JPH0933335A - 振動監視装置及び振動監視方法 - Google Patents

振動監視装置及び振動監視方法

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JPH0933335A
JPH0933335A JP18049395A JP18049395A JPH0933335A JP H0933335 A JPH0933335 A JP H0933335A JP 18049395 A JP18049395 A JP 18049395A JP 18049395 A JP18049395 A JP 18049395A JP H0933335 A JPH0933335 A JP H0933335A
Authority
JP
Japan
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vibration
rotating body
cause
detector
phase angle
Prior art date
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Pending
Application number
JP18049395A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasunori Matsuura
泰則 松浦
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
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP18049395A priority Critical patent/JPH0933335A/ja
Publication of JPH0933335A publication Critical patent/JPH0933335A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フランジ23,24,25を結合して構成された回転
体11の異常振動発生時に、その原因がフランジ23,24,25
の接合面のズレの場合に、その原因を特定し、他の原因
との区別を行なうこと。 【解決手段】 振動信号、位相角基準信号とから振幅が
短時間の間に急激に成長した場合、あるいは、振幅がそ
の収束過程において成長過程に比べてゆっくり収束した
場合、あるいは、振動の回転同期成分の位相角が前回の
異常振動発生時のものと近い場合、あるいは、さらに、
異常振動の発生と温度変化のタイミングが重なったとき
に異常振動の原因をフランジズレと判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フランジを結合し
て構成された回転体の軸振動の発生時にその原因をフラ
ンジのズレと判定することができる振動監視装置及び振
動監視方法に関する。
【0002】
【従来の技術】複数のフランジを結合して構成された回
転体を持ち、運転中に回転体が温度変化するような回転
機械の一例としてガスタービンがある。ガスタービンの
回転体は、構造上および製作組み立ての便宜上から複数
のフランジ(円板)を軸方向にボルト締めにより結合し
た構成を持つ。ガスタービンは、停止中は常温である
が、起動とともに温度が上昇し、特に回転体は通常運転
中は非常な高温になる。
【0003】その起動過程において、複数のフランジは
各々常温から運転状態の温度まで温度上昇するが、温度
上昇の仕方が、各フランジ毎に必ずしも均一ではないた
め、場合によってはフランジ間で大きな温度差を生じる
場合がある。
【0004】この温度差は、各フランジ間に熱膨張量の
差をもたらし、これによりフランジ間の接合面にズレが
発生する場合がある。フランジは全周にわたって均等に
ズレを生じることは希で、多くの場合1方向にのみずれ
るため、ずれた分だけ回転体として偏芯したことにな
り、バランスのくずれによる軸振動が発生する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の振動監視装置や
振動の監視の方法は、ガスタービンの起動中に異常な振
動が発生したことは判っても、その原因まで特定できな
かった。したがって、異常振動の原因が、前記のような
フランジ接合面のズレによるものか、あるいは他の機械
的な損傷によるものか、区別できない。
【0006】前記フランジ接合面のズレは、運転継続に
より、各フランジの温度が定常値に到達すれば自然に振
動が収まる場合が多いが、原因が判らないためにその都
度機械を停止して開放点検やバランス調整を行なった
り、あるいは重大な機械的損傷があるにもかかわらず、
フランジ接合面のズレと見なして運転を継続してしまう
可能性も考えられる。
【0007】本発明の目的は、回転機械の異常振動発生
時に、その原因が回転体を構成するフランジの接合面の
ズレによるものの場合にその原因を判定し、他の原因と
