JP2005171992A - ターボ機械における擦れを検出する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ターボ機械における擦れを検出するシステムに関する。
【解決手段】 システムはターボ機械（１０）と、ターボ機械の状態を監視する複数のセンサと、センサと通信し、ターボ機械における擦れを検出する方法を実現するための命令をロードされたオンサイトモニタ（１２）とを具備する。実施例は、ターボ機械における擦れを検出する方法であって、ターボ機械の状態を監視することと、擦れが起こっているか否かを判定することとから成る方法に関する。別の実施例は、ターボ機械における擦れを検出するための機械読み取り可能なコンピュータプログラムコードによって符号化され、コンピュータに方法を実現させるための命令を含む記憶媒体に関する。方法は、ターボ機械の状態を示すデータを獲得することと、擦れが起こっているか否かを判定することとから成る。
【選択図】 図１

Description

ここで開示される方法及び装置は、ターボ機械の擦れの監視及び診断に関する。特に、開示される方法及び装置は、擦れ事象が発生している時点を判定するために、様々なターボ機械動作状態を監視する複数のセンサから獲得されるデータを解析するアルゴリズムを使用することに関する。

一般に、ターボ機械の中心には、静止したシリンダ又はシェルの内部で回転するロータが配置されている。動作流体は、ロータ軸の周囲から半径方向に延出する１列以上の周囲方向に沿って配置された回転ブレードと、シェルの内面からロータ軸へ中心に向かって延出する１列以上の周囲方向に沿って配列されたステータブレードを通過して流れる。流体は、発電機又は圧縮機などの負荷を駆動するために使用される軸にエネルギーを与える。流体からできる限り多くのエネルギーが取り出されるように保証するために、ステータブレードの先端部は、通常、ロータ面に配置されたシールに非常に近接しており、回転ブレードの先端部は、通常、シェルの内面に配置されたシールに非常に近接している。熱力学的効率の観点から言えば、過剰な量の流体が回転ブレード及びステータブレードの列を迂回するのを阻止するように、ステータブレードの先端部とロータ面のシールとの間の間隙、及び回転ブレードの先端部とシェルのシールとの間の間隙は最小に維持されることが望ましい。

動作状態の間のシェルとロータの熱膨張の差は、先端部間隙の変動をもたらす。加えて、様々な動作条件は先端部間隙に影響を及ぼす。例えば、ガスタービン圧縮機における先端部間隙は動作停止中に最小値に到達する場合が多い。その結果、組み立て時の先端部間隙が不十分である場合には、ある動作条件に達したときに、ステータブレードの先端部とロータシールの衝突及びシェルのシールと回転ブレードの先端部の衝突が起こるおそれがある。それらの衝突は一般に「擦れ」として知られている。また、ターボ機械は様々な動作条件の下で、特に始動、動作停止及び負荷変化などの過渡状態の間に、多様な力にさらされる。そのような力も擦れを引き起こす。擦れはターボ機械のブレードやシールに損傷を発生させる。従って、ターボ機械における擦れ状態を監視し、診断するシステムが望ましい。
特表２００３−５２５００２号公報

擦れを監視し、診断するためにいくつかのシステムが開発されている。しかし、それらのシステムは、１Ｘ振幅及び２Ｘ振幅、位相、極振動及びボード振動のデータを提供することが可能である非常に複雑で、高価な振動監視システムの使用が要求されるという点で不都合である。それらのシステムのもう１つの欠点は、通常はデータを解析した後で初めて擦れ判定が実行され、リアルタイムでの擦れ判定は実行されないことである。

従って、既にターボ機械及びその周辺に設置されている標準型センサ及び監視機器を使用してターボ機械における擦れ状態を監視し、診断するシステムが望ましい。

開示される方法及び装置の一実施例は、ターボ機械における擦れを検出するシステムに関する。システムはターボ機械と、ターボ機械の状態を監視する複数のセンサと、センサと通信し、ターボ機械における擦れを検出する方法を実現するための命令をロードされているオンサイトモニタとを具備する。

開示される方法の一実施例は、ターボ機械における擦れを検出する方法に関し、方法は、ターボ機械の状態を監視することと、擦れが起こっているか否かを判定することとから成る。

開示される装置の別の実施例は、ターボ機械における擦れを検出するための機械読み取り可能なコンピュータプログラムコードが符号化されている記憶媒体に関し、記憶媒体は、コンピュータに方法を実現させるための命令を含む。方法は、ターボ機械の状態を示すデータを獲得することと、擦れが起こっているか否かを判定することとから成る。

