特許 6239491 回転機械の状態監視装置、回転機械、及び回転機械の状態監視方法

(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】6239491

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】回転機械の状態監視装置、回転機械、及び回転機械の状態監視方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 99/00 20110101AFI20171120BHJP

   F02C 7/00 20060101ALI20171120BHJP

   G01B 7/14 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   G01M99/00 A

   F02C7/00 A

   G01B7/14

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2014-249144(P2014-249144)

(22)【出願日】2014年12月9日

(65)【公開番号】特開2016-109621(P2016-109621A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2016年11月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100112737

【弁理士】

【氏名又は名称】藤田 考晴

(74)【代理人】

【識別番号】100118913

【弁理士】

【氏名又は名称】上田 邦生

(72)【発明者】

【氏名】吉田 正

(72)【発明者】

【氏名】小川 真司

(72)【発明者】

【氏名】坂元 浩一

(72)【発明者】

【氏名】岩佐 幸博

【審査官】 福田 裕司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−３１３７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１７５５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０３１１１３０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２２４８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０９２５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０４９２４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ ９９／００

Ｇ０１Ｈ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転機械の羽根車との間に半径方向に間隔をおいて設けられ、前記羽根車との距離を検知する検知手段と、
所定のサンプリング周期で前記検知手段による検知信号をデジタル化する変換手段と、
前記変換手段によってデジタル化された検知信号を、前記羽根車の翼を検知したとみなせる翼検知信号及び前記翼を検知したとみなせない非翼検知信号に選別する選別手段と、
前記翼検知信号を他の前記翼に対応する前記翼検知信号及び前記非翼検知信号で比較することで、前記翼の頂点とみなせる前記翼検知信号を抽出し、抽出した前記翼検知信号に基づいて前記羽根車の状態を判定する判定手段と、
を備える回転機械の状態監視装置。

【請求項2】

前記判定手段は、最も高い値を示す前記翼検知信号からのずれ量が大きい程、前記翼検知信号に対してより小さな重み付けを行う請求項１記載の回転機械の状態監視装置。

【請求項3】

前記所定のサンプリング周期は、１枚毎の前記翼が前記検知手段に対向する位置を通過する時間間隔に基づき決定される請求項１又は請求項２記載の回転機械の状態監視装置。

【請求項4】

羽根車と、
羽根車を収めるケーシングと、
請求項１から請求項３の何れか１項記載の状態監視装置と、
を備える回転機械。

【請求項5】

回転機械の羽根車との間に半径方向に間隔をおいて設けられた検知手段によって、前記羽根車との距離を検知する第１工程と、
所定のサンプリング周期で前記検知手段による検知信号をデジタル化する第２工程と、
デジタル化された検知信号を、前記羽根車の翼を検知したとみなせる翼検知信号及び前記翼を検知したとみなせない非翼検知信号に選別する第３工程と、
前記翼検知信号を他の前記翼に対応する前記翼検知信号及び前記非翼検知信号で比較することで、前記翼の頂点とみなせる前記翼検知信号を抽出し、抽出した前記翼検知信号に基づいて前記羽根車の状態を判定する第４工程と、
を含む回転機械の状態監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転機械の状態監視装置、回転機械、及び回転機械の状態監視方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ターボ機械等の回転機械にはロータと一体に回転する羽根車が設けられている。この羽根車は、複数の翼を有すると共に、ケーシングに収められている。
そして、羽根車の翼とケーシングとの接触を確実に防止するために、所定量のクリアランスが翼とケーシングとの間に必要とされている。

【0003】

しかし、回転機械の運転時には、ロータの回転周波数に起因する同期振動、ロータを支持する軸受部のガタ、流通する流体の乱れ等に起因する非同期振動等が発生する場合がある。このため、上記振動によってクリアランスを超えて翼が揺動し、翼がケーシングに接触してしまう可能性がある。

