(57)【要約】【課題】回転機械の保守作業のための情報を得られるようにする。【解決手段】異常検知装置が、回転軸の軸方向に離間した位置毎に、前記回転軸の外周面に対し、前記回転軸の径方向に離間して複数設けられた軸振動センサによる前記回転軸の振動の測定値を前記回転軸の回転角度毎に取得する振動測定値取得部と、前記振動の測定値に基づいて、前記回転軸の振動が最大となる回転角度および振動の大きさを示す振動ベクトルを算出する振動ベクトル算出部と、前記振動ベクトルの時間変化に基づいて、前記回転軸の軸方向における異常発生位置を推定する推定部と、を備える。【選択図】図１
2019113364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の軸方向に離間した位置毎に、前記回転軸の外周面に対し、前記回転軸の径方向に離間して複数設けられた軸振動センサによる前記回転軸の振動の測定値を前記回転軸の回転角度毎に取得する振動測定値取得部と、
前記振動の測定値に基づいて、前記回転軸の振動が最大となる回転角度および振動の大きさを示す振動ベクトルを算出する振動ベクトル算出部と、
前記振動ベクトルの時間変化に基づいて、前記回転軸の軸方向における異常発生位置を推定する推定部と、
を備える異常検知装置。
【請求項２】
前記回転軸の互いに直交する径方向それぞれに前記軸振動センサが設けられている、
請求項１に記載の異常検知装置。
【請求項３】
前記推定部は、前記振動ベクトルの時間変化に加えて、前記回転軸の回転速度に基づいて、前記回転軸の軸方向における異常発生位置を推定する、
請求項１または請求項２に記載の異常検知装置。
【請求項４】
回転軸の軸方向に離間した位置毎に、前記回転軸の外周面に対し、前記回転軸の径方向に離間して複数設けられた軸振動センサによる前記回転軸の振動の測定値を前記回転軸の回転角度毎に取得する振動測定値取得部と、
前記振動の測定値に基づいて、前記回転軸の振動が最大となる回転角度および振動の大きさを示す振動ベクトルを算出する振動ベクトル算出部と、
前記振動ベクトルの時間変化を示す差分ベクトルを算出する差分ベクトル算出部と、
前記差分ベクトルを表示する表示部と、
を備える差分ベクトル表示装置。
【請求項５】
回転機械と、
異常検知装置と、
を備え、
前記回転機械は、
回転軸と、
前記回転軸の軸方向に離間した位置毎に、前記回転軸の外周面に対し、前記回転軸の径方向に離間して複数設けられた軸振動センサと、
を備え、
前記異常検知装置は、
前記軸振動センサによる前記回転軸の振動の測定値を前記回転軸の回転角度毎に取得する振動測定値取得部と、
前記振動の測定値に基づいて、前記回転軸の振動が最大となる回転角度および振動の大きさを示す振動ベクトルを算出する振動ベクトル算出部と、
前記振動ベクトルの時間変化に基づいて、前記回転軸の軸方向における異常発生位置を推定する推定部と、
を備える回転機械システム。
【請求項６】
回転軸の軸方向に離間した位置毎に、前記回転軸の外周面に対し、前記回転軸の径方向に離間して複数設けられた軸振動センサによる前記回転軸の振動の測定値を前記回転軸の回転角度毎に取得することと、
前記振動の測定値に基づいて、前記回転軸の振動が最大となる回転角度および振動の大きさを示す振動ベクトルを算出することと、
前記振動ベクトルの時間変化に基づいて、前記回転軸の軸方向における異常発生位置を推定することと、
を含む異常検知方法。
【請求項７】
コンピュータに、
回転軸の軸方向に離間した位置毎に、前記回転軸の外周面に対し、前記回転軸の径方向に離間して複数設けられた軸振動センサによる前記回転軸の振動の測定値を前記回転軸の回転角度毎に取得することと、
前記振動の測定値に基づいて、前記回転軸の振動が最大となる回転角度および振動の大きさを示す振動ベクトルを算出することと、
前記振動ベクトルの時間変化に基づいて、前記回転軸の軸方向における異常発生位置を推定することと、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常検知装置、差分ベクトル表示装置、回転機械システム、異常検知方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンなど回転機械の軸振動の監視に関連して幾つかの技術が提案されている。
例えば、特許文献１に記載の不安定振動監視装置は、振動信号から注目周波数領域の信号のみを抽出するためのフィルタリングを行い、フィルタリング後の振動信号をサンプリングする。この不安定振動監視装置は、Ｎ番目のサンプリング値を横軸に取り、Ｎ＋１番目のサンプリング値を縦軸に取るというように、連続する２つのサンプリング値を組み合わせて座標値としてプロットすることで、位相空間軌道と呼ばれるパターンを作成する。さらに、この不安定振動監視装置は、位相空間軌道の長軸がＸ軸に平行になるように回転し、縦方向に伸長する円環変換を行う。そして、この不安定振動監視装置は、プロット点の原点からの距離に基づいて不安定振動か否かの判定を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４２５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転機械の軸振動の監視にて異常の有無の検知を行うのみならず、回転機械の保守作業のための情報を得られることが好ましい。
【０００５】
