特開 2022-135048 回転機械の運転条件決定装置、運転支援装置、制御装置、及び、運転条件決定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022135048

(43)【公開日】2022-09-15

(54)【発明の名称】回転機械の運転条件決定装置、運転支援装置、制御装置、及び、運転条件決定方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 99/00 20110101AFI20220908BHJP

【ＦＩ】

G01M99/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021034623

(22)【出願日】2021-03-04

(71)【出願人】

【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】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 理

(72)【発明者】

【氏名】川畠 竜

(72)【発明者】

【氏名】石沢 修一

(72)【発明者】

【氏名】山下 昌彦

(72)【発明者】

【氏名】田中 良典

(72)【発明者】

【氏名】羽賀 伸之介

【テーマコード（参考）】

2G024

【Ｆターム（参考）】

2G024AD05

2G024AD22

2G024BA23

2G024BA27

2G024CA13

2G024DA09

2G024FA01

(57)【要約】

【課題】回転機械で音響信号に基づくラビング検出がなされた際にラビングを抑制するための運転条件を的確に決定することにより、回転機械の運転範囲を拡大する。
【解決手段】回転機械の固定部に設置されたＡＥセンサからＡＥ信号を取得し、ＡＥ信号に基づいて、回転機械におけるラビングの有無を判定する。その結果、ラビングが有ると判定された場合に、ラビングを抑制するために前記回転機械の制御に課されるラビング抑制運転条件を決定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転機械の固定部に設置されたＡＥセンサからのＡＥ信号を取得するための信号取得部と、
前記ＡＥ信号に基づいて、前記回転機械におけるラビングの有無を判定するための判定部と、
前記判定部で前記ラビングが有ると判定された場合に、前記ラビングを抑制するために前記回転機械の制御に課されるラビング抑制運転条件を決定するための運転条件決定部と、
を備える、回転機械の運転条件決定装置。

【請求項2】

前記ラビング抑制運転条件は、前記回転機械の運転モードごとに予め設定されており、
前記運転条件決定部は、前記判定部で前記ラビングが有ると判定された際に前記回転機械で実施されている前記運転モードに対応する前記ラビング抑制運転条件を選択する、請求項１に記載の回転機械の運転条件決定装置。

【請求項3】

前記運転モードは、前記回転機械の回転数又は負荷の変動を伴う、請求項２に記載の回転機械の運転条件決定装置。

【請求項4】

前記回転機械で実施されている前記運転モードが、出力指令に応じて前記回転機械が起動される起動モードである場合、前記運転条件決定部は、前記ラビングが有ると判定された際の前記回転機械の回転数を一時的に維持するもしくは昇速率を低下させるように前記ラビング抑制運転条件を決定する、請求項２又は３に記載の回転機械の運転条件決定装置。

【請求項5】

前記回転機械で実施されている前記運転モードが、出力指令に応じて前記回転機械の負荷が変動する負荷変動モードである場合、前記運転条件決定部は、前記ラビングが有ると判定された際の前記回転機械の負荷を一時的に維持するように前記ラビング抑制運転条件を決定する、請求項２又は３に記載の回転機械の運転条件決定装置。

【請求項6】

前記回転機械で実施されている前記運転モードが、出力指令に応じて前記回転機械が低負荷運転する低負荷運転モードである場合、前記運転条件決定部は、前記ラビングが有ると判定された際に前記回転機械の負荷を維持もしくは増加するように前記ラビング抑制運転条件を決定する、請求項２又は３に記載の回転機械の運転条件決定装置。

【請求項7】

前記運転条件決定部は、前記ラビングが有ると判定された際に、前記回転機械において前記固定部と回転部との間のクリアランスを増大するように前記ラビング抑制運転条件を決定する、請求項２又は３に記載の回転機械の運転条件決定装置。

【請求項8】

前記判定部は、前記ＡＥ信号の位相の情報に基づいて算出されるラビング検知指標に基づいて、前記ラビングの有無を判定する、請求項１から７のいずれか一項に記載の回転機械の運転条件決定装置。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載の回転機械の運転条件決定装置と、
前記回転機械の運転状態を特定するための運転状態特定部と、
前記判定部の判定結果と前記運転状態特定部によって特定された前記運転状態とに基づいてマップを作成するためのマップ作成部と、
前記マップ作成部によって作成された前記マップを表示するための表示部と、
を備える、回転機械の運転支援装置。

【請求項10】

請求項１から８のいずれか一項に記載の回転機械の運転条件決定装置と、
前記回転機械の運転状態を特定するための運転状態特定部と、
前記判定部の判定結果と前記運転状態特定部によって特定された前記運転状態とに基づいてマップを作成するためのマップ作成部と、
前記マップ作成部によって作成された前記マップに基づいて、前記回転機械の制御パラメータについて制御目標値を決定するための制御目標値決定部と、
前記制御目標値決定部で決定された前記制御目標値に基づいて前記制御パラメータを制御するための制御部と、
を備える、回転機械の制御装置。