【0004】

そこで、特許文献１に開示されているターボ機械の状態を監視する状態監視装置は、回転体の回転に同期した信号を出力する１個のセンサによって、羽根車である回転体の回転数、軸振動、及び回転体とケーシングとの隙間であるチップクリアランスを測定し、初期運転時の振動振幅、増幅率、及びチップクリアランスを回転数毎に記憶し、振動振幅、増幅率、及びチップクリアランスに重み付けをし、これら総和が予め設定した閾値を超過した場合に、異常状態にあると評価し、警告を発する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−２２４８４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の状態監視装置は、回転体が高速で回転し、例えば数μ秒のように非常に短時間間隔で翼がセンサを通過するため、高速サンプリングによってセンサの出力信号のデジタル化を行う必要がある。
この高速サンプリングを実現するためには、周波数特性が高い高速サンプリングを可能とするアナログ・デジタル変換機が必要となり、装置全体のコストの増加を招いている。

【0007】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高速サンプリングを行うことなく回転機械の状態を監視できる、回転機械の状態監視装置、回転機械、及び回転機械の状態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】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の回転機械の状態監視装置、回転機械、及び回転機械の状態監視方法は以下の手段を採用する。

【0009】

本発明の第一態様に係る回転機械の状態監視装置は、回転機械の羽根車との間に半径方向に間隔をおいて設けられ、前記羽根車との距離を検知する検知手段と、所定のサンプリング周期で前記検知手段による検知信号をデジタル化する変換手段と、前記変換手段によってデジタル化された検知信号を、前記羽根車の翼を検知したとみなせる翼検知信号及び前記翼を検知したとみなせない非翼検知信号に選別する選別手段と、前記翼検知信号を他の前記翼に対応する前記翼検知信号及び前記非翼検知信号で比較することで、前記翼の頂点とみなせる前記翼検知信号を抽出し、抽出した前記翼検知信号に基づいて前記羽根車の状態を判定する判定手段と、を備える。

【0010】

本構成によれば、回転機械の羽根車との間に半径方向に間隔をおいて検知手段が設けられ、検知手段による検知信号は、変換手段によって所定のサンプリング周期でデジタル化される。

【0011】

ここで、例えばターボ機械等の羽根車は、一例として３０００ｒｐｍといった高速で回転している。このため、精度良く羽根車との距離を検知するためには、変換手段が高速サンプリングで検知信号をデジタル化することが好ましい。ここでいう高速サンプリングとは、１枚の翼に対して、例えば３回以上サンプリングすることで、翼の頂点を明確に判定可能とするサンプリング周期である。しかし、高速サンプリングを行うためには、高性能な変換手段を要する等のコスト増を伴う。
一方、高速でないサンプリング周期として、例えば、１枚の翼を１回又は２回のみ検知できる程度のサンプリング周期で検知信号をデジタル化することで、高性能な変換手段を不要とする。

【0012】

このため、本構成は、変換手段によってデジタル化された検知信号を、羽根車の翼を検知したとみなせる翼検知信号及び翼を検知したとみなせない非翼検知信号に選別手段が選別する。選別方法の一例として、所定の閾値を用いて検知信号を選別する方法が用いられる。

【0013】

しかしながら、１枚の翼に対して１回又は２回程度のサンプリング周期で検知信号をデジタル化すると、デジタル化された翼検知信号が必ず翼の頂点を示すとは限らず、頂点からずれた翼位置を示す検知信号がデジタル化される可能性がある。このように、高速でないサンプリング周期でデジタル化された翼検知信号は、翼の頂点の検知結果や頂点からずれた翼位置の検知結果が混在する。

【0014】

そこで、判定手段によって、翼検知信号が他の翼に対応する翼検知信号及び非翼検知信号で比較され、翼の頂点とみなせる翼検知信号が抽出される。比較方法としては、例えば、各翼検知信号及び非翼検知信号の差から翼の高さを算出し、各翼検知信号が示す翼の高さに基づいて、翼の頂点とみなせる翼検知信号を抽出する。
そして、抽出した翼の頂点とみなせる翼検知信号に基づいて、判定手段によって羽根車の状態が判定される。

【0015】

このように、本構成は、複数の翼の翼検知信号及び非翼検知信号を相対的に比較することで、翼の頂点とみなせる翼検知信号を抽出して羽根車の状態を判定する。このため、翼までの距離を示す検知信号が、翼毎に最低１回でもサンプリングされればよいので、本構成は、高速サンプリングを行うことなく回転機械の状態を監視できる。

