JPS62245931A - 振動監視装置 - 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） 本発明は周波数分析により回転機器の異常を検知する振
動監視装置に関する。

（従来の技術） 発電プラントには、タービンやポンプ等、多数の回転機
器が設置されているが、これらの異常は運転停止後の定
期検査時に始めて発見されることが多く、場合によって
故障の状態が著しく進／Ｖでいることもある。

そこで、これらの機器の異常を運転中も連続監視して早
期に検知することが望まれるが、この連続監視の一丁法
として、周波数スペクトラム分析による振動監視が行わ
れていた。

第４図はこの種の従来の振動監視装置の構成を示Ｊブロ
ック図である。

同図にａ３いて、回転機器の振動を検出する振動検出器
１の出力信号レベルは微少なため増幅器２によって増幅
され、周知の高速フーリエ変換器（以下ＦＦＴと略記す
る）４に入力される。一方、回転機器の回転数は回転数
検出器３によって検出され、回転数に対応したパルス信
号が直接ＦＦＴ４に入力される。このＦＦＴ４は時間と
ともに変化−する振動検出器１の振動レベル信号を周波
数スベク１〜ラム分布に演算し、周波数を軸とする周波
数分析波形に変換する。また、このＦＦＴ４は周波数分
析した振動波形に回転数パルス信号を同期させることに
より、横軸を回転次数とした周波数分析波形をも出力す
る。

ここで、ＦＦＴ４の周波数分解能を４００と仮定Ｊ゛れ
ば、周波数分析波形は次式の周波数幅Δｆ［＋−Ｉ　Ｚ
　］　ｉＱに分解される。

１： Δｆ　＝　−［＋−（Ｚ　］ ただし、 ［二分析波形の周波数レンジ［Ｈ２］ である。

一方、この周波数分析とは別に、回転機器の正常運転中
に収集した振動波形データをともに、回転機器が正常時
の振動許容値を制限値パターンとして制限値パターンメ
モリ５に記憶させてＪ３　＜。

らなみに、この制限値パターンは、周波数分析される周
波数分解能によって決まるａ（上述した例では４００）
だけの振動許容値がオペレータによってインプットされ
る。

このようにしてインプットされた制限値パターンメモリ
５の制限値パターンと、ＦＦＴ４ににつて周波数分析さ
れた周波数または回転数分析波形とが比較器６で読み込
まれ、ここで、周波数分析波形のレベルとＩＩ制限値パ
ターンｖ１限偵とが上記周波数幅Δｆ毎に比較され、振
動レベル値が制限値よりも大きい周波数があれば、外部
出力機器に警報１３号を出力する。

なＪ３、ＦＦＴ４による周波数分析の開始および停止、
ＦＦＴ４より比較器６への分析波形の転送、制限値パタ
ーンメモリ５より比較器６への制限値パターンの転送、
オペレータがインプットシた制限値パターンの制限値パ
ターンメモリ５への記憶、Ｊ３よび、比較部６の内部で
の升形波形とｖ１限値バクーンとの大小比較はいずれも
＆制御部７のｔ／Ｉ　ＩＩＩ指令によって実行されるが
、その概略手順を示すと次のようになる。

先ず、振動検出器１および回転数検出器３はＦＦＴ４と
オンラインで接続され、回転ｎ器の振動レベル信号およ
び回転数信号は連続的にＦＦＴ４に取り込まれる。そし
て、制御部７からＦＦＴ４に対して周波数分析開始の指
令が与えられると同時に、制限値パターンメモリ５に対
して制限値パターンを比較器６に転送する指令が送られ
る。

次に、ＦＦＴ４により周波数分析された振動波形が制御
部７からの指令で比較器６に転送され、そこで先に転送
されている制限値パターンとのレベル値の大小比較を行
い、分析波形のレベルが制限値パターンのレベルを超え
た場合、ベルアラーム、画面への表示あるいは電気信号
等の警報を出力する。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように構成された従来のＳ　ＩＪＪ監視装置にあ
っては、通常の振動レベルよりも僅かに高いレベルを持
ったＵ＋限値パターンを設定することににつで異常の早
期検出が可能である。