【請求項11】

回転機械の固定部に設置されたＡＥセンサからのＡＥ信号を取得する工程と、
前記ＡＥ信号に基づいて、前記回転機械におけるラビングの有無を判定する工程と、
前記判定部で前記ラビングが有ると判定された場合に、前記ラビングを抑制するために前記回転機械の制御に課されるラビング抑制運転条件を決定する工程と、
を備える、回転機械の運転条件決定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、回転機械の運転条件決定装置、運転支援装置、制御装置、及び、運転条件決定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、回転機械におけるラビング検出は、回転軸の軸振動を検出することにより行われていた。回転軸における軸振動は、車室の熱変形によってシール等と回転軸とがラビングし（擦れ）、ラビングにより生じた熱によって回転軸に熱曲がりが生じることによって発生することがある。このようなラビングの発生は、回転機械の軸振動や、シール劣化による性能低下をもたらす。また回転軸の軸振動は、ロータに熱曲がりが生じる程度にラビングが進行した段階で検出可能な現象であるため、軸振動によってラビングを検出した場合には、回転機械を緊急停止させるなど、回転機械の運転に大きな影響を及ぼす対応が必要となるおそれがあった。そのため、ラビングの早期検出が望まれている。

【0003】

このような課題を解決するために、音響信号を利用することで従来に比べて早期にラビングを検出するための技術が提案されている。例えば特許文献１では、プラントにおける回転機械で回転体異常現象により発生する音響に基づく音響信号を用いて、回転機械におけるラビングの有無を診断可能な装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３３９３９０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

回転機械におけるラビング発生は、上述のように回転機械の緊急停止など、回転機械の運転範囲を狭める要因となる。上記特許文献１では、音響信号に基づくラビング診断を行うことで、従来に比べて早い段階でラビングを検出可能ではあるが、ラビング検出後に回転機械をどのように制御することによって、回転機械の運転範囲を改善するかについては検討されていない。また回転機械におけるラビングは、起動時、負荷変動時、低負荷運転モードへの移行時のような回転機械の負荷に変動が生じる場合に生じやすい傾向がある。そのため、これらの場合における回転機械の運転条件に対して過度なマージンが設定されており、回転機械の運転範囲が制約されている。

【0006】

本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、回転機械で音響信号に基づくラビング検出がなされた際にラビングを抑制するための運転条件を的確に決定することにより、回転機械の運転範囲を拡大可能な回転機械の運転条件決定装置、運転支援装置、制御装置、及び、運転条件決定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】

本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械の運転条件決定装置は、上記課題を解決するために、
回転機械の固定部に設置され、前記回転機械のＡＥ信号を取得するためのＡＥセンサと、
前記ＡＥ信号に基づいて、前記回転機械におけるラビングの有無を判定するための判定部と、
前記判定部で前記ラビングが有ると判定された場合に、前記ラビングを抑制するために前記回転機械の制御に課されるラビング抑制運転条件を決定するための運転条件決定部と、
を備える。

【0008】

本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械の運転支援装置は、上記課題を解決するために、
本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械の運転条件決定装置と、
前記判定部における前記ラビングの有無の判定結果に基づいて、前記回転機械の運転状態に関するパラメータに対するラビング発生領域を特定するラビング発生領域特定部と、
ラビング発生領域を表示するための表示部と、
を備える。

【0009】

本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械の制御装置は、上記課題を解決するために、
本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械の運転条件決定装置と、
前記運転条件決定装置で決定された運転条件に基づいて前記回転機械を制御するための制御部と、
を備える。

【0010】

本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械の運転条件決定方法は、上記課題を解決するために、
回転機械の固定部に設置され、前記回転機械のＡＥ信号を取得する工程と、
前記ＡＥ信号に基づいて、前記回転機械におけるラビングの有無を判定する工程と、
前記ラビングが有ると判定された場合に、前記ラビングを抑制するために前記回転機械の制御に課されるラビング抑制運転条件を決定する工程と、
を備える。

【発明の効果】

【0011】

本発明の少なくとも一実施形態によれば、回転機械で音響信号に基づくラビング検出がなされた際にラビングを抑制するための運転条件を的確に決定することにより、回転機械の運転範囲を拡大可能な回転機械の運転条件決定装置、運転支援装置、制御装置、及び、運転条件決定方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施形態に係る運転条件決定装置を回転機械とともに示す構成図である。

【図2】包絡線処理後のＡＥ信号の振幅を回転次数ごとに示したグラフである。

【図3】ラビング検知指標の時系列分布を示したグラフである。

【図4】ラビング検知指標の累積確率を示したグラフである。

【図5】幾つかの運転モードに対して設定されたラビング抑制運転条件の例である。

【図6】図１の運転条件決定装置を備える回転機械の運転支援装置を示す構成図である。

【図7】図６のマップ作成部によって作成されるマップの一例である。

【図8】図６のマップ作成部によって作成されるマップの他の例である。

【図9】図１の運転条件決定装置を備える回転機械の制御装置を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0014】

