JPS6125884B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、回転機械装置等から発せられる振動
を検出し、回転機械の状態監視を行う装置に係わ
り、特に火力・原子力発電所における蒸気タービ
ンおよび発電機のような大型回転機械の運転状態
を監視するに好適な状態監視方法を提供するにあ
る。 従来、タービン発電機に異常振動が生じている
か否かを監視するには、タービン軸受部、ケーシ
ング部及びその他種々の場所に振動検出器を設
け、タービン軸振動をその振動量に応じた電気信
号に変換し、この電気信号及びその変化率の両面
からタービン軸振動が正常な範囲内（安全域）に
あるのか、注意を要する範囲内（注意域）にある
のか、異常な範囲内（異常域）にあるのかを判断
し、振動信号が注意域あるいは異常域に入つた場
合に対応処置をとり、異常域に入つた場合にはタ
ービンをトリツプさせるようにして運転を行つて
いた。 しかし、従来の方法では第１図に示すように振
幅（あるいは変化率）が安全域に入つていてもａ
の場合の方が早く注意域に達するにもかかわらず
何ら対応処置をとらずｂの場合と同様に安全と見
なされていた。また対応処置を、従来は第２図に
示すように振幅及びその変化率が注意域に入つて
からはじめて対応処置をとるため、対応処置がま
に合わず異常域（＞Ｌ_T）に相当する振幅まで振
幅が増大し、トリツプしてしまう恐れがあつた。
さらにこのような状態になるまでプラントを放置
しておくことはプラントの寿命、安全性などの面
で好ましいことではなかつた。出来ればもつと早
目に対応処置をとるか、準備をはじめ、注意域で
は適切な処置を行うようにするか、あるいは注意
域に入ることを予測出来るようにしたいという要
求があつた。 本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、タービン軸振動が異常または、注意を要す
ると判断されるに至るまでの時間を予測し、その
振幅の異常を予知できる回転機の状態監視方法を
提供することにある。 本発明は、例えばタービン軸振動において、現
在の振幅及びその変化率を用いて異常（あるいは
注意を要する）と判断されるに至るまでの時間を
予測し、予告せしめること、そしてあらかじめ異
常と関連をもつている周波数成分についての振幅
および振幅変化率を監視することに特徴がある。
例えば第１図において振動監視場所ａについてい
うと、振幅ａとその変化率Ａ〓ａを監視し、もしＡ〓
ａの変化率のまま運転が継続されると現時点t₀か
らt₁後には安全域をはずれて注意域に入ることが
分る。振動監視場所ｂについても同様で変化率Ａ〓
ｂで運転を続けるとすればt₂後には注意域に入つ
てしまうことを示している。従来は（t₀＋t₁）ある
いは（t₀＋t₂）になり振幅がＬ_Aに達してから対応
処置をとることを行つていた。 以下本発明の具体的実施例について述べる。 第３図ａに本発明の１実施例のブロツク図を示
す。また同図ｂに本発明の他の実施例を示す。 第３図ａ，ｂにおいて、１はタービン、２は発
電機、３は振動検出器、４は信号変換器、５は電
子計算機、６は振動信号、７は振動量に対応した
電気信号である。次に第３図ａ及びｂの説明をす
る。第３図ａは、振動検出器３によつて検出した
タービン１、発電機２の振動信号６を信号変換器
４によつて振動量に対応した電気信号７に変換し
電子計算機５に取込むものである。また、ｂは振
動検出器３によつて検出したタービン１、発電機
２の振動信号６を直接電子計算機５に取込むもの
である。 第４図に異常診断フローチヤートの例を示す。 第３図ａで計算機５に取込まれる電気信号７が
予め設定されている異常域に達しているか否かを
判定する。もし達しているならば例えば即座にト
リツプ信号を発しタービンをトリツプさせると共
にトリツプである旨を表示し、オペレータに知ら
せる。また、異常域に達していなければ、次に注
意域に達しているか否かを判定する。もし、注意
域に達しているならば、(1)式から異常域に達する
までの時間を予測する。 ｔ_T＝（Ａ、Ａ〓）＝（Ｌ_T−Ａ）／Ａ〓 ……(1) ここで、 Ａ：振動値 Ａ〓；振幅変化率 Ｌ_T；異常域レベル ｔ_T；異常域レベルに達するまでの予測時間 予測した結果に基づいてタービン昇速中であれ
ば危険速度を避けて回転数を保持（危険速度領域
であればそのまま昇速し、危険速度を脱して回転
