JPH02226024A

JPH02226024A - 回転機械のラビング検出装置

Info

Publication number: JPH02226024A
Application number: JP4596389A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Shimada; 敏幸島田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-02-27
Filing date: 1989-02-27
Publication date: 1990-09-07

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、発電機プラント等の高速回転
機械の運転状態の異常徴候の早期検出及びその診断を回
転機械の軸振動からの検出値に基づいて行う診断装置、
特にラビング検出装置に関する。

（従来の技術）回転機械の運転中の異常の大部分は、一般に、ロータ等
回転体の軸振動の変化として現われる。

特に発電プラント用の蒸気タービン・発電ユニット等で
は数十〜数百トンの重量をもつロータが高速で回転して
おり、そのため、微小な振動も重大な事故につながるお
それがある。そこで運転中の振動現象を十分に把握する
ため、各軸受部で振動を検出するとともにレコーダによ
って連続的に記録し、運転上の注意を運転りに喚起する
警報値を設定して、振動検出値に基づいて運転制限等を
行っている。さらに最近では、特開昭６１−１２８１２
８号公報に示すように、運転制限値に至る以前に異常徴
候を検出し、さらに振動周波数等の特徴から原因を診断
する診断装置が提案されている。

第８図に蒸気タービン・発電機ユニット１′の従来の診
断装置を示す。まず、ユニット１′には、高・中圧ター
ビン２′、低圧タービン３ａ’３ｂ’および発電機４′
の各ロータを支える軸受部５ａ′、・・・５１′、各ロ
ータの軸振動を検出する振動検出器６３′、・・・６１
′が設けられている。

さらに、ロータの回転数を検出する回転計７′各軸受ｆ
４５ａ’、・・・５１′での軸振動の位相を検出する際
に基準となるパルスを発信する位相基準パルス発信器８
′および発電機出力（負荷）や蒸気温度、軸受温度等プ
ラントの運転状態を検出する各種センサ群９′が設置さ
れている。そして回転計７′および各種センサ群９′の
出力が、中央操作盤１０′内に設けられる運転監視装置
１１′に送られ、振動検出器６３′、・・・６１′およ
び位相基準パルス発信器８′の出力が中央操作盤１０′
内に設けられた振動監視装置１２′に送られて常時チエ
ツクされ、その出力が所定の制限値を越える場合には、
警報装置１３′に指令信号が発せられ、警報や自動トリ
ップの信号が出力される。なお、振動検出器６３′、・
・・６１′、回転コナ７′、位相基準パルス発信器８′
、および各種センサ群９′の出力は、アナログ型の連続
記録計１４′にも送られ記録される。また、振動検出器
６ａ′、・・・５１　／および位相基準パルス発信器８
′の出力である振動データは、振動監視装置１２′によ
ってＡ／Ｄ変換され、軸振動診断装置３０’に送られて
異常徴候の原因の診断が行われる。この軸振動診断装置
３０′は、計算機を用い、異常診断を行って運転員を支
援するシステムである。上記Ａ／Ｄ変換された振動デー
タは所定のしきい値と比較され、異常徴候が異常徴候検
出装置１６′によって検出される。また、上記Ａ／Ｄ変
換された振動データに基づいて軸振動の周波数成分の分
布が周波数分析器１７′によ７て解析される。そして、
各種センサ群９′、異常徴候検出装置１６′、および周
波数分析器１７′の各出力、ならびにメモリ２１′に記
憶された過去の履歴データに基づいて、異常徴候の原因
の診断が診断部１９′によって行われ、その結果が表示
装置２０′によって表示されるとともに、診断に使用さ
れた各種データおよび診断結果がメモリ２１′ＩこＸ２
憧される。

（発明が解決しようとする課題）回転機械の軸振動は、回転機械の運転状態の異常程度に
より急激に変化することがある。そのため、異常徴候の
早期検出、異常程度の早期診断が要求される。しかしな
がら、回転体と静止体とが運転中に接触して擦る現象、
すなわちラビングが原因で運転状態に異常が発生しても
、早期にその原因がラビングであると判定することは困
難である。

第６図は、従来のラビング徴候検出の一方法を示すもの
で、第８図の振動監視装置１２′から出力された振動ベ
クトルを記録計１４′に第６図に示すように順次反回転
方向にボーラル線図として表示し、これを運転員の目視
によりラビング徴候を判断する。しかし、この方法では
、運転員が継続して記録計１４′を監視する必要がある
ため人手と第６図に示すように異常振動の開始点から運
転員（オペレータ）の確認時点まで時間がかかる上、人
間系による監視であるため、場合によっては異常状態を
見落すこともあり得る。