【0016】

上記第一態様では、前記判定手段が、最も高い値を示す前記翼検知信号からのずれ量が大きい程、前記翼検知信号に対してより小さな重み付けを行ってもよい。

【0017】

本構成は、羽根車の状態の判定に対して、頂点からのずれ量の大きい翼検知信号の影響を小さくできる。

【0018】

上記第一態様では、前記所定のサンプリング周期が、１枚毎の前記翼が前記検知手段に対向する位置を通過する時間間隔に基づき決定されてもよい。

【0019】

本構成は、高速でないサンプリング周期として、適切なサンプリング周期を決定できる。

【0020】

本発明の第二態様に係る回転機械は、羽根車と、羽根車を収めるケーシングと、上記記載の状態監視装置と、を備える。

【0021】

本発明の第三態様に係る回転機械の状態監視方法は、回転機械の羽根車との間に半径方向に間隔をおいて設けられた検知手段によって、前記羽根車との距離を検知する第１工程と、所定のサンプリング周期で前記検知手段による検知信号をデジタル化する第２工程と、デジタル化された検知信号を、前記羽根車の翼を検知したとみなせる翼検知信号及び前記翼を検知したとみなせない非翼検知信号に選別する第３工程と、前記翼検知信号を他の前記翼に対応する前記翼検知信号及び前記非翼検知信号で比較することで、前記翼の頂点とみなせる前記翼検知信号を抽出し、抽出した前記翼検知信号に基づいて前記羽根車の状態を判定する第４工程と、を含む。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、高速サンプリングを行うことなく回転機械の状態を監視できる、という優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施形態に係る過給機の構成図である。

【図2】本発明の実施形態に係る翼の構成図である。

【図3】本発明の実施形態に係る状態監視装置の電気的構成を示すブロック図である。

【図4】本発明の実施形態に係るギャップセンサの検知信号を示す模式図である。

【図5】本発明の実施形態に係る低速サンプリングの一例を示す模式図である。

【図6】本発明の実施形態に係る低速サンプリングによる翼検知位置の一例を示す模式図である。

【図7】本発明の実施形態に係る羽根車状態判定処理の流れを示すフローチャートである。

【図8】本発明の実施形態に係る軸振動判定処理の流れを示すフローチャートである。

【図9】本発明の実施形態に係るチップクリアランス判定処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下に、本発明に係る回転機械の状態監視装置、回転機械、及び回転機械の状態監視方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

【0025】

図１は、本実施形態に係る過給機１の構成図である。
図１に示すように、過給機１は、いわゆるターボチャージャーであって、エンジンの排気ガスＥのエネルギを回転に変換するタービン２と、このタービン２によって駆動される圧縮機１１を備える。
圧縮機１１は、吸入した空気Ｗを圧縮して圧縮空気ＰＷとし、圧縮空気ＰＷをエンジンに強制的に送り込む。

【0026】

タービン２は、タービン本体３と、タービン本体３を外周側から覆うと共に排気ガスＥの入口通路５及び出口通路６とを有するタービンケーシング４によって構成されている。

【0027】

タービン本体３は、タービンケーシング４に取り付けられた静翼７と、軸Ｐを中心に回転するディスク９に取り付けられた動翼８を有している。

【0028】

静翼７は、入口通路５と出口通路６との接続部分に、タービンケーシング４から軸Ｐの半径方向内側に突出して設けられ、軸Ｐの周方向に複数が間隔をおいて配置されている。

【0029】

動翼８は、ディスク９の外周面から半径方向外方に突出して設けられ、静翼７の下流側（図１の紙面左側）で、この静翼７との間に所定の間隔をおいて配置されている。

【0030】

圧縮機１１は、軸Ｐを中心に回転可能とされた回転体である圧縮機羽根車１２と、圧縮機羽根車１２を外周から覆う圧縮機ケーシング１４とを有している。

【0031】

圧縮機羽根車１２は、複数枚の翼１３を有する遠心型のインペラである。翼１３は、図２に示されるように、軸Ｐの周方向に一定の間隔をあけて一例として１１枚設けられている。

