JP2003271241A

JP2003271241A - 運転監視制御システム

Info

Publication number: JP2003271241A
Application number: JP2002068462A
Authority: JP
Inventors: 真孝 ▲柳▼田; Masataka Yanagida; Yujiro Shimizu; 祐次郎清水; Shinichiro Hori; 慎一郎堀; Atsushi Tani; 篤史谷; Katsuyoshi Maemoto; 勝由前本; Yasushi Morishita; 靖森下; Norihisa Mizuki; 則久水木
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2003-09-26

Abstract

(57)【要約】【課題】排水機場のポンプ及び駆動機の振動を監視し、
異常が発生した場合に異常原因を分析できることがで
き、さらに、振動分析したポンプ及び駆動機の異常原因
から、重大な故障が発生しないように、ポンプ及び駆動
機の運転を制御することができる運転監視制御システム
を提供する。【解決手段】本発明による運転監視制御システムは、
排水ポンプ（１０）、駆動機（２０）、減速機（３０）
を含む排水機器（７１）を具備する排水機場（５０）の
運転監視制御システムであって、排水機器（７１）の振
動を測定する振動計（７２）と、振動計（７２）が測定
した振動を分析し、振動原因を特定する振動分析装置
（６４）と、振動原因と振動の大きさおよび振動の変化
から、排水機器（７１）の運転方針を決定し、排水機器
（７１）の運転を制御する運転制御信号を送信する機器
振動制御装置（６５）を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排水機場の運転監
視制御システムに関し、特に排水機場に設置される排水
ポンプの振動監視および運転制御を行なう運転監視制御
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】排水機場は、低地の河川等から、より高
い別の河川等へ水を汲み上げるために設置されている。
主に、激しい降雨などにより低地の河川等が決壊する恐
れがある場合や、下水等が逆流する恐れがある場合に排
水機場が運転される。したがって、排水機場は、国民の
財産を洪水から防ぐために確実に運転される信頼性が要
求される。また、排水機場は、通常は停止していても、
緊急時に速やかに運転される必要がある。

【０００３】現在、排水機場は大小さまざまな規模のも
のが設置されている。排水機場の主な構成はポンプとポ
ンプを動かす駆動機である。大型の排水機場の駆動機
は、主にガスタービンやディーゼルエンジンが使用され
る。ポンプは立軸軸流ポンプで、比較的、低揚程、大流
量のものが使用される。通常、駆動機で発生した回転
は、減速機を介して減速され、ポンプに伝えられる。

【０００４】従来の排水機場では、ポンプ、駆動機、及
び減速機を含む回転部分を持つ機器に対し、振動解析等
を伴う予防保全のためのモニタリングはあまり行なわれ
てこなかった。振動測定等が行なわれている場合でも、
振動の状態が監視されるだけで、振動解析による異常原
因や故障発生の分析は行なわれていなかった。

【０００５】このため、振動の異常が発見されても、明
らかに重大な異常以外は、ポンプを停止することで発生
する可能性がある「洪水」という結果の重大性から、有
効な対策が取られなかった。しかし、異常時に通常の運
転を続けることによりポンプの停止を伴う重大な故障が
発生し、より大きな被害が発生する可能性があった。

【０００６】また、排水機場のポンプは、他の用途で使
用されるポンプ等と同じ故障および劣化の原因に加え、
排水機場特有の原因により異常が発生する可能性があ
る。具体的には、激しい降雨の後は多種多様なものが流
れて来るため、その浮遊物が、吸込側のスクリーン、ス
トレーナもしくは除じん機を通過してポンプ内に流入す
ることで、ポンプに異常が発生することがある。また、
吸込側のスクリーン、ストレーナもしくは除じん機の詰
まりによる水位の低下等が発生する可能性がある。

【０００７】排水機場のポンプおよび駆動機の振動を監
視し、異常の原因を分析できる運転監視制御システムが
望まれる。さらに、異常の原因を分析し、重大な故障が
発生しないように運転を制御できる運転監視制御システ
ムが望まれる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、排水
機場のポンプ及び駆動機の振動を監視し、異常が発生し
た場合に異常原因を分析することができる運転監視制御
システムを提供することにある。さらに本発明の目的
は、振動分析したポンプ及び駆動機の異常原因から、重
大な故障が発生しないように、ポンプ及び駆動機の運転
を制御する運転監視制御システムを提供することにあ
る。さらに本発明の目的は、振動分析によりポンプ及び
駆動機の異常の早期発見や診断ができる運転監視制御シ
ステムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以下に、［発明の実施の
形態］で使用する番号・符号を用いて、課題を解決する
ための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許
請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との
対応関係を明らかにするために付加されたものである
が、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的
範囲の解釈に用いてはならない。

【００１０】本発明による運転監視制御システムは、排
水ポンプ（１０）、駆動機（２０）、減速機（３０）を
含む排水機器（７１）を具備する排水機場（５０）の運
転監視制御システムであって、排水機器（７１）の振動
を測定する振動計（７２）と、振動計（７２）が測定し
た振動を分析し、振動原因を特定する振動分析装置（６
４）と、振動原因と振動の大きさおよび振動の変化か
ら、排水機器（７１）の運転方針を決定し、排水機器
（７１）の運転を制御する運転制御信号を送信する機器
振動制御装置（６５）を具備する。

【００１１】本発明の運転監視制御システムの機器振動
制御装置（６５）が決定する運転方針は、排水機器（７
１）の運転停止、排水量調整、駆動機（２０）の回転数
調整を含む。

