JPS6235044B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数個の測定位置を有する回転機の振
動監視方法に係り、特に火力、原子力発電プラン
トのタービン・発電機等の多スパンロータに好適
な振動監視方法に関する。

最近の火力、原子力の発電プラントは大容量化
が進展しているので、ひとたび事故が発生した時
の損害が大きくなるため、その信頼性の向上が従
来以上に要求される情勢にある。このためこれら
回転機器の異常の重要な監視手段である振動監視
装置については、その機能及び精度の向上が求め
られてきている。

一般に火力、原子力発電プラントにおける蒸気
タービン等の振動の監視は、タービン・ロータ等
の軸受に取付けられた振動検出器からの振動振幅
を中央制御盤に集め、各軸受毎に順次走査させ、
メータに振幅値を表示すると共に打点式記録計算
等に記録することによつて行ない、振幅値が警報
値を越えた時には警報を出力し、さらに振動振幅
が大きくなり、トリツプ値を越すとタービン等を
トリツプさせるようにしている。

さらに最近においては電子計算機を用いて、予
め定めた振幅及び振幅変化率の許容パターンによ
り、振動の異常又は正常を監視する方法が提案さ
れている。すなわち第１図に示すように振幅と振
幅変化率に対して安全域、響報域（注意域）、ト
リツプ域のパターンを回転数や負荷について定め
ておき、運転状況に応じてパターンを選定して、
その時点における振幅と振幅変化率の交点をパタ
ーン図上に表示する方法である。例えば特開昭50
−142902号などがある。これはいわば第１図の方
法に匹敵し、この例示のように軸受の振動振幅値
を縦軸とし、その変化率を横軸として、安全、警
報、トリツプ域から成る２次元図形パターンをそ
の時の状態に応じ図示し、その図形上に現在の軸
受の振動状態を印で示したように振動振幅、と
その変化率の交点として表示するものである。

さらに第２図に示すように各測定位置の振動状
況を振動振幅の実効値と、その平均周波数との関
係で監視する方法も試みられている。

しかしながらこれらの監視装置には次のような
欠点がある。

たしかに第１図のような表示内容から現在の振
幅及び振幅変化率はわかるが、その進行方向ある
いは変化方向がわからない。すなわち現在の振動
状況が安全側に向つているのか、それとも危険側
に向つているのか判断できない。これを運転者が
行うためには過去の振動状態あるいはこれから予
想される振動状態を一々記憶しておくか、あるい
は別の固定された表示としてそれを用意するかし
て、その都度比較参照しなければならない。

ポイントとしての振動状態が分り、その表示さ
れた交点の移動によつて状態変化が分るものの、
点表示では傾向を把握することはできない。その
上、縦軸と横軸の交点であるために表示点の動き
が非常に激しく見難い欠点がある。

また、振動監視装置は一般に常時監視用として
用いられるため、全監視点の振動状況は一見して
視覚的に直読できる事が大切であるが、この点従
来例は特に複数の監視点の状況を同時に表現する
ものとして必ずしも見易い形式となつていない。
例えば第１図の例では回転数が変化する場合には
各監視位置（測定位置）毎の変化について目移り
が生じ易い。

第２図のような表示の場合、確率的には定格回
転数あるいは回転数成分に対応した周波数のとこ
ろに振幅値の実効値が集中はするものの、見難い
ということでは第１図と同程度である。第２図で
CH_1〜4はそれぞれ第１〜第４チヤンネルの表示
点を示している。

本発明の目的は上記した従来技術の欠点をなく
し、複数の測定点について現状の振動値が安全側
か危険側のいずれへ変化したかを直視できるよう
にして、適正な振動監視及びその後の処理を行な
い得るようにした振動監視方法を提供するにあ
る。

本発明の現状の振動値を過去のある一時期（例
えば運転開始時）の振動を基準値としてその変化
分を計算し、この値と上記基準値の振動制限値に
対する余裕値との比を全測定位置について表示す
るか、現在振動の変化率から一定時間後の振動値
を計算し、これと現状振動の振動制限値に対する
余裕値との比で表示するか、あるいは上記両者を
同時に表示するようにすると共に、前記２つの余
裕値に対する比のいずれかが振動制限値を越えた
時は警報等を発するようにして、多測定位置の振
動状況を監視するものである。

本発明になる振動監視方法は前述の如く、過去
から現在に到る振動値の変化分と現在から一定時
後に予想される振動値の変化分とに着目して監視
するものであり、この関係を第３図及び第４図に
より説明する。第３図について次の関係式を定義
する。