本発明は、回転機械の保守作業のための情報を得ることができる異常検知装置、差分ベクトル表示装置、回転機械システム、異常検知方法およびプログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、異常検知装置は、回転軸の軸方向に離間した位置毎に、前記回転軸の外周面に対し、前記回転軸の径方向に離間して複数設けられた軸振動センサによる前記回転軸の振動の測定値を前記回転軸の回転角度毎に取得する振動測定値取得部と、前記振動の測定値に基づいて、前記回転軸の振動が最大となる回転角度および振動の大きさを示す振動ベクトルを算出する振動ベクトル算出部と、前記振動ベクトルの時間変化に基づいて、前記回転軸の軸方向における異常発生位置を推定する推定部と、を備える。
【０００７】
前記回転軸の互いに直交する径方向それぞれに前記軸振動センサが設けられていてもよい。
【０００８】
前記推定部は、前記振動ベクトルの時間変化に加えて、前記回転軸の回転速度に基づいて、前記回転軸の軸方向における異常発生位置を推定するようにしてもよい。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、差分ベクトル表示装置は、回転軸の軸方向に離間した位置毎に、前記回転軸の外周面に対し、前記回転軸の径方向に離間して複数設けられた軸振動センサによる前記回転軸の振動の測定値を前記回転軸の回転角度毎に取得する振動測定値取得部と、前記振動の測定値に基づいて、前記回転軸の振動が最大となる回転角度および振動の大きさを示す振動ベクトルを算出する振動ベクトル算出部と、前記振動ベクトルの時間変化を示す差分ベクトルを算出する差分ベクトル算出部と、前記差分ベクトルを表示する表示部と、を備える。
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、回転機械システムは、回転機械と、異常検知装置と、を備え、前記回転機械は、回転軸と、前記回転軸の軸方向に離間した位置毎に、前記回転軸の外周面に対し、前記回転軸の径方向に離間して複数設けられた軸振動センサと、を備え、前記異常検知装置は、前記軸振動センサによる前記回転軸の振動の測定値を前記回転軸の回転角度毎に取得する振動測定値取得部と、前記振動の測定値に基づいて、前記回転軸の振動が最大となる回転角度および振動の大きさを示す振動ベクトルを算出する振動ベクトル算出部と、前記振動ベクトルの時間変化に基づいて、前記回転軸の軸方向における異常発生位置を推定する推定部と、を備える。
【００１１】
本発明の第４の態様によれば、異常検知方法は、回転軸の軸方向に離間した位置毎に、前記回転軸の外周面に対し、前記回転軸の径方向に離間して複数設けられた軸振動センサによる前記回転軸の振動の測定値を前記回転軸の回転角度毎に取得することと、前記振動の測定値に基づいて、前記回転軸の振動が最大となる回転角度および振動の大きさを示す振動ベクトルを算出することと、前記振動ベクトルの時間変化に基づいて、前記回転軸の軸方向における異常発生位置を推定することと、を含む。
【００１２】
本発明の第５の態様によれば、プログラムは、コンピュータに、回転軸の軸方向に離間した位置毎に、前記回転軸の外周面に対し、前記回転軸の径方向に離間して複数設けられた軸振動センサによる前記回転軸の振動の測定値を前記回転軸の回転角度毎に取得することと、前記振動の測定値に基づいて、前記回転軸の振動が最大となる回転角度および振動の大きさを示す振動ベクトルを算出することと、前記振動ベクトルの時間変化に基づいて、前記回転軸の軸方向における異常発生位置を推定することと、を実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１３】
上記した異常検知装置、差分ベクトル表示装置、回転機械システム、異常検知方法およびプログラムによれば、回転機械の保守作業のための情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る回転機械システムの機能構成を示す概略ブロック図である。
【図２】同実施形態に係る回転軸の軸方向（長手方向）における軸振動センサおよび回転パルスセンサの設置位置の例を示す図である。
【図３】同実施形態に係る回転軸の周方向における前側軸振動センサの設置位置の例を示す図である。
【図４】同実施形態に係る回転軸の周方向における後側軸振動センサの設置位置の例を示す図である。
【図５】同実施形態に係る振動ベクトル算出部が算出する振動ベクトルの初期値の例を示す図である。
【図６】同実施形態に係る記憶部が記憶する振動ベクトル初期値データのデータ構造の例を示す図である。
【図７】同実施形態に係る回転軸の振動が変化した後の振動ベクトルの例を示す図である。
【図８】同実施形態に係る差分ベクトルの算出例を示す図である。
【図９】同実施形態に係る差分ベクトルの表示例を示す図である。
【図１０】同実施形態に係る差分ベクトル算出部が軸振動センサ毎に算出する差分グラフの例を示す図である。
【図１１】同実施形態に係る記憶部が記憶する異常発生位置データのデータ構造の例を示す図である。
【図１２】同実施形態に係る回転軸における異常発生位置の表示例を示す図である。
【図１３】同実施形態に係る異常検知装置が振動ベクトル初期値を生成し記憶する処理手順の例を示すフローチャートである。
【図１４】同実施形態に係る異常検知装置が回転軸における異常発生位置を推定する処理手順の例を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第二実施形態に係る回転機械システムの機能構成を示す概略ブロック図である。
【図１６】同実施形態に係る差分ベクトル表示装置が差分ベクトルを算出し表示する処理手順の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１６】
＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る回転機械システムの機能構成を示す概略ブロック図である。図１に示すように、回転機械システム１は、回転機械１００と、異常検知装置２００とを備える。回転機械１００は、回転軸１１０と、軸振動センサ１２０と、角度センサ１３０とを備える。異常検知装置２００は、通信部２１０と、操作入力部２２０と、表示部２３０と、記憶部２８０と、制御部２９０とを備える。制御部２９０は、振動測定値取得部２９１と、振動ベクトル算出部２９２と、差分ベクトル算出部２９３と、推定部２９４とを備える。
【００１７】
回転機械１００は、回転軸を備える機械である。以下では、回転機械１００が蒸気タービンである場合を例に説明するが、これに限定されない。たとえば、回転機械１００は、コンプレッサであってもよいし、ガスタービンであってもよい。
回転軸１１０は、回転機械１００の動作に伴って回転駆動する。以下では、回転軸１１０が蒸気タービンのロータである場合を例に説明する。
【００１８】
軸振動センサ１２０は、回転軸１１０の振動を測定する。回転軸１１０が回転することで、軸振動センサ１２０は回転軸１１０の振動を回転軸１１０の全周にわたって測定する。例えば、軸振動センサ１２０が距離センサを用いて構成され、軸振動センサ１２０自らと回転軸１１０との距離を測定するようにしてもよい。
角度センサ１３０は、回転軸１１０の回転角度（位相）を測定する。
ここで、回転パルスセンサを用いて角度センサ１３０を構成することができる。回転パルスセンサは、ロータ（回転軸１１０）に固定された点(一般的に反射テープまたはスリットで示される)を通過する毎にパルス波形を出力する。あるパルス出力されてからロータが１回転すると、またパルスが出力される。隣合うパルスの間隔で回転軸１１０が３６０度回転するため、軸振動が大きくなる時刻のパルス波形を観察することで、ロータに固定された点を基準として軸振動が大きくなるロータ角度を把握することができる。
【００１９】
図２は、回転軸１１０の軸方向（長手方向）における軸振動センサ１２０および回転パルスセンサ（角度センサ１３０）の設置位置の例を示す図である。図２に示す回転軸１１０の、図２に向かって左側が前側であり、右側が後側である。線Ｌ１１は、回転軸１１０の回転中心を示す。
また、図２では、回転軸１１０を支持する軸受１４０が示されている。軸受１４０のうち、回転軸１１０の前側の軸受１４０を前側軸受１４１と称し、回転軸１１０の後側の軸受１４０を後側軸受１４２と称する。
【００２０】
また、回転軸１１０の外周面に対し、回転軸１１０の径方向に離間して、軸振動センサ１２０および角度センサ１３０が設けられている。
軸振動センサ１２０は、前側軸受１４１の近傍かつ前側軸受１４１よりも回転軸１１０の前側、および、後側軸受１４２の近傍かつ後側軸受１４２よりも回転軸１１０の後側に、それぞれ２つずつ設けられている。図２に示す配置で、回転軸１１０の前側に位置する軸振動センサ１２０を前側軸振動センサ１２１と称する。回転軸１１０の後側に位置する軸振動センサ１２０を後側軸振動センサ１２２と称する。
このように、軸振動センサ１２０は、回転軸１１０の軸方向に離間した位置毎に、回転軸１１０の外周面に対し、回転軸１１０の径方向に離間して複数設けられている。
角度センサ１３０は、前側軸振動センサ１２１よりもやや回転軸１１０の前側に設けられているのが一般的である。
【００２１】
図３は、回転軸１１０の周方向における前側軸振動センサ１２１の設置位置の例を示す図である。図３は、回転軸１１０および前側軸振動センサ１２１を回転軸１１０の前側から見た場合の例を示しており、２つの前側軸振動センサ１２１と、回転軸１１０の軸方向について前側軸振動センサ１２１の位置における回転軸１１０の断面図とが示されている。
２つの前側軸振動センサ１２１は、回転軸１１０に対して水平方向と鉛直方向とに設けられている。回転軸１１０に対して水平方向の前側軸振動センサ１２１を水平前側軸振動センサ１２１ｈと称する。回転軸１１０に対して鉛直方向の前側軸振動センサ１２１を鉛直前側軸振動センサ１２１ｖと称する。
【００２２】
線Ｌ２１は、回転軸１１０の径のうち水平方向の径を延長した線である。水平前側軸振動センサ１２１ｈは、回転軸１１０の径のうち水平方向の径の延長上に設けられている。線Ｌ２２は、回転軸１１０の径のうち鉛直方向の径を延長した線である。鉛直前側軸振動センサ１２１ｖは、回転軸１１０の径のうち鉛直方向の径の延長上に設けられている。
回転軸１１０の水平方向の径と鉛直方向の径とは互いに直交している。従って、図３の配置で、回転軸１１０の互いに直交する径方向それぞれに軸振動センサ１２０が設けられている。
【００２３】
図４は、回転軸１１０の周方向における後側軸振動センサ１２２の設置位置の例を示す図である。図４は、回転軸１１０および後側軸振動センサ１２２を回転軸１１０の前側から見た場合の例を示しており、２つの後側軸振動センサ１２２と、回転軸１１０の軸方向について後側軸振動センサ１２２の位置における回転軸１１０の断面図とが示されている。
２つの後側軸振動センサ１２２は、回転軸１１０に対して水平方向と鉛直方向とに設けられている。回転軸１１０に対して水平方向の後側軸振動センサ１２２を水平後側軸振動センサ１２２ｈと称する。回転軸１１０に対して鉛直方向の後側軸振動センサ１２２を鉛直後側軸振動センサ１２２ｖと称する。
【００２４】
線Ｌ３１は、回転軸１１０の径のうち水平方向の径を延長した線である。水平後側軸振動センサ１２２ｈは、回転軸１１０の径のうち水平方向の径の延長上に設けられている。線Ｌ３２は、回転軸１１０の径のうち鉛直方向の径を延長した線である。鉛直後側軸振動センサ１２２ｖは、回転軸１１０の径のうち鉛直方向の径の延長上に設けられている。
