(57)【要約】【課題】  回転機械の診断装置の検出器から検出する複数の異なる検出信号のレベルを所定のレベルに合わせてデジタルデータとして処理する。【解決手段】  診断装置は、回転機械の振動をアナログ信号として検出する複数の異なる検出器２５ａ、２５ｂを備えた検出部２１と、検出器２５ａ、２５ｂからそれぞれアナログ信号を受け、ゲインを切り替えてこれらのアナログ信号をそれぞれ所定のレベルに変換するレベル変換ボード３３ａ、レベル変換ボード３３ａによりレベルを変換したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣボード３６ａ、およびこのデジタル信号を処理するＣＰＵボード４０、を備えた検出処理部２２と、検出処理部２２が処理したそれぞれのデジタル信号を演算し振動の診断をするホストコンピュータ４１および表示器４２を備えた診断部２３と、を有する。【選択図】  図２
2006220533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械の振動を検出する複数の異なる検出器からそれぞれの検出信号としてアナログ信号を受け、ゲインを切り替えてこれらのアナログ信号をそれぞれ所定のレベルに変換するレベル変換部と、
このレベル変換部によりレベルを変換したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
を有することを特徴とする回転機械の振動入力処理装置。
【請求項２】
前記レベル変換部は、前記複数の振動検出器が検出するアナログ信号の異常時の誤作動を抑えるバッファ回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の回転機械の振動入力処理装置。
【請求項３】
前記複数の異なる検出器は、速度振動を検出する速度振動検出器と、変位振動を検出する変位振動検出器とを含み、
前記レベル変換部は、前記速度振動検出器の出力を積分する積分回路と、前記変位振動検出器の出力が前記積分回路をバイパスするように設けられたバイパス回路と、を有すること、を特徴とする請求項１または２記載の回転機械の振動入力処理装置。
【請求項４】
前記振動レベル変換部は、前記複数の検出器の一部の検出器の検出信号が存在しないときに、その検出器からの入力部をシグナルコモンに接続するリセット回路を備えたこと、を特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の回転機械の振動入力処理装置。
【請求項５】
回転機械の位相角をアナログ信号として検出する位相角検出器からの検出信号としてアナログ信号を受け、このアナログ信号を所定のレベルの位相角信号に変換する波形整形回路を備えた位相角レベル変換部と、
この位相角レベル変換部により変換した位相角検出信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、
を有することを特徴とする回転機械の振動入力処理装置。
【請求項６】
前記位相角レベル変換部は前記波形整形回路を複数個備え、これら複数個の波形整形回路のうちから適宜選択する切替回路を有すること、を特徴とする請求項５記載の回転機械の振動入力処理装置。
【請求項７】
回転機械の振動を複数の異なる検出器によってアナログ信号として検出する検出ステップと、
前記複数の検出器からそれぞれアナログ信号を受け、ゲインを切り替えてこれらの検出信号をそれぞれ所定のレベルに変換するレベル変換ステップと、
レベルを変換したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換ステップと、
を有することを特徴とする回転機械の振動入力処理方法。
【請求項８】
回転機械の振動をアナログ信号として検出する複数の異なる検出器を備えた検出部と、
前記複数の検出器からそれぞれアナログ信号を受け、ゲインを切り替えてこれらの検出信号をそれぞれ所定のレベルに変換するレベル変換部、このレベル変換部によりレベルを変換したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部、およびこのデジタル信号を処理するＣＰＵ、を備えた検出処理部と、
この検出処理部が処理したそれぞれのデジタル信号を演算し振動の診断をするコンピュータおよび表示器を備えた診断部と、
を有することを特徴とする回転機械の振動診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械の振動入力処理装置、振動入力処理方法および振動診断装置に係り、特に発電機やポンプなどの回転機械の振動を検知して異常を使用者に警報するようにした回転機械の振動入力処理装置、振動入力処理方法および振動診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タービン発電機、揚水用あるいは給水用のポンプなどの回転機械にはロータ、軸受台、ケーシング、連結器などが備えられている。これら回転機械は、不具合により異常振動、変位振動、位相角ずれあるいは負荷変動を生じることがある。