図１は本実施形態に係る運転条件決定装置１００を回転機械１０とともに示す構成図である。図１では回転機械１０の一例として蒸気タービンが記載されているが、回転機械１０は蒸気タービンに限定されず、ガスタービン、圧縮機等、種々の回転機械とすることができる。本実施形態の回転機械１０は、両端部を固定部である軸受部２０で支持され、複数配列された動翼３２を有する回転軸３０と、複数配列された静翼４４を有する車室４０とを有し、動翼３２および静翼４４は各列に交互に配置され車室４０に収納されている。ＡＥセンサ５０は、軸受部２０に取り付けられている。

【0015】

車室４０の流入口４２から流入した作動流体Ｗである蒸気は、車室４０の内部の回転軸３０に配列された動翼３２を通過することにより、動翼３２に作用して回転軸３０に回転力を付与する。車室４０に配列された静翼４４は、蒸気の流れを調整する。動翼３２を通過した蒸気は、流出口４６から流出する。

【0016】

ＡＥセンサ５０は、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ；高周波出力）検出用のセンサとして構成され、検出したＡＥ波をＡＥ信号Ｓとして出力する。ＡＥセンサ５０は、軸受部２０に取り付けられている。

【0017】

回転機械１０は、例えば、熱変形を生じた車室４０に取り付けられているシール等が回転軸３０に対してラビング（擦れ）を発生することがあり、その場合、ラビングによるＡＥ波を生じる。例えば、ラビングの発生個所Ｒで生じたＡＥ波は、弾性波として回転軸３０の表面を伝播し、軸受部２０を介してＡＥセンサ５０で検出される。ＡＥ波は、一般的に数１０ｋＨｚ～数ＭＨｚの音波領域の周波数を有する。ＡＥセンサ５０により検出されるＡＥ信号Ｓは、ラビングにより生じるＡＥ波の周波数および他のノイズからのノイズ信号Ｎの周波数を含んでいる。

【0018】

ＡＥセンサ５０は、ＡＥ波の振動を検出し電圧として出力する素子、及び、当該素子からの電圧を増幅して電気信号として出力する増幅器を含んでいる。

【0019】

回転計５２は、回転軸３０の回転数ｆを検出するための構成である。回転計５２は、例えば、回転軸３０に取り付けられるドグと、ドグを検出する検出器とを備えており、回転軸３０が１回転してドグが回転計５２に対して１回入力されると、それを基に回転数ｆを出力する。回転計５２から出力された回転数ｆは、ＡＥ信号Ｓと同期して取得可能である。

【0020】

運転条件決定装置１００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。尚、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。

【0021】

運転条件決定装置１００は、図１に示すように、信号取得部１１０と、記憶部１１２と、判定部１２０と、運転条件決定部１３０と、出力部１４０とを備える。

【0022】

信号取得部１１０は、ＡＥセンサからのＡＥ信号Ｓを取得するための構成である。信号取得部１１０は、記憶部１１２に記録されるプログラムを実行することにより、ＡＥセンサ５０からＡＥ信号Ｓを取得し、当該取得したＡＥ信号Ｓを記憶部１１２にデータとして記憶する。ＡＥ信号Ｓの取得は、所定の間隔で行われる。ＡＥ信号Ｓの取得は、例えば数秒に一度の時間間隔で行われる。信号取得部１１０は、例えば１度のデータ取得で回転軸が２回転～４回転する時間のデータを取得する。

【0023】

判定部１２０は、信号取得部１１０で取得されたＡＥ信号Ｓに基づいてラビングの有無を判定するための構成であり、フィルタ処理部１２１、データ処理部１２２、回転同期成分計算部１２３、指標算出部１２４と、閾値算出部１２５と、ラビング判定部１２６とを含んで構成される。

【0024】

フィルタ処理部１２１は、記憶部１１２に記憶されたプログラムを実行することにより、ＡＥ信号Ｓについてフィルタ処理を行い、フィルタ処理されたＡＥ信号Ｓｆを出力する。フィルタ処理部１２１は、所定の周波数成分を通過帯域とするフィルタを有する。フィルタ処理部１２１が有するフィルタの通過帯域は、ＡＥ信号Ｓに含まれる周波数成分である数１０ｋＨｚ～数ＭＨｚのうちのいずれかの周波数帯域を含む。

【0025】

データ処理部１２２は、記憶部１１２に記憶されたプログラムを実行することにより、ＡＥ信号Ｓ又はフィルタ処理されたＡＥ信号Ｓｆについて、所定の包絡線処理、リサンプリング及び平均値化ゼロ処理を行う。包絡線処理は、ＡＥ信号Ｓ又はＡＥ信号Ｓｆについて包絡線処理を行い、高周波成分が取り除かれたＡＥ信号Ｓｒを出力する。リサンプリング処理は、包絡線処理されたＡＥ信号Ｓｒについて所定の周波数でのリサンプリングを行い、リサンプリング後のＡＥ信号Ｓｐを出力する。平均値ゼロ化処理は、ＡＥ信号Ｓｐについて、同期平均である周期ごとの振幅の平均値をゼロとする処理を行い、平均値ゼロ化処理されたＡＥ信号Ｓｚを出力する。

