特開 2022-161074 回転機械のラビング位置同定装置、及び、ラビング位置同定方法

(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】P2022161074

(43)【公開日】2022-10-21

(54)【発明の名称】回転機械のラビング位置同定装置、及び、ラビング位置同定方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 99/00 20110101AFI20221014BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20221014BHJP

【ＦＩ】

G01M99/00 A

F01D25/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021065608

(22)【出願日】2021-04-08

(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】武田 洋樹

(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

【テーマコード（参考）】

2G024

【Ｆターム（参考）】

2G024AD05

2G024AD23

2G024BA23

2G024CA13

2G024DA09

2G024FA02

2G024FA06

(57)【要約】

【課題】ラビングの周方向位置を簡易な構成で同定する。
【解決手段】本開示は、固定部及び回転部を備える回転機械のラビング位置同定装置に関する。この装置は、ＡＥセンサと、軸振動センサと、ラビング位置同定部とを備える。ラビング位置同定部では、回転機械にラビングが発生した場合に、ＡＥセンサで検出されたＡＥ信号の時間的変化に基づいて特定される包絡線のピークに対応するＡＥ位相と、軸振動センサで検出された軸振動信号の時間的変化に基づいて特定される前記回転部のハイスポット位置に対応する軸振動位相を求め、これらの位相差に基づいて、回転機械におけるラビング発生箇所の周方向位置を同定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定部及び回転部を備える回転機械のラビング位置同定装置であって、
前記回転機械のＡＥ信号を検出するための少なくとも１つのＡＥセンサと、
前記回転部の軸振動信号を検出するための少なくとも１つの軸振動センサと、
前記回転機械にラビングが発生した場合に、前記ＡＥ信号の時間的変化に基づいて特定される包絡線のピークに対応するＡＥ位相と、前記軸振動信号の時間的変化に基づいて特定される前記回転部のハイスポット位置に対応する軸振動位相との差に基づいて、前記回転機械におけるラビング発生箇所の周方向位置を同定するためのラビング位置同定部と、
を備える、回転機械のラビング位置同定装置。

【請求項2】

前記周方向位置φｒｕｂは、基準位置に対する前記軸振動センサの取付位置φｖｉｂ、前記ＡＥ位相θｒｕｂ及び前記軸振動位相θｖｉｂを用いて次式
φｒｕｂ＝φｖｉｂ＋（θｒｕｂ－θｖｉｂ）
で表される、請求項１に記載の回転機械のラビング位置同定装置。

【請求項3】

前記少なくとも１つの軸振動センサは、前記固定部に設置された前記軸振動センサと前記回転部との間にあるクリアランスの大きさに対応する振幅を有する前記軸振動信号を検出するように構成され、
前記ラビング位置同定部は、前記振幅の時間的変化に含まれる最大ピークに基づいて前記ハイスポット位置を特定する、請求項１又は２に記載の回転機械のラビング位置同定装置。

【請求項4】

前記少なくとも１つの軸振動センサは、互いに異なる取付角度を有する第１軸振動センサ及び第２軸振動センサを含み、
前記ラビング位置同定部は、前記第１軸振動センサ及び第２軸振動センサでそれぞれ検出された前記軸振動信号に基づいて前記ハイスポット位置の軌道を求め、前記軌道及び前記ＡＥ位相に基づいて前記周方向位置を同定する、請求項１に記載の回転機械のラビング位置同定装置。

【請求項5】

前記周方向位置同定部は、前記軌道上にプロットされた前記ＡＥ位相に対応する点を通る接線の法線方向により前記周方向位置を同定する、請求項４に記載の回転機械のラビング位置同定装置。

【請求項6】

前記少なくとも１つの軸振動センサは、互いに異なる軸方向位置にそれぞれ設置された第３軸振動センサ及び第４軸振動センサを含み、
前記周方向位置同定部は、前記第３軸振動センサ及び前記第４軸振動センサでそれぞれ検出された前記軸振動信号に基づく軸振動ベクトルの線形補間により、前記軸方向位相を算出する、請求項１から５のいずれか一項に記載の回転機械のラビング位置同定装置。

