JP2021076533A - 回転機械のラビング検出装置および回転機械のラビング検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】、回転機械のラビングをより高い精度で効率よく検出する回転機械のラビング検出装置および回転機械のラビング検出方法を提供する。
【解決手段】上記課題を解決するための手段は、回転機械のラビング検出装置１００であって、回転機械１０のＡＥ信号を取得するＡＥセンサ１１０と、ＡＥ信号の位相の情報を基にラビングの有無を判定するためのラビング検知指標を算出する指標算出手段１６０と、ラビング検知指標からラビングの有無を判定する判定手段１６４と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転機械のラビング検出装置および回転機械のラビング検出方法に関する。

回転機械におけるラビングの検出は、回転軸の軸振動を検出することにより行われていた。回転機械は、車室の熱変形によりシール等と回転軸がラビング（擦れ）し、ラビングにより生じた熱により回転軸に熱曲がりが生じることによって、回転軸の軸振動が発生する。ラビングは、回転機械の軸振動の増大やシール性能の低下につながる。そのため、ラビングの検出は、早期に行われることが望ましい。

特許文献１には、回転機械のラビング検出装置であって、回転機械の回転軸の両端の軸受に取り付けられた音響検出センサで検出したそれぞれの高周波信号を、検波した後にバンドパスフィルタを通すことによってラビング信号を抽出してラビングの有無を識別すると共に、それぞれの高周波信号の位相差によってラビング発生個所を検出するラビング検出装置が記載されている。

特許文献２には、回転機械の回転軸の両端の軸受にそれぞれ取り付けられたＡＥ（Acoustic Emission）センサからのそれぞれの出力の位相差が１８０°を超える場合であっても、それぞれの出力の振幅値の大きさの比較を加えることにより、ラビングの発生位置を標定するラビング位置標定装置が記載されている。

特開昭５８−０３４３２６号公報 特開昭６３−１７９２２２号公報

ＡＥセンサからのラビングのＡＥ信号の振幅を指標とする場合、蒸気タービンのような他のノイズからのノイズ信号の大きい回転機械においては、ラビングのＡＥ信号の振幅は他のノイズからのノイズ信号の振幅よりも小さく、他のノイズからのノイズ信号に埋もれてしまうため、ラビングのＡＥ信号が検出できない問題があった。

本開示は、このような問題に鑑みてなされたものであり、回転機械のラビングをより高い精度で効率よく検出する回転機械のラビング検出装置および回転機械のラビング検出方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するための手段は、回転機械のラビング検出装置であって、回転機械のＡＥ信号を取得するＡＥセンサと、前記ＡＥ信号の位相の情報を基にラビング検知指標を算出する算出手段と、前記ラビング検知指標からラビングの有無を判定する判定手段と、を有する。

上記課題を解決するための手段は、回転機械のラビング検出方法であって、回転機械からＡＥ信号の取得を行うステップと、前記ＡＥ信号の位相の情報を基にラビング検知指標の算出を行うステップと、前記ラビング検知指標についてラビングの有無の判定を行うステップと、を有する。

本発明によれば、回転軸が軸振動を生じるより先に回転機械のラビングを検出することができ、回転機械のラビングを効率よく高い精度で検出することができる。

図１は、第１実施形態に係る回転機械のラビング検出装置のブロック図である。 図２は、第１実施形態に係るＡＥ信号の振幅を回転次数ごとに示したグラフである。 図３は、第１実施形態に係るラビング検知指標の時系列分布を示したグラフである。 図４は、第１実施形態に係るラビング検知指標の累積確率を示したグラフである。 図５は、第１実施形態に係るラビング検出方法のフローチャートである。 図６は、第１実施形態に係る軸振動の振幅の時系列変化を示したグラフである。 図７は、第１実施形態に係るフィルタ処理されたＡＥ信号の回転数１倍成分抽出位相の時系列分布を示したグラフである。 図８は、第１実施形態に係るラビング検知指標の時系列変化を示したグラフである。 図９は、第２実施形態に係るＡＥ信号とノイズ信号とを周波数成分ごとに示した図である。 図１０は、第２実施形態に係る第１バンドパスフィルタによりフィルタ処理されたＡＥ信号の回転数１倍成分抽出位相の時系列分布を示したグラフである。 図１１は、第２実施形態に係る第３バンドパスフィルタによりフィルタ処理されたＡＥ信号の回転数１倍成分抽出位相の時系列分布を示したグラフである。 図１２は、第２実施形態に係る第５バンドパスフィルタによりフィルタ処理されたＡＥ信号の回転数１倍成分抽出位相の時系列分布を示したグラフである。

