(57)【要約】      （修正有）【課題】運転条件の変化による軸振動の変化、あるいは季節的要因による軸振動の変化と回転機械の異常による軸振動の増加とが区別でき、異常要因を特定することができる信頼性の高い回転機械の軸振動監視診断装置を提供する。【解決手段】回転機械の回転数やプラントの負荷状態を判定し、これに基づいて軸振動異常検知用判定値、振動状態判定用判定値、プロセス状態判定用判定値を取り出し、プラントの振動やプロセス値を計測したデータと比較し、異常軸振動を監視診断する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械の軸受部に設置された回転軸の軸振動を計測する軸振動検出器より入力した軸振動信号からその軸振動の最大振幅値と回転数に応じた軸振動の振幅値、位相角を演算し、また各種センサから入力したプロセス信号からプロセス値を演算し、内部メモリに記憶更新していく軸振動プロセス計測器と、前記回転軸の回転数および負荷状態を判定する回転数・負荷状態判定手段と、前記軸振動プロセス計測器に対し測定データの伝送要求を出すデータ伝送要求手段と、前記軸振動プロセス計測器より送信されるデータを読み込む伝送データ入力手段と、前記回転数・負荷状態判定手段により判定されたプラントの状態に応じて前記伝送データ入力手段により読み込んだデータを編集し保存するデータ格納手段と、前記伝送データ入力手段の出力と前記回転数・負荷状態判定手段により判定されたプラント状態に応じた軸振動異常検知用判定値とを比較する軸振動異常判定手段と、前記伝送データ入力手段の出力と前記回転数・負荷状態判定手段により判定されたプラント状態に応じた軸振動状態判定用判定値とを比較し状態を判定する軸振動状態判定手段と、前記伝送データ入力手段の出力と前記回転数・負荷状態判定手段により判定されたプラント状態に応じたプロセス状態判定用判定値とを比較し状態を判定するプロセス状態判定手段と、前記軸振動状態判定手段とプロセス状態判定手段の出力により異常軸振動の原因を特定する異常軸振動診断手段と、前記異常軸振動診断手段の出力に応じガイダンス格納領域から対応するガイダンスを引き出すガイダンス取り出し手段と、からなることを特徴とする回転機械の軸振動監視診断装置。
【請求項２】
データ保存領域に保存された軸振動データを軸振動異常検知用判定値に設定することができることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の軸振動監視診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子発電力プラントや火力発電プラントなどの大規模プラントに設置されるタービンや発電機等の大型回転機械の軸振動を監視し、故障診断を行う回転機械の軸振動監視診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、原子力発電プラントや火力発電プラントなどの大規模プラントに設置されているタービンや発電機等の大型回転機械に、運転中何らかの異常が発生した場合、その異常現象の大部分は、回転軸の軸振動の変化として現われる。
【０００３】
そこで運転中の回転機械の軸振動変化を監視することは大型回転機械の重大な故障の発生や、重大な事故の発生を未然に防ぐための診断技術として重要な機能を果たしている。
【０００４】
実際に行われている監視診断の技術としては、回転機械の各軸受部に発生する軸振動の振幅の大きさや、時間に対する振幅の変化率を検出するとともに、警報値あるいは自動トリップ値を設定し、軸振動の検出値がそれらの制限値に達した場合運転を停止させる、いわゆる軸振動値による運転制限を行っている。
【０００５】
また、記録装置による軸振動の連続的な記録や、表示装置による運転員とのインターフェイスを行い、現状の監視だけではなく、今後の予測傾向の監視も行っている。
さらに、軸振動変化の周波数解析処理を行ない、より監視機能の向上も図るようにしている。
【０００６】
従来の回転機械の軸振動監視診断装置の一例を図６に示す。図６において、タービンや発電機など大型の回転機械１の回転軸を支える軸受部２に、各回転軸の軸振動を検出する軸振動検出器３や、回転軸の回転数を検出する回転計４などを設けたり、また各軸受部２で軸振動の位相を検出する基準となる位相基準パルス検出器５を設置したり、発電機出力や蒸気温度、圧力、軸受温度、給油圧力等のプラントの運転状態を示す各種プロセス信号を検出するための各種センサ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ…を設置したりしている。これらにより検出された信号は、プラントの運転制御を行う中央操作盤７内の運転監視装置８や軸振動監視装置９で常時チェックされるとともに、所定の制限値を超えた場合には警報信号１０や自動トリップ信号１１を出力して運転制限をかけたり、また警報装置や各種信号を記録する記録計に出力するようにしている。
