JPH04131717A - 回転機械の振動監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 口発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、回転機械の振動監視装置に係わり、特に起動
、停止が頻繁に行われる火力発電プラントのタービンの
振動を監視するに好適な回転機械の振動監視装置に関す
る。

（従来の技術） 例えば、火力発電プラント等で使用される蒸気等のター
ビンを安全に運転するにあたって、特に起動、停止時に
おけるタービンの振動、熱応力およびケーシングとロー
タとの伸び差が重要なポイントとしてあげられる。

ところで、最近のように火力発電プラントの運用が中間
負荷に適用されている現状では、ＷＳＳ　（Ｗｅｅｋｌ
ｙ　５ｔａｒｔ　５ｔｏｐ）またはＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ
　５ｔａｒｔ　５ｔｏｐ）を行う場合が非常に多くなっ
てきた。このため、従来よりも増してタービンの振動に
関する監視が重要視されるに至った。

従来、タービンの振動の監視に関しては、記録計による
監視または計算機によるタービンの振動振幅および変化
率の監視が行われていた。この計算機による監視では、
従来、振動を検出し警報出力およびトリップ出力を行う
保護ロジックによる監視機能が中心であった。

しかし、最近になって上記のように中間負荷での運用の
増加に伴い監視機能の強化がさらに求められていた。こ
のため、タービン調整完了時または任意のタービン起動
時の回転数に対するタービンの振動振幅の特性データを
計算機内に記憶しておいて、通常の起動時に実際のター
ビンの振動振幅と同時にＣＲＴ表示装置に重ね合わせて
表示する方法がとられていた。

以下、この種のタービン振動監視装置の代表的従来例を
説明する。

第５図はタービンの振動振幅、回転数および温度の計測
点を示す各センサの配置図である。

図に示すように、高中圧タービン１、低圧タービン２お
よび発電機３は一本のロータ１２で連結されており、こ
れ・らの各機器の前後には、振動振幅のセンサ４〜９が
配置されている。また、発電機３側のロータ１２の端に
はタービン回転数センサ１０が配置されている。さらに
、高中圧タービン】にはメタル温度センサ１１が配置さ
れている。

これらの各センサからの振動振幅、回転数および温度の
各信号は後に説明する計算機に入力され、タービンの振
動監視のためのデータとされる。

第６図は従来例を示すタービン振動監視装置のシステム
ブロック構成図である。

ここで、各センサは第５図で説明したように配置されて
いる。

このタービン振動監視装置では、プロセス入力装置６１
が、センサからのタービン回転数、振動振幅値などの入
力信号を人力する。このプロセス入力装置６１から計算
機６２に入力されたプロセス入力信号は、入力チエツク
などを行う入力処理部６３を経てタービン起動時の振動
特性データを演算処理する演算処理部６４に入力される
。

演算処理部６４では後に説明するように振動特性データ
を演算処理する。この演算処理部６４の演算処理結果は
テーブル化された振動特性データとして特性データ記憶
部６５に記憶される。

監視処理部６６は、ＣＲＴ表示装置６７上から運転員に
より指定された過去の振動特性データおよび現時点のタ
ービン起動時の振動特性データを特性データ記憶部６５
のデータに基づいてＣＲＴ表示装置６７に表示を要求す
る。

ＣＲＴ表示装置６７は上記運転員の指定により監視処理
部６６から表示を要求された振動特性データを表示する
。

次に、上記した特性データ記憶部６５に記憶される振動
特性データの作成処理について説明する。

ところで１回転数と振動振幅はいずれも時間関数として
計算機６２に取り込まれるので測定値より独立変数であ
る時間を消去し、回転数と振動振幅との関係を求める必
要がある。このため、振動特性データは、全振動計測点
（軸受）に対応してタービン起動時の日付けと、各回転
数領域ｎ（例えば、各回転数領域ｎを３０ｒｐｍとして
、定格回転数が３００（１ｒｐｍ近くとすれ・ば、回転
数領域は、Ｏ〜２９．３０〜５９゜−、２９７０〜２９
９９．３０００〜３０２９ｒｐｍの分割されたものとな
る）と、その回転数領域内の最大の振動振幅値とで構成
している。

第７図は振動特性データの作成処理手順を示すプログラ
ムチャートである。

まず、ステップ２１ではタービン起動時の日付を記憶す
る７次に、ステップ２２ではタービン回転数を取込み、
ステップ２３ではこの取込んだ回転数が回転数領域の何
番目に対応するかを回転数／ｎによる演算により求める
。続いて、ステップ２４に移行して各計測点の振動振幅
データを取り込み、この振動振幅データがステップ２５
では対応する回転数領域内で最大値かどうかを判断する
。