【０００３】
このような異常振動などを常時監視あるいは診断するため、回転機械のロータ、軸受台、ケーシングなどには、振動検出器、変位振動検出器などを設けた検出部が備えられている。各検出器が検出する回転機械からの検出信号を人間が理解できる物理量に変換し、指示計や表示器に表示し、また異常かどうかを診断するようにしている。このような診断により回転機械が異常信号を直ちに確認するとともに警報信号を発生させその対応により回転機械の正常な運転を維持するようにしている。
【０００４】
このような回転機械の振動監視・診断装置としては、回転速度を危険速度により無次元化しこれを分割して正確に異常振動を診断するようにしたもの（特許文献１参照）や、回転速度を異常回転速度の関数として異常振動を診断するようにしたもの（特許文献２参照）などが知られている。
【特許文献１】特開２００３−１６６９０８号公報
【特許文献２】特開平４−３６４４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの回転機械の診断装置は回転機械の検出部に応じて速度振動検出器、変位振動検出器、位相角検出器、その他電流計、電圧計などの負荷検出器などの複数の校正のとれた異なる検出器を用いて診断される。これらの複数の異なる振動検出器は検出手段などの種類の相違から出力レベルの異なる多種多様の信号が検出され、これらをそれぞれ回転機械の監視・診断装置を用いて診断する必要があった。
【０００６】
そのため、監視・診断装置が複雑になりその管理や操作が面倒になるばかりか正確な診断を行なうことが困難になるという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためのものであって、出力レベルの異なる複数種類の検出器からの検出信号を所定のレベルに変換し、デジタル信号にして、回転機械の振動の監視・診断を正確かつ迅速にするようにした回転機械の振動入力処理装置および振動入力処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するものであって、本発明の回転機械の振動入力処理装置の一つの態様は、回転機械の振動を検出する複数の異なる検出器からそれぞれの検出信号としてアナログ信号を受け、ゲインを切り替えてこれらのアナログ信号をそれぞれ所定のレベルに変換するレベル変換部と、このレベル変換部によりレベルを変換したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また本発明の回転機械の振動入力処理装置の他の一つの態様は、回転機械の位相角をアナログ信号として検出する位相角検出器からの検出信号としてアナログ信号を受け、このアナログ信号を所定のレベルの位相角信号に変換する波形整形回路を備えた位相角レベル変換部と、この位相角レベル変換部により変換した位相角検出信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また本発明の回転機械の振動入力処理方法は、回転機械の振動を複数の異なる検出器によってアナログ信号として検出する検出ステップと、前記複数の検出器からそれぞれアナログ信号を受け、ゲインを切り替えてこれらの検出信号をそれぞれ所定のレベルに変換するレベル変換ステップと、レベルを変換したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換ステップと、を有することを特徴とする。
【００１１】
また本発明の回転機械の振動入力処理方法は、回転機械の振動をアナログ信号として検出する複数の異なる検出器を備えた検出部と、前記複数の検出器からそれぞれアナログ信号を受け、ゲインを切り替えてこれらの検出信号をそれぞれ所定のレベルに変換するレベル変換部、このレベル変換部によりレベルを変換したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部、およびこのデジタル信号を処理するＣＰＵ、を備えた検出処理部と、この検出処理部が処理したそれぞれのデジタル信号を演算し振動の診断をするコンピュータおよび表示器を備えた診断部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数種類の検出器が検出するアナログ信号のレベルを所定のレベルに変換するので、回転機械の振動、変位などが正常か異常かを統一的に的確かつ迅速に把握できる。