＜第１実施形態＞
以下に、本発明に係る実施形態について、図を参照しながら詳細に説明する。以下に説明する実施形態においては、回転機械が蒸気タービンの場合について説明をするが、本発明に係る回転機械は、蒸気タービンに限られない。

図１は、本実施形態に係る回転機械のラビング検出装置１００の各構成を示したブロック図である。図１は、回転機械１０である蒸気タービンが記載されている。なお、回転機械１０は、蒸気タービンに限定されず、ガスタービン、圧縮機等、種々の回転機械とすることができる。本実施形態の回転機械１０は、両端部を固定部である軸受部２０で支持され、複数配列された動翼３２を有する回転軸３０と、複数配列された静翼４４を有する車室４０とを有し、動翼３２および静翼４４は各列ごとに交互に配置され車室４０に収納されている。ラビング検出装置１００のＡＥセンサ１１０は、軸受部２０に取り付けられている。

車室４０の流入口４２から流入した作動流体Ｗである蒸気は、車室４０の内部の回転軸３０に配列された動翼３２を通過することにより、動翼３２に作用して回転軸３０に回転力を付与する。車室４０に配列された静翼４４は、蒸気の流れを調整する。動翼３２を通過した蒸気は、流出口４６から流出する。

＜ラビング検出装置＞
ラビング検出装置１００は、図１に示す通り、ＡＥセンサ１１０と、回転計１１２と、入出力部１２０と、記録部１３０と、制御部１４０とを備えており、ＡＥセンサ１１０および回転計１１２は、入出力部１２０に接続され、入出力部１２０および記録部１３０は制御部１４０とそれぞれ接続されている。ラビング検出装置１００は、ＰＣとして構成され、入出力部１２０に図示しない表示モニタ、キーボード等を備えている。

ＡＥセンサ１１０は、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ；高周波出力）検出用のセンサとして構成され、検出したＡＥ波をＡＥ信号Ｓとして出力する。ＡＥセンサ１１０は、軸受部２０に取り付けられており、入出力部１２０に接続される。

回転機械１０は、例えば、熱変形を生じた車室４０に取り付けられているシール等が回転軸３０に対してラビング（擦れ）を発生することによりＡＥ波を生じる。例えば、ラビングの発生個所Ｒで生じたＡＥ波は、弾性波として回転軸３０の表面を伝播し、軸受部２０を介してＡＥセンサ１１０で検出される。ＡＥ波は、一般的に数１０ｋＨｚ〜数ＭＨｚの音波領域の周波数を有する。ＡＥセンサ１１０により取得されるＡＥ信号Ｓは、ラビングにより生じるＡＥ波の周波数および他のノイズからのノイズ信号Ｎの周波数を含んでいる。

ＡＥセンサ１１０は、ＡＥ波の振動を検出し電圧として出力する素子および、素子からの電圧を増幅して電気信号として出力する増幅器を含んでいる。ＡＥセンサ１１０は、本実施形態においてはラビング検出装置１００と一体に構成されるが、センサ単体の装置として構成されてもよい。

回転計１１２は、回転軸３０の回転数を検出し、入出力部１２０に回転数ｆを出力する。回転計１１２は、例えば、回転軸３０に取り付けられるドグと、ドグを検出する検出器とを備えており、回転軸３０が１回転してドグが回転計１１２に対して１回入力すると、それを基に回転数ｆを出力する。回転計１１２から出力された回転数ｆは、ＡＥ信号Ｓと同期して制御部１４０に取得される。また、回転計１１２は、ＡＥセンサ１１０に出力するよう構成され、ＡＥセンサ１１０を介して入出力部１２０から制御部１４０に取得されるよう構成されてもよい。

入出力部１２０は、ＡＥセンサ１１０から入力されるＡＥ信号Ｓおよび回転計１１２から出力される回転軸３０の回転数ｆを、制御部１４０へ伝える。ＡＥ信号Ｓおよび回転数ｆは、記録部１３０にデータとして記録される。ＡＥセンサ１１０が単体として構成される場合、ＵＳＢメモリ等の記録媒体から情報の入出力が可能に構成され、記録媒体を介してＡＥセンサ１１０および回転計１１２との情報の入出力が行われてもよい。入出力部１２０は、図示しないキーボード、マウスおよびを表示モニタを備えている。

記録部１３０は、プログラムおよびデータを記録する。記録部１３０は、例えばＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ；磁気ディスク）として構成される。