次に、実施例を示す図面を参照して本発明を説明する。図面中、同じ要素には同じ図中符号が付されている。

図１から図１４を参照して、限定的な意味を持たない例として、開示される装置及び方法のいくつかの実施例の詳細な説明を提示する。

オンサイト監視システム
図１は、開示される装置の一実施例の概略図である。ターボ機械１０が示されている。多種多様なセンサがターボ機械及びターボ機械に結合された機器を監視している。センサからの信号はオンサイトモニタ１２へ通信される。オンサイトモニタ１２はコンピュータであっても良く、標準的な方式で、モデム及び電話回線（図示せず）を使用する電話接続を介して又は他の同等の通信媒体を介して、インターネット又はイントラネットを経てサーバ１６と通信可能に結合されたクライアントであるように構成されていても良い。あるいは、オンサイトモニタ１２はネットワーク（例えば、ＬＡＮ、ＷＡＮなど）接続を介してサーバ１６に結合されていても良い。この開示が利するところを理解すれば、モデムを使用する直接ポイントツーポイント接続、衛星接続、赤外線、シリアル、パラレル、ＵＳＢ、FireWire／ＩＥＥＥ−１３９４及び当該技術で知られている他の手段を利用する直接ポートツーポート接続などの、オンサイトモニタ１２とサーバ１６をネットワーク化するための代替手段を利用しても良いことは当業者には明白であろう。別の実施例においては、オンサイトモニタは単にターボ機械の制御装置であっても良い。

開示される装置及び方法の利点は、既にオンサイトモニタ１２へ通信可能である標準の一般的な動作データを使用することにより擦れ検出が実現されることである。そのような動作データは以前に設置されていたセンサから得られる。開示される装置及び方法の実施例は軸受振動（ピークピーク変位）、温度、圧力、偏心、軸方向変位、負荷及び復水器圧力の値を監視する。ここで開示される実施例は擦れ状態を、１）ほぼリアルタイムで、２）遠隔場所で、３）ピークピーク振動信号によって、４）自動事象相関、すなわち、擦れ状態の間に起こると予測される又は通常観測される様々な状態の有無を監視することにより、監視する。

振動理論を基本的に理解することから、システムの振動応答は不平衡力及びシステム剛性の関数であることがわかる。振動応答は不平衡力に正比例し、システム剛性に反比例する。従って、それらの値が設計条件又は基線値から偏倚すると、それは振動値の変化に反映される。擦れ事象の間、ロータはステータと接触している。これがステータとロータの接触点で非常に大きな衝撃力を発生する。この衝撃力は、擦れ異常に特有である様々な状態を発生させる原因となる。従って、擦れ事象が起こると、それらの様々な状態も観測される。ここで開示される、新たに開発されたアルゴリズムは擦れ事象の発生と、それらの様々な状態の出現との相関関係を利用して、擦れ事象を検出する。擦れ事象の間に観測される状態のいくつかは、１）定常速度動作中の振動値の急激な変化、２）装置の惰力回転中の軸方向雑音発生、３）装置が減速中の擦れ事象の後にターニングギアに戻るときの異常な偏心値、４）始動中の異常振動と、それに続く、装置がターニングギアであったときの異常な偏心、５）異常振動と、それに続く高いシェル金属温度と低いシェル金属温度との異常な温度差、６）第１の臨界速度に対する高い応答、７）第２の臨界速度に対する高い応答、８）負荷の変化により影響を受ける全体振動、９）復水器圧力の変化により影響を受ける全体振動、及び１０）ステータとロータの異常な膨張差の間の異常振動である。開示される装置及び方法は、擦れ事象を伴う上記の様々な状態の相関関係に基づいて、新たに開発されたアルゴリズムを使用し、擦れを検出する。これらのアルゴリズムは、既にオンサイトモニタ１２へ通信されているであろう情報を使用する。従って、開示される方法及び装置の一実施例では、新たに開発されたアルゴリズムを組み込んだコンピュータソフトウェアがオンサイトモニタ１２にロードされることにより、センサ、ケーブル及び監視機器などの新たなハードウェアを購入、設置する必要なく、擦れを検出できる。

先に述べた動作データは、ターボ機械の動作に関連する様々なセンサにより通信される信号から獲得されても良い。それらのセンサは、ターボ機械の軸受付近の半径方向振動を測定する振動センサを含む。振動センサは渦電流プローブ、加速度計又は振動変換器を含むと思われるが、それらには限定されない。低圧軸受振動という場合、これは、通常は出口端部の付近にある、ターボ機械の低圧側に最も近い軸受で取り出された半径方向振動測定値である。更に、ターボ機械のロータの軸方向運動を測定する軸方向振動センサもある。多くのターボ機械構成には、冗長性を目的として、３つの軸方向振動センサ又は軸方向プローブがある。軸偏心は、同様にセンサにより測定されるもう１つの一般的な動作状態である。オペレータは、低速ロールと加熱の組み合わせがロータの偏心を過剰な振動又はロータとステータの接触による損傷なしにタービンを全速力で安全に運転できないような程度まで減少させた時点を判定するために、偏心測定値を使用する。偏心は、一定機械的湾曲、一時熱湾曲及び重力湾曲のうちのいずれか１つ又はそれらの組み合わせによって起こると考えられるロータ低速ロール時のロータ湾曲の測定値であるが、湾曲の原因はそれらに限定されない。通常、軸偏心を測定するために、渦電流プローブが使用される。膨張差測定値は、タービンの始動中及びウォームアップ中に多くの注意を払われる重要なパラメータである。このパラメータは、タービンロータがタービンシェル又はケーシングに対してどのように膨張するかを測定する。多くの場合、膨張差は渦電流プローブを使用して測定される。蒸気タービンなどのターボ機械における他の重要な動作条件はシェル金属温度及び蒸気入口温度であるが、それらは共に熱電対などの温度変換器により測定できるであろう。別の重要な動作条件は、圧力変換器により測定される復水器圧力である。ロータ速度は多様な方法、すなわち、フロントスタンダードの内側に配置された歯車を観測すること、発電機出力周波数を電気的に変換すること、又はターニングギアを監視すること、いずれかの多歯歯車を観測するように構成された渦電流プローブなどにより測定できる。ターボ機械により駆動されるべき機器の負荷は多くの場合に発電機であるが、これもオンサイトモニタに供給される重要な動作条件である。