【請求項7】

前記少なくとも１つの軸振動センサは、互いに異なる軸方向位置にそれぞれ設置された第５軸振動センサ（例えば上記実施形態の第５軸振動センサ２０ｅ）及び第６軸振動センサ（例えば上記実施形態の第６軸振動センサ２０ｆ）を含み、
前記ラビング位置同定部は、モード解析で求められた振動モードごとに、前記第５軸振動センサ、前記第６軸振動センサ及び前記ラビングの発生箇所における振動振幅比を規定する係数を用いて、前記第５軸振動センサ及び前記第６軸振動センサにそれぞれ対応する軸振動ベクトルの線形和として前記ラビングの発生箇所に対応する軸振動ベクトルを求めることにより前記周方向位置を同定する、請求項１から６のいずれか一項に記載の回転機械のラビング位置同定装置。

【請求項8】

前記軸振動センサ及び前記ＡＥセンサは、前記回転部を前記静止部に対して回転可能に支持する軸受が収容される軸受箱に設けられる、請求項１から７のいずれか一項に記載の回転機械のラビング位置同定装置。

【請求項9】

前記回転機械は蒸気タービンである、請求項１から８のいずれか一項に記載の回転機械のラビング位置同定装置。

【請求項10】

固定部及び回転部を備える回転機械のラビング位置同定方法であって、
前記回転機械のＡＥ信号を検出する工程と、
前記回転部の軸振動信号を検出する工程と、
前記回転機械にラビングが発生した場合に、前記ＡＥ信号の時間的変化に基づいて特定される包絡線のピークに対応するＡＥ位相と、前記軸振動信号の時間的変化に基づいて特定される前記回転部のハイスポット位置に対応する軸振動位相との差に基づいて、前記回転機械におけるラビング発生箇所の周方向位置を同定する工程と、
を備える、回転機械のラビング位置同定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、回転機械のラビング位置同定装置、及び、ラビング位置同定方法に関する。

【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の一手法として、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）信号を検出可能なＡＥセンサを用いたラビング検出技術が知られている。ＡＥセンサは取付が容易であり、回転体の接触音に基づくＡＥ信号を検出することで、従来の軸振動に基づく場合に比べて早い段階でラビングを検知することができ、有望視されている。例えば特許文献１には、回転軸に対して周方向に沿って複数のＡＥセンサを設け、これらのＡＥセンサで検出されたＡＥ信号を処理することで、周方向におけるラビングの発生位置を同定する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－１４５７１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１では、回転機械に対して複数のＡＥセンサを設置する必要があるため、ＡＥセンサの数が多くなり、コストが増大してしまう。また複数のＡＥセンサが配置された断面におけるラビングを検出対象としているため、当該断面とは異なる軸方向位置でラビングが発生した場合には、ラビング検出が難しい。またラビングによる複数のＡＥセンサ間における微小な位相差に基づいてラビング検知を行っているため、ＡＥ信号に含まれるノイズの影響によりラビングを検知することが難しい可能性がある。

【0006】

本開示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、ラビングの周方向位置を簡易な構成で同定可能な回転機械のラビング位置同定装置、及び、ラビング位置同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ラビング位置同定装置は、上記課題を解決するために、
固定部及び回転部を備える回転機械のラビング位置同定装置であって、
前記回転機械のＡＥ信号を検出するための少なくとも１つのＡＥセンサと、
前記回転部の軸振動信号を検出するための少なくとも１つの軸振動センサと、
前記回転機械にラビングが発生した場合に、前記ＡＥ信号の時間的変化に基づいて特定される包絡線のピークに対応するＡＥ位相と、前記軸振動信号の時間的変化に基づいて特定される前記回転部のハイスポット位置に対応する軸振動位相との差に基づいて、前記回転機械におけるラビング発生箇所の周方向位置を同定するためのラビング位置同定部と、
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ラビング位置同定方法は、上記課題を解決するために、
固定部及び回転部を備える回転機械のラビング位置同定方法であって、
前記回転機械のＡＥ信号を検出する工程と、
前記回転部の軸振動信号を検出する工程と、
前記回転機械にラビングが発生した場合に、前記ＡＥ信号の時間的変化に基づいて特定される包絡線のピークに対応するＡＥ位相と、前記軸振動信号の時間的変化に基づいて特定される前記回転部のハイスポット位置に対応する軸振動位相との差に基づいて、前記回転機械におけるラビング発生箇所の周方向位置を同定する工程と、
を備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示の少なくとも一実施形態によれば、ラビングの周方向位置を簡易な構成で同定可能な回転機械のラビング位置同定装置、及び、ラビング位置同定方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態に係る回転機械の断面構造図である。