回転軸１１０の水平方向の径と鉛直方向の径とは互いに直交している。従って、図４の配置で、回転軸１１０の互いに直交する径方向それぞれに軸振動センサ１２０が設けられている。
【００２５】
但し、軸振動センサ１２０および角度センサ１３０の数および配置は、図２〜図４に示すものに限定されない。軸振動センサ１２０が、回転軸１１０の軸方向の３箇所以上に設けられていてもよい。また、回転軸１１０の周方向に軸振動センサ１２０が３つ以上設けられていてもよい。また、軸振動センサ１２０が、回転軸１１０の上側と斜め下側に設けられているなど、回転軸１１０の互いに直交する径方向それぞれ以外の配置で軸振動センサ１２０が設けられていてもよい。
角度センサ１３０の位置も、図２に示す位置に限らず、回転軸１１０の回転角度を測定可能な位置であればよい。また、予備の角度センサ１３０が設けられるなど、角度センサ１３０が２つ以上設けられていてもよい。
【００２６】
異常検知装置２００は、回転軸１１０の振動の異常を検知し、異常振動の要因となっている異常の発生位置を推定する。
異常検知装置２００は、例えばＥＷＳ（Engineering Workstation）またはパソコン（Personal Computer；ＰＣ）等のコンピュータを用いて構成される。
通信部２１０は、他の装置と通信を行う。特に通信部２１０は、軸振動センサ１２０の各々および角度センサ１３０からセンサ測定値を受信する。
【００２７】
操作入力部２２０は、例えばキーボードおよびマウス等の入力デバイスを備え、ユーザ操作を受ける。例えば、操作入力部２２０は、回転軸１１０の振動の異常の有無を判定するための判定条件（例えば判定閾値）の設定操作を受ける。ユーザは、判定条件を設定可能とすることで、異常と判定する振動レベルを選択することができる。
表示部２３０は、例えば液晶パネルまたはＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の表示画面を備え、各種画像を表示する。特に、表示部２３０は、回転軸１１０の異常発生位置の推定結果を表示する。
【００２８】
記憶部２８０は、各種データを記憶する。特に、記憶部２８０は、回転軸１１０の異常発生位置を推定するための、回転軸１１０の振動の状況と異常発生位置とが対応付けられたデータを記憶する。以下では、回転軸１１０の振動の状況と異常発生位置とが対応付けられたデータを異常発生位置データと称する。後述するように、記憶部２８０は、回転軸１１０の回転速度および差分ベクトル算出部２９３が算出する差分ベクトルと、回転軸１１０の軸方向における異常発生位置および回転軸１１０の周方向における異常発生位置とが対応付けられた異常発生位置データを記憶する。記憶部２８０は、複数の異常発生位置データをデータベース化した異常発生位置データ群を記憶する。
記憶部２８０は、異常検知装置２００が備える記憶デバイスを用いて構成される。
制御部２９０は、異常検知装置２００の各部を制御して各種処理を行う。制御部２９０は、異常検知装置２００が備えるＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）が記憶部２８０からプログラムを読み出して実行することで構成される。
【００２９】
振動測定値取得部２９１は、軸振動センサ１２０による回転軸１１０の振動の測定値を回転軸１１０の回転角度毎に取得する。具体的には、振動測定値取得部２９１は、軸振動センサ１２０毎に、当該軸振動センサ１２０による回転軸１１０の振動の測定値と、回転パルスセンサのパルス間を３６０度として回転軸上の角度とを対応付け、回転軸１１０の一周分の振動の測定値（例えば、軸振動センサ１２０と回転軸１１０との距離の測定値、または、当該距離の変位の測定値）を取得する。
振動測定値取得部２９１が、軸振動センサ１２０による回転軸１１０の振動の測定値から、回転軸１１０の一周分のデータを抽出するようにしてもよい。あるいは、振動測定値取得部２９１が、軸振動センサ１２０による回転軸１１０の振動の測定値を回転軸１１０の複数周分取得し、回転角度毎の平均を算出するようにしてもよい。
【００３０】
振動ベクトル算出部２９２は、振動測定値取得部２９１が取得した振動の測定値に基づいて、回転軸１１０の振動が最大となるロータ（回転軸１１０）上の角度および振動の大きさを示す振動ベクトルを算出する。
振動ベクトル算出部２９２は、軸振動センサ１２０毎に振動ベクトルを算出する。但し、振動ベクトル算出部２９２が、振動ベクトルを算出する単位は軸振動センサ１２０毎に限定されない。例えば、振動ベクトル算出部２９２が、複数の軸振動センサ１２０による振動の測定値の平均に基づいて、複数の軸振動センサ１２０に対応付けられる振動ベクトルを算出するようにしてもよい。
【００３１】
図５は、振動ベクトル算出部２９２が算出する振動ベクトルの初期値の例を示す図である。図５のグラフの座標軸は、振動の大きさおよび回転軸１１０上の回転パルス基準点に対する周方向角度による極座標を示す。回転パルスの基準点は、例えば反射テープまたはスリットによって示される。
ベクトルＢ１１は、振動ベクトルの例を示す。振動ベクトルは、振動測定値取得部２９１が測定した回転軸１１０の、計測した回転数での軸振動が最大となる回転軸上の角度(回転パルス基準点からの角度)を示す。
【００３２】
図６は、記憶部２８０が記憶する振動ベクトル初期値データのデータ構造の例を示す図である。
図６の例では、振動ベクトル初期値データは、水平前側軸振動センサ１２１ｈ、鉛直前側軸振動センサ１２１ｖ、水平後側軸振動センサ１２２ｈ、および、鉛直後側軸振動センサ１２２ｖの各々の振動ベクトル初期値として、位相および振動の大きさを格納する。併せて、振動ベクトル初期値データは、回転軸１１０の回転数を格納する。回転軸１１０の回転数が変化すると振動ベクトルも変化するためであり、記憶部２８０は、回転軸１１０の回転速度毎の振動ベクトル初期値データを記憶する。