【０００７】
このような構成による従来の回転機械の軸振動監視診断装置では、警報信号１０の発令や自動トリップ信号１１の出力などにつながるのプラント異常に対しては、軸振動の値や各種プロセス信号の値、あるいはその傾向記録をもとに、運転員や技術員等が経験や専門知識に基づいて、原因推定や運転に関する判断が行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
タービンや発電機などの大型回転機械は、電力需要に応じて種々の負荷条件で運転されるが、正常時であっても回転軸の軸振動値は負荷条件や回転数等の運転条件によって大きく変化する。
【０００９】
このため、上記従来例のように、単なる軸振動値を測定し、この大きさの変化のみを監視するだけでは、運転条件の変化による軸振動値の変化なのか、異常の発生および劣化の進行に伴う軸振動値の増加なのかを識別することが非常に難しく、監視装置としての信頼性が低い。このため回転機械の異常の検知が遅れる心配があるといった問題点があった。また、単なる軸振動値の測定とセンサによるプロセス信号の検出と言う監視手段のため、異常原因の特定が難しかった。
【００１０】
一方回転軸の軸振動は、季節的な要因によっても変化するため、単なる軸振動値を測定し、この大きさの変化のみを監視するだけでは、季節的要因による軸振動値の変化なのか、異常の発生および劣化の進行に伴う軸振動値の増加なのかを識別することが非常に難しく信頼性が低かった。このため回転機械の異常の検知が遅れる心配があったり、異常の誤検知や、実際に異常が発生してもこれを検知できないといった問題点があった。
【００１１】
また、運転条件の変化による軸振動値の変化や、季節的な要因による軸振動値の変化に応じた判定値を適切に設定しておくことも考えられる。しかし、そのためには運転状態に応じた軸振動判定値を的確に把握し設定しておく必要があり、このためには異常検知用判定値算出のために軸振動データの蓄積と異常検知用判定値の設定に多大の労力と時間を要するという問題があった。
【００１２】
本発明は以上の課題を解決し、運転条件の変化による軸振動の変化、あるいは季節的要因による軸振動の変化と回転機械の異常による軸振動の増加とが区別でき、異常要因を特定することができる信頼性の高い回転機械の軸振動監視診断装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載された回転機械の振動監視診断装置は、回転機械の軸受部に設置された回転軸の軸振動を計測する軸振動検出器より入力した軸振動信号からその軸振動の最大振幅値と回転数に応じた軸振動の振幅値、位相角を演算し、また各種センサから入力したプロセス信号からプロセス値を演算し、内部メモリに記憶更新していく軸振動プロセス計測器と、前記回転軸の回転数および負荷状態を判定する回転数・負荷状態判定手段と、前記軸振動プロセス計測器に対し測定データの伝送要求を出すデータ伝送要求手段と、前記軸振動プロセス計測器より送信されるデータを読み込む伝送データ入力手段と、前記回転数・負荷状態判定手段により判定されたプラントの状態に応じて前記伝送データ入力手段により読み込んだデータを編集し保存するデータ格納手段と、前記伝送データ入力手段の出力と前記回転数・負荷状態判定手段により判定されたプラント状態に応じた軸振動異常検知用判定値とを比較する軸振動異常判定手段と、前記伝送データ入力手段の出力と前記回転数・負荷状態判定手段により判定されたプラント状態に応じた軸振動状態判定用判定値とを比較し状態を判定する軸振動状態判定手段と、前記伝送データ入力手段の出力と前記回転数・負荷状態判定手段により判定されたプラント状態に応じたプロセス状態判定用判定値とを比較し状態を判定するプロセス状態判定手段と、前記軸振動状態判定手段とプロセス状態判定手段の出力により異常軸振動の原因を特定する異常軸振動診断手段と、前記異常軸振動診断手段の出力に応じガイダンス格納領域から対応するガイダンスを引き出すガイダンス取り出し手段と、からなることを特徴とする。