これにより異常な検出信号を検出したらそれに対応して回転機械の点検、修理などを的確かつ迅速に行ない、正常な回転を維持させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の回転機械の診断装置の実施形態をタービン発電機に採用した場合につき図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は本実施形態のタービン発電機の診断装置の概略構成を示すブロック図である。このタービン発電機の診断装置２０は、検出部２１、検出処理部２２および診断部２３から構成される。検出部２１が検出する多種多様な検出信号は検出処理部２２に送られて処理され、この処理された検出信号が診断部２３に送られてタービン発電機の監視と診断が行なわれる。
【００１５】
タービン発電機は、図示しないが、タービン、発電機、ロータ、軸受台、ケーシング、連結器などを備えている。これらの機器には相互に関連して多種多様な複数の異なる検出器が取り付けられ、タービン、発電機などの振動、変位振動、位相角変動および電流電圧出力変化を検出するようになっている。これらの検出器には、例えば、電動式のような検出手段あるいは設置場所により検出信号の大きさを異にする振動検出器（速度振動検出器）２５ａ、２５ｂ・・、渦電流式の検出手段あるいは振動検出器２５ａ・・と同様に検出信号のレベルを異にする変位振動検出器２６ａ、２６ｂ・・、位相角を正負異にする位相角検出器２７、電流計、電圧計などの負荷検出器２８が含まれる。
【００１６】
振動検出器２５ａ、２５ｂ、・・は、たとえばロータを支持する２つの軸受台、タービンを支持する２つの軸受台に各１個ずつ取り付けられ、ロータケーシング、タービンケーシングにはその大きさにもよるが少ない場合にはそれぞれに５個程、多いときには１０数個が取り付けられる。その他タービンとロータとを連結する連結器には位相角検出器２７がまた負荷検出器２８が取り付けられる。そのため、このタービン発電機には全体として通常は１５個以上の振動検出器２５ａ、２５ｂ・・などが必要になる。
【００１７】
さらに、タービン、ロータを支持する軸受台は回転体を直接に支持するため検出値が大きな振動検出器２５ａ・・が使用され、また、ケーシングは回転体を覆うものであるから検出値が小さいあるいは微弱な振動検出器２５ｂ・・が使用される。
【００１８】
それゆえ、これらの振動検出器２５ａ・・をタービン発電機に取り付けるときには校正の取れた検出器が使用されるが、本実施形態では特に詳細を図２により説明するように、ゲイン切替回路５５ａのゲインを同時に切り替え、振動検出器２５ａなどが検出するアナログ信号のレベルを所定のレベルになるようにしている。
【００１９】
その他変位振動検出器２６ａ、２６ｂ・・については、同様にしてロータ、タービンの回転部分に４あるいは５個以上が取り付けられる。位相角検出器２７はタービン発電機としては１つの検出信号であるため１個の検出器が使用され、また、電流計などの負荷検出器２８も同様な理由で１個の発電機であるため１個が使用される。
【００２０】
これら各振動検出器２５ａ、２５ｂ・・、変位振動検出器２６ａ、２６ｂ・・、位相角検出器２７には振動増幅器２９ａ、２９ｂ・・、変位振動増幅器３０ａ、３０ｂ・・、位相増幅器３１がそれぞれ接続され、各振動検出器２５ａ、２５ｂ・・などが検出するアナログ信号を増幅するようになっている。また、負荷検出器２８には負荷として電流を検出することになるためＩ／Ｖ変換器３２が接続され、電圧信号に変換するようになっている。
【００２１】
振動増幅器２９ａ、２９ｂ・・、変位振動増幅器３０ａ、３０ｂ・・の出力は検出処理部２２の振動レベル変換ボード３３ａ、３３ｂ・・に入力され、さらにその出力は変位振動レベル変換ボード３４ａ、３４ｂ・・に入力されて、増幅された検出信号を同一のレベルの検出信号に変換するようになっている。さらに、位相角増幅器３１の出力は位相角レベル変換ボード３５に入力され、増幅された検出信号を同一のレベルの検出信号に変換するようになっている。
【００２２】
第１の振動レベル変換ボード３３ａ、３３ｂ・・には、第１ＡＤＣ（アナログ・デジタル変換）ボード３６ａ、３６ｂ・・が接続され、アナログ信号をデジタル信号に変換するようになっている。第２の変位振動レベル変換ボード３４ａ、３４ｂ・・には、第２ＡＤＣボード３７ａ、３７ｂ・・が接続され、アナログ信号をデジタル信号に変換するようになっている。
【００２３】
また、位相角レベル変換ボード３５には第３ＡＤＣボードが接続され、アナログ信号をデジタル信号に変換するようになっている。さらに、Ｉ／Ｖ変換器３２には直接に第４ＡＤＣボード３９が接続され、アナログ信号をデジタル信号に変換するようになっている。
【００２４】