この結果、最大と判断した場合は、ステップ２６に進み
、このステップ２６でその回転数領域に対する最大振動
振幅値として記憶し、次のステップ２７に進む。

一方、ステップ２５で振動振幅データがその回転数領域
内の最大値でないと判断された場合には。

ステップ２６をジャンプしてステップ２７に進む。

ステップ２７では全計測点においてステップ２４〜２６
まで処理が終了したか否か判断する。終了していない場
合はステップ２４に戻り、各計測点についての以上のよ
うな処理を繰り返す。

この処理の終了により回転数領域に対応する最大振動振
幅がすべて記憶されると、ステップ２８に進む。ステッ
プ２８ではタービン回転数が定格値に到達したのち規定
時間を経過したか否かを判断する。上記規定時間を経過
していない場合はステップ２２へ戻って再び回転数を取
り込み、上記したと同様の処理を繰り返す。

以上の処理により振動特性データは作成され特性データ
記憶部６５に記憶される。

第８図は、上記により作成した振動特性データをＣＲＴ
装置６７の画面に表示した例を示す。

この図では、現時点のタービン起動時と過去の振動特性
データが対比して表示されており、横軸をタービン回転
数、縦軸を振動振幅値として２次元曲線で重ね合わせ表
示がされている。

第８図に示す表示をＣＲＴ表示装置６７の画面上に表示
させるためには、まず、タービン超勤時、運転員がＣＲ
Ｔ表示装置１６７上からタービン回転数−振動振幅曲線
の表示命令の選択をする。そして、比較、したい過去の
タービン起動の日付と振動計測点（軸受）を指定する。

これにより、指定された過去のタービン起動時の特性デ
ータの指定された軸受の曲線Ｃ１が表示される。これは
、監視処理部６６が特性データ記憶部６５より指定され
た振動特性データを取り出し、回転数と振動振幅値の関
係を２次元プロットに基づいて補間表示したものである
。

その後、現時点の振動振幅値の実測値曲線Ｃ２が表示さ
れる。この曲線Ｃ２は曲線Ｃ１と同様に監視処理部６６
が特性データ記憶部６５より現時点のタービン起動時の
振動特性データを取り出し、回転数と振動振幅値の関係
を２次元プロットに基づいて補間表示したものである。

従って、この現時点の実測値Ｃ２は、タービン回転数が
上昇するに従って曲線が描かれてくる。

このような現時点の実測値の振動特性データと過去の参
考となる振動特性データとの重ね合わせ表示は、タービ
ン起動時に運転員より監視される。

そして、運転員がその重なり具合、特性波形の相違等か
らタービンの振動異常を推測してタービンに何らかの異
常が発生していると判断していた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のタービン振動監視装置はタービン
を起動させて、ＣＲＴ表示装置の画面の波形から運転員
が長年の経験に基づいて、タービンに何らかの異常が発
生したことを推測していたため、最悪の場合には、安全
上タービンをトリップさせるしか方法がなかった。つま
り、事前にタービン振動の異常の前兆を早期に診断し、
タービン事故の発生を未然に防止することができなかっ
た。

そこで、本発明は、上記した問題を解決し、事前にター
ビン等の回転機械の回転軸振動における異常の傾向を適
確に把握して、事故の発生を未然に防止することかでき
る回転機械の振動監視装置を提供することを目的とする
。

［発明の構・成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、回転機械の起動ごとにタービン起動時から定
格出力に至るまでの回転機械の回転数および振動の振幅
値を取り込み、この回転機械の回転数および振動の振幅
値に基づいて回転機械の起動から定格出力までの全回転
数領域を分割して所定数の各回転数領域を算出し、かつ
この各回転数領域ごとの振動の振幅値を算出する。そし
て、この結果を回転数と振幅値との関係を表す振動特性
データとしてこれを記憶する。この記憶された振動特性
データを過去から現在までの所定期間ごとにまとめて平
均化しこの結果を経時データとしてこれを記憶する。そ
して、この記憶された経時データを適宜読出し表示する
ようにしたものである。

（作用） 上記の構成で、過去から現在までの経時データが得られ
、事前に回転機械の振動における異常の傾向を適確に把
握できることから、回転機械の事故の発生を未然に防止
することができる。