オンサイトモニタ１２は、先に説明したセンサからの入力を使用してターボ機械における擦れを検出するための機械読み取り可能なコンピュータプログラムコードによって符号化された記憶媒体を具備していても良い。コンピュータプログラムコードは、コンピュータに以下に説明する開示される方法の実施例を実現させるための命令を有する。

以下の実施例で説明されるアルゴリズムは、１Ｘ振動データ及び２Ｘ振動データ、ボードプロット及び極座標図を提供することが可能である高価な監視機器を購入、設置する必要なく、ターボ機械システムからの標準動作データを使用してターボ機械における擦れを検出するために使用できる。以下の実施例で説明される、新たに開発されたアルゴリズムは、１Ｘデータ及び２Ｘデータ、ボードプロット又は極座標プロットは必要なく、また、後にターボ機械データを解析する必要もなく、擦れを検出することが可能である。

急激で大きなシェル温度傾斜と関連する擦れ
図２には、急激で大きなシェル温度傾斜と関連する擦れを検出するための、開示される方法の一実施例を表すフローチャートが示されている。アクト２０では、オンサイトモニタはシェル金属温度差、蒸気入口温度差及び軸受振動を示すデータを獲得する。問い合わせ２４では、異常な蒸気入口温度変化があったか否かが判定される。一実施例においては、あらゆる測定される温度に関するあらゆる異常な温度変化は（１）指定された時間周期の間に指定より大きな振幅の変化がある場合、又は（２）３つの連続するデータサンプルについて温度振幅が指定された温度振幅限界を超えた場合のいずれかにより表示されるであろう。蒸気入口温度振幅に関する指定より大きな振幅の変化は装置ごとに特定されるが、多くの装置の場合、６０秒間にわたり蒸気入口温度が約５０°Ｆを超えて変化したときに、それは指定より大きな変化ということになるであろう。同様に、指定される温度振幅限界も装置ごとに特定されるが、場合によっては、上限が１，０７５°Ｆ、下限は１，０５０°Ｆであっても良い。問い合わせ２８では、時間の経過に伴って高いシェル温度と低いシェル温度の差に指定限界を超える変動があったか否かが判定される。問い合わせ２８における指定限界は６０秒間に３０°Ｆの変化であろう。問い合わせ３６では、高いシェル金属温度と低いシェル金属温度の差が指定限界を超えているか否かが判定される。一実施例においては、シェル金属温度差の指定限界は、オンサイトモニタ１２により受信される３つの連続するサンプルについて５０°Ｆである。問い合わせ４０では、異常な振動変化があったか否かが判定される。異常な振動変化４０が示された時点を判定するアクトを論じた実施例については、図３及び図４を参照して説明する。問い合わせ４４では、問い合わせ２４〜３６のうちのいずれかに対する応答が肯定であったか否かが判定される。いずれかの問い合わせに対する応答が肯定であれば、アクト４８で、擦れの可能性が表示される。

異常な振動変化
図３及び図４は、振動に異常な変化があったか否かを判定することに関連する開示される方法の一実施例を示す。異常な振動変化は、振動振幅の大きな変動又は高い振動振幅を意味している。一実施例では、図３及び図４で説明される２つの方法を使用して、振動に異常な変化があったか否かを並行して判定する。

図３を参照すると、プロセスブロック５２では、現在の指定時間について、振動の現在の平均振幅が計算される。アクト５６では、過去の指定時間にわたる振動の振幅の過去の平均が計算される。一実施例においては、現在の指定時間は−６０秒から０秒であり、０秒が現在の瞬時である。過去の指定時間は−１２０秒から−６０秒であっても良い。アクト６０では、現在の平均と過去の平均の差が計算され、アクト６４では、計算された３つの連続する差が指定限界を超えているか否かが判定される。一実施例においては、指定限界は６０秒間に１ｍｉｌの振動振幅変化であっても良い。計算された３つの連続する差が指定限界を超えている場合、アクト６８で、過剰な振動変化が表示される。

図４を参照すると、アクト７２では、指定時間にわたる現在の振動振幅平均が計算される。一実施例においては、指定時間はサンプル５つ分又は１０秒になるであろう。問い合わせ７６では、３つの連続する平均が指定限界を超えたか否かが判定される。一実施例においては、指定限界は上限で７．５ｍｉｌ、下限で５．５ｍｉｌであっても良い。３つの連続する平均が指定限界を超えていると判定された場合、アクト８０で、過剰な振動振幅が表示されるであろう。