ところで、回転機器を回転数による負荷υ制御をしたり
、あるいは、ポンプ等の回転機器の吸込または吐出の配
管側で負荷１−１＠をしたりして回転数や負荷を変化さ
せると、回転機器自体の振動状態も変化す゛ることが実
機の振動データから明らかになっている。すなわち、回
転数や負荷が変化すると、振動レベルが最大になるピー
ク周波数がずれたり、ある周波数の振動レベルが増加し
たりして振動波形に変化を生じる。

この点、従来の装置では１通りの制限値パターンしか記
憶さＶていなかったがために、回Φムｎ器が故障してい
ないにも拘らず分析波形のレベルが制限値を超えて誤っ
た警報を出力Ｊ−るという問題点があった。

なお、この点を改善Ｊべく制限値に余裕をとりずぎると
回転機器の異常発生時にも警報が出力されなかったり、
あるいは、種々の運転状況を考慮して多数の制限値パタ
ーンを記憶さじることは記憶容量を大幅に増やさなけれ
ば＜【らず、現実的ではないという状況にあった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
、制限値パターンを記憶させる記憶装置の容量を僅かに
増大させるだ番プで、回転ｎ器の異常おＪ：び故障を高
精度で検出することのできる振動監視装置の提供を目的
とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決ザるための手段） 本発明は、回転機器の振動レベル信号を周波数分析し、
その分析波形と、前記回転機器の振動許容値に対応して
定めた制限値パターンとを比較して前記回転機器の異常
を検知する振動監視装置において、前記回転機器の回転
数と負荷との組合わせが異なる種々の運転状態にそれぞ
れ対応して定めた複数の前記制限値パターンを記憶させ
る記憶手段と、この記憶手段からの制限値パターンにバ
イアスをかけるバイアス手段と、前記回転ｎ：咎の回転
数Ｊ３よび負荷ｍをそれぞれ検出した検出値に基いて前
記バイアス手段のバイアスａｔを制御する制御手段とを
備え、前記周波数分析波形のレベルと、前記バイアス手
段を介して得られた制限１直パターンのレベルとを比較
して前記回転ｎ器の５１ｚ常を検知することを特撮とす
るものである。

（作　用） この発明においては、回転機器の回転数と負荷との組合
わせが異なる種々の運転状態に対応する複数の制限値パ
ターンを配憶手段に記憶させる一方、前記回転機器の回
転数および負荷の検出値に基きｆｌ、ＩＩ御手段が前記
記憶手段から最適な制限値パターンを読み出させ、且つ
、読み出された制限値パターンに適切なバイアスをか１
ノるようにバイアス手段を制御することにより、制限値
パターンを記憶させる容量を僅かに増大させるだけで、
あらゆる運転状態にそれぞれ対応した適切なｉｔ、ＩＩ
限値パターン信号をバイアス手段から出力Ｖしめて、回
転機器の異常および故障を高精度で検出する。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
あり、図中第４図に示した従来装置と同一の２！ｉｉ素
には同一の符号を付してその説明を省略する。

この第１図において、ＦＦ丁４ａは従来装置で述べた周
波数分析機能の他に、回転数検出器３から出力された回
゛転機器の回転に相当したパルス信号を信号処理し、１
６進数のＡＳＣＩＩ文字に数値変換して出力する機能を
も備えている。また、プロセス流量等を検出する負荷量
検出Ｐ９８と、この負荷量検出器８の出力信号を処理し
て、上述したと同様にＡＳＣＩＩ文字に数値変換して出
力する信号処理装置９と、この信号処理装置９から出力
される負荷量のＡＳＣＩＩデータおよびＦＦＴｎａから
出力される回転数の△５ｃｔｉデータをそれぞれ一時的
に記憶ざＵておく信号バッファ部１０とが設けられ、信
号バッファ部１０に蓄えられたデータが制御部７によっ
て随時とり出されるようになっている。制限値パターン
メモリ５ａには、回転ａ器の回転数と負荷量との組合わ
せが異なる種々の運転状態に対応する複数のｌｌ１１限
値パターンが記憶されており、これらのａ−ｊ限値パタ
ーンのうちのいずれかが制御部７によって呼び出され、
バイアス回路１１に転送されるようになっている。バイ
アス回路１１は、制御部７の指令によりｖｉ算処理を実
施してｔＩＩＩ限値レベルの増減を実ｔＭｖる回路であ
り、回転ｖＩＶ／ａの運転状態が制限値パターンに対応
する範囲以外で、しかも、ピーク周波数に変動がないと
ぎ適切なバイアスをかけて出力する。そして、比較器６
にはバイアス回路１１の出力と、ＴＴＦ４ａの出力とが
加えられ両者の大小比較が行われる。