あるいは、異常検知装置２００が、回転軸１１０が定格速度で回転しているときのみ異常検知を行うなど、回転軸１１０が所定速度で回転しているときのみを対象とする場合は、振動ベクトル初期値データにおける「回転数」欄は不要であり、記憶部２８０は、所定速度における振動ベクトル初期値を記憶すればよい。
【００３３】
図７は、回転軸１１０の振動が変化した後の振動ベクトルの例を示す図である。図７のグラフの座標軸は、図５のグラフと同様の極座標を示す。
ベクトルＢ１２は、図５のベクトルＢ１１の場合と同じ軸振動センサ１２０の振動測定値による振動ベクトルの例を示している、回転軸１１０に例えばクラック等の異常が発生して振動が変化し、振動ベクトルもベクトルＢ１１からベクトルＢ１２へと変化している。
以下では、軸振動センサ１２０による振動測定値から得られる振動ベクトルを、当該軸振動センサ１２０の振動ベクトルとも称する。
【００３４】
差分ベクトル算出部２９３は、差分ベクトルを算出する。ここでいう差分ベクトルは、振動ベクトルの時間変化を示すベクトルである。具体的には、差分ベクトルは、軸振動センサ１２０の振動測定値による振動ベクトルから、当該軸振動センサ１２０の振動ベクトル初期値を減算して得られるベクトルである。
【００３５】
図８は、差分ベクトルの算出例を示す図である。図８のグラフの座標軸は、図５のグラフと同様の極座標を示す。
図８では、図５を参照して説明した振動ベクトル初期値であるベクトルＢ１１と、図７を参照して説明した振動ベクトルであるベクトルＢ１２とが示されている。ベクトルＢ１３は、ベクトルＢ１２からベクトルＢ１１を減算したベクトルであり、差分ベクトルの例に該当する。
【００３６】
図９は、差分ベクトルの表示例を示す図である。図９のグラフの座標軸は、図５のグラフと同様の極座標を示す。
図９では、図８を参照して説明した差分ベクトルであるベクトルＢ１３を、座標軸の原点を起点として示している。
【００３７】
図１０は、差分ベクトル算出部２９３が軸振動センサ１２０毎に算出する差分グラフの例を示す図である。図１０の各グラフの座標軸は、図５のグラフと同様の極座標を示す。
図１０では、水平前側軸振動センサ１２１ｈ、鉛直前側軸振動センサ１２１ｖ、水平前側軸振動センサ１２１ｈ、および、鉛直前側軸振動センサ１２１ｖの各々の差分ベクトルが示されている。
このように差分ベクトル算出部２９３は、軸振動センサ１２０毎（振動ベクトル算出部２９２が振動ベクトルを算出する単位毎）に差分ベクトルを算出する。
【００３８】
推定部２９４は、振動ベクトルの時間変化に基づいて、回転軸１１０の軸方向における異常発生位置を推定する。具体的には、上記実測値とは別に、評価対象の回転機械１００についての軸振動解析を実施しておく。軸振動解析では、ロータの軸方向各位置に単位アンバランスを設置した際の、各軸受位置の水平方向、鉛直方向それぞれの振動ベクトルの変化（効果ベクトル）の計算値をデータベースとして持っておく。そして、上記異常発生前および異常発生後の振動ベクトルの差分のベクトルと、上記計算データベースの効果ベクトルとを比較し、これらのベクトルが最も近くなる計算値の単位アンバランス位置を選出する。
【００３９】
図１１は、記憶部２８０が記憶する異常発生位置データのデータ構造の例を示す図である。
図１１の例で、異常発生位置データは、「回転数」欄と、軸振動センサ１２０毎の「位相」欄および「振動の大きさ」欄と、異常発生位置の「軸方向位置」欄とを含む。
「回転速度」欄は、回転軸１１０の回転速度を格納する。回転軸１１０の回転速度として、例えば制御部２９０が、回転パルスセンサ（角度センサ１３０）による回転数を算出する。
あるいは、異常検知装置２００が、回転軸１１０が定格速度で回転しているときのみ異常検知を行うなど、回転軸１１０が所定速度で回転しているときのみを対象とする場合は、異常発生位置データにおける「回転速度」欄は不要である。
【００４０】
軸振動センサ１２０毎の「回転角度」欄および「振動の大きさ」は、当該軸振動センサ１２０の振動ベクトルにおける回転角度および振動の大きさを格納する。
異常発生位置の「前後位置」欄および「周方向位置」欄は、回転軸１１０における異常発生位置を、回転軸１１０の軸方向の位置および周方向の位置にて格納する。回転軸１１０の軸方向（回転軸１１０の長手方向）を、回転軸１１０の前後方向とも称する。
【００４１】
記憶部２８０が記憶する異常発生位置データの取得方法は、特定の方法に限定されない。
例えば、記憶部２８０が、回転機械１００の保守点検時に得られる異常発生位置データを記憶するようにしてもよい。保守作業員は、回転機械１００の保守点検時に回転軸１１０の異常を検知すると、検知した異常の位置として、回転軸１１０の前後方向における位置および回転軸１１０の周方向における位置とを記録する。また、保守作業員は、保守点検から所定期間内の過去における回転軸１１０の回転速度および振動ベクトルの履歴を、異常検知装置２００の履歴データから読み出す。そして、保守作業員は、回転軸１１０の回転速度および振動ベクトルの履歴と、回転軸１１０の前後方向における異常発生位置データを生成し、記憶部２８０に記憶させる。回転機械１００の保守点検時に得られる異常発生位置データとして、異常検知対象の回転機械１００の保守点検時のデータに限らず同型の他の回転機械１００の保守点検時のデータも用いることができる。
【００４２】
