特許 6053413 軸受監視システム、回転機械、及び軸受の監視方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6053413

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】軸受監視システム、回転機械、及び軸受の監視方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 13/04 20060101AFI20161219BHJP

【ＦＩ】

   G01M13/04

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-204690(P2012-204690)

(22)【出願日】2012年9月18日

(65)【公開番号】特開2014-59234(P2014-59234A)

(43)【公開日】2014年4月3日

【審査請求日】2015年7月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(72)【発明者】

【氏名】岡本 直也

(72)【発明者】

【氏名】川下 倫平

(72)【発明者】

【氏名】貝漕 高明

(72)【発明者】

【氏名】大山 宏治

【審査官】 後藤 大思

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−００８５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１１７０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２４１８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２２９１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２６５１０６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ １３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸と、
該回転軸の外周面を支持するティルティングパッド軸受と、
前記回転軸の外周面の位置を水平方向から検出する水平変位計と、
前記回転軸の外周面の位置を上下方向から検出する上下変位計と、
前記水平変位計からの入力を前記回転軸の熱膨張量とみなし、運転時である前記回転軸への入熱がある状態での前記水平変位計で検出して得た前記回転軸の外周面の位置と停止時である前記回転軸への入熱がない状態での前記回転軸の外周面の位置との前記回転軸の外周面の位置の変化量と、前記運転時での前記上下変位計で検出して得た前記回転軸の外周面の位置と前記停止時での前記回転軸の外周面の位置との前記回転軸の外周面の位置の変化量と、の差分により前記回転軸の前記上下方向の移動量を演算する制御装置と、
を備えることを特徴とする軸受監視システム。

【請求項2】

回転軸と、
該回転軸の外周面を支持するティルティングパッド軸受と、
前記回転軸の外周面の位置を水平方向から検出する水平変位計と、
前記回転軸の外周面の位置を前記回転軸の前記外周面における前記回転軸の頂部から前記回転軸の軸線回りに±４５°の位置から検出する上下変位計と、
前記水平変位計からの入力を前記回転軸の熱膨張量とみなし、運転時である前記回転軸への入熱がある状態での前記水平変位計で検出して得た前記回転軸の外周面の位置と停止時である前記回転軸への入熱がない状態での前記回転軸の外周面の位置との前記回転軸の外周面の位置の変化量と、前記運転時での前記上下変位計で検出して得た前記回転軸の外周面の位置と前記停止時での前記回転軸の外周面の位置との前記回転軸の外周面の位置の変化量と、の差分により前記回転軸の上下方向の移動量を演算する制御装置と、
を備え、
前記上下変位計は、前記回転軸を支持する前記ティルティングパッド軸受の軸を通り鉛直方向に延びる鉛直ラインを挟んで前記軸の周方向の一方側に向かって４５°傾斜するとともに前記軸を通る第一傾斜ライン上と、前記鉛直ラインを挟んで前記軸の周方向の他方側に向かって４５°傾斜するとともに前記軸を通る第二傾斜ライン上とにそれぞれ配置されていることを特徴とする軸受監視システム。

【請求項3】

前記水平変位計と前記上下変位計とが相対移動不能となるように、該水平変位計及び該上下変位計を支持する変位計支持治具をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受監視システム。

【請求項4】

前記制御装置は、前記水平変位計及び前記上下変位計からの入力値より、前記回転軸の軸心移動成分と前記回転軸の振動成分とを分離抽出する抽出部と、
前記軸心移動成分から前記回転軸の前記上下方向の移動量を演算する第一演算部と、
該第一演算部で演算された前記移動量が、所定の第一閾値と比較して該第一閾値より大きくなる場合に異常状態であると判断する第一判断部と、
前記振動成分から前記回転軸の振動値を演算する第二演算部と、
前記第二演算部で演算された前記振動値が、所定の第二閾値と比較して該第二閾値より大きくなる場合に異常状態であると判断する第二判断部とを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の軸受監視システム。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載の軸受監視システムを備えることを特徴とする回転機械。