【図2】一実施形態に係るラビング位置同定方法を示すフローチャートである。

【図3A】回転機械の内部の様子を示す模式図である。

【図3B】回転機械の内部の様子を示す模式図である。

【図4】図２のステップＳ１０１で取得されるＡＥ信号及び軸振動信号の一例である。

【図5】他の実施形態に係るラビング位置同定装置における軸振動センサの取付位置を軸方向から示す模式図である。

【図6】他の実施形態に係るラビング位置同定方法を示すフローチャートである。

【図7】図６のステップＳ２０１で取得されたＡＥセンサで検出されたＡＥ信号、第１軸振動センサ及び第２軸振動センサで検出された軸振動信号の一例である。

【図8A】図６のステップＳ２０２で作成されるオービット線図の一例である。

【図8B】図８Ａのオービット線図から特定される法線方向に基づくラビング周方向位置の同定例である。

【図9】他の実施形態に係るラビング位置同定装置の構成を示す図である。

【図10】図９のラビング位置同定装置によって実施可能なラビング位置同定方法を示すフローチャートである。

【図11】第３軸振動センサで検出される軸振動信号に対応する軸振動ベクトルと、第４軸振動センサで検出される軸振動信号に対応する軸振動ベクトルとの線形補完の説明図である。

【図12】図９のラビング位置同定装置によって実施可能な他のラビング位置同定方法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】

【0011】

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。

【0012】

図１は一実施形態に係る回転機械１の断面構造図である。回転機械１は、静止部２と、静止部２に対して回転可能な回転部４を備える。静止部２は回転機械１のケーシングであり、外部に対して静止している。回転部４は、静止部２に対して一対の軸受６ａ、６ｂを介して回転可能に支持される。

【0013】

静止部２及び回転部４の間には、クリアランスＤが設けられる。クリアランスＤには、静止部２に設けられた供給部３から作動流体Ｗが供給されることにより、回転部４が駆動される。回転部４を駆動した作動流体Ｗは、静止部２に設けられた排出部５から外部に排出される。回転機械１の運転時には、静止部２又は回転部４の少なくとも一方が熱等の影響によって変形することで、クリアランスＤが縮小し、ラビングが発生することがある。このようなラビングは、後述するＡＥセンサ１０で検出されるＡＥ信号に基づいて検知可能である。

【0014】

回転部４は、例えば、作動流体Ｗによる動力によって回転可能なロータ（回転軸）である。回転部４は、作動流体Ｗを受けるための動翼４ａを有し、動翼４ａで作動流体Ｗを受けることにより回転部４が回転駆動される。回転機械１は、例えば作動流体Ｗとして蒸気を用いる蒸気タービンである。

【0015】

回転部４は、一対の軸受６ａ、６ｂ（ラジアル軸受）によって回転可能に支持される。軸受６ａは回転部４の一端側に設けられ、軸受６ｂは回転部４の他端側に設けられている。軸受６ａ、６ｂは、それぞれ軸受箱７ａ、７ｂに収容されている。