【0032】

圧縮機ケーシング１４は、空気Ｗを取り込む空気流入口１５と、圧縮機羽根車１２によって圧縮された圧縮空気ＰＷを吐出する出口スクロール１６を備えている。

【0033】

そして、圧縮機羽根車１２とディスク９とは軸Ｐを中心に回転するロータ１７に嵌め込まれて軸Ｐを中心に一体となって回転するようにされている。またロータ１７は、２つのラジアル軸受１８と、１つのスラスト軸受１９とによって、軸Ｐを中心に回転自在に支持されている。

【0034】

また、図２にも示すように、圧縮機ケーシング１４にはギャップセンサ２１が備えられる。ギャップセンサ２１は、圧縮機羽根車１２の翼１３に対向する位置で圧縮機ケーシング１４に設けられ、翼１３のシェラウド側先端との距離を測定する。
本実施形態に係るギャップセンサ２１は、例えば渦電流効果を利用した非接触式の変位計であって、圧縮機ケーシング１４に一例として１つのみが設けられており、ギャップセンサ２１は、圧縮機ケーシング１４の内周面と同じ位置に配置されている（図６も参照）。

【0035】

ここで、上記渦電流効果を利用した変位計の動作原理について説明する。この変位計は、高周波磁束を発生するコイルにより構成され、このコイルから発生した高周波磁束によって、測定対象である翼１３の表面に発生する渦電流の変化をコイルのインピーダンスの変化として検知する。即ち、翼１３の通過に伴う上記距離の変化をコイルのインピーダンスの変化として検知するもので、翼１３が最も接近する際に最大の出力が得られる構成となっている。

【0036】

図３は、本実施形態に係る状態監視装置３０の電気的構成を示すブロック図である。

【0037】

状態監視装置３０は、上述したギャップセンサ２１、変換部３１、アナログ信号処理部３２、及びデジタル信号処理部３３を備える。そして、状態監視装置３０は、ギャップセンサ２１の検知信号に基づいて、圧縮機羽根車１２の回転数、圧縮機羽根車１２の振動、圧縮機羽根車１２と圧縮機ケーシング１４との間のクリアランスの３つの数値を取得し、圧縮機羽根車１２の状態を判定する。

【0038】

ここで、図４を参照して、ギャップセンサ２１から出力される検知信号（アナログ信号）について説明する。図４の横方向は時間を示し、縦方向は振幅を示す。なお、図４の
図４に示すように、ギャップセンサ２１は、各翼１３と対向する際に、ギャップセンサ２１と圧縮機羽根車１２との間の距離が小さくなるほど大きな検知信号を出力する。すなわち、ギャップセンサ２１から周期的に出力される検知信号は、各翼１３とギャップセンサ２１とが対向する際に大きな振幅となり、各翼１３とギャップセンサ２１とが離れた位置、具体的には隣接する翼１３同士の中間地点においては小さな振幅となる波形（図４の実線）である。
そして、圧縮機羽根車１２が１回転する毎に、ギャップセンサ２１からは翼１３の枚数に応じた回数（本実施形態では１１回、Ｎ１〜Ｎ１１）のピークが出力される。

【0039】

図４の実線で示される検知信号は、ギャップセンサ２１から変換部３１に出力される。
変換部３１は、例えばトランジスタ等を用いた増幅回路を備え、ギャップセンサ２１からの微弱な検知信号を増幅して、アナログ信号処理部３２及びデジタル信号処理部３３へ出力する。

【0040】

アナログ信号処理部３２は、分周部３５及び回転数算出部３６を備えている。

【0041】

分周部３５は、変換部３１で増幅されたギャップセンサ２１の検知信号（アナログ信号）が入力され、この検知信号を所定回数（本実施形態では、翼１３の枚数と同じ１１回）で分周して、圧縮機羽根車１２の回転数に同期した回転数信号を出力する。
回転数算出部３６は、分周部３５からの回転数信号の数をカウントすることで圧縮機羽根車１２の回転数を演算する。