【請求項6】

回転軸の外周面の位置を水平方向から検出する水平位置検出工程と、
前記外周面の位置を上下方向から検出する上下位置検出工程と、
前記水平位置検出工程で検出した値を熱膨張量とみなし、運転時である前記回転軸への入熱がある状態での前記水平位置検出工程で検出して得た前記回転軸の外周面の位置と停止時である前記回転軸への入熱がない状態での前記回転軸の外周面の位置との前記回転軸の外周面の位置の変化量と、前記運転時での前記上下位置検出工程で検出して得た前記回転軸の外周面の位置と前記停止時での前記回転軸の外周面の位置との前記回転軸の外周面の位置の変化量と、の差分から前記回転軸の前記上下方向の移動量を演算する移動量演算工程と、
を備えることを特徴とする軸受の監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転機械の軸受の状態を監視する軸受監視システム、これを備えた回転機械、及び軸受の監視方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

回転機械として例えば蒸気タービンやガスタービン等のタービンにおいては、ジャーナル軸受によって回転軸が回転可能に支持されている。また、このジャーナル軸受にはティルティングパッド軸受が用いられている。

【0003】

ここで、各種タービン運転時においては、回転軸が偏心して振れ回ることとなり、タービンにおける静止部分と回転部分との接触を招くおそれがあるため、回転軸の偏心量は常時監視されている。特許文献１にはこのような回転軸の偏心量を監視する偏心計が開示されており、この偏心計は、既設の伸び差計の信号を兼用して回転軸の偏心量を計測するものとなっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実開平７−８５０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に開示された偏心計によると、偏心量の計測・演算に際して回転軸の熱変形分は考慮されておらず、偏心量、即ち回転軸の軸心位置の変化量に回転軸の熱変形分による変化量も算入されてしまう。特に大型のタービンでは、計測・演算した軸心位置の変化量に占める回転軸の熱変形量の度合いが大きくなり、正確な軸心位置の値を得ることは難しい。

【0006】

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、回転軸の軸心位置をより正確に把握可能な軸受監視システム、回転機械、及び軸受の監視方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る軸受監視システムは、回転軸と、該回転軸の外周面を支持するティルティングパッド軸受と、前記回転軸の外周面の位置を水平方向から検出する水平変位計と、前記回転軸の外周面の位置を上下方向から検出する上下変位計と、前記水平変位計からの入力を前記回転軸の熱膨張量とみなし、運転時である前記回転軸への入熱がある状態での前記水平変位計で検出して得た前記回転軸の外周面の位置と停止時である前記回転軸への入熱がない状態での前記回転軸の外周面の位置との前記回転軸の外周面の位置の変化量と、前記運転時での前記上下変位計で検出して得た前記回転軸の外周面の位置と前記停止時での前記回転軸の外周面の位置との前記回転軸の外周面の位置の変化量と、の差分により前記回転軸の前記上下方向の移動量を演算する制御装置と、を備えることを特徴とする。

【0008】

このような軸受監視システムによると、水平変位計の入力を熱膨張量とみなし、この熱膨張量を上下変位計の入力から減じることで、熱膨張量を考慮した回転軸の上下方向の移動量を制御装置で演算することができる。即ち、ティルティングパッド軸受に支持された状態で回転軸が上下に移動するとともにこの回転軸に熱膨張が生じる場合に、回転軸の上下方向の移動量をより正確に把握することができる。ここで、回転軸が上下方向に移動した際には、この上下方向の移動にともなって水平方向変位が生じるが、この変位量は微小であるため、水平変位計の入力を回転軸の熱膨張量とみなすことができる。そして、この熱膨張量を用いて回転軸の平均温度を演算し、この平均温度から回転軸に対する入熱量を演算することで、設計の最適化を図ることも可能となる。