【００１２】さらに、排水機場（５０）は予備の排水ポ
ンプおよび予備の駆動機（７４）を備え、機器振動制御
装置（６５）が決定する運転方針は、予備の排水ポンプ
および駆動機（７４）の始動、停止および運転制御を含
む。

【００１３】機器振動制御装置（６５）は、さらに、振
動計（７２）で検出された振動の波形と波形の変化か
ら、排水機器（７１）に共振が発生していると判断され
る場合に、共振振動数から外れるように排水機器（７
１）の運転を制御する。

【００１４】機器振動制御装置（６５）は、排水機器
（７１）の振動と排水機器（７１）の許容運転時間の関
係を示す表（９６）を参照し振動計（７２）が測定した
振動から排水機器（７１）の許容運転時間を求め、許容
運転時間が既定時間より短い場合に、許容運転時間が既
定時間より長くなるように運転方針を決定する。

【００１５】運転監視制御システムは、ネットワーク
（９５）を介して排水機場（５０）が排水する河川流域
の降雨量の実績と予報の少なくとも一つを含む気象情報
を得る手段を備え、機器振動制御装置（６５）は、排水
機器（７１）の振動と排水機器（７１）の許容運転時間
の関係を示す表（９６）を参照し振動計（７２）が測定
した振動から許容運転時間を求め、気象情報から排水機
器（７１）の必要運転予想時間を計算し、許容運転時間
が必要運転予想時間より長くなるように運転方針を決定
する。

【００１６】運転監視制御システムは、ネットワーク
（９５）を介して排水機場（５０）が排水する河川の水
位と水位予想の少なくとも一つを含む河川水位情報を得
る手段を備え、機器振動制御装置（６５）は、排水機器
（７１）の振動と排水機器（７１）の許容運転時間の関
係を示す表（９６）を参照し振動計（７２）が測定した
振動から許容運転時間を求め、河川水位情報から排水機
器（７１）の必要運転予想時間を計算し、許容運転時間
が必要運転予想時間より長くなるように運転方針を決定
する。

【００１７】運転監視制御システムは、ネットワーク
（９５）を介して同じ流域の他の排水機場（９１）と通
信する手段を備え、機器振動制御装置（６５）は、当該
排水機場（５０）の排水量の不足が発生する場合に、他
の排水機場（９１）に、不足を補うための運転をするよ
う制御信号を送信する。

【００１８】運転監視制御システムは、ネットワーク
（９５）を介して排水機場（５０）を遠隔操作する遠隔
監視制御装置（９０）と通信する手段を備え、運転監視
制御システムは、排水機器（７１）の振動のデータを含
む排水機器（７１）の状態監視情報（８１）を処理し、
状態監視情報（８１）を選択し、処理及び選択された状
態監視情報（８１）を遠隔監視制御装置（９０）に送信
する。

【００１９】本発明による運転監視制御システムは、回
転機器（１０、２０、３０）の振動を測定する振動計
（７２）、振動計（７２）が測定した振動を分析し、振
動原因を特定する振動分析装置（６４）と、振動原因と
振動の大きさおよび振動の変化から、回転機器（１０、
２０、３０）の運転方針を決定し、回転機器（１０、２
０、３０）の運転を制御する運転制御信号を送信する機
器振動制御装置（６５）を具備する。

【００２０】

【発明の実施の形態】添付図面を参照して、本発明によ
る運転監視制御システムの実施の形態が以下に説明され
る。図１は、本発明の運転監視制御システムが設置され
る排水機場内の一系統の排水機器の形態例を示す。排水
機場には、ポンプ１０、ガスタービン２０、減速機３
０、除じん機３、吐出弁４が設置されている。ポンプ１
０、ガスタービン２０、減速機３０、除じん機３、吐出
弁４を含む一排水系統に設置される一組の機器を排水機
器とする。一ヶ所の排水機場に、数系統の排水系統があ
り、数組の排水機器が設置される場合がある。

【００２１】この排水機場の排水機器は、低地側の河川
から引き込まれた吸込水路１から、高地側の別の河川に
接続された吐出水路２へ、排水している。除じん機３
は、ポンプ１０上流の吸込水路１に設けられ、浮遊物な
どの異物を除去する。ポンプ１０は吸込水路１から吐出
水路２へ排水する。吐出弁４は、吐出水路２に設けら
れ、開度を変えることで流水量を調整する。

【００２２】ポンプ１０は、立軸軸流ポンプである。ポ
ンプ１０は減速機３０を介し、ガスタービン２０の駆動
により運転される。ガスタービン２０は、吸気ダクト２
１、排気ダクト２２、排気煙突２３等を備え、高温の燃
焼ガスでタービンを回転させる。ガスタービン２０は、
回転運動を発生し、ガスタービン軸２４を回転させて、
減速機３０へ回転を伝える。減速機３０は歯車減速機
で、ガスタービン２０からの回転をポンプ３０へ減速し
て伝える。ガスタービン２０の回転数は１０００〜４０
００ｒｐｍで、回転はガスタービン軸２４で減速機３０
に伝わる。減速機３０に伝えられた回転は、減速機３０
によりポンプ１０の回転数である約８０ｒｐｍに減速さ
れ、ポンプ軸１３に伝えられる。回転を発生する駆動機
は、ガスタービン２０に限られず、ディーゼルエンジ
ン、モータを含む他の駆動機が使用される場合もある。