また、振動ベクトルの変化を早期に検出する別の方法と
しては、２！準データからのずれに対しであるしきい値
を越えたかどうかで異常状態を判定する方法がある。す
なわち、第７図に示すように回転体の回転方向とは逆方
向に振動ベクトルの振幅をとり、しきい値が次式を満足
することが異常検知の条件となる。

ＩＶｉ−Ｖｓ　Ｉ　＞ｖｔ　　　　　＋＋＋＋　（１）
ここで、Ｖｉ：現時点での振動ベクトル（Ｊｉｆｆ波数
分析後の回転同期成分）Ｖｓ：正常時の振動ベクトルを代表する基準データＶｔ：振動ベクトルの変化の大きさ１Ｖｉ−Ｖｓｌに対して異常と判定するためのしきい値である。

この振動ベクトルの変化を早期に検出する方法では、回
転体の位相の変化を伴うことを特徴とする現象、すなわ
ち、定期検査前後の変化、アライメント変化、ロータ曲
り、ラビングなどに共通して観察される現象の早期検知
には効果的である。

しかしながら、これらの現象の中から特にラビングを判
別するには振動ベクトルの変化の傾向を把握することが
必要となる。したがって、この方法によりラビングを検
知するには、異常検知後の再確認が不可欠となるばかり
でなく、振動ベクトルの変化傾向を監視すること必要で
あるが、これは極めて困難であった。

本発明は、上記したような従来のラビング検知方法のも
つ問題点を解決するためになされたもので、回転体のラ
ビングの有無を人間を介在させることなく自動判定する
機能を帰えた回転機械のラビング検出装置を提供するこ
とを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、回転機械の回転体の軸振動の変化をとらえ、
これを運転状態の異常徴候として検出し診断する軸振動
診断装置において、ラビング検出装置が異常検知のレベ
ルを判定する異常レベル？１１定手段、判定した該異常
レベルに対応した履歴データをサンプリングするデータ
サンプリング手段、振動データの振動ベクトルの変化を
検出するＶ−φ変化検出手段、振動ベクトルの変化傾向
を検出する手段およびこれらに基づいてラビングの有無
を判定するラビング判定手段とからなることを特徴とす
る。

（作　用）このように構成された本発明の回転機械のラビング検出
装置では、別途、異常検知された項目とその異常レベル
に基づいて、異常レベル判定手段により最大の異常レベ
ルを検出・判定し、この判定された異常レベルに対して
最も適切なサンプリングタイムを決め、これに従ってデ
ータサンプリング手段により振動ベクトルの履歴データ
のサンプリングを行う。次いでサンプリングされた履歴
データに基づいて振動ベクトルの変化の有無をＶ−φ変
化検出手段により判定し、Ｖ−φ変化が検出された時に
は、振動ベクトルが回転体の反回転方向に変化している
傾向の有無をベクトルの変化傾向検出手段により検出す
る。そして、振動ベクトルが反回転方向に変化している
傾向が検出された時には、この傾伺が複数の軸受で検出
されているか否かをラビング判定手段で確認し、これが
確認された時には、ラビングと判定し、軸振動診断装置
に表示する。

（実施例）本発明の回転機械のラビング検出装置の実施例を第１図
から第３図について説明する。

本発明のラビング検出装置１８は、第１図に示すように
、処理順に、異常レベル判定手段２２、データサンプリ
ング手段２３、Ｖ−φ変化検出手段２４、ベクトルの変
化傾向検出手段２５およびラビング判定手段２６から構
成され、このラビング検出装置１８は、振動監視装置１
２、異常徴候検出装＠１６および周波数分析器１７から
なる構成部分と診断部１９との間に配置される。

振動監視装置１２においてＡ／Ｄ変換された振動データ
を異常徴候検出装置１６で異常検知し、その異常検知さ
れた項目とその異常のレベルおよび周波数分析器１７で
高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理した後の振動ベクトル
とを入力データとして、ラビング検出装置１８で異常検
知する。そして、これらのデータは、第２図に示すラビ
ング判定手順にしたがって処理される。まず異常レベル
判定手段２２では、第１図に示す異常徴候検出装置１６
で異常検知された項目（例えば、振幅レベル■、振幅増
加率αなど）の異常レベルを次のようにして定義された
５段階のレベルに変換する。

ＬＯ；正常域（異常が検知されない時はこのレベルにあ
る）Ｌｌ：注意域（正常域からのずれが大きい状！ｒ３）Ｌ
２：警報域（プラント異常警報状態）Ｌ３：停止域（プ
ラント異常トリップ推奨状聾）Ｌ４ニトリツブ域（緊急
トリップ要求状態）ここで、上記した異常レベルの名称
は、通常の蒸気タービン・発電機ユニットにおいて運転
制限値が規定されている振幅に対応するものである。