【0026】

回転同期成分計算部１２３は、記憶部１１２に記憶されるプログラムを実行することにより、ＡＥ信号Ｓｚについて周波数分析を行う。回転同期成分計算部１２３は、周波数分析を行うことにより、時系列関数であるＡＥ信号Ｓｚを周波数ごとの振幅として表した周波数関数に変換し、周波数を回転次数により表した回転次数分析結果Ｆを出力する（図２）。ここで図２は包絡線処理後のＡＥ信号の振幅を回転次数ごとに示したグラフである。回転次数は、回転軸３０の回転数ｆに対応する周波数成分を１とした次数である。ここで、回転数１倍成分Ｃは、回転同期成分計算部１２３により出力される回転次数１である周波数成分を有する。

【0027】

指標算出部１２４は、記憶部１１２に記録されるプログラムを実行することにより、ＡＥ信号Ｓの位相の情報について、ラビング検知指標Ｄを算出する。ラビング検知指標Ｄは、図３に示すように、時系列分布として求められる。ラビング検知指標Ｄは以下の式（１）により算出される。
ラビング検知指標＝１／（１＋（ＡＥ信号の位相の分散）＾０．５）・・・（１）

【0028】

ラビング検知指標Ｄの算出には、例えば、回転数１倍成分Ｃの位相についての分散が用いられる。回転数１倍成分Ｃの位相の分散は、具体的には、回転数１倍成分Ｃの位相について所定のサンプリングを行うことで求められた回転数１倍成分抽出位相Ｐについての分散として求められる。回転数１倍成分抽出位相Ｐは、回転計５２で取得された回転数ｆの周期に対する回転数１倍成分Ｃの周期のズレを位相として取得する。回転数１倍成分Ｃ抽出位相Ｐの取得は、例えば、数秒間隔で、５－１０回点についてサンプリングすることにより行われる。

【0029】

閾値算出部１２５は、記憶部１１２に記録されるプログラムを実行することにより、ラビング検知指標Ｄについてラビングの有無を判定するための閾値Ｔを取得する。閾値Ｔは、例えば、図４に示すように、ラビングが生じていない状態におけるラビング検知指標Ｄの累積確率から算出される。閾値Ｔは、例えば、予め累積確率が与えられ、それを満たすラビング検知指標Ｄが閾値として算出されてもよい。閾値Ｔは、例えば、予めラビング検知指標Ｄが与えられてもよい。すなわち、閾値Ｔは、例えば、図４に示す例において、累積確率９９．７％が予め与えられており、それに基づいて算出されるラビング検知指標Ｄ０．０３４を閾値Ｔとしてもよく、また、例えば、予め閾値Ｔを０．０３４として与えられていてもよい。

【0030】

ラビング判定部１２６は、記憶部１１２に記憶されるプログラムを実行することにより、ラビング検知指標Ｄについてのラビングの有無を判定する。ラビングの有無の判定は、ラビング検知指標Ｄと閾値Ｔと比較することにより行われる。ラビング判定部１２６は、回転機械１０が、ラビングが有と判定された場合に、例えばモニタ表示にラビング有の旨を出力するよう構成されていてもよい。

【0031】

判定部１２０では、このようにＡＥ信号Ｓの位相の情報を基にラビング検知指標を算出することで、ラビング検知指標に基づくラビングの有無判定を行う。仮にＡＥセンサ５０からのラビングのＡＥ信号Ｓの振幅を指標とする場合、蒸気タービンのような他のノイズからのノイズ信号の大きい回転機械においては、ラビングのＡＥ信号の振幅は他のノイズからのノイズ信号の振幅よりも小さく、他のノイズからのノイズ信号に埋もれてしまうため、ラビングのＡＥ信号が検出できないおそれがあった。判定部１２０では、ＡＥ信号Ｓの位相の情報を基にラビング検知指標を算出することで、蒸気タービンのような他のノイズからのノイズ信号の大きい回転機械においても、ラビングをより高い精度で効率よく検出することができる。

【0032】

続いて運転条件決定部１３０は、判定部１２０でラビングが有ると判定された場合に、ラビングを抑制するために回転機械１０に課される運転条件であるラビング抑制運転条件を決定するための構成である。ラビング抑制運転条件は、回転機械１０の運転モードごとに設定され、各運転モードにおける回転機械１０の運転状態においてラビングを抑制するために必要な運転条件として規定される。

【0033】

本実施形態では、回転機械１０は複数の運転モードを有しており、複数の運転モードのうち、ラビングが発生する可能性が比較的高い幾つかの運転モードに対してラビング抑制運転条件が設定される。例えば、回転機械１０の運転モードのうち急速起動モード、負荷変動モード、低負荷運転モードでは、回転機械１０の回転数又は負荷の変動を伴うためラビングが発生しやすい傾向にある。