【0042】

デジタル信号処理部３３は、アナログ・デジタル変換部（以下「ＡＤＣ」という。）３７、選別部３８、及び判定部３９を備える。

【0043】

ＡＤＣ３７は、ギャップセンサ２１から出力される検知信号を所定のサンプリング周期によってアナログ信号からデジタル信号に変換する。例えば、図４において破線がサンプリング間隔であり、アナログ波形上の黒点がＡＤＣ３７によってサンプリングされた検知信号である。

【0044】

選別部３８は、ＡＤＣ３７によってデジタル化された検知信号を、翼１３を検知したとみなせる翼検知信号及び翼１３を検知したとみなせない非翼検知信号に選別する。なお、非翼検知信号は、翼１３ではなくロータ１７又は翼１３の付け根を検知した検知信号である。
図４に示される閾値Ａは、翼検知信号及び非翼検知信号を選別するためのものであり、選別部３８によって、閾値Ａ以上の検知信号が翼検知信号として選別され、閾値Ａ未満の検知信号が非翼検知信号として選別される。

【0045】

判定部３９は、翼検知信号を他の翼１３に対する翼検知信号及び非翼検知信号で相対的に比較することで、翼１３の頂点（以下「翼ピーク」という。）とみなせる翼検知信号を抽出し、抽出した翼検知信号に基づいて圧縮機羽根車１２の状態を判定する。

【0046】

判定部３９は、上記抽出を行う抽出部４０と共に、軸振動判定部４１及びチップクリアランス判定部４２を備える。
軸振動判定部４１は、圧縮機羽根車１２の振動状態を判定する。
チップクリアランス判定部４２は、圧縮機羽根車１２の翼ピークの最大値と圧縮機ケーシング１４の内周面との間のクリアランス（図４も参照）の状態を判定する。

【0047】

なお、デジタル信号処理部３３が備える選別部３８及び判定部３９は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等である。

【0048】

ここで、圧縮機羽根車１２は、例えば３０００ｒｐｍといった高速で回転している。このため、精度良く圧縮機羽根車１２と圧縮機ケーシング１４との距離を検知するためには、ＡＤＣが高速サンプリングで検知信号をデジタル化することが好ましい。ここでいう高速サンプリングとは、１枚の翼１３に対して、例えば３回以上サンプリングすることで、翼ピークを明確に判定可能とするサンプリング周期である。しかし、高速サンプリングを行うためには、高性能なＡＤＣを要する等のコスト増を伴う。

【0049】

そこで、本実施形態に係る状態監視装置３０は、高速でないサンプリング周期として、例えば、１枚の翼１３を１回又は２回のみサンプリングできる程度のサンプリング周期（以下「低速サンプリング」ともいう。）で検知信号をデジタル化することで、高性能なＡＤＣを不要とする。

【0050】

本実施形態に係るＡＤＣ３７によるサンプリング周期は、１枚毎の翼１３がギャップセンサ２１に対向する位置を通過する時間間隔に基づき決定される。
下記（１）〜（４）式は、本実施形態に係るＡＤＣ３７による低速サンプリング周期を決定する算出式の一例である。

【0051】

【数1】

【数2】

【数3】

【数4】

【0052】

（１），（２）式は、翼１３のチップ部の周速Ｖ（ｍ／ｓ）の算出式であり、Ｄはギャップセンサ２１の設置位置に対応する圧縮機羽根車１２の外周径（ｍ）、ωは角速度（ｒａｄ／ｓ）、Ｎは圧縮機羽根車１２の回転数（ｒｐｍ）である。そして、ωは圧縮機羽根車１２の回転数Ｎ（ｒｐｍ）を用いて（２）式のように変換される。
また、（３）式は、１枚毎の翼１３がギャップセンサ２１を通過する周波数Ｆ（Ｈｚ、以下「翼間通過周波数」という。）の算出式であり、ｎは翼１３の枚数である。
そして、Ｆｓはサンプリング周波数（Ｈｚ）であり、本実施形態では、一例として（４）式に示すように翼間通過周波数Ｆの１０倍とする。