【００２３】次に、図２でポンプ１０及び減速機３０の
詳細が説明される。ポンプ１０は、ケーシング１１、イ
ンペラ１２、ポンプ軸１３、水中軸受１４、ポンプ軸１
３の中間継ぎ手１５、パッキン箱１６、軸継ぎ手１７、
案内羽根１８を具備している。

【００２４】ケーシング１１は、ポンプ１０の外壁を形
成し、かつ内部を水が通る揚水管を形成している。本実
施例の図２は、偏平ベンド型の形状を持つケーシング１
１を示しているインペラ１２は、ポンプ軸１３に固定さ
れるボスと数枚の羽根で構成されるスクリュー型で、回
転することにより揚水をする。インペラ１２の羽根は、
３〜６枚取りつけられる。ポンプ軸１３は、ポンプ側軸
継ぎ手１７により減速機３０のポンプ側軸３４に固定さ
れ、減速機３０からの回転をインペラ１２に伝える。水
中軸受１４は、ラジアル軸受けで、ポンプ軸１３を水平
方向に支えている。また、水中軸受１４が、インペラ１
２の下部にある場合、ポンプ軸１３を軸方向に支えるこ
ともできる。ポンプ軸１３が長い場合、中間継ぎ手１５
により、複数のポンプ軸１３が軸方向に接続される場合
がある。パッキン箱１６は、ケーシング１１とポンプ軸
１３の間をシールするパッキンを収め、かつ、パッキン
によりポンプ軸１３を水平方向に支えている。

【００２５】案内羽根１８は、水の流れを整えるため
に、インペラ１２の上流に取り付けられる場合がある。

【００２６】減速機３０は、概ね水平なガスタービン軸
２４からの回転を、減速し、概ね鉛直なポンプ軸１３へ
９０°向きを変えて伝える。ガスタービン軸２４と減速
機３０のガスタービン側軸３３は、ガスタービン側軸継
ぎ手３５で固定されている。ガスタービン側軸３３は、
ガスタービン側軸受け３１で軸にラジアルな方向に支え
られている。ポンプ側軸３４とポンプ軸１３は、ポンプ
側軸継ぎ手１７で固定されている。ポンプ側軸３４は、
ポンプ側軸受け３２で水平方向に支えられている。

【００２７】ガスタービン軸２４は、ガスタービン軸受
２５で、軸にラジアルな方向に支えられている。

【００２８】さらに図２上で、振動計４１ＡＢ〜４９Ａ
Ｂの設置場所が説明される。以下、特に記載されない場
合は、振動計＊＊Ａ（＊＊は数字以下同じ）は水平方向
の振動を、振動計＊＊Ｂは垂直方向の振動を測定するも
のとし、振動計＊＊ＡＢと記載された場合は、両方向を
測定するように振動計が設置されたものとする。振動計
４１ＡＢ〜４９ＡＢの各々は、高周波及び低周波の振動
を測定する。振動計４１ＡＢ〜４９ＡＢは測定した結果
を、監視制御装置６０（後述）へ送信する。

【００２９】振動計４１ＡＢは、インペラ１２付近のケ
ーシング１１上に取り付けられる、振動計４１ＡＢは、
インペラ１２とケーシング１１との接触などのインペラ
１２周りの異常に伴うケーシング１１の振動を検出す
る。振動計４２ＡＢは、水中軸受１４に取り付けられ
る。振動計４２ＡＢは、水中軸受１４の振動を検出す
る。振動計４３ＡＢは、ケーシング１１に取りつけら
れ、ケーシング１１の振動を検出する。振動計４３ＡＢ
は、ケーシング１１の振動を検出し、検出結果はケーシ
ング１１の異常の判断および、振動計４１ＡＢ等の振動
との比較に使用される。振動計４３ＡＢは、ケーシング
１１で振動の振幅が最も大きくなる箇所または振動が発
生しやすい箇所に取りつけられることが好ましい。振動
計４４ＡＢは、パッキン箱１６に設置され、シール部分
の振動を検出する。振動計４５ＡＢは、ポンプ側軸受け
３２付近に設置され、軸受け部分の振動を検出する。振
動計４６ＡＢは、減速機３０の上部で、かつポンプ軸１
３の延長線上付近に設置され、減速機３０の振動を検出
する。振動計４７ＡＢは、減速機３０の側面で、かつガ
スタービン軸２４の延長線上付近に設置され、減速機３
０の振動を検出する。振動計４８ＡＢは、ガスタービン
側軸受３１付近に設置され、軸受け部分の振動を検出す
る。振動計４９ＡＢは、ガスタービン軸受け２５付近に
設置され、軸受け部分の振動を検出する。

【００３０】さらに、ポンプ軸１３の水中軸受１４、減
速機３０のポンプ側軸受３２、パッキン箱１６には温度
計４０（図示無し）が設置される。温度計４０は、軸受
が破損した場合に発生する軸受けの温度上昇を検出す
る。温度計４０は測定した結果を、監視制御装置６０
（後述）へ送信する。温度計４０は、ポンプの水中軸受
１４と減速機３０のポンプ側軸受３２のほか、ガスター
ビン軸受２５、ガスタービン側軸受３１にも設置され
る。

【００３１】次に図３を参照して、本発明の運転監視制
御システムの構成が説明される。本発明の運転監視制御
システムは、監視制御装置６０、振動計群７２−１〜
ｎ、７５、温度計群７３−１〜ｎ、７６、で構成され
る。監視制御装置６０は、排水機場５０内に設置され
る。図３において監視制御装置６０と機器設置エリア７
０が分かれているのは、説明の便宜上の理由で、監視制
御装置６０が機器設置エリア７０内に設置されてもよ
い。監視制御装置６０は、全体制御監視装置６１、機器
制御装置６２−１〜ｎ、振動監視装置６３、振動分析装
置６４、機器振動制御装置６５、振動分析データ記憶装
置６６、傾向管理装置６７、予備機制御装置６８、ウエ
ッブ端末６９で構成される。