【0009】

また、本発明に係る軸受監視システムは、回転軸と、該回転軸の外周面を支持するティルティングパッド軸受と、前記回転軸の外周面の位置を水平方向から検出する水平変位計と、前記回転軸の外周面の位置を前記回転軸の前記外周面における前記回転軸の頂部から前記回転軸の軸線回りに±４５°の位置から検出する上下変位計と、前記水平変位計からの入力を前記回転軸の熱膨張量とみなし、運転時である前記回転軸への入熱がある状態での前記水平変位計で検出して得た前記回転軸の外周面の位置と停止時である前記回転軸への入熱がない状態での前記回転軸の外周面の位置との前記回転軸の外周面の位置の変化量と、前記運転時での前記上下変位計で検出して得た前記回転軸の外周面の位置と前記停止時での前記回転軸の外周面の位置との前記回転軸の外周面の位置の変化量と、の差分により前記回転軸の上下方向の移動量を演算する制御装置と、を備え、前記上下変位計は、前記回転軸を支持する前記ティルティングパッド軸受の軸を通り鉛直方向に延びる鉛直ラインを挟んで前記軸の周方向の一方側に向かって４５°傾斜するとともに前記軸を通る第一傾斜ライン上と、前記鉛直ラインを挟んで前記軸の周方向の他方側に向かって４５°傾斜するとともに前記軸を通る第二傾斜ライン上とにそれぞれ配置されていることを特徴とする。

【0010】

上下変位計と水平変位計とによって回転軸の軸心の位置を正確に把握することができる。ここで上述した４５°の二箇所の外周面の位置を検出するように変位計が設けられていることが一般的となっている。従って、上下変位計を新たに設置することなく、既設の上記変位計をそのまま上下変位計として使用し、水平変位計を追加するのみによって回転軸の軸心の位置を正確に把握することができる。よってコストダウン等も可能である。

【0011】

さらに、本発明に係る軸受監視システムは、前記水平変位計と前記上下変位計とが相対移動不能となるように、該水平変位計及び該上下変位計を支持する変位計支持治具をさらに備えていてもよい。

【0012】

このような変位計支持治具を用いることによって、ティルティングパッド軸受に上下変位計、水平変位計を新たに設置するための加工を行うことなく、変位計支持治具のみに加工を行うことで、これら上下変位計、水平変位計の追加設置を容易に行うことができる。さらに、これら上下変位計と水平変位計との間の相対位置関係について位置合わせが容易となるため、所望の位置から確実に外周面の検出を行うことができ、回転軸の軸心位置をさらに正確に把握できる。

【0013】

また、前記制御装置は、前記水平変位計及び前記上下変位計からの入力値より、前記回転軸の軸心移動成分と前記回転軸の振動成分とを分離抽出する抽出部と、前記軸心移動成分から前記回転軸の前記上下方向の移動量を演算する第一演算部と、該第一演算部で演算された前記移動量が、所定の第一閾値と比較して該第一閾値より大きくなる場合に異常状態であると判断する第一判断部と、前記振動成分から前記回転軸の振動値を演算する第二演算部と、前記第二演算部で演算された前記振動値が、所定の第二閾値と比較して該第二閾値より大きくなる場合に異常状態であると判断する第二判断部とを有していてもよい。

【0014】

このような制御装置によると、まず、回転軸の振れ回りの二成分である軸心移動成分（直流成分）と振動成分（交流成分）とを抽出部によって分離できる。従って、軸心移動成分を抽出して第一演算部で演算することで、より正確に回転軸の上下方向の移動量を把握でき、また、振動成分から第二演算部によって回転軸の振動値も演算できる。さらに、軸心移動成分から演算した回転軸の上下方向の移動量を第一演算部で第一閾値と比較し、振動成分から演算した振動値を第二演算部で第二閾値と比較して、第一判断部で回転軸の上下方向の移動量について、第二判断部で振動値について、異常状態であるか否かの判断を行うことができる。従って、異常状態である場合には回転軸の回転を停止させ、また異常状態でない場合（正常状態である場合）には回転軸の回転を維持することができ、安全性、健全性の確保が可能となる。

【0015】

さらに、本発明に係る回転機械は、上記の軸受監視システムを備えることを特徴とする。

【0016】

このような回転機械によると、軸受監視システムを備えることで、水平変位計の入力を熱膨張量とみなし、この熱膨張量を上下変位計の入力から減じることで、熱膨張量を考慮した回転軸の上下方向の移動量を制御装置で演算することができ、よって回転軸の上下方向の移動量をより正確に把握することができる。