【0053】

ここで、例えば、直径Ｄが３５ｍｍ、翼１３の枚数ｎが１１枚、回転数ωが２８０００ｒｐｍの場合、チップ部の周速Ｖは５１．３ｍ／ｓ、翼間通過周波数Ｆが５１００Ｈｚとなり、サンプリング周波数Ｆｓは５１ｋＨｚとなるので、ＡＤＣ３７のサンプリング周波数を５０ｋＨｚとすることで、翼ピークをサンプリング可能となる。

【0054】

図５に低速サンプリングの一例を示す。図５に示す波形上の黒点は、本実施形態に係るＡＤＣ３７によってサンプリングされた検知信号の一例である。図５に示されるように、各翼１３及びその周囲を示す波形に対して、低速サンプリングによって１０個の検知信号（ｖ１〜ｖ１０）をサンプリングできる。このうち、２個（ｖ２，３）が閾値Ａを超え、翼１３を示す翼検知信号である。なお、検知信号ｖ１，４〜９は、閾値Ａ未満であるため非翼検知信号である。

【0055】

しかし、低速サンプリングで検知信号をデジタル化すると、デジタル化された翼検知信号が必ず翼ピークを示すとは限らず、翼ピークからずれた翼位置を示す検知信号がデジタル化される可能性がある。
すなわち、翼ピークを示す検知信号がサンプリングされることが望ましいが、低速サンプリングでは、図６の破線で示される翼１３に対する検知のように、翼１３の中央（腹ともいう。）を検知した検知信号がサンプリングされる可能性がある。
このように、翼ピークとみなせない翼検知信号を含んで、圧縮機羽根車１２の状態が判定されると、誤った判定が行われる可能性がある。

【0056】

そこで、判定部３９が備える抽出部４０によって、各翼検知信号が他の翼１３に対応する翼検知信号及び非翼検知信号で比較され、翼ピークとみなせる翼検知信号（以下「翼ピーク検知信号」という。）が抽出される。
抽出部４０による比較方法としては、例えば、翼検知信号毎に非翼検知信号との差を翼１３の高さ（以下「翼高さ」という。）として算出し、各翼検知信号が示す翼高さに基づいて、翼ピーク検知信号を抽出する。且つ、非翼検知信号は検出頻度が増えるため、非翼検知信号は回数をカウントしない。非翼検知信号をカウントしないことで誤った判定は行われない。
翼高さの算出方法としては、例えば、非翼検知信号の最低値と各翼検知信号との差を各翼検知信号の翼高さとする方法、又は非翼検知信号の平均値と各翼検知信号との差を各翼検知信号の翼高さとする方法が用いられる。

【0057】

なお、本実施形態に係る抽出部４０は、翼ピーク検知信号の抽出の際に、翼検知信号に対して重み付けを行う。具体的には、最も高い翼高さを示す翼検知信号からのずれ量が大きい程、翼検知信号に対してより小さな重み付けを行う。

【0058】

重み付けについて図４を参照して説明する。
図４の紙面右側に示されるように、抽出部４０は、複数回のサンプリングによる翼検知信号が示した値（翼高さ）及び非翼検知信号が示した値毎の回数を得る。抽出部４０は、この回数に基づいて、翼検知信号の最高値が最も大きい重みとなり、翼検知信号の最低値が最も小さい重みとなるように重み係数を決定する。

【0059】

すなわち、圧縮機羽根車１２は、微小な振動をしながら回転しているので、翼検知信号が翼ピークを検知しても、その大きさにはばらつきが生じる（図４の一点鎖線で示される翼ピークの振幅）。従って、翼高さの値の小さな翼検知信号が、翼ピークの検知結果であるのか、又は翼１３の腹の検知結果であるのかが判然としない場合がある。そこで、翼高さの値の回数（頻度）を求め、この回数に基づいて翼検知信号の値毎の重み係数を決定し、決定した重み係数を各翼検知信号の値に乗算する。
すなわち、最多回数の値及びそれよりも大きい値に対応する翼検知信号は、翼ピークを示していると考えられるものの、最多回数の値よりも小さな値の翼検知信号ほど、翼ピークを示していない可能性が高い。この関係性をより明確にするために、翼検知信号に重み付けを行い、翼ピーク検知信号の抽出を容易とする。

