JPS61247928A - 回転機械の異常診断装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 □本発明は蒸気タービン発電機等の回転機械から発生す
る振動を常時監視し、回転体に異常が発生した場合、振
動の変化率を考慮して異常の原因、発生位置、発生量を
推定する回転機械の異常診断装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

蒸気タービン発電機等の回転機械において、例えば損傷
による回転部品の飛散、熱変形等によるロータ曲り、過
大トルク発生による回転部のずれ、あるいはロータや軸
受台のクラック（亀裂）等が発生した場合には、軸受ジ
ャーナル部の振動振幅値が制限値より大きくなり、蒸気
タービンはトリップする。

従来はロータの停止後、分解点検時に初めてトリップ原
因が判明し、故障箇所の修理や改良対策が施されている
のが通例であった。

また、異常が生じた場合、運転具は蒸気タービン発ｆｆ
ｉ機を停止することなしにその異常発生原因を振動変化
、軸受温度変化、負荷変化等から推定し、早急に対策を
施そうとするが、これには多くの知識と永年の経験が必
要であり、往々にして誤った判断をし、不適切な対策を
施してしまうことがあった。

最近では、コンピュータの発達により種々の振動解析が
高速で行えるようになり、また多くの分析が可能となっ
てきたことに伴い、コンピュータを用いた回転機械の異
常診断装置がい（つか提案されている。

第３図は従来の回転機械異常診断装置の一例を示すもの
で、回転機械からの信号を入力する振動監視装置１と、
その結果に基いて異常原因を分析する異常原因分析装置
２から構成されている。

振動監視装置１は回転体の振動信号の振動変化量から回
転体の異常を発見するもので、先行文献としては例えば
特公昭５８−２４６０１号公報がある。また異常原因分
析装置２は振動変化等を異常原因に対するパターン別に
分析して異常原因を推定するもので、先行文献としては
特開昭５５−１０３４３２号公報がある。

次に第３図の装置の具体的構成と作動を説明する。蒸気
タービンロータ３．４および発電機ロータ５を支持する
軸受６ａ〜６ｆの近傍には軸受で生じる振動を測定する
振動計７ａ〜７ｆが付設されており、これらの振動計の
出力はそれぞれアンプ８ａ〜８ｆで増幅された後、リー
ド線９を介して振動監視装置１に入力される。

振動監視装置１には、各振動計７ａ〜７ｆで検出され、
アンプ８ａ〜８ｆで増幅された振動信号をアナログ信号
からデジタル信号に変換するＡＤコンバータ１０が設け
られており、このＡＤコンバータによりデジタル信号に
変換された振動データは変化量演算装置１１に転送され
る。

変化量演算装置１１は蒸気条件１２、車室全底温度１３
、回転数１４、負荷１５等により決定される運転モード
に応じた基準データを保存する基準データメモリ１６と
、前記ＡＤコンバータ１０からの振動データとを比較し
、それらの差から振動変化量を算出する。この振動変化
量は制限値１７とともに比較回路１８に入力され、振動
変化量が制限値よりも大きい場合は異常発生と判断し、
表示装置１９により異常発生の表示を行う。

このようにして振動監視装置１で異常発生と判断された
場合には、振動変化ｆｆ１２０が異常原因分析装置２に
転送される。

異常原因分析装置２は振動変化等を異常原因に対するパ
ターン別に分析し、その振動変化量に対応したパターン
を決定することによって異常原因を推定し、異常診断を
行うものである。なお、異常診断に用いる振動変化量２
０は前述したようにＡＤコンバータ１０からの現振動デ
ータから運転モードにより決められた基準データメモリ
１６の基準データを差し引いて求めたものである。