の区別を行なうことによって、不必要な機械の停止や開
放点検を回避し、また他に重大な故障がある場合には、
運転継続による損害の拡大の可能性を低減することがで
きる振動監視装置及び振動監視方法を得ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の振動監視装置においては、回転機械の軸振
動を検出する振動検出器と、振動の位相角基準信号を得
るための位相角基準器と、これら検出器から得られた振
動信号、位相角基準信号とから異常振動発生時に、その
原因が回転機械の回転体を構成するフランジの接合面の
ズレによる場合に、原因をそれと特定するような演算装
置を備え、振動振幅が短時間の間に急激に成長した場合
に、異常振動の原因をフランジズレと判定し、あるい
は、振動振幅が、その収束過程において特に成長過程に
比べてゆっくり収束した場合に、異常振動の原因をフラ
ンジズレと判定し、あるいは、振動の回転同期成分の位
相角が前回の異常振動発生時のものと比較的近い場合
に、異常振動の原因をフランジズレと判定し、あるい
は、以上の判定条件のうち複数個の組み合わせにより、
異常振動の原因をフランジズレと判定し、さらに、演算
装置は回転機械が運転中に温度変化を伴う場合、温度変
化のタイミングを知る信号を入力し、異常振動の発生と
温度変化のタイミングが重なったときに異常振動の原因
を判定することを特徴とする。
【0009】また、本発明の振動監視方法においては、
フランジを結合して構成された回転体に軸振動を検出す
る振動検出器を設け、この振動検出器から得られる振動
振幅が、短時間の間に成長した場合、その振動の発生原
因を前記回転機械の回転体を構成するフランジの接合面
のズレによるものと判定し、あるいは、この振動検出器
から得られる振動振幅が、その成長過程に比べてゆっく
り収束した場合、その振動の発生原因を前記回転機械の
回転体を構成するフランジの接合面のズレによるものと
判定し、あるいは、さらに、前記回転体の振動の位相角
基準点を検出する位相角基準器とを付加し、この振動検
出器と位相角基準器から軸振動の位相角と回転同期成分
の振幅を求め、これらの値が前回の異常振動発生時の値
に近い場合、その振動の発生原因を前記回転体を構成す
るフランジの接合面のズレによるものと判定する。
【0010】これにより回転機械の異常振動発生時に、
その原因が回転体を構成するフランジの接合面のズレに
よるものの場合に、その原因をそれと判定し、他の原因
と区別することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図1から
図5を参照して説明する。複数のフランジを結合して構
成された回転体を持ち、運転中に温度変化を伴う回転機
械としてガスタービンを例にとり説明する。
【0012】図1は、振動監視装置の一実施例のブロッ
ク構成図である。回転機械11は、軸受12、13を介
して、回転体14を備えている。軸受12には、回転体
14の軸振動を検出する振動検出器15が設けられてい
る。さらに、回転体14には、振動の位相角基準信号を
検出する位相角基準器16、回転体14の温度を検出す
る温度検出器17が設けられている。温度検出器17の
温度信号は、温度演算手段18に入力され、温度演算手
段18は、温度の変化率をみて、変化率が設定値より大
きいとき、温度変化があったとして、タイミング信号を
演算装置19へ出力する。温度演算手段18は、他の機
能として、温度の変化の幅を見て、変化幅が設定値より
大きいとき、タイミング信号を出力することもできる。
演算装置19は、振動検出器15からの振動振幅信号、
位相角基準器16から位相角基準信号、温度演算手段1
8からのタイミング信号18を入力して、異常の原因を
フランジズレと特定する。演算装置19の判定結果は、
表示装置20に表示される。
【0013】図2は、ガスタービンの回転体の長手方向
(軸方向)の断面図である。回転体11は、コンプレッ
サ部21とタービン部22とから構成され、タービン部
22を例にとると、複数のフランジ23,24,25と
スペーサ26,27をボルト28により結合して構成さ
れている。
【0014】ガスタービンを冷機状態から起動すると、
フランジ23〜25およびスペーサ26,27は温度上
昇を初めるが、フランジ23とスペーサ26とでは、フ
ランジ23のほうがスペーサ26に比べ高温のガス流に
さらされる分だけ温度上昇が早く、一時的にフランジ2
3とスペーサ26で大きな温度差を生じる。
【0015】フランジ23は早く高温になり、熱膨張し
ようとするが、スペーサ26は温度上昇が遅い分温度が
低く、熱膨張量も小さい。フランジ23とスペーサ26
はボルト28により締め付けられているので、接合面の
摩擦力により結合されているが、両者の温度差が大きく
なるとフランジ23が熱膨張しようとする力が前記摩擦
力を上回り、接合面にズレが生じる。この場合、フラン
ジ23とスペーサ26は半径方向に均等にズレるわけで
はなく一番摩擦力の小さい方向のみにズレるためフラン
ジ23またはスペーサ26のいずれか一方、または両者
