JPH01270623A - 回転機の振動診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、蒸気タービン・発電機を初めとする高速回転
機器の運転監視と異常兆候及び異常の検知と原因の診断
を行う回転機械の振動診断装置に係るものであり閾値及
び基準値の学習に関する。

（従来の技術） 一般に回転機械の運転中の異常の大部分は軸振動の変化
として現れる。特に蒸気タービン等の重量の大きい回転
体では微小な振動も重大な事故に発展する恐れがある。

このため、振動の発生状況により警報を発し、また、振
動の悪化により自動停止等を行う振動監視装置が設置さ
れている。さらに最近では振動の異常兆候を検知し、そ
の原因を推定することにより異常原因の早期除去または
安全な運転を支援するための振動診断装置が提案されて
いる。尚、現状回転機械の振動を零にすることは不可能
に近いため、正常と考えられる時の振動（基準値と称す
る）からの変化を検知することで異常または異常兆候の
検出を行い、診断（原因の同定）を行うのが一般的であ
る。

第１０図は従来の振動診断装置１の一例を示したもので
ある。回転機のロータ２を支える軸受３に各ロータの振
動を検出する振動計４およびロータ回転数を検出する回
転計５、各軸受３での振動の位相を検出する基準となる
位相基準パルス検出器６、および軸受潤滑油量や潤滑油
温度、蒸気温度等のプラントの運転状態を示す各種セン
サ７が設置されている。

これらの信号は振動診断装置１の信号処理部８に入力さ
れ、ここで異常兆候の検知および診断の為に、振動の実
効値、振動位相および周波数分布等の絶対値および変化
率、変化量の計算が行われる。

異常検知部９では、これらの計算された値に対してその
絶対量また後記する基準値からの相対量に対して閾値を
設は異常兆候を検知し、診断部１０を起動する。

異常検知の後、診断部１０では、これら計算された値や
プラン１〜運転状態等との間の相関や後記基準値との偏
差等を使用して異常原因の推定を行う。

表示部１１は、異常検知の通知（以下、警報と称す）及
び診断の結果を表示装置１２へ表示する。

基準値・閾値データベース１３は前記したごとく異常検
知部９および診断部１０で使用され、振動状態の変化が
顕著な運転状態毎に、例えば回転数域や負荷帯また回転
数や負荷の変化率毎に与えられるのが一般的である。回
転数や負荷変化に伴う基準値の変化の傾向は各回転機械
の設計値により与えられるが、値は試運転等により実測
を行い振動発生状態が正常と判断された時の値、または
複数の実測データからの平均等により与えられる。

第２図は異常検知部９の一例であり、各々閾値により異
常兆候を検知する。周波数帯域毎レベルは回転同期、ｎ
倍回転同期、ロータの固有振動数等の特定周波数帯域毎
に閾値を設は異常兆候を検知する。第３図に振動位相−
振幅ベクトルによる異常検知の例を示す。基準値の振動
位相−振幅ベクトルの回転数によるベクトル軌跡２１は
同一運転条件のひとではほぼ一定となるため、計測した
回転数における基準ベクトル２２と計ｆｌｌｌｌ　ｔ、
たベクトル２３の差ベクトル２４のベクトル量に閾値２
５を設定し異常兆候の検知が行われている。第４図では
振動振幅−振幅変化率ベクトル２６のベクトル軌跡２７
による異常の検知を示す。

診断部〕０では、振幅、位相、振動スペクトル等の基準
値を基にその基準値からの変化量を主体に、診断が行わ
れている。

（発明が解決しようとする課題） ＝４一 回転機械の振動は運転状態により、また経時的ｔこ変化
するのが一般であり、特に定期点検等の前後では大きく
変化する。このため、実際の振動の変化に合わせて閾値
及び基準値を調整して行くことが異常検知の感度を高め
、より正確な診断を継続的に行う為に必要である。