第１の臨界速度に対する高い振動応答と関連する擦れ
図５は、ターボ機械の第１の臨界速度に対する高い振動応答から擦れ事象の可能性を検出する、開示される方法の一実施例を表すフローチャートを示す。アクト８４で、オンサイトモニタはロータ速度及び振動を示すデータを獲得する。問い合わせ８８では、ロータ速度が第１の臨界速度に近いか否かが判定される。一実施例においては、ロータ速度は、その臨界速度の２０％以内にある場合に臨界速度に近いと判定される。問い合わせ９２では、指定時間にわたり振動振幅が指定限界を超えているか否かが判定される。一実施例においては、この指定限界及び指定時間は４秒間にわたり１０ｍｉｌということになるであろう。指定時間にわたり振動振幅が指定限界を超えていると判定された場合、アクト９６で、第１の臨界速度における擦れ及び高い応答の可能性が表示される。

第２の臨界速度に対する高い振動応答と関連する擦れ
図６は、ターボ機械の第２の臨界速度に対する高い振動応答から擦れ事象の可能性を検出する、開示される方法の一実施例を表すフローチャートを示す。アクト１００で、オンサイトモニタはロータ速度及び振動を示すデータを獲得する。問い合わせ１０４では、ロータ速度が第２の臨界速度に近いか否かが判定される。一実施例においては、ロータ速度は、第２の臨界速度の２０％以内にある場合に第２の臨界速度に近い。問い合わせ１０８では、指定時間にわたり振動振幅が指定限界を超えているか否かが判定される。一実施例においては、指定限界及び指定時間は４秒間にわたり１０ｍｉｌであっても良い。指定時間にわたり振動振幅が指定限界を超えていると判定された場合、アクト１１２で、第２の臨界速度における擦れ及び高い応答の可能性が表示される。

負荷により影響を受ける非定常振動と関連する擦れ
図７は、異常な振幅又は負荷の異常な変化と関連する非定常振動振幅から擦れ事象の可能性を検出する、開示される方法の一実施例を表すフローチャートを示す。アクト１１６で、オンサイトモニタは負荷と、低圧軸受における振動を示すデータを獲得する。問い合わせ１２０では、異常負荷があるか否かが判定される。一実施例においては、異常負荷は、指定の時間周期にわたり指定より大きな振幅の変化がある場合又は負荷の振幅が指定限界を超えた場合に表示されるであろう。一実施例においては、指定時間にわたる負荷の振幅の指定の変化は６０秒間にわたり７ＭＷになるであろう。異常負荷が検出された場合、アクト１２４で、異常負荷が表示される。問い合わせ１２８では、軸受振動振幅の標準偏差が指定限界を超えているか否かが判定される。一実施例においては、標準偏差は６００秒間にわたり計算され、指定の振動振幅限界は０．８ｍｉｌであろう。軸受振動の標準偏差が指定限界より高い場合、アクト１３２で、軸受における非定常全体振動が表示される。問い合わせ１３６では、問い合わせ１２０及び１２８に対する応答が共に肯定であったか否かが判定される。問い合わせ１２０及び１２８に対する応答が共に肯定であった場合、アクト１４０で、擦れの可能性が表示される。

復水器圧力により影響を受ける非定常振動と関連する擦れ
図８は、異常な振幅又は復水器圧力の異常な変化と関連する非定常振動振幅から擦れ事象の可能性を検出する、開示される方法の一実施例を表すフローチャートを示す。アクト１４４で、オンサイトモニタは負荷及び軸受の振動を示すデータを獲得する。問い合わせ１４８では、異常な復水器圧力があるか否かが判定される。一実施例においては、異常な復水器圧力は、指定の時間周期にわたり指定を超える振幅の変化があるとき又は負荷の振幅が指定限界を超えた場合に表示されるであろう。一実施例においては、指定の時間周期にわたる指定の変化は６０秒間に４ＭＭのＨＧであり、指定振幅限界は下限で８ＭＭ、上限で１０ＭＭであろう。異常な復水器圧力が検出された場合、アクト１５２で、異常復水器圧力が表示される。問い合わせ１５６では、軸受振動振幅の標準偏差が指定限界を超えているか否かが判定される。一実施例においては、標準偏差は６００秒間にわたり計算され、指定される振動振幅限界は０．８ｍｉｌであろう。軸受振動の標準偏差が指定限界を超えている場合、アクト１６０で、軸受における非定常全体振動が表示される。問い合わせ１６４では、問い合わせ１４８及び１５６に対する応答が共に肯定であったか否かが判定される。問い合わせ１４８及び１５６に対する応答が共に肯定であった場合、アクト１６８で、擦れの可能性が表示される。

大きな膨張差により影響を受ける振動と関連する擦れ
図９は、大きな膨張差と関連する異常振動から擦れ事象の可能性を検出する、開示される方法の一実施例を表すフローチャートを示す。アクト１７２で、オンサイトモニタは、振動及び膨張差を示すデータを獲得する。問い合わせ１７６では、異常な振動があるか否かが判定される。異常な振動がある場合、アクト１８０で、異常振動が表示される。問い合わせ１８４では、大きな膨張差があるか否かが判定される。一実施例においては、オンサイトモニタ１２は、タービンコントローラからの、大きな膨張差があるか否かに関する論理タグを記録する。タグの値が「１」に等しければ、それは大きな膨張差として判定される。大きな膨張差がある場合、アクト１８８で、大きな膨張差が表示される。問い合わせ１９２では、問い合わせ１７６及び１８４に対する応答が共に肯定であったか否かが判定される。問い合わせ１７６及び１８４に対する応答が共に肯定であった場合、アクト１９４で、擦れの可能性が表示される。