が回転体の中心から偏芯し、これがアンバランスによる
遠心力となって異常な軸振動を発生する。
【0016】図3、図4は、回転体の軸に垂直な方向で
の断面図である。図3は正常な状態、図4はフランジ2
3が熱膨張し、斜線部においてズレを生じ偏芯してしま
った状態を示す。
【0017】この実施例の演算装置19には、以下に説
明する振動監視方法の論理が組み込まれている。一度ズ
レを生じた接合面は、表面が平滑化されたり、最初から
ボルトによる締付け力が他より弱かったりとの理由によ
りすべりやすく、次にズレを生じる場合に同じ場所で発
生する場合が多い。
【0018】フランジ23とスペーサ26の温度差が大
きくなり、前記熱膨張によるズレは、ガスタービンのよ
うに毎回同じスケジュールで起動する機械では同じタイ
ミングに発生する場合が多い。そこで昇速中のガスター
ビン回転数、負荷上昇中の負荷、或いは点火からの経過
時間、ガスタービン各部の温度上昇等、ガスタービン内
部の温度上昇タイミングの指標となるパラメータとの相
関により、例えば負荷上昇中に特定の負荷に到達する近
辺で異常振動が発生した場合には、高い確率でこれを前
記原因による振動と判定することができる。
【0019】また、フランジ23とスケジュール26の
間に発生する前記のズレは、ボルト締付力による静摩擦
力に、熱膨張による力が打ち勝って発生するが、一般に
静摩擦力のほうが、すべり出した後に働く動摩擦力に比
べ大きいので、一度ズレ出すと一気にズレが生じる場合
が多い。従って軸振動の振幅を経時的に観測し、短時間
に急に振幅が増加した場合には、高い確率でこれを前記
原因による振動と判定することができる。
【0020】前記ズレの発生後、ガスタービンの運転を
継続することにより、スペーサ5も温度上昇し、各部が
定常運転状態に近付くとフランジ1とスペーサ5が定常
運転状態における寸法になり、前記ズレは、周囲のズレ
ていない部分のほうが固定力が多いので引き戻される形
でズレは解消し、これによる異常振動も収束するが、一
度動いた面はすべりやすいため温度上昇により徐々に収
束する。そこで、軸振動の振幅を経時的に観測し、特に
発生時に比べゆっくりと収束した場合には、高い確率で
これを前記原因による振動と判定することができる。
【0021】図5は、ガスタービンの起動時における軸
受の振動を測定した時間と振幅との関係を示すグラフで
ある。時刻t1から時刻t2の約10分にかけて、振動
が急激に増加しており、この原因はフランジズレであ
る。フランジズレによる振動は、この様に急に振幅が増
加する。そして、時刻t3からゆっくり振動が収束に向
かっている。
【0022】ところで、前記ズレは、前述のように一度
発生した場所で繰り返し発生する傾向があり、したがっ
て、これによって発生するアンバランスと異常振動につ
いても、位相角が毎回同じ値になることが多い。
【0023】そこで、異常振動の回転同期成分の位相角
を求めこれが毎回の異常振動の位相角と一致するか、近
い値を示す場合に高い確率で前記原因による振動と判定
することができる。
【0024】以上述べた判定方法は、単独に用いても良
いが、いくつかを組み合わせて用いることもできる。ま
た、フランジズレは、温度変化に起因するので、温度変
化があった場合に、判定を行なうとより確実に判定でき
る。
【0025】以上に示したように、一実施例によれば、
複数のフランジを結合して構成されたガスタービンにつ
いて、フランジとスペーサ間のズレにより異常振動を発
生した場合に、その原因を高い確率で判定することがで
きる。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、フランジを結合して構
成された回転体を持つ回転機械について、異常な軸振動
が発生した場合に、この原因をフランジズレと判定する
ことができ、不必要な機械の停止、分解点検や、重大な
損傷の拡大を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例のブロック図。
【図2】ガスタービン回転体の長手方向(軸方向)の断
面図。
【図3】回転体の軸に垂直な方向での断面図。
【図4】回転体の軸に垂直な方向での断面図。
【図5】ガスタービンの起動時における軸受の振動を測
定した時間と振幅との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
11…回転機械、14…回転体、15…振動検出器、1
6…位相角基準器、17…温度検出器、18…温度演算
手段、19…演算手段、23,24,25…フランジ、
26,27…スペーサ、28…ボルト。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フランジを結合して構成された回転体を
    備える回転機械と、前記回転体の軸振動を検出する振動
    検出器と、前記振動検出器から得られる振動の発生パタ
    ーンから、その振動の発生原因を前記回転機械の回転体
    を構成するフランジの接合面のズレによるものと判定す
