(57)【要約】【課題】能動型磁気軸受を備えた遠心型流体機械において、軸振動系の安定性の状態監視に基づいて異常振動の兆候を事前に捉え、早期に異常を検出する。【解決手段】遠心圧縮機は、回転軸に羽根車が取り付けられて構成されたロータと、このロータを支承する能動型の磁気軸受と、この磁気軸受に対応して設けられロータの変位を検出するセンサと、能動型の磁気軸受を制御する制御装置と、この制御装置を制御する上位制御手段とを備える。そして、上位制御手段からの指令に基づいて予め定めた時間間隔で磁気軸受でロータを加振し、センサが検出した変位と上位制御手段からの指令とに基づいて軸振動応答および伝達関数を求め、求めた伝達関数から前回りモードと後ろ回りモードとを分離し、分離した２つのモードにおけるゲイン特性の最大値を算出し、得られたゲイン特性の最大値の時間変化を表示する。【選択図】図５
2012082803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に羽根車が取り付けられて構成されたロータと、このロータを支承する能動型の磁気軸受と、この磁気軸受に対応して設けられ前記ロータの変位を検出するセンサと、前記能動型の磁気軸受を制御する制御装置と、この制御装置を制御する上位制御手段とを備えた遠心圧縮機において、
前記制御装置は、前記上位制御手段からの指令に基づいて予め定めた時間間隔で前記磁気軸受で前記ロータを加振するとともに、前記センサが検出した変位と前記上位制御手段からの指令とに基づいて軸振動応答および伝達関数を求め、求めた伝達関数から前回りモードと後ろ回りモードとを分離し、分離した２つのモードにおけるゲイン特性の最大値を算出することを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記制御装置は、前記分離した２つのモードにおけるゲイン特性の最大値についての時間変化に基づいて前記ロータの安定性を監視することを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記前回りモードのゲイン特性と後ろ回りモードのゲイン特性のそれぞれの最大値を時間ごとに表示する表示手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記制御装置は、前記分離した２つのモードにおけるゲイン特性の最大値が予め定めた閾値を越えたら警報発報または機械の緊急停止の少なくともいずれかを実行することを特徴とする請求項２に記載の遠心圧縮機。
【請求項５】
回転軸に羽根車が取り付けられて構成されたロータと、このロータを支承する能動型の磁気軸受と、この磁気軸受に対応して設けられ前記ロータの変位を検出するセンサと、前記能動型の磁気軸受を制御する制御装置と、この制御装置を制御する上位制御手段とを備えた遠心圧縮機の運転監視方法において、
前記上位制御手段からの指令に基づいて予め定めた時間間隔で前記磁気軸受で前記ロータを加振するステップと、前記センサが検出した変位と前記上位制御手段からの指令とに基づいて軸振動応答および伝達関数を求めるステップと、求めた伝達関数から前回りモードと後ろ回りモードとを分離するステップと、分離した２つのモードにおけるゲイン特性の最大値を算出するステップと、得られたゲイン特性の最大値の時間変化を表示するステップとを含むことを特徴とする遠心圧縮機の運転監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心圧縮機およびその運転監視方法に係り、特に、各種ガスを取扱う能動型磁気軸受を備えた遠心圧縮機およびその運転監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油田や天然ガス、石油化学のプラントに使用される多段の遠心圧縮機には、流体をシールするために環状のシールが多用される。この種のシールを用いた流体機械では、シール部において漏れ流れによる不安定化力が発生し、軸系の安定性が影響をうける。この不安定化力が軸受による安定化力を上回るようになると、いわゆるシールホワールと呼ばれる自励振動が発生する。
【０００３】