異常偏心により判定される擦れの可能性、第１の方法
図１０は、異常な偏心と関連する擦れ事象の可能性を検出する、開示される方法の第１の実施例を表すフローチャートを示す。アクト２００で、オンサイトモニタは振動、偏心及び負荷を示すデータを獲得する。問い合わせ２０４では、過渡中に異常な振動があったか否かが判定される。過渡は、ターボ機械が始動しようとしているか又は動作停止されるとき及びブレーカ状態が「開」になるまでである。問い合わせ２１６では、負荷状態の間に異常な振動があったか否かが判定される。問い合わせ２２０では、ターニングギアにある間に異常な偏心があるか否かが判定される。ターニングギアは、ターボ機械の軸に結合され、ターボ機械の軸及び減速歯車を非常に遅い速度で回転させるために使用される電動機から構成されている。一実施例においては、異常な偏心は（１）偏心振幅が指定限界を超えているとき又は（２）１０秒などの指定の時間周期にわたり指定より大きい振幅の変化があるときのいずれかで表示される。ターボ機械によっては、指定限界は下限で２ｍｉｌ、上限で３ｍｉｌであっても良い。ターニングギアにあるときに異常な偏心がある場合、アクト２２４で、ターニングギアにおける異常偏心が表示される。問い合わせ２２８では、問い合わせ２０４又は２１６に対する応答が肯定であったか否かが判定される。問い合わせ２０４に対する応答が肯定であった場合、アクト２３２で、動作停止中の擦れの可能性が表示される。問い合わせ２１６に対する応答が肯定であった場合には、アクト２４０で、ターニングギア中の偏心を伴う負荷状態の間の異常振動が表示される。アクト２４４で、ターニングギアにおける異常偏心の後の擦れの可能性が表示される。

異常偏心により判定される擦れの可能性、第２の方法
図１１は、異常な偏心と関連する擦れ事象の可能性を検出する、開示される方法の第２の実施例を表すフローチャートである。アクト２４８で、オンサイトモニタは振動、偏心及び負荷を示すデータを獲得する。問い合わせ２５２では、過渡中に異常な振動があったか否かが判定される。過渡中に異常な振動があった場合、アクト２５６で、始動中の異常振動が表示される。問い合わせ２６４では、負荷状態の間に異常な振動があったか否かが判定される。問い合わせ２６８では、ターニングギアにある間に異常な偏心があるか否かが判定される。一実施例においては、異常な偏心は（１）偏心振幅が指定限界を超えているとき又は（２）１０秒などの指定の時間周期にわたり指定より大きな振幅の変化があるときのいずれかで表示される。ターニングギアにある間に異常な偏心がある場合、アクト２７２で、ターニングギアにおける異常偏心が表示される。問い合わせ２７６では、問い合わせ２５２又は２６４のいずれかに対する応答が肯定であったか否かが判定される。問い合わせ２５２に対する応答が肯定であった場合、アクト２８０で、始動中の擦れの可能性が表示される。問い合わせ２６４に対する応答が肯定であった場合には、アクト２８８で、ターニングギア中の偏心を伴う負荷状態の間の異常振動が表示される。アクト２９２で、ターニングギアにおける異常偏心の後の擦れの可能性が表示される。

定常速度における振動変化と関連する擦れの可能性
図１２は、定常速度における振動変化と関連する擦れ事象の可能性を検出する、開示される方法の一実施例を表すフローチャートを示す。アクト２９６で、オンサイトモニタはロータ速度及び振動を示すデータを獲得する。問い合わせ３００では、ターボ機械が速度保持動作、定速無負荷（ＦＳＮＬ）動作又は定常状態動作のいずれであるかが判定される。一実施例においては、ターボ機械が速度保持動作モードにあるとき、最大速度変化は約６０秒で約１０ｒｐｍであり、ターボ機械がＦＳＮＬモードにあるとき、最大速度変化は約６０秒で約２ｒｐｍであり、ターボ機械が定常状態モードにあるときには、最大速度変化は約９００秒間にわたり定格ｒｐｍの約０．２５％である。問い合わせ３０４では、異常な振動変化があるか否かが判定される。一実施例においては、異常な振動変化は図３に開示される方法により判定される。異常な振動変化が発見されれば、アクト３０８で、擦れの可能性、すなわち、定常速度における急激な振動が表示される。