Δｘ＝ｘ−ｘ_p ……(1) Δｘ_lp＝ｘ_l−ｘ_p ……(2) ｍ＝Δｘ／Δｘ_ｌｐ ……(3) ここに ｘ：現在の振動値 ｘ_p：過去の基準振動値 Δｘ：過去の基準振動値に対する現在振動値の変
化分 ｘ_l：振動制限値 Δｘ_lp：過去の基準振動値の振動制限値に達する
までの余裕振動値 (1)〜(3)式においてｘ_pは振動変化の基準とすべ
き過去における振動値であり、どのような時期に
おける値をこの基準値として採用するかは自由に
決めることができるが、例えば運転の開始時にお
ける値を基準値に選ぶ方法がある。

ｘ_lで示される振動制限値は例えば警報値とか
トリツプ値かがあるが、警報値より低く設定した
値でもよい。(3)式の振動比ｍはｘ＞ｘ_pのときは
正、ｘ＜ｘ_pのときは負の値となるがｍ＞０のと
きは基準値の振動に対して現状の振動が増加側す
なわち危険側へ変化したことを示す。ｍ＜０の場
合は逆に現状の振動が基準値の状態に対して減少
側すなわち安全側へ変化したことを示す。ｍ＝０
のときはｘ＝ｘ_pなので振動の増減がないことを
示す。またｍ＝１の時は増加方向にある振動値が
丁度振動制限値と一致した状態を示す。したがつ
てこの値を越えた時には例えばその振動制限値が
警報値であれば警報値オーバすなわちアラーム発
生の状態となる。

第４図について同様に次のように定義する。

Δｘ_t＝ｘ_t−ｘ ……(4) Δｘ_lx＝ｘ_l−ｘ ……(5) ｎ＝Δｘ_ｔ／Δｘ_ｌｘ ……(6) ここに ｘ_t：ｔ時間後の予想振動値 Δｘ_t：現在の振動値に対するｔ時間後の予想振
動値の変化分 Δｘ_lx：現在振動値の振動制限値に達するまでの
振動余裕値 ｘ、ｘ_l：(2)、(3)式の場合と同じ (6)式の振動比ｎはｔ時間後の予想振動の状況を
示すものでΔｘ_tの値により正または負となる。
ｎ＞０のときは将来の振動は増加側すなわち危険
側へ、ｎ＜０のときは逆に減少側すなわち安全側
に変化することを示す。ｎ＝０のときは現状の振
動の増減はなく変化しない。

(4)式のｔ時間後の予想振動値ｘ_tは現時点にお
ける振動の変化率をｘ〓とするとそれに時間ｔをか
けたものである。これらの関係式を示すと次のよ
うになる。

ｘ_t＝ｘ〓・ｔ ……(7) ｘ〓＝ｘ_ｉ−ｘ_ｉ−１／Δｔ ……(8) (8)式はいわゆる振幅変化率でｘ_i時点における
取込みデータとその１つ前のｉ−１時の取込みデ
ータｘ_i-1との差をその２時点間の経過時間Δｔ
で除したものである。ｘ_iのデータは前述のｘ時
点のデータに相当する。

本発明の詳細を第５図の実施例を基に以下に説
明する。第５図においてタービンロータ１、ター
ビンロータ２、タービンロータ３、発電機ロータ
４の各軸受５の振動を振動検出器７_-1〜７_-8によ
つて検出し、増幅器９を介してアナログ入力回路
１０に取込む。アナログ入力装置１０は回転信号
検出器８の回転信号を受け、振動データの取込み
回転数に達すると定められたサンプリング間隔に
よりアンプ９からの多チヤンネルのアナログ信号
を同時に取込み、順次Ａ／Ｄ変換器１１に送る機
能を持つ。Ａ／Ｄ変換器を出たオーバオールの振
動信号は演算比較器１００によつて前記(1)〜(3)式
に相当する演算が行われ、振幅ｘ及び振動比ｍの
値が決定され、この結果は記憶装置３０２に一時
記憶される。演算比較器１００は振動変化分Δｘ
を計算する演算回路１０１と振動余裕値Δｘ_lpを
計算する演算回路１０２と振動比ｍを計算する演
算回路１０３とさらにｍの値が１より大きいかど
うかを比較する比較回路１０４とで構成されてい
る。このΔｘ及びΔｘ_lpの計算に必要な振動基準
値ｘ_pと振動制限値ｘ_lは必要な回転数あるいは負
荷等の運転条件の場合について各測定チヤンネル
毎に予め記憶装置３０１に記憶されている。