【0034】

急速起動モードは、停止状態にある回転機械１０を急速起動するためのモードであり、回転機械１０の回転数が急増する。また負荷変動モードでは、外部からの出力指令に基づいて回転機械１０の負荷が変動する。また低負荷運転モードでは、外部からの出力指令によって回転機械１０の運転が不要になった場合に、回転機械１０を停止することなく低負荷状態に維持することで、出力指令によって回転機械１０の運転が再び必要になった際に、良好な応答性で負荷追従できる。これらの運転モードは、例えば回転機械１０が発電プラントにおいて発電機に連結された蒸気タービン等である場合、近年、電力系統に占める自然エネルギーの割合増加に伴って回転機械１０で実施されるケースが増えている。すなわち自然エネルギーは環境条件によって変動するため比較的不安定であり、電力需要を賄うために発電プラントに対する出力指令に応じて、これらの運転モードで回転機械１０を制御することが増えている。

【0035】

ここで図５は、幾つかの運転モードに対して設定されたラビング抑制運転条件の例である。この例では、急速起動モード、負荷変動モード及び低負荷運転モードに対して、それぞれ第１ラビング抑制運転条件Ｃ１、第２ラビング抑制運転条件Ｃ２及び第３ラビング抑制運転条件Ｃ３が設定される。

【0036】

第１ラビング抑制運転条件Ｃ１は、急速起動モードに対応するラビング抑制運転条件であり、急速起動時に時間経過に従って上昇する回転機械１０の回転数を一時的にホールドするように設定される。具体的には、回転機械１０の急速起動時に判定部１２０でラビングが有ると判定された場合には、その際の回転機械１０の回転数をホールドし、その後、ラビングが無いと判定された際（すなわちラビングの解除判定がなされた際）に回転機械１０の回転数の上昇を再開するように設定される。これにより、判定部１２０においてラビングが有ると判定された場合、急速起動を一時的に停止することで、更なるラビングの進行を抑制することができる。

【0037】

第２ラビング抑制運転条件Ｃ２は、負荷変動モードに対応するラビング抑制運転条件であり、外部からの出力指令に応じて回転機械１０の負荷を変動しながら運転する場合に、負荷変動を一時的にホールドするように設定される。具体的には、回転機械１０の負荷変動時に判定部１２０でラビングが有ると判定された場合には、その際の回転機械１０の負荷をホールドし、その後、ラビングが無いと判定された際（すなわちラビングの解除判定がなされた際）に回転機械１０の負荷変動を再開するように設定される。これにより、判定部１２０においてラビングが有ると判定された場合、負荷変動を一時的に停止することで、更なるラビングの進行を抑制することができる。

【0038】

第３ラビング抑制運転条件Ｃ３は、低負荷運転モードに対応するラビング抑制運転条件であり、外部からの出力指令に応じて回転機械１０を低負荷運転にするために、回転機械１０の負荷を減少させる場合に、当該負荷の減少を中断して、その負荷を維持するもしくは一時的に増加するように設定される。具体的には、回転機械１０の負荷減少時に判定部１２０でラビングが有ると判定がなされた場合には、その際の回転機械１０の負荷の減少を、その負荷を維持するもしくは一時的に増加に転じさせ、その後、ラビングが無いと判定された際（すなわちラビングの解除判定がなされた際）に回転機械１０の負荷減少を再開するように設定される。これにより、判定部１２０においてラビングが有ると判定された場合、負荷減少を一時的に中断することで、更なるラビングの進行を抑制することができる。

【0039】

また運転条件決定部１３０は、他のラビング抑制運転条件として、ラビングを緩和するために回転機械１０の回転部と固定部との間に存在する間隙の大きさを増大（もしくは拡大）するＡＣＣ制御を行うための第４ラビング抑制運転条件Ｃ４を規定してもよい。間隙の大きさの調整は、例えば、間隙を規定する回転機械の固定部（例えば車室や翼環などの静止部材）を加熱することで、熱膨張（又は熱収縮）により行われてもよいし、間隙における圧力（より具体的には、間隙を規定するシールリング等の部材の周囲圧力）を弁の開閉制御により調整することで、間隙の少なくとも一部を規定する部材（シールリングなど）を移動させることによって行われてもよい。
尚、ラビング抑制運転条件は、複数の運転モードに共通して対応づけられていてもよく、図５では第４ラビング抑制運転条件Ｃ４は、急速起動モード、負荷変動モード及び低負荷運転モードのそれぞれに共通して対応づけられている。

【0040】

このような運転モードごとのラビング抑制運転条件は、互いに関連づけられて記憶部１１２に予め記憶される。運転条件決定部１３０は、回転機械１０で実施されている運転モードを特定し、当該運転モードに対応するラビング抑制運転条件を記憶部１１２から選択することで、運転条件の決定を行う。そして運転条件決定部１３０で決定された運転条件は、出力部１４０から外部に出力される。