【００１４】
これにより、プラントの起動から常時オンラインで回転機械の軸振動を監視し、プラントの回転数あるいは負荷の状態に応じて異常判定値を切り替えることにより、早期に振動異常を捉え、異常原因を提供するものである。
また、異常原因に対応した運転対応操作ガイダンスに提供することを併せ持つことを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の回転機械の軸振動監視診断装置は、履歴データ保存領域に保存された軸振動データを軸振動異常検知用判定値に設定することを特徴とする。これにより通常時の振動データを振動異常検知用判定値として利用することが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の第１の実施の形態を図１および図６を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態による回転機械の軸振動監視診断装置の構成を示す機能ブロック図である。
【００１７】
図１および図６において、２０は回転機械１の軸受部２に設置された回転軸の軸振動を検出する軸振動検出器３より入力した軸振動信号３Ｓからその軸振動の最大振幅値と回転数に応じた軸振動の振幅値、および位相角を演算し、また各種センサから入力したプロセス信号からプロセス値を演算し、内部メモリに記憶更新していく軸振動プロセス計測器、２１は前記回転軸の回転数および負荷状態を判定する回転数・負荷状態判定手段、２２は前記軸振動プロセス計測器２０に対し測定データの伝送要求を出すデータ伝送要求手段、２３は前記軸振動プロセス計測器２０より送信されるデータを読み込む伝送データ入力手段、２４は前記回転数・負荷状態判定手段２１により判定されたプラントの状態に応じて前記伝送データ入力手段２３により読み込んだデータを編集し履歴データ保存領域２４Ａに保存するデータ格納手段、２５は回転数・負荷状態毎に軸振動の異常検知用判定値を軸振動異常検知用判定値格納領域２５Ａに格納する軸振動異常検知用判定値格納手段、２６は前記回転数・負荷状態判定手段２１により判定されたプラント状態に応じて軸振動異常検知用判定値を前記軸振動異常検知用判定値格納領域２５Ａから読み込む軸振動異常検知用判定値取出手段、２７は前記軸振動異常検知用判定値取出手段２６から取り出した判定値と前記伝送データ入力手段２３の出力を比較する軸振動異常判定手段、２８は前記伝送データ入力手段２３から取り込んだ軸振動の状態変化を演算する軸振動状態演算手段、２９は前記伝送データ入力手段２３から取り込んだプロセスの状態変化を演算するプロセス状態演算手段、３０は回転数・負荷状態毎に軸振動の状態判定用判定値を軸振動状態判定値格納領域３０Ａに格納する軸振動状態判定用判定値格納手段、３１は回転数・負荷状態毎にプロセスの状態判定用判定値をプロセス状態判定値格納領域３１Ａに格納するプロセス状態判定用判定値格納手段、３２は前記回転数・負荷状態判定手段２１より判定されたプラント状態に応じて軸振動状態判定用判定値を前記軸振動状態判定用判定値格納領域３０Ａから読み込む軸振動状態判定用判定値取出手段、３３は前記回転数・負荷状態判定手段２１より判定されたプラント状態に応じてプロセス状態判定用判定値を前記プロセス状態判定用判定値格納領域３１Ａから読み込むプロセス状態判定用判定値取出手段、３４は前記軸振動状態判定用判定値取出手段３２から取り出した判定値と前記伝送データ入力手段２３から出力される軸振動値を比較し、状態を判定する軸振動状態判定手段、３５は前記プロセス状態判定用判定値取出手段３３から取り出した判定値と前記伝送データ入力手段から出力されるプロセス値を比較し、状態を判定するプロセス状態判定手段、３６は前記軸振動異常判定手段２７の出力を入力するとともに、前記軸振動状態判定手段３４とプロセス状態判定手段３５の出力により異常軸振動の原因を特定する異常軸振動診断手段、３７は前記異常軸振動診断手段３６の出力に応じガイダンス格納領域３７Ａから対応するガイダンスを引き出すガイダンス取出手段、３８は前記異常軸振動診断手段３６と前記ガイダンス取出手段３７の結果を表示する診断結果表示出力手段、３９は履歴データ保存領域２４Ａに格納されたデータを必要に応じて抽出する保存用データ抽出手段である。
【００１８】