第１表は回転体に生じる異常原因に対する振動周波数、
軸受温度、変化率、負荷依存等の特徴をまとめたパター
ンを示す。

第１表 ここで、変化率は次の（１）式で示される値を用いてい
る。

変化率＝１現振動ベクトルー基準データＩ÷（振動変化
に要した時間） ・・・（１） 即ち、上述の変化率は振動変化の早さを示すものである
。

第１表から各異常原因は振動周波数、軸受温度、変化率
、負荷依存に対して固有の特徴を有していることがわか
る。

異常原因分析装置２は第３図に示すように、原因推定装
置２１、パターン記憶装置２２、分析装置２３、影響係
数記憶装置２４、および表示装置２５から構成されてお
り、振動監視装置１で求められた振動変化量２０は原因
推定装置２１に入力される。原因推定装置２１では振動
変化量２０と、軸受温度、負荷データ等から第１表で示
したパターンを記憶しているパターン記憶装置２２のデ
ータとを比較し、もっとも適切な異常原因を推定する。

次に、分析装置２３では原因推定装置２１で決められた
異常原因に対する影響係数を影響係数記憶袋＠２４より
選択し、影響係数法により異常の生じた位置および量を
算出し、それらの結果を表示装置２５により表示する。

なお、影響係数はあるロータ上の位置での単位異常発生
量に対する各軸受部近傍での振動変化を示したもので、
測定点の個数をｎ１異常発生の予想されるロータ上の位
置の数をｍとすると、一つの異常に対する影響係数Ｚは
ｎｘｍのマトリックスとなる。ここで、各軸受近傍で計
測された振動変化量をＸとし、ロータ上の各予想位置に
おける異常発生量をｍ行のマトリックスＷとすると、そ
れらの関係は（２）式で表される。

（Ｗ）＝（Ｚ）　　　（Ｘ）　　　・・・（２）このよ
うに影響係数Ｚおよび振動変化量ｘによりロータ各位置
での異常発生ｆＩＷを求めることができ、前述したよう
な異常原因分析が可能となる。

従来の回転機械の異常診断装置においては、上述のよう
に、ある基準値から振動値が変化し、その値がある定ま
った制限値以上になった時に回転体に異常が生じたと判
断し、その原因、発生位置、発生量を推定するようにし
ている。

上記において制限値を設定する目的は、小さな変化があ
った場合にその都度異常診断をして異常発生のメツセー
ジを表示していたのでは運転員を迷わずことになり、し
かも不必要な停止をも強制してしまう場合があるからで
あり、このような不都合を避けるため所定の制限値を設
けて振動値が制限値以上に達した時にのみ回転機械の異
常診断を行うようにしている。

また、異常診断に用いる振動データはその振動状態を正
確に表現できるような振幅と位相のデータが使用される
。第４図は半径方向に振幅を、水平方向からの角度に位
相角をとった振動ベクトル図であり、ある軸受部の振動
が、回転数の異常発生により基準データを示す振動ベク
トルの基準点Ａからある時間を経過して点Ｂに変化した
ことを示している。

この場合、点Ｂは制限値を示す円２６より太きいため異
常原因分析装置２によりその原因分析が行なわれるが、
それに用いる振動変化量は点Ｂから基準点Ａを引いた振
動変化値２７である。

〔背景技術の問題点〕

蒸気タービン発電機のような非常に複雑な回転機械では
異常の発生も複雑で、複数の異常が連続して発生する可
能性がある。

例えば熱的異常によりロータ曲りが発生し、その後に羽
根飛散が発生した場合を想定してみる。

第５図はその場合の振動ベクトル変化の一例を示すもの
で、ロータ曲りと羽根飛散による振動変化はともに回転
同期成分が主体であるため第５図のように同一図面上に
描くことができる。

まず、熱的異常がロータ上に発生しロータ曲りが生じる
と、振動ベクトルは基準点Ａから点Ｃまで変化する。次
に羽根飛散が生じると振動ベクトルは点Ｃから点りへ変
化する。第５図中、基準点Ａから点Ｃまでの振動変化量
２８はロータ曲りによるものであり、この変化に要する
時間は通常、数分〜数１０分程度である。また、点Ｃか
ら点りへの振動変化量１９は羽根飛散によるものであり
、この振動変化量２９は一瞬のうちに生じる。