あるいは、記憶部２８０が、同型の回転機械１００の実機試験による異常発生位置データを記憶するようにしてもよい。試験実施者は、試験対象の回転機械１００の回転軸１１０に例えばクラックまたは付着物等の異常を発生させ、異常発生位置を操作入力部２２０から入力する。そして、試験実施者は、回転軸１１０に異常が発生している状態で、回転機械１００を動作させて回転軸１１０を回転させる。異常検知装置２００では、制御部２９０が回転軸１１０の回転速度を算出し、差分ベクトル算出部２９３が差分ベクトルを算出する。そして、制御部２９０は、回転軸１１０の回転速度および差分ベクトルと、異常発生位置とを組み合わせて異常発生位置データを生成し、記憶部２８０に記憶させる。
あるいは、記憶部２８０が複数の方法の各々で得られた異常発生位置データを組み合わせた異常発生データ群を記憶するようにしてもよい。
【００４３】
図１２は、回転軸１１０における異常発生位置の表示例を示す図である。図１２の例で表示部２３０は、推定部２９４が推定した異常発生位置を、制御部２９０の制御に従って表示している。
表示部２３０は、回転軸１１０を水平方向、かつ、回転軸１１０の径方向（軸方向に対する直交方向）から見た側面図に、回転軸１１０の前後方向における故障発生位置を表示している。
【００４４】
次に、図１３および図１４を参照して、異常検知装置２００の動作について説明する。
図１３は、異常検知装置２００が振動ベクトル初期値を生成し記憶する処理手順の例を示すフローチャートである。異常検知装置２００は、回転機械１００が正常な状態（特に、回転軸１１０に異常が発生していない状態）で、例えば、振動ベクトル初期値の生成を指示するユーザ操作を受けると、図１３の処理を行う。
【００４５】
図１３の処理で、振動測定値取得部２９１が、回転軸１１０の回転数毎の振動測定値を取得する（ステップＳ１１）。振動測定値取得部２９１は、軸振動センサ１２０による回転軸１１０の振動の測定値と、角度センサ１３０による回転軸１１０の回転角度測定値とを対応付けて、回転軸１１０の回転角度毎の振動測定値を取得する。振動測定値取得部２９１は、軸振動センサ１２０毎に、回転軸１１０の回転角度毎の振動測定値を取得する。
【００４６】
次に、振動ベクトル算出部２９２は、振動測定値取得部２９１が取得した回転軸１１０の回転角度毎の振動測定値から、振動ベクトルを算出する（ステップＳ１２）。具体的には、振動ベクトル算出部２９２は、回転軸１１０の回転角度毎の振動測定値から振動の最大値、および、当該最大値となる回転軸１１０の回転角度を検出することで、振動ベクトルを算出する。
また、制御部２９０は、回転軸１１０の回転速度を算出する（ステップＳ１３）。具体的には、制御部２９０は、角度センサ１３０による回転軸１１０の回転角度測定値に基づいて、単位時間当たりの回転軸１１０の回転数を算出する。
【００４７】
そして、振動ベクトル算出部２９２は、ステップＳ１２で算出した振動ベクトルを振動ベクトル初期値として記憶部２８０に記憶させる（ステップＳ１４）。
図６を参照して説明したように、振動ベクトル算出部２９２は、回転軸１１０の回転速度と軸振動センサ１２０毎の振動ベクトルとを含む振動ベクトル初期値データを記憶部２８０に記憶させる。
ステップＳ１４の後、図１３の処理を終了する。
【００４８】
異常検知装置２００が、例えば回転機械１００の昇速運転時に、回転軸１１０の回転速度の毎に、振動ベクトル初期値を算出し記憶するようにしてもよい。
あるいは、異常検知装置２００が、回転軸１１０が定格速度で回転しているときのみ異常検知を行うなど、回転軸１１０が所定速度で回転しているときのみを対象とする場合は、振動ベクトル初期値データにおける「回転速度」欄は不要である。この場合、記憶部２８０は、所定速度における振動ベクトル初期値データを記憶すればよい。
また、経年変化等により回転機械１００の正常時における振動ベクトルが変化した場合、異常検知装置２００が振動ベクトル初期値データを更新するようにしてもよい。例えば、定期点検にて回転機械１００が正常であることが確認されたタイミングで、異常検知装置２００が、振動ベクトル初期値の生成を指示するユーザ操作を受けて図１３の処理を行い、振動ベクトル初期値データを更新するようにしてもよい。
【００４９】
図１４は、異常検知装置２００が回転軸１１０における異常発生位置を推定する処理手順の例を示すフローチャートである。
たとえば異常検知装置２００は、異常検知を指示するユーザ操作を受けると、図１４の処理を行う。あるいは、異常検知装置２００が定期的に図１４の処理を行うなど、図１４の処理を自動的に行うようにしてもよい。
【００５０】
図１４のステップＳ２１〜Ｓ２３は、図１３のステップＳ１１〜Ｓ１３と同様である。
ステップＳ２３の後、差分ベクトル算出部２９３は、振動ベクトル初期値を取得する（ステップＳ２４）。具体的には、差分ベクトル算出部２９３は、ステップＳ２３で得られた回転軸１１０の回転数に応じた振動ベクトル初期値データを記憶部２８０から読み出す。
【００５１】
次に、差分ベクトル算出部２９３は、軸振動センサ１２０毎に差分ベクトルを算出する（ステップＳ２５）。具体的には差分ベクトル算出部２９３は、軸振動センサ１２０毎に、ステップＳ２２で得られた振動ベクトルから振動ベクトル初期値を減算する。
次に、推定部２９４は、回転軸１１０における異常の有無を判定する（ステップＳ２６）。例えば、推定部２９４は、各軸振動センサ１２０の振動ベクトルが示す振動の大きさのうち最大の値と、記憶部２８０が予め記憶している閾値とを比較する。振動の大きさが閾値より大きい場合、推定部２９４は、回転軸１１０における異常有りと判定する。一方、振動の大きさが閾値以下である場合、推定部２９４は、回転軸１１０における異常無しと判定する。
【００５２】
あるいは、推定部２９４が、差分ベクトルが示す振動の大きさに加えて、あるいは代えて、振動の大きさの変化量に基づいて回転軸１１０における異常の有無を判定するようにしてもよい。