    る演算装置と、を備えたことを特徴とする振動監視装
    置。
  2. 【請求項2】 前記演算装置は、前記振動検出器から得
    られる振動振幅が、短時間の間に成長した場合、その振
    動の発生原因を前記回転機械の回転体を構成するフラン
    ジの接合面のズレによるものと判定することを特徴とす
    る請求項1記載の振動監視装置。
  3. 【請求項3】 回転体の軸起動時間が2時間程度である
    場合に対し、前記成長の時間は10分前後の短時間であ
    ることを特徴とする請求項2記載の振動監視装置。
  4. 【請求項4】 前記演算装置は、前記振動検出器から得
    られる振動振幅が、その成長過程に比べてゆっくり収束
    した場合、その振動の発生原因を前記回転機械の回転体
    を構成するフランジの接合面のズレによるものと判定す
    ることを特徴とする請求項1記載の振動監視装置。
  5. 【請求項5】 フランジを結合して構成された回転体を
    備える回転機械と、前記回転体の軸振動を検出する振動
    検出器と、前記回転体の振動の位相角基準点を検出する
    位相角基準器と、前記振動検出器と位相角基準器から得
    られる振動の発生パターンから、その振動の発生原因を
    前記回転機械の回転体を構成するフランジの接合面のズ
    レによるものと判定する演算装置と、を備えたことを特
    徴とする振動監視装置。
  6. 【請求項6】 前記演算装置は、前記振動検出器と位相
    角基準器から軸振動の位相角と回転同期成分の振幅を求
    め、これらの値が前回の異常振動発生時の値に近い場
    合、その振動の発生原因を前記回転機械の回転体を構成
    するフランジの接合面のズレによるものと判定すること
    を特徴とする請求項5記載の振動監視装置。
  7. 【請求項7】 前記回転体の温度を検出する温度検出器
    と、この温度の変化のタイミングをとらえて信号を出力
    する温度演算手段とを付加し、前記演算装置は、温度変
    化のタイミングを知らせる信号を入力し、この信号の入
    力との論理積で前記判定を行なうことを特徴とする請求
    項1から6いずれか記載の振動監視装置。
  8. 【請求項8】 フランジを結合して構成された回転体に
    軸振動を検出する振動検出器を設け、この振動検出器か
    ら得られる振動振幅が、短時間の間に成長した場合、そ
    の振動の発生原因を前記回転機械の回転体を構成するフ
    ランジの接合面のズレによるものと判定することを特徴
    とする振動監視方法。
  9. 【請求項9】 フランジを結合して構成された回転体に
    軸振動を検出する振動検出器を設け、この振動検出器か
    ら得られる振動振幅が、その成長過程に比べてゆっくり
    収束した場合、その振動の発生原因を前記回転機械の回
    転体を構成するフランジの接合面のズレによるものと判
    定することを特徴とする振動監視方法。
  10. 【請求項10】 フランジを結合して構成された回転体
    に軸振動を検出する振動検出器と、前記回転体の振動の
    位相角基準点を検出する位相角基準器とを設け、この振
    動検出器と位相角基準器から軸振動の位相角と回転同期
    成分の振幅を求め、これらの値が前回の異常振動発生時
    の値に近い場合、その振動の発生原因を前記回転体を構
    成するフランジの接合面のズレによるものと判定するこ
    とを特徴とする振動監視方法。
  11. 【請求項11】 前記回転体の温度を検出する温度検出
    器を付加して設け、この温度の変化があった場合、前記
    判定を行なうことを特徴とする請求項8から10いずれ
    か記載の振動監視方法。
JP18049395A 1995-07-18 1995-07-18 振動監視装置及び振動監視方法 Pending JPH0933335A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100604420B1 (ko) * 2005-05-16 2006-07-25 한국표준과학연구원 진폭과 위상 성분의 정밀 측정을 위한 등각도 신호수집방법 및 이 방법을 이용한 등각도 신호 수집장치
JP2008292222A (ja) * 2007-05-23 2008-12-04 Toshiba Corp 回転振動位相検出装置及び方法
CN104990671A (zh) * 2015-07-22 2015-10-21 大连理工大学 一种用于研究振动环境下法兰密封性的装置
JP2020204555A (ja) * 2019-06-18 2020-12-24 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 回転機械の異常診断方法

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