点Ｃにおける振動ベクトルは制限値２６内にあるため異
常原因分析装置２は異常分析を行なわないが、羽根飛散
による振動ベクトルは制限値２６外に至るため異常原因
分析装置は異常分析を開始する。

しかしながら従来の方法では、異常分析に用いるデータ
は現振動データＤ点の値と基準データＡ点の差である見
かけ上の振動変化量３０であるため、その変化に要した
時間は実際は点Ａ→点Ｃ→点りの２つの変化に要しだ時
間であるにも拘らず、点Ａ→点りの見かけ上の１つの振
動変化に要した時間として（１）式で示した変化率を計
算してしまう。

従って従来の方法では、羽根飛散により大きな振動変化
量２９が生じているにも拘らず、振動変化量を３０とし
て診断してしまい、また、変化率も振動変化量２９によ
る場合よりも小さく求まってしまう。これらは異常原因
の推定を誤らせる上、影響係数法により求めた発生位置
、異常の発生量の分析精度を低下させる。

このように、従来の方法では、第５図で示した異常発生
原因のうち、より重要な羽根飛散という異常原因分析の
精度を著しく低下させる等、重大な異常が発生している
にもかかわらず運転員にその発生を知らせず、誤った判
断を招来させるという不都合がある。

〔発明の目的〕

本発明は背景技術における上述の如き欠点を除去すべく
なされたもので、振動値だけではなくその変化率も監視
し、異常分析を行う場合、異常の変化率に応じて基準デ
ータを変え、各異常原因に対して常に最適の基準データ
を用いることにより正確な異常診断を行えるようにした
回転機械の異常診断装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明の回転機械の異常診断装置は回転機械から取込ん
だ振動データを一時的に保存するデータエリアを振動監
視装置に設け、数秒程度の短時間のインターバルで取込
まれる振動データをその都度保存しておき、現振動デー
タとデータエリアに保存されている振動データからその
変化率を求め、振動値が制限値を越えた時にその変化率
に応じた最適な基準データを新たな基準データとし、現
振動データと基準データとの差より振動変化はを求め、
影響係数法により異常診断を行なうよう構成したことを
特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

なお、第３図におけると同一の構成部分には同じ符号を
付して説明する。

第１図において、蒸気タービンロータ３，４および発電
＠０−夕５の各軸受６ａ〜６ｆの近傍には振動計７ａ〜
７ｆが設けられており、これらの振動計によって計測さ
れた各ロータの振動はアンプ８ａ〜８ｆにより増幅され
た後、リード線９を通して振動監視袋Ｎ１に入力される
。

振動監視袋＠１では、数秒間程度の一定時間間隔で作動
するデータ取込み装置１３１により、振動信号は一定時
間毎にＡＤコンバータ１０に送られる。このＡＤコンバ
ータは入力したアナログ信号をデジタル信号に変換しＦ
ＦＴ装置３２に送り出す。

ＦＦＴ装置３２ではデジタル信号に変換された振動信号
を高速フーリエ変換し゛Ｃ周波数別に分解し、その結果
を比較回路１８′に送る。

この比較回路では現在取込まれ、周波数別に分解された
現振動データと、予め設定されている制限値１７′との
値を比較し、現振動データは制限値より小さい場合には
データエリア３３に保存される。この時、データエリア
３３の旧データは消去され、ある一定時間が過ぎると再
びデータ取込み装置３１が作動する。即ら、振動値が制
限値よりも小さい場合は第１図中に二重線で示したルー
プを常に繰返す。