制御部１４０は、ＡＥセンサ１１０から入力されたＡＥ信号Ｓについて、記録部１３０に記録されるプログラムおよびデータを用いて所定の演算処理を行う。制御部１４０は、信号取得手段１４２、フィルタ処理手段１４４、データ処理手段１５６、回転同期成分計算手段１５８、指標算出手段１６０、閾値算出手段１６２および判定手段１６４を備えている。制御部１４０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ；中央演算処理装置）を含み、ＣＰＵで各種演算処理を実行することで、各手段の機能を実行する。

信号取得手段１４２は、ＡＥセンサ１１０からＡＥ信号Ｓを取得する。信号取得手段１４２は、記録部１３０に記録されるプログラムを実行することにより、ＡＥセンサ１１０からＡＥ信号Ｓを取得する。信号取得手段１４２により取得されたＡＥ信号Ｓは、記録部１３０にデータとして記録される。ＡＥ信号Ｓの取得は、所定の間隔で行われる。ＡＥ信号Ｓの取得は、例えば数秒に一度の時間間隔で行われる。信号取得手段１４２は、１度のデータ取得で回転軸が２回転〜４回転する時間のデータを取得する。

フィルタ処理手段１４４は、記録部１３０に記録されるプログラムを実行することにより、ＡＥ信号Ｓについてフィルタ処理を行い、フィルタ処理されたＡＥ信号Ｓｆを出力する。フィルタ処理手段１４４は、所定の周波数成分を通過帯域とするフィルタを有する。フィルタ処理手段１４４の有するフィルタの通過帯域は、ＡＥ信号Ｓに含まれる周波数成分である数１０ｋＨｚ〜数ＭＨｚのうちのいずれかの周波数帯域を含む。

本実施形態のフィルタ処理手段１４４は、複数の異なる周波数帯域を通過帯域とするバンドパスフィルタを有する。本実施形態のフィルタ処理手段１４４は、第１バンドパスフィルタ１４６、第２バンドパスフィルタ１４８、第３バンドパスフィルタ１５０、第４バンドパスフィルタ１５２および第５バンドパスフィルタ１５４を備える。第１バンドパスフィルタ１４６は、７５−１００ｋＨｚを通過帯域とするフィルタである。第２バンドパスフィルタ１４８は、１００−１２５ｋＨｚを通過帯域とするフィルタである。第３バンドパスフィルタ１５０は、１２５−１５０ｋＨｚを通過帯域とするフィルタである。第４バンドパスフィルタ１５２は、１５０−１７５ｋＨｚを通過帯域とするフィルタである。第５バンドパスフィルタ１５４は、１７５−２００ｋＨｚを通過帯域とするフィルタである。バンドパスフィルタは、通過帯域以外の成分を所定割合、例えば、９０％以上低下させるフィルタである。また、フィルタ処理手段１４４は、ＡＥ信号Ｓに対して、周波数を基準としたフィルタ処理を行えればよく、所定の周波数以下の周波数成分のみを通過させるローパスフィルタおよび所定の周波数以上の周波数成分のみを通過させるハイパスフィルタを用いてもよい。

データ処理手段１５６は、記録部１３０に記録されるプログラムを実行することにより、ＡＥ信号Ｓまたはフィルタ処理されたＡＥ信号Ｓｆについて、所定の包絡線処理、リサンプリングおよび平均値化ゼロ処理を行う。包絡線処理は、ＡＥ信号ＳまたはＡＥ信号Ｓｆについて包絡線処理を行い、高周波成分が取り除かれたＡＥ信号Ｓｒを出力する。リサンプリング処理は、包絡線処理されたＡＥ信号Ｓｒについて所定の周波数でのリサンプリングを行い、リサンプリング後のＡＥ信号Ｓｐを出力する。平均値ゼロ化処理は、ＡＥ信号Ｓｐについて、同期平均である周期ごとの振幅の平均値をゼロとする処理を行い、平均値ゼロ化処理されたＡＥ信号Ｓｚを出力する。

回転同期成分計算手段１５８は、記録部１３０に記録されるプログラムを実行することにより、ＡＥ信号Ｓｚについて周波数分析を行う。回転同期成分計算手段１５８は、周波数分析を行うことにより、時系列関数であるＡＥ信号Ｓｚを周波数ごとの振幅として表した周波数関数に変換し、周波数を回転次数により表した回転次数分析結果Ｆを出力する（図２）。回転次数は、回転軸３０の回転数ｆに対応する周波数成分を１とした次数である。ここで、回転数１倍成分Ｃは、回転同期成分計算手段１５８により出力される回転次数１である周波数成分を有する。