【0016】

一実施形態に係るラビング位置同定装置１００は、上記構成を有する回転機械１において、ラビングが発生した場合に、ラビングの発生位置を同定するための装置である。回転機械１は、例えば、熱変形を生じた静止部２に取り付けられているシール等が回転部４に対してラビング（擦れ）を発生することがある。ラビング位置同定装置１００は、少なくとも１つのＡＥセンサ１０と、少なくとも１つの軸振動センサ２０と、少なくとも１つのＡＥセンサ１０及び少なくとも１つの軸振動センサ２０に基づいてラビング位置を同定するための演算を行う演算部３０と、を備える。

【0017】

ＡＥセンサ１０は、回転機械１のＡＥ信号を検出するためのセンサである。ラビングの発生個所で生じたＡＥ波は、弾性波として静止部２及び回転部４を伝播し、回転機械１に設置された各ＡＥセンサ１０でＡＥ信号として検出される。ＡＥ波は、一般的に数１０ｋＨｚ～数ＭＨｚの音波領域の周波数を有し、ＡＥセンサ１０によってＡＥ信号として検出される。本実施形態では、単一のＡＥセンサ１０が軸受６ａ（軸受箱７ａ）に設けられることで、ラビングの発生箇所からのＡＥ波を検出可能に構成されている。
尚、図１では、単一のＡＥセンサ１０が軸受６ａ（軸受箱７ａ）に設けられた場合を例示しているが、軸受６ｂ（軸受箱７ｂ）に設けられていてもよい。

【0018】

軸振動センサ２０は、回転機械１の軸振動信号を検出するためのセンサである。軸振動センサ２０は、検出部が軸振動の検出対象である回転部４に対向するように配置され、当該検出部と回転部４との距離に基づいて軸振動を検出可能に構成される。本実施形態では、単一の軸振動センサ２０が軸受６ａ（軸受箱７ａ）に設けられることで、ラビングの発生箇所からの軸振動を検出可能に構成されている。
尚、図１では、単一の軸振動センサ２０が軸受６ａ（軸受箱７ａ）に設けられた場合を例示しているが、軸受６ｂ（軸受箱７ｂ）に設けられていてもよい。

【0019】

尚、図１の例では、ＡＥセンサ１０と軸振動センサ２０は共通の軸受６ａ（軸受箱７ａ）のうち互いに異なる軸方向位置に設置されているが、異なる軸受（例えば一方が軸受６ａ（軸受箱７ａ）、他方が軸受６ｂ（軸受箱７ｂ））にそれぞれ設置されていてもよいし、互いに同じ軸方向位置に設置されていてもよい。

【0020】

演算部３０は、ＡＥセンサ１０及び軸振動センサ２０の検出結果に基づいてラビング位置を同定するために演算を行う構成であり、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】

演算部３０は、ラビングの有無を判定するためのラビング判定部３２と、ラビングが有ると判定された場合にラビングの発生位置を同定するためのラビング位置同定部３４とを備える。尚、ラビング判定部３２におけるラビングの有無に関する判定方法については公知の例に従うとし、詳細は省略するが、ＡＥセンサ１０によって検出されたＡＥ信号に基づいて判定を行うことで早期のラビング判定が可能である。

【0022】

続いて上記構成を有するラビング位置同定装置１００によって実施されるラビング位置同定方法について説明する。図２は一実施形態に係るラビング位置同定方法を示すフローチャートである。

【0023】

まずラビング判定部３２は、ラビングの有無を判定する（ステップＳ１００）。ステップＳ１００におけるラビング判定は、例えば、ＡＥセンサ１０において検出されるＡＥ信号に基づいて行われる。ラビング判定部３２においてラビングが有ると判定された場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、ラビング位置同定部３４は、ＡＥセンサ１０で検出されたＡＥ信号、及び、軸振動センサ２０で検出された軸振動信号を取得する（ステップＳ１０１）。