上記のように構成された本実ｆ＾例の動作を、第２図を
も参照して以下に説明する。

先ず、故障検出対象機器が給水ポンプである場合、その
回転数と流山との間には第２図（ａ）に示す関係がある
。すなわら、回転数の変化に対して１向流量は一義的に
定まるのではなく常に最低流造線（Ｗｉｎ　Ｆｉｏｗ）
と最大流量＠　（Ｈａｘ　ｒｉｏｗ）との間の種々の値
をとる。ここでは、負荷流ｆｆ１（以下負荷と言う）を
大小２つに分け、回転数も大小２つに分けた合ｇｔ　４
つの領域、つまり、負荷と流量との組合わせが責なる４
つの領域Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄに分けて、各領域ごとにそれぞれ制限値パターンＬＰ
　　、ＬＰ　　、ＬＰ　　、ＬＰ、を使用するもＢＣ のとし、これら制限値パターンがｉｔ、１３限値パター
ンメモリ５ａに蓄えられている。

このようにして、給水ポンプの振動監視を開始すると、
振動検出器１からの信号は増幅器２で増幅された後、Ｆ
　Ｆ　Ｔ　４　ａによって周波数分析され、比較器６へ
転送される。また、回転数検出器３からの信号はＦＦＴ
４ａにより、負荷量検出器８からの信号は信号処理回路
９によりそれぞれ回転数および負荷聞のＡＳＣＩＩデー
タとして信号バッファ部１０に記憶される。また、この
ＡＳＣＩＩデータは随時ｖＪ　２１部７へ取り込まれる
。

次に、ｌ制御部７は信号バッファ部１０より取り込ｌυ
だ回転数Ｊ３よび負荷の値から、現在の運転状態が第２
図（ａ）のどの領域に属づるがを判定し、属する領域に
対応する制限値パターンを制限値パターンメモリ５ａか
ら取り出す。

すなわら、ＦＦＴ４ａによって周波数分析された振動波
形が第２図（ｂ）のｖ８に示す形状を右し、このときの
ポンプ回転数が２４００１’１）Ｉｌｌ、負荷が６００
　ｔ／ｈであれば、信号バッファ部１０のデータに基い
てυ１１１１部７が領域Ｂに示ず運転状態であると判定
し、制限値パターンメモリ５ａ中のｔＩ１１限値パター
ンＬＰ、を取り出す。また、ＦＦＴ４ａににつて周波数
分析された振動波形が第２図（Ｃ）の■。に示す形状を
有し、このとぎのポンプ回転数が４３０Ｏｒｐｍ、負荷
が７５０　ｔ／ｈであれば、信号バッファ部１０のデー
タに基いて制御部７が領域Ｃに示す運転状態であると判
定し、制限値パターンメモリ５ａ中の制限値パターンＬ
Ｐｏを取り出す。

ここで、信号バッファ部１０には、制限値パターンの設
定時に、ここに設定された１１１限値パターンをそのま
ま用いてもよい範囲と、ピーク周波数に変化はなく、ｉ
ｔ、ＩＩ限値パターンレベルを増加または減少させるべ
き範囲とを決めておく。そして、ポンプ回転数が４３０
３ｒｐｍ、負荷が９００　ｔ／ｈのとぎ、周波数分析さ
れた振動波形が第２図（ｄ）のＶＣ′に示す形状を有す
ることが明らかであるとき、上述したｉｌｌ限値パター
ンＬＰｏにバイアスをかけて同図（ｄ）のＶ　′とＬＰ
　　’　との関係Ｃ にすればよい。

しかして、信号バッファ部１０から４３００ｒｐｍとい
う回転数データと、７５０　ｔ／ｈという負荷データと
が取り出され、しかも１．ＩＩ限値パターンをそのまま
用いてもよい範囲にある旨のデータが取り出されると、
！、ＩＩ　ｍ部７は制限値パターンＬＰ　　を制限値パ
ターンメモリ５ａから取り出すと共に、バイアス回路１
１に対して無バイアスの指令を与える。−ｈ１信号バッ
ファ部１０から４３００　ｒａｍという回転数データと
、９００　ｔ／ｈという負荷データとが取り出され、さ
らに制限値パターンにバイアスをかけるべぎ範囲にある
旨のデータが取り出された場合には、ｉｂｌ制御部７は
制限値パターンメモリ５ａから制限値パターンＬＰ。

