JPH0666241A - 回転機械の健全性診断装置 - Google Patents

回転機械の健全性診断装置

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JPH0666241A
JPH0666241A JP4214289A JP21428992A JPH0666241A JP H0666241 A JPH0666241 A JP H0666241A JP 4214289 A JP4214289 A JP 4214289A JP 21428992 A JP21428992 A JP 21428992A JP H0666241 A JPH0666241 A JP H0666241A
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JP
Japan
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JP4214289A
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English (en)
Inventor
Senkichi Furuya
矢 千 吉 古
Minoru Amano
野 稔 天
Kazunori Toda
田 一 典 戸
Masaki Shinozuka
塚 正 喜 篠
Masayuki Ichimonji
正 幸 一文字
Shinsaku Sato
藤 晋 作 佐
Masatoshi Ando
藤 雅 敏 安
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Electric Power Co Inc
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Control Of Water Turbines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過去または実験には現れなかった障害または
異常現象をも監視できると共に、実際の水力機械の固有
の特性を考慮して障害または異常現象を早期かつ高精度
に検出することができる。 【構成】 上カバー振動センサー9と軸振れセンサー1
0とは、上カバー8の振動及び主軸5の振動を夫々検出
し、特徴抽出手段12、13は上カバー振動センサー9
及び軸振れセンサー10の検出信号から種々の特徴値を
抽出する。正常範囲設定手段20は、正常運転状態にお
ける特徴抽出手段12、13からの特徴値と運転条件デ
ータ入力手段19からの運転条件データとを学習し、正
常運転範囲を予め設定する。診断手段23は、特徴抽出
手段12、13の特徴値が正常運転範囲内か範囲外かを
判別し、範囲内である時に水力機械が健全であると判別
し、範囲外である時には、警報手段24に警報を発生さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回転機械の健全性診断
装置に係り、特に水車やポンプ水車等の水力機械の振動
や軸振れから水力機械の異常を未然に発見するのに好適
な回転機械の健全性診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】発電プラントに使用される水車やポンプ
水車等の水力機械は、大きな事故に陥る前に、その異常
を前もって監視することが重要である。そこで、これま
で水力機械の異常検出装置が、特開平1−265311
号公報や特開平1−28086号公報や特開平1−29
0008号公報に提案されている。これらの水力機械の
異常検出装置は、過去に実際に発生した障害または異常
現象のデータを集め、または試験装置による実験から障
害または異常現象のデータを測定して、このデータに基
づき対象の水力機械の障害または異常現象の判定用基準
値を設定する。運転中の水力機械の振動測定データが上
記基準値以上になったときに異常と判別し重大な事故を
未然に防止する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の水力機械の異常検出装置は、過去の実際の障害・異
常現象のデータまたは実験による障害・異常現象のデー
タに基づき障害・異常現象の判定用基準値を設定してい
るため、過去または実験には現れなかった障害・異常現
象を検出できないという問題がある。
【0004】更に、従来の水力機械の異常検出装置は、
実験装置または他の水力機械から得たデータに基づき障