指標算出手段１６０は、記録部１３０に記録されるプログラムを実行することにより、ＡＥ信号Ｓの位相の情報について、ラビング検知指標Ｄを算出する。ラビング検知指標Ｄは、図３に示すように、時系列分布として求められる。ラビング検知指標Ｄは以下の式（１）により算出される。
ラビング検知指標＝１／（１＋（ＡＥ信号の位相の分散）＾０．５）・・・（１）

ラビング検知指標Ｄの算出には、例えば、回転数１倍成分Ｃの位相についての分散が用いられる。回転数１倍成分Ｃの位相の分散は、具体的には、回転数１倍成分Ｃの位相について所定のサンプリングを行うことで求められた回転数１倍成分抽出位相Ｐについての分散として求められる。回転数１倍成分抽出位相Ｐは、回転計１１２で取得された回転数ｆの周期に対する回転数１倍成分Ｃの周期のズレを位相として取得する。回転数１倍成分Ｃ抽出位相Ｐの取得は、例えば、数秒間隔で、５−１０回点についてサンプリングすることにより行われる。

閾値算出手段１６２は、記録部１３０に記録されるプログラムを実行することにより、ラビング検知指標Ｄについてラビングの有無を判定するための閾値Ｔを取得する。閾値Ｔは、例えば、図４に示すように、ラビングが生じていない状態におけるラビング検知指標Ｄの累積確率から算出される。閾値Ｔは、例えば、予め累積確率が与えられ、それを満たすラビング検知指標Ｄが閾値として算出されてもよい。閾値Ｔは、例えば、予めラビング検知指標Ｄが与えられてもよい。すなわち、閾値Ｔは、例えば、図４に示す例において、累積確率９９．７％が予め与えられており、それに基づいて算出されるラビング検知指標Ｄ０．０３４を閾値Ｔとしてもよく、また、例えば、予め閾値Ｔを０．０３４として与えられていてもよい。

判定手段１６４は、記録部１３０に記録されるプログラムを実行することにより、ラビング検知指標Ｄについてのラビングの有無を判定する。ラビングの有無の判定は、ラビング検知指標Ｄと閾値Ｔと比較することにより行われる。判定手段１６４は、回転機械１０が、ラビングが有と判定された場合に、例えばモニタ表示にラビング有の旨を出力するよう構成されていてもよい。閾値Ｔを超えたラビング検知指標Ｄが検出された時刻をラビング発生時として推定することができる。判定手段１６４は、回転機械１０が、ラビングが有りと判定された場合に、例えばラビング有の旨を回転機械１０に対して出力しフィードバックするよう構成されていてもよい。

＜ラビング検出方法＞
次に、回転機械のラビング検出方法について説明する。本実施形態に係るラビングの検出方法は、図５に示すように、ＡＥ信号の取得を行うステップＳ１０と、フィルタ処理を行うステップＳ２０と、データ処理を行うステップＳ３０と、回転同期成分計算を行うステップＳ４０と、ラビング検知指標の算出を行うステップＳ５０と、閾値の算出を行うステップＳ６０と、ラビングの有無の判定を行うステップＳ７０とを含む。ラビング検出方法は、フィルタ処理を行うステップＳ２０を行なうことなく、ＡＥ信号Ｓに対してデータ処理を行うステップＳ３０以降の処理を行うことにより、ラビング検知指標Ｄを算出してもよい。以下、本実施形態に係るラビングの検出方法を構成する各ステップについて、図５に示すフローチャートに沿って説明する。

ラビング検出装置１００は、ＡＥ信号Ｓを取得する（ステップＳ１０）。ラビング検出装置１００は、ＡＥ信号Ｓの取得を信号取得手段１４２で行う。

ラビング検出装置１００は、取得したＡＥ信号Ｓに対し、所定のフィルタによるフィルタ処理を行い、フィルタの通過帯域についての周波数成分となるようフィルタ処理されたＡＥ信号Ｓｆを出力する（ステップＳ２０）。フィルタ処理は、ＡＥ信号Ｓの所定の周波数帯域を通過帯域とするバンドパスフィルタにより行う。ラビング検出装置１００は、フィルタ処理をフィルタ処理手段１４４で行う。