一方、振動値が制限値よりも大きくなると比較回路１８
′は異常発生と判断し、基準値設定装置３４を作動させ
る。

第２図は基準値設定装置３４の詳細を示す。即ち比較回
路１８′で異常発生と判断されると、基準設定装＠３４
が作動し、振動監視装置１から現振動データ３５とその
前に取込んだ時の振動データであるデータエリア内振動
データ３６とが変化率演算装＠３７に入力される。変化
率演算装置３７内では（１）式の計算により現振動デー
タとデータエリア内振動データとの間の変化率を算出し
、これを変化率判定装置３８に送り、異常原因分析装置
２に転送する基準データを判定基準３９により選択する
。第２表はその選択基準を示すマトリックスを例示して
いる。

第　　２　　表 即ち、第２表に示すように、変化率が小さい場合はその
振動変化を起こす原因としては経年的なロータ曲り等が
考えられる。この場合、変化は長時間に亘り緩慢に進展
するので、基準データとしては運転モード毎に決定され
る基準データメモリ１６内のデータよりもコミツショニ
ング時の振動データ、あるいは定検時の振動データ等の
同運転モードに対する振動データが適している。なお、
これらのデータはデータバンク４０に保存されている。

また変化率が中程度の場合、その振動変化を起こす原因
としてはラビング、ロータの熱油り、アライメント変化
などが考えられ、この場合基準データとしては運転モー
ドにより決定される基準データメモリ１６の値を用いる
のが適当である。

一方、変化率が大きい場合はその振動変化を起こす原因
として回転部の飛散（例えば羽根の飛散）、カップリン
グのずれなどが考えられる。これらの変化は短時間で生
じるものであり、第５図につき説明したような誤った分
析を防ぐためこの場合はデータエリア内振動データ（１
インターバル前のデータ）を基準データとするのが適当
である。

即ちこの選定基準に従って異常分析用の基準データを決
めてやると第５図に示したような複数の異常発生時にお
いても、回転部飛散の直前データ（第５図では点Ｃ）を
基準データとして回転部飛散による振動変化量２９を正
確に求めることができ、精度のよい影響係数法による異
常分析が可能となる。

第２図の変化率判定装＠３８は第２表で示した選定基準
によりどの振動データを基準データとして用いるかを決
定し、基準値選択装置４１は基準データ１６、データエ
リア３３、データバンク４０の各記憶装置から変化率に
応じた基準データを採取し、基準データと現振動データ
を異常分析装Ｍ２の変化量演算装置１１（第１図）に送
る。

変化量演算装置１１では振動変化ｍが計算され、原因推
定装置２１ではパターン記憶装Ｍ２２に記憶された第１
表に示すマトリックスを参照して異常原因が推定され、
分析装置２３ではその原因に対する影響係数を影響係数
記憶装置２４より選択し、影響係数法を用いて異常原因
の発生位置、発生量を算出し、表示装置２５によりその
結果を表示する。

上述のように構成した本発明装置で蒸気タービンのよう
な回転機械の異常診断を行う場合、複数の異常が連続し
て発生した時（例えば第１表に示したように変化率が中
程度の熱的異常によるロータ曲りが発生し、続いて変化
率が大きい羽根飛散が生じた時）でも適切な異常診断の
ための基準データを選択し、より重大な異常原因である
羽根飛散を見逃すことなくな異常診断をすることが可能
となる。

即ち、第５図の振動ベクトル変化図に示されるような異
常が生じた場合、例えば熱的異常によるロータ曲りが生
じた際、振動ベクトル変化は基準点Ａから点Ｃになるが
、振動値は制限値を越えていないため、第１図に示すデ
ータ取込み装置３１が一定のインターバルで振動データ
を取込み、データは２重線で示したループ内を回り続番
プる。また、データエリアの内容はデータ取込みの都度
更新される。