【0024】

ここで図３Ａ及び図３Ｂは回転機械１の内部の様子を示す模式図であり、図４は図２のステップＳ１０１で取得されるＡＥ信号及び軸振動信号の一例である。図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、回転部４は、静止部２の内側において回転駆動される。このとき回転部４のうち最も径方向外側に位置するハイスポット位置Ｐｈは、静止部２の中心Ｏに対して偏心した軌道Ｋ（例えば振れ回り中心Ｏ´を有する略円形状の軌道）で移動する。図３Ａでは、静止部２のうち所定の基準位置Ｐｒから取付角度φｖｉｂの位置に取り付けられた軸振動センサ２０にハイスポット位置Ｐｈが最接近している様子が示されており、図３Ｂではハイスポット位置Ｐｈが静止部２に接触することによりラビングが発生している様子が示されている。

【0025】

図４では、ＡＥセンサ１０及び軸振動センサ２０で同時に検出されたＡＥ信号と軸振動信号の時間的変化が示されている。このようなＡＥセンサ１０によるＡＥ信号の検出、及び、軸振動センサ２０による軸振動信号の検出は継続的に行われており、ステップＳ１０１では、ラビング有り判定をトリガ―として、ＡＥ信号及び軸振動信号が所定時間にわたって行われる。当該所定時間は、後述するＡＥ位相θｒｕｂ及び軸振動位相θｖｉｂを特定するために十分なＡＥ信号及び軸振動信号が取得されるように適宜設定される。

【0026】

ＡＥ信号は、一般的に、所定の周波数で振幅が変動する波形を有しており、回転機械１にラビングが発生した場合、図４に示すように、ＡＥ信号に含まれる波形のピークに基づいて特定される包絡線Ｌｈに、回転機械１の回転数に同期する成分（回転数同期成分）が現れる。このような回転数同期成分は、周期的に最大ピークを示すように変動する振る舞いを有する。

【0027】

また軸振動信号は、静止部２に取り付けられた軸振動センサ２０と回転部４との間の距離に対応して、図４に示すように、周期的に振幅が変化する波形を有する。このような軸振動信号は、軸振動センサ２０の近傍をハイスポット位置Ｐｈが通過するタイミングで最大ピークを有する正弦波として得られる。

【0028】

続いてラビング位置同定部３４は、ステップＳ１０１で取得したＡＥ信号に基づいて、ＡＥ位相θｒｕｂを求める（ステップＳ１０２）。ＡＥ位相θｒｕｂは、図４に示すように、ＡＥ信号の時間的変化に基づいて特定される包絡線Ｌｈのピークに対応する位相（ＡＥ信号の包絡線Ｌｈの回転数同期成分が最大となったときの回転角θ）として特定される。

【0029】

またラビング位置同定部３４は、ステップＳ１０１で取得した軸振動信号に基づいて、軸振動位相θｖｉｂを求める（ステップＳ１０３）。軸振動位相θｖｉｂは、図４に示すように、軸振動信号の時間的変化に基づいて特定される回転部４のハイスポット位置Ｐｈに対応する位相（軸振動信号の振幅が最大となる回転角θ）として特定される。

【0030】

続いてラビング位置同定部３４は、ステップＳ１０２で求められたＡＥ位相θｒｕｂとステップＳ１０３で求められた軸振動位相θｖｉｂとの差Δθに基づいて、回転機械１におけるラビング発生箇所の周方向位置を同定する（ステップＳ１０４）。具体的には、静止部２における軸振動センサ２０の取付角度をφｖｉｂを用いて、ラビングが発生している周方向位置φｒｕｂは、次式
φｒｕｂ＝φｖｉｂ＋Δθ＝φｖｉｂ＋（θｒｕｂ－θｖｉｂ） （１）
により同定される。

【0031】

尚、φｖｉｂ及びφｒｕｂは静止部２に規定された基準位置Ｐｒに対する角度である。基準位置Ｐｒは、例えば回転部４の回転数をカウントするためのワンパルス計（不図示）が設置された位置等を用いることができる。またθｖｉｂ及びθｒｕｂは、回転部４の基準角に対する回転角θであり、例えば、回転部４に設けられたワンパルスマーカが、静止部２に設けられたワンパルス計の位置を通過する角度を基準角として用いることができる。