ラビング検出装置１００は、ＡＥ信号Ｓまたはフィルタ処理されたＡＥ信号Ｓｆに対して、包絡線処理、リサンプリングおよび平均値ゼロ化処理を行い、データ処理する（ステップＳ３０）。ラビング検出装置１００は、包絡線処理で、フィルタ処理後のＡＥ信号ＳｆまたはＡＥ信号Ｓに対して包絡線処理を行い、包絡線処理したＡＥ信号Ｓｒを出力する。ラビング検出装置１００は、リサンプリング処理で、包絡線処理後のＡＥ信号Ｓｒに対してリサンプリングを行い、リサンプリング処理したＡＥ信号Ｓｐを出力する。ラビング検出装置１００は、平均値ゼロ化処理で、リサンプリング後のＡＥ信号Ｓｐに対して、各周期における振幅の平均値をゼロとする処理を行い、平均値ゼロ化処理したＡＥ信号Ｓｚを出力する。ラビング検出装置１００は、データ処理をデータ処理手段１５６で行う。

ラビング検出装置１００は、平均値ゼロ化処理されたＡＥ信号Ｓｚに対して周波数分析が行われ、図２に示すように、周波数が回転次数により表された回転次数分析結果Ｆが出力される（ステップＳ４０）。図２は、第１実施形態に係るＡＥ信号の振幅を回転次数ごとに示したグラフである。ラビング検出装置１００は、回転同期成分計算を、回転同期成分計算手段１５８で行う。

ラビング検出装置１００は、回転次数分析結果Ｆから回転数１倍成分Ｃを取得し、回転数１倍成分Ｃをサンプリングすることにより取得された回転数１倍成分抽出位相Ｐについて、ラビング検知指標Ｄを算出する（ステップＳ５０）。ラビング検出装置１００は、指標算出を、指標算出手段１６０で行う。

次に、ラビング検出装置１００は、算出されたラビング検知指標Ｄについての閾値Ｔを算出する（ステップＳ６０）。ラビング検出装置１００は、閾値算出を、閾値算出手段１６２で行う。

ラビング検出装置１００は、算出されたラビング検知指標Ｄについてラビングの有無の判定を行う（ステップＳ７０）。ラビング検出装置１００は、ラビングの有無の判定を、算出したラビング検知指標Ｄと閾値Ｔとを比較することにより行う。ラビング検出装置１００は、ラビング検知指標Ｄが閾値Ｔを超える場合にはラビング有りと判定する（ステップＳ７０でＹＥＳ）。ラビング検出装置１００は、ラビング検知指標Ｄが閾値Ｔ以下の場合にはラビング無しと判定する（ステップＳ７０でＮＯ）。ラビング検出装置１００は、判定は、判定手段１６４で行う。

＜第２実施形態＞
ラビング検出装置１００は、本実施形態のように、フィルタ処理手段１４４が複数のフィルタを有する場合、ステップＳ２０からステップＳ７０の処理をフィルタごとに並列で実行する。ラビング検出装置１００は、ステップＳ２０でそれぞれのフィルタにより処理されたＡＥ信号Ｓｆをそれぞれ出力し、それぞれのＡＥ信号Ｓｆに対して処理を実行する。

ラビング検出装置１００は、例えば、複数のフィルタがＮ個の場合、ラビング検出装置１００は、Ｎ個のフィルタ処理されたＡＥ信号Ｓｆを出力する（ステップＳ２０）。ラビング検出装置１００は、それぞれの入力されたＮ個のＡＥ信号Ｓｆに対してデータ処理を行い、Ｎ個のリサンプリング後のＡＥ信号Ｓｐを出力する（ステップＳ３０）。ラビング検出装置１００は、入力されたＮ個のＡＥ信号Ｓｚに対して周波数分析を行い、Ｎ個の回転次数分析結果Ｆを出力する（ステップＳ４０）。ラビング検出装置１００は、入力されたＮ個の回転次数分析結果Ｆに基づいて回転数１倍成分抽出位相Ｐをそれぞれ取得し、Ｎ個のラビング検知指標Ｄを算出する（ステップＳ５０）。ラビング検出装置１００は、入力されたＮ個のラビング検知指標ＤについてＮ個の閾値Ｔを算出する（ステップＳ６０）。ラビング検出装置１００は、入力されたＮ個のラビング検知指標Ｄおよび閾値Ｔについて、それぞれラビング検知指標Ｄとラビング検知指標Ｄに対応する閾値Ｔとの比較を行い、いずれかのラビング検知指標Ｄが対応する閾値Ｔを越えた場合にラビングが有りと判定し（ステップ７０のＹＥＳ）、いずれのラビング検知指標Ｄもが対応する閾値Ｔ以下の場合にはラビング無しと判定する（ステップＳ７０のＮｏ）。

