对静止部2规定的相对于基准位置Pr的角度。基准位置Pr例如可以利用设置有用于计数旋转部4的转速的单脉冲计(未图示)的位置等。并且，θvib及θrub为相对于旋转部4的基准角的旋转角θ，例如可以将设置于旋转部4的单脉冲标记通过设置于静止部2的单脉冲计的位置的角度用作基准角。
另外，在不具备单脉冲计的旋转机械1中，例如能够通过将轴振动位移变为最大时的旋转角θ作为基准角来同样鉴别摩擦的产生部位的周向位置。在该情况下，θvib＝0，θrub为从轴振动位移变为最大的旋转角起的相对旋转角。
如以上说明，根据本实施方式，能够根据由单个AE传感器10检测出的AE信号和由轴振动传感器20检测出的轴振动信号来良好地鉴别摩擦的产生部位的周向位置。在这样的周向位置的鉴别中，不需要复杂的结构或运算，且不易受到由噪声产生的影响，因此在各种条件下也能够进行可靠性高的摩擦位置的鉴别。
然后，通过如此鉴别摩擦的产生部位的周向位置，能够根据其鉴别结果来判断对旋转机械1有效的对策。例如，在静止部2由上下分割的两个壳体构成的情况下，当摩擦的产生部位的周向位置为上侧时，通过仅开放上侧的壳体来实施对策，能够有效地缩小对策范围。并且，当摩擦的产生部位的周向位置为下侧时，能够事先掌握是否需要进行旋转部4的抬起作业以修复下侧的壳体，并有效率地制定作业计划。并且，当具备能够通过对静止部2进行加热或冷却来调整间隙D的机构时，能够根据摩擦的产生部位的周向位置来判断应在哪个方向上调整间隙D，并根据该判断结果来操作或控制该机构。
在前述的实施方式中，在满足i)与轴向垂直的截面上的高点位置Ph的轨道K为大致圆形、ii)摩擦的产生部位的轴向位置在轴振动传感器20附近或iii)轴振动相位θvib在轴向上对齐等的条件下，能够良好地鉴别周向位置，但当不满足这些条件中的某一个时，鉴别精度可能会下降。这样的课题能够通过以下的实施方式来良好地解决。
图5是从轴向表示另一实施方式所涉及的摩擦位置鉴别装置100中的轴振动传感器20的安装位置的示意图。在本实施方式中，轨道K相对于振摆回转中心O′具有大致椭圆形状，在与轴向垂直的同一截面上，设置具有互不相同的安装角度的第1轴振动传感器20a及第2轴振动传感器20b作为轴振动传感器20。即，第1轴振动传感器20a的安装角度φvib1及第2轴振动传感器20b的安装角度φvib2不同。在本实施方式中，特别例示出了第1轴振动传感器20a的安装角度φvib1及第2轴振动传感器20b的安装角度φvib2相差90度的情况。
接着，对能够由上述结构的摩擦位置鉴别装置100实施的摩擦位置鉴别方法进行说明。图6是表示另一实施方式所涉及的摩擦位置鉴别方法的流程图。
首先，摩擦判定部32与前述的步骤S100同样地判定有无摩擦(步骤S200)。当在摩擦判定部32中判定为有摩擦时(步骤S200：是)，摩擦位置鉴别部34分别获取由AE传感器10检测出的AE信号、由第1轴振动传感器20a及第2轴振动传感器20b检测出的轴振动信号(步骤S201)。
在此，图7是在图6的步骤S201中获取的由AE传感器10检测出的AE信号、由第1轴振动传感器20a及第2轴振动传感器20b检测出的轴振动信号的一例。由第1轴振动传感器20a检测出的轴振动信号与由第2轴振动传感器20b检测出的轴振动信号具有预定的相位差。该相位差与第1轴振动传感器20a的安装角度φvib1及第2轴振动传感器20b的安装角度φvib2对应。
接着，摩擦位置鉴别部34根据在步骤S201中获取的轴振动信号来求出旋转部4的轴振动轨道(步骤S202)。轴振动轨道通过根据由第1轴振动传感器20a检测出的轴振动信号和由第2轴振动传感器20b检测出的轴振动信号制作轨道线图Fo来求出。在此，图8A是在图6的步骤S202中制作的轨道线图Fo的一例，图8B是基于由图8A的轨道线图Fo确定的法线方向Dh的摩擦周向位置的鉴别例。在图8A的轨道线图Fo中示出了在由与第1轴振动传感器20a的安装方向对应的第1方向及与第2轴振动传感器20b的安装方向对应的第2方向规定的平面上，相对于振摆回转中心O′的高点位置Ph的轨道K具有大致椭圆形状。