【0032】

尚、ワンパルス計を備えない回転機械１では、例えば、軸振動変位が最大となったときの回転角θを基準角とすることでラビングの発生箇所の周方向位置を同様に同定することができる。この場合、θｖｉｂ＝０であり、θｒｕｂは軸振動変位が最大となった回転角からの相対回転角となる。

【0033】

以上説明したように本実施形態によれば、単一のＡＥセンサ１０で検出したＡＥ信号と、軸振動センサ２０で検出した軸振動信号とに基づいて、ラビングの発生箇所の周方向位置を好適に同定できる。このような周方向位置の同定には、複雑な構成や演算が不要であり、且つ、ノイズによる影響を受けにくいため、様々な条件下においても、信頼性の高いラビング位置の同定が可能となる。

【0034】

そして、このようにラビングの発生箇所の周方向位置を同定することで、その同定結果に基づいて回転機械１対する有効な対策の判断が可能となる。例えば、静止部２が上下に分割された２つのケーシングから構成されている場合、ラビングの発生箇所の周方向位置が上方側である場合には上方側のケーシングのみを開放して対策を実施することで、対策範囲を効果的に絞り込むことができる。またラビングの発生箇所の周方向位置が下方側である場合には、下方側のケーシングの手直しのために回転部４の吊上げ作業が必要であるかを事前に把握でき、効率的に作業計画を立案できる。また静止部２を加熱又は冷却することでクリアランスＤを調整可能な機構を備える場合には、ラビングの発生箇所の周方向位置に基づいて、どの方向にクリアランスＤを調整すべきかを判断し、その判断結果に基づいて当該機構を操作又は制御することができる。

【0035】

前述の実施形態では、ｉ）軸方向に垂直な断面上におけるハイスポット位置Ｐｈの軌道Ｋが略円形状であり、ｉｉ）ラビングの発生箇所の軸方向位置が軸振動センサ２０の付近であること、又は、ｉｉｉ）軸振動位相θｖｉｂが軸方向において一様であることなどが満たされる条件下では好適に周方向位置を同定することができるが、これらの条件のいずれかが満たされない場合、同定精度が低下するおそれがある。このような課題は、以下の実施形態によって好適に解決可能である。

【0036】

図５は他の実施形態に係るラビング位置同定装置１００における軸振動センサ２０の取付位置を軸方向から示す模式図である。本実施形態では、軌道Ｋが振れ回り中心Ｏ´に対して略楕円形状を有しており、軸方向に垂直な同一断面上において、軸振動センサ２０として、互いに異なる取付角度を有する第１軸振動センサ２０ａ及び第２軸振動センサ２０ｂが設けられる。すなわち、第１軸振動センサ２０ａの取付角度φｖｉｂ１、及び、第２軸振動センサ２０ｂの取付角度φｖｉｂ２が異なる。本変形例では特に、第１軸振動センサ２０ａの取付角度φｖｉｂ１、及び、第２軸振動センサ２０ｂの取付角度φｖｉｂ２が、互いに９０度異なる場合が例示されている。

【0037】

続いて上記構成のラビング位置同定装置１００によって実施可能なラビング位置同定方法について説明する。図６は他の実施形態に係るラビング位置同定方法を示すフローチャートである。

【0038】

まずラビング判定部３２は、前述のステップＳ１００と同様に、ラビングの有無を判定する（ステップＳ２００）。ラビング判定部３２においてラビングが有ると判定された場合（ステップＳ２００：ＹＥＳ）、ラビング位置同定部３４は、ＡＥセンサ１０で検出されたＡＥ信号、第１軸振動センサ２０ａ及び第２軸振動センサ２０ｂで検出された軸振動信号をそれぞれ取得する（ステップＳ２０１）。

【0039】

ここで図７は図６のステップＳ２０１で取得されたＡＥセンサ１０で検出されたＡＥ信号、第１軸振動センサ２０ａ及び第２軸振動センサ２０ｂで検出された軸振動信号の一例である。第１軸振動センサ２０ａで検出された軸振動信号は、第２軸振動センサ２０ｂで検出された軸振動信号と所定の位相差を有する。当該位相差は、第１軸振動センサ２０ａの取付角度φｖｉｂ１、及び、第２軸振動センサ２０ｂの取付角度φｖｉｂ２に対応する。

