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JPH0156244B2 - - Google Patents
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JPH0156244B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0156244B2
JPH0156244B2 JP54007176A JP717679A JPH0156244B2 JP H0156244 B2 JPH0156244 B2 JP H0156244B2 JP 54007176 A JP54007176 A JP 54007176A JP 717679 A JP717679 A JP 717679A JP H0156244 B2 JPH0156244 B2 JP H0156244B2
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JP
Japan
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rotating machine
rotational frequency
vibration
patterns
speed
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Expired
Application number
JP54007176A
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Japanese (ja)
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JPS55101705A (en
Inventor
Nobuo Kurihara
Mitsuyo Nishikawa
Shigeyoshi Kawano
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP717679A priority Critical patent/JPS55101705A/en
Publication of JPS55101705A publication Critical patent/JPS55101705A/en
Publication of JPH0156244B2 publication Critical patent/JPH0156244B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2200/00Mathematical features
    • F05B2200/20Special functions
    • F05B2200/26Special functions trigonometric
    • F05B2200/262Cosine

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  • Control Of Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は回転機の運転制御方法に係り、特に振
動信号を検出し回転機の状態を診断しながら速度
制御を行なう回転機の異常診断による運転制御方
法に関する。 本発明は蒸気タービン、発電機などの大型回転
機の運転制御の中で、特に起動時における振動状
態を監視ながら運転を行なう制御方法に関する。 回転体の振動問題は特に火力発電所の運転保守
に大きな比重を占め、その原因究明ならびに対策
には何と云つても正確な状況の把握と綿密なる技
術的検討を要するものである。近年のように蒸気
タービンの大容量化に伴ない軸受中心間距離、ロ
ーターの重量、車室数などの増加のために所謂振
動問題は一層複雑化する傾向にある。 また電力系統制御が、原子力発電プラントでベ
ース負荷を分担させる方向への移行に伴なつて火
力発電プラントを中間負荷調整用として運転する
様相が強まつてきている。これまでの中間負荷調
整用から最近では昼間負荷調整のために、火力の
中容量機といえども深夜の需要の少ない時間帯に
はプラントを停止させることがある。このような
プラントの起動停止時の運転では、定常運転時に
比べて異常状態が発生しやすい。特に、タービン
起動時には熱的アンバランスに起因する異常振動
が発生しやすい。蒸気タービンあるいは発電機の
運転で、運転員が最も注意を要するのは起動時で
あつて、この時に異常振動が発生した場合の処置
は重要な問題である。適切な処置や、そのタイミ
ングを失すると蒸気タービンのような高速回転体
では重大な事故をひきおこしかねないのである。 また定常運転時においてもその異常をいち早く
検知するとともに、適切な処置をタイミングよく
行なわないと重大な事故に発展しかねない。これ
とても起動時における場合と同様の問題である。 この発明は、これらの回転体の正常、あるいは
異常状態を、例えば軸受部に取付けられた振動検
出器による振動信号の状態を監視して判定し、運
転制御を行なうものである。 本発明はこのような背景においてなされたもの
であつて、振動検出信号を分析してその要因を把
握しながら安全な運転制御を行ない重大事故の発
生を未然に防止するものである。 蒸気タービンの起動時において、タービン速度
制御装置はタービンの目標回転数および目標とす
る回転数変化率に従つて主蒸気弁あるいはバイパ
ス弁などを操作し、回転数を次第に上昇させるよ
うに制御する。 しかし従来は昇速中に振動が発生すると、その
振動信号の振幅の大きさにより従来は次の3つの
制御方法をとつていた。その第1は速度制御装置
による昇速制御を中止して、運転員の判断による
運転、すなわち手動制御運転に切替えてしまうこ
と、第2の方法は、振動発生時の回転数を保持
し、昇速制御を行なわない方法、そして第3の方
法は、タービンを停止せしめる、である。 第1の方法は、手動制御に切替えてしまうため
に運転員の判断に全てまかされてしまう。したが
つてその分野での熟練運転員が必要であるし、個
人差による運転制御の相違もあるから決して好ま
しいものではない。 第2の方法は、回転体の運転では固有振動数と
いう問題があつて、振動発生時の回転機に保持す
ることが必ずしも得策でないのである。 タービンおよびこれに直結されている発電機か
ら成る回転体の固有振動数から決まる危険速度領
域では振動が増大することが知られている。した
がつて前記第2の方法のように一律にその回転数
で保持することはむしろ非常に危険な場合が少な
くない。 次に第3の方法であるが、回転体にとつては安
全な方法であるが、不要なトリツプをも行なつて
しまう可能性がある。振動要因は、熱的なアンバ
ランス、機械的なアンバランス、潤滑油の状態、
あるいは回転数など多くの項目があつて、正常、
異常の予知は難しい。したがつて場合によつては
前記第2の方法のようにある回転数で保持するこ
とによつて安全振動領域に収束することもありう
るから、第3の方法を多用することは不要なトリ
ツプを行なうことになつてしまう。逆にこれを避
けようとして判断基準をゆるめると、異常時に適
切な処置が遅れてしまう欠点がある。 ただここで注意しなければならないのは、トリ
ツプを避けてその回転数を保持することが安全か
どうかを見極めることが必要である。したがつて
危険速度領域で回転数保持することはなく、現在
どんな領域の回転数かを判断し、振動要因として
どんな兆候が現われているかなどの診断をした上
でないと効果がない。 また上述のような振動要因のうち機械的なアン
バランスに対してはあらかじめ対策をして、出来
るだけ振動発生をおさえることが試みられてい
る。 例えば、J.W.Lund、J.Tonnesen:“Analysis
and Experiments on Multi−Plane Balancing
of a Flexible Rotor”、ASME Paper No.71
−Vibr−74(ASME Vibration Conference、
Tront、Canada、September 8−10、1971)が
ある。この論文では回転体のいくつかの場所で振
動を検出するとともに、回転速度を検出して、最
小2乗法などを利用して補正重量を計算し、バラ
ンスをとる方法が述べられている。そして振動測
定についてはShematic diagram of
instrumentationとしてFig.4に示され、それに関
する説明を“Instrumentation”の項(p.3〜4)
で述べている。 またA.Clapis et al“Early Diagnosig of
Dynamic Unbalances and of Misalignment in
Large Turbogenerators”、Energy Nucleare、
Vol.23/n.5/maggio 1976、p271〜277、には大
型タービン発電機の動的アンバランスと軸心ずれ
を測定し、これを故障に対する早期診断法として
応用した例が示されている。この論文ではその2
つの測定法、監視と早期診断のための信号処理、
回転速度に対する回転体のアンバランスによる振
幅とその位相の関係などについて述べている。 特にFig.2には近接スイツチの取付状態が示さ
れ、Fig.3には信号処理についてのブロツク図が
示されている。近接スイツチからの信号をあらか
じめ定められたバンドパスフイルタ(BP)を経
由して、信号変換されることが示されている。こ
こでは振動位相信号や振動実効値信号などを直流
成分に変換して記録することを述べている。 このように従来は振動信号を平滑し、直流成分
として扱つている例がほとんどである。しかしこ
れらの信号処理では、例えば異常を診断するにし
ても、予想される数多くの要因を総括して診断す
ることになつてしまい、きめ細かい診断が出来難
いという欠点がある。 また、実際にタービン起動運転に適用したもの
の例として、F.H.Barratt et alの“ACTUS、
An Automatically Controlled Turbine Run−
up System”AEI Engineering、September/
October、1962、p.255〜258がある。 これはAEIで開発した装置ACTUSについて述
べ、例えば第255頁〜第256頁にわたる
“Problems of starting large steam turbine”
の項ではタービン昇速運転について述べている。
軸偏心や、振動、蒸気と金属間の温度差が通常の
制限から外れることなどの監視してタービンを昇
速すること、そしてタービンの速度がどんな速度
になつていたとしても、まずその速度を保持する
速度制御方法について明らかにしている。これは
前述の、異常にともなう保持制御方法であつて、
すでに明らかにしたように必ずしも得策とは云え
ない。 以上、従来技術について述べたが、異常診断の
結果に基づく制御としては、(1)手動制御への切換
え、(2)現回転数保持、(3)トリツプなどであり、信
号処理には平滑された平均値信号すなわち直流信
号で診断することが行なわれている。 信号処理として平均値信号を利用することは簡
便な方法である反面、平均値として信号が変化し
なければ診断出来ないという欠点がある。すなわ
ちある特定の周波数成分が増加し、他の特定周波
数成分が減少したような場合、結果として平均値
が変らなければ何ら状態変化が起つていないと判
断してしまうおそれがある。 しかし実際には平均値として変化しなくても、
ある特定の周波数成分が増加したことを問題視し
なければいけない場合が少なくない。またそのこ
と自体は直ぐに異常につながらなくても、ある異
常の徴候が現われていることを、我々は経験的に
把握している。 したがつて、振動信号の全周波数成分の平均値
で診断した場合には、正確にしかも現象に忠実な
診断が出来ないという欠点がある。本発明はこの
点に着目してなされたもので、実情に合つた適切
な診断のもとに安全なタービン発電機の運転制
御、特に起動運転制御を行なうことにある。以下
順次説明する。 本発明は火力、原子力発電プラントにおける蒸
気タービンおよび発電機などの大型回転機の制御
方法に係り、特に起動あるいは定常運転時におけ
る振動を検出し、検出された振動信号を分析して
正常運転状態かあるいは異常状態かを判定すると
ともに、異常の場合はその要因が何に起因するも
のかを検知あるいは予測して回転機の昇速、降速
あるいは停止などの運転制御を行なう制御方法お
よび装置に関する。 本発明の主たる目的はあらかじめ定められた振
動周波数成分を監視し、回転体特にタービン発電
機の運転状態を診断することにある。 本発明の1つの目的は起動時における複数のあ
らかじめ定められた運転回転数領域においてあら
かじめ定められた少なくとも1つの振動周波数成
分を監視して状態診断を行ない、タービン発電機
の速度を制御する運転制御方法を提供するにあ
る。 本発明の他の目的は、特に起動時において、特
定周波数成分を監視して異常の予測診断を行ない
昇速、降速、保持などの運転制御を行なうことに
ある。 本発明の特徴は、検出される振動信号の中か
ら、タービン発電機の回転数成分に対してあらか
じめ定められた関係にある少なくとも1つの振動
周波数成分の状態を監視して回転体の状態を診断
することにある。 本発明の他の特徴は、検出される振動信号の、
回転数成分に対しあらかじめ定められた関係を有
する複数の周波数成分相互の相関関係からタービ
ンおよび発電機の状態を監視診断することにあ
る。 本発明の他の特徴は、回転体の起動から定格回
転数に至るまでに含まれる回転体の固有振動から
定まる危険速度領域の前後において、回転周波数
成分とあらかじめ定められた関係を有する周波数
成分の状態を診断して、回転体の運転制御を行な
うことにある。 本発明の他の特徴は、回転体の回転周波数成
分、およびその1/2調波成分、奇数次調波成分、
倍調波成分の状態を診断して回転体の起動運転制
御を行なうことにある。 本発明の他の特徴は、検出された振動信号の全
周波数成分のスペクトル分析を行ないタービン発
電機の回転状態を診断することにある。 本発明の他の特徴は、昇速領域、保持運転領
域、当該運転速度に最も近い危険速度以下の速度
まで降速する運転領域、トリツプ領域の4つから
成る運転パターンにしたがつて運転を行なうこと
にある。 以下本発明を実施例にゆり詳細に説明するが、
はじめに本発明の周波数成分の分析による異常診
断の基礎となる事項について述べる。 大型回転数、特に大容量化の傾向にあるタービ
ン発電機ではその異常を早めに診断し、しかるべ
き対応処置をとることは極めて重要なことであ
る。それにはどんな信号から異常診断を行なうか
が問題になるが、ここではまず軸受上に取付けら
れた検出器からの振動信号の分析手法について簡
単に述べる。 第1図は大型のタービン発電機の1例を示すも
ので、高圧タービンHP、中圧タービンIP、低圧
タービンLP、発電機が直結されている場合を示
している。1〜6はそれぞれベアリングで、この
ベアリング部に振動検出器が取付けられる場合が
ほとんどである。 その振動検出器の取付状態の1例をFig.2に示
す。11は回転体、12は振動検出器、13はサ
ンプルホールド回路、14はアナログデイジタル
変換器(A/Dconverter)15はFFT(Fast
Fourier Transform)変換器を示す。信号線の
うち101は振動振幅アナログ信号であり、10
2は振動振幅のデイジタル信号、103は振動周
波数全スペクトル信号であり、Fig.2の振動検出
器は接触式のように表わされているが、機器の振
動を検出するものであれば非接触式であつてもよ
いことは当然である。 ところで第2図にFFTの場合を示したが、回
転数の異常診断のように複数の要因が複雑に関連
しあつているような場合に適している。その理由
は、時系列信号から周波数領域に変換することに
より主要原因の特徴抽出が容易となることが分
り、最近では工場試験や据付調整あるいはトラブ
ル発生時に、オフラインで高速フーリエ変換を利
用する試みがなされてきている。例えば日本国特
許庁公開特許公報昭和47年第1411号、「高速フー
リエ変換データ処理装置」(出願人IBM、対応米
国特許出願Se.No.52332号、1970年7月6日付出
願)には、離散的フーリエ変換を使用した数値的
問題解決法のうち、特に離散的フーリエ変換計算
のための種々の高速フーリエ変換アルゴリズムの
ハードウエ化について述べている。この記載のも
のは回転数の異常診断とは関係ないが、FFTの
詳細が述べられている。FFTについての詳細は
この文献にゆずり、ここでは以下に簡単に述べ
る。 周知のように(1)式の離散的Fourier変換式にお
いて、Fourier行列Fの行置換およびGoodの因数
分解公式などにより高速化して演算する。 フーリエ係数aは a=1/NF・X ……(1) ここで N:標本数 F:フーリエ行列 X:時系列信号 さらにこれらは式(2)、(3)で表わされる。 aT=〔a0、a1、a2、……aN-1〕 ……(2) Fi+1、l=Wil・ΔWi W=e×p(−j2π/N) ΔW=e×p(jπ/N) ……(3) ただし T:転置 i:周波数または調波数 i、l=0、1、2、3、……、(N−1) 時系列信号XTは XT=〔x0、x1、x2、x3、……XN-1〕 ……(4) で例えば振動波形の時系列信号である。 ΔWはサンプリング点の中央部で分析するため
の位相補正用オペレータである。 FFT変換器を用いれば、時系列信号の全周波
数スペクトルを容易にもとめられることから、一
般に利用される傾向にある。ただしタービンおよ
び発電機のオンライン診断を行なうような場合に
は、正常、異常を問わず連続的な常時監視が必要
である。そして緊急時の対応に役立てるには異常
の要因分析に直結された解析結果であることが要
求される。 すなわち従来技術のFFTアルゴリズムを、常
時連続監視する異常診断用として採用するには、
上述のように時系列信号の全周波数のスペクトル
が容易に求められるという長所がある反面、次の
ような欠点がある。 その第1は前記(3)式におけるW(=exp(−