ラビング検出装置１００は、上述するラビングの検出方法でフィルタ処理を行わない場合、ＡＥ信号Ｓに対して包絡線処理以降の処理が行い、データ処理されたＡＥ信号Ｓｚを出力する。すなわち、包絡線処理では、ラビング検出装置１００は、フィルタ処理がされていないＡＥ信号Ｓに対して包絡線処理を行い、包絡線処理されたＡＥ信号Ｓｒを出力する。リサンプリング処理では、ラビング検出装置１００は、包絡線処理後のＡＥ信号Ｓｒに対してリサンプリングを行い、リサンプリング処理したＡＥ信号Ｓｐを出力する。平均値ゼロ化処理では、ラビング検出装置１００は、リサンプリング後のＡＥ信号Ｓｐに対して、各周期における振幅の平均値をゼロとする処理を行い、平均値ゼロ化処理したＡＥ信号Ｓｚを出力する。

＜ラビング検知指標の算出＞
図６から図８を用いて、ラビングが発生した回転機械で取得されたＡＥ信号から、ラビング検知指標Ｄを算出する処理について説明する。図６に回転機械にラビングが発生した際の軸振動の振幅の時間変化についてのグラフを示す。図６に示すグラフの縦軸は軸受で検出された軸振動の振幅であり、横軸は時系列である。図６に示すＶ１は、回転機械の回転軸の両端のうち一端を支持する軸受に常設された振動計により取得された回転軸の振動データを指し、Ｖ２とは、回転機械の回転軸の両端のうち他端を支持する軸受に設置された振動計により取得された回転軸の振動データを指す。また、図７および図８に、この時に同じ回転機械からＡＥセンサで取得されたＡＥ信号のデータを示す。図７は回転数１倍成分抽出位相Ｐの時系列変化を示したグラフである。図８はラビング検知指標Ｄの時系列変化を示したグラフである。

図６によると、まず、１０：３０手前で、Ｖ２に、隆起が生じているのが分る。図６によると、Ｖ２は、その後時間の経過とともに増大していき、１１時１０分頃に軸振動が振動閾値に到達している。Ｖ１についても、Ｖ２に変化が生じたのとほぼ同じ時刻である１０：３０手前から、時間の経過とともに増大していき、１１時２０分頃には軸振動が振動閾値に到達している。ここで、図６に示す回転機械は、軸振動が振動閾値に到達した場合、運転を停止している。

図７に、この場合における、回転数１倍成分抽出位相Ｐの分布の時系列変化のグラフを示す。図７によると、１０：３５以降の回転数１倍成分抽出位相Ｐのほとんどが６０°付近で収束していることがわかる。また、１０：１５あたりから１０：２５あたりまでにおいても、回転数１倍成分抽出位相Ｐに６０°付近に収束する傾向がやや見られる。

図８は、上述の場合における、ラビング検知指標Ｄの時系列分布を示している。図８によると、１０：２０頃に、閾値Ｔを超えるラビング検知指標Ｄが生じている。このことから、１０：２０分頃にラビングが発生したものと推定することができる。これに対して、図６に示す振動計により取得された軸振動のデータでは、軸振動の増大の兆候が初めて見られたのは１０：３０手前であった。このようにＡＥ信号Ｓの位相を基にしたラビング検知指標Ｄからラビングの発生を検出することができる。このことから、ラビング検知指標Ｄによれば、軸振動が増大するよりも早期のタイミングで、ラビングの発生を検出できることがわかる。さらに、ラビング検知指標Ｄについて、閾値を設けて判定することで、機械的にラビングの発生の検出を行うことができる。

さらに、上記の場合において、ラビング検知指標Ｄにより検出された１０：２０頃の時点におけるノイズ信号とラビングによるＡＥ信号とのＳＮ比は、約−１０ｄＢであった。ここで、ＳＮ比は、ＳＮ比＝１０・ｌｏｇ_１０（（包絡線処理後のＡＥ信号Ｓｒの振幅）／（包絡線処理後のノイズ信号Ｎの振幅））として求められる。また、１０：３０−１１：１５の間は、回転機械へ流入する蒸気のノイズ信号Ｎが含まれている。しかし図７に示す通り、１０：３０−１１：１５の間においても回転数１倍成分抽出位相Ｐの分布は収束する傾向を示しており、回転機械への蒸気の流入する際のノイズ信号の影響は見られない。このように、ラビング検出方法により、ＡＥ信号の位相を基にした回転数１倍成分抽出位相Ｐに基づくラビング検知指標Ｄを用いることで、蒸気タービンのようなノイズ信号の多い環境においても、軸振動による検出より早くラビングを検出することができる。