接着，摩擦位置鉴别部34根据在步骤S201中获取的AE信号来求出AE相位θrub(步骤S203)。在步骤S203中，与前述的步骤S102同样地，如图7所示，AE相位θrub被确定为与根据AE信号的时间变化来确定的包络线的峰值对应的相位(AE信号的包络线Lh的转速同步分量变为最大时的旋转角θ)。
接着，如图8A所示，摩擦位置鉴别部34确定在步骤S202中求出的轨道K中通过与在步骤S203中求出的AE相位θrub对应的位置的切线Ls，进而求出该切线Ls的法线方向Dh(步骤S204)。而且，如图8B所示，摩擦位置鉴别部34鉴别摩擦的周向位置来作为通过位置静止部2的中心并与法线方向Dh平行的直线与静止部2的交点Pc(步骤S205)。
如此，在本实施方式中，能够根据由安装于互不相同的位置的第1轴振动传感器20a及第2轴振动传感器20b检测出的轴振动信号制作的轨道K(轨道线图Fo)来鉴别摩擦的产生部位的周向位置。这样的鉴别方法例如在与轴向垂直的截面上的高点位置Ph的轨道K如椭圆形那样不是大致圆形的情况下，也能够良好地鉴别周向位置。
接着，图9是表示另一实施方式所涉及的摩擦位置鉴别装置100的结构的图。在本实施方式中，摩擦位置鉴别装置100具备分别设置于互不相同的轴向位置的第3轴振动传感器20c及第4轴振动传感器20d作为轴振动传感器20。第3轴振动传感器20c及第4轴振动传感器20d分别设置于轴承6a的轴承箱7a及轴承6b的轴承箱7b。
另外，在图9的例子中，与图1同样地，AE传感器10和第3轴振动传感器20c也设置于共同的轴承6a(轴承箱7a)中互不相同的轴向位置，但可以分别设置于不同的轴承(例如，其中一个设置于轴承6a(轴承箱7a)，另一个设置于轴承6b(轴承箱7b))，也可以设置于彼此相同的轴向位置。
图10是表示能够由图9的摩擦位置鉴别装置100实施的摩擦位置鉴别方法的流程图。另外，在本实施方式中，假设在旋转机械1运行时在旋转部4中产生的变形充分小，可以视为刚体。
首先，摩擦判定部32与前述的步骤S100、S200同样地判定有无摩擦(步骤S300)。当在摩擦判定部32中判定为有摩擦时(步骤S300：是)，摩擦位置鉴别部34估计该摩擦的旋转部4中的轴向位置(步骤S301)。轴向位置的估计例如可以根据旋转机械1的静止部2及旋转部4的设计规格来进行(例如，根据沿轴向的间隙D的分布来估计容易产生摩擦的位置)，也可以通过数值分析来进行，或者可以根据能够测量间隙D的传感器(未图示)的测量结果来估计。
接着，摩擦位置鉴别部34根据在步骤S301中获取的AE信号，与前述的步骤S102同样地求出AE相位θrub(步骤S302)。AE相位θrub被确定为与根据AE信号的时间变化来确定的包络线Lh的峰值对应的相位(AE信号的包络线Lh的转速同步分量变为最大时的旋转角θ)。
接着，如图11所示，摩擦位置鉴别部34对与由第3轴振动传感器20c检测的轴振动信号对应的轴振动矢量V1(振幅A、相位α)和与由第4轴振动传感器20d检测的轴振动信号对应的轴振动矢量V2(振幅B、相位β)进行线性插值来求出轴向位置上的轴振动相位θvib(步骤S303)。具体而言，如图9所示，若将第3轴振动传感器20c至摩擦产生位置的轴向距离设为L1并将第4轴振动传感器20d至摩擦产生位置的轴向距离设为L2，则摩擦产生位置处的轴振动相位θvib可由下式求出。