j2π/N))の乗算を1/2Nlog2N回演算することが
必要であり、制御用計算機で実時間で演算するに
は負担が大きい。(ここで、Nはサンプル数。)そ
の第2は全周波数スペクトルは得られるが、その
分布内容から運転員が判断して要因分析すること
が必要であり、緊急時には無理がある。 なお、第1の欠点に対しては、専用ハードウエ
アで構成されたFFTを用いて高速化する方策が
あるが、ソフトウエアによる場合に比してコスト
高となる欠点がある。ハードウエアが安くなれば
利用価値が大きいものと思われる。 これに対し、矩形波を参照波として時系列入力
信号を解析するFast Hadamard Transformer
(以下FHTと略記する)を利用して周波数分析
(正しくは交番数分析)を行なう方法がある。な
おFHTはWalsh−Hadamard Transformer
(WHTと略記)とも云われている。 この周波数分析手法そのものについては例えば
Nasir Ahmed et alの“BIFORE or
Hadamard Transform”(IEEE Transaction
on Audis and Electroacoustics、September
1971、p.225〜234)を参照されたい。 第3図にFHTを利用した場合のブロツク図を
示す。FHT変換器は16である。17は帯域平
均周波数変換器8は振動診断装置である。 時系列デイジタル信号をFHT変換した交番数
係数Aなる信号104を入力信号とし、あらかじ
め定められた線形変換係数Kをもとに帯域周波数
スペクトル信号を求めるか、あるいは平均線形変
換係数をもとに帯域平均周波数スペクトル信号
105を得る。K、についてはさらに後述す
る。 ここでFHTについて簡単に述べる。 時系列入力信号の処理を行なうFHT方式は、
交番数係数Aを出力する。この交番番係数Aは、
以下のように定義される。 A=N-1/2T〔G1〕〔G2〕……〔Go〕X……(6) n=log2N ここで、 交番数係数:AT=〔A1、A2、……、AN〕 ただしT:転置 置換行列:T 〔G1〕=E(l-1)H(1)E(n-i) ここで、はKronecker積(PRODUCT)を
示す。 対角行列:E(U)=1 アダマール行列:H(1)=1 1 1 −1 ところで、Walsh and Fourier Transfer(以
下WFTと略記する)は交番数係数Aを(7)式によ
りフーリエ係数aに変換する方法にある。 a=K・A ……(7) ここで線形変換係数Kは(8)式で与えられる。 K=1/NF・H ……(8) (6)式から明らかなように加、減算処理のみでよ
いから、正弦あるいは余弦の複素数乗算などを行
わねばならないFFTに比較して同一の演算処理
で演算時間を比較すると1/10以下である。これ
は特に回転機のオンライン異常診断のような場合
には特に好適である。例えばタービンの起動時に
おける診断には特に偉力を発揮する。 F及びHはN次のフーリエ行列、アダマール行
列である。即ち、FHT方式によれば、交番数係
数出力Aは、線形変換係数Kを利用することによ
つて周波数成分を示すフーリエ係数に変換できる
ことになる。 これらの基礎的事項のもとに、本発明の実施例
により説明する。 はじめに検出された振動信号の分析、異常診断
について述べる。 本発明は前述のFHTを用いることを基本にし
ているが、高速化を実現するために全周波数係数
aを求めるのでなく、(9)式に従つて任意の帯域平
均周波数pを求めるようにしたものである。数
式で示すと、下記の通りとなる。 pp・A ……(9) ここで、平均線形変換係数 p=〔p0p1、、……、pj、……、
pN-1pj=1/mpi kij (i、j=1、2、……、N) ただし、Σは、任意にmpケ選択できる。 上述の平均線形変換係数pは、対象とする事
象や条件によつて種々の値をとる。われわれが経
験的に把握した回転機械の異常振動に対する平均
線形変換係数pの選定例を第1表に示す。
The present invention relates to a method for controlling the operation of a rotating machine, and more particularly to a method for controlling the operation of a rotating machine by detecting an abnormality in the rotating machine, which performs speed control while detecting vibration signals and diagnosing the state of the rotating machine. The present invention relates to the operation control of large rotating machines such as steam turbines and generators, and particularly to a control method for operating the machine while monitoring the vibration state at the time of startup. The problem of vibrations in rotating bodies plays a particularly important role in the operation and maintenance of thermal power plants, and investigating the cause and taking countermeasures requires accurate understanding of the situation and thorough technical consideration. In recent years, with the increase in the capacity of steam turbines, the distance between bearing centers, the weight of the rotor, the number of casings, etc. have increased, so the so-called vibration problem tends to become more complicated. Furthermore, as power system control shifts toward sharing the base load with nuclear power plants, thermal power plants are increasingly being operated for intermediate load adjustment. In the past, it was used for intermediate load adjustment, but recently for daytime load adjustment, even medium-capacity thermal power plants sometimes have to be shut down in the middle of the night when demand is low. During such plant start-up and stop operations, abnormal conditions are more likely to occur than during steady operation. In particular, abnormal vibrations due to thermal imbalance are likely to occur when the turbine is started. When operating a steam turbine or a generator, the operator's greatest attention is at the time of startup, and what to do if abnormal vibrations occur at this time is an important issue. Failure to take appropriate measures or take appropriate timing can lead to serious accidents in high-speed rotating bodies such as steam turbines. Furthermore, even during normal operation, if abnormalities are not detected quickly and appropriate measures are not taken in a timely manner, a serious accident could develop. This is a very similar problem at startup. The present invention determines whether these rotating bodies are in a normal or abnormal state by monitoring the state of a vibration signal from a vibration detector attached to a bearing, and performs operational control. The present invention was made against this background, and aims to prevent the occurrence of serious accidents by analyzing vibration detection signals and grasping the causes thereof while performing safe driving control. When the steam turbine is started, the turbine speed control device operates the main steam valve or the bypass valve in accordance with the target rotational speed of the turbine and the target rotational speed change rate to gradually increase the rotational speed. However, conventionally, when vibration occurs during speed increase, the following three control methods have been used depending on the amplitude of the vibration signal. The first method is to stop the speed increase control by the speed control device and switch to operation based on the operator's judgment, that is, manual control operation.The second method is to maintain the rotation speed at the time of vibration and increase the speed. The third method, which does not perform speed control, is to stop the turbine. The first method involves switching to manual control, leaving everything to the operator's judgment. Therefore, a skilled operator in that field is required, and there are differences in operation control due to individual differences, so this is by no means preferable. In the second method, there is a problem with the natural frequency when operating a rotating body, and it is not necessarily a good idea to hold the vibration in the rotating machine when vibration occurs. It is known that vibration increases in a critical speed range determined by the natural frequency of a rotating body consisting of a turbine and a generator directly connected to the turbine. Therefore, it is often very dangerous to uniformly maintain the rotational speed as in the second method. Next is the third method, which is safe for the rotating body, but may also cause unnecessary trips. Vibration factors include thermal imbalance, mechanical imbalance, lubricating oil condition,
Or there are many items such as rotation speed, and it is normal.
It is difficult to predict abnormalities. Therefore, in some cases, the vibration may converge to a safe vibration range by holding the rotation speed at a certain level as in the second method, so frequent use of the third method may result in unnecessary tripping. I end up having to do this. On the other hand, if the criteria for judgment are relaxed in an attempt to avoid this, there is a drawback that appropriate measures will be delayed in the event of an abnormality. However, what you need to be careful about here is to determine whether it is safe to avoid tripping and maintain that rotation speed. Therefore, it is not effective to maintain the rotation speed in the critical speed range, but only after determining what range the rotation speed is currently in and diagnosing what symptoms are appearing as vibration factors. Furthermore, among the vibration factors mentioned above, countermeasures against mechanical imbalance are taken in advance in an attempt to suppress the occurrence of vibration as much as possible. For example, JW Lund, J. Tonnesen: “Analysis
and Experiments on Multi−Plane Balancing
of a Flexible Rotor”, ASME Paper No.71
−Vibr−74 (ASME Vibration Conference,
Toronto, Canada, September 8-10, 1971). This paper describes a method for balancing by detecting vibrations at several locations on a rotating body, detecting the rotational speed, and calculating the corrected weight using the method of least squares. And for vibration measurement, shematic diagram of
It is shown in Fig. 4 as an instrumentation, and its explanation is given in the “Instrumentation” section (p. 3-4).