流体機械の軸系の設計においては、シール部における不安定化力に対し、軸受が十分な安定化力を発揮できるように各部を構成する。しかしながら、運転条件の変化や経年変化により、設定した条件とは異なる条件で流体機械が運転されて、軸系の安定性が保たれなくなることもある。軸系が不安定になると、最悪の場合には、異常振動により機械が損傷するので、これまでは流体機械の状態を常時監視し、異常を早期に監視している。
【０００４】
このような、回転機械の状態監視の例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１では、機械振動をスペクトル分析して自動診断している。その際、異常現象の対象として、アンバランスやミスアライメント、軸受異常など、１２種類の異常を取り上げ、診断ルールを作成している。
【０００５】
また、回転機械の異常診断の他の例が、特許文献２に記載されている。この公報に記載の回転装置では異常振動の振れ回り方向と、振動の最大値とその方位を迅速に測定するために、測定されたＸ，Ｙ方向の振動成分を複素数合成振動成分に合成し、その後複素高速フーリエ変換して周波数ごとの振幅を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−６６６２６号公報
【特許文献２】特開２００３−１４５３７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】国際標準化機構、「国際規格ＩＳＯ１４８３９−３」
【非特許文献２】Ｂｅｎｔｌｙ  Ｒｏｔｏｒ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ、“ＯＲＢＩＴ”、１９９９  Ｆｉｒｓｔ  Ｑｔｒ．、ｐｐ．１７−２１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１および特許文献２に記載の異常検出方法では、回転機械に実際に発生する振動を測定し、その測定結果に基づいて異常を判断しているので、異常の兆候が顕著に現れないときには異常を知ることができない。つまり、回転体が振動現象を発生することを前提としている。一方、シール部の流体力に起因して発生する振動は自励振動であるので、回転系が不安定化した瞬間に振動が急激に増加し始める。そのため、異常事態の兆候を事前に把握するのが困難である。
【０００９】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、能動型磁気軸受を備えた遠心型流体機械において、軸振動系の安定性の状態監視に基づいて異常振動の兆候を事前に捉え、早期に異常を検出することにある。本発明の他の目的は、能動型磁気軸受を備えた遠心型流体機械において、異常発生を予知して安全に運転停止させ、信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成する本発明の特徴は、回転軸に羽根車が取り付けられて構成されたロータと、このロータを支承する能動型の磁気軸受と、この磁気軸受に対応して設けられ前記ロータの変位を検出するセンサと、前記能動型の磁気軸受を制御する制御装置と、この制御装置を制御する上位制御手段とを備えた遠心圧縮機において、前記制御装置は、前記上位制御手段からの指令に基づいて予め定めた時間間隔で前記磁気軸受で前記ロータを加振するとともに、前記センサが検出した変位と前記上位制御手段からの指令とに基づいて軸振動応答および伝達関数を求め、求めた伝達関数から前回りモードと後ろ回りモードとを分離し、分離した２つのモードにおけるゲイン特性の最大値を算出することにある。
【００１１】
そしてこの特徴において、制御装置は、前記分離した２つのモードにおけるゲイン特性の最大値についての時間変化に基づいて前記ロータの安定性を監視するのがよく、前記前回りモードのゲイン特性と後ろ回りモードのゲイン特性のそれぞれの最大値を時間ごとに表示する表示手段を設けることが好ましい。また、制御装置は、前記分離した２つのモードにおけるゲイン特性の最大値が予め定めた閾値を越えたら警報発報または機械の緊急停止の少なくともいずれかを実行するのがよい。
【００１２】