これら第１ＡＤＣボード３６ａ、３６ｂ・・、第２ＡＤＣボード３７ａ、３７ｂ・・、第３ＡＤＣボード３８および第４ＡＤＣボード３９には相互に他のＡＤＣボードが接続されるとともに、ＣＰＵボード４０にも、ＰＣＩバス８０およびＡＤＣバス８１によって接続され、デジタル信号を処理するようになっている。
【００２５】
ＣＰＵボード４０は、振動信号、変位振動信号、位相角ずれ信号および負荷異常信号などを記憶し処理する診断部２３のホストコンピュータ４１が、イーサネット（商標）ケーブル８２で接続されている。ホストコンピュータ４１は、検出信号の処理信号と記録信号との比較演算により、処理信号が正常か異常かを監視・診断するようになっている。ホストコンピュータ４１にはハブ８３を介して表示器４２が接続され、診断の結果を表示するとともに異常な検出信号と診断された場合には警報を行ない適宜な処理を行なえるようになっている。
【００２６】
このような構成の診断装置２０の検出部２１の振動検出器２５ａおよび振動増幅器２９ａと第１の振動レベル変換ボード３３ａとの詳細な構成を図２により説明する。
【００２７】
振動検出部２１の振動増幅器２９ａの出力側はバッファ回路５１ａに接続され、振動増幅器２９ａからの増幅された検出信号の異常時の誤動作を抑えるようにしている。このバッファ回路５１ａの出力側には、整流器５２ａ、５３ａにより構成した保護回路５４ａが接続され、過大な検出信号あるいは異常な振動信号を制限するようにしている。この保護回路５４ａは整流器５２ａと整流器５３ａとの正端子がバッファ回路５１ａの出力側に接続され、かつ、整流器５２ａの負端子が正電源（＋Ｖ）に、また、整流器５３ａの負担子が負電源（−Ｖ）に接続したものである。
【００２８】
この保護回路５４ａの出力側にはゲインを選択的に切り替えるゲイン切替回路５５ａが接続され、検出信号の感度を所定のレベルに変換するようになっている。かかるゲイン切替回路５５ａの切り替えは前記振動検出器２５ａの種類によって異なる出力レベルに対応して切り替えるようになっている。
【００２９】
このゲイン切替回路５５ａの出力側にはバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５６ａが接続され、振動周波数成分以外の不要な低周波信号および高周波信号を削除するようにしている。
【００３０】
このバンドパスフィルタ５６ａの出力側には、バイパス回路５７ａを備えた積分回路５８ａが接続される。バンドパスフィルタ５６ａの検出信号が振動検出器２５ａから検出した速度信号であったときはこれを積分回路５８ａに送り、後述する変位振動検出器２６ａの検出信号と同等になるように変換する。また、検出信号が変位振動検出器２６ａの信号であったときには、変位振動検出器２６ａの取り付け時にあらかじめバイパス回路５７ａを閉じて直接に送り出し、振動検出器２５ａとの整合化を維持するようにしている。このようにして検出信号をいずれも変位振動検出器２６ａの検出信号に合わせるようにしている。
【００３１】
この積分回路５８ａの出力側には第１ＡＤＣボード３６ａが接続され、アナログ信号をデジタル信号に変換するようになっている。なお、符号５９ａはリセットボタンを備えたリセット回路であって、振動検出器２５ａ・・などの信号が検出されないときにリセットボタンを押してシグナルコモンに接続することによって診断装置２０の誤動作を防止するようにしたものである。
【００３２】
図２に示した振動レベル変換ボード３３ａは、タービン発電機の振動を検出する振動検出器２５ａの検出信号のレベルを所定のレベルにするばかりではなく、他の振動検出器２５ｂ・・やその他の検出手段の異なる渦電流式の変位振動検出器２６ａ、２６ｂ・・の振動レベル変換ボード３３ｂ・・、第２の変位振動レベル変換ボード３４ａ、３４ｂ・・にも同様に採用される。
【００３３】
振動検出器２５ｂ・・などを取り付ける時にゲイン切替回路５５ａで適宜なゲインを選択し、検出信号のレベルが所定のレベルになるようにする。また、変位振動検出器２６ａ、２６ｂ・・を取り付ける場合には、ゲイン切替回路５５ａで適宜なゲインの選択を行なうとともに、積分回路５８ａに備えたバイパス回路５７ａの接点を閉じる。
【００３４】
次に、位相角基準検出計２７が検出するアナログ信号を位相角増幅器３１により増幅しこの増幅した検出信号のレベルを調整する位相角レベル変換ボード３５の詳細を、図３により説明する。
【００３５】
基本的には図２により説明した振動レベル変換ボード３３ａとほぼ同様な構成を備えている。すなわち、位相角検出器２７が検出するアナログ信号を位相角増幅器３１により増幅し、バッファ回路６１および２つの整流器を備えた保護回路６２により、異常時の誤動作を抑えるとともに、過大信号または異常信号を制限する。
【００３６】