It is stated in Also, A. Clapis et al “Early Diagnosig of
Dynamic Unbalances and of Misalignment in
Large Turbogenerators”, Energy Nucleare,
Vol.23/n.5/maggio 1976, p271-277 shows an example of measuring the dynamic unbalance and axis misalignment of a large turbine generator and applying this as an early diagnosis method for failures. . In this paper, Part 2
two measurement methods, signal processing for monitoring and early diagnosis,
It describes the relationship between the amplitude and its phase due to unbalance of a rotating body with respect to rotational speed. In particular, Fig. 2 shows the installation state of the proximity switch, and Fig. 3 shows a block diagram of the signal processing. It is shown that the signal from the proximity switch is converted through a predetermined bandpass filter (BP). Here, we are talking about converting vibration phase signals, vibration effective value signals, etc. into DC components and recording them. In this way, in most cases conventionally the vibration signal is smoothed and treated as a DC component. However, these signal processing methods have a drawback in that, even when diagnosing an abnormality, for example, a large number of expected factors must be comprehensively diagnosed, making it difficult to perform detailed diagnosis. In addition, as an example of something actually applied to turbine start-up operation, “ACTUS” by FHBarratt et al.
An Automatically Controlled Turbine Run−
up System”AEI Engineering, September/
October, 1962, p.255-258. This describes the device ACTUS developed at AEI, for example "Problems of starting large steam turbine" on pages 255-256.
Section describes turbine speed-up operation.
Raising the turbine speed by monitoring for shaft eccentricity, vibrations, temperature differences between the steam and the metal outside of normal limits, and increasing the speed of the turbine at whatever speed it was at first. The method for controlling the speed to be maintained is clarified. This is the above-mentioned retention control method for abnormalities,
As already made clear, this is not necessarily a good idea. The conventional technology has been described above, but the controls based on the results of abnormality diagnosis include (1) switching to manual control, (2) maintaining the current rotation speed, and (3) tripping. Diagnosis is performed using an average value signal, that is, a DC signal. Although using an average value signal for signal processing is a simple method, it has the disadvantage that diagnosis cannot be made unless the signal changes as an average value. That is, in a case where a certain specific frequency component increases and another specific frequency component decreases, if the average value does not change as a result, it may be determined that no state change has occurred. However, even if the average value does not actually change,
There are many cases in which an increase in a certain frequency component must be considered a problem. Moreover, we know from experience that even if this itself does not immediately lead to an abnormality, a symptom of a certain abnormality appears. Therefore, when diagnosis is made using the average value of all frequency components of the vibration signal, there is a drawback that diagnosis cannot be made accurately and faithfully to the phenomenon. The present invention has been made with attention to this point, and its object is to perform safe operation control of a turbine generator, particularly starting operation control, based on an appropriate diagnosis that suits the actual situation. The following will be explained in order. The present invention relates to a method for controlling large rotating machines such as steam turbines and generators in thermal and nuclear power plants, and in particular detects vibrations during startup or steady operation, analyzes the detected vibration signals, and determines whether the machine is in normal operating condition. Alternatively, the present invention relates to a control method and apparatus for determining whether an abnormal state exists, detecting or predicting the cause of the abnormal state, and performing operational control such as speeding up, speeding down, or stopping a rotating machine. The main purpose of the present invention is to monitor predetermined vibration frequency components and diagnose the operating state of a rotating body, particularly a turbine generator. One object of the present invention is to perform operation control for controlling the speed of a turbine generator by monitoring at least one predetermined vibration frequency component in a plurality of predetermined operating rotational speed regions at the time of startup to diagnose the condition. We are here to provide you with a method. Another object of the present invention is to monitor specific frequency components, particularly at the time of startup, to perform predictive diagnosis of abnormalities and perform operational control such as speeding up, speeding down, and holding. A feature of the present invention is to diagnose the state of the rotating body by monitoring the state of at least one vibration frequency component that has a predetermined relationship with the rotation speed component of the turbine generator from among the detected vibration signals. It's about doing. Another feature of the invention is that the detected vibration signal:
The object of the present invention is to monitor and diagnose the conditions of a turbine and a generator based on the mutual correlation between a plurality of frequency components having a predetermined relationship with respect to rotational speed components. Another feature of the present invention is that a frequency component having a predetermined relationship with the rotational frequency component is generated before and after a critical speed region determined from the natural vibration of the rotating body from the start of the rotating body to the rated rotation speed. The purpose is to diagnose the condition and control the operation of the rotating body. Another feature of the present invention is that the rotational frequency component of the rotating body, its 1/2 harmonic component, odd harmonic component,
The purpose is to diagnose the state of harmonic components and control the starting operation of a rotating body. Another feature of the present invention is to perform spectrum analysis of all frequency components of the detected vibration signal to diagnose the rotational state of the turbine generator. Another feature of the present invention is that the vehicle is operated in accordance with a driving pattern consisting of four areas: a speed-up region, a holding driving region, a driving region in which the speed decreases to a speed below the critical speed closest to the relevant driving speed, and a trip region. There is a particular thing. Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to Examples.
First, the basics of abnormality diagnosis by analyzing frequency components of the present invention will be described. With turbine generators that tend to have large rotational speeds and especially large capacities, it is extremely important to diagnose abnormalities early and take appropriate countermeasures. The problem is what kind of signal should be used to diagnose the abnormality, but here we will first briefly describe a method for analyzing vibration signals from a detector mounted on the bearing. FIG. 1 shows an example of a large turbine generator, in which a high pressure turbine HP, an intermediate pressure turbine IP, a low pressure turbine LP, and a generator are directly connected. Reference numerals 1 to 6 each represent a bearing, and in most cases, a vibration detector is attached to this bearing portion. An example of how the vibration detector is installed is shown in Fig. 2. 11 is a rotating body, 12 is a vibration detector, 13 is a sample hold circuit, 14 is an analog/digital converter (A/D converter), and 15 is an FFT (Fast
Fourier Transform) transformer. 101 of the signal lines are vibration amplitude analog signals, and 10
2 is a digital signal of vibration amplitude, and 103 is a vibration frequency full spectrum signal.The vibration detector in Fig. 2 is shown as a contact type, but if it detects the vibration of equipment, it can be a non-contact type. Of course, it may be an expression. By the way, FIG. 2 shows the case of FFT, which is suitable for cases where multiple factors are intricately related to each other, such as when diagnosing an abnormality in rotational speed. The reason for this is that converting a time-series signal into the frequency domain makes it easier to extract the features of the main cause, and recently there have been attempts to use fast Fourier transform offline for factory tests, installation adjustments, or when trouble occurs. It has been done. For example, in Japan Patent Office Publication No. 1411 of 1970, "Fast Fourier Transform Data Processing Apparatus" (assigned by IBM, corresponding U.S. Patent Application No. 52332, filed on July 6, 1970), Among numerical problem solving methods using discrete Fourier transforms, this paper specifically describes the hardware implementation of various fast Fourier transform algorithms for discrete Fourier transform calculations. This description has nothing to do with abnormal rotation speed diagnosis, but details of FFT are described. The details of FFT are referred to in this document, and will be briefly described below. As is well known, in the discrete Fourier transformation equation (1), the calculation is accelerated by row permutation of the Fourier matrix F and Good's factorization formula. The Fourier coefficient a is a = 1/NF. a T = [a 0 , a 1 , a 2 , ...a N-1 ] ...(2) F i+1 , l=W il・ΔW i W=e×p(−j2π/N) ΔW= e x p (jπ/N) ...(3) where T: transpose i: frequency or harmonic number i, l = 0, 1, 2, 3, ..., (N-1) Time series signal X T is X T = [x 0 , x 1 , x 2 , x 3 , . . . ΔW is a phase correction operator for analysis at the center of the sampling point. FFT converters tend to be commonly used because the entire frequency spectrum of a time-series signal can be easily obtained. However, when performing online diagnosis of turbines and generators, continuous constant monitoring is required, regardless of whether they are normal or abnormal. In order to be useful in responding to emergencies, it is required that the analysis results are directly linked to the analysis of the causes of the abnormality. In other words, in order to employ the conventional FFT algorithm for continuous monitoring and abnormality diagnosis,
Although it has the advantage that the spectrum of all frequencies of a time-series signal can be easily obtained as described above, it has the following disadvantages. The first is W(=exp(-
It is necessary to calculate the multiplication of j2π/N) 1/2Nlog 2 N times, which is a heavy burden for the control computer to perform the calculation in real time. (Here, N is the number of samples.) Second, although the entire frequency spectrum can be obtained, it is necessary for the operator to make a judgment based on the distribution contents and analyze the factors, which is not possible in an emergency. To address the first drawback, there is a method to increase the speed by using FFT configured with dedicated hardware, but this method has the drawback of being more expensive than using software. If the hardware becomes cheaper, it will be more useful. In contrast, Fast Hadamard Transformer analyzes time-series input signals using a rectangular wave as a reference wave.
There is a method of performing frequency analysis (correctly, alternation number analysis) using FHT (hereinafter abbreviated as FHT). FHT is Walsh-Hadamard Transformer
(abbreviated as WHT). For example, regarding this frequency analysis method itself,
“BIFORE or
Hadamard Transform” (IEEE Transaction
on Audis and Electroacoustics, September
1971, p. 225-234). Figure 3 shows a block diagram when FHT is used. There are 16 FHT converters. 17 is a band average frequency converter 8 is a vibration diagnosis device. The input signal is a signal 104 with an alternating number coefficient A obtained by FHT-transforming a time-series digital signal, and a band frequency spectrum signal is obtained based on a predetermined linear conversion coefficient K, or a band frequency spectrum signal is obtained based on an average linear conversion coefficient. An average frequency spectrum signal 105 is obtained. K will be described further below. Here I will briefly discuss FHT. The FHT method that processes time-series input signals is
Output the alternation number coefficient A. This alternation coefficient A is
It is defined as below. A=N -1/2 T [G 1 ] [G 2 ]...[G o ]X...(6) n=log 2 N Here, alternation number coefficient: A T = [A 1 , A 2 , ..., A N ] where T: transpose Permutation matrix: T [G 1 ]=E (l-1) H (1) E (ni) where indicates the Kronecker product (PRODUCT). Diagonal matrix: E (U) = 1 Hadamard matrix: H (1) = 1 1 1 -1 By the way, Walsh and Fourier Transfer (hereinafter abbreviated as WFT) transforms alternating number coefficient A into Fourier coefficient a using equation (7). There is a method to convert it to . a=K·A...(7) Here, the linear conversion coefficient K is given by equation (8). K=1/NF・H...(8) As is clear from equation (6), only addition and subtraction operations are required, so the calculation process is the same as that of FFT, which requires complex number multiplication of sine or cosine. Comparing the calculation time, it is less than 1/10. This is particularly suitable for online abnormality diagnosis of rotating machines. For example, it is particularly effective in diagnosing turbine startup. F and H are N-order Fourier matrices and Hadamard matrices. That is, according to the FHT method, the alternation coefficient output A can be converted into Fourier coefficients representing frequency components by using the linear transformation coefficient K. Based on these basic matters, the present invention will be explained by examples. First, we will discuss the analysis of detected vibration signals and abnormality diagnosis. The present invention is based on the use of the above-mentioned FHT, but in order to achieve high speed, instead of finding all frequency coefficients a, an arbitrary band average frequency p is found according to equation (9). It is something. Expressed numerically, it is as follows. p = p・A...(9) Here, the average linear transformation coefficient p = [ p , 0 , p , 1 ,..., p , j ,...,
k p , N-1 ] p , j = 1/m pi k i , j (i, j = 1, 2, . . . , N) However, m p can be arbitrarily selected as Σ. The above-mentioned average linear conversion coefficient p takes various values depending on the target event and conditions. Table 1 shows an example of selecting the average linear conversion coefficient p for abnormal vibrations of rotating machinery that we have found empirically.

