JP2008096410A - State monitoring technique for rotary machine using electromagnetic phenomenon - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁現象を用いて回転翼の異常状態を早期に検出することを実現する状態監視および状態診断技術に関するものである。The present invention relates to a state monitoring and state diagnosis technique that realizes early detection of an abnormal state of a rotor blade using an electromagnetic phenomenon.
タービンやポンプなどの回転機においては、長時間運転に伴う損傷および劣化は避けることができない。用いられている部位によっては、回転機における不具合の発生がシステム全体の停止につながる可能性もあるため、定期的もしくは連続的に回転機の状態診断を行い、不具合の発生の兆候を可能な限り早期に検知することは重要である。従来は、回転機器の軸振動における変位、速度、加速度、およびその振動スペクトルデータ等を収集し、それらの値に基づいて回転機器の状態診断を行うという技術が主として用いられてきた。たとえば、特許公開平08−254402においては、回転軸又は回転軸外周部に設けられた部品に磁気物質を装着し、磁気センサにて外部磁場を検知することにより、回転軸の軸ぶれ量、軸方向移動量を計測する方法が記載されている。In rotating machines such as turbines and pumps, damage and deterioration associated with long-term operation cannot be avoided. Depending on the part being used, the occurrence of a malfunction in the rotating machine may lead to the entire system being stopped, so the status of the rotating machine is regularly or continuously diagnosed to indicate as much as possible the signs of the malfunction. It is important to detect early. Conventionally, a technique of collecting displacement, velocity, acceleration, vibration spectrum data, and the like in the axial vibration of a rotating device and diagnosing the state of the rotating device based on those values has been mainly used. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-254402, a magnetic substance is attached to a rotating shaft or a component provided on the outer periphery of the rotating shaft, and an external magnetic field is detected by a magnetic sensor. A method for measuring the amount of directional movement is described.
回転機の損傷の多くは、軸受けの磨耗に起因するものであり、これまでの研究により、軸受けの磨耗に起因する損傷であれば、回転軸の物理量を測定することで、実用上十分な精度で故障を予知することができるとされている。しかしながら、回転機の損傷は軸受けの磨耗に起因するものであるとは限らず、回転機の健全性を回転軸の物理量を測定するだけで診断できていると言うことはできない。特に、回転翼の端部に発生したきずは軸の回転に与える影響は小さく、既に回転機の機能に深刻な影響を与えるほどに成長した状態のきずでなければ、回転軸の物理量の変化からは検知することはできない。本発明はこのような背景に鑑み創案されたものであり、回転機の回転翼部に発生したきずの早期段階での検出を可能とする状態診断手法を提供することを課題とする。Most of the damage to the rotating machine is due to the wear of the bearing. If the damage is caused by the wear of the bearing according to previous studies, the physical quantity of the rotating shaft is measured, and the accuracy is practically sufficient. It is said that a failure can be predicted. However, damage to the rotating machine is not necessarily due to bearing wear, and it cannot be said that the soundness of the rotating machine can be diagnosed simply by measuring the physical quantity of the rotating shaft. In particular, flaws generated at the end of the rotor blade have little effect on the rotation of the shaft, and unless the flaw has already grown to such a degree that it will seriously affect the function of the rotating machine, Cannot be detected. The present invention has been devised in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a state diagnosis technique that enables detection of flaws generated in the rotor blades of a rotating machine at an early stage.
上述した課題を解決するための発明は、回転機の回転翼近傍の非回転部に永久磁石もしくは電磁石を配置し、回転翼が磁場中を横切ることによって発生する磁場の乱れを回転翼近傍に配置した誘導コイルやホール素子などの磁場センサを用いて検出する状態監視技術であり、測定された磁場の乱れから回転翼の異常状態を検知することを特徴とする。In the invention for solving the above-described problems, a permanent magnet or an electromagnet is arranged in a non-rotating part near the rotor blade of the rotating machine, and the disturbance of the magnetic field generated when the rotor blade crosses the magnetic field is arranged near the rotor blade. This is a state monitoring technique for detection using a magnetic field sensor such as an induction coil or a Hall element, and is characterized by detecting an abnormal state of a rotor blade from a measured magnetic field disturbance.
以上のような状態監視技術においては、回転機の回転翼部に発生した異常状態を、回転部に非接触にて検知することができる。また、回転翼端部の異常は回転機の回転軸の振動測定からでは検知しづらいという問題があるが、本技術は回転翼を直接診断するものであるため、回転軸の振動では検知することができない回転翼の異常状態を早期に検知することができるIn the state monitoring technique as described above, an abnormal state occurring in the rotating blade portion of the rotating machine can be detected without contact with the rotating portion. In addition, there is a problem that abnormalities at the tip of the rotor blade are difficult to detect from vibration measurement of the rotating shaft of the rotating machine, but since this technology directly diagnoses the rotor blade, it can be detected by vibration of the rotating shaft. It is possible to detect abnormal conditions of rotor blades that cannot be detected at an early stage
次に、本発明における実施例について、添付図面に基づいてより詳細に説明する。各図に共通の部分は同じ符号を使用している。Next, the Example in this invention is described in detail based on an accompanying drawing. Parts common to the drawings use the same reference numerals.