このような本発明による回転電機の軸振動監視診断装置によれば、プラントの起動から常時オンラインでタービンや発電機などの回転軸の軸振動およびプラントの状態を軸振動プロセス計測器２０により監視計測する。必要により伝送データ要求手段２２からの要求により軸振動プロセス計測器２０から送信されるデータを伝送データ入力手段２３に読み込む。伝送データ入力手段２３に読み込まれたデータは回転数・負荷状態判定手段２１に送られ、回転軸の回転数や負荷の状態に応じて判定値を、軸振動異常検知用判定値、又は軸振動状態判定用判定値のいずれかに切り替える。切り替えられたそれぞれの判定値は軸振動異常判定手段２７、又は軸振動状態判定手段３６に送られ、伝送データ入力手段２３から送られてくるプラントのデータと比較される。この結果、プラントからのデータが判定値を超えていれば異常軸振動診断手段３６に信号が送られ、異常軸振動の原因を特定する。
【００１９】
それと同時に、ガイダンス取出手段３７より運転対応操作ガイダンスを取り出し、図５に示すように前記異常軸振動診断手段３６の結果と共に診断結果表示出力手段３８に表示する。これにより、早期に軸振動異常を捉え、異常原因を特定することができる。
また、ガイダンス取出手段より異常原因に対応した運転対応操作ガイダンスを提供することで異常状態に対する的確な対処が容易に行える。
【００２０】
また、回転軸の回転数や負荷の大きさに応じて経時的な軸振動値の変化を監視し、軸振動値に変化があった場合に正常範囲内の変化か否かを判断し、正常範囲内の場合は自動的に軸振動の異常判定値を切り替えることにより、異常判定値設定のためのデータ蓄積と設定のための労力が軽減できる。
【００２１】
さらにまた、本発明の回転機械の軸振動監視診断装置は、回転数・負荷状態判定手段２１によりプラントの状態を判定し、この判定結果に基づいて負荷の状態に応じたプロセス状態判定用判定値を呼び込み、測定された最新の軸振動データはプロセス状態判定手段３５によりプロセス状態に応じたプロセス状態判定用判定値と比較され、プロセスの状態を判定する。
【００２２】
このように回転軸の回転数や負荷の大きさに応じて、軸振動異常検知用判定値と軸振動状態判定用判定値を切り替えることにより、精度の高い異常判定と原因の特定が可能となる。
【００２３】
また、回転機械の軸振動監視診断装置は、履歴データ保存領域２４Ａに保存された軸振動データを軸振動異常検知用判定値に設定することができるもので、これにより通常時の軸振動データを軸振動異常検知用判定値として利用することが可能である。
【００２４】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。図２、３、４は軸振動監視診断装置の軸振動異常検知用判定値の選択、設定方式を示す図である。
図２に示すように、プラントの起動時にプラント起動時の監視用に、履歴データ保存領域２４Ａに保存された図２（ａ）に示す起動軸振動履歴データ４０から保存用データ抽出手段３９によって図２（ｂ）に示す軸振動異常検知用判定値４１を、又図３に示すように、プラント停止時の監視用に、図３（ａ）に示す停止軸振動履歴データ４２から図３（ｂ）に示す軸振動異常検知用判定値４３を選択、設定しておく。
【００２５】
また、図４に示すように、定格回転数到達後の監視用に、軸振動履歴データからプラント負荷帯毎に軸振動異常検知用判定値４４を選択、設定しておくことが可能である。
【００２６】
また、本実施の形態では、図２（ｃ）、図３（ｃ）に示すように起動・停止時は振動起動または停止履歴データに偏差を加えた値を軸振動異常検知用判定値とすることもできる。負荷運転時は、図４（ｂ）に示すように、負荷帯毎の振動の平均値に偏差を加えた値を軸振動異常検知用判定値としてもよい。
【００２７】
これにより、プラント状態に対応した適切な軸振動異常検知用判定値を用いることができるようになり、プラント通常時の軸振動状態を考慮した精度の高い軸振動異常検知を行うことができる。
【００２８】
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。例えば表１から表９に示すように、プラント状態１からプラント状態Ｋまでの各プラント状態毎に軸振動原因Ｃ１、Ｃ２…ＣＪと、軸振動状態Ｖ１、Ｖ２…Ｖｍ毎の変化の大きさとの相関の大きさを配点として定義しておく。同様にプラント状態毎に軸振動原因Ｃ１、Ｃ２…ＣＪとプロセス量Ｐ１、Ｐ２…Ｐｎ毎の変化の大きさとの相関の大きさを配点として定義しておく。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【表２】
2004169624.tif 000004
【００３１】
【表３】