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、回転軸に羽根車が取り付けられて構成されたロータと、このロータを支承する能動型の磁気軸受と、この磁気軸受に対応して設けられ前記ロータの変位を検出するセンサと、前記能動型の磁気軸受を制御する制御装置と、この制御装置を制御する上位制御手段とを備えた遠心圧縮機の運転監視方法において、前記上位制御手段からの指令に基づいて予め定めた時間間隔で前記磁気軸受で前記ロータを加振するステップと、前記センサが検出した変位と前記上位制御手段からの指令とに基づいて軸振動応答および伝達関数を求めるステップと、求めた伝達関数から前回りモードと後ろ回りモードとを分離するステップと、分離した２つのモードにおけるゲイン特性の最大値を算出するステップと、得られたゲイン特性の最大値の時間変化を表示するステップとを含むことにある。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、磁気軸受を備えた遠心圧縮機において、運転中に磁気軸受を加振源として加振し、得られた振動変位から伝達関数の前回り振動と後ろ回り振動を分離するようにしたので、軸振動系の安定性の状態監視に基づいて異常振動の兆候を事前に捉えることができ、早期に異常を検出できる。また、異常発生を予知して安全に遠心圧縮機の運転を停止できるので、信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る多段遠心圧縮機の一実施例の主要部の模式図である。
【図２】図１に示した多段遠心圧縮機が有する磁気軸受の制御ブロック線図である。
【図３】感度関数を説明するためのグラフである。
【図４】安定性の監視を説明するためのグラフである。
【図５】安定性を監視する一実施例のフローチャートである。
【図６】本発明に係る多段遠心圧縮機の一実施例の主要部の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。図６に、本発明に係る多段遠心圧縮機５０の一実施例の要部縦断面図を示す。多段遠心圧縮機５０は、油田や天然ガス、石油化学のプラントに用いられる高圧用途の多段遠心圧縮機である。この図６では、ｎ段から構成される圧縮機５０の最終段羽根車３ｎとこの最終段羽根車３ｎの直前の段の羽根車３n-1の部分を示している。
【００１６】
多段遠心圧縮機５０では、回転軸１に、複数の遠心羽根車３ｎ、３n-1、…が固定して取り付けられている。各段の羽根車３ｎ、３n-1、…の下流側にはディフューザ６ｎ、６n-1、…部を経て戻り流路７n-1、７ｎ−２、…が形成されている。初段羽根車３１の上流側には、吸込み流路と吸込みノズルが設けられており、機外からガスを吸込むことができる。最終段羽根車３ｎの下流側は、ディフューザ６ｎ部を経て、吐出スクロール８、吐出ノズルと連接しており、吐出ノズルから機外へ圧縮されたガスが吐出される。
【００１７】
各段の羽根車３ｎ、３n-1、…は、側板３１ｎ、３１n-1、…と、心板３２ｎ、３２n-1、…と、側板３１ｎ、３１n-1、…と心板３２ｎ、３２n-1、…間に周方向に間隔を置いて配置された複数の羽根３３ｎ、３３n-1、…とを有している。側板３１ｎ、３１n-1、…の吸込み側外周部に対向して、リング状のラビリンスシールであるマウスシール２０ｎ、２０n-1が設けられている。また、各段の羽根車３ｎ、３n-1、…の背面側には、リング状のラビリンスシールであるステージシール２１n-1、…が、回転軸１に取り付けたスリーブ９n-1、…に対向して設けられている。マウスシール２０ｎ、２０n-1およびステージシール２１n-1、…は、羽根車３ｎ、３n-1、…および回転軸１を覆うように収容するケーシング５内部に取り付けられている。
【００１８】
最終段羽根車３ｎの背面側には、最終段羽根車３ｎから吐出された高圧のガスが、機外に漏れ出るのを防止するために、リング状のラビリンスシールであるバランスピストンシール２２が取り付けられている。このバランスピストンシール２２に対向する回転軸１側には、バランスピストン４が取り付けられている。
【００１９】