其中，α为第3轴振动传感器20c的位置处的轴振动的相位延迟，β为第4轴振动传感器20d的位置处的轴振动的相位延迟，k＝L1/(L1+L2)。
接着，摩擦位置鉴别部34根据在步骤S302中求出的AE相位θrub与在步骤S303中求出的轴振动相位θvib之差，与前述的步骤S104同样地鉴别摩擦产生部位的周向位置(步骤S304)。
根据本实施方式，即使在产生了摩擦的轴向位置远离轴振动传感器20的情况下，也能够利用基于由沿着轴向设置于不同位置的第3轴振动传感器20c及第4轴振动传感器20d检测出的轴振动信号的轴振动矢量的线性插值来在任意的轴向位置处良好地鉴别摩擦的周向位置。
图12是表示能够由图9的摩擦位置鉴别装置100实施的另一摩擦位置鉴别方法的流程图。本实施方式也可以应用于不能忽略旋转部4的变形而无法近似为刚体模式的情况。
首先，摩擦判定部32与前述的步骤S100、S200、S300同样地判定有无摩擦(步骤S400)。当在摩擦判定部32中判定为有摩擦时(步骤S400：是)，摩擦位置鉴别部34确定能够在产生摩擦时的转速下激发的振动模式(步骤S401)。例如，通过在实施本方法之前预先实施模式分析来获取旋转部4的转速与在各转速下激发的振动模式的种类的关系，在步骤S401中，通过在该关系中应用产生摩擦时的转速来确定哪个振动模式能够被激发。
接着，摩擦位置鉴别部34判定在步骤S401中确定的振动模式的数量是否为配置于互不相同的轴向位置的轴振动传感器20的数量以下(步骤S402)。在本实施方式中，对通过在步骤S401中确定两个振动模式而满足步骤S402的条件的情况(振动模式的数量与轴振动传感器20的数量相等的情况)进行说明。
另外，当振动模式的数量小于配置于互不相同的轴向位置的轴振动传感器20的数量时(步骤S402：否)，以下的鉴别方法不成立，因此结束处理。
当振动模式的数量为配置于互不相同的轴向位置的轴振动传感器20的数量以下时(步骤S402：是)，摩擦位置鉴别部34按在步骤S401中确定的每个振动模式，通过模式分析来计算出轴振动传感器20的轴向位置与摩擦产生部位的轴向位置的振幅比(步骤S403)。在此，作为步骤S403的具体例，对如下情况进行说明：关于第1振动模式，计算出第3轴振动传感器20c中的振动振幅、第4轴振动传感器20d中的振动振幅、摩擦的产生部位处的振动振幅之比为1∶β1∶γ1，并且关于第2振动模式，计算出第3轴振动传感器20c中的振动振幅、第4轴振动传感器20d中的振动振幅、摩擦产生部位处的振动振幅之比为1∶β2∶γ2。
接着，摩擦位置鉴别部34将与由第3轴振动传感器20c及第4轴振动传感器20d检测出的轴振动信号对应的轴振动矢量定义为将轴振动信号的振幅及相位延迟标绘在极坐标系上的矢量(步骤S404)。在此，使用各模式的激振力系数k1、k2，分别由下式表示与第3轴振动传感器20c对应的轴振动矢量与第4轴振动传感器20d对应的轴振动矢量/>
然后，摩擦位置鉴别部34通过联立解出式(3)及(4)来求出激振力系数k1、k2(步骤S405)，并使用该激振力系数k1、k2，利用下式计算出摩擦产生部位的轴向位置处的轴振动矢量(步骤S406)。
接着，摩擦位置鉴别部34根据在步骤S406中计算出的来确定轴振动相位θvib(步骤S407)。并且，摩擦位置鉴别部34根据由AE传感器10检测出的AE信号，与前述的步骤S102同样地求出AE相位θrub(步骤S408)。然后，摩擦位置鉴别部34根据在步骤S407中求出的轴振动相位θvib与在步骤S408中求出的AE相位θrub之差，与前述的步骤S104同样地鉴别摩擦产生部位的周向位置(步骤S409)。
如以上说明，根据本实施方式，即使在不能忽略旋转部4的变形而无法近似为刚体模式的情况下，也能够使用模式分析来在任意的轴向位置处鉴别周向的接触位置。