【００３２】機器設置エリア７０には、複数の排水機器
７１−１〜ｎが設置され、排水機器７１−ｎには振動計
群７２−１〜ｎ、温度計群７３−１〜ｎが設置される。
各々の排水機器７１−１〜ｎは、一組のポンプ１０、ガ
スタービン２０、減速機３０、除じん機３、吐出弁４を
含む一排水系統に設置される一組の機器で構成される。
また、排水機器７１−１〜ｎは、制御信号８０−１〜ｎ
を受信し各機器の運転制御を行なう手段と、各機器の回
転数等を含む運転状態を検出し、状態監視信号８１−１
〜ｎに含めて送信する手段を備えている。各々の排水機
器７１−１〜ｎは、同一の容量、タイプには限定されな
い。

【００３３】振動計群７２−１〜ｎの各々は、排水機器
７１−１〜ｎの各々に取り付けられる複数の振動計４１
ＡＢ〜４９ＡＢである。温度計群７３−１〜ｎの各々
は、排水機器７１−１〜ｎの各々に取り付けられる複数
の温度計４０である。また、機器設置エリア５０には、
予備機７４、予備機７４に取り付けられる振動計群７
５、温度計群７６が設置されている。予備機７４は、排
水機器７１−１〜ｎと同様の構成であり、振動計群７５
は振動計群７２−１〜ｎと、温度計群７６は温度計群７
３−１〜ｎとそれぞれ同様の構成である。

【００３４】機器制御装置６２−１〜ｎは、機器振動制
御装置６５等からの運転制御命令を受信し、制御信号８
０−１〜ｎを排水機器７１−１〜ｎへ送信して、排水機
器７１−１〜ｎの運転の制御を行なう。運転の制御は、
ガスタービン２０の運転の開始及び停止、ガスタービン
２０の回転数の調整、吐出弁４の開度調整による流量調
整、除じん機３の運転制御を含む。さらに、機器制御装
置６２−１〜ｎは、排水機器７１−１〜ｎ、振動計群７
２−１〜ｎおよび温度計群７３−１〜ｎから、各機器の
運転状態、振動計群７２−１〜ｎの測定結果、温度計群
７３−１〜ｎの測定結果、を含む状態監視信号８１−１
〜ｎを受信する。

【００３５】また、機器制御装置６２−１〜ｎが、除じ
ん機３の上下流に設置された水位計（図示なし）、排水
している流量を測定する流量計（図示なし）の測定結果
を含む情報を受信することは、ポンプ１０の振動に異常
が発生した場合に、その情報を振動の原因分析に使用で
きるため好ましい。

【００３６】機器制御装置６２−１〜ｎは、受信した振
動計群７２−１〜ｎの測定結果を、振動監視装置６３へ
送信する。振動監視装置６３は、各振動計の振動を監視
し、異常な振動が検出された場合、そのデータを振動分
析装置６４へ送信する。

【００３７】振動分析装置６４は、受信した振動を分析
して、振動原因を特定する。振動分析装置６４は、機器
制御装置６２−１〜ｎから、温度計群７３−１〜ｎの測
定結果、流量計の測定結果、水位計の測定結果を入手す
ることもできる。さらに、振動分析装置６４は、分析結
果と振動原因を機器振動制御装置６５へ送信する。

【００３８】機器振動制御装置６５は、振動分析装置６
４の分析結果と振動原因に基づき、振動が機器の及ぼす
影響について分析し、運転方針を決定する。すぐに停止
しなければ、早期に停止を伴う重大な故障が発生する場
合は排水機器７１−１〜ｎを停止する命令を含む信号
を、機器制御装置６２−１〜ｎへ送信する。排水機器７
１−１〜ｎをそのまま運転すれば重大な故障が発生する
可能性が高いが、運転調整を行なえば共振する領域を外
せる場合や、重大故障が発生しない程度まで振動を減ら
せる場合、機器振動制御装置６５は、ガスタービン２０
の回転数を調整する命令、もしくは流量調整をおこなう
ため吐出弁４の開度調整する運転制御命令を、機器制御
装置６２−１〜ｎへ送信する。さらに、機器振動制御装
置６５は、振動原因が水位低下で、ポンプ１０などの回
転機器に直接原因がない場合、除じん機３の運転制御を
行なうよう機器制御装置６２−１〜ｎへ命令を送信す
る。または、機器振動制御装置６５は、何らかの運転変
更が必要と判断した場合は、運転員が分かるように、画
面表示、アラーム点灯または音声による連絡等をするよ
うに各機器に命令を送信する。

【００３９】さらに、機器振動制御装置６５は、振動計
群７２−１〜ｎで検出された振動の波形とその波形の変
化から、共振が発生しているか判断する。共振の発生の
判断は、振動原因の回転数（周波数）、振動の周波数、
振動している部位の固有振動数、振動の波形の変化等か
ら行なう。機器振動制御装置６５は、共振が発生してい
る場合に、共振振動数から外れるようにポンプ１０また
はガスタービン２０の運転調整を行なう。運転調整は、
回転数を徐々に変化させて振動数が共振振動数から外れ
て振動が小さくなるように調整する方法、または、事前
に記憶された機器の固有振動数と比較し、機器の共振す
る領域の共振振動数を避けるように回転数を調整する方
法などがとられる。例えば、ポンプ軸１３の振動が、ケ
ーシング１１の一部部分で共振して振動が大きくなる場
合、ポンプ１０の回転数を、早く、もしくは遅くするこ
とによりケーシング１１が共振する振動数を外し、大き
な振動を避けることができる。