次に、複数のバンドパスフィルタを用いた場合について、図９から図１２を参照して説明する。まず、フィルタとＳＮ比との関係について説明する。図９には、ラビングのＡＥ信号Ｓとノイズ信号Ｎとが、周波数成分ごとに示されている。蒸気タービンに蒸気が流入する際のノイズにより、５０ｋＨｚから１２０ｋＨｚにかけて、ノイズ信号Ｎの振幅が大きくなっている。また、ラビングのＡＥ信号Ｓをみると、７５ｋＨｚおよび１７５ｋＨｚにピークが形成されているのがわかる。７５ｋＨｚの周波数成分では、ラビングによるＡＥ信号Ｓとノイズ信号ＮとのＳＮ比は−１４．０ｄＢであった。

これに対し、１７５ｋＨｚの周波数帯域では、ラビングによるＡＥ信号Ｓとノイズ信号ＮとのＳＮ比は−３．４ｄＢであった。この場合、ラビング検知指標Ｄにより、より精度よくラビングを検出するためには、ＳＮ比の低い１７５ｋＨｚの周波数成分を用いるのが好適である。このため、ＡＥ信号に対して１７５ｋＨｚの周波数帯域を通過帯域に含むバンドパスフィルタによりフィルタ処理を行うことにより、ＡＥ信号Ｓのうち１７５ｋＨｚを含む周波数成分をＡＥ信号Ｓｆとして取得する。このように、実際の回転機械においては、参照するラビングのＡＥ信号Ｓの周波数成分によって、ラビングのＡＥ信号Ｓとノイズ信号ＮとのＳＮ比が異なる場合があるため、適切な通過帯域を有するフィルタによるフィルタ処理が必要となる。

図１０から図１２を用いて、ＡＥ信号Ｓに対して複数の異なる周波数成分を通過帯域に有するバンドパスフィルタによるフィルタ処理を行った場合の、ＡＥ信号Ｓｆの回転数１倍成分抽出位相Ｐの分布の違いについて説明する。図１０は、ＡＥ信号Ｓを第１バンドパスフィルタ１４６によりフィルタ処理されたＡＥ信号Ｓｆについての回転数１倍成分抽出位相Ｐの時系列分布を示したグラフ、図１１は、図１０と同じＡＥ信号Ｓを第３バンドパスフィルタ１５０によりフィルタ処理されたＡＥ信号Ｓｆについての回転数１倍成分抽出位相Ｐの時系列分布を示したグラフ、図１２は、図１０および図１１と同じＡＥ信号Ｓを第５バンドパスフィルタ１５４によりフィルタ処理されたＡＥ信号Ｓｆについての回転数１倍成分抽出位相Ｐの時系列分布を示したグラフである。

図１０においては、いずれの時間においても回転数１倍成分抽出位相Ｐの収束の傾向が見られず、ほぼ一様に回転数１倍成分抽出位相Ｐが分散している。しかし、図１１では、３,５００ｓ以降でほとんどの回転数１倍成分抽出位相Ｐの分布が３０°−１２０°の範囲に収束する傾向が見られるのが分る。また、図１２では、約３,０００ｓ以降では、ほとんどの回転数１倍成分抽出位相Ｐの分布が４５°−９０°の範囲に収束する傾向が強くみられるのが分る。フィルタ処理されたＡＥ信号ＳＦに基づいてラビング検知指標Ｄを求めることで、ラビングの有無を検出することができる。

上述したように、取得されたＡＥ信号Ｓからラビングに係る周波数成分を得るためには、ＳＮ比の高い周波数帯域、すなわちラビングによるＡＥ信号Ｓの感度が高い周波数帯域を通過帯域にもつバンドパスフィルタによりＡＥ信号Ｓをフィルタ処理する必要がある。しかし、予めＳＮ比の高い周波数帯域が特定できていない場合がある。さらに、ＳＮ比の高い周波数帯域が変化する場合もある。そのような場合においても、複数の異なる周波数成分を含む通過帯域を有するバンドパスフィルタを有することで、ＡＥ信号のフィルタ処理を複数の異なる周波数成分を含む通過帯域において行うことができる。これにより、回転機械１０の使用条件や使用状況の影響により生じるノイズ信号Ｎの影響によらず、ラビング検知指標Ｄによりラビングの有無を検出することができる。