【0017】

また、本発明に係る軸受の監視方法は、回転軸の外周面の位置を水平方向から検出する水平位置検出工程と、前記外周面の位置を上下方向から検出する上下位置検出工程と、前記水平位置検出工程で検出した値を熱膨張量とみなし、運転時である前記回転軸への入熱がある状態での前記水平位置検出工程で検出して得た前記回転軸の外周面の位置と停止時である前記回転軸への入熱がない状態での前記回転軸の外周面の位置との前記回転軸の外周面の位置の変化量と、前記運転時での前記上下位置検出工程で検出して得た前記回転軸の外周面の位置と前記停止時での前記回転軸の外周面の位置との前記回転軸の外周面の位置の変化量と、の差分から前記回転軸の前記上下方向の移動量を演算する移動量演算工程と、を備えることを特徴とする。

【0018】

このような軸受の監視方法によると、水平位置検出工程で得た検出値を熱膨張量とみなすことで、上下位置検出工程での検出値からこの熱膨張量を減じて移動量演算工程で回転軸の上下方向の移動量を演算することが可能となり、この移動量を正確に把握することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明の軸受監視システム、回転機械、及び軸受の監視方法によると、熱膨張量を考慮した回転軸の上下方向の移動量を演算することで、軸心位置の計測精度を向上することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第一実施形態に係る回転機械を模式的に示す全体図である。

【図2】本発明の第一実施形態に係る回転機械におけるティルティングパッド軸受を軸方向から見た図である。

【図3】本発明の第一実施形態に係る回転機械における軸受監視システムを軸方向から見た全体図であり、実線は回転機械が停止している状態を示し、破線は回転機械が運転している状態を示し、二点鎖線は回転機械が運転しており、かつ熱膨張している状態を示す図である。

【図4】本発明の第一実施形態に係る回転機械における軸受監視システムに関し、回転軸が上方に移動した場合の回転軸の外周面の位置の変化を示す図である。

【図5】本発明の第二実施形態に係る回転機械における軸受監視システムを軸方向から見た全体図である。

【図6】本発明の第三実施形態に係る回転機械における軸受監視システムを軸方向から見た全体図である。

【図7】本発明の第四実施形態に係る回転機械における軸受監視システムの制御装置を示す機能ブロック図である。

【図8】本発明の第四実施形態に係る回転機械における軸受監視システムに関し、制御装置における処理フローを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態に係る回転機械１について説明する。
回転機械１は、蒸気やガス等の流体を羽根車に接触させて流体エネルギーを回転エネルギーに変換することで動力を得る原動機である。ここで、本実施形態における回転機械１は、蒸気タービンであるとして説明を行うが、例えばガスタービンや原子力タービン等であってもよい。

【0022】

図１に示すように、この回転機械１は、軸Ｐ１回りに回転する回転軸２と、回転軸２を径方向から回転可能に支持するティルティングパッド軸受３と、回転軸２の監視を行う監視部４と備えている。そして、これら回転軸２、ティルティングパッド軸受３、監視部４とによって軸受監視システムが構成されている。

【0023】

回転軸２は、軸Ｐ１方向に延在し、ティルティングパッド軸受３によって回転可能に外周面２ａで支持されている。また回転軸２の外周側には、回転軸２とともに回転し、複数の羽根車を有するタービン本体５が取り付けられている。タービン本体５は、詳細は図示しないが、流体が流入して羽根車に当たることで動力を発生させる動力発生部となっている。
またタービン本体５の概略構成としては、例えば回転軸２に突設された複数の動翼（羽根車）と、複数の動翼を収容するケーシングと、ケーシングの内周面に突設された静翼と、を備えている。上記複数の動翼は、回転軸２を中心にして放射状に配設されており、またこれら複数の動翼と上記複数の静翼とは軸方向に交互に配設されている。