数を保持）し、負荷上昇中であればそのまま負荷
の保持を行うようにする。また、回転数及び負荷
の保持時間は、(2)式から決定する。 ｔ_H＝（ｔ_T） ……(2) ここで、 ｔ_H；回転数あるいは負荷の保持時間 例えば、回転数あるいは負荷を保持することに
より振動を減衰させ異常域レベルに達するまでの
予測時間ｔ_Tは長くなる。そして、ｔ_Tが(3)式を満
たすように保持時間ｔ_Hを決定する。 ｔ_TＴ_S ……(3) ここで、 Ｔ_S；保持時間を決定するための制限時間 続いて注意域、予測時間及び回避制御等をＴ／
ＷあるいはCRT等に表示する。 また、注意域に達していない場合には、(1)式に
より注意域に達するまでの時間を予測し運転員に
振動振幅値の移行過程を安全域及び予測時間と共
にタイプライタ（Ｔ／Ｗ）あるいはCRT表示装
置に表示する。 これらの処理フローを示したのが第４図であつ
て、ステツプ４１で振動量（振幅あるいは変化
率）を取込み、その値があらかじめ定められた異
常判定基準、例えば第２図Ｌ_Tよりも大きいか小
さいかによつて状態判定をステツプ４２で行う。
異常領域に入つているときはタービンのトリツ
プ、トリツプ表示などの処理ステツプ４３，４４
が実行される。 もし異常域判定ステツプ４２で異常域でないと
判定された場合はステツプ４５で注意域かどうか
を例えば第２図で示すＬ_Aとの大小関係をチエツ
クし、もしも注意域にある場合は異常域に達する
までの時間を例えば(1)式により予測計算し（ステ
ツプ４６）、ステツプ４７で回避制御を実行する
とともに、いま注意域にあること、トリツプ域
（異常域）に達するまでの予測時間、回避運転な
どをステツプ４８で表示を行わしめる。ここで回
避運転とは回転数が上昇中であれば、一定回転数
運転に切替え、負荷上昇中であれば、一定負荷運
転を行う運転に制御を切替える。 一方ステツプ４５で注意域でないと判定される
と、安全域にあると判断し、現時点から注意域に
達するまでの時間を計算する。（ステツプ４９）
基本的には(1)式と同様の考え方で ｔ_A＝（Ａ、Ａ〓）＝（Ｌ_A−Ａ）／Ａ〓 ……(4) (4)式により計算が行われる。 そして現在機器の状態が安全域にあること、注
意域に達するまでの予測時間をステツプ５０で表
示させる。第４図１点鎖線で示したステツプ５１
が特に従来行われていなかつた技術である。すな
わち安全域にあつても現在と同じ状態が続いたら
Ｔ_A後に注意領域に達するであろうことを予測す
ること、あるいは注意域にあつてはｔ_T後に異常
域に達することを予測することに特徴がある。 ここで、時間予測に関して予測を開始する振幅
レベル及び予測した時間から制御を始めるタイミ
ングを決定しても同様の効果が得られる。 他の実施例として第５図に示すように、前記１
例に振幅変化率を監視し変化率制限値を越えると
変化率の抑制を行う機能を付加することで、振幅
変化率の急激な変化を防止するように制御を行う
ことが可能である。 第５図で第４図と異なる点はステツプ５２〜５
４が加わつたことにある。ステツプ５２では振動
振幅の変化率を計算し、変化率があらかじめ定め
られた値を越えていたとき、まずその回避制御の
表示を行い（ステツプ５４）その上で変化率が大
きいのは異常域でのことかどうかを判定する。そ
の後の処理フローは第４図と同様である。もしス
テツプ５３で変化率が制限値を越えていない場合
は第４図と同じ処理フローで状態監視が行われる
ものである。 また第６図に示すようにあらかじめ分つている
周波数成分と故障との関係から異常の種類を判定
しつつ状態監視を行つてもよい。基本的な処理は
第４図、第５図と同様であるが、取込んだ振動信
号をステツプ６０で周波数分析し、異常域に入つ
ている周波数成分を抽出した上で異常の種類を判
定し（ステツプ６２）対応する回避制御を行う
（ステツプ６３）とともに異常の種類を含めて表
示（ステツプ６４）を行う。それは注意域におい
ても同様でステツプ６５あるいはステツプ４８′
で示されるように、特定の周波数成分に注目する
ことによつて異常状態の種類を含めて監視を行う
とともに、どの種類の異常が、例えば注意域ある
いは異常域にあるかが分る。このように処理は第
４図、第５図の実施例と同様であるが、各周波数
成分を抽出し分析することにより第７図に示すよ
うに異常の種類も判別可能となり、どのような異
常がどれ程の時間の後に起こるかという予測が可
能となる。 異常に起因して発生する周波数成分の１例を第