【0040】

続いてラビング位置同定部３４は、ステップＳ２０１で取得した軸振動信号に基づいて、回転部４の軸振動軌道を求める（ステップＳ２０２）。軸振動軌道は、第１軸振動センサ２０ａで検出された軸振動信号と、第２軸振動センサ２０ｂで検出された軸振動信号とに基づいて、オービット線図Ｆｏを作成することにより求められる。ここで図８Ａは図６のステップＳ２０２で作成されるオービット線図Ｆｏの一例であり、図８Ｂは図８Ａのオービット線図Ｆｏから特定される法線方向Ｄｈに基づくラビング周方向位置の同定例である。図８Ａのオービット線図Ｆｏでは、第１軸振動センサ２０ａの取付方向に対応する第１方向、及び、第２軸振動センサ２０ｂの取付方向に対応する第２方向で規定される平面上において、振れ回り中心Ｏ´に対するハイスポット位置Ｐｈの軌道Ｋが、略楕円形状を有することが示されている。

【0041】

続いてラビング位置同定部３４は、ステップＳ２０１で取得したＡＥ信号に基づいて、ＡＥ位相θｒｕｂを求める（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３では、前述のステップＳ１０２と同様に、図７に示すように、ＡＥ信号の時間的変化に基づいて特定される包絡線のピークに対応する位相（ＡＥ信号の包絡線Ｌｈの回転数同期成分が最大となったときの回転角θ）として特定される。

【0042】

続いてラビング位置同定部３４は、図８Ａに示すように、ステップＳ２０２で求めた軌道ＫのうちステップＳ２０３で求めたＡＥ位相θｒｕｂに対応する位置を通る接線Ｌｓを特定し、更に当該接線Ｌｓの法線方向Ｄｈを求める（ステップＳ２０４）。そしてラビング位置同定部３４は、図８Ｂに示すように、静止部２の中心を通り、法線方向Ｄｈと平行な直線と静止部２との交点Ｐｃとして、ラビングの周方向位置を同定する（ステップＳ２０５）。

【0043】

このように本実施形態では、互いに異なる位置に取り付けられた第１軸振動センサ２０ａ及び第２軸振動センサ２０ｂで検出された軸振動信号から作成した軌道Ｋ (オービット線図Ｆｏ)に基づいて、ラビングの発生箇所の周方向位置を同定できる。このような同定手法は、例えば、軸方向に垂直な断面上におけるハイスポット位置Ｐｈの軌道Ｋが楕円形状のように略円形状ではない場合においても、好適に周方向位置を同定することができる。

【0044】

続いて図９は他の実施形態に係るラビング位置同定装置１００の構成を示す図である。本実施形態では、ラビング位置同定装置１００は軸振動センサ２０として、互いに異なる軸方向位置にそれぞれ設置された第３軸振動センサ２０ｃ、及び、第４軸振動センサ２０ｄを備える。第３軸振動センサ２０ｃ、及び、第４軸振動センサ２０ｄは、それぞれ軸受６ａ及び６ｂの軸受箱７ａ及び７ｂに設けられる。

【0045】

尚、図９の例においても図１と同様に、ＡＥセンサ１０と第３軸振動センサ２０ｃとは共通の軸受６ａ（軸受箱７ａ）のうち互いに異なる軸方向位置に設置されているが、異なる軸受（例えば一方が軸受６ａ（軸受箱７ａ）、他方が軸受６ｂ（軸受箱７ｂ））にそれぞれ設置されていてもよいし、互いに同じ軸方向位置に設置されていてもよい。

【0046】

図１０は図９のラビング位置同定装置１００によって実施可能なラビング位置同定方法を示すフローチャートである。尚、本実施形態では、回転機械１の運転時に回転部４に生じる変形が十分に小さく剛体とみなせると仮定する。

【0047】

まずラビング判定部３２は、前述のステップＳ１００、Ｓ２００と同様に、ラビングの有