この保護回路６２の出力側には、調整用抵抗器６３、６４を備えた波形整形回路６５、６６が接続され、位相角検出器２７から検出するアナログ信号のレベルを同一にするようにしている。このような波形整形回路６５、６６を用いることとしたのは、位相角検出器２７の検出手段あるいはこれをタービン発電機に取り付けた場合の取り付け条件により正特性の検出信号を発生したりあるいは負特性の検出信号を発生したりすることがあるため、これらのいずれの検出信号のレベル感度をも同一のレベルになるように変換するためである。
【００３７】
この波形整形回路６５、６６には切替回路６７が接続され、位相角検出器２７から検出する正負の検出信号を選択するようになっている。この選択と調整抵抗６３、６４の調整は、位相角検出器２７をタービン発電機に取り付けるときに行なうようになっている。
【００３８】
この切替回路６７の出力側にはフリップフロップ回路６８が接続され、検出信号のパルス幅を所定の幅に変換するようになっている。このフリップフロップ回路６８の出力側には第３ＡＤＣボード３８が接続され、アナログ信号をデジタル信号に変換するようになっている。
【００３９】
さらに、負荷検出器２８には図１に示すようにＩ／Ｖ変換器３２が接続され、負荷信号としてのアナログの電流を電圧の検出信号に変換するようになっている。このＩ／Ｖ変換器３２の出力は、通常１〜５Ｖのレベルであり、通常のＡＤＣボードの入力レベルと一致する。そのため、図１に示す例ではＩ／Ｖ変換機３２の出力はレベル変換ボードを介さずに直接、第４ＡＤＣボード３９に入力され、デジタル信号に変換されるようになっている。
【００４０】
このような診断装置２０に構成すると、タービン発電機に複数の異なる振動信号を検出する異なる出力レベルの複数の振動検出器２５ａ、２５ｂ・・を取り付けた場合であっても、その検出信号が振動レベル変換ボード３３ａ、３３ｂ・・のゲイン切替回路５５ａ、５５ｂ・・などにより所定のレベルに変換してその検出信号の処理および診断を常時正確、かつ、迅速に行なうことができる。
【００４１】
さらに、速度振動信号を検出する振動検出器２５ａ、２５ｂ・・および変位振動信号を検出する位相振動検出器２６ａ、２６ｂ・・を混ぜて使用しても、積分回路５８ａやバイパス回路５７ａの採用により、整合の取れた信号により処理と演算ができる。これにより、統合した監視と診断ができ、管理や操作を繁雑にすることがない。
【００４２】
さらに、位相角検出器をこれら複数の振動検出器２５ａ、２５ｂ・・および変位振動検出器２６ａ、２６ｂ・・とともに取り付けても所定のレベルの信号として監視と診断に利用することができる。
【００４３】
なお、本実施形態では振動レベル変換ボード３３ａ、３３ｂ、・・や変位振動レベル変換ボードをそれぞれ別個に構成したが、これらの機能をあわせた一つのボードを構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明に係る回転機械の診断装置の一実施形態の概略構成を示すブロック図。
【図２】本発明に係る回転機械の診断装置の振動入力処理装置の第１振動レベル変換ボードの一実施形態を示すブロック線図。
【図３】本発明に係る回転機械の診断装置の振動入力処理装置の位相角レベル変換ボードの一実施形態を示すブロック線図。
【符号の説明】
【００４５】
２１                検出部
２２                検出処理部
２３                診断部
２５ａ、２５ｂ・・  （速度）振動検出器
２６ａ、２６ｂ・・  変位振動検出器
２７                位相角検出器
２９ａ、２９ｂ・・  振動増幅器
３０ａ、３０ｂ・・  変位振動増幅器
３１                位相角増幅器
３３ａ、３３ｂ・・  振動レベル変換ボード
３４ａ、３４ｂ・・  変位振動レベル変換ボード
３５                位相角レベル変換ボード
３６ａ、３６ｂ・・  第１ＡＤＣボード
３７ａ、３７ｂ・・  第２ＡＤＣボード
３８                第３ＡＤＣボード
４０                ＣＰＵボード
４１                ホストコンピュータ
４２                表示器
５１ａ、６１        バッファ回路
５４ａ、６２        保護回路
５５ａ              ゲイン切替回路
５７ａ              バイパス回路
５８ａ              積分回路
５９ａ              リセット回路
６３，６４          調整抵抗
６５、６６          波形整形回路
【図１】
2006220533.tif 000003
【図２】
2006220533.tif 000004
【図３】
2006220533.tif 000005