此外，可以在不脱离本发明的宗旨的范围内将上述的实施方式中的构成要件适当地替换为众所周知的构成要件，并且，可以适当地组合上述的实施方式。
上述各实施方式中所记载的内容例如可以如下掌握。
(1)一方式所涉及的旋转机械的摩擦位置鉴别装置为具备固定部(例如，上述实施方式的固定部2)及旋转部(例如，上述实施方式的旋转部4)的旋转机械(例如，上述实施方式的旋转机械1)的摩擦位置鉴别装置(例如，上述实施方式的摩擦位置鉴别装置30)，其具备：
至少一个AE传感器(例如，上述实施方式的AE传感器10)，用于检测所述旋转机械的AE信号；
至少一个轴振动传感器(例如，上述实施方式的轴振动传感器20)，用于检测所述旋转部的轴振动信号；及
摩擦位置鉴别部(例如，上述实施方式的摩擦位置鉴别部34)，用于在所述旋转机械中产生了摩擦时，根据AE相位(例如，上述实施方式的AE相位θrub)与轴振动相位(例如，上述实施方式的轴振动相位θvib)之差来鉴别所述旋转机械中的摩擦产生部位的周向位置，所述AE相位与根据所述AE信号的时间变化来确定的包络线的峰值对应，所述轴振动相位与根据所述轴振动信号的时间变化来确定的所述旋转部的高点位置(例如，上述实施方式的高点位置Ph)对应。
根据上述(1)的方式，能够根据由少数的AE传感器检测出的AE信号和由轴振动传感器检测出的轴振动信号来良好地鉴别产生了摩擦的周向位置。在这样的周向位置的鉴别中，不需要复杂的结构或运算，且不易受到由噪声产生的影响，因此在各种条件下也能够进行可靠性高的摩擦位置的鉴别。
(2)在另一方式中，在上述(1)的方式中，
若将所述周向位置设为φrub、将相对于基准位置的所述轴振动传感器的安装位置设为φvib、将所述AE相位设为θrub及将所述轴振动相位设为θvib，则所述周向位置φrub由下式表示。
φrub＝φvib+(θrub-θvib)
根据上述(2)的方式，能够根据AE相位与轴振动相位之差良好地鉴别摩擦产生部位的周向位置。
(3)在另一方式中，在上述(1)或(2)的方式中，
所述至少一个轴振动传感器构成为检测具有如下振幅的所述轴振动信号，所述振幅与存在于在所述固定部设置的所述轴振动传感器与所述旋转部之间的间隙(例如，上述实施方式的间隙D)大小对应，
所述摩擦位置鉴别部根据包含于所述振幅的时间变化中的最大峰来确定所述高点位置。
根据上述(3)的方式，能够根据由轴振动传感器检测的轴振动信号的振幅的时间变化来良好地确定为了求出轴振动相位所需要的高点位置。
(4)在另一方式中，在上述(1)的方式中，
所述至少一个轴振动传感器包括具有互不相同的安装角度的第1轴振动传感器(例如，上述实施方式的第1轴振动传感器20a)及第2轴振动传感器(例如，上述实施方式的第2轴振动传感器20b)，
所述摩擦位置鉴别部根据分别由所述第1轴振动传感器及第2轴振动传感器检测出的所述轴振动信号来求出所述高点位置的轨道，并根据所述轨道及所述AE相位来鉴别所述周向位置。
根据上述(4)的方式，即使在高点位置的轨道例如具有如椭圆那样的非圆形状的情况下，也能够根据基于由多个轴振动传感器检测出的轴振动信号求出的高点位置的轨道和基于由AE传感器检测出的AE信号的AE相位来良好地鉴别摩擦产生部位的周向位置。
(5)在另一方式中，在上述(4)的方式中，
所述摩擦位置鉴别部利用通过标绘在所述轨道上的与所述AE相位对应的点的切线的法线方向来鉴别所述周向位置。
根据上述(5)的方式，在轨道上标绘与AE相位对应的点，并求出通过该点的切线的法线方向，从而能够鉴别周向位置。
(6)在另一方式中，在上述(1)至(5)中的任一方式中，
所述至少一个轴振动传感器包括分别设置于互不相同的轴向位置的第3轴振动传感器(例如，上述实施方式的第3轴振动传感器20c)及第4轴振动传感器(例如，上述实施方式的第4轴振动传感器20d)，