高い軸方向振動標準偏差と関連する擦れの可能性
図１３は、高い軸方向振動標準偏差と関連する擦れ事象の可能性を検出する、開示される方法の一実施例を表すフローチャートを示す。アクト３１２で、オンサイトモニタは偏心、振動及び軸方向振動を示すデータを獲得する。問い合わせ３１６では、高い振動振幅があるか否かが判定される。問い合わせ３２０では、大きな振動変化があるか否かが判定される。アクト３２４で、軸方向変位の現在の平均、軸方向変位の以前の平均、及び軸方向プローブの各々の指定の時間限界にわたる標準偏差が全て計算される。一実施例においては、軸方向変位の現在の平均は−６０秒から０秒までの時間周期の間に求められれば良く、この場合、０秒は現在の瞬時である。以前の平均は−１２０秒から−６０秒までの時間周期の間に求められるであろう。また、一実施例においては、指定の時間限界は３０秒であっても良い。問い合わせ３２８では、軸方向変位の現在の平均と、軸方向変位の以前の平均との絶対差が指定の限界である「Ｘ」より小さいか否かが判定される。本発明の一実施例においては、Ｘは２ｍｉｌ（１インチの１０００分の２）であっても良い。問い合わせ３３２では、軸方向プローブのうちのいずれかの標準偏差が軸方向変位の標準偏差の指定限界である「Limit１」より大きいか否かが判定される。一実施例においては、Limit１は５ｍｉｌであっても良い。問い合わせ３３６では、軸方向変位標準偏差のうちの３つの中の少なくとも２つが軸方向変位の標準偏差の指定限界である「Limit２」より大きいか否かが判定される。一実施例においては、Limit２はLimit１と同じである５ｍｉｌであっても良い。しかし、別の実施例においては、Limit１とLimit２は互いに等しくなくても良い。これにより、どの条件がターボ機械における擦れをより発生しやすいかを判定する上での融通性が得られる。軸方向変位標準偏差のうちの３つの中の少なくとも２つがLimit２より大きい場合、アクト３４０で、高い標準偏差の軸方向変位が表示される。問い合わせ３４４では、問い合わせ３１６及び３２０のいずれかに対する応答が肯定であったか否かが判定される。問い合わせ３１６又は３２０のいずれかに対する応答が肯定であった場合、問い合わせ３４８で、高い偏心振幅が測定されたか否かが判定される。高い偏心振幅が測定されていれば、アクト３５２で、擦れの可能性が表示される。

擦れ検出の概要
図１４は、ターボ機械における擦れを検出するための開示される方法の実施例の概要を表すフローチャートを示す。アクト３５６で、オンサイトモニタはターボ機械システムを示すデータを獲得する。問い合わせ３６０では、急激で大きなシェル温度傾斜と関連する擦れの可能性があるか否かが判定される。この場合に擦れを判定する実施例の１つは図２に関して論じられている。問い合わせ３６４では、第１の臨界速度に対する高い振動応答と関連する擦れの可能性があるか否かが判定される。この場合に擦れを判定する実施例の１つは図５に関して論じられている。問い合わせ３６８では、第２の臨界速度に対する高い振動応答と関連する擦れの可能性があるか否かが判定される。この場合に擦れを判定する実施例の１つは図６に関して論じられている。問い合わせ３７２では、負荷により影響を受ける非定常振動と関連する擦れがあるか否かが判定される。この場合に擦れを判定する実施例の１つは図７に関して論じられている。問い合わせ３７６では、復水器圧力により影響を受ける非定常振動と関連する擦れがあるか否かが判定される。この場合に擦れを判定する実施例の１つは図８に関して論じられている。問い合わせ３８０では、大きな膨張差により影響を受ける振動と関連する擦れがあるか否かが判定される。この場合に擦れを判定する実施例の１つは図９に関して論じられている。問い合わせ３８４では、第１の方法を使用して異常偏心と関連する擦れがあるか否かが判定される。この場合に擦れを判定する実施例の１つは図１０に関して論じられている。問い合わせ３８８では、第２の方法を使用して異常偏心と関連する擦れがあるか否かが判定される。この場合に擦れを判定する実施例の１つは図１１に関して論じられている。問い合わせ３９２では、定常速度における振動変化と関連する擦れがあるか否かが判定される。この場合に擦れを判定する実施例の１つは図１２に関して論じられている。問い合わせ３９６では、高い軸方向振動標準偏差と関連する擦れがあるか否かが判定される。この場合に擦れを判定する実施例の１つは図１３に関して論じられている。問い合わせ４００では、問い合わせ３５６〜３９６のいずれかに対する応答が肯定であったか否かが判定される。いずれかのブロックに対する応答が肯定であった場合、アクト４０４で、擦れの可能性が表示される。

本発明はコンピュータ実現プロセス及びそれらのプロセスを実施するための装置の形態で具現化されても良い。また、本発明は、フロッピー（登録商標）ディスク、ＣＤ‐ＲＯＭ、ハードドライブ又は他の何らかのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体などの有形の媒体として具現化された命令を含むコンピュータプログラムコードの形態で具現化されても良い。その場合、コンピュータプログラムコードがコンピュータにロードされ、そのコンピュータにより実行されるとき、コンピュータは本発明を実施する装置になる。更に、本発明は、例えば、記憶媒体に格納されるか、コンピュータにロードされ且つ／又はコンピュータにより実行されるか、あるいは電気配線又はケーブル接続を介して、光ファイバを介して、又は電磁放射を介してなど、何らかの送信媒体を介して送信されるかのいずれであっても、コンピュータプログラムコードの形態で具現化されることが可能である。その場合、コンピュータプログラムコードがコンピュータにロードされ、そのコンピュータにより実行されるとき、コンピュータは本発明を実施する装置になる。汎用マイクロプロセッサで実現される場合、コンピュータプログラムコードセグメントは特定の論理回路を作成するためにマイクロプロセッサを構成する。