このように構成した多段遠心圧縮機５０では、外部から入力される駆動力により回転軸１が回転すると、回転軸１に固定された遠心羽根車（３１、３２）、…、３n-1、３ｎが連続的に流体を昇圧する（遠心羽根車３１、３２は図示せず）。遠心羽根車（３１、３２）、…、３n-1、３ｎで昇圧された流体は、遠心羽根車（３１、３２）、…、３n-1、３ｎの入り口側へ逆流しようとするので、各段のマウスシール（２０１、２０２）、…、２０n-1、２０ｎがその流れを制限する（マウスシール２０１、２０２は図示せず）。
【００２０】
多段遠心圧縮機５０では、段毎に流体圧力が増加するので、軸方向において段間に圧力差が発生する。昇圧されたガスが逆流する量をステージシール２１１、２１２、…、２１ｎ−１が制限する。また、最終段の遠心羽根車３ｎの背面に設けたバランスピストン４は、軸方向推力をバランスさせるように働く。最終段の遠心羽根車３ｎで昇圧されたガスが、このバランスピストンを越えて低圧部へ流れ出る量をバランスピストンシール２２が制限する。
【００２１】
バランスピストンシール２２に作用する圧力は、絶対圧力としても差圧としても、他のシール２０ｎ、２０n-1、…、２１ｎ、２１n-1、…に作用する圧力と比べて、最も大きい。遠心羽根車３ｎ、３n-1、…のまわりに配置されるこれらのシール２０１〜２２には、上述したようにラビリンスシールが多用される。ラビリンスシールは微小の漏れを許容するので、シール２０１〜２２を通過する流体が、回転軸１に不安定化力として作用し、系の安定性に影響を及ぼす。この不安定化力は、絶対圧力や差圧が最も大きいバランスピストンシール２２において顕著である。
【００２２】
次に、図１から図５を用いて、このシール２０１〜２２からの漏れガスに起因する不安定化力を早期に検出するシステムについて説明する。図１に、多段遠心圧縮機５０の回転軸と軸支持系を取り出して模式的に示す。また、図２に、詳細を後述する磁気軸受の制御ブロック線図を、図３に感度関数の測定例を、図４に安定性の傾向監視の例を、図５に安定性監視のフローチャートを示す。
【００２３】
図１において、多段遠心圧縮機５０では、回転軸１は外部から入力される駆動力によって回転される。回転軸１が回転すると、回転軸１に固定された遠心羽根車３１、３２、…は、ガスを順次昇圧する。遠心羽根車３１、３２、…は、回転軸１に多段に装着されて回転軸１と共に回転し、各段毎に流体を中心部側面から吸込み昇圧して外周から吐出するのは上述したとおりである。
【００２４】
回転軸１の両軸端付近には、能動型の磁気軸受２ａ、２ｂ、２ｃが配置されている。能動型の磁気軸受２ａ、２ｂ、２ｃは、回転軸１およびそれに取り付けられた遠心羽根車３１、３２、…を有するロータを、静止部に対して接触しないよう浮上支持する。磁気軸受２ａ、２ｂは、ラジアル方向を支承し、磁気軸受２ｃはアキシャル方向を支承する。回転軸１に対し互いに直交する２軸を、座標軸に設定する。左側の磁気軸受２ａでは、ｘ１軸およびｙ１軸を、右側の磁気軸受２ｂでは、ｘ２軸およびｙ２軸を設定する。さらに、スラスト磁気軸受２ｃに対しては、アキシャル方向のｚ軸を設定する。これら５軸が制御軸となり、ロータを支承する。
【００２５】
図２に、磁気軸受とその制御系をブロック図で示す。磁気軸受２ａ〜２ｃの制御系は、上記５制御軸に対応して、５個の変位センサ１０ａｘ、１０ａｙ、１０ｂｘ、１０ｂｙ、１０ｃと、各変位センサ１０ａｘ〜１０ｃに対応した５個の電磁石部（磁気軸受）２ａｘ、２ａｙ、２ｂｘ、２ｂｙ、２ｃと、これらをフィードバック制御する制御装置１１とを備えている。
【００２６】
すなわち、電磁石部（磁気軸受）２ａｘ〜２ｃは、回転軸１に嵌合された鉄心との間に空隙を有する一種の電磁石であり、コイル電流を変化させることで、空隙に働く磁気吸引力を調整することができる。変位センサ１０ａｘ〜１０ｃは、回転軸１の位置を測定する。制御装置１１は、測定された変位に基づいてコイル電流を計算する。回転軸１に圧縮機５０の内部を流通するガスによる流体力や不釣合い力などが作用して、回転軸１が中心位置からずれようとすると、回転軸１を元の中心位置に戻すように制御装置１１がフィードバック制御する。
【００２７】