所述摩擦位置鉴别部通过基于分别由所述第3轴振动传感器及所述第4轴振动传感器检测出的所述轴振动信号的轴振动矢量的线性插值来计算出所述轴向位置。
根据上述(6)的方式，通过对基于由位于不同的轴向位置的两个轴振动传感器检测出的轴振动信号的轴振动矢量进行线性插值，即使在位于两个轴振动传感器之间的轴向位置处具有摩擦产生部位的情况下，也能够适当地鉴别周向位置。
(7)在另一方式中，在上述(1)至(6)中的任一方式中，
所述至少一个轴振动传感器包括分别设置于互不相同的轴向位置的第5轴振动传感器(例如，第5轴振动传感器20e)及第6轴振动传感器(例如，第6轴振动传感器20f)，
所述摩擦位置鉴别部按通过模式分析求出的每个振动模式，使用所述第5轴振动传感器、所述第6轴振动传感器及规定所述摩擦的产生部位处的振动振幅比的系数，求出与所述摩擦的产生部位对应的轴振动矢量来作为分别与所述第5轴振动传感器及所述第6轴振动传感器对应的轴振动矢量的线性和，从而鉴别所述周向位置。
根据上述(7)的方式，按每个振动模式，使用各轴振动传感器和与摩擦产生部位处的振动振幅比对应的系数，求出摩擦产生部位处的轴振动矢量来作为与各轴振动传感器对应的轴振动矢量的线性和，从而能够鉴别摩擦的周向位置。即使在旋转机械运行时旋转部例如伴随扭曲等变形而无法视为刚体的情况下，也能够良好地进行这样的周向位置的鉴别。
(8)在另一方式中，上述(1)至(7)中的任一方式中，
所述轴振动传感器及所述AE传感器设置于轴承箱(例如，上述实施方式的轴承箱7)，所述轴承箱容纳将所述旋转部支撑为相对于静止部能够旋转的轴承(例如，上述实施方式的轴承6)。
根据上述(8)的方式，通过轴振动传感器及AE传感器设置于容纳将旋转轴支撑为能够旋转的轴承的轴承箱，能够根据摩擦适当地检测轴振动或AE波。
(9)在另一方式中，在上述(1)至(8)中的任一方式中，
所述旋转机械为蒸汽涡轮。
根据上述(9)的方式，能够良好地鉴别在蒸汽涡轮中产生的摩擦的周向位置。
(10)一方式所涉及的旋转机械的摩擦位置鉴别方法为具备固定部(例如，上述实施方式的固定部2)及旋转部(例如，上述实施方式的旋转部4)的旋转机械(例如，上述实施方式的旋转机械1)的摩擦位置鉴别方法，其包括如下工序：
检测所述旋转机械的AE信号；
检测所述旋转部的轴振动信号；及
在所述旋转机械中产生了摩擦时，根据AE相位(例如，上述实施方式的AE相位θrub)与轴振动相位之差来鉴别所述旋转机械中的摩擦产生部位的周向位置，所述AE相位与根据所述AE信号的时间变化来确定的包络线的峰值对应，所述轴振动相位与根据所述轴振动信号的时间变化来确定的所述旋转部的高点位置(例如，上述实施方式的高点位置Ph)对应。
根据上述(10)的方式，能够根据由少数的AE传感器检测出的AE信号和由轴振动传感器检测出的轴振动信号来良好地鉴别产生了摩擦的周向位置。在这样的周向位置的鉴别中，不需要复杂的结构或运算，且不易受到由噪声产生的影响，因此在各种条件下也能够进行可靠性高的摩擦位置的鉴别。
符号说明
1-旋转机械，2-静止部，3-供给部，4.旋转部，4a-动叶片，5-排出部，6a、6b-轴承，7a、7b-轴承箱，10-AE传感器，20-轴振动传感器，30-运算部，32-摩擦判定部，34-摩擦位置鉴别部，100-摩擦位置鉴别装置，D-间隙，Dh-法线方向，Fo-轨道线图，K-轨道，Lh-包络线，Ls-切线，Ph-高点位置。

Claims (10)

1.一种旋转机械的摩擦位置鉴别装置，所述旋转机械具备固定部及旋转部，所述摩擦位置鉴别装置具备：
至少一个AE传感器，用于检测所述旋转机械的AE信号；
至少一个轴振动传感器，用于检测所述旋转部的轴振动信号；及