開示される実施例は、通常は既にターボ機械自体及びその周辺に設置されており、オンサイト監視システムへ通信される標準型センサ及びデータを使用して擦れ事象の可能性の自動的な検出を実行するという利点を有する。開示される実施例は、擦れ検出のために振動信号調整を実施する高価なハードウェアを必要としない。例えば、開示される実施例の場合、位相角データ及び位相角データを獲得するために必要とされる高価な機器は不要である。その代わりに、擦れ事象の可能性を判定するために標準的な、フィルタリング処理されていないピークピーク振動を使用できる。開示される実施例の他の利点は、擦れ事象の可能性が迅速に通知されること、及び獲得されるデータの解析によって、技術者やオペレータはターボ機械システムにおいて将来起こりうる擦れを防止できることである。

実施例を参照して開示される方法及び装置の実施例を説明したが、開示される方法及び装置の実施例の範囲から逸脱せずに様々な変更を実施できると共に、要素を等価の要素と置き換えても差し支えないことは当業者には理解されるであろう。更に、開示される方法及び装置の本質的な範囲から逸脱せずに、特定の状況又は材料を開示される方法及び装置の実施例の教示に適合させるために、数多くの変形を実施できるであろう。特許請求の範囲で示される図中符号は本発明の範囲を狭めようとするのではなく、本発明の理解を容易にすることを意図されている。

開示される擦れ検出システムを示す図。 急激で大きなシェル温度傾斜と関連する擦れがあるか否かを判定する方法を示すフローチャート。 振動分散の変化があるか否かを判定する方法を示すフローチャート。 振動振幅の変化があるか否かを判定する方法を示すフローチャート。 第１の臨界速度に対する高い応答と関連する擦れがあるか否かを判定する方法を示すフローチャート。 第２の臨界速度に対する高い応答と関連する擦れがあるか否かを判定する方法を示すフローチャート。 負荷により影響を受ける非定常振動と関連する擦れがあるか否かを判定する方法を示すフローチャート。 復水器圧力により影響を受ける非定常振動と関連する擦れがあるか否かを判定する方法を示すフローチャート。 大きな膨張差により影響を受ける振動と関連する擦れがあるか否かを判定する方法を示すフローチャート。 第１の方法により異常な偏心と関連する擦れがあるか否かを判定する方法を示すフローチャート。 第２の方法により異常な偏心と関連する擦れがあるか否かを判定する方法を示すフローチャート。 定常速度における振動変化と関連する擦れがあるか否かを判定する方法を示すフローチャート。 高い軸方向振動標準偏差と関連する擦れがあるか否かを判定する方法を示すフローチャート。 擦れがあるか否かを判定する方法を要約して示すフローチャート。

符号の説明

１０…ターボ機械、１２…オンサイトモニタ、１４…インターネット、１６…サーバ

Claims (10)