【００４０】また、機器振動制御装置６５は、振動計群
７２−１〜ｎの各々の振動計４１ＡＢ〜４９ＡＢの位置
での振動の振幅と、ポンプ１０またはガスタービン２０
の回転速度または振動の振動数の関係からポンプ１０ま
たはガスタービン２０の許容運転時間を求められる表９
６を記憶している。表９６の例が、図４に示される。図
４は両対数表で、縦軸は振幅（μｍ）、横軸はポンプ１
０の回転数（ｒｐｍ）を表す。領域Ａは安全領域、領域
Ｂは長時間（例えば２４時間）運転可能領域、領域Ｃは
短時間（例えば３時間）運転可能領域、領域Ｄは超短時
間（例えば１時間）運転可能領域、領域Ｅは緊急停止領
域である。図４の様な表は、ポンプ１０およびガスター
ビン２０の各部材に対して作成される。図４は、有限要
素法などの応力計算、発生する応力と繰り返し荷重から
求められる疲労破壊の閾値、破壊試験、過去の故障経験
等により作成される。

【００４１】さらに、機器振動制御装置６５は、表９６
を参照し振動計４１ＡＢ〜４９ＡＢが測定した振動から
ポンプ１０またはガスタービン２０の許容運転時間を求
める。さらに、機器振動制御装置６５は、許容運転時間
が、既定の時間より短い場合に、許容運転時間が規定の
時間より長くなるように運転方針を決定する。既定の時
間は、一般的に想定される運転時間や過去の運転時間の
平均または最大から決められる。

【００４２】また、監視制御装置６０は、ウエッブ端末
６９を具備し、ネットワーク９５を介し、排水機場５０
が排水する河川流域の降雨量の実績と予報を含む気象情
報を送信する気象情報端末９４と通信することができ
る。さらに、機器振動制御装置６５は、表９６を参照し
振動計４１ＡＢ〜４９ＡＢが測定した振動からポンプ１
０またはガスタービン２０の許容運転時間を求める。さ
らに、機器振動制御装置６５は、気象情報端末９４から
受信した気象情報からポンプ１０が運転される必要運転
予想時間を計算し、許容運転時間が必要運転予想時間よ
り長くなるように運転方針を決定する。

【００４３】また、監視制御装置６０は、ネットワーク
９５を介し、排水機場５０が排水する河川の水位と水位
予想を含む河川水位情報を収集する河川水位情報収集装
置９３と通信することができる。さらに、機器振動制御
装置６５は、表９６を参照し振動計４１ＡＢ〜４９ＡＢ
が測定した振動からポンプ１０またはガスタービン２０
の許容運転時間を求める。さらに、機器振動制御装置６
５は、河川水位情報収集装置９３から受信した河川水位
情報からポンプ１０が運転される必要運転予想時間を計
算し、許容運転時間が必要運転予想時間より長くなるよ
うに前記運転方針を決定する。

【００４４】気象情報や河川水位情報は、遠隔監視制御
装置９０に集められ、他の排水機場９１−１〜ｎの運転
状況の情報を含め、当該排水機場５０に割り当てられる
排水量の情報として遠隔監視制御装置９０から監視制御
装置６０へ送信される場合もある。

【００４５】さらに、機器振動制御装置６５は、ポンプ
１０の許容される運転での運転方針では、排水量が不足
する場合に、予備機７４を稼働させる信号を予備機制御
装置６８へ送信する。予備機７４は、他の排水機器と同
じ構成であり、振動計群７５、温度計群７６を備える。
さらに予備機７４は、予備機制御装置６８へ予備機状態
監視信号８３を送信し、予備機制御装置６８から予備機
制御信号８２を受信し運転が制御される。

【００４６】さらに、機器振動制御装置６５は、予備機
７４を運転しても排水量が不足する場合に、ポンプ車９
２や同じ流域の他の排水機場９１−１〜ｎへ、ウエッブ
端末６９およびネットワーク９５を介して不足する排水
量の情報を含む応援要請の信号を送信する。遠隔監視制
御装置９０がある場合、機器振動制御装置６５は、遠隔
監視制御装置９０に不足する排水量の情報を含む応援要
請の信号を送信することもできる。遠隔監視制御装置９
０は、各排水機場５０、９１−１〜ｎの情報を統合して
各排水機場へ運転方針を送信することができる。

【００４７】振動分析データ記憶装置６６は、各排水機
器７１〜ｎの運転および振動データと、振動分析装置６
４の分析結果のデータを記憶する。振動分析データ記憶
装置６６に記憶されたデータは、振動分析装置６４での
分析、機器振動制御装置６５の運転方針の決定、傾向管
理装置６７の傾向分析で使用される。

【００４８】また、振動分析データ記憶装置６６は、長
時間の分析結果を運転状態データと関連付けて記憶し、
そのデータを振動分析装置６４が分析することにより、
異常の発生や進行を予想し、最適なメンテナンス実施時
期を決定することができる。