害・異常現象の判定用基準値を設定するものであって、
実際の個々の水力機械の固有特性を考慮していないた
め、障害・異常現象を早期にかつ高精度に検出すること
ができないという問題もある。そこで、本発明の目的は
過去または実験には現れなかった障害または異常現象を
も監視できると共に、実際の水力機械の固有の特性を考
慮して障害または異常現象を早期かつ高精度に検出する
ことができる回転機械の健全性診断装置を提供すること
にある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、回転機械の振動または軸振れを検出し、上
記振動または軸振れに関連する検出データを出力する検
出手段と、上記回転機械が正常運転状態にある時の上記
検出データとその時の運転条件データとを入力し、これ
らの検出データ及び運転条件データを学習して正常運転
範囲を設定する正常運転範囲設定手段と、上記検出手段
からの検出データとその時の運転条件データとが上記正
常運転範囲内か範囲外かを判別する診断手段と、上記診
断手段が上記正常運転範囲外であると判別した時に警報
を発生する警報手段とを具備することを特徴とするもの
である。
【0006】この構成にあっては、上記検出手段は、上
記振動または軸振れを検出し検出信号を発生するセンサ
ーと、この検出信号からその特徴を表す特徴データを抽
出して上記検出データとして出力する特徴抽出手段とを
含むことが好ましい。また、上記正常運転範囲設定手段
は、上記正常運転範囲外の領域を異常発生原因に応じた
複数の異常原因領域に区分し、上記診断手段は、上記検
出データと運転条件データとが上記正常運転範囲外であ
る時に、これらデータが複数の異常原因領域のいずれに
属するかを判定し、これらデータが属する異常発生原因
を表す信号を出力することが望ましい。
【0007】
【作用】検出手段は回転機械の運転中、その回転機械の
振動または軸振れを検出し検出データを出力する。正常
運転範囲設定手段は、回転機械が正常運転状態にある時
の上記検出データとその時の運転条件のデータとを入力
し、これらの検出データと運転条件データとを学習し
て、正常運転時の検出データ及び運転条件データとこれ
のデータの所定周辺領域とからなる正常運転範囲を設定
する。診断手段が検出データと運転条件データとが正常
運転範囲内か範囲外かを判別し、これが範囲外である時
には、警報手段が警報を発生する。
【0008】このように、本発明による回転機械の健全
性診断装置は、実際の回転機械が正常に運転されている
時のその回転機械の検出データと運転条件のデータとに
基づき回転機械の正常運転範囲を設定し、検出データと
運転条件のデータがこの正常運転範囲内か範囲外かによ
って健全性を診断しているので、過去または実験には現
れなかった障害または異常現象をも監視できると共に、
実際の水力機械の固有の特性を考慮して早期かつ高精度
の検出が可能となる。
【0009】
【実施例】以下に本発明による回転機械の健全性診断装
置の一実施例を図1乃至図5を参照して説明する。図1
は、本発明を水車やポンプ水車等の水力機械に適用した
実施例の全体構成を示したもので、ケーシング1からの
流水はガイドベーン2を通ってランナ3に流入し、これ
を回転駆動した後にドラフトチューブ4から流出する。
このランナ3は主軸5とカップリング6とによって発電
機7に連結されている。ランナ3の上カバー8にはこの
上カバー8の振動を検出する上カバー振動センサー9が
設置されている。また、主軸5の周囲には変位形または
加速形の軸振れセンサー10が2個互いに90°離れて
設置され、これらの軸振れセンサー10は図示を省略し
た固定支持台に主軸5の振動、即ち軸振れを検出可能に
取付けられている。
【0010】各センサー9、10は、図2に示したよう
な上カバー8及び主軸5の振動のオーバーオール波形1
1を表す振動検出信号を出力する。センサー9、10に
は特徴抽出手段12、13が夫々接続され、これらの特
徴抽出手段12、13はセンサー9、10の検出信号を
記憶し、この記憶された検出信号を処理して、その検出
信号、即ち図2のオーバーオール波形11の特徴値、例
えば振幅14や振幅のベクトル15等を抽出する。特徴
抽出手段12、13は更に、センサー9、10の検出信
号を周波数分析して、図3に示したように周波数分析波
形16を求め、この周波数分析波形16からそれの振幅
17や振幅積分値18を検出信号の特徴値として抽出す
る。特徴抽出手段12、13は、これらの抽出された特
徴値14、15、17、18を検出データとして出力す