1. ターボ機械（１０）における擦れを検出するシステムにおいて、
   ターボ機械（１０）と、
   前記ターボ機械（１０）の状態を監視する複数のセンサと、
   前記センサと通信し、前記ターボ機械（１０）における擦れを検出する方法を実現するための命令をロードされているオンサイトモニタ（１２）とを具備するシステム。
2. インターネット（１４）を介して前記オンサイトモニタ（１２）と通信するサーバ（１６）を更に具備する請求項１記載のシステム。
3. ターボ機械（１０）における擦れを検出する方法において、
   ターボ機械（１０）の状態を監視することと、
   擦れが起こっているか否かを判定することとから成る方法。
4. ターボ機械（１０）における擦れを検出するための機械読み取り可能なコンピュータプログラムコードによって符号化されている記憶媒体において、
   ターボ機械（１０）の状態を示すデータを獲得することと、
   擦れが起こっているか否かを判定することとから成る方法をコンピュータに実現させるための命令を含む記憶媒体。
5. ターボ機械（１０）における擦れを検出する方法において、
   ａ．復水器圧力及び低圧軸受振動を示すデータを獲得することと、
   ｂ．異常な復水器圧力があるか否かを判定することと、
   ｃ．異常な復水器圧力がある場合、異常復水器圧力を表示することと、
   ｄ．低圧軸受振動標準偏差が指定限界より大きいか否かを判定することと、
   ｅ．低圧軸受振動標準偏差が指定限界より大きい場合、低圧軸受における非定常全体振動を表示することと、
   ｆ．問い合わせｂ及びｄに対する応答が共に肯定であったか否かを判定することと、
   ｇ．問い合わせｂ及びｄの双方に対する応答が肯定であった場合、擦れの可能性を表示することとから成る方法。
6. ターボ機械（１０）における擦れを検出する方法において、
   ａ．振動、偏心及び負荷を示すデータを獲得することと、
   ｂ．過渡中に異常振動があるか否かを判定することと、
   ｃ．動作停止中に異常振動がある場合、過渡中の振動を表示することと、
   ｄ．負荷状態の間に異常振動があるか否かを判定することと、
   ｅ．ターニングギアにある間に異常な偏心振幅又は変化があるか否かを判定することと、
   ｆ．ターニングギアにある間に異常な偏心振幅又は変化がある場合、ターニングギアにある間の異常偏心を表示することと、
   ｇ．問い合わせｂ又はｅのいずれかに対する応答が肯定であったか否かを判定することと、
   ｈ．問い合わせｂに対する応答が肯定であった場合、動作停止中の擦れの可能性を表示することと、
   ｉ．問い合わせｅに対する応答が肯定であった場合、ターニングギアにおける偏心を伴う異常負荷振動を表示することと、
   ｊ．問い合わせｄに対する応答が肯定であった場合、ターニングギアにおける異常偏心の後の擦れの可能性を表示することとから成る方法。
7. ターボ機械（１０）における擦れを検出する方法において、
   ａ．振動、偏心及び負荷を示すデータを獲得することと、
   ｂ．過渡中に異常振動があるか否かを判定することと、
   ｃ．過渡中に異常振動がある場合、始動中の振動を表示することと、
   ｄ．負荷状態の間に異常振動があるか否かを判定することと、
   ｅ．ターニングギアにある間に異常な偏心振幅又は変化があるか否かを判定することと、
   ｆ．ターニングギアにある間に異常な偏心振幅又は変化がある場合、ターニングギアにある間の異常偏心を表示することと、
   ｇ．問い合わせｂ又はｅのいずれかに対する応答が肯定であったか否かを判定することと、
   ｈ．問い合わせｂに対する応答が肯定であった場合、始動中の擦れの可能性を表示することと、
   ｉ．問い合わせｅに対する応答が肯定であった場合、ターニングギアにおける偏心を伴う異常負荷振動を表示することと、
   ｊ．問い合わせｄに対する応答が肯定であった場合、ターニングギアにおける異常偏心の後の擦れの可能性を表示することとから成る方法。
8. ターボ機械（１０）における擦れを検出する方法において、
   ａ．偏心、振動及び軸方向変位を示すデータを獲得することと、
   ｂ．高い振動振幅があるか否かを判定することと、
   ｃ．大きな振動変化があるか否かを判定することと、
   ｄ．軸方向変位の現在の平均と軸方向変位の以前の平均との差、及び特定の標準偏差時間の間の各軸方向プローブの標準偏差を計算することと、
   ｅ．現在の平均と以前の平均との絶対差が指定限界Ｘより大きいか否かを判定することと、
   ｆ．いずれかの標準偏差が指定限界Limit１より大きいか否かを判定することと、
   ｇ．いずれかの標準偏差が指定限界Limit１より大きい場合、軸方向変位標準偏差の３つのうちの２つが指定限界Limit２より大きいか否かを判定することと、
   ｈ．軸方向変位標準偏差の３つのうちの２つが指定限界より大きい場合、標準偏差の高い軸方向変位を表示することと、
   ｉ．問い合わせｂ又はｃのいずれか一方に対する応答が肯定であったか否かを判定することと、
   ｊ．問い合わせｂ又はｃのいずれか一方に対する応答が肯定であった場合、高い偏心振幅があるか否かを判定することと、
   ｋ．高い偏心振幅がある場合、擦れの可能性を表示することとから成る方法。
9. ターボ機械（１０）における擦れを検出する方法において、
   ａ．ターボ機械（１０）のシステムを示すデータを獲得することと、
   ｂ．急激で大きなシェル温度傾斜と関連する擦れがあるか否かを判定することと、
   ｃ．第１の臨界速度に対する高い応答と関連する擦れがあるか否かを判定することと、
   ｄ．第２の臨界速度に対する高い応答と関連する擦れがあるか否かを判定することと、
   ｅ．負荷により影響を受ける非定常振動と関連する擦れがあるか否かを判定することと、
   ｆ．復水器圧力により影響を受ける非定常振動と関連する擦れがあるか否かを判定することと、
   ｇ．大きな膨張差により影響を受ける振動と関連する擦れがあるか否かを判定することと、
   ｈ．第１の方法により異常偏心と関連する擦れがあるか否かを判定することと、
   ｉ．第２の方法により異常偏心と関連する擦れがあるか否かを判定することと、
   ｊ．定常速度における振動変化と関連する擦れがあるか否かを判定することと、
   ｋ．高い軸方向振動標準偏差と関連する擦れがあるか否かを判定することと、
   ｌ．問い合わせｂからｋのいずれかに対する応答が肯定であったか否かを判定することと、
   ｍ．問い合わせｂからｋのいずれかに対する応答が肯定であった場合、擦れの可能性を表示することとから成る方法。
10. ターボ機械（１０）における擦れを検出するための機械読み取り可能なコンピュータプログラムコードによって符号化された記憶媒体において、
    ａ．シェル金属温度差、蒸気入口温度及び軸受振動を示すデータを獲得することと、
    ｂ．蒸気入口温度に異常な変化があったか否かを判定することと、
    ｃ．高いシェル温度に異常な変化があったか否かを判定することと、
    ｄ．低いシェル温度に異常な変化があったか否かを判定することと、
    ｅ．振動に異常な変化があったか否かを判定することと、
    ｆ．高いシェル金属温度と低いシェル金属温度との差が指定限界を超えているか否かを判定することと、
    ｇ．高いシェル金属温度と低いシェル金属温度との差が指定限界を超えている場合、問い合わせｂ、ｃ、ｄ又はｅのいずれかで異常な変化が発見されたか否かを判定することと、
    ｈ．問い合わせｂ、ｃ、ｄ又はｅのいずれかで異常な変化が発見された場合、擦れの可能性を表示することとから成る方法をコンピュータに実現させるための命令を含む記憶媒体。

Images