＜他の実施形態＞
第１実施形態に係る回転機械のラビング検知装置において、判定手段１６４は、判定の結果について、入出力部１２０を介して、例えば表示モニタに出力するよう構成されていてもよく、回転機械１０にフィードバックを出力するよう構成されていてもよい。また、第２実施形態において、判定を行うステップＳ７０は、回転機械１０のラビングの有無の判定の結果について、入出力部１２０から出力して例えばモニタ表示行う出力工程を有してもよく、また、入出力部１２０から回転機械にフィードバックして出力するフィードバック工程を有してもよい。

１０ 回転機械
２０ 軸受部、固定部
３０ 回転軸
３２ 動翼
４０ 車室
４２ 流入口
４４ 静翼
４６ 流出口
１００ ラビング検出装置
１１０ ＡＥセンサ
１１２ 回転計
１２０ 入出力部
１３０ 記録部
１４０ 制御部
１４２ 信号取得手段
１４４ フィルタ処理手段
１４６ 第１バンドパスフィルタ
１４８ 第２バンドパスフィルタ
１５０ 第３バンドパスフィルタ
１５２ 第４バンドパスフィルタ
１５４ 第５バンドパスフィルタ
１５６ データ処理手段
１５８ 回転同期成分計算手段
１６０ 指標算出手段
１６２ 閾値算出手段
１６４ 判定手段
Ｃ 回転数１倍成分
Ｄ ラビング検知指標
Ｆ 回転次数分析結果
ｆ 回転機械の回転数
Ｐ 回転数１倍成分抽出位相
Ｒ ラビングの発生個所
Ｓ、Ｓｆ、Ｓｒ、Ｓｐ、Ｓｚ ＡＥ信号
Ｔ 閾値
Ｗ 作動流体
Ｎ ノイズ信号

Claims (9)

1. 回転機械の固定部に設置され、前記回転機械のＡＥ信号を取得するＡＥセンサと、
   前記回転機械の回転に対する、前記ＡＥ信号の位相の情報に基づいてラビング検知指標を算出する算出手段と、
   前記ラビング検知指標からラビングの有無を判定する判定手段と、
   を有する回転機械のラビング検出装置。
2. 前記ラビング検知指標は、式（１）で表されるラビング検知指標である請求項１に記載の回転機械のラビング検出装置。
   ラビング検知指標＝１／（１＋（ＡＥ信号の位相の分散）＾０．５）・・・（１）
3. 前記ＡＥ信号に対して前記回転機械の回転数に対応する周波数成分を通過帯域とするフィルタ処理を行うフィルタ処理手段を有し、
   前記フィルタ処理手段は、処理後の信号を前記算出手段に入力する請求項１または請求項２に記載の回転機械のラビング検出装置。
4. 前記フィルタ処理手段は、バンドパスフィルタを備える請求項３に記載の回転機械のラビング検出装置。
5. 前記フィルタ処理手段は、複数の異なる周波数成分を通過帯域とする複数のバンドパスフィルタを備える請求項４に記載の回転機械のラビング検出装置。
6. 複数の異なる周波数成分を通過帯域とする前記バンドパスフィルタは、通過帯域として、７５ｋＨｚ−１００ｋＨｚ、１００ｋＨｚ−１２５ｋＨｚ、１２５ｋＨｚ−１５０ｋＨｚ、１５０ｋＨｚ−１７５ｋＨｚおよび１７５ｋＨｚ−２００ｋＨｚの周波数成分をそれぞれ含むバンドパスフィルタのうち、少なくとも一つを備える請求項５に記載の回転機械のラビング検出装置。
7. 回転機械の固定部に設置され、前記回転機械のＡＥ信号の取得を行うステップと、
   前記回転機械の回転に対する、前記ＡＥ信号の位相の情報に基づいてラビングの有無を判定するためのラビング検知指標の算出を行うステップと、
   前記ラビング検知指標についてラビングの有無の判定を行うステップと、
   を有する回転機械のラビング検出方法。
8. 前記ラビング検知指標は式（１）で表される請求項７に記載の回転機械のラビング検出方法。
   ラビング検知指標＝１／（１＋（ＡＥ信号の位相の分散）＾０．５）・・・（１）
9. 前記ＡＥ信号に対し、前記回転機械の回転数に対応する周波数成分を通過帯域とするフィルタ処理を行う請求項７または請求項８に記載の回転機械のラビング検出方法。

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