【表】 R:回転周波数成分を示す Rc:固有周波数 第1表は高速回転体である火力原子力発電所に
おけるタービン及び発電機の平均線形変換係数
の事例を示している。異常振動要因としては、
5個に大別され、軸受部ミスアライメント、
カツプリングのゆるみ、軸受油膜特性による自
励振動、ラビングによる熱曲がり、剛性の不
平衡、である。これらの各要因に基づく異常振動
の周波数を解析してみると、それぞれが特定の周
波数領域をとることがわかつた。即ち、分数調波
振動とか、倍調波振動とかに周波数成分(スペク
トル)が要因別に発生することがわかつた。従つ
て、分数調波成分とか倍調波とかに応じて周波数
成分を求めれば、その要因の様子を知ることがで
きることになる。 第1表はこれらの関係を示すものである。そし
てFHTは、従来のFHTに比較して、大巾な処理
時間の短縮が可能であることをすでに述べたがこ
れは、FFTの演算の大部分を占める乗算ステツ
プが、FHTの処理の過程ではほとんどなくなる
ためである。 次に、FHT変換器16と帯域平均周波数変換
器17との関係をより具体的に説明しよう。第4
図は横軸が時間t、縦軸が振動振幅Xで表わされ
る事象の振動振幅特性を示す。図では、時間t0
t1、……、t7の8個のサンプル時間に対するX0
X1、……、X7の8個の標本数を考えている。か
かる標本数を振動振幅Xは、サンプルホールド回
路13を通して取り込まれ、A/D変換器14に
よりデイジタル信号に変換される。第5図は、
A/D変換器14とFHT変換器16と帯域平均
周波数変換器17との対応による細部の関係を示
す図である。帯域平均周波数変換器17は、線形
変換部70とメモリ71と乗算器Mおよび加算器
addから成る。 第5図はaddは加算器を示し、subは減算器を
示す。減算器でのシンボルは、この信号線の信号
を減算することを意味している。Mなるシンボル
□×は乗算器である。FHT変換器16の細部構成
を第6図に示す。A/D変換された振動振幅X
は、メモリ(図示せず)に記憶され、次いで、要
素uの演算を行う。この要素uの演算は、下記の
式に従つてなされる。 u(0)=X0+X4 u(1)=X1+X5 u(2)=X2+X6 〓 〓 u(6)=X2−X6 u(7)=X3−X7 ……(10) 次いで、(10)式で求めたuをもとに、要素u′の演
算を行う。この要素u′の演算は以下の(11)式によつ
てなされる。 u′(0)=u(0)+u(2) u′(1)=u(1)−u(3) 〓 u′(6)=u(4)−u(6) u′(7)=u(5)−u(7) ……(11) 以上の演算をn回(n=log2N、但し、Nは標
本数)繰返すことにより、交番数係数A(0)、A
(1)、……、A(7)(一般式A(k))が求まる。尚、図
でaddは加算部、Subは減算部を示す。 以上の第6図のFHT変換器16の出力A(0)、
A(1)、……、A(7)をフーリエ係数a0、a1、b1、…
…、b4に変換するには、変換係数を利用する。こ
の変換係数の一例を第2表に示す。
[Table] R: Rotation frequency component R c : Natural frequency Table 1 shows the average linear conversion coefficients of turbines and generators in thermal nuclear power plants, which are high-speed rotating bodies.
An example of p is shown. The causes of abnormal vibration are:
It is roughly divided into five types: bearing misalignment,
These are loosening of the coupling ring, self-excited vibration due to bearing oil film characteristics, thermal bending due to rubbing, and unbalanced rigidity. When we analyzed the frequencies of abnormal vibrations based on each of these factors, we found that each of them takes a specific frequency range. That is, it has been found that frequency components (spectrums) are generated depending on factors, such as subharmonic vibrations and harmonic vibrations. Therefore, by finding frequency components according to fractional harmonic components or harmonics, it is possible to know the state of the factors. Table 1 shows these relationships. I have already mentioned that FHT can significantly reduce processing time compared to conventional FHT. This is because it almost disappears. Next, the relationship between the FHT converter 16 and the band average frequency converter 17 will be explained in more detail. Fourth
The figure shows the vibration amplitude characteristics of an event, where the horizontal axis is time t and the vertical axis is vibration amplitude X. In the figure, time t 0 ,
X 0 for 8 sample times of t 1 , ..., t 7 ,
We are considering the number of samples of 8, X 1 , ..., X 7 . The number of samples and the vibration amplitude X are taken in through a sample hold circuit 13 and converted into a digital signal by an A/D converter 14. Figure 5 shows
3 is a diagram showing a detailed relationship between an A/D converter 14, an FHT converter 16, and a band average frequency converter 17. FIG. The band average frequency converter 17 includes a linear converter 70, a memory 71, a multiplier M, and an adder.
Consists of add. In FIG. 5, add indicates an adder and sub indicates a subtracter. The symbol in the subtracter means that the signal on this signal line is subtracted. The symbol □× M is a multiplier. The detailed configuration of the FHT converter 16 is shown in FIG. A/D converted vibration amplitude X
is stored in a memory (not shown) and then operates on element u. This calculation of element u is performed according to the following formula. u(0)=X 0 +X 4 u(1)=X 1 +X 5 u(2)=X 2 +X 6 〓 〓 u(6)=X 2 −X 6 u(7)=X 3 −X 7 ... ...(10) Next, element u' is calculated based on u obtained by equation (10). The calculation of this element u' is performed by the following equation (11). u′(0)=u(0)+u(2) u′(1)=u(1)−u(3) 〓 u′(6)=u(4)−u(6) u′(7) =u(5)-u(7)...(11) By repeating the above calculation n times (n=log 2 N, where N is the number of samples), the alternation number coefficient A(0), A
(1), ..., A(7) (general formula A(k)) is found. In the figure, add indicates an addition section and Sub indicates a subtraction section. The output A(0) of the FHT converter 16 in FIG. 6 above,
A(1), ..., A(7) are Fourier coefficients a 0 , a 1 , b 1 , ...
…, b To convert to 4 , use the conversion coefficient. An example of this conversion coefficient is shown in Table 2.

【表】 かかる変換係数を用いてフーリエ係数a、bを
求めると、次式の(12)式となる。 (12)式でa0は直流成分、a1、a2、a3、a4は正弦波
成分、b1、b2、b3、b4は余弦波成分となる。尚、
第2表で、小数点5桁目以降を四捨五入しても実
用上、値はほとんど同じである。その結果、(12)式
で使用する変換係数は、1.3066、0.5412、1.4142、
0.5412、1.3066の5個の数値となる。従つて、こ
の5個の変換係数を記憶させておき、フーリエ係
数a、bを求める際に、(12)式を利用してフーリエ
係数a、bを求めることになる。以上の、交番数
係数からフーリエ係数を求める過程は、従来から
あるFHTと、線形変換の組合せによる本発明で
は、(12)式に従つて、個々のフーリエ係数を求める
のではなく、周波数帯域の平均としてフーリエ係
数を求めることにしたものである。従つて、第5
図に戻つて本発明の実施例を説明しよう。 周波数帯域として、直流成分、正弦波の平均、
余弦波の平均を考えよう。直流成分a0は上述の説
明で明らかなように変換係数は1であるため、 a0=A(0) ……(13) となる。正弦波の平均値は、 =a1+a2+a3+a4(ここで、a4=0) =0.7654A(2)+1.4142(4) +1.8478A(6) ……(14) となる。余弦波の平均値は、 =b1+b2+b3+b4 =1.8478A(1)+1.4142A(3) +0.7654A(5)+A(7) ……(15) となる。 但し、 1.8478=1.3066+0.5412 0.7654=1.3066+0.5412 1.4142=1.4142 ……(16) である。(14)、(15)式を求めるのに必要なデー
タは、1.8478、0.7654、1.4142の3個でよい。こ
の3個のデータが帯域平均の変換係数となる。 第5図の帯域平均周波数変換器17では、メモ
リ71に上記3個のデータを記憶させておく。更
に、線形変換部70では、メモリ71のデータと
交番数との間で掛算を行わせ、次いで加算を行
い、(14)、(15)式の演算を行い、、を求め
る。かかる実施例によればメモリ容量が少なくて
平均周波数スペクトルの検出ができる。 以上は、平均値として、正弦、余弦成分に関す
るものであつたが、各種調波成分の平均値も同様
に可能となる。更に、標本数Nが増大すれば、よ
り精度の高い帯域平均が可能となることは云うま
でもない。一般には、N=256、512、1024、……
等が実用的である。交番数係数Aから周波数成分
を示すフーリエ係数aに変換する一般式(標本数
Nの場合)は(17)式となる。 (17)式において、R:回転周波数成分、
Rc:固有周波数成分を示す。さらに周波数スペ
クトルに変換するには、(18)式に従つて演算す
る。 |ai|=10log102 i2 i ……(18) たとえば、1/2回転数成分P1/2Rとなる。 以上の実施例によれば、第1表に示す如き振動
要因に対して、帯域として周波数特性を求めるこ
とが可能になつたため、振動要因の適格な把握、
及び対策が可能となつた。 次に本発明は、計算機によつても達成できる。
その際のフローチヤートを第7図に示す。先ず、
フロー501で時系列信号XT=〔X1、X2、……、
XN〕を取り込む。次いで、フロー502で交番
数係数AをA=N-1/2T〔G1〕……〔Go〕・Xによ
り求める。次いで、平均変換係数をもとに、帯
域平均フーリエ係数a pa p=Kp・Aを求める。こ
の処理をもつて上記実施例の処理と同じとなる。
次に、チエツクに移る。即ち、フロー504で帯
域フーリエ係数a pが許容値Lp(異常判定レベル)
内にあるかどうかのチエツクを行い、満足してい
ればフロー506に移り、標本数の全部の走査が
終了したかどうかのチエツクを行い、走査を終了
していなければフロー507に移る。終了してい
れば次の標本に対する処理を待つ。フロー504
で満足していなければ、その時の状態をフロー5
05で表示させる。以上の過程でのチエツク過程
は、第5図の場合にも適用できる。 次に、本発明の他の実施例を説明しよう。第8
図は、前述した従来のFHTと線形変換との組合
せた場合に対する実施例を示す。従つて、変換部
17は(12)式の演算を行うように構成されている。
本実施例の最大の特徴は、変換器16と17との
間に比較部19を設けた点にある。比較部19
は、交番数係数に対応した数の比較器を持つてい
る。各比較器は対応する交番数係数とあらかじめ
設定された交番数係数毎の許容値A、とを入力と
し、両者の比較を行うようになつている。交番数
係数の許容値Asは、異常振動の要因に応じてそ
れ以上の値を越えた場合、異常であると認定でき
る基準値である。比較器では各交番数係数Ak
対して許容値Ask(この場合As0〜As7)との比較
を行い、許容値との差がある定められた巾Mp
りも小さい場合には出力を出さず、大きい場合に
は異常として、その時の交番数係数Akを出力す
る。変換器17では、異常として判定された交番
数係数を利用してそれに関連するフーリエ係数を
求める。このフーリエ係数の結果について、再度
異常か否かのチエツクを行う。即ち、以上の実施
例では、交番数係数について第1次の異常チエツ
クを行い、異常と判定された場合、フーリエ係数
を求めて、第2次の異常チエツクを行うことにな
る。尚、1つの交番数係数のみが異常と判定され
た場合、フーリエ係数を求めるには他の交番数係
数をも演算に必要となる(a0は例外)。従つて、
それらの交番数係数をも取り込んでフーリエ係数
を求めなければならない。これらは、図では示さ
ないが、制御回路によつて比較器のそれぞれの結
果が点検され、比較器の出力を出すかどうかのチ