また、原因が明確となり、運用ヒ無視できる程度の振動
であれば次回定期点検等までその振動状態のままで運用
する場合がある。この場合、異常検知においては警報が
頻繁に出るばかりでなく、新たな他原因による異常兆候
に対して検出感度を落すことにある。

現状、閾値、基準値はこれらのデータ収集や設定に多大
な労力を要するため、−度設定した値を半永久的に使用
するか、長期間隔で保守するかの何れかであり上記異常
検知感度、診断精度をある程度犠牲にしており、警報頻
出度による運用上の不具合をも内在している。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は第１０図における診
断装置１に第１図に示すように基準値学習サブシステム
１４を付加する。

回転機の起動〜停止の一連用周期を起動、負荷運用、停
止等の振動発生要因が変化すると考えられる点で幾つか
のステージに分割し、更に各ステージ中でそのステージ
で使用する一連の基準値・閾値を更新するためのデータ
収集期間（データ収集ステージ）を設定する。データ収
集ステージ判定部１５は回転数や負荷その他のプラント
パラメータより、前記データ収集ステージの開始と終了
を判定する。またデータ収集ステージ判定部１５では、
後記する振動データ妥当性判定部】６、運転状態判定部
１７及び基準値演算部１８で使用するための、振動、プ
ラン１〜パラメータ及び異常検知や診断の結果等のその
ステージでの履歴データを収集し、振動データ記憶部２
０へ保存する。

振動データ妥当性判定部１６は、各データ収集ステージ
の終了にあたり、前記振動データ記憶部のデータを基に
、そのデータ収集ステージ内での振動発生状況が基準値
と成り得るか否か（基準値・閾値の更新可否）を、″′
捩振動現在の基準値・閾値により異常と検知されなかっ
たこと”または、″振動の異常検知が行われたが振動を
収束させるための操作（以下、修正操作と称す）が行わ
れずそのステージを正常に終了したこと”を条件に判定
している。つまり、異常兆候が無いか、またはあっても
原因が確認され、運用上無視可能であると判断されてい
る場合を検知し、基準値学習の根拠としている。

上記振動データ妥当性判定部１６にて当該ステージの振
動値が基準値・閾値の生成に妥当であると判断された場
合は、振動データ記憶部２０の振動データより、前記異
常検知及び診断用の閾値及び基準値の計算を行う。尚、
これらの基準値・閾値は後記するように各ステージを更
に詳細に分割したステップ毎に計算される。また、この
基準値及び閾値演算においては、大幅な基準の変動を避
けるため、計算結果と過去の同一運転状態時（後記）の
基準値・閾値との荷重平均を基本にする。但し定検等の
ある程度大きな変動が認められる場合は、重み係数を調
整する。

基準値・閾値データベース１３は各ステージをさらに詳
細なステップに分割する。例えば起動中は昇速、定速保
持それぞれに回転数域別に、負荷運用中は負荷変化、定
負荷保持それぞれの負荷域別に等、幾つかのステップに
分割される。

更に各ステージのデータベースは運用状態毎、例えば回
転上昇率、負荷変化率、潤滑油条件等、振動に影響を与
えるプラントパラメータ毎に保有される。これらの運転
状態を判断しどの基準値・閾値データベース１３を更新
するかを運転状態判定部１７により行う。基準値更新部
１９では上記運転状態判定部により選択された基準値・
閾値データベースを、前記基準値演算部１８により計算
された値にて更新する。

（作用） 運用時にオンラインで計測した振動値が基準と成り得る
かを判断し自動的に前記閾値及び基準値の学習するので
、基準値更新の労力を排除し、異雷検知の感度向上、診
断の精度向上及び警報頻出を抑制することで運転員の警
報に対する感度維持ができる。