例えば、記憶部２８０が、差分ベクトルの履歴を記憶しておく。推定部２９４は、軸振動センサ１２０毎に差分ベクトルの今回値から前回値を減算したベクトルの大きさを、振動の大きさの変化量として算出する。推定部２９４は、軸振動センサ１２０毎に算出した振動の大きさの変化量のうち最大の値と、記憶部２８０が予め記憶している閾値とを比較する。変化量が閾値より大きい場合、推定部２９４は、回転軸１１０における異常有りと判定する。一方、変化量が閾値以下である場合、推定部２９４は、差分ベクトルが示す振動の大きさに基づいて回転軸１１０における異常の有無を判定する。
【００５３】
ステップＳ２６で異常なしと判定した場合（ステップＳ２６：ＮＯ）、図１４の処理を終了する。
一方、ステップＳ２６で異常有りと判定した場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、推定部２９４は、回転軸１１０における異常発生位置を推定する（ステップＳ２７）。推定部２９４は、記憶部２８０が記憶している異常発生位置データのうち、ステップＳ２３で得られた回転速度およびステップＳ２５で得られた軸振動センサ１２０毎の差分ベクトルに最も近い異常発生位置データを選択する（検索する）。そして、推定部２９４は、得られた異常発生位置データから異常発生位置を読み出すことで異常発生位置を推定する。
【００５４】
次に、表示部２３０は、推定部２９４が推定した異常発生位置を、制御部２９０の制御に従って表示する（ステップＳ２８）。例えば、表示部２３０は、図１２の例のように、回転軸１１０の軸方向における異常発生位置、および、回転軸１１０の周方向における異常発生位置を表示する。
ステップＳ２８の後、図１４の処理を終了する。
【００５５】
以上のように、軸振動センサ１２０は、回転軸１１０の軸方向に離間した位置毎に、回転軸１１０の外周面に対し、回転軸１１０の径方向に離間して複数設けられている。振動測定値取得部２９１は、軸振動センサ１２０による回転軸１１０の振動の測定値を回転軸１１０の回転角度毎に取得する。振動ベクトル算出部２９２は、振動測定値取得部２９１が取得した振動の測定値に基づいて、回転軸１１０の振動が最大となる回転角度および振動の大きさを示す振動ベクトルを算出する。推定部２９４は、振動ベクトルの時間変化に基づいて、回転軸１１０の軸方向における異常発生位置を推定する。
【００５６】
異常検知装置２００によれば、回転軸１１０の軸方向における異常発生位置の推定値を得られる点で、回転機械１００の保守作業のための情報を得ることができる。
例えば、異常振動の検知により回転機械１００を停止させる前段階で、回転軸１１０の軸方向における異常発生位置を推定できれば、必要な交換部品を特定して用意できる可能性が有る。回転機械１００が蒸気タービンである場合、回転軸１１０の軸方向における異常発生位置を特定することで、何段目の翼に異常が発生したかを特定することができ、交換用の翼を予め用意し得る。
また、回転機械１００の保守作業時に保守作業員が、異常が発生したと推定される位置を把握していることで、異常をより早く発見でき、また、異常を見落とす可能性を低減できると期待される。
【００５７】
また、軸振動センサ１２０が回転軸１１０の周方向のうち複数の方向から回転軸１１０の振動を測定することで、振動の見落としを回避し得る。
仮に軸振動センサ１２０が回転軸１１０に対して水平方向にのみ設置されている場合、回転軸１１０が鉛直方にのみ振動すると、軸振動センサ１２０による振動測定値が大きくならず、異常検知装置２００が振動の大きさを過小評価する可能性が有る。これに対し、軸振動センサ１２０が回転軸１１０の周方向のうち複数の方向から回転軸１１０の振動を測定することで、回転軸１１０がいずれの方向に振動しても、少なくともいずれか１つの軸振動センサ１２０の振動測定値が大きくなり、異常検知装置２００が振動を検出し得る可能性が高くなる。
【００５８】
また、推定部２９４が、振動ベクトルの時間変化に基づいて異常発生位置を推定することで、正常時における振動の影響を除去して異常発生位置を推定することができ、この点で異常発生位置を高精度に推定できる。
ここで、回転機械１００の正常時においても回転軸１１０は振動している。この振動が異常発生位置の推定時に、振動測定値に対してオフセットとして作用すると、異常発生位置の推定精度が低下することが考えられる。これに対し、振動ベクトルの時間変化（例えば、差分ベクトル）では、正常時における振動の成分が除かれている。推定部２９４が、振動ベクトルの時間変化に基づいて異常発生位置を推定することで、上記のように、正常時における振動の影響を除去して異常発生位置を推定することができ、この点で異常発生位置を高精度に推定できる。
【００５９】
また、正常時における振動は、回転機械１００毎に異なることが考えられる。記憶部２８０が、同型の他の回転機械１００から得られた異常発生位置データを記憶している場合、推定部２９４が、振動ベクトルの時間変化をインデックスとして異常発生位置データを検索することで、回転機械１００毎の個体差の影響を排除して検索を行うことができる。この点で、推定部２９４は、高精度に異常発生位置を推定することができる。
【００６０】
また、軸振動センサ１２０は、回転軸１１０の互いに直交する径方向それぞれに設けられている。
これにより、回転軸１１０がいずれの方向に振動しても、少なくともいずれか１つの軸振動センサ１２０の振動測定値がより大きくなり、異常検知装置２００が振動を検出し得る可能性がより高くなる。
また、２つの軸振動センサ１２０それぞれの振動ベクトルの位相合わせを比較的容易に行い得る。ここでいう振動ベクトルの位相合わせは、図１０のように、回転軸１１０の回転角度の座標を揃えることである。