エツクがなされる。 第9図は計算機によつて実現した場合の実施例
をフローチヤートによつて示している。フロー5
08では、許容値Askと各交番数係数Akとの偏差
を求めている。次いで、フロー509でその偏差
εが値Mp以下であるかどうかのチエツクを行う。
以下であれば、フロー506に移り、以上であれ
ばフロー510に移り、フーリエ係数を求める。
次いで、フロー511により表示する。これらの
実施例は帯域平均の場合にも適用される。この時
にも、変換器16と17との間に比較部19が設
けられる。 以上、主として検出された振動振幅信号処理に
ついて述べたが、次にこれらの信号処理による診
断結果に基づくタービンおよび発電機の運転制御
について述べる。 第10図は全体のブロツク図を示している。
HPなる高圧タービン51、IPなる中圧タービ
ン、LPなる低圧タービン53、およびGなる発
電機53が直結されている例である。39は回転
数検出器を、40〜45はそれぞれ軸受に取付け
られた振動振幅検出器である。48は振動振幅値
信号から回転機械の診断を行なう振動診断装置
を、47は目標回転数設定装置で、速度制御のた
めの起動スケジユール装置46からのスケジユー
ル信号を、回転体の振動信号(検出器40〜45
で検出される信号)による診断結果に応じて補正
するものである。55は47による設定信号に基
づいてタービンの速度を制御するタービン速度制
御装置である。は弁MSV−SV64を操作する
モータ、MSV−SVは主塞止弁の補助弁をMSV
は主塞止弁を、CVは制御弁を示している。 タービン速度制御装置は回転数検出器39から
の信号203と設定装置47からの信号の偏差に
応じて、主蒸気塞止バイパス弁64を制御して所
定の回転数になるようにタービン51への蒸気流
入量を制御する。先に診断結果に応じて起動スケ
ジユール装置からの信号を補正してと述べたが、
あるいはスケジユール信号に優先して設定し、タ
ービンの速度を制御すると云つてもよい。 第11図は振動診断装置48の具体的な構成例
を示す。216,217は帯域フイルタ、218
はマルチプレクサ、219はサンプルホールダ、
220はA/D変換器、221は回転に同期して
発生するタイミング発生回路、222はフーリエ
変換器、223はフーリエ変換した信号により回
転体の状態を判別する判別器で、診断器224は
フーリエ変換器222と、判別器223から構成
される。信号204はアナログの軸振動信号、信
号205はデイジタル軸振動信号、206は調波
数スペクトル信号を、207は診断結果に基づく
目標値設定信号で目標回転数設定装置47に入力
される。そして信号源208はマルチプレクサの
切替信号源で、この信号によつてマルチプレクサ
の切替が行なわれ、複数の振動検出信号を順次切
替えて取込む動作を行なわしめる。 第12図はその波形の1例を示す。同図aは振
動検出器によつて検出される軸振動信号の1例で
例えば第11図の信号201の場合を示してい
る。同図bは帯域フイルタを通過したあとの信号
で、高調波成分が除去されていることが分る。例
えば第11図の信号204がこれに相当する。 また同図cはサンプルホールド回路の出力信号
で第11図の信号204′がこれに相当する。ま
た同図aはA/D変換器で変換されたデイジタル
の軸振動信号で、第11図の信号205がこれに
相当する。dではサンプルホールド回路の出力信
号204′に対して11ビツト(但しMSBはサイン
ビツト)構成のデイジタル信号に変換した場合の
例について示している。 これらの時系列デイジタル信号はすでに述べた
ように、例えばFHTの場合であればFig.6のX0
X1、X2、……X7に入力されて要素uの演算が行
なわれ、交番数係数A(0)、A(1)、A(2)、……A
(7)を求める。そしてフーリエ係数a0、a1、b1、…
…b4に変換するには例えば第2表に示した変換係
数を用いる。ここでは簡単のために前記標本数N
=8(X0、X1、X2、……X7)の場合であるが、
実際には前記したように256、512、1024などが採
用される。 第13図aはタービン発電機の起動時における
振動振幅の状況を示したものである。定格回転数
に達するまでにはいくつかの危険速度領域があり
そこで振動振幅が増加していることが分る。一般
には1次危険速度が1000rpm近傍、2次危険速度
は2000rpm、3次、4次、5次危険速度は3000〜
3400rpm近傍にある。 第13図bは起動時における一般的な昇速パタ
ーンを示している。A〜Dは同図aのA〜Dにそ
れぞれ対応している。本発明ではこれらの退避速
度領域で振動信号の周波数分析を行ない、全周波
数スペクトル分析結果によるタービン発電機の状
況を診断するか、あるいは第1表に示したように
回転数成分と一定の関係をもつ特定の周波数成分
の状況を分析して診断し、運転制御を行なう。 例えば第14図はしきい値を設定して診断を行
なう場合を示している。横軸は回転数成分で振動
振幅100μ(peak to peak)に対する比で〔dB〕
で表わすと全周波数(over all frequency)成分
に対する比で〔dB〕で表わすとか、あるいは絶
対値などいろいろな表現方法がある。縦軸はこの
場合、回転数成分の1/2の周波数成分の場合であ
るが横軸と同様に〔dB〕、あるいは絶対値で表わ
される場合が多い。 第14図でUは昇降運転領域、Hは当該回転速
度で保持運転する領域、Dはより低速の退避速度
で運転する領域、Tは運転停止のトリツプ領域で
ある。すなわちU領域にある場合は例えば第13
図bに示したような起動スケジユール(または昇
速スケジユール)にしたがつて昇速を続ければよ
い。起動スケジユール信号は例えば第10図の起
動スケジユール装置46から与えられる。 H領域にある場合はあらかじめ定められた保持
時間その回転数で保持運転を行なう。ある保持時
間を越えてもなおH領域にある場合は、さらに下
位の低速退避速度まで回転数を下げて運転する。
ここで下位の低速退避領域とは例えば第13図a
の(C)領域にあつたとすると、(B)の速度領域まで速
度を下げて運転することをいう。これはH領域に
あつても、ある定められた時間だけ保持運転が継
続されると、丁度D領域の運転状態と同様の降速
運転を行なうことを意味する。 Dは上述したように第13図で(C)領域で第14
図のDに達すると、第13図(B)領域まで速度を下
げて運転することである。 第14図では回転数成分と1/2回転数成分との
関係を示したもので、たとえ1/2回転数成分が小
さくても回転数成分が増加すればやはりトリツプ
に至ることがある。それは第1表から明らかなよ
うに、軸受部ミスアライメントとは異なつた振動
要因、例えばラビングにより熱曲がりによる異常
などが発生していると診断するわけである。第1
4図は回転数成分とその1/2回転数成分との関係
であるが縦軸は1/3回転数成分、危険速度成分、
2倍の回転数成分を監視することによりそれぞれ
の振動要因の監視診断を行なうことができる。 以上をまとめて本発明の異常診断による運転制
御方法を第15図に示すフロー図により説明す
る。 入力処理ステツプ301は、タービン及び発電
機の回転数(rpm)ならびに各軸受部で測定され
た軸振動信号Xを入力する(標本数N個×チヤネ
ル数)。次に初期徴候の抽出ステツプ302は、
(6)式にしたがつて交番数係数(A0〜A(N-1))を求
める。次に異常判定ステツプ303では、(20)
式にしたがつて交番数スペクトラム|A|を求
め、正常運転状態の交番数スペクトル|
Anormal|との偏差をとり、あらかじめ定めら
れた小さな値Lとの大小関係を判定する。もし |A|−|Anormal|L であれば、その時のパターン速度が第13図のA
〜Bのどの速度領域にあるかをステツプ304〜
307で判定する。A〜Dは1st、2nd、3rd……
5thの危険速度を中心にある範囲を避けてあらか
じめ定められた速度領域である。そしてそれぞれ
の回転数領域に対応したパターンI〜をステツ
プ308〜311で選択する。 パターンの例を第15図cに示す。パターン
、も横軸、縦軸は同一であるが、U、H、D、
Tの設定レベルが異なつてくる。パターンIは
FIG.15Dに示すように縦軸が1/2R、1/3Rの
場合である。パターンIの場合は第1危険速度以
下だからRCは問題にしなくてもよい。 パターンはパターン、(FIG.15C)
の場合の縦軸に2R成分が追加される。 いまパターン速度が第13図のB領域であつた
とするとパターンが選択される(ステツプ30
9)。次のステツプ316(第15図B)では式
(17)によるWFT処理が行なわれた交番数係数か
ら周波数成分を示すフーリエ係数aに変換され
る。この時の縦軸は、第15図cから明らかなよ
うに1/2R、1/3R、RCであるから、式(17)で
対応する部分のみ選択して演算すればよい。例え
ばa0、b1/3R、a1/3R、b1/2R、a1/2R、bRc、aRcのエレ
メントの演算を、そしてFIG.15Cの横軸の回
転周波数成分については同じく式(17)でbR、aR
の対応エレメントの演算を行なえばよい。 次のステツプ317〜320では、その結果第
15図cに示した運転パターンU、H、D、Tの
どの領域の振動信号かをパターンの場合は1/2
R、RC、1/3Rについて判定する。そしてそれぞ
れ対応する速度制御(ステツプ321〜324)
を行なう。具体的には第10図における目標回転
数設定装置47においてあらかじめ定められてい
る起動スケジユール信号に優先して速度制御装置
55の設定値として与えられる。優先レベルはT
>D>H>Uの関係にあり、選択されたものの中
で最上位のもので運転される。そしてステツプ3
13の振動スペクトルの表示(例えばCathod
Ray Tube表示)処理などを行ない、全てのチヤ
ンネルについて処理が終つたかどうかを判定し
(ステツプ314)、終つていなければ他のチヤン
ネルを選択(ステツプ315)して同様の処理を
繰り返すのである。ここでチヤンネルというの
は、第10図の振動検出器39〜45のことを意
味する。 また以上の説明ではあらかじめ定められた周波
数成分、例えば1/2Rについての周波数成分を演
算する場合について述べたが、その前後について
演算して平均スペクトルを演算する方法でもよ
い。その場合は、式(17)でb(1/2R+1)、b(1/2R-1)
とb(1/2R)、a(1/2R+1)、a(1/2R-1)、とa(1/2R)について

算を行なえばよい。 また特定周波数成分の前後一定領域について平
均値を求める方法であつてもよい。例えば1/2R
の基準に一定周波数領域rを考えて(1/2R±r)
について演算を行なう方法であつてもよい。すな
わち式(17)の例ではb(1/2R±r)、a(1/2R±r)について
演算を行なうことになる。第1表のp=1、の場
合のi=29、30、31は、いわゆる(1/2R±1)
の場合の例である。ここではm1=6を選択して
いるのでさらに(1/4R±1)の場合、すなわち
i=14、15、16の場合も含めて演算できる例を示
している。 このように選択された周波数の前後、あるいは
選択された周波数の前後のある領域を含めた平均
の周波数成分で回転機の状態を診断することは、
振動検出器からのノイズ信号などによる誤診断が
さけられること、サンプリングの位相ずれの補償
が行なえる効果がある。これをパターンの例で
示すと第15図Eのように表わすことができる。 なおFIG.15Aステツプ303では|
Anormal|との偏差をとつているが、回転機に
よるバラツキを吸収できる効果がある。 第16図a〜dは本発明の効果の1つを説明す
るための図面である。 同図aにおいて、現在の運転速度における振動
振幅信号を同図bであつたとする。この波形は振
動振幅も小さいので従来のように平均値方式では
何ら異常が検知されず、やがて同図cに示すよう
にオイルホワール(Oil Whirl)現象が発生して
過大振幅の振動が発生する。これに対し本発明の
ように周波数分析を行ないそのスペクトラムを監
視すると▽aの時点であらかじめオイルホワールの
徴候を検知することができるのである。同図dの
●印のスペクトラムがそれを表わしている。実験
機の固有振動周波数が22.5(Hz)の場合でこの周
波数におけるスペクトルが他の周波数に比較して
特に大きくなつていることが分るであろう。これ
はとりもなおさずオイルホワールの徴候が表われ
ていることを意味する。 したがつて本発明によれば、振動振幅値が小さ
い場合、あるいは振動振幅平均値が小さい場合で
あつても、これから発生しうるであろう異常振動
を予測することが可能である。したがつて異常振
動を早期に検知し、安全な運転制御を行なうこと
が可能となるのである。 なお第16図dの縦軸は入力振動波形のpeak
−to−peakの値で正規化した周波数スペクトル
を示している。 また第17図は本発明を適用した場合と従来技
術で起動運転を行なつた場合の対比の例を示す。
本発明を適用した場合を実線で示したが、点▽aで
異常を検知すると一旦低速度退避領域で運転し再
び昇速し定格回転速度まで昇速する。これに対し
従来技術(破線)では、点▽bで示したように異常
検知が遅れるために振動振幅平均値がトリツプ領
域に入つてしまつているから直ちにトリツプし、
異常の原因を究明後再び起動を行なう。このよう
に本発明は早期に異常を検知できるので不要なト
リツプをさせることができる。 また測定された交番数スペクトラムAと標準値
A、の偏差eをあらかじめ定められた許容値と比
較監視して異常判定してもよい。これらの関係を
式(20)〜(22)に示す。 |A|=√2 2K2 2K+1 ……(20) ただしk=0〜(N/2−1) |As|=√2 s2K2 s2K+1 ……(21) e=|A|−|As| ……(22) タービンおよび発電機などの回転体において
は、製作、施行上、ある程度の残留アンバランス
があるので、回転時にはこれが加振力となり、正
常状態でも回転数成分を中心に軸振動を生ずる。
したがつて、異常現象が発生しても初期の間は、
この正常時の振動成分が外乱となつて検出がむず
かしい。そこで正常時の振動特性をあらかじめ記
憶しておきこれとの偏差を監視すれば、高感度に
異常特性を検出できることになるが、従来の時間
領域での監視では、記憶されている正常時の振動
波形と毎回測定される振動波形との位相を合わせ
ることがむずかしい。 本実施例では交番数係数に変換して正常時の特
性と比較するので、位相の影響を考慮する必要は
なくなる。 また本発明の実施例はデイジタル信号による周
波数分析の場合について述べたが、アナログ方式
であつてもよい。ただその場合には回転機の回転
速度に応じてアナログフイルタの時定数が自動的
に変えられるフイルタが必要になる。それは例え
ばFIG.15Cに示したように回転周波数と相対関係
にある周波数について、周波数成分を分析する必
要があるからである。ただし回転機の特性から決
まる固有振動周波数用フイルタの時定数は固定で
よい。 ただ定格回転数で運転中の異常診断を行なうよ
うな場合は、それぞれ専用フイルタを設ける方法
であつてもよい。
[Table] When the Fourier coefficients a and b are obtained using such conversion coefficients, the following equation (12) is obtained. In equation (12), a 0 is a DC component, a 1 , a 2 , a 3 , and a 4 are sine wave components, and b 1 , b 2 , b 3 , and b 4 are cosine wave components. still,
In Table 2, even if the numbers after the fifth decimal point are rounded off, the values are practically the same. As a result, the conversion coefficients used in equation (12) are 1.3066, 0.5412, 1.4142,