このように構成した制御系（フィードバック制御系）の安定性は、フィードバック制御系に電気的な加振信号Ｅｘ１、Ｅｘ２、Ｅｙ１、Ｅｙ２、Ｅｚを印加し、この加振信号Ｅｘ１〜Ｅｚの印加により引き起こされる振動応答Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｙ１、Ｖｙ２、Ｖｚを測定すれば、判定できる。ここで、振動応答Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｙ１、Ｖｙ２、Ｖｚは、変位センサ１０ａｘ〜１０ｃの出力と加振信号Ｅｘ１、Ｅｘ２、Ｅｙ１、Ｅｙ２、Ｅｚとを、例えばオペアンプに入力して得られる。
【００２８】
フィードバック制御系の安定性を測定する方法や判定基準については、国際標準化機構が発行する国際規格ＩＳＯ１４８３９−３(非特許文献１)に詳しく書かれている。このＩＳＯ１４８３９−３規格においては、加振信号Ｅｘ１〜Ｅｚに対し、生起される振動応答Ｖｘ１〜Ｖｚを測定し、数１で示す複素数演算により、感度関数Ｇｓｘ１、Ｇｓｘ２、Ｇｓｙ１、Ｇｓｙ２、Ｇｓｚを求めている。
【００２９】
【数１】
2012082803.tif 000003
【００３０】
具体的には、三角関数を加振信号として用意し、安定性を把握したい振動モードが含まれるように周波数範囲を定め、ある周波数ステップで周波数を変更して、周波数ごとに（数１）を演算する。得られる感度関数Ｇｓｘ１〜Ｇｓｚは、周波数ごとにゲインと位相が並べられた表データとなる。この表データの中で、最大のゲインを求め、その値を安定性評価指標とする。国際規格ＩＳＯでは、安定性について４個のゾーンが定められており、得られた指標の大きさによってゾーンを判定する。
【００３１】
変位センサ１０ａｘ〜１０ｃの信号を用いて運転監視するときは、変位センサ１０ａｘ〜１０ｃの信号が振動値を表しているので、直接的に振動値の大小を監視することになる。そのため、振動値の急激な増加が検出されたときには、回転軸系（ロータ）は既に不安定化している。
【００３２】
つまり、異常検出後は猶予がない状態であり、瞬時に停止処理などを実行しなければならない。一方、感度関数Ｇｓｘ１〜Ｇｓｚは、一種の伝達関数であり、振動値の大小を表してはいない。伝達関数のゲインを用いて運転監視をすれば、回転軸系の安定性の劣化が検出されても、直ちに振動は増加しない。すなわち、予め定めた基準では不安定に至っておらず、直ちに振動も増加せず、異常振動発生までに時間的な猶予がある。したがって、シール部の流体力により回転軸系が不安定化する現象を把握するためには、振動値ではなく伝達関数に基づく安定性指標を運転監視に用いるのがよい。これにより、回転軸系を安全に運転できる。
【００３３】
ところで、回転軸系の固有振動モードには、前回りモードと後ろ回りモードがある。シール部の流体力により回転軸系が不安定化するときは、一般に１次の前回りモードが不安定化する。したがって、異常振動が発生したとき、その原因を探るには、前回りモードと後ろ回りモードに分離して分析することが有効である。（数１）から得られる感度関数Ｇｓｘ１〜Ｇｓｚは、回転軸１に対し互いに直交する２軸を座標軸として測定した値に基づいているので、前回りモードと後ろ回りモードは分離されていない。
【００３４】
上述したように、不安定化の原因を分析するためには、前回りモードと後ろ回りモードを分離する必要がある。この分離手法の例として、数２を用いる。
【００３５】
【数２】
2012082803.tif 000004
【００３６】
ここで、ｉは純虚数であり、感度関数Ｇｓｘ１ｙ１、Ｇｓｙ１ｘ１、Ｇｓｘ２ｙ２、Ｇｓｙ２ｘ２は、ｘ軸とｙ軸のクロス項である。感度関数のクロス項Ｇｓｘ１ｙ１〜Ｇｓｙ２ｘ２は、数３から求められる。
【００３７】
【数３】
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【００３８】
回転軸１がｘ軸からｙ軸方向に回転しているならば、（数２）におけるＧｓｆ１、Ｇｓｆ２は、前回りモードの感度関数である。そして、Ｇｓｂ１、Ｇｓｂ２は、後ろ回りモードの感度関数である。なお、アキシャル方向は回転系ではないので、前回りと後ろ回りの区別はない。
【００３９】