る。なおセンサー9、10及び特徴抽出手段12、13
は、検出手段を構成する。運転条件データ入力手段19
は、運転中の水力機械の出力や回転数や静落差などの運
転条件データを発生する。特徴抽出手段12、13から
の検出データと運転条件データ入力手段19からの運転
条件データとは、共に正常運転範囲設定手段20に入力
され、この正常運転範囲設定手段20は入力された検出
データと運転条件データとを記憶し、これらの記憶され
た検出データと運転条件データとに基づいて正常運転範
囲を設定する。
【0011】これを詳述すると、正常運転範囲設定手段
20は、ニューラル・ネットワークを使用するもので、
水力機械の正常運転状態における振幅ベクトル15や振
幅値14、17や振幅積分値18などの検出データと水
力機械の出力や回転数や静落差などの運転条件データと
をできるだけ多数予め入力し、これらを教師信号として
計算機に学習させて、水力機械の正常運転状態における
各種検出データ及び各種運転データとこれらのデータの
所定周辺領域とからなる正常運転範囲を設定する。即
ち、正常運転範囲設定手段20は、水力機械が健全に運
転されている時に検出された離散的な検出データと同様
の離散的な運転条件データとを学習することによって、
これらの検出データと運転条件データとを含んだ連続的
な領域である正常運転範囲を設定する。
【0012】図4は、説明の簡便のために特徴値を2個
として2次元空間における特徴領域の形成を示したもの
で、特徴値Aは、例えば振幅値や振幅ベクトルや振幅積
分値などの検出データのうちの一つであり、特徴値B
は、例えば水力機械の出力や回転数や静落差などの運転
条件データのうちの一つである。離散的に得られる特徴
値A及びBを学習することによって、例えば円領域の連
続的な正常運転領域21が形成される。こうして、水力
機械の正常運転状態について予めできるだけ多数かつ多
様なデータを入力し学習することによって、正常運転領
域21の集合体が破線で示した仮想の正常運転状態領域
22に近くなり、非線形な正常運転範囲を得ることがで
きる。なお、図4では簡単のために2個の特徴値からな
る2次元空間を示したが、実際には水力機械の運転状態
を示す多数の特徴値による多次元空間の正常運転範囲が
形成される。
【0013】更に、正常運転範囲設定手段20はこの正
常運転範囲外の異常領域をその異常原因毎に複数の異常
原因領域に区分する。これらの異常原因領域はその異常
原因に対応付けられ、これらの異常原因領域のなかで異
常原因が不明の異常原因領域がある場合には、それは原
因不明として対応付けられる。診断手段23は、特徴抽
出手段12、13からの検出データと運転条件データ入
力手段19からの運転条件データとを入力し、これらの
検出データと運転条件データとが正常運転範囲設定手段
20の正常運転範囲内か範囲外かを判別する。診断手段
23は、これが範囲外である時には、その旨を表す信号
を出力すると共に、更にこれらデータが異常原因領域の
いずれに属するかを判定し、その異常発生原因を表す信
号を出力する。警報手段24は診断手段23が正常運転
範囲外を弁別すると、警報を発生し、異常原因表示手段
25は診断手段23の異常発生原因を表す信号を受ける
と、その異常原因を表示する。
【0014】次に、この実施例の作用を説明する。図5
は本実施例の簡単なフローを示したものである。水力機
械の試運転等において、水力機械をできるだけ多数かつ
多様な正常運転条件下で運転する。上カバー振動センサ
ー9と軸振れセンサー10は、上カバー8の振動及び主
軸5の振動を夫々検出し、特徴抽出手段12、13は上
カバー振動センサー9及び軸振れセンサー10の検出信
号から種々の特徴値を抽出する。正常範囲設定手段20
は、特徴抽出手段12、13からの検出データ、即ち各
種の特徴値と運転条件データ入力手段19からの運転条
件データとを学習し、正常運転範囲を設定する。このよ
うして、水力機械の実際の運転前に正常運転範囲が予め
設定される。
【0015】水力機械が実際に運転されると、センサー
9、10は夫々の検出を行い、特徴抽出手段12、13
は夫々の検出信号から種々の特徴値を抽出し、検出デー
タとして出力する。診断手段23は、この時の特徴抽出
手段12、13の検出データが正常運転範囲内か範囲外
かを判別し、範囲内である時には水力機械が健全である
と判定する。もしも、範囲外である時には、診断手段2
3は警報手段24に警報を発生させると共に、その特徴
値が異常原因領域のいずれに属するかを判定して、異常
原因表示手段25にその時の異常原因を表示させる。