を取り出すと共に、バイアス回路１１に対してバイアス
指令を送り込む。

この結果、比較部６は振動波形ＶＣと制限値パターンＬ
Ｐ　　とを比較し、振動波形Ｖ　′と制限ＣＣ 値パターンＬＰ　　’　とを比較することになる。

かくして、この実施例によれば、回転機器の回転数と負
荷との組合わせが異なる種々の運転状態に対応して定め
たυ１限値パターンを用いると共に、振動波形レベルが
変化することの予測される運転状態では、制限値パター
ンにバイアスをかけるようにしたので、運転状態が変化
した場合−Ｃｂン；報することがなくなる。

また、運転状態の変化に対して余裕をとりずざることも
なく、故障Ｊ３よび異常の’ｉ′＋１１１１検出が可能
になり検出粘度が著しく向上する。

さらにまた、運転状態の変化に対応して多数の制限値パ
ターンを設定することと比較すれば、装置の記憶容量を
格段に減らすことができる。

なお、上記実施例では回転数検出器３のパルス信号をＡ
ＳＣ［Ｉデータに数値変換づるは能を備えたＦ　Ｆ　Ｔ
を用いたが、この機能を備えていないＦＦＴを使用しく
１ければならないときには、第３図に示ずＪ：うに、回
転数検出器３のパルス信号をＡＳＣＩＩデータに変換す
る信号処理回路１２を付加し、その変換データを信号バ
ッファ部１０に転送するようにすれば、上述したと全く
同様な動作を行なわせることができる。

なおまた、上記実施例では給水ポンプの故障または異常
を検出するために、ポンプ流量を負荷としたが、プロセ
ス流体の圧力やタービンポンプ等、回転機器そのものの
負荷を入力して振動Ｉｉ視することも、勿論可能である
。

〔発明の効果〕

以上の説明ににって明らかなように、この発明によれば
、運転状態に対応する複数の制限値パターンを記憶さけ
ると共に、負荷状態に応じて最適なパターンを読み出さ
せ、さらに、読み出されたパターンに適当なバイアスを
かけるようにしたので、従来のｍ　ｆ！Ｉ＋監視装置と
比較して、１ｉｌｌ限値パターンを記憶ざＵる記憶装置
の容１ｉを僅かに増加ざＵるだ（）で、回転機器の異常
６３　Ｊ：び故障を高粘度で検出することができ、装置
の信頼性を格段に向−１さＵることがでさるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示リブロック図、第
２図（ａ）は同実施例の動作を説明するために、給水ポ
ンプの回転数ど流量との関係を示した線図、第２図（ｂ
）〜（ｄ）は同実施例の動作を説明するために、周波数
と撮動レベルおよび制限値レベルとの関係を示した線図
、第３図は本発明の他の実施例の構成を示すブロック図
、第４図は従来の振動監視装置の構成を示づブロック図
である。 １・・・振動検出器、３・・・回転数検出器、４，４ａ
・・・高、速フーリエ変換器、５ａ・・・１−１限値パ
ターンメ［す、６・・・比較器、７・・・ｔ、ＩＩ御部
、８・・・負荷量検出器、９．１２・・・信号処理回路
、１０・・・信号バッファ部、１１・・・バイアス回路
。 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転機器の振動レベル信号を周波数分析し、その分析波
   形と、前記回転機器の振動許容値に対応して定めた制限
   値パターンとを比較して前記回転機器の異常を検知する
   振動監視装置において、前記回転機器の回転数と負荷と
   の組合わせが異なる種々の運転状態にそれぞれ対応して
   定めた複数の前記制限前パターンを記憶させる記憶手段
   と、この記憶手段からの制限値パターンにバイアスをか
   けるバイアス手段と、前記回転機器の回転数および負荷
   量をそれぞれ検出した検出値に基いて前記記憶手段から
   取り出す制限値パターンを決定すると共に、前記バイア
   ス手段のバイアス量を制限する制御手段とを備え、前記
   周波数分析波形のレベルと、前記バイアス手段を介して
   得られた制限値パターンのレベルとを比較して前記回転
   機器の異常を検知することを特徴とする振動監視装置。