〈実施例） 本発明の実施例として、発電プラントの蒸気タービン・
発電機への軸振動診断装置１の適用を説明する。

異常検知部９には、前記の各異常検知の閾値を２段階で
設定している。第３図、第４図で閾値２５は異常の兆候
を検知し、診断を起動するための閾値で、基準値学習サ
ブシステム１４での学習の対象となる。また、同図の閾
値４０は警報値と称し、明らかに異常と認められ、何等
かの対策が必要と考えられるレベルに設定され、学習の
対象外としている。何れの場合も内容に応じた警報が出
される。

振動診断装置１の構成は第１図に示したとおりであるが
、データ収集ステージ判定部１５、振動データ妥当性判
定部１６及び運転状態判定部１７で各判定に使用する為
、前記した各種センサ７に負荷、真空度、発電機ガス温
度等の入力を加えである。

基準値・閾値のステージ分割は第５図に示すようにター
ビン起動〜併入のタービン起動中、併入〜解列の負荷運
転中及び解列からタービン停止の停止中に分割しており
、タービン起動中、停止中はそのステージ全てをデータ
収集ステージとし、負荷運転中は振動の発生し易い併入
から定格負荷到達一定時間後までをデータ収集ステージ
としている。

データ収集ステージ判定部１５では回転数、負荷及び発
電機遮断器（５２Ｇ）等を監視しながら、前記データ収
集ステージの開始、終了判定を行い、前記した如くデー
タ収集を行う。

基準値・閾値データベース１３は第６図の如く回転数、
負荷及び回転数または負荷の保持中（定値運転）かによ
り詳細ステップに分割されている。

従来、定速域、危険速度域、高速域等大まかに分割され
ることが多かったが、この詳細ステップへの分割により
、異常検知の閾値及び基準値を正常値により近い値で設
定でき異常兆候の検知感度および診断精度を上げること
が可能となる。

各ステージの終了時点で振動データ妥当性判定部１６は
そのステージでの振動が基準と成り得る値か否かを判定
する。判定条件の概要を第７図に示す。条件３６〜条件
３９は、前記の゛′捩振動異常検知が行われたが、修正
操作が行われずそのステージを正常に終了したこと”を
検出するためのものである。

条件３７は前記警報値による学習の禁止を行うためのも
のである。

また、一般に振動が発生した場合、回転数または負荷を
振動が安定している（小さい）所まで下げて対策を行う
か、又は原因除去のため停止が行われるが、条件３８は
これを検出している。

条件３９は、異常検知中（異常検知後、正常に復帰する
迄の間）に推定した異常原因に対応する特定の修正動作
が行われなかったことを判定するものであり、様々な操
作が行われる発電プラントに於て、振動のための修正動
作か否かを判定する。

例えば、軸受油膜圧力とロータ荷重の不釣合いによる不
安定振動であるオイルホイップ、オイル−１１＝ ホワールを振動原因と推定した場合は、異常検知された
軸が低圧ロータ　（復水器上のロータ）であれば真空度
の操作が行われるが、この原因の場合、真空度が変化し
なかったことを条件としている。

また、同原因で発電機ロータが異常の場合、発電機ガス
の温度を操作するのが一般的であり、この場合は発電機
ガスの温度変化が無いことを条件としている。

これらの振動データ妥当性判定は上述したように各種条
件を知識とした知識ベースをもとに推論することにより
実現されている。

運転状態判定部１７は、タービン起動ステージでは昇速
率及び蒸気条件により、負荷上昇中は負荷変化率により
、タービン停止ステージでは回転降下率により運転状態
を分類している。

基準値演算部１８では、前記ステップ毎に振幅、位相、
振幅増加率を求め基準値とし、その基準値との比、また
は基準値に一定量を加えることにより閾値を算出する。

第８図に振動スペクトルを例として示す。計測＝１２− した前記特定周波数帯のスペクトル４１の大きさが図の
様であればこれを基準値とし、基準値との比率、または
基準値に一定量を加えることにより新しい閾値４２が決
定される。振動原因はその多くが振動スペクトルに現れ
るため、図の場合特定周波数帯ｆ２に特徴の現れる既知
の原因による警報は、新しい閾値４２により抑制される
。一方、新たな異常に対しては、周波数帯ｆ２に特徴の
現れるものはｆ２のレベルが大きくなるため、また他の
周波数帯に特徴の現れる原因は閾値２５が変化していな
いためこれまで通りの異常検知感度を維持する。