次に、羽根飛散等の重大異常が生じた場合、振動ベクト
ルは点りまでごく短時間の間に変化し、制限値２６より
も大きくなる。従って異常診断装置では基準値設定装置
３４が作動し、変化量演算装置１１によりデータエリア
３３内の振動データ（点Ｃ）と現振動データ（点Ｄ）と
に基づき変化率が算出される。この場合、変化率の値は
非常に大きいので、変化率判定装置３８、基準値選択装
置４１により基準データとしてデータエリア３３内の振
動データが選択される。即ち、第５図において基準デー
タとして羽根飛散の直前の点Ｃの振動データが選択され
る。従って変化量演算装置１１では羽根飛散のみによる
振動変化筒２９が正確に算出され、精度の良い異常診断
が可能となる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明の異常診断装置においては一時
的なデータ保存領域であるデータエリア３３を備だ振動
監視装置１、変化率に応じて適切な基準データを選択す
る基準値設定装置３４、影響係数法により異常原因、発
生位置、発生量を推定する異常原因分析装置２を有して
いるので、複数の異常が連続して発生しても、より重要
な、変化率の大きい異常の原因や位置を正確に推定し精
度のよい異常診断を行い、その結果を運転員に迅速に知
らせ、分解点検前に補修に必要な部品の調達や改善策を
早急に実施することができる。また運転時の安全性およ
び信頼性が大幅に向上するという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による回転機械の異常診断装置の実施例
を縮図的に示す図、第２図は第１図における基準値設定
装置の具体例を線図的に示す図、第３図は従来の異常診
断装置を線図的に示す図、第４図と第５図は回転体に異
常が発生した時の振動変化を示すベクトル図である。 １・・・振動監視装置、２・・・異常原因分析装置、３
．４・・・蒸気タービンロータ、５・・・発電機ロータ
、６ａ〜６ｆ・・・軸受、７ａ〜７ｆ・・・振動計、８
ａ〜８ｆ・・・アンプ、９・・・リード線、２０．２７
．２８゜２９．３０・・・振動変化ｍ０ 出願人代理人　　猪　　　股　　　清 第　１　図 蔓　２　図 蔓　３　図 第　４　図 条　５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　回転機械の振動を検出する振動計と：この振動計か
   らの信号を入力し、振動データが制限値よりも小さい場
   合には、これを振動データとして一定時間毎に更新保存
   するデータエリアを備えた振動監視装置と；前記現振動
   データが制限値よりも大きくなった場合、前記データエ
   リアに保存されている振動データと現振動データとから
   その変化率を求め、異常原因分析のための最適な基準デ
   ータを選択する基準値設定装置と；前記基準値設定装置
   によって選択された基準データと現振動データに基づい
   て振動変化量を求め、影響係数法により異常原因を算出
   し、表示する異常原因分析装置２と；からなることを特
   徴とする回転機械の異常診断装置。 ２　振動監視装置が；一定間隔毎に振動計から現振動デ
   ータを取込むデータ取込み装置と；このデータ取込み装
   置の出力をデジタル変換するＡＤコンバータと、このＡ
   Ｄコンバータから出力されるデジタル振動信号を高速フ
   ーリエ変換し、周波数別に分解するＦＦＴ装置と；この
   ＦＦＴ装置の出力と制限値を比較する比較回路と；前記
   ＦＦＴ装置からの振動データが制限値よりも小さい場合
   、現振動データの値を保存するデータエリアと；からな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の回転機
   械の異常診断装置。 ３　基準値設定装置が；現振動データとデータエリア内
   に保存された振動データに基づいて変化率を演算する変
   化率演算装置と；この変化率演算装置の出力と判定基準
   とを比較し、変化率の大きさを判定する変化率判定装置
   と；この変化率判定装置の出力に基づいて、最適の基準
   データを選択する基準値選択装置；とからなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の回転
   機械の異常診断装置。 ４　基準値選択装置には１インターバル前の振動データ
   を保存するデータエリアと、運転モード毎に設定された
   基準データを記憶する基準データメモリと、定検時の振
   動データが保存されているデータバンクが接続されてい
   ることを特徴とする特許請求の範囲１項〜第３項記載の
   回転機械の異常診断装置。