【００４９】さらに、他に類似の排水機器がある場合
で、かつ、運転時間が少なくデータの蓄積がない排水機
器がある場合、類似の排水機器のデータを使用して長期
的な運転管理方針およびメンテナンス方針が決められ
る。

【００５０】傾向管理装置６７は、各排水機器７１〜ｎ
の運転および振動データの振動の傾向を分析し、長時間
の振動の変化を分析する。分析結果は機器振動制御装置
６５の運転方針の決定や振動分析装置６４の振動原因分
析に使用される。

【００５１】全体制御監視装置６１は、監視制御装置６
０の各装置に異常がないか監視する。異常が検出された
場合、全体制御監視装置６１は、全体の停止を行なう。
または、異常が検出された場合、全体制御監視装置６１
は、異常を知らせる信号を遠隔監視制御装置９０または
決められた人に送信する。

【００５２】ウエッブ端末６９は、ネットワーク９５を
介して情報を送受信する。

【００５３】ネットワーク９５はイントラネットやイン
ターネットに代表される通信用ネットワークである。

【００５４】遠隔監視制御装置９０は、ネットワーク９
５を介して、複数の排水機場を集中して監視し制御でき
る装置である。遠隔監視制御装置９０は、担当する範囲
の排水機場の各排水機器の運転情報を収集する。遠隔監
視制御装置９０は、運転員へ各排水機場の状況を表示
し、運転員が各排水機場の運転を変更するための入力を
することができる。遠隔監視制御装置９０から各排水機
場の排水機器の監視を行なう場合、排水機場から振動デ
ータ等の運転監視情報を直接遠隔監視制御装置９０へ送
信すると情報量が多く通信に時間を要する。そこで、本
発明の監視制御装置６０のように、各排水機場の振動分
析装置６４等が、状態監視信号の分析を行ない、状態監
視信号の分析結果の選択を行ない、必要な情報のみを遠
隔監視制御装置９０へ送付することにより、送信する情
報量が少なくなり、必要なデータを短時間で送付するこ
とができる。

【００５５】遠隔監視制御装置９０は、排水機場５０へ
運転制御信号を送信し、各排水機場の排水機器の運転を
制御することができる。遠隔監視制御装置９０から送信
された運転制御信号は、ウエッブ端末６９で受信され、
ウエッブ端末６９から機器制御装置６２−１〜ｎに送信
される。機器制御装置６２−１〜ｎから、各排水機器７
１−１〜ｎへ制御信号８０−１〜ｎが送信され、各排水
機器６１−１〜ｎの運転が制御される。

【００５６】他排水機場９１〜ｎは、排水機場５０が設
置されている同じ河川の流域または近傍の排水機場であ
る。他排水機場９１〜ｎは、遠隔監視制御装置９０で運
転が監視および制御される。

【００５７】ポンプ車９２は、車載ポンプを具備した車
で、緊急時に移動して揚水することができる。

【００５８】気象情報端末９４は、地域毎に降水量デー
タと降水量予想データを収集し、それらのデータを送信
する端末である。気象情報端末９４は、遠隔監視制御装
置９０に含まれる場合もある。

【００５９】河川水位情報収集装置９３は、河川の水位
情報データを収集し、河川の水位変化の予想データを作
成し、そのデータを送信する端末である。河川水位情報
収集装置９３は、遠隔監視制御装置９０に含まれる場合
もある。

【００６０】次に、振動分析装置６４の振動原因の特定
方法について、ポンプ１０の振動原因の特定方法の例が
説明される。

【００６１】振動原因の特定方法は、振動する部位の形
状等が異なるためポンプ１０のタイプや構造、大きさに
より異なる。また、過去の運転状況や故障と振動の関係
から決められる。ここでは、振動原因の特定方法の一例
が説明される。

【００６２】振動計４１ＡＢ〜４６ＡＢの振動データを
使用して、ポンプ１０の振動発生箇所が特定される。

【００６３】ポンプ１０の振動発生原因は、１．軸継ぎ
手１７異常、２．軸１３、３４クラック、３．軸１３、
３４曲がり、４．インペラ１２接触、５．パッキン箱１
６ラビリンス接触、６．インペラ１２欠損、７．インペ
ラ１２詰まり、８．インペラ１２変形、９．インペラ１
２ボルト緩み、１０．案内羽根１８欠損、１１．案内羽
根１８詰まり、１２．ケーシング１１亀裂、１３．ケー
シング１１ボルト緩み、１４．据付劣化、１５．軸受け
１４、３２磨耗、１６．軸受け１４、３２破損、１７．
水中渦、１８．偏流、１９．キャビテーション、２０．
除じん機３異常（水位低下）を含む。

【００６４】ポンプ１０の振動の原因を特定する要素
は、ａ．軸１３、３４振動変化、ｂ．軸１３、３４振動
スペクトル、ｃ．軸１３、３４振動ベクトル、ｄ．ケー
シング１１振動変化、ｅ．ケーシング１１振動スペクト
ル、f．ケーシング１１振動ベクトル、ｇ．ケーシング
１１振動・高周波、ｈ．軸受け１４、３２温度変化、
ｉ．吐出圧力ベクトル、ｊ．ＱＨ性能変化を含む。これ
らの要素の変化（変化の有無、変化の増減、振動のふら
つきの有無、突変／徐変、上昇、低下を含む）により振
動発生原因が特定される。

【００６５】振動特定を行なうフローチャートの例が図
５に示される。フローチャートのひし形は振動原因を特
定する要素を示し、長方形が特定される振動原因を示
す。このように振動を特定する要素の組み合わせにより
振動原因が特定される。