【0024】

図２に示すように、ティルティングパッド軸受３は、回転軸２を外周面２ａで径方向から支持する軸Ｐ２を中心として設けられたラジアル軸受であり、本実施形態では、回転軸２の外周面２ａに対向するように設けられた複数の軸受パッド７と、軸受パッド７を径方向外側から支持する軸受ケーシング８とを有している。

【0025】

複数の軸受パッド７は、周方向に互いに間隔をあけて配置されている。そして本実施形態では、ティルティングパッド軸受３の軸Ｐ２を通り水平方向に延びる水平ラインＬ１よりも下側の下半部（図２の紙面下側）に配された二つ、水平ラインＬ１よりも上側の上半部（図２の紙面上側）に配された二つの、合計四つが設けられて回転軸２を支持している。また各々の軸受パッド７は、径方向外側を向く面から一部が外側に突出して形成されたピボット７ａを有し、このピボット７ａが軸受ケーシング８の径方向内側を向く面に接触して、軸受ケーシング８によって軸受パッド７が支持されている。

【0026】

軸受ケーシング８は、環状をなし、上記軸受パッド７を径方向外側から覆うとともに、軸受パッド７がピボット７ａを中心に径方向に揺動可能となるように支持している。

【0027】

次に、監視部４について監視方法を交えて説明する。
監視部４は、ティルティングパッド軸受３によって支持される回転軸２の挙動を監視して、回転軸２の外周面２ａの位置の検出、回転軸２の軸心位置の演算を行う。
そして、この監視部４は、回転軸２の外周面２ａの外側に設けられて、回転軸２の外周面２ａの位置を検出する水平変位計９及び上下変位計１０と、これら水平変位計９及び上下変位計１０から入力された検出値より、回転軸２の軸心位置を演算する制御装置１２とを有している。
ここで、水平変位計９及び上下変位計１０は、回転機械１の停止時（回転軸２への入熱がない状態）での回転軸２の外周面２ａの位置を検出するように検出位置を固定して設置されたものである。即ち、回転機械１が停止時から運転時（回転軸２への入熱がある状態）へ移行して回転軸２に挙動が生じた際に、回転軸２とともに検出位置が移動するものではない。

【0028】

上下変位計１０は、ティルティングパッド軸受３の軸Ｐ２を通り鉛直方向に延びる鉛直ラインＬ２上に配置され、鉛直ラインＬ２と回転軸２の外周面２ａとの交点Ａの近傍について、この外周面２ａの位置を検出する（上下位置検出工程）。この上下変位計１０には、渦電流式の変位センサが用いられる。

【0029】

この渦電流式の変位センサは、センサヘッド内のコイルに高周波電流を流して高周波磁界を発生させ、さらにこの高周波磁界によって測定対象物（金属）の表面に電磁誘導による渦電流を発生させる。この渦電流によって生じる上記コイルのインピーダンス変化を検出して、測定対象物の表面までの距離を計測することでこの測定対象物の表面の位置情報を得ることができる。
なお、上下変位計１０は、例えば超音波式、レーザー式等の非接触式変位センサや、差動トランス式等の接触式変位センサであってもよい。

【0030】

水平変位計９は、回転軸２の外周面２ａの外側であって、水平ラインＬ１上に配置され、水平ラインＬ１と回転軸２の外周面２ａとの交点Ｂの近傍について、この外周面２ａの位置を検出する（水平位置検出工程）。またこの水平変位計９は、上下変位計１０同様に、例えば渦電流式、超音波式、レーザー式等の非接触式変位センサや、差動トランス式等の接触式変位センサである。

【0031】

制御装置１２は、回転機械１の運転時（回転軸２への入熱がある状態）において、上下変位計１０で検出して得た回転軸２の外周面２ａの位置情報を入力し、予め取得しておいた回転機械１の停止時（回転軸２への入熱がない状態）での外周面２ａの位置と比較することで、停止時から運転時までの外周面２ａの位置の変化量ΔＨ_Ａを演算する（図３を参照）。

【0032】

また、この制御装置１２は、回転機械１の運転時において、水平変位計９で検出して得た回転軸２の外周面２ａの位置情報を入力し、予め取得しておいた回転機械１の停止時での外周面２ａの位置と比較することで、停止時から運転時までの外周面２ａの位置の変化量ΔＨ_Ｂを演算する（図３を参照）。