【0041】

以上説明したように本実施形態に係る運転条件決定装置１００によれば、ラビングの発生がＡＥセンサを用いて取得した音響信号に基づいて早期に判定されるとともに、ラビングが有ると判定された場合には、ラビングを抑制するために前記回転機械の制御に課されるラビング抑制運転条件が決定される。このように決定されるラビング抑制運転条件を回転機械に課すことで、ラビングを抑制することで、回転機械の緊急停止などを回避し、運転範囲を効果的に広げることができる。

【0042】

＜運転支援装置＞
続いて前述の運転条件決定装置１００を利用した回転機械１０の運転支援装置２００について説明する。図６は図１の運転条件決定装置１００を備える回転機械１０の運転支援装置２００を示す構成図である。運転支援装置２００は、運転条件決定装置１００と、運転状態特定部２１０と、マップ作成部２２０と、表示部２３０とを備える。

【0043】

運転条件決定装置１００は前述の構成を備え、特に判定部１２０では回転機械１０におけるラビングの有無が判定される。また運転状態特定部２１０は、判定部１２０と同期して回転機械１０の運転状態を特定する。回転機械１０の運転状態は少なくとも１つのパラメータによって規定される。

【0044】

マップ作成部２２０は、判定部１２０における判定結果と、運転状態特定部２１０で特定された運転状態とに基づいて、マップを作成する。ここで図７は図６のマップ作成部２２０によって作成されるマップの一例である。図７の例では、運転状態が「負荷変化率」と「前回運転停止時からの経過時間」という２つのパラメータによって特定され、回転機械１０の過去の運転状態を示す各点におけるラビング判定結果が示されている。これによれば、ラビング判定結果が「無」である範囲Ｒ１と、ラビング判定結果が「有無」である範囲Ｒ２とが、境界ラインＬを介して分布している様子が示されており、前回停止時からの経過時間が長くなるに従って、より少ない負荷変化率でラビングが発生しやすくなる傾向が示されている。

【0045】

尚、図７では、回転機械１０の運転状態を「負荷変化率」と「前回運転停止時からの経過時間」という２つのパラメータで特定する場合について例示しているが、回転機械１０の運転状態は、例えば回転機械１０の回転数の昇速率や最低負荷など、他のパラメータによって特定されてもよい。

【0046】

また図８は図６のマップ作成部２２０によって作成されるマップの他の例である。図８の例では、運転状態が「負荷変化率」と「負荷」という２つのパラメータによって特定され、回転機械１０の負荷を減少させることで低負荷運転に移行する際における回転機械１０の過去の運転状態を示す各点におけるラビング判定結果が示されている。図８においても図７と同様に、ラビング判定結果が「無」である範囲Ｒ１と、ラビング判定結果が「有」である範囲Ｒ２とが、境界ラインＬを介して分布している様子が示されており、負荷を低下させる際の負荷変化率が大きいほどラビングせずに到達できる負荷が大きく。

【0047】

従来、回転機械１０におけるラビング発生を防止するために、境界ラインＬに対して、例えば仮の境界ラインＬ’において範囲Ｒ１とＲ２とを想定するように過度なマージンが設定されていた。それに対して本実施形態では、ＡＥセンサを用いたラビング判定によって、回転機械１０にラビングが発生した場合に、より早期に精度よく判定することができるため、過度なマージンを設定する必要がなくなり、境界ラインＬで示すように従来に比べて回転機械１０の運転範囲を拡大することができる。

【0048】

表示部２３０は、例えばディスプレイ等の利用者が認識可能な態様で、マップ作成部２２０で作成したマップを表示するための構成である。回転機械１０の運転者は、表示部２３０に表示された上記マップを参照することで、ラビングが生じない運転範囲を容易に把握し、回転機械１０の運転状態が当該運転範囲を逸脱しないように回転機械１０を制御することで、ラビング発生を効果的に回避した運用が可能となる。

【0049】

以上説明したように本実施形態に係る運転支援装置２００によれば、判定部１２０における判定結果と運転状態特定部２１０で特定された運転状態との相関を示すマップを表示部２３０に表示することで、回転機械１０の運転状態が当該運転範囲を逸脱しないように回転機械１０を制御するための運転支援を行うことができる。

【0050】

＜制御装置＞
続いて前述の運転条件決定装置１００を利用した回転機械１０の制御装置３００について説明する。図９は図１の運転条件決定装置１００を備える回転機械１０の制御装置３００を示す構成図である。

【0051】

制御装置３００は、運転条件決定装置１００と、マップ作成部２２０と、制御目標値決定部３１０と、制御部３２０とを備える。制御装置３００は、運転条件決定装置１００と、運転状態特定部２１０と、マップ作成部２２０と、制御目標値決定部３１０と、制御部３２０とを備える。
尚、運転状態特定部２１０及びマップ作成部２２０は、前述の運転支援装置２００と同様であるため重複する説明は省略する。