【0016】なお、正常範囲設定手段20はこの水力機
械の実際の運転時にも、そのときの検出データを入力
し、これに基づき正常運転範囲を更新し、これによって
正常運転範囲の正確度をより一層高める。もし特徴値が
異常原因不明の領域に属する場合には、異常原因表示手
段25は異常原因不明を表示し、保守担当者がこの異常
原因を究明し、この究明した異常原因を正常運転範囲設
定手段20に入力する。これによって、上記の異常原因
不明の領域が究明された異常原因領域となる。
【0017】また、正常運転範囲外であると判別された
場合には、この異常判別された検出データを他のシステ
ムに自動的に送出し、この他のシステムにおいて異常原
因を探求するように構成することもできる。更に、正常
運転範囲外であると判別された場合には、この異常判別
された検出データをその時の運転条件データと共に警報
データとして正常運転範囲設定手段20に入力し記憶さ
せて、その後の正常運転範囲設定手段20の学習に供す
ることもできる。これによって正常運転範囲設定手段2
0は正常運転範囲の正確度を高めることができる。以上
の実施例は、本発明を水車またはポンプ水車などの水力
機械に適用した例であった。しかしながら、本発明は水
力機械に限定されるものではなく、ポンプやタービンや
発電機や発電電動機や空気圧縮機などの回転機械を含
め、振動を発生する全ての機械に適用することができ
る。
【0018】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よる回転機械の健全性診断装置は、回転機械が正常に運
転されている時のその回転機械の検出データ及び運転条
件データに基づき回転機械の正常運転範囲を設定し、検
出データ及び運転条件データがこの正常運転範囲内か範
囲外かによって健全性を診断しているので、過去または
実験には現れなかった障害または異常現象をも監視でき
ると共に、実際の水力機械の固有の特性を考慮して障害
または異常現象を早期かつ高精度に検出し、重大な事故
を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による回転機械の健全性診断装置の一実
施例を示した概略図。
【図2】上記実施例の検出信号及びそれの特徴値を示し
たグラフ。
【図3】上記実施例の検出信号の周波数分析波形及びそ
れの特徴値を示したグラフ。
【図4】上記実施例による二つの特徴値の関係を示した
グラフ。
【図5】上記実施例の簡単なフローを示したフローチャ
ート図。
【符号の説明】
9 上カバー振動センサー 10 軸振れセンサー 12 特徴抽出手段 13 特徴抽出手段 9、10、12、13 検出手段 20 正常運転範囲設定手段 23 診断手段 24 警報手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸 田 一 典 東京都港区芝浦一丁目1番1号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 篠 塚 正 喜 大阪府大阪市東区本町4−29 株式会社東 芝関西支社内 (72)発明者 一文字 正 幸 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 佐 藤 晋 作 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 安 藤 雅 敏 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転機械の振動または軸振れを検出し、上
    記振動または軸振れに関連する検出データを出力する検
    出手段と、上記回転機械が正常運転状態にある時の上記
    検出データとその時の運転条件データとを入力し、これ
    らの検出データ及び運転条件データを学習して正常運転
    範囲を設定する正常運転範囲設定手段と、上記検出手段
    からの検出データとその時の運転条件データとが上記正
    常運転範囲内か範囲外かを判別する診断手段と、上記診
    断手段が上記正常運転範囲外であると判別した時に警報
    を発生する警報手段とを具備することを特徴とする回転
    機械の健全性診断装置。
JP4214289A 1992-08-11 1992-08-11 回転機械の健全性診断装置 Pending JPH0666241A (ja)

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