【0060】

なお、重み係数は、上述したように翼検知信号の最高値が最大となり、翼検知信号の最低値が最小となるように決定されるが、最多回数の値に対応する重みと最高値に対応する重みとの差は小さく、最多回数の値に対応する重みと最低値に対応する重みとの差は大きくなるように決定される。

【0061】

そして、抽出部４０は、例えば、重み係数が乗算された値が所定の閾値以下の翼検知信号を翼ピーク検知信号とはみなさず、上記閾値を超えた翼検知信号を翼ピーク検知信号として抽出する。
図４の例では、Ｎ１の翼１３に対する翼検知信号が翼ピークを検知していないとみなされる検知信号である。

【0062】

図７は、デジタル信号処理部３３で実行される本実施形態に係る羽根車状態判定処理の流れを示すフローチャートである。

【0063】

まず、ステップ１００では、ギャップセンサ２１が出力した検知信号を、ＡＤＣ３７が低速サンプリングでアナログ信号からデジタル信号に変換する。

【0064】

次のステップ１０２では、圧縮機羽根車１２の状態判定を行うために必要とする所定数の検知信号を低速サンプリングし、記憶手段に記憶する。ここでいう所定数とは、一例として、圧縮機羽根車１２の１回転に相当する数であり、本実施形態では１１である。

【0065】

次のステップ１０４では、所定数の検知信号をサンプリングしたか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１０６へ移行する。一方、否定判定の場合はステップ１００へ戻り、所定数の検知信号をサンプリングするまでステップ１００，１０２を繰り返す。

【0066】

ステップ１０６では、低速サンプリングした検知信号から翼検知信号ｖ_ｎを選別部３８が選別する。

【0067】

次のステップ１０８では、翼検知信号ｖ_ｎが示す値（翼高さ）及び翼検知信号ｖ_ｎが示す翼高さ毎の回数に基づいて、翼検知信号ｖ_ｎ毎の重み係数ｗ_ｎを決定する。

【0068】

次のステップ１１０では、翼検知信号ｖ_ｎに対応する重み係数ｗ_ｎを乗算する。

【0069】

次のステップ１１２では、重み係数ｗ_ｎが乗算された翼検知信号ｖ_ｎから翼ピーク検知信号を抽出する。
なお、ステップ１０８〜１１２の処理は、抽出部４０によって実行される。

【0070】

次のステップ１１４では、抽出した翼ピーク検知信号に基づいて、軸振動判定部４１が軸振動判定処理を実行し、チップクリアランス判定部４２がチップクリアランス判定処理を実行することによって、圧縮機羽根車１２の状態を判定する。
そして、この判定終了後に処理はステップ１００へ戻り、新たに低速サンプリングした検知信号に基づいて、羽根車状態判定処理が行われる。

【0071】

図８は、軸振動判定部４１で実行される本実施形態に係る軸振動判定処理の流れを示すフローチャートである。

【0072】

まず、ステップ２００では、翼ピーク検知信号の最大値ｖ_ｍａｘ及び最小値ｖ_ｍｉｎを導出する。

【0073】

次のステップ２０２では、翼ピーク検知信号の最大値ｖ_ｍａｘと最小値ｖ_ｍｉｎとの差分を振動成分Ａ_ｎとして算出する。

【0074】

次のステップ２０４では、振動成分Ａ_ｎと予め定められた基準振動成分ＡＡとを比較し、振動成分Ａ_ｎが基準振動成分ＡＡを超えたか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ２０６へ移行する。一方、振動成分Ａ_ｎが基準振動成分ＡＡを超えない場合は、軸振動判定処理を終了し、ステップ１００へ戻る。
基準振動成分ＡＡは、回転機械の異常振動を検知するため閾値であり、振動成分Ａ_ｎが基準振動成分ＡＡに達すると、例えば、警報の報知や回転機械の自動停止が行われる。すなわち、基準振動成分ＡＡは、警報設定値もしくは回転機械の自動停止設定値である。なお、基準振動成分ＡＡは、異なる値が複数設定され、振動成分Ａ_ｎが大きくなり複数の基準振動成分ＡＡに達する毎に、警報の報知や回転機械の自動停止が段階的に行われてもよい。