図1は、本発明の実施形態の一例を示す。図1(a)が側面図、図1(b)が正面図である。図は、回転軸11に取り付けられた4枚の回転翼21、22、23、24からなる回転機をあらわしており、回転翼は回転軸のまわりを、31に示す矢印の方向に回転するものとする。41は磁場を発生させるための永久磁石もしくは電磁石であり、51は磁場センサである。FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a side view, and FIG. 1B is a front view. The figure shows a rotating machine composed of four rotating
いま、図1と同様に4枚の回転翼を持つ回転機が毎秒10回転しているとし、磁場センサとしては誘導コイルを用いて信号を測定した場合を考える。翼に何も異常が無く、すべての翼の形状が同一である場合、磁場センサの出力信号波形は、図2のように0.1秒間に同一の波形が4つ含まれる周期的なものとなる。それに対して、たとえば回転翼23が欠損している場合には、得られる信号には図3のように回転翼23の寄与が無くなることにより、0.075秒間に3つの同一波形が確認された後に0.025秒間の間は信号が確認されないという、図3に示すような信号が得られることになる。Now, let us consider a case in which a rotating machine having four rotating blades is rotating 10 times per second as in FIG. 1, and a signal is measured using an induction coil as a magnetic field sensor. When there is no abnormality in the wings and all the wings have the same shape, the output signal waveform of the magnetic field sensor is a periodic one in which four identical waveforms are included in 0.1 second as shown in FIG. Become. On the other hand, for example, when the
さらに、4枚の翼のうち1枚にねじれが生じている場合も、当該翼からの信号に変化がみられる。回転翼23にねじれが生じていたとすると、ねじれによって翼と磁場センサの距離が近づいたのであれば、図4のように、回転翼23による信号のみ振幅値が大きなものとなる。また、逆に翼と磁場センサの距離が離れるようなねじれが生じた場合には、信号振幅は小さなものとなることは明白である。一般的に磁場センサは被検査物からの距離により大きく信号が変化するという特性を有するため、わずかな変形であっても本発明によると有意な信号変化を確認することができる。また、図5に示すように、回転翼23の先端にひび割れが発生した場合、回転翼23に誘導される電流はこのき裂を迂回して流れることになるため、結果として得られる信号は図6のように、あたかも翼が分裂したかのようなものとなる。Further, even when one of the four blades is twisted, the signal from the blade is changed. If the
以上のように、本発明の実施形態においては、回転翼の異常を容易に検知することができ、また得られる信号から異常状態を評価することも容易である。As described above, in the embodiment of the present invention, it is possible to easily detect the abnormality of the rotor blade, and it is also easy to evaluate the abnormal state from the obtained signal.
このように、この実施形態によれば、回転機の回転翼に発生した微細なきずの検出を簡便かつ容易に行うことが可能となり、回転翼の損傷に起因する回転機の劣化を早期に発見することができるようになる。As described above, according to this embodiment, it is possible to easily and easily detect fine flaws generated on the rotor blades of the rotating machine, and early detection of deterioration of the rotating machine due to damage to the rotor blades is made possible. Will be able to.
以上にて説明した図1の実施形態では、磁場発生源と磁場センサは回転翼を挟み込むように配置されていたが、回転翼による磁場の乱れを検知することが肝要であり、磁場発生源および磁場センサの配置位置は必ずしも図1に従う必要はないということは明白である。In the embodiment of FIG. 1 described above, the magnetic field generation source and the magnetic field sensor are arranged so as to sandwich the rotor blade, but it is important to detect the disturbance of the magnetic field by the rotor blade. Obviously, the location of the magnetic field sensor does not necessarily have to follow FIG.
11、回転機の回転軸である
21、22、23、24、回転機の回転翼である。
31、回転翼の回転方向を表現したものである。
41、磁場を発生させるための永久磁石もしくは電磁石である。
51、磁場を検知するための磁場センサである。
61、62、63、64、それぞれ、回転翼21、22、23、24が磁場を横切ることによって発生した磁場の乱れに起因する信号である。
71、回転翼先端に発生したひび割れである。11, 21, 22, 23, 24, which are rotating shafts of the rotating machine, and rotating blades of the rotating machine.
31 represents the direction of rotation of the rotor blades.
41. A permanent magnet or an electromagnet for generating a magnetic field.
51 is a magnetic field sensor for detecting a magnetic field.
61, 62, 63, and 64 are signals resulting from the disturbance of the magnetic field generated when the
71, a crack generated at the tip of the rotor blade.
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JP2006303337A JP2008096410A (en) | 2006-10-12 | 2006-10-12 | State monitoring technique for rotary machine using electromagnetic phenomenon |
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