There are five numbers: 0.5412 and 1.3066. Therefore, these five transform coefficients are stored, and when calculating the Fourier coefficients a and b, the Fourier coefficients a and b are calculated using equation (12). The above process of finding Fourier coefficients from alternating number coefficients is a combination of conventional FHT and linear transformation.In the present invention, instead of finding individual Fourier coefficients according to equation (12), It was decided to obtain the Fourier coefficient as an average. Therefore, the fifth
Referring back to the drawings, an embodiment of the present invention will be described. As a frequency band, DC component, average of sine wave,
Let's consider the average of the cosine waves. As is clear from the above explanation, the conversion coefficient of the DC component a0 is 1, so a0 =A(0)...(13). The average value of the sine wave is = a 1 + a 2 + a 3 + a 4 (here, a 4 = 0) = 0.7654 A (2) + 1.4142 (4) + 1.8478 A (6) ... (14) . The average value of the cosine wave is: =b 1 +b 2 +b 3 +b 4 =1.8478A(1)+1.4142A(3) +0.7654A(5)+A(7) (15). However, 1.8478=1.3066+0.5412 0.7654=1.3066+0.5412 1.4142=1.4142...(16) Three pieces of data, 1.8478, 0.7654, and 1.4142, are required to obtain equations (14) and (15). These three pieces of data serve as conversion coefficients for the band average. In the band average frequency converter 17 shown in FIG. 5, the above three pieces of data are stored in the memory 71. Furthermore, the linear conversion unit 70 multiplies the data in the memory 71 and the number of alternations, then performs addition, and calculates equations (14) and (15) to obtain . According to this embodiment, the average frequency spectrum can be detected with a small memory capacity. The above description relates to sine and cosine components as average values, but average values of various harmonic components are also possible. Furthermore, it goes without saying that as the number of samples N increases, more accurate band averaging becomes possible. Generally, N=256, 512, 1024,...
etc. are practical. The general formula for converting the alternating number coefficient A into the Fourier coefficient a representing the frequency component (in the case of the number of samples N) is formula (17). In equation (17), R: rotational frequency component,
Rc: Indicates the natural frequency component. Further, to convert to a frequency spectrum, calculation is performed according to equation (18). |a i |=10log 102 i + 2 i ……(18) For example, 1/2 rotation speed component P 1/2R is becomes. According to the embodiments described above, it has become possible to obtain the frequency characteristics as a band for the vibration factors shown in Table 1, so that the vibration factors can be properly grasped and
and countermeasures became possible. Next, the present invention can also be achieved by a computer.
A flowchart at that time is shown in FIG. First of all,
In the flow 501, the time series signal X T = [X 1 , X 2 , ...,
X N ]. Next, in flow 502, the alternation number coefficient A is determined by A=N -1/2 T[G 1 ]...[G o ]·X. Next, based on the average conversion coefficient, the band average Fourier coefficient a p is determined as a p =K p ·A. This process is the same as the process in the above embodiment.
Next, move on to check. That is, in flow 504, the band Fourier coefficient a p reaches the allowable value L p (abnormality determination level)
A check is made to see if it is within the range, and if it is satisfied, the process moves to flow 506, and a check is made to see if scanning of all the sample numbers has been completed, and if the scanning has not been completed, the process moves to flow 507. If it has finished, it waits for the next sample to be processed. flow 504
If you are not satisfied with the current state, follow flow 5.
05 to display. The checking process in the above process can also be applied to the case shown in FIG. Next, another embodiment of the present invention will be described. 8th
The figure shows an example of a case in which the conventional FHT and linear transformation described above are combined. Therefore, the conversion unit 17 is configured to perform the calculation of equation (12).
The greatest feature of this embodiment is that a comparing section 19 is provided between converters 16 and 17. Comparison section 19
has a number of comparators corresponding to the number of alternating coefficients. Each comparator receives as input the corresponding alternation number coefficient and a preset tolerance value A for each alternation number coefficient, and compares the two. The allowable value A s of the alternation number coefficient is a reference value that can be recognized as abnormal if the value exceeds it depending on the cause of the abnormal vibration. The comparator compares each alternation number coefficient A k with the tolerance value A sk (A s0 to A s7 in this case), and if the difference from the tolerance value is smaller than a predetermined width M p No output is output, and if it is large, it is considered abnormal and the alternation number coefficient A k at that time is output. The converter 17 uses the alternation number coefficient determined to be abnormal to obtain Fourier coefficients related thereto. The result of this Fourier coefficient is checked again to see if it is abnormal. That is, in the above embodiment, a first abnormality check is performed on the alternation number coefficient, and if it is determined to be abnormal, the Fourier coefficient is determined and a second abnormality check is performed. Note that when only one alternation number coefficient is determined to be abnormal, other alternation number coefficients are also required for calculation in order to obtain the Fourier coefficient (a 0 is an exception). Therefore,
The Fourier coefficients must also be obtained by taking in those alternating number coefficients. Although not shown in the figure, a control circuit checks the results of each of the comparators and checks whether the output of the comparator should be provided. FIG. 9 shows a flowchart of an embodiment implemented by a computer. flow 5
In 08, the deviation between the allowable value A sk and each alternation number coefficient A k is calculated. Next, in flow 509, it is checked whether the deviation ε is less than or equal to the value M p .
If it is below, the process moves to flow 506, and if it is above, the process moves to flow 510 to obtain Fourier coefficients.
Next, it is displayed in flow 511. These embodiments also apply to the case of band averaging. Also at this time, a comparator 19 is provided between converters 16 and 17. Above, the processing of detected vibration amplitude signals has been mainly described, and next, the operational control of the turbine and generator based on the diagnostic results obtained by processing these signals will be described. FIG. 10 shows the overall block diagram.