【0033】

ここで、図４に示すように、回転軸２が上下方向に移動した際には、この上下方向の移動にともなって外周面２ａの水平方向への変位が生じる。この水平方向変位量ｅ_ｈは、回転軸２の外周面２ａの上下方向変位量ｅ_ｖとし、回転軸２の半径ｒとすると、外周面２ａの水平方向変位量ｅ_ｈは以下の式（１）によって演算される。
ｅ_ｈ＝ｒ［１−｛１−（ｅ_ｖ／ｒ）^２｝^１/２］・・・（１）
通常、回転軸２の半径ｒは、上下方向変位量ｅ_ｖに比べて十分大きな値であるため、上下方向変位量ｅ_ｖに対して水平方向変位量ｅ_ｈは微小となり、水平変位計９からの入力によって得た停止時から運転時までの外周面２ａ位置の変化量を回転軸２の熱膨張量とみなす。

【0034】

このようにして、制御装置１２は、上下変位計１０の変化量ΔＨ_Ａと水平変位計９の変化量ΔＨ_Ｂとから、以下の式（２）によって、回転軸２の軸心位置の上下方向の移動量Ｅを演算する（移動量演算工程）。
Ｅ＝ΔＨ_Ａ−ΔＨ_Ｂ・・・（２）

【0035】

このような回転機械１においては、水平変位計９によって、水平方向から回転軸２の外周面２ａの位置を検出するとともに、上下変位計１０で外周面２ａの位置を検出することで、水平変位計９の入力を熱膨張量とみなす。そしてこの熱膨張量を上下変位計１０の入力から減じることで、熱膨張量を考慮した回転軸２の上下方向の移動量Ｅを制御装置１２で演算することができる。

【0036】

より詳細には、上下変位計１０の変化量ΔＨ_Ａは、回転軸２の熱膨張量と回転軸２の上下方向の移動量Ｅの両方を含んだものとなっているため、この変化量ΔＨ_Ａのみから回転軸２の上下方向の移動量Ｅを正確に把握することができない。しかし本実施形態では、水平変位計９の変化量ΔＨ_Ｂによって変化量ΔＨ_Ａから熱膨張量分を除くことができるため、回転軸２の上下方向の正確な移動量Ｅを演算することができる。

【0037】

さらに、水平変位計９によって得た熱膨張量を用いることで、回転軸２の平均温度の演算が可能である。そしてこの平均温度からは、回転機械１の運転時の回転軸２への入熱量を演算することが可能であり、回転機械１の設計最適化を図ることも可能となる。

【0038】

本実施形態の回転機械１によると、水平変位計９と上下変位計１０を併設することで、熱膨張量を考慮した回転軸２の上下方向の移動量を演算することが可能となるため、回転軸２の軸心位置を正確に把握することが可能である。

【0039】

〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態に係る回転機械２１について説明する。
なお、第一実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、上下変位計２５の配置位置が第一実施形態と異なっている。

【0040】

図５に示すように、上下変位計２５は、ティルティングパッド軸受３の上半部で、鉛直ラインＬ２を挟んで軸Ｐ２の周方向の一方側（図５の紙面に向かって右側）に向かって４５°傾斜するとともに軸Ｐ２を通る第一傾斜ラインＬ３上と、鉛直ラインＬ２を挟んで軸Ｐ２の周方向の他方側（図５の紙面に向かって左側）に向かって４５°傾斜するとともに軸Ｐ２を通る第一傾斜ラインＬ４上とに一つずつ配置されている。そして、第一傾斜ラインＬ３と回転軸２の外周面２ａとの交点Ｃの近傍について、また、第二傾斜ラインＬ４と外周面２ａとの交点Ｄの近傍について、外周面２ａの位置を検出する。