【００６６】振動原因は、徐々に進行するもの、突発的
に発生するもの、即重大な故障になる可能性があるもの
があるため、振動数や振幅と振動原因とが関連付けられ
基本的な対策の方針が決められた表が事前に作成され、
その表を参照して機器振動制御装置６５が運転方針を決
定する場合もある。

【００６７】次に機器振動制御装置６５による、運転方
針の決定方法の例が説明される。機器振動制御装置６５
は、各部分の振幅と表９６を参照して振動による更なる
破損の可能性と、振動原因による破損の進行性を判断す
る。機器振動制御装置６５が何らかの対応が必要と判断
する場合は、気象情報や河川水位情報から判断される必
要運転予想時間が考慮される。

【００６８】例えば、ポンプ軸１３の振動が大きく、回
転数と振幅の関係で図４の領域Ｃに該当し３時間程度の
短時間運転しか許容されない場合、かつ振動原因はポン
プ軸１３の曲がりと判断された場合が想定される。河川
水位情報と気象情報から必要運転予想時間は、６時間と
想定されているとする。この場合、このままの運転を継
続すれば、ポンプ軸１３に掛かる応力によりポンプ軸１
３に亀裂が生じ破断するか、軸受け１４、４５が破損し
ポンプ１０が停止する可能性がある。この場合、機器振
動制御装置６５は、ガスタービン２０の回転数を落とす
ことでポンプ１０の回転数を落とし、かつ、ポンプ１０
の振動が減ることにより、ポンプ１０の運転が図４の領
域Ｂになるように運転を制御する。これにより長時間の
運転が可能になる。しかし、回転数を減らすことにより
必要運転予想時間は長くなり、また、ポンプ１０の排水
量も減少する。そこで、機器振動制御装置６５は、さら
に、河川水位情報と現在の排水量から河川の水位を予測
し、現在の排水量では不足すると判断した場合に、予備
機７４を稼働させる。予備機７４がない場合や予備機７
４を運転しても排水量が不足する場合は、さらに、ポン
プ車９２や他排水機場９１−１〜ｎの運転を依頼するた
めの応援要請の信号を、ウエッブ端末６９とネットワー
ク９５を介して、直接、ポンプ車９２や他排水機場９１
−１〜ｎへ、または遠隔監視制御装置９０を介して送信
する。遠隔監視制御装置９０は受信した情報を表示画面
やランプの点灯で表示し、運転監視を行なう監視員に知
らせる。

【００６９】これにより、ポンプ１０の停止を伴う重大
な故障を避けることができ、また、必要な対策を取るこ
とができる。

【００７０】次に、インペラ１２に異物が絡まった場合
を想定する。ＱＨ性能（回転数と流量から比較したポン
プ１０の性能）が低下し、かつ、軸受温度の変化がな
く、かつ、ケーシングの振動ベクトルにも変化がなく、
かつ、軸振動変化にふらつきがある場合、振動分析装置
６４はインペラ１２に異物が絡まったと判断する。機器
振動制御装置６５は、発生している振動に進行性がな
く、図４において安全レベルもしくは必要運転予想時間
の運転を許容すれば、そのまま継続して運転するよう運
転方針を決定する。もしくは、機器振動制御装置６５
は、ＱＨ性能低下分を補うように運転方針を決定する。
または、機器振動制御装置６５は、図４において、必要
運転予想時間の運転を許容しない場合、ポンプ１０の回
転数を下げるもしくは吐出弁４を絞って流量減らすよう
運転方針を決定する。不足する排水量については、予備
機７４、ポンプ車９２、他排水機場９１−１〜ｎで補う
ように運転方針を決定する。異常原因が特定されている
ので、メンテナンスを担当する者は、排水機器７１−１
〜ｎの運転終了後、速やかに異物を除去するメンテナン
スをすることができる。これにより、排水機器７１−１
〜ｎは、次の運転で予定されている能力を出すことがで
きる。

【００７１】次に徐々に増加する振動の振動原因の場合
が説明される。ケーシング１１の据付劣化により徐々に
振動が増加しているとする。傾向管理装置６７は、長期
間のケーシング１１の振動傾向を分析することにより、
据付劣化が、徐々に進んでいると判断する。傾向管理装
置６７は、振動の増加傾向から、閾値に達するまでの期
間を算出し、メンテナンス時期を決定する。傾向管理装
置６７は、運転員に知らせるように、排水機場５０また
は遠隔監視制御装置の表示装置（図示無し）にメンテナ
ンス時期を表示するように信号を送信する。これによ
り、適切な時期にメンテナンスが行なわれる。

【００７２】

【発明の効果】本発明の運転監視制御システムは、排水
機場のポンプ及び駆動機の振動を監視し、異常が発生し
た場合に異常原因を分析できることができる。さらに本
発明の運転監視制御システムは、振動分析したポンプ及
び駆動機の異常原因から、重大な故障が発生しないよう
に、ポンプ及び駆動機の運転を制御することができる。
さらに運転監視制御システムは、振動分析によりポンプ
及び駆動機の異常の早期発見や診断をすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】排水機場の一系統の排水機器の概要図を示す。