（数２）では、前回りモードと後ろ回りモードとを一種の座標変換を用いて分離したが、直接前回りモードと後ろ回りモードを加振により得ることもできる。(数２)を用いた直接加振する場合の例を、以下に説明する。ｘ１軸へ加振信号Ｅｘ１で加振することから始める。
【００４０】
加振信号Ｅｘ１に余弦関数を使用すると、Ｅｘ１＝Ａｃｏｓωｔとなる。ここで、Ａは加振入力の振幅、ωは加振角周波数、ｔは時間である。ｘ１軸を加振信号Ｅｘ１で加振しているときは、他の軸の加振信号Ｅｘ２、Ｅｙ１、Ｅｙ２、Ｅｚは零入力となる。このように１軸ずつ、加振信号Ｅｘ１〜Ｅｚを加振していく。
【００４１】
他の方法として、ｘ１軸の加振信号Ｅｘ１を、Ｅｘ１＝Ａｃｏｓωｔとしたときに、ｙ１軸に同時に加振信号Ｅｙ１を、Ｅｙ１＝Ａｓｉｎωｔで与える。このとき、他の軸の加振信号Ｅｘ２、Ｅｙ２、Ｅｚは、零入力である。ｘ軸とｙ軸が同時に加振されており、その位相差が９０度なので、振れ回り加振となる。これにより、前回りモードについてのデータが得られる。つぎに、振れ回りの方向を逆にする。つまり、Ｅｙ１＝Ａｓｉｎ（−ωｔ）＝−Ａｓｉｎωｔ、Ｅｘ１＝Ａｃｏｓ（−ωｔ）＝Ａｃｏｓωｔとする。これにより後ろ回りモードについてのデータが得られる。
【００４２】
このように、ｘ軸とｙ軸を同時に加振しその位相差を９０度とすれば、前回りモードと後ろ回りモードのデータを少ない加振回数で容易に得られる。前回りの加振では、回転軸系の固有振動モードの主に前回りモードが応答し、後ろ回りの加振では主に後ろ回りモードが応答する。そこで、振れ回り加振を実行したときの振動変位応答を測定する。
【００４３】
振動変位応答から前回りと後ろ回りを、周波数分析を用いて分離する。この方法は、フルスペクトラム分析と呼ばれ。Ｂｅｎｔｌｙ  Ｒｏｔｏｒ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社発行の“ＯＲＢＩＴ”（１９９９、１ｓｔ  Ｑｔｒ．、ｐｐ．１７−２１）(非特許文献２)に、詳細が記載されている。
【００４４】
前回り加振を実行したときには、フルスペクトラム分析で得られた前回り成分を伝達関数として採用する。同様に、後ろ回り加振を実行したときは、フルスペクトラム分析で得られた後ろ回り成分を伝達関数として採用する。これにより、前回りモードと後ろ回りモードを分離した伝達関数が得られる。
【００４５】
上記単軸加振および同時振れ回り加振いずれの方法を用いても、感度関数Ｇｓｆ１、Ｇｓｆ２、Ｇｓｂ１、Ｇｓｂ２として得られる結果は、理論的に同じである。図３に、感度関数Ｇｓｆ１、Ｇｓｆ２、Ｇｓｂ１、Ｇｓｂ２から得られ、詳細を後述するゲインを、グラフにして示す。周波数ごとに、前回りの感度関数Ｇｓｆ１、Ｇｓｆ２の中でゲインの大きい方を、前回りの代表感度関数Ｇｓｆと選定する。同様に、後ろ回りの感度関数Ｇｓｂ１、Ｇｓｂ２の中でゲインの大きい方を、後ろ回りの代表感度関数Ｇｓｂとする。図３では、これら２つの代表感度関数Ｇｓｆ、Ｇｓｂを示している。
【００４６】
前回りの代表感度関数Ｇｓｆの最大値をＹｆ、そのときの周波数をｆｆ、後ろ回りの代表感度関数Ｇｓｂの最大値をＹｂ、そのときの周波数をｆｂとすると、これら前回りゲイン最大値Ｙｆと後ろ回りゲイン最大値Ｙｂの時間変化を監視すれば、回転軸系の安定性の傾向監視が可能になる。そこで、所定時間、例えば１０分または３０分ごとに、ゲイン最大値Ｙｆ、Ｙｂを求めるために、回転軸系を磁気軸受２ａ〜２ｃを用いて加振する。そして上述した計測手法に従って得られた振動応答Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｙ１、Ｖｙ２、Ｖｚから、ゲイン最大値Ｙｆ、Ｙｂを求め、時間ごとの表データとして管理する。
【００４７】
本実施例では、（数１）および（数３）を用いて伝達関数を算出している。その際、安定性評価指標に、感度関数Ｇｓｘ１、Ｇｓｘ２、Ｇｓｙ１、Ｇｓｙ２、ＧｓｚやＧｓｘ１ｙ１、Ｇｓｙ１ｘ１、Ｇｓｘ２ｙ２、Ｇｓｙ２ｘ２を用いることを前提にしている。しかしながら、相補感度関数や他の種類の閉ループ伝達関数であっても、同様に前回りモードと後ろ回りモードに分離することが可能なので、これらを安定性の評価指標として用いることもできる。