新たな基準値・閾値を計算の後、現在まで使用していた
（同一運転状態に於ける同一ステージで同一ステップの
）基準値・閾値と荷重平均を取り新たな基準値・閾値と
している。

尚、第５図中に示した停止中の時間を求め、長期間の停
止であれば定検が行われたと判断して、計測した基準値
・閾値の重みを重くして荷重平均を取り新たな基準値・
閾値としている。

上記実施例では、閾値を基準値からの比率及び一定量を
基準値に加えることで求めているが基準値は計測値をス
ムージングした値であるため、その変化幅を基に閾値を
求めても良い。第９図に振動位相−振幅ベクトルでの例
を示す。基準値４３は実際の計測値４４のスムージング
されたベクトル軌跡である。閾値は、求める閾値のステ
ップに対応する部分４６の計測されたデータ４４におい
て、そのピーク４５または実効値に対しての比率または
一定値を加えることにより求めることも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明は発電プラントの回転機械の
軸振動を診断する振動診断装置に於て、オンラインで基
準値及び閾値を更新することにより、正常な振動で運用
されている場合はよりシビアな基準値・閾値を設定する
ことで異常兆候をより早期に発見することを可能とし、
また、僅かな無視可能な異常兆候が頻発する場合は、そ
の振動現象に合致した基準値・閾値を設定することで警
報の頻発を抑制し運転員の警報に対する感度維持を行う
と共に、新たな異常兆候に対しての検知感度を高くする
ことが可能となった。

これにより、回転機械の安全運用に効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の振動診断装置を説明するブロック図、
第２図、第３図、第４図は異常検知部の機能を説明する
論理図とその説明図、第５図は実施例におけるデータ収
集ステージを説明する図、第６図は閾値の分割を示す図
、第７図は基準値更新妥当性判定部の判定条件を説明す
る図、第８図、第９図は閾値計算の実施例と応用例を説
明する図、第１０図は従来の振動診断装置のブロック図
である。 １４・・・基準値学習サブシステム。 １５・・・データ収集ステージ判定部。 １６・・振動データ妥当性判定部。 １７・・・運転状態判定部、１８・・・基準値演算部。 １９・・・基準値更新部、２０・・・振動データ記憶部
代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健 第８図 第９図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転体の軸振動を検出し振動信号の変化より異常
   兆候または異常の検知、並びに異常原因の推定を行う振
   動診断装置に於て、異常兆候または異常の検知及び異常
   原因を推定する際に使用する閾値及び基準値を、回転機
   の振動状態および運転状態により自動的に更新すること
   を特徴とする回転機の振動診断装置。
2. （２）上記閾値及び基準値を計算するためのデータ収集
   期間を判定するデータ収集ステージ判定部、収集された
   データを記憶する振動データ記憶部、該収集データにて
   閾値・基準値の更新が可能か否かを判断する振動データ
   妥当性判定部、閾値・基準値を計算する基準値演算部、
   運転状態に基づき、どの閾値・基準値を更新するかを判
   断する運転状態判定部及びその閾値・基準値を更新する
   基準値更新部により構成される閾値・基準値の自動更新
   を行う基準値学習サブシステムを有することを特徴とす
   る請求項第１項記載の回転機の振動診断装置。
3. （３）振動データ妥当性判定部は、更新前の閾値により
   異常と検知されないこと、または異常と検知されたが振
   動を正常化するための操作が行われず起動もしくは負荷
   運転が継続されたことを判断条件に前記閾値及び基準値
   を更新する妥当性を判定し、自動的に閾値及び基準値の
   更新を行うことを特徴とする請求項第２項記載の回転機
   の振動診断装置。