比較回路１０４の判定結果ｍ＜１であれば演算
器２００へ送られるが、いずれか１チヤンネルの
振動比がｍ≧１となつた時には警報装置１２へ送
られブザー等の警報を発する。演算器２００では
最終的に前記(6)式の振動比ｎの値を演算するもの
であるが、その前にｘ〓演算回路２０１及びΔｘ_t
演算回路２０２によつて振動変化率ｘ〓と振動変化
分Δｘ_tの演算がそれぞれ行なわれる。この演算
に必要な振動値ｘ及び振動制限値ｘ_lはそれぞれ
記憶装置３０２と記憶装置３０１に記憶されてい
たものを用いる。演算回路２０１によるｘ〓の計算
は(8)式によつて行なわれるが、これに必要なｘの
１つ前の取込み時点における振動値も記憶装置３
０２に予め記憶されている。第１回目のデータ取
込み時にはそれ以前のデータがないのでｘ〓の計算
は第２回目のデータ取込みの時から行なわれる。
以後は１つ前のデータとその時点における取込み
データが記憶装置３０２に記憶される。またΔｘ
_tの計算に必要な時間ｔすなわち何秒後あるいは
何分後の振動を将来の予想振動とするかは、ｔの
値を予め記憶装置３０２に記憶しておく。

演算器２００からの出力ｎは記憶装置３０２に
記憶しておいたｍと共に制御装置１３を介して表
示装置１４に表示される。第６図は表示装置１３
として陰極線表示管（CRT）を用いた時の表示
の例である。第６図では横軸を測定チヤンネルと
して、各チヤンネル毎にｍ、ｎの値を棒グラフで
示してあるが、左側がｍ、右がｎの値であるｎは
この場合ｔ＝５分後の振動を示す。ｍ、ｎの値が
正の方向は振幅増加側すなわち危険側で負の方は
減少側すなわち安全側である。第６図より各チヤ
ンネルについて次のような振動状況の変化を読み
とる事ができる。

１チヤンネルの振動はｍ＞０であるため過去の
時点より振動は増加しており、ｎ＞ｍであるため
５分後の振動も今より大きくなり、全体として過
去から将来にわたつて振動増加の傾向にある。２
チヤンネルの振動はｍ＞０、ｍ＜ｎであるため過
去より振動は増加しているが５分後は今より減少
の方向となる。３チヤンネルの振動はｍ＜０、ｎ
＞０であるため現在は過去の状態より振動は小さ
いが３分後は増加して逆に過去の振動より大きく
なる。４チヤンネルの振動はｍ＜０、ｎ＜０であ
るため現在の振動は過去より減少しており将来は
さらに減少の方向へとなる全くの安全側への変化
である。以下同様にして残りのチヤンネルの振動
変化を容易に読みとることができるが、さらに７
チヤンネルについて言えば、このチヤンネルは振
動が急激に増加しつつあり５分後には制限値に近
づく可能性のあることを示す。

このように現在の振動振幅値とあらかじめ定め
られた時間（ｔ時間）後の振動振幅値を予測しそ
の値を表示すると、現在の振動状態とともに近い
将来その振動がどう変つていくかが一目で分り対
応処置がとり易い効果がある。

これまでの説明では現在値を基準に一定時間後
の振動を予測するやり方であるが、一定時間ｔを
周期とする演算だけでは不充分な場合がある。例
えば起動時などのように回転数が変化している場
合にはｔを固定にしておくと、回転数が大幅に変
つてしまつてから表示が更新されることになる。
したがつてその間に異常振動が発生した場合には
見過ごしてしまうことになる。このような場合を
考え合わせると、回転数変化と一定時間の併合が
よい。すなわち一定回転数変化、例えば50回転と
ｔ＝５分などの設定が考えられる。この例で説明
すると、回転数が50回転変化したら、たとえｔが
５分経過しなくても振動監視表示を更新する方法
である。一方、回転数変化が50回転未満であつて
も時間ｔが５分経過すれば同様に表示を更新さ
せ、回転数変化あるいは時間経過の何ずれかがあ
らかじめ定めた条件を満たしたとき監視表示を更
新する方法であればさらにきめ細かい振動監視装
置を実現することができる。

その実施例としては例えば第１０図のような方
法が考えられる。７１は時間設定器であつて前述
のようにｔを設定する。t′は表示更新後の時間経
過であり、７２は一致検出器である。t′＝ｔのと
き７２は出力を発生する。７４は信号選択回路で
あつてもう一方の一致検出回路７３の出力信号と
７２の出力信号の何ずれか先に出力されたことに
よつて応動し信号選択回路７４の出力をON状態
にする。７４の出力信号７６は、表示更新信号で
この信号により表示更新のタイミングとする。
ONは表示更新時からの回転数変化分であつて、
あらかじめ一定回転数変動分設定回路７５に設定
した値に一致したことを一致検出回路７３で検出
し、信号選択回路７４に対し出力信号を発生す
る。すなわち監視表示更新後の時間経過がある一
定時間に達したこと、あるいは監視表示更新後あ
らかじめ定めた一定回転数だけ回転数が変化した
場合に監視表示を更新させるものである。