摩擦位置鉴别部，用于在所述旋转机械中产生了摩擦时，根据AE相位与轴振动相位之差来鉴别所述旋转机械中的摩擦产生部位的周向位置，所述AE相位与根据所述AE信号的时间变化来确定的包络线的峰值对应，所述轴振动相位与根据所述轴振动信号的时间变化来确定的所述旋转部的高点位置对应。
2.根据权利要求1所述的旋转机械的摩擦位置鉴别装置，其中，
若将所述周向位置设为φrub、将相对于基准位置的所述轴振动传感器的安装位置设为φvib、将所述AE相位设为θrub及将所述轴振动相位设为θvib，则所述周向位置φrub由下式表示，
φrub＝φvib+(θrub-θvib)。
3.根据权利要求1或2所述的旋转机械的摩擦位置鉴别装置，其中，
所述至少一个轴振动传感器构成为检测具有如下振幅的所述轴振动信号，所述振幅与存在于在所述固定部设置的所述轴振动传感器与所述旋转部之间的间隙大小对应，
所述摩擦位置鉴别部根据包含于所述振幅的时间变化中的最大峰来确定所述高点位置。
4.根据权利要求1所述的旋转机械的摩擦位置鉴别装置，其中，
所述至少一个轴振动传感器包括具有互不相同的安装角度的第1轴振动传感器及第2轴振动传感器，
所述摩擦位置鉴别部根据分别由所述第1轴振动传感器及第2轴振动传感器检测出的所述轴振动信号来求出所述高点位置的轨道，并根据所述轨道及所述AE相位来鉴别所述周向位置。
5.根据权利要求4所述的旋转机械的摩擦位置鉴别装置，其中，
所述摩擦位置鉴别部利用通过标绘在所述轨道上的与所述AE相位对应的点的切线的法线方向来鉴别所述周向位置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的旋转机械的摩擦位置鉴别装置，其中，
所述至少一个轴振动传感器包括分别设置于互不相同的轴向位置的第3轴振动传感器及第4轴振动传感器，
所述摩擦位置鉴别部利用基于分别由所述第3轴振动传感器及所述第4轴振动传感器检测出的所述轴振动信号的轴振动矢量的线性插值来计算出所述轴向位置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的旋转机械的摩擦位置鉴别装置，其中，
所述至少一个轴振动传感器包括分别设置于互不相同的轴向位置的第5轴振动传感器及第6轴振动传感器，
所述摩擦位置鉴别部按通过模式分析求出的每个振动模式，使用所述第5轴振动传感器、所述第6轴振动传感器及规定所述摩擦的产生部位处的振动振幅比的系数，求出与所述摩擦的产生部位对应的轴振动矢量来作为分别与所述第5轴振动传感器及所述第6轴振动传感器对应的轴振动矢量的线性和，从而鉴别所述周向位置。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的旋转机械的摩擦位置鉴别装置，其中，
所述轴振动传感器及所述AE传感器设置于轴承箱，所述轴承箱容纳将所述旋转部支撑为相对于静止部能够旋转的轴承。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的旋转机械的摩擦位置鉴别装置，其中，
所述旋转机械为蒸汽涡轮。
10.一种旋转机械的摩擦位置鉴别方法，所述旋转机械具备固定部及旋转部，所述摩擦位置鉴别方法包括如下工序：
检测所述旋转机械的AE信号；
检测所述旋转部的轴振动信号；及
在所述旋转机械中产生了摩擦时，根据AE相位与轴振动相位之差来鉴别所述旋转机械中的摩擦产生部位的周向位置，所述AE相位与根据所述AE信号的时间变化来确定的包络线的峰值对应，所述轴振动相位与根据所述轴振动信号的时间变化来确定的所述旋转部的高点位置对应。
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