【図２】ポンプ及び減速機の概要図を示す。

【図３】発明の構成を示す。

【図４】許容運転時間を表示する表を示す。

【図５】振動原因を特定するためのフローチャートの例
を示す。

【符号の説明】

１吸込水路２吐出水路３除じん機４吐出弁１０ポンプ１１ケーシング１２インペラ１３ポンプ軸１４水中軸受１５中間軸継ぎ手１６パッキン箱１７軸継ぎ手１８案内羽根２０ガスタービン２１吸気ダクト２２排気ダクト２３排気煙突２４ガスタービン軸２５ガスタービン軸受３０減速機３１タービン側軸受け３２ポンプ側軸受け４０温度計４１ＡＢ〜４９ＡＢ振動計５０排水機場６０監視制御装置６１全体制御監視装置６２−１〜ｎ機器制御装置６３振動監視装置６４振動分析装置６５機器振動制御装置６６振動分析データ記憶装置６７傾向管理装置６８予備機制御装置６９ウエッブ端末７０機器設置エリア７１―１〜ｎ排水機器７２―１〜ｎ振動計群７３−１〜ｎ温度計群７４予備機７５振動計群７６温度計群８０−１〜ｎ制御信号８１―１〜ｎ状態監視信号８２予備機制御信号８３予備機状態監視信号９０遠隔監視制御装置９１−１〜ｎ他の排水機場９２ポンプ車９５ネットワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀慎一郎兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者谷篤史兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者前本勝由兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者森下靖兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者水木則久兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂製作所内Ｆターム(参考） 3H020 AA08 BA02 BA03 CA00 DA02 DA03 EA07 3H045 AA06 AA10 AA12 AA23 AA40 BA41 CA22 CA29 DA02 DA05 EA34 5H223 AA01 BB09 DD09 EE28 EE29 FF06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排水ポンプ、駆動機、減速機を含む排水機
器を具備する排水機場の運転監視制御システムであっ
て、前記排水機器の振動を測定する振動計と、前記振動計が測定した振動を分析し、振動原因を特定す
る振動分析装置と、前記振動原因と前記振動の大きさおよび前記振動の変化
から、前記排水機器の運転方針を決定し、前記排水機器
の運転を制御する運転制御信号を送信する機器振動制御
装置と、を具備する、運転監視制御システム。
【請求項２】前記運転方針は、前記排水機器の運転停
止、排水量調整、前記駆動機の回転数調整を含む、請求項１に記載の運転監視制御システム。
【請求項３】さらに、前記排水機場は予備の排水ポンプ
および予備の駆動機を備え、前記運転方針は、前記予備の排水ポンプおよび前記予備
の駆動機の始動、停止、排水量調整および回転数調整を
含む、請求項２に記載の運転監視制御システム。
【請求項４】前記機器振動制御装置は、さらに、前記振
動計で検出された振動の波形と前記波形の変化から、前
記排水機器に共振が発生していると判断される場合に、
共振振動数から外れるように前期排水機器の運転を制御
する、請求項１に記載の運転監視制御システム。
【請求項５】前記機器振動制御装置は、前記排水機器の
振動と前記排水機器の許容運転時間の関係を示す表を参
照し、前記振動計が測定した振動から前記排水機器の前
記許容運転時間を求め、前記許容運転時間が既定時間よ
り短い場合に、前記許容運転時間が前記既定時間より長
くなるように前記運転方針を決定する、請求項１に記載の運転監視制御システム。
【請求項６】さらに、前記運転監視制御システムは、ネ
ットワークを介して前記排水機場が排水する河川流域の
降雨量の実績と降雨量の予報の少なくとも一つを含む気
象情報を得る手段を備え、前記機器振動制御装置は、前記排水機器の振動と前記排
水機器の許容運転時間の関係を示す表を参照し、前記振
動計が測定した振動から前記許容運転時間を求め、前記
気象情報から前記排水機器の必要運転予想時間を計算
し、前記許容運転時間が前記必要運転予想時間より長く
なるように前記運転方針を決定する、請求項１に記載の運転監視制御システム。
【請求項７】さらに、前記運転監視制御システムは、ネ
ットワークを介して前記排水機場が排水する河川の水位
と水位予想の少なくとも一つを含む河川水位情報を得る
手段を備え、前記機器振動制御装置は、前記排水機器の振動と前記排
水機器の許容運転時間の関係を示す表を参照し、前記振
動計が測定した振動から前記許容運転時間を求め、前記
河川水位情報から前記排水機器の必要運転予想時間を計
算し、前記許容運転時間が前記必要運転予想時間より長
くなるように前記運転方針を決定する、請求項１に記載の運転監視制御システム。
【請求項８】さらに、前記運転監視制御システムは、ネ
ットワークを介して前記排水機場が設置されている流域
の他の排水機場と通信する手段を備え、前記機器振動制御装置は、前記排水機場の排水量の不足
が発生する場合に、前記他の排水機場に前記不足を補う
ための運転をするよう信号を送信する、請求項１に記載の運転監視制御システム。
【請求項９】さらに、前記運転監視制御システムは、ネ
ットワークを介して前記排水機場を遠隔操作する遠隔監
視制御装置と通信する手段を備え、前記運転監視制御システムは、前記排水機器の振動のデ
ータを含む前記排水機器の状態監視情報を処理し、前記
状態監視情報を選択し、選択された前記状態監視情報を
前記遠隔監視制御装置に送信する、請求項１に記載の運転監視制御システム。
【請求項１０】回転機器の振動を測定する振動計と、前記振動計が測定した振動を分析し、振動原因を特定す
る振動分析装置と、前記振動原因と前記振動の大きさおよび前記振動の変化
から、前記回転機器の運転方針を決定し、前記回転機器
の運転を制御する運転制御信号を送信する機器振動制御
装置を具備する、運転監視制御システム。