【0052】

制御目標値決定部３１０は、マップ作成部２２０で作成されたマップに基づいて、回転機械１０の制御パラメータについて制御目標値を決定する。具体的には、制御目標値決定部３１０は、外部からの出力指令に基づいて算出される本来の制御目標値がマップのうちラビング判定結果が「無」である範囲Ｒ１内にあるか否かを判定する。その結果、本来の制御目標値が範囲Ｒ１内にある場合には、本来の制御目標値がそのまま採用される。

【0053】

一方、本来の制御目標値が範囲Ｒ１内にない場合、制御目標値決定部３１０は本来の制御目標値が範囲Ｒ１内になるように補正を行う。この補正は、例えば、範囲Ｒ１と範囲Ｒ２との境界ラインＬに対して、所定のマージンを有するように行われてもよい。これにより、出力指令に対応した本来の制御目標値からの乖離を抑えつつ、ラビングの発生を効果的に防止可能な制御目標値への修正が可能となる。

【0054】

そして制御部３２０は、制御目標値決定部３１０で決定された制御目標値に基づいて、回転機械１０の制御パラメータを制御する。これにより、ラビングの発生を回避しながら、出力指令に対して回転機械１０を良好に追従運転制御することができる。

【0055】

その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

【0056】

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

【0057】

（１）一態様に係る回転機械の運転条件決定装置は、
回転機械の固定部に設置されたＡＥセンサからのＡＥ信号を取得するための信号取得部と、
前記ＡＥ信号に基づいて、前記回転機械におけるラビングの有無を判定するための判定部と、
前記判定部で前記ラビングが有ると判定された場合に、前記ラビングを抑制するために前記回転機械の制御に課されるラビング抑制運転条件を決定するための運転条件決定部と、
を備える。

【0058】

上記（１）の態様によれば、ラビングの発生をＡＥセンサを用いて取得したＡＥ信号に基づいて早期に判定できるとともに、ラビングが有ると判定された場合には、ラビングを抑制するために回転機械の制御に課されるラビング抑制運転条件が決定される。このように決定されるラビング抑制運転条件を回転機械に課すことで、ラビングを抑制することで、回転機械の緊急停止などを回避し、運転範囲を効果的に広げることができる。

【0059】

（２）他の態様では上記（１）の態様において、
前記ラビング抑制運転条件は、前記回転機械の運転モードごとに予め設定されており、
前記運転条件決定部は、前記判定部で前記ラビングが有ると判定された際に前記回転機械で実施されている前記運転モードに対応する前記ラビング抑制運転条件を選択する。

【0060】

上記（２）の態様によれば、運転モードに対応するラビング抑制運転条件を選択することで、各運転モードにおける回転機械で生じているラビングを効果的に抑制できる。

【0061】

（３）他の態様では上記（２）の態様において、
前記運転モードは、前記回転機械の回転数又は負荷の変動を伴う。

【0062】

上記（３）の態様によれば、回転機械１０の回転数又は負荷の変動を伴うためラビングが発生しやすい傾向にある運転モードに対してラビング抑制運転条件を設定することで、回転機械におけるラビングを効果的に抑制できる。

【0063】

（４）他の態様では上記（２）又は（３）の態様において、
前記回転機械で実施されている前記運転モードが、出力指令に応じて前記回転機械が起動される起動モードである場合、前記運転条件決定部は、前記ラビングが有ると判定された際の前記回転機械の回転数を一時的に維持するもしくは昇速率を低下させるように前記ラビング抑制運転条件を決定する。

【0064】

上記（４）の態様によれば、起動モードにおいて回転機械の回転数が時間経過に従って上昇する際にラビングが有ると判定された場合、回転機械の回転数を一時的に維持（ホールド）する（すなわち回転機械の起動過程が一時的に停止する）もしくは昇速率を低下させるようにラビング抑制運転条件が決定される。これにより、起動時の回転数の上昇に伴ってラビングが進行することを効果的に防止できる。

【0065】

（５）他の態様では上記（２）又は（３）の態様において、
前記回転機械で実施されている前記運転モードが、出力指令に応じて前記回転機械の負荷が変動する負荷変動モードである場合、前記運転条件決定部は、前記ラビングが有ると判定された際の前記回転機械の負荷を一時的に維持するように前記ラビング抑制運転条件を決定する。

【0066】

上記（５）の態様によれば、負荷変動モードにおいて回転機械の負荷が時間経過に従って上昇する際にラビングが有ると判定された場合、回転機械の負荷を一時的に維持（ホールド）する（すなわち回転機械の負荷が略一定に制御される）ようにラビング抑制運転条件が決定される。これにより、回転機械の負荷変動に伴ってラビングが進行することを効果的に防止できる。

【0067】

（６）他の態様では上記（２）又は（３）の態様において、
前記回転機械で実施されている前記運転モードが、出力指令に応じて前記回転機械が低負荷運転する低負荷運転モードである場合、前記運転条件決定部は、前記ラビングが有ると判定された際に前記回転機械の負荷を維持もしくは増加するように前記ラビング抑制運転条件を決定する。