７図に示す。この図に示すように各周波数成分に
対して、正常時の振幅特性から定められた制限値
Ｌ_A、Ｌ_Bを設け監視することにより、異常振動発
生の有無とその種類を知ることができる。 例えば、回転周波数と1/2（or1/3）分数調波の
振動振幅がそれぞれ制限値Ｌ_A、Ｌ_Bあるいは両方
共制限値Ｌ_Aを越えることにより、ラビングが発
生したことを検出できる。 また、ある１つの周波数成分、例えば回転周波
数を監視していてその振幅値が制限値Ｌ_A
（orL_B）を越えることにより、他の関連のある周
波数、例えば1/2（or1/3）分数調波の振幅値に監
視を移し、制限値Ｌ_A（orL_B）を越えているか否
かを判断しても同様の効果が得られる。 また、上記それぞれの方法に対し制限値Ｌ_A
（orL_B）を越える時間を予測することにより、異
常の発生（例えば、ラビングの発生）時間が予測
でき、対応処置が早くとれ一層の効果が期待でき
る。 また、発電機は軸受間のスパンが長く軸端に位
置しているため、正常時であつても振動振幅はタ
ービン側に比べ大きい。従つて、その振幅制限値
は設計の段階でタービン側よりも余裕を持たせて
設定しておく必要がある。このため本発明では、
振幅制限値は各軸受により異つた値に設定され
る。そして、各軸受毎に異つた異常が発生しそう
な場合、発生予測時間の最も短かい異常を表示す
るようにする。しかし、表示されない異常に対し
ても同様の監視を続けることにより、各軸受に発
生する全ての異常を監視しつつ、最も早く発生す
る可能性のある異常を表示することができる。 表１に異常の種別の発生原因、特徴の例を示
す。

【表】 そして、各軸受け毎に異つた異常が発生しそう
な場合、発生予測時間の最も短かい異常を表示す
るようにする。しかし、表示されない異常に対し
ても同様に監視を続けることにより、各軸受けに
発生する全ての異常を監視しつつ、最も早く発生
する可能性のある異常を表示することが可能とな
る。 本発明は異常及び注意域に達する時間の予測を
安全領域において行うので早く運転員に注意を促
すことができる効果がある。さらに付随効果とし
て振幅が安全域内にあつても振幅変化率がその制
限値を越えると即座に対応処置がとれること、振
幅が安全域内にあつても注意域に達する時間を予
測できるため、従来よりも早く対応処置がとれる
こと、振幅が注意域に入つた場合、異常域に達す
るまでの時間を予測できるために回転数及び負荷
の保持時間を適切な時間にセツトでき、振幅を抑
制できること、運転員に振動振幅値の推移を表示
できること各周波数成分と各種異常を対応付ける
ことにより、異常の種類を判別することができる
こと、各軸受けに異つた異常が発生する徴候が現
われた場合、予測時間をもとに最も早く異常が発
生するものを表示することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の振動振幅の監視例を示す図、第
２図は従来の方法で振動を制御した場合の図、第
３図ａ，ｂは本発明の実施例を示す図、第４，
５，６図は本発明の処理の例を示す図、第７図は
各周波数成分とその制限値、故障要因を示す図を
それぞれ示す。 １……タービン、２……発電機、３……振動検
出器、４……信号変換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回転機の軸振動を検出してその運転状態の異
   常予測診断をおこなうものであつて、該振動振幅
   信号の大きさに対応して該回転機の運転状態を複
   数領域に分割し、検出された振動信号の当該領域
   における振動振幅とその変化率から次領域へ達す
   るまでの時間を予測演算し、該予測された時間に
   より当該回転機の異常を予測監視診断する回転機
   の異常診断方法において、 該検出された振動信号から複数の異常種別に対
   応してあらかじめ定められている周波数成分につ
   いて分析し、該分析された該複数周波数成分につ
   いて当該分析時点における振動振幅とその変化率
   をそれぞれ演算し該演算された振動振幅値と変化
   率とから該それぞれの周波数成分について現時点
   から該注意領域、あるいは異常領域への到達時間
   を予測演算し、 該予測演算された到達時間の最も小さい周波数
   成分に対応する異常種別を予測表示し、 該回転機の予測診断をおこなうことを特徴とす
   る回転機の異常診断方法。