This is an example in which a high pressure turbine 51 designated HP, an intermediate pressure turbine IP designated, a low pressure turbine 53 designated LP, and a generator 53 designated G are directly connected. 39 is a rotation speed detector, and 40 to 45 are vibration amplitude detectors each attached to a bearing. Reference numeral 48 denotes a vibration diagnosis device for diagnosing the rotating machine from vibration amplitude value signals, and 47 is a target rotation speed setting device, which converts the schedule signal from the start schedule device 46 for speed control into the vibration signal (detector) of the rotating body. 40-45
The correction is made according to the diagnostic results obtained from the signal detected by the sensor. 55 is a turbine speed control device that controls the speed of the turbine based on the setting signal 47; is the motor that operates the valve MSV-SV64, and MSV-SV is the motor that operates the auxiliary valve of the main blocking valve.
indicates the main blocking valve, and CV indicates the control valve. The turbine speed control device controls the main steam blocking bypass valve 64 according to the deviation between the signal 203 from the rotation speed detector 39 and the signal from the setting device 47, and controls the turbine 51 to reach a predetermined rotation speed. Controls the amount of steam inflow. I mentioned earlier that the signal from the startup scheduler is corrected according to the diagnosis results, but
Alternatively, it may be set in priority to the schedule signal to control the speed of the turbine. FIG. 11 shows a specific example of the configuration of the vibration diagnosis device 48. 216, 217 are band filters, 218
is a multiplexer, 219 is a sample holder,
220 is an A/D converter, 221 is a timing generation circuit that generates data in synchronization with rotation, 222 is a Fourier transformer, 223 is a discriminator that determines the state of the rotating body based on Fourier-transformed signals, and diagnostic device 224 is a Fourier transformer. It is composed of a converter 222 and a discriminator 223. The signal 204 is an analog shaft vibration signal, the signal 205 is a digital shaft vibration signal, the signal 206 is a harmonic spectrum signal, and the signal 207 is a target value setting signal based on the diagnosis result, which are input to the target rotation speed setting device 47. A signal source 208 is a switching signal source for a multiplexer, and the multiplexer is switched by this signal to sequentially switch and acquire a plurality of vibration detection signals. FIG. 12 shows an example of the waveform. Figure 1a shows an example of a shaft vibration signal detected by a vibration detector, such as signal 201 in Figure 11. Figure b shows the signal after passing through the bandpass filter, and it can be seen that harmonic components have been removed. For example, signal 204 in FIG. 11 corresponds to this. Further, c in the same figure is an output signal of the sample and hold circuit, and the signal 204' in FIG. 11 corresponds to this. Further, a in the same figure is a digital shaft vibration signal converted by an A/D converter, and the signal 205 in FIG. 11 corresponds to this. d shows an example in which the output signal 204' of the sample and hold circuit is converted into a digital signal of 11 bits (MSB is a sign bit). As mentioned above, these time-series digital signals are, for example, X 0 in Fig. 6 in the case of FHT,
X 1 , X 2 , ...
Find (7). And the Fourier coefficients a 0 , a 1 , b 1 ,...
... b4 , for example, use the conversion coefficients shown in Table 2. Here, for simplicity, the number of samples N
In the case of =8 (X 0 , X 1 , X 2 , ...X 7 ),
Actually, as mentioned above, 256, 512, 1024, etc. are adopted. FIG. 13a shows the vibration amplitude situation at the time of startup of the turbine generator. It can be seen that there are several critical speed regions before the rated speed is reached, and the vibration amplitude increases in these regions. Generally, the primary critical speed is around 1000 rpm, the secondary critical speed is 2000 rpm, and the 3rd, 4th, and 5th critical speeds are around 3000 rpm.
It is around 3400rpm. FIG. 13b shows a typical speed increase pattern at startup. A to D correspond to A to D in a of the figure, respectively. In the present invention, frequency analysis of the vibration signal is performed in these retreat speed regions, and the status of the turbine generator is diagnosed based on the results of the full frequency spectrum analysis, or a certain relationship with the rotational speed component is determined as shown in Table 1. The system analyzes and diagnoses the situation of specific frequency components, and performs operational control. For example, FIG. 14 shows a case where diagnosis is performed by setting a threshold value. The horizontal axis is the rotational speed component, which is the ratio to the vibration amplitude of 100μ (peak to peak) [dB]
There are various ways to express it, such as in dB as a ratio to the over all frequency components, or as an absolute value. In this case, the vertical axis represents a frequency component that is 1/2 of the rotational speed component, but like the horizontal axis, it is often expressed in [dB] or as an absolute value. In FIG. 14, U is a lifting operation area, H is a holding operation area at the rotation speed, D is an operation area at a lower retracting speed, and T is a trip area for stopping operation. In other words, if it is in the U area, for example, the 13th
It is sufficient to continue increasing the speed according to the startup schedule (or speed-up schedule) shown in FIG. b. The activation schedule signal is provided, for example, from the activation schedule device 46 shown in FIG. If it is in the H region, holding operation is performed at that rotational speed for a predetermined holding time. If the engine is still in the H range even after a certain holding time, the engine speed is lowered to a lower, lower retraction speed and the engine is operated.
Here, the lower low-speed evacuation area is, for example, Fig. 13a.
If the vehicle is in the (C) range, this means driving at a reduced speed to the (B) speed range. This means that even in the H region, if the holding operation continues for a certain predetermined period of time, a speed-down operation similar to the operating state in the D region will be performed. As mentioned above, D is the 14th area in (C) area in Figure 13.
When reaching D in the diagram, the speed should be reduced to the region (B) in Figure 13. FIG. 14 shows the relationship between the rotational speed component and the 1/2 rotational speed component, and even if the 1/2 rotational speed component is small, if the rotational speed component increases, a trip may occur. As is clear from Table 1, this is a diagnosis that an abnormality due to vibration causes different from bearing misalignment, such as thermal bending due to rubbing, has occurred. 1st
Figure 4 shows the relationship between the rotation speed component and its 1/2 rotation speed component, but the vertical axis is the 1/3 rotation speed component, the critical speed component,
By monitoring the twice the rotational speed component, each vibration factor can be monitored and diagnosed. In summary, the operation control method based on abnormality diagnosis of the present invention will be explained with reference to the flow diagram shown in FIG. 15. Input processing step 301 inputs the rotational speed (rpm) of the turbine and generator and the shaft vibration signal X measured at each bearing (number of samples N x number of channels). Next, in the initial symptom extraction step 302,
The alternation number coefficient (A 0 to A (N-1) ) is determined according to equation (6). Next, in the abnormality determination step 303, (20)
Obtain the alternation number spectrum |A| according to the formula, and obtain the alternation number spectrum in normal operating condition |
The deviation from Anormal| is taken and the magnitude relationship with a predetermined small value L is determined. If |A|-|Anormal|L, the pattern speed at that time is A in Figure 13.
~Step 304~ Determine in which speed range of B
Determination is made in step 307. A to D are 1st, 2nd, 3rd...
This is a predetermined speed area that avoids a certain range around the 5th critical speed. Then, in steps 308-311, patterns I~ corresponding to each rotational speed region are selected. An example of the pattern is shown in Figure 15c. The pattern also has the same horizontal and vertical axes, but U, H, D,
The setting level of T will be different. Pattern I is
As shown in FIG. 15D, the vertical axis is 1/2R and 1/3R. In the case of pattern I, R C does not need to be a problem because the speed is below the first critical speed. A pattern is a pattern, (FIG.15C)
The 2R component is added to the vertical axis in the case of . Assuming that the pattern speed is now in region B of FIG. 13, a pattern is selected (step 30).
9). In the next step 316 (FIG. 15B), the alternation coefficients subjected to the WFT process according to equation (17) are converted into Fourier coefficients a representing frequency components. Since the vertical axes at this time are 1/2R, 1/3R, and R C as is clear from FIG. For example, calculate the elements a 0 , b 1/3R , a 1/3R , b 1/2R , a 1/2R , b Rc , a Rc , and use the same formula for the rotational frequency component on the horizontal axis in FIG. 15C. (17) in b R , a R
It is sufficient to perform calculations on the corresponding elements of . In the next steps 317 to 320, as a result, in which region of the operation pattern U, H, D, and T shown in FIG.
Determine R, R C and 1/3R. And the corresponding speed control (steps 321 to 324)
Do this. Specifically, the target rotation speed setting device 47 in FIG. 10 gives priority to the starting schedule signal predetermined in the target rotation speed setting device 47 as a setting value of the speed control device 55. Priority level is T
There is a relationship of >D>H>U, and the highest among the selected ones is operated. And step 3
Display of 13 vibrational spectra (e.g. Cathod
Ray Tube display) processing, etc., and determines whether processing has been completed for all channels (step 314), and if not, selects another channel (step 315) and repeats the same processing. . Here, the channel refers to the vibration detectors 39 to 45 in FIG. Further, in the above description, a case has been described in which a frequency component for a predetermined frequency component, for example, 1/2R is calculated, but a method of calculating an average spectrum by calculating before and after that frequency component may also be used. In that case, b (1/2R+1) , b (1/2R-1) ,
It is sufficient to perform calculations on b (1/2R) , a (1/2R+1) , a (1/2R-1) , and a (1/2R) . Alternatively, a method may be used in which an average value is calculated for a certain region before and after a specific frequency component. For example 1/2R
Considering a constant frequency range r as a reference (1/2R±r)
It may also be a method of performing calculations on . That is, in the example of equation (17), calculations are performed on b (1/2R±r) and a (1/2R±r) . i = 29, 30, 31 in the case of p = 1 in Table 1 is the so-called (1/2R ± 1)
This is an example of the case. Here, since m 1 =6 is selected, an example is shown in which calculations can also be performed in the case of (1/4R±1), that is, the case of i=14, 15, and 16. In this way, diagnosing the condition of a rotating machine using the average frequency component including a region before and after the selected frequency, or a region before and after the selected frequency,
This has the effect of avoiding erroneous diagnosis due to noise signals from the vibration detector and compensating for sampling phase shifts. This can be expressed as an example of a pattern as shown in FIG. 15E. In addition, in FIG. 15A step 303 |
Although it takes the deviation from Anormal|, it has the effect of absorbing the variation caused by the rotating machine. FIGS. 16a to 16d are drawings for explaining one of the effects of the present invention. Assume that the vibration amplitude signal at the current operating speed in figure a is as shown in figure b. Since the vibration amplitude of this waveform is small, no abnormality is detected by the conventional average value method, and eventually an oil whirl phenomenon occurs as shown in FIG. On the other hand, if frequency analysis is performed and the spectrum is monitored as in the present invention, signs of oil whirl can be detected in advance at point ▽a. The spectrum marked with ● in d of the same figure represents this. It can be seen that when the natural vibration frequency of the experimental machine is 22.5 (Hz), the spectrum at this frequency is particularly large compared to other frequencies. This means that signs of an oil whirl are appearing. Therefore, according to the present invention, even if the vibration amplitude value is small or the vibration amplitude average value is small, it is possible to predict abnormal vibrations that may occur in the future. Therefore, abnormal vibrations can be detected early and safe operation control can be performed. The vertical axis in Figure 16d is the peak of the input vibration waveform.
The frequency spectrum normalized by the −to−peak value is shown. Further, FIG. 17 shows an example of comparison between the case where the present invention is applied and the case where starting operation is performed using the conventional technique.
The case where the present invention is applied is shown by a solid line, and when an abnormality is detected at point ▽a, the engine is operated in a low speed evacuation area and then speeds up again to the rated rotational speed. On the other hand, in the conventional technology (broken line), as shown by point ▽b, the average value of vibration amplitude enters the trip region due to the delay in detecting the abnormality, so the trip occurs immediately.
After determining the cause of the abnormality, restart the system. In this manner, the present invention can detect an abnormality at an early stage, so that unnecessary trips can be prevented. Alternatively, abnormality may be determined by comparing and monitoring the deviation e between the measured alternation number spectrum A and the standard value A with a predetermined tolerance value. These relationships are shown in equations (20) to (22). |A|=√ 2 2K + 2 2K+1 ……(20) However, k=0~(N/2−1) |A s |=√ 2 s2K + 2 s2K+1 ……(21) e=| A|−|A s | ...(22) Rotating bodies such as turbines and generators have a certain degree of residual unbalance due to manufacturing and implementation, so this becomes an excitation force when rotating, and even under normal conditions the rotational speed will decrease. Shaft vibration is generated around the component.