【0041】

このような回転機械２１によると、上下変位計２５と水平変位計９とによって、第一実施形態と同様に、回転軸２の軸心の位置を正確に把握することができる。
ここで上述した４５°の二箇所の外周面２ａの位置を検出するように変位計が設けられていることは一般的となっている。従って、上下変位計２５を新たに設置することなく、既設の変位計をそのまま上下変位計２５として使用し、水平変位計９を追加するのみによって回転軸２の軸心の位置を正確に把握することができる。よって設置の手間を省き、コストダウン等も可能である。

【0042】

〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態に係る回転機械３１について説明する。
なお、第一実施形態及び第二実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、回転機械３１が、第一実施形態の回転機械１を基本構成として変位計支持治具３３をさらに備えている点で第一実施形態と異なっている。

【0043】

図６に示すように、変位計支持治具３３は、ティルティングパッド軸受３の外周側で、上下変位計１０と水平変位計９との間を接続して、これら上下変位計１０と水平変位計９同士を相対移動不能に支持している。またこの変位計支持治具３３は、例えば軸受ケーシング８等の回転機械１における静止部分に固定されている。

【0044】

このような回転機械３１によると、変位計支持治具３３を用いたことで、ティルティングパッド軸受３に上下変位計１０、水平変位計９を新たに設置するための加工を行うことなく、変位計支持治具３３のみに加工を行うことで、これら上下変位計１０、水平変位計９の追加設置を容易に行うことができる。

【0045】

さらに、変位計支持治具３３によって、これら上下変位計１０と水平変位計９との間の相対位置関係について位置合わせが容易に可能となるため、所望の位置から確実に回転軸２の外周面２ａの検出を行うことができ、軸心位置をより正確に把握できる。

【0046】

なお、本実施形態の変位計支持治具３３は、第二実施形態の回転機械２１にも使用可能である。

【0047】

〔第四実施形態〕
次に、本発明の第四実施形態に係る回転機械４１について説明する。
なお、第一実施形態から第三実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、第一実施形態の回転機械１を基本構成として、制御装置４３が第一実施形態とは異なっている。

【0048】

図７及び図８に示すように、制御装置４３は、水平変位計９及び上下変位計１０からのデータを入力する抽出部４５と、互いに並列に設けられて、抽出部４５からのデータを入力する第一演算部４６及び第二演算部４７と、第一演算部４６からのデータを入力する第一判断部４８と、第二演算部４７からのデータを入力する第二判断部４９とを有している。

【0049】

抽出部４５は、水平変位計９及び上下変位計１０における検出値のデータを取得し（Ｓ１）、回転機械４１の運転時における回転軸２の振れ回りの二つの成分、即ち、回転軸２の軸心を上下方向に移動させる軸心移動成分（直流成分）と、振動を生じさせる振動成分（交流成分）とをフーリエ級数展開等によって分離抽出する（Ｓ２）。

【0050】

第一演算部４６は、抽出部４５での分離抽出された軸心移動成分から、回転軸２の上下方向の移動量を演算する（Ｓ３１）。より詳細にはこの第一演算部４６では、上下変位計１０及び水平変位計９からの検出値のうち、軸心移動成分を用いて、第一実施形態の制御装置１２で説明したように、回転機械４１の停止時から運転時までの外周面２ａの位置の変化量ΔＨ_Ａ（上下変位計１０による変化量）及び変化量ΔＨ_Ｂ（水平変位計９による変化量）を演算し、回転軸２の上下方向の移動量を演算する。

【0051】

第一判断部４８は、予め取得した回転軸２の上下方向の移動量の上限値となる第一閾値を記憶しているとともに、第一演算部４６から入力された回転軸２の上下方向の移動量のデータを第一閾値と比較し（Ｓ３２）、回転軸２の上下方向の移動量が第一閾値よりも大きくなる場合に、回転機械４１が異常状態にあると判断する（Ｓ３３）。一方で、回転軸２の上下方向の移動量が第一閾値以下となる場合には回転機械４１が正常状態にあると判断する（Ｓ３４）。