【００４８】
図４に、ゲイン最大値Ｙｆ、Ｙｂの時間変化の一例を示す。シール２０１〜２２の不安定性に起因して、回転軸系の安定性が劣化すると、一般に前回りゲイン最大値Ｙｆが増大し、後ろ回りゲイン最大値Ｙｂが減少する。このように前回りモードと後ろ回りモードを分離して監視したので、異常の原因を捉えやすくなる。
【００４９】
以上から、磁気軸受を備えた遠心圧縮機の運転管理においては、予め定めた期間だけ、上記ゲイン最大値Ｙｆ、Ｙｂのデータを保持し、随時読み出してゲイン最大値Ｙｆ、Ｙｂの時間変化を表示できるようにする。そして、ゲイン最大値Ｙｆ、Ｙｂの変化傾向を監視すれば、安定性の傾向監視が可能になる。また、アラーム値とトリップ値(閾値)を設定し、ゲイン最大値Ｙｆ、Ｙｂがこのアラーム値やトリップ値を越えたら、警報を発報したり運転を停止する。このようなシーケンスを構築することにより、異常発生前に流体機械の損傷を防止できる。
【００５０】
以上説明した処理フローの一例を、図５に示す。各軸ｘ１〜ｚを、１軸ごとに加振する場合である。まず、タイマと加振軸の初期設定する（ステップ１８０）。５個の制御軸ｘ１〜ｚに、加振信号Ｅｘ１〜Ｅｚを順次印加する(ステップ１９０)。このとき、同時には１軸だけ加振し、それ以外の制御軸については、零入力とする。これにより、９個の伝達関数Ｇｓｘ１、Ｇｓｘ２、Ｇｓｙ１、Ｇｓｙ２、ＧｓｚやＧｓｘ１ｙ１、Ｇｓｙ１ｘ１、Ｇｓｘ２ｙ２、Ｇｓｙ２ｘ２が得られる(ステップ２１０)。５軸すべてが完了したか判断し（ステップ２２０）、５軸すべてが完了していなければ次の軸の加振に移る（ステップ２００）。
【００５１】
次に得られた伝達関数Ｇｓｘ１、Ｇｓｘ２、Ｇｓｙ１、Ｇｓｙ２、ＧｓｚやＧｓｘ１ｙ１、Ｇｓｙ１ｘ１、Ｇｓｘ２ｙ２、Ｇｓｙ２ｘ２に対し、前回りモードと後ろ回りモードを分離する(ステップ２３０)。前回りモードと後ろ回りモードに分離して得られた感度関数Ｇｓｆ１、Ｇｓｆ２、Ｇｓｂ１、Ｇｓｂ２から、前回り代表感度関数Ｇｓｆおよび後ろ回り代表感度関数Ｇｓｂを求める（ステップ２４０）。さらにこの代表感度関数Ｇｓｆ、Ｇｓｂからゲイン最大値Ｙｆ、Ｙｂを求める(ステップ２５０)。
【００５２】
ゲインの最大値が得られたら、予め定めた閾値と比較し（ステップ２６０）、必要に応じてアラーム発報やトリップ処理する(ステップ２７０)。次に、ゲインの最大値を保存する。それとともに、記憶手段に保持されたこれまでのデータと一緒に安定性の傾向を表示する(ステップ２８０)。所定時間（本実施例では１０分）が経過したか判断し（ステップ２９０）、以上のステップ１８０〜ステップ２９０までを繰り返す。これにより、回転軸系の安定性を常時管理できる。
【００５３】
以上説明したように、本実施例によれば磁気軸受を加振源として用い、変位センサを応答検出手段として利用したので、磁気軸受を搭載した遠心型流体機械で、定期的な加振が可能になる。その結果、応答結果を前回りモードと後ろ回りモードに分離して、回転軸系の変位が過大になる前に、伝達関数レベルで異常を検出できるので、早期の以上検出が可能になる。また、回転軸系の損傷を防止でき、回転軸系の信頼性が向上する。なお、上記磁気軸受による加振においては、その加振力は、磁気軸受が回転系を安定保持するための制御力である保持力の数％程度であるので、加振により回転系に不安定を生じるおそれは無視できる。
【符号の説明】
【００５４】
１…回転軸、２ａ…ラジアル磁気軸受（カップリング側）、２ｂ…ラジアル磁気軸受（反カップリング側）、２ｃ…アキシャル磁気軸受、３１、３２、…、３n-1、３ｎ…遠心羽根車、４…バランスピストン、１０ａ…ラジアル変位センサ（カップリング側）、１０ｂ…ラジアル変位センサ（反カップリング側）、１０ｃ…アキシャル変位センサ、１１…制御装置、２０n-1…最終段前段のマウスシール、２０ｎ…最終段のマウスシール、２１…ステージシール、２２…バランスピストンシール、５０…遠心圧縮機。
【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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