またこの例では一定時間、一定回転数変化とし
たが、回転数に応じて可変にしてもよい。具体的
には定常運転を行なつている場合は、一定回転数
変化を小さくし、回転数が変化している起動時の
ような場合は時間ｔを小さく設定する方法などが
とられる。

第５図ではｍ≧１のとき警報を発するようにし
たがこの時以後のｎの演算は行なわず、すべての
チヤンネルについてｍを演算した後、その結果を
警報と同時に直接表示装置１４に表示する事も可
能である。第７図にその表示例を示す。この例で
は７チヤンネルの振動が警報制限値をオーバして
いる。また全チヤンネルの振動がいずれも増加方
向である。

現状の振動に対して将来方向の振動変化を特に
重視してそれのみを表示したい場合がある。すな
わちｎの表示のみを行ないたい場合があるが、こ
れは第５図において演算比較器１００を使用しな
い方法で実現出来る。

この時の表示は縦軸をｎとして第７図と同様に
表示することができる。以上の例示では多チヤン
ネルの値を同一スケールの画面上に表示してい
る。これは振動比ｍ、またはｎで表示すると、振
動制限値ｘ_lがチヤンネル毎に違つていても影響
されない利点がある。このような表示はデータの
取込みを行なう毎に一定時間間隔ごとに、あるい
は一定回転数変化毎に更新され繰り返される。ｍ
とｎの値により過去から将来にわたる振動変化の
パターンは第８図に示すように６種のパターンに
分けることができる。このパターンに対して危険
側か安全側かの程度を分類して表示し、振動変化
の状況をより具体的にする事が可能である。例え
ば第８図中段に示したように各パターンに対して
安全の程度を最も安全の側から大、中、小に分類
し、これに対して第８図下段に示したようにそれ
ぞれ青色、黄色、赤色の如く色別に表示する。こ
の場合第５図の実施例の構成において表示装置１
４はカラー表示可能なものを選定し、さらに制御
装置１３からの出力を第８図のパターンを判別す
るパターン判別回路１５を介して表示装置１４に
送るようにすればよい。

なお、以上の実施例では監視対象振動信号とし
てオーバオールの振動を取扱つたが、そのうちの
最も基本的な振動成分であり、かつ発生頻度の高
い不つりあい振動成分の監視としてこの振動信号
を用いることも時には有用である。このために
は、第５図の構成について第９図に示すように
Ａ／Ｄ変換器１１のあとに不つりあい振動を抽出
する振動分析器１６を加え、これからの出力であ
る不つりあい振動を演算比較器１００等の入力と
し、以後の演算は第５図の実施例と同様にして行
なう。ただし、記憶装置３０１に予め記憶してお
く振動基準値ｘ_pは不つりあい振動値とする。な
お、第９図では入力切換器１７により監視対象デ
ータをオーバオール振動か不つりあい振動か選択
できるようにしている。

以上により本発明になる回転機の振動監視方法
及び装置によれば、過去から将来にわたる振動変
化を複数の測定点について同時に監視することが
でき、合理的で信頼性の高い振動監視を可能とす
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の監視表示結果を示す
説明図、第３図は過去の振動に対する変化分を示
す説明図、第４図は将来の振動の変化分を示す説
明図、第５図は一実施例を示す説明図、第６図及
び第７図は実施例に基づく表示例、第８図は振動
変化のパターンを示す説明図、第９図は別な実施
例を第１０図は信号選択回路の一実施例を示す説
明図である。 １〜３……タービンロータ、４……発電機ロー
タ、５……軸受、６……カツプリング、７_-1〜７
_-8……振動検出器、８……回転信号検出器、９…
…増幅器、１０……アナログ入力装置、１１……
Ａ／Ｄ変換器、１００……演算比較器、１０１〜
１０３……演算回路、１０４……比較回路、１２
……警報装置、２００……演算器、２０１〜２０
３……演算回路、１３……制御装置、１４……表
示装置、１５……パターン判定回路、１６……振
動分析器、１７……入力切換器、３０１〜３０２
……記憶装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転体の複数点の振動状況を監視、表示する
   ものにおいて、該振動振幅値を時間あるいは回転
   数ごとに順次取込み、過去の基準振動値に対する
   現在振動値と制限振動値の偏差の比及び現在振動
   値に対する未来の予想振動値と制限振動値の偏差
   との比をそれぞれ演算し、該演算結果を表示装置
   に表示せしめることを特徴とする回転機の振動監
   視表示方法。