【0052】

第二演算部４７は、抽出部４５での分離抽出された振動成分から、回転軸２の振動値を演算する（Ｓ４１）。

【0053】

第二判断部４９は、予め取得した回転軸２の振動値の上限値となる第二閾値を記憶しているとともに、第二演算部４７から入力された振動値のデータを第二閾値と比較し（Ｓ４２）、振動値が第二閾値よりも大きくなる場合に、回転機械４１が異常状態にあると判断する（Ｓ４３）。一方で、振動値が第二閾値以下となる場合には回転機械４１が正常状態にあると判断する（Ｓ４４）。

【0054】

このような回転機械４１によると、まず、回転軸２の振れ回りの成分である軸心移動成分と振動成分とを抽出部４５によって分離できる。従って、軸心移動成分を抽出することで、より正確に回転軸２の上下方向の移動量を計測できることとなる。

【0055】

そして、これら軸心移動成分から第一演算部４６で演算された回転軸２の上下方向の移動量を第一判断部４８で第一閾値と比較し、またこれと並行して振動成分から第二演算部４７で演算された回転軸２の振動値を第二判断部４９で第二閾値と比較する。よって、回転軸２の軸心の上下方向の移動、回転軸２の振動の両者について、回転機械４１が異常状態であるか否かの判断を行うことができる。

【0056】

またこのような第一判断部４８及び第二判断部４９で異常状態と判断された場合には、回転機械４１の運転を停止させ、また正常状態である場合には回転機械４１の運転を維持することができる。

【0057】

ここで例えば、第一閾値を回転軸２が軸受パッド７に接触する程度の移動量に設定しておけば、第一閾値を回転軸２の上下方向の移動量が上回った場合に、回転機械４１の運転を停止させることができる。また同様に、第二閾値を回転軸２が軸受パッド７に接触する程度の振動値に設定しておけば、第二閾値を振動値が上回った場合に、回転機械４１の運転を停止させることができる。従って、安全性、健全性の確保が可能となる。

【0058】

なお、このような図８に示す処理は、繰り返し連続的に実行してもよいし、間欠的に実行してもよい。
さらに、第二実施形態及び第三実施形態の回転機械２１、３１に本実施形態の制御装置４３を適用してもよい。

【0059】

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、水平変位計９は、水平ラインＬ１上でなくとも、この水平ラインＬ１に平行なライン上に配置されていてもよく、即ち検出する外周面２ａの位置は交点Ａの近傍ではなく、この交点Ａから周方向にズレた外周面２ａ上の点の近傍であってもよい。つまり水平変位計９は、少なくとも外周面２ａ上の点を水平方向から検出可能であればよい。

【0060】

同様に、上下変位計１０の配置位置も鉛直ラインＬ２上でなくともよく、即ち検出する位置は交点Ｂの近傍ではなく、この交点Ｂから周方向にズレた外周面２ａ上の点近傍であってもよい。つまり上下変位計１０は、少なくとも外周面２ａ上の点を水平方向から検出可能であればよい。
同様に、第二実施形態の上下変位計２５の配置位置も鉛直ラインＬ２、第一傾斜ラインＬ３、第二傾斜ラインＬ４上でなくともよく、少なくとも外周面２ａ上の点を上下方向から検出可能であればよい。

【0061】

さらに、上下変位計１０、２５及び水平変位計９の設置数量は上述の実施形態の場合に限定されず、設置数量をさらに増やしてもよい。この場合、冗長性を確保でき、検出データの信頼性を向上することができる。

【符号の説明】

【0062】

１…回転機械 ２…回転軸 ２ａ…外周面 ３…ティルティングパッド軸受 ４…監視部 ５…タービン本体 ７…軸受パッド ７ａ…ピボット ８…軸受ケーシング ９…水平変位計 １０…上下変位計 １２…制御装置 ２１…回転機械 ２５…上下変位計 ３１…回転機械 ３３…変位計支持治具 ４１…回転機械 ４３…制御装置 ４５…抽出部 ４６…第一演算部 ４７…第二演算部 ４８…第一判断部 ４９…第二判断部 Ｌ１…水平ライン Ｌ２…鉛直ライン Ｌ３…第一傾斜ライン Ｌ４…第二傾斜ライン Ｐ１…軸 Ｐ２…軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】