【0068】

上記（６）の態様によれば、低負荷モードに移行するために回転機械の負荷を時間経過に従って減少する際にラビングが有ると判定された場合、回転機械の負荷を維持（一時的にホールド）もしくは増加するようにラビング抑制運転条件が決定される。これにより、回転機械の負荷減少に伴ってラビングが進行することを効果的に防止できる。

【0069】

（７）他の態様では上記（２）又は（３）の態様において、
前記運転条件決定部は、前記ラビングが有ると判定された際に、前記回転機械において前記固定部と回転部との間のクリアランスを増大するように前記ラビング抑制運転条件を決定する。

【0070】

上記（７）の態様によれば、回転機械においてラビングが有ると判定された場合、固定部と回転部との間のクリアランスを増大（もしくは拡大）することでラビングを抑制することができる。

【0071】

（８）他の態様では上記（１）から（７）のいずれか一態様において、
前記判定部は、前記ＡＥ信号の位相の情報に基づいて算出されるラビング検知指標に基づいて、前記ラビングの有無を判定する。

【0072】

上記（８）の態様によれば、ラビングの有無判定を、ＡＥ信号の位相の情報に基づいて算出されるラビング検知指標に基づいて行うことで回転軸が軸振動を生じるより先に回転機械のラビングを検出することができ、回転機械のラビングを効率よく高い精度で検出することができる。

【0073】

（９）一態様に係る回転機械の運転支援装置は、
上記（１）から（８）のいずれか一態様の回転機械の運転条件決定装置と、
前記回転機械の運転状態を特定するための運転状態特定部と、
前記判定部の判定結果と前記運転状態特定部によって特定された前記運転状態とに基づいてマップを作成するためのマップ作成部と、
前記マップ作成部によって作成された前記マップを表示するための表示部と、
を備える。

【0074】

上記（９）の態様によれば、ラビングの判定結果と回転機械の運転状態との相関を示すマップを表示部に表示することで、回転機械の運転状態が当該運転範囲を逸脱しないように、運転者が回転機械を操作するための運転支援を行うことができる。

【0075】

（１０）一態様に係る回転機械の制御装置は、
上記（１）から（８）のいずれか一態様の回転機械の運転条件決定装置と、
前記回転機械の運転状態を特定するための運転状態特定部と、
前記判定部の判定結果と前記運転状態特定部によって特定された前記運転状態とに基づいてマップを作成するためのマップ作成部と、
前記マップ作成部によって作成された前記マップに基づいて、前記回転機械の制御パラメータについて制御目標値を決定するための制御目標値決定部と、
前記制御目標値決定部で決定された前記制御目標値に基づいて前記制御パラメータを制御するための制御部と、
を備える。

【0076】

上記（１０）の態様によれば、ラビングの判定結果と回転機械の運転状態との相関を示すマップに基づいて、回転機械にラビングが生じない範囲で制御パラメータの制御目標値が決定される。そして、回転機械の制御パラメータが、このように決定された制御目標値になるように回転機械を制御することで、ラビングの発生を回避しながら、出力指令に対して回転機械を良好に追従運転制御することができる。

【0077】

（１１）一態様に係る回転機械の運転条件決定方法は、
回転機械の固定部に設置されたＡＥセンサからのＡＥ信号を取得する工程と、
前記ＡＥ信号に基づいて、前記回転機械におけるラビングの有無を判定する工程と、
前記判定部で前記ラビングが有ると判定された場合に、前記ラビングを抑制するために前記回転機械の制御に課されるラビング抑制運転条件を決定する工程と、
を備える。

【0078】

上記（１１）の態様によれば、ラビングの発生をＡＥセンサを用いて取得したＡＥ信号に基づいて早期に判定できるとともに、ラビングが有ると判定された場合には、ラビングを抑制するために回転機械の制御に課されるラビング抑制運転条件が決定される。このように決定されるラビング抑制運転条件を回転機械に課すことで、ラビングを抑制することで、回転機械の緊急停止などを回避し、運転範囲を効果的に広げることができる。

【符号の説明】

【0079】

１０ 回転機械
２０ 軸受部
３０ 回転軸
３２ 動翼
４０ 車室
４２ 流入口
４４ 静翼
４６ 流出口
５０ センサ
５２ 回転計
１００ 運転条件決定装置
１１０ 信号取得部
１１２ 記憶部
１２０ 判定部
１２１ フィルタ処理部
１２２ データ処理部
１２３ 回転同期成分計算部
１２４ 指標算出部
１２５ 閾値算出部
１２６ ラビング判定部
１３０ 運転条件決定部
１４０ 出力部
２００ 運転支援装置
２１０ 運転状態特定部
２２０ マップ作成部
２３０ 表示部
３００ 制御装置
３１０ 制御目標値決定部
３２０ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】