しかし、本発明の検知方法では、早期に異常検知をする
ことが目的であるため、通常のものと異常レベルについ
て同一名称を用いていても、その設定値は、ユニットの
運転制限値よりも低いレベルに設定することも可能であ
る。そして、このステップで各異常検知項目（振幅レベ
ルＶ、振幅増加率α、その他）の異常レベルの中から最
大の異常レベルを選択し、次のデータサンプリング手段
２３へ引き渡す。ただし、すべての異常検知項目がＬＯ
の時（正常域）には、当然、この処理を実行しない。

次のデータサンプリング手段２３では、上記最大異常レ
ベルを受けてデータサンプリングタイムΔＴを決め、振
動ベクトルの履歴データを異常検知時点を含めてΔＴ間
隔で、４点サンプリングする。ここで、このデータサン
プリングタイムΔＴは、異常レベルが大きい程振動ベク
トルの変化も大きくなる傾向があるので、短かくとる。

したがって、異常レベルＬＸ（注意域）の時は、例えば
、ΔＴを２０分、また、異常レベルＬ４（トリップ域）
の時は、ΔＴを１分に設定する。しかし、これら異常レ
ベル（ＬＯ−Ｌ４）とデータサンプリングタイムΔＴと
の関係は、最終的には、異常検知対象ユニットでの実証
試験によって定められる。

また、振動ベクトルの履歴データは、異常検知時点の振
動ベクトルをＶｉとすると、その時点以前の履歴データ
をΔＴ時間間隔で３点、すなわち、ベクトルＶ　ｉ−１
，Ｖ　ｉ−２，Ｖ　ｉ−３をサンプリングする。このよ
うに、一定の時間間隔でサンプリングを繰り返すことに
なる。

また、■−φ変化検出手段２４では、先のサンプリング
データを受けて振動ベクトルの変化（Ｖ−φ変化）を検
出する。この検出の際には、第４図に示すように、基中
データからのずれと前回値からのずれを算出し、次の２
式をともに満足した時にＶ−φ変化、すなわち振動ベク
トルの変化があったものと判定する。

すなわち、ｌΔＶｓｌ−ＩＶｉ−Ｖｓｌ＞ＶｔＯ・−（２）ＩΔＶ
ｉ　１−ＩＶｉ　−Ｖｌ−１１＞ｖｔｔ　　＋＋＋　（
３）ここで、Ｖｉ：異常検知時点の振動ベクトル（ＦＦ
Ｔ処理後の回転同期成分）ｖｓ：正常時の振動ベクトルを代表する基準データＶｌ−１：ＶｉのΔＴ時間以前の振動ベクトルＶｔＯ：振動ベクトルの変化の大きさ１ΔＶｓｌに対して、異常と判定するためのしきい値Ｖｔｌ：振動ベクトルの変化の大きさｌＶｉ　ｌに対して、異常と判定するためのしきい値である。

上記２条件を満足せず、■−φ変化なしくＮ　Ｏ）とＶ
−φ変化検出手段２４により判定された時には、ラビン
グの可能性なしと判断し、フローチャート上、先の異常
レベル判定手段２２へ戻ることになる。

一方、Ｖ−φ変化存（ＹＥＳ）と判定された時には、次
のベクトルの変化傾向検出手段２５で振動ベクトルの変
化ベクトルが回転体の反回転方向に変化しているか否か
を判定する。ただし、判定する変化ベクトルの大きさを
異常のレベルによって変化させる。この判定方法の一例
を第５図により説明する。まず、振動ベクトルの変化ベ
クトルを次式により算出する。

ΔＶｉ繍Ｖｉ−Ｖｌ−１　　　　　　　・・・・・・（
４）のなす角θＩＢを次式を解くことにより、それぞれ
の角θＩＡとθＩＢを求める。

ＣＯ８θｉＡ− ΔＶ１　・ΔＶ１−２１ΔＶｌｌｌ　ΔＶｌ−２１１・・・（５）０″　≦θＩＡ≦１８０″ ０°　≦θＩＢ≦１８０゜上記式（５）、　　（６）によりθＩＡとθ１Ｂを求め
、次の２式をともに満足した時、振動ベクトルの変化ベ
クトルが回転体の反回転方向に変化していると判定する
。