Therefore, even if an abnormal phenomenon occurs, during the initial period,
This normal vibration component becomes a disturbance that is difficult to detect. Therefore, if the normal vibration characteristics are memorized in advance and the deviations from this are monitored, abnormal characteristics can be detected with high sensitivity.However, in conventional monitoring in the time domain, the normal vibration characteristics It is difficult to match the phase of the waveform with the vibration waveform measured each time. In this embodiment, since the coefficients are converted into alternating number coefficients and compared with normal characteristics, there is no need to consider the influence of phase. Furthermore, although the embodiments of the present invention have been described in terms of frequency analysis using digital signals, an analog system may be used. However, in that case, a filter is required that can automatically change the time constant of the analog filter according to the rotational speed of the rotating machine. This is because, for example, as shown in FIG. 15C, it is necessary to analyze frequency components for frequencies that are in a relative relationship with the rotational frequency. However, the time constant of the natural vibration frequency filter, which is determined by the characteristics of the rotating machine, may be fixed. However, if an abnormality diagnosis is to be performed during operation at the rated rotational speed, a dedicated filter may be provided for each.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は大型タービン発電機の結合状態のスイ
ツチを示す。第2図は軸受に取付けられる振動振
幅検出器の取付状況およびその信号処理のブロツ
ク図を示す。第3図はFHTによる振動信号分析
方法のブロツク図を示す。第4図は横軸が時間
t、縦軸を振動振幅fで表わされる振動振幅特性
の例を示す。第5図はA/D変換器、FHT変換
器そして帯域平均周波数変換器との詳細図を示
す。第6図はFHT変換器による演算の詳細フロ
ー図を示す。第7図は第6図に示したFHT変換
の演算と線形変換をデイジタル計算機によつて行
なう場合のフロー図を示す。第8図は前述した
Fig.6のFHT演算と線形変換とを組合わせた場
合の一実施例の演算フロー図である。第9図は第
8図の演算をデイジタル計算機によつて実施した
場合の演算フロー図である。第10図は振動によ
る診断を行なつて、実際にタービンの速度制御を
行なう場合のブロツク図を示す。第11図はFig.
10に示した振動診断装置のより具体的なブロツ
ク図を示す。第12図はFig.11で示した各部の
信号波形の一例を示している。第13図aは回転
機の回転速度と振動振幅の関係と退避速度領域
を、同図bは起動スケジユールと前記退避速度領
域の関係を示す。第14図は分析した周波数成分
による運転パターンの1例を示す。第15図A,
Bは振動信号の周波数分析と運転制御方法を説明
するためのフロー図をC,D,Eは運転パターン
の1例を示す。第16図a回転速度に対するホイ
ルホワールLubingによる振動振幅の一例を、b
は上記aの▽a点における振動振幅信号の1例を、
cはホイルホワールによる点▽bの振動振幅信号の
1例を、dはaの▽a、▽b点における周波数スペク
トラムの1例を示す。第17図は起動時における
本発明と従来技術による場合との比較例を示して
いる。 1〜6……ベアリング、11……シヤフト、1
2……振動検出器、13……サンプルホールド回
路、14……A/D変換器、15……FFT変換
器、16……FHT変換器、17……帯域平均周
波数変換器、46……タービン起動スケジユール
制御装置、47……目標回転数設定装置、48…
…振動診断装置。
FIG. 1 shows the switch in the coupled state of a large turbine generator. FIG. 2 shows how the vibration amplitude detector is mounted on the bearing and a block diagram of its signal processing. Figure 3 shows a block diagram of the vibration signal analysis method using FHT. FIG. 4 shows an example of vibration amplitude characteristics where the horizontal axis is time t and the vertical axis is vibration amplitude f. FIG. 5 shows a detailed diagram of the A/D converter, FHT converter and band average frequency converter. FIG. 6 shows a detailed flowchart of calculations by the FHT converter. FIG. 7 shows a flowchart when the FHT conversion calculation and linear conversion shown in FIG. 6 are performed by a digital computer. Figure 8 is as mentioned above.
FIG. 7 is a calculation flow diagram of an example in which the FHT calculation and linear transformation of FIG. 6 are combined. FIG. 9 is a calculation flow diagram when the calculation of FIG. 8 is performed by a digital computer. FIG. 10 shows a block diagram in the case where diagnosis is performed based on vibration and actual speed control of the turbine is performed. Figure 11 is Fig.
10 shows a more specific block diagram of the vibration diagnosis device shown in FIG. FIG. 12 shows an example of signal waveforms at each part shown in FIG. 11. FIG. 13a shows the relationship between the rotational speed and vibration amplitude of the rotary machine and the retracting speed range, and FIG. 13b shows the relationship between the startup schedule and the retracting speed range. FIG. 14 shows an example of a driving pattern based on the analyzed frequency components. Figure 15A,
B shows a flow diagram for explaining the vibration signal frequency analysis and operation control method, and C, D, and E show an example of an operation pattern. Figure 16a shows an example of the vibration amplitude due to foil whir Lubing with respect to rotation speed, b
is an example of the vibration amplitude signal at point a in the above a,
c shows an example of a vibration amplitude signal at point ▽b due to foil whirl, and d shows an example of a frequency spectrum at points ▽a and ▽b of a. FIG. 17 shows a comparison example between the present invention and the conventional technology at startup. 1 to 6...Bearing, 11...Shaft, 1
2... Vibration detector, 13... Sample hold circuit, 14... A/D converter, 15... FFT converter, 16... FHT converter, 17... Band average frequency converter, 46... Turbine Starting schedule control device, 47...Target rotation speed setting device, 48...
...Vibration diagnostic device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 回転機の運転状態における振動信号を検出
し、該検出された振動信号を周波数分析して当該
回転機の運転制御をおこなう方法において、 前記回転機の回転周波数と、この回転周波数と
特定の関係を有する回転周波数成分とから定まる
少なくとも昇速領域と保持運転領域と降速領域と
トリツプ領域から成る運転パターンを、前記回転
機の回転周波数成分別に複数組記憶し、 該複数組の運転パターンのうち、検出した前記
回転機の回転周波数に対応する運転パターンを選
択し、 少なくとも、前記周波数分析して得られる当該
周波数成分の振幅が、前記選択された運転パター
ン中にいずれの領域に属するかに応じて、該当す
る昇速、保持、降速及びトリツプのうちのいずれ
かの運転を指令し、 該指令に応じて前記回転機の運転制御を行うこ
とを特徴とする回転機の異常診断による運転制御
方法。 2 特許請求の範囲第1項において、前記複数組
の運転パターンは、前記回転機の回転周波数の1/
2と1/3と2倍に相当する前記各回転周波数成分に
夫々対応するパターンを含み、当該回転機の回転
周波数に応じて該当する運転パターンを選択する
ことを特徴とする回転機の異常診断による運転制
御方法。 3 特許請求の範囲第1項において、前記複数組
の運転パターンは、前記回転機の固有振動周波数
成分に相当する前記回転周波数成分に対応するパ
ターンを含み、当該回転機が固有振動周波数にあ
るとき上記運転パターンを選択することを特徴と
する回転機の異常診断による運転制御方法。 4 特許請求の範囲第1項記載において、前記複
数組の運転パターンは、前記回転機の回転周波数
の1/2倍±rの範囲に夫々対応するパターンを含
み、当該回転機の回転周波数に応じて該当する運
転パターンを選択することを特徴とする回転機の
異常診断による運転制御方法。 (ただし、r=1、2、……自然数) 5 特許請求の範囲第1項記載において、前記複
数組の運転パターンは、前記回転機の回転周波数
の1/3±rの範囲に夫々対応するパターンを含み、
当該回転機の回転周波数に応じて該当する運転パ
ターンを選択することを特徴とする回転機の異常
診断による運転制御方法。 (ただし、r=1、2、……自然数) 6 特許請求の範囲第1項記載において、前記複
数組の運転パターンは、前記回転機の回転周波数
の2倍±rの範囲に夫々対応するパターンを含
み、当該回転機の回転周波数に応じて該当する運
転パターンを選択することを特徴とする回転機の
異常診断による運転制御方法。 (ただし、r=1、2、……自然数) 7 特許請求の範囲第1項記載において、前記複
数組の運転パターンは、前記回転機の固有振動周
波数の前後rに夫々対応するパターンを含み、当
該回転機の回転周波数に応じて該当する運転パタ
ーンを選択する回転機の異常診断による運転制御
方法。 (ただし、r=1、2、……自然数) 8 特許請求の範囲第1項記載において、前記検
出された振動信号をFHT処理により交番数スペ
クトラムを算出し、該スペクトラムの正常値と比
較しその偏差があらかじめ定められた値を越えた
とき当該回転機に応じた運転パターンを選択する
ことを特徴とする回転機の異常診断による運転制
御方法。
[Scope of Claims] 1. A method of detecting a vibration signal in the operating state of a rotating machine and frequency-analyzing the detected vibration signal to control the operation of the rotating machine, comprising: storing a plurality of sets of operation patterns for each rotational frequency component of the rotating machine, each consisting of at least a speed-up region, a holding operation region, a speed-down region, and a trip region, which are determined from a rotational frequency and a rotational frequency component having a specific relationship; A driving pattern corresponding to the detected rotational frequency of the rotating machine is selected from among the set of driving patterns, and at least the amplitude of the frequency component obtained by the frequency analysis is different from any one of the selected driving patterns. A rotating machine characterized in that, depending on whether the rotating machine belongs to a region, any one of the corresponding speed-up, holding, speed-down, and trip operations is commanded, and the operation of the rotating machine is controlled in accordance with the command. Operation control method based on abnormality diagnosis. 2. In claim 1, the plurality of sets of operating patterns have a rotational frequency of 1/1 of the rotational frequency of the rotating machine.
Abnormality diagnosis of a rotating machine, comprising patterns corresponding to each of the rotational frequency components corresponding to 2 and 1/3 and 2 times, and selecting a corresponding operation pattern according to the rotational frequency of the rotating machine. Operation control method. 3. In claim 1, the plurality of sets of operating patterns include patterns corresponding to the rotational frequency component corresponding to the natural vibration frequency component of the rotating machine, and when the rotating machine is at the natural vibration frequency, An operation control method by abnormality diagnosis of a rotating machine, characterized by selecting the above-mentioned operation pattern. 4. In claim 1, the plurality of sets of operating patterns include patterns each corresponding to a range of 1/2 times ±r of the rotational frequency of the rotating machine, and the plurality of sets of operating patterns each include patterns corresponding to a range of 1/2 times ±r of the rotational frequency of the rotating machine. An operation control method based on abnormality diagnosis of a rotating machine, characterized in that a corresponding operation pattern is selected based on the operating pattern. (However, r = 1, 2, . . . natural number) 5. In claim 1, each of the plurality of sets of operating patterns corresponds to a range of 1/3±r of the rotational frequency of the rotating machine. Contains a pattern
An operation control method based on abnormality diagnosis of a rotating machine, characterized in that a corresponding operation pattern is selected according to the rotational frequency of the rotating machine. (However, r = 1, 2, ... natural number) 6. In claim 1, the plurality of sets of operating patterns are patterns corresponding to a range of twice the rotational frequency of the rotating machine ±r. 1. An operation control method by abnormality diagnosis of a rotating machine, the method comprising: selecting a corresponding operation pattern according to the rotational frequency of the rotating machine. (However, r = 1, 2, . . . natural number) 7. In claim 1, the plurality of sets of operating patterns include patterns respectively corresponding to before and after r of the natural vibration frequency of the rotating machine, An operation control method based on abnormality diagnosis of a rotating machine, which selects a corresponding operation pattern according to the rotational frequency of the rotating machine. (However, r = 1, 2, ... natural number) 8. In claim 1, the detected vibration signal is subjected to FHT processing to calculate an alternating number spectrum, and is compared with a normal value of the spectrum. An operation control method based on abnormality diagnosis for a rotating machine, characterized in that when a deviation exceeds a predetermined value, an operation pattern suitable for the rotating machine is selected.
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