【0075】

ステップ２０６では、軸振動が過大であるとして、警告を報知する。これにより、作業員は、過給機１を備える装置の停止、又は次回点検時における過給機１の修理等を行う。

【0076】

図９は、チップクリアランス判定部４２で実行される本実施形態に係るチップクリアランス判定処理の流れを示すフローチャートである。

【0077】

まず、ステップ３００では、翼ピーク検知信号の最大値ｖ_ｍａｘを導出する。この最大値ｖ_ｍａｘは、チップクリアランスに対応するクリアランスＢ_ｎとされる。

【0078】

次のステップ３０２では、クリアランスＢ_ｎと予め定められた基準クリアランスＢＢとを比較し、クリアランスＢ_ｎが基準クリアランスＢＢを超えたか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ３０４へ移行する。一方、クリアランスＢ_ｎが基準クリアランスＢＢを超えない場合は、チップクリアランス判定処理を終了し、ステップ１００へ戻る。
基準クリアランスＢＢは、翼１３が圧縮機ケーシング１４に接近したことを検知するため閾値であり、クリアランスＢ_ｎが基準クリアランスＢＢに達すると、例えば、警報の報知や回転機械の自動停止が行われる。すなわち、基準クリアランスＢＢは、警報設定値もしくは回転機械の自動停止設定値である。なお、基準クリアランスＢＢは、異なる値が複数設定され、クリアランスＢ_ｎが大きくなり複数の基準クリアランスＢＢに達する毎に、警報の報知や回転機械の自動停止が段階的に行われてもよい。

【0079】

ステップ３０４では、翼１３が圧縮機ケーシング１４に接触する可能性があるとして、警告を報知する。これにより、作業員は、過給機１を備える装置の停止、又は次回点検時における過給機１の修理等を行う。

【0080】

以上説明したように、本実施形態に係る状態監視装置３０は、圧縮機羽根車１２との距離を検知するギャップセンサ２１を用いて、圧縮機羽根車１２の回転数を監視する。
そして、状態監視装置３０は、ＡＤＣ３７によって低速サンプリング周期でギャップセンサ２１による検知信号をデジタル化し、選別部３８によって、デジタル化された検知信号を、圧縮機羽根車１２の翼１３を検知したとみなせる翼検知信号及び翼１３を検知したとみなせない非翼検知信号に選別する。さらに、判定部３９によって、翼検知信号を他の翼１３に対応する翼検知信号及び非翼検知信号で比較することで、翼ピークとみなせる翼ピーク検知信号を抽出し、抽出した翼ピーク検知信号に基づいて圧縮機羽根車１２の状態として軸振動とチップクリアランスを判定する。

【0081】

このように、本実施形態に係る状態監視装置３０は、複数の翼１３の翼検知信号及び非翼検知信号を相対的に比較することで、翼ピークとみなせる翼ピーク検知信号を抽出して圧縮機羽根車１２の状態を判定する。このため、翼１３までの距離を示す検知信号が、翼１３毎に最低１回でもサンプリングされればよいので、状態監視装置３０は、高速サンプリングを行うことなく過給機１の状態を監視できる。

【0082】

以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記実施形態を適宜組み合わせてもよい。

【0083】

例えば、上記実施形態では、圧縮機ケーシング１４に１つのギャップセンサ２１を備える形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、位相をずらした位置に複数のギャップセンサ２１を備える形態としてもよい。

【0084】

例えば、上記実施形態では、本発明に係る回転機械を過給機１とする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、羽根車を有する回転機械であれば、他の回転機械とする形態としてもよい。

【0085】

また、上記実施形態で説明した各処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

【符号の説明】

【0086】

１ 過給機
１２ 圧縮機羽根車
２１ ギャップセンサ
３０ 状態監視装置
３７ アナログ・デジタル変換部（ＡＤＣ）
３８ 選別部
３９ 判定部
４０ 抽出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】