θｌ＾−〇ＩＢ＞εθ　　　　　・・・・・・（７）φ
Ｉ−φｉ−ｉ　＞εφ　　　　・・・・・・（８）ここ
で、 φｌ、φ１−１：振動ベクトルＶｌ。

Ｖ　Ｉ−１の位相成分 εθ、εφ：正のしきい値である。

上記式（７）、　　（８）の条件により、振動ベクトル
の変化ベクトルが、回転体の反回転方向に変化している
と判定されなかった時（Ｎｏ）は、ラビングの可能性な
しと判断し、フローチャート上、異常レベル判定手段２
２へ戻ることになる。

一方、振動ベクルトの変化ベクトルが反回転方向に変化
していると判定された時には、ラビング判定手段２６で
ラビングかどうかの最終的な判断を行い、すべての判定
手順を終了する。実際にラビングが発生している時には
、回転体を支持する複数の軸受で上記のようなベクトル
変化が観察される。そこで、このラビング判定手段２６
では、振動ベクトルの変化ベクトルが反回転方向に変化
していると判定された軸受が複数個所あればラビングが
回転体と静止部との間に発生していると判定し、それら
に対応するボーラル線図を第６図に示すような形で表示
装置２０のスクリーン上に表示する。これによりラビン
グの有無とその位置が確認される。

本発明のラビング検出装置１８を蒸気タービン・発電機
ユニットの軸振動診断装置として配設するには、第３図
に示すように、高中圧タービン２、低圧タービン３ａ、
３ｂｓ発電機４、振動検出器６ａ、・・・、６１、回転
計７、位相基準パルス発振器８、各種センサ群９からな
る蒸気タービン・発電機ユニット１ならびに運転監視装
置１１、振動！ｉｕｉ！ｌｔＬ装置１２、警報装置１３
、記録計１４からなる中央操作盤１０に軸振動診断装置
１５を付設する。この軸振動診断装置１５は、異常徴候
検出装置１６、周波数分析器１７、ラビング検出装置１
８、診断部１９、表示装置ｆ２０およびメモリ２１とか
ら構成されている。ここで、検出され、振動監視装置１
２においてＡ／Ｄ変換された振動データは、軸振動診断
装置１５内の異常徴候検出装置１６と周波数分析器１７
に伝送され、周波数成分の分布が求められ、次いで、ラ
ビング検出装置１８に送られて前述したような手順によ
りラビングの有無の判定が行われる。そして、メモリ２
１に記憶された過去の履歴データに基づいて異常徴候の
原因の診断が診断部１つによって行われ、その結果が表
示装置２０に表示されるとともに診断に使用された各種
データおよび診断結果がメモリ２１に新たに記憶される
ようになっている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、蒸気タービン拳発電機プラント等の高
速回転機械のラビング状態の有無を人間を介在させるこ
となく、ラビング検出装置により自動判定することが可
能となる。そのため、運転状態の異常徴候であるラビン
グ状態を早期かつ見落とすことなく確実に検出・診断で
きるとともに、全体として省力化を図ることができるよ
うになる。

また、ラビングの位置の判定が可能となるので、プラン
トの運転、保修に対するきめ細かい支援ができるように
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回転機械のラビング検出装置の機能を
示すブロック図、第２図は第１図のラビング検出装置の
各機能の判定手順を示すフローチャート、第３図は本発
明の一実施例の応用例を示す全体構成図、第４図は本発
明の実施例に適用されるＶ−φ変化検出手段の判定方法
を説明するグラフ、第５図は本発明の実施例に適用され
るベクトルの変化傾向検出手段の判定方法を説明するグ
ラフ、第６図は従来のラビング検出のために用いる振動
ベクトルの変化の記録表示例を示すグラフ、第７図は従
来の振動ベクトルの変化検出方法を説明するグラフ、お
よび第８図は従来の回転機械の運転状態を診断する診断
装置のブロック図である。１・・・蒸気タービン・発電機ユニット、１１・・・運
転監視装置、１２・・・振動監視装置、１３・・・警報
装置、１４・・・記録計、１５・・・軸振動診断装置、
１６・・・異常徴候検出装置、１７・・・周波数分析器
、１８・・・ラビング検出装置、１９・・・診断部、２
０・・・表示装置、２１・・・メモリ。

Claims

【特許請求の範囲】

回転機械の回転体の軸振動の変化をとらえ、これを運転
状態の異常徴候として検出し診断する軸振動診断装置に
おいて、ラビング検出装置が異常検知のレベルを判定す
る異常レベル判定手段、判定した該異常レベルに対応し
たサンプリングタイムにより履歴データをサンプリング
するデータサンプリング手段、振動データの振動ベクト
ルの変化を検出するＶ−φ変化検出手段、振動ベクトル
の変化傾向を検出する手段およびこれらに基づいてラビ
ングの有無を判定するラビング判定手段とからなること
を特徴とする回転機械のラビング検出装置。