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【００３２】
【表４】
2004169624.tif 000006
【００３３】
【表５】
2004169624.tif 000007
【００３４】
【表６】
2004169624.tif 000008
【００３５】
【表７】
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【００３６】
【表８】
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【００３７】
【表９】
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【００３８】
異常を検知した場合、その時の軸振動状態Ｖ１、Ｖ２…Ｖｍ毎の変化量とプロセス量Ｐ１、Ｐ２…Ｐｎ毎の変化量を求め、その時のプラント状態テーブルの該当部分の配点を合計して、各原因Ｃ１、Ｃ２…ＣＪの得点を算出する。
【００３９】
表１０から表１２に、軸振動異常検知時のプラント状態が２で、軸振動状態Ｖ１が変化Ｃ１２Ｖ１２、振動状態Ｖ２が変化Ｃ１２Ｖ２１、振動状態Ｖｍが変化Ｃ１２Ｖｍ３、プロセス量Ｐ１が変化Ｃ１２Ｐ１２、プロセス量Ｐ２が変化Ｃ１２Ｐ２４、プロセス量Ｐｎが変化Ｃ１２Ｐｎ３の場合の例を示す。
【００４０】
【表１０】
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【００４１】
【表１１】
2004169624.tif 000013
【００４２】
【表１２】
2004169624.tif 000014
【００４３】
この時の各原因Ｃ１〜ＣＪの得点は次のようになる。
得点Ｃ１＝配点Ｃ１２Ｖ１２＋配点Ｃ１２Ｖ２１＋・・＋配点Ｃ１２Ｖｍ３＋配点Ｃ１２Ｐ１２＋配点Ｃ１２Ｐ２４＋・・＋配点Ｃ１２Ｐｎ３
得点Ｃ２＝配点Ｃ２２Ｖ１２＋配点Ｃ２２Ｖ２１＋・・＋配点Ｃ２２Ｖｍ３＋配点Ｃ２２Ｐ１２＋配点Ｃ２２Ｐ２４＋・・＋配点Ｃ２２Ｐｎ３・・
得点ＣＪ＝配点ＣＪ２Ｖ１２＋配点ＣＪ２Ｖ２１＋・・＋配点ＣＪ２Ｖｍ３＋配点ＣＪ２Ｐ１２＋配点ＣＪ２Ｐ２４＋・・＋配点ＣＪ２Ｐｎ３
この結果、得点が一番大きな原因項目を第一原因とし、異常軸振動の原因を特定する。
【００４４】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、プラントの回転機械の軸振動監視診断に関し、異常兆候段階から検知、診断することができ、、運転条件の変化による軸振動の変化、あるいは季節的要因による軸振動の変化と回転機械の異常による軸振動の増加とが区別でき、異常要因を特定することができる信頼性の高い回転機械の軸振動監視診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転機械の軸振動監視診断装置の構成を示す機能ブロック図。
【図２】軸振動異常判定用判定値の設定方法を示す説明図。
【図３】軸振動異常判定用判定値の設定方法を示す説明図。
【図４】軸振動異常判定用判定値の設定方法を示す説明図。
【図５】診断結果表示出力手段を示す説明図。
【図６】従来の回転機械軸振動監視システムを示すブロック図。
【符号の説明】
１…回転機械、２…軸受部、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ…センサ、２０…振動プロセス計測器、２１…回転数・負荷状態判定手段、２２…データ伝送要求手段、２３…データ入力手段、２４…データ格納手段、２４Ａ…履歴データ保存領域、２５…軸振動異常検知用判定値格納手段、２５Ａ…軸振動異常検知用判定値格納領域、２６…軸振動異常検知用判定値取出手段、２７…軸振動異常判定手段、２８…軸振動状態演算手段、２９…プロセス状態演算手段、３０…振動状態判定用判定値格納手段、３０Ａ…軸振動状態判定値格納領域、３１…プロセス状態判定用判定値格納手段、３１Ａ…プロセス状態判定値格納領域、３２…軸振動状態判定用判定値取出手段、３３…プロセス状態判定用判定値取出手段、３４…軸振動状態判定手段、３５…プロセス状態判定手段、３６…異常軸振動診断手段、３７…ガイダンス取出手段、３８…診断結果表示出力手段、３９…保存用データ抽出手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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