（実施例） 次に、本発明の一実施例を図面に沿って説明する。

第１図は、本発明に係る一実施例によるタービン振動監
視装置を示すシステム構成ブロック図である。

第１図において、第６図の従来例と同一機能または相当
機能のブロックには、同一符号を付け、既に説明した個
所は、説明を省略する。

第１図の構成で第６図と異なる点は、経時データを作成
する機能と、これを記憶する経時データ記憶部６８を設
けた点である。

即ち、ＣＲ７表示装置６７上から運転員が任意に、過去
のタービン起動の日付を入力して、過去から現在のター
ビン起動までのタービン振動の経時データの作成要求を
行うことができる。上記過去のタービン起動の日付はタ
ービンを保守点検し調整後のタービン起動の日付とする
。これは、タービン調整後に得られたデータを基準とし
てその後のデータと比較・するためである この経時データ作成要求されると、演算処理部６４に経
時データ作成開始が命令される。

演算処理部６４では、特性データ記憶部６５から取り出
した振動特性データから開始要求で指定された過去の基
準となる振動特性データを減算する演算処理をする。こ
れは両者の差を演算することによって、データを表示し
たときタービン回転軸の劣化等程度が一目瞭然と分かる
ようにするためである。さらに、この演算結果は１週間
経過単位、１ケ月経過単位、１ケ年経過単位のそれぞれ
の経過単位で総和演算され、これを平均演算する。この
演算処理データは経時データとして経時データ記憶部６
８に記憶される。

第２図は経時データ作成処理の手順を示すプログラムチ
ャートである。

プログラムがスタートしてステップ３１において、運転
員がＣＲＴ表示装！６７上から経時データの基準となる
経時データ作成開始の日付を入力すると、経時データ作
成開始日付が取り込まれる。

ステップ３２では指定された上記日付から現時点までの
振動特性データが存在するか否かが判断される。ここで
、振動特性デニタが存在しなかった場合プログラムは終
了する。

一方、振動特性データが存在する場合はステップ３３に
進む。ステップ３３では特性データ記憶部６５から、振
動特性データの取り高しを行う。

次に、ステップ３４ではステップ３３で取り出した振動
特性データから開始要求で指定した過去のタービン起動
時の振動特性データを差演算する。

ステップ３５では、ステップ３４において差演算して求
めたデータを、１週間単位、１ケ月間単位および１ケ年
間単位の各経時単位ごとに振動特性データの総和値を求
めるため加算演算処理する。ステップ３６では、経時デ
ータ作成タイミングが１週間以上となっているか否か判
断する。つまり、開始要求で指定した過去のタービン起
動がら１週間経過した振動特性データがあれば次のステ
ップ３７に進む。このステップ３７で、経時データ作成
タイミングが１週間でないと判断された場合はステップ
３２に戻る。

ステップ３７は、１週間単位の振動特性データの平均演
算処理するステップで、演算処理部６４において１週間
の経時単位のデータの総和値を１週間の振動特性データ
テーブル数で除算する。

ステップ３８では、ステップ３７で演算した１週間単位
の振動特性データの平均値を、経時データとして経時デ
ータ記憶部６８内の１週間単位の経時データのエリアに
順次記憶する。

続いて、１週間単位の経時データの作成と同様にステッ
プ３９では経時データ作成タイミングが１ケ月以上のと
きは、ステップ４０に進み、このステップで１ケ月間単
位の経時データの作成が行われ、ステップ４１で上記ス
テップで作成された１ケ月間単位の経時データが記憶さ
れる。さらに、上記と同様にしてステップ４２で経時デ
ータ作成タイミングが１ケ年以上と判断されたときは、
ステップ４３で１ケ年単位の経時データの作成が行われ
、ステップ４４で１ケ年間単位の経時データが記憶され
る。

なお、ステップ３９またはステップ４２で対応する経時
データ作成タイミングでないときはステップ３６と同様
にステップ３２に戻る。

第３図は、以上で説明した経時データ作成処理手順によ
り作成された経時データをＣＲＴ表示装Ｍ６７の画面に
表示したものである。

この図では、現時点のタービン起動時と１週間単位の経
時データを、横軸にタービン回転数縦軸に振幅値とした
２次元曲線で同一画面上に重ね合わせられるように表示
を行っている。

タービン起動時に運転員が、　ＣＲＴ表示装置６７上か
ら、経時データ表示の１週間単位と振動実測値表示の要
求とともに、振動計測点（軸受）を指定すると、経時デ
ータ作成処理手順に従って、第３図に示す表示が描かれ
始める。