【００６１】
また、推定部２９４は、振動ベクトルの時間変化に加えて、回転軸１１０の回転速度に基づいて、回転軸１１０の軸方向における異常発生位置を推定する。
回転軸１１０の回転速度が変化すると振動ベクトルも変化し得る。推定部２９４が、振動ベクトルの時間変化に加えて、回転軸１１０の回転速度に基づいて、回転軸１１０の軸方向における異常発生位置を推定することで、異常発生位置をより高精度に推定し得る。
【００６２】
＜第二実施形態＞
図１５は、本発明の第二実施形態に係る回転機械システムの機能構成を示す概略ブロック図である。図１５に示すように、回転機械システム２は、回転機械１００と、差分ベクトル表示装置３００とを備える。
回転機械１００は、回転軸１１０と、軸振動センサ１２０と、角度センサ１３０とを備える。差分ベクトル表示装置３００は、通信部２１０と、操作入力部２２０と、表示部２３０と、記憶部２８０と、制御部２９０とを備える。制御部２９０は、振動測定値取得部２９１と、振動ベクトル算出部２９２と、差分ベクトル算出部２９３とを備える。
【００６３】
図１５の各部のうち図１の各部に対応して同様の機能を有する部分には同一の符号（１００、１１０、１２０、１３０、２１０、２２０、２３０、２８０、２９０、２９１、２９２、２９３）を付して説明を省略する。
図１５に示す回転機械システム２は、異常検知装置２００に代えて差分ベクトル表示装置３００を備えている点で、図１に示す回転機械システム１の場合と異なる。差分ベクトル表示装置３００は、推定部２９４を備えていない点で、異常検知装置２００の場合と異なる。それ以外の点では、回転機械システム２は回転機械システム１と同様である。
【００６４】
異常検知装置２００が異常発生位置の推定結果を表示するのに対し、差分ベクトル表示装置３００は、差分ベクトルを表示する。差分ベクトル表示装置３００の表示部２３０は、例えば図１０の例のように軸振動センサ１２０毎の差分ベクトルを、制御部２９０の制御に従って表示する。
表示部２３０が差分ベクトルを表示することで、差分ベクトル表示装置３００のユーザ（例えば、回転機械１００の管理者）は、回転軸１１０における振動の位相および大きさを把握することができ、回転軸１１０における異常発生位置を推定するための参考とすることができる。
【００６５】
次に、図１６を参照して差分ベクトル表示装置３００の動作について説明する。
図１６は、差分ベクトル表示装置３００が差分ベクトルを算出し表示する処理手順の例を示すフローチャートである。
図１６のステップＳ３１〜Ｓ３５は、図１４のステップＳ２１〜Ｓ２５と同様である。
ステップＳ３５の後、表示部２３０は、ステップＳ３５で軸振動センサ１２０毎に得られた差分ベクトルを、制御部２９０の制御に従って表示する（ステップＳ３６）。
ステップＳ３６の後、図１６の処理を終了する。
【００６６】
以上のように、軸振動センサ１２０は、回転軸１１０の軸方向に離間した位置毎に、回転軸１１０の外周面に対し、回転軸１１０の径方向に離間して複数設けられている。振動測定値取得部２９１は、軸振動センサ１２０による回転軸１１０の振動の測定値を回転軸１１０の回転角度毎に取得する。振動ベクトル算出部２９２は、振動測定値取得部２９１が取得した振動の測定値に基づいて、回転軸１１０の振動が最大となる回転角度および振動の大きさを示す振動ベクトルを算出する。差分ベクトル算出部２９３は、振動ベクトルの時間変化を示す差分ベクトルを算出する。表示部２３０は、差分ベクトルを表示する。
表示部２３０が差分ベクトルを表示することで、差分ベクトル表示装置３００のユーザ（例えば、回転機械１００の管理者）は、回転軸１１０における振動の位相および大きさを把握することができ、回転軸１１０における異常発生位置を推定するための参考とすることができる。
【００６７】
なお、制御部２９０の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することで各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【００６８】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
１、２  回転機械システム
１００  回転機械
１１０  回転軸
１２０  軸振動センサ
１２１  前側軸振動センサ
１２２  後側軸振動センサ
１３０  角度センサ
１４０  軸受
２００  異常検知装置
２１０  通信部
２２０  操作入力部
２３０  表示部
２８０  記憶部
２９０  制御部
２９１  振動測定値取得部
２９２  振動ベクトル算出部
２９３  差分ベクトル算出部
２９４  推定部
３００  差分ベクトル表示装置
【図１】
2019113364.tif 000003
【図２】
2019113364.tif 000004
【図３】
2019113364.tif 000005
【図４】
2019113364.tif 000006
【図５】
2019113364.tif 000007
【図６】
2019113364.tif 000008
【図７】
2019113364.tif 000009
【図８】
2019113364.tif 000010
【図９】
2019113364.tif 000011
【図１０】
2019113364.tif 000012
【図１１】
2019113364.tif 000013
【図１２】
2019113364.tif 000014
【図１３】
2019113364.tif 000015
【図１４】
2019113364.tif 000016
【図１５】
2019113364.tif 000017
【図１６】
2019113364.tif 000018