まず最初に、ＣＲＴ表示装置６７の画面には、１週間前
、２週間前、３週間前の各々のタービン起動の経時デー
タ曲線Ｖｌ、Ｖ２．Ｖ３が順次表示される。第３図は、
３週間分の経時データが作成されている場合である。こ
の表示は、監視処理部６６が経時データ記憶部より１週
間単位の経時データを取り出し、このデー・夕に基づい
て回転数と振幅値との関係を２次元プロットに基づいて
補間表示したものである。

これに続いて表示される振幅値の実測値曲線ｖＯは、経
時データ曲線Ｖｌ、Ｖ：、Ｖ３と重ね合わせ可能な曲線
とするようにしている。

このため、経時データ作成時に運転員が指定した過去の
タービン起動の振動特性データを基準として現時点のタ
ービン起動で作成される振動特性データとの差を演算処
理６４で求め、回転数と振動振幅値との関係から２次元
プロットで補間表示する。従って、この現時点の実測値
の曲線ｖＯはタービン回転数が上昇するに従って表示が
徐々に右方向へ進行していく。

以上のように、経時データとの重ね合わせ表示ができる
ようになったことから、今回の実測値曲線Ｖｏは１週間
前、２週間前、３週間前の経時データ曲線Ｖｌ、Ｖ２．
Ｖ３との比較が容易であり、タービン振動の異常が発生
しているか否か一目瞭然で確認できる。また、経時的変
化を容易に把握できることで、タービン振動異常の前兆
を推測することができる。

第４図は１ケ月間単位の経時データの表示図である。こ
の図では、経時データ曲線の表示のみ行っており、横軸
にタービン回転数、縦軸に振幌値とした２次元曲線で同
一画面上に重ね合わせられるように表示を行っている。

ここでは、ＣＲＴ表示装ｆｉ６７の画面に、１ケ月間前
、２ヶ月闇前、３ケ月間前、４ケ月前および５ケ月前の
各々のタービン起動の経時データ曲線ＶＩＯ，Ｖ２０．
Ｖ３０．Ｖ２Ｏ，ＶＳ口が順次表示される。

このように、経時データのみを表示することができるか
ら、タービン点検時またはタービン起動前などタービン
を起動させなくても事前にタービン振動異常の診断を行
える。

以上のように、第３図では経時データ曲線と振動実測値
の曲線との重ね合わせ表示、第４図では経時データ曲線
表示のみの重ね合わせ表示について説明したが、これら
は、１週間単位、１ケ月間単位に限ることなく、任意の
単位、例えば、１ケ年単位以上の経時データでも前述し
た方法で同様に本発明の構成により実施できる。

なお、本実施例は蒸気タービン発電機について説明した
が、これに限らず他の回転体、例えば、水力発電機等の
振動の経時的変化を監視する装置としても実施できる。

また、経時データの表示はＣＲＴ表示装置の画面上で行
ったが種々の表示装置により実施できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、回転機械の振動特
性を任意の期間単位で経時的に把握できることから、回
転機械の異常の前兆を早期に判断できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る一実施例によるタービン振動監
視装置を示すシステム構成ブロック図、第２図は同装置
の経時データ作成処理の手順を示すプログラムチャート
、第３図は同装置の経時データをＣＲＴ表示装置の画面
に表示した説明図、第４図は同装置の１ケ月間単位の経
時データをＣＲＴ表示装置の画面に表示した説明図、第
５図はタービンの振動振幅、回転数および温度の計測点
を示す各センサの配置図、第６図は従来例を示す同装置
のシステムブロック構成図、第７図は従来例を示す同装
置の振動特性データの作成処理手順を示すプログラムチ
ャート、第８図は従来例を示す同装置の振動特性データ
をＣＲＴ装置の画面に表示した説明図である。 ６１・・・プロセス入力装置、６２・・・計算機、６３
・・・入力処理部、６４・・・演算処理部、６５・・・
特性データ記憶部、６６・・・監視処理部、６７・・・
ＣＲＴ表示装置、６８・・・経時データ記憶部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転機械各部に配置される検出器から少なくとも回転軸
   の回転数および振動の振幅値を入力する手段と、この手
   段より入力される回転軸の回転数および振動の振幅値に
   基づき前記回転機械の起動から定格運転までの全回転数
   領域を所定数に分割した各回転数領域ごとの振動の振幅
   値を算出する手段と、この手段より得られる回転数と振
   幅値との関係を表す振動特性データを記憶する記憶手段
   と、この手段により記憶された振動特性データを過去か
   ら現在まで所定期間ごとにまとめて平均化し経時データ
   として順次記憶する手段と、この手段により記憶した経
   時データを適宜読み出し表示する手段とを備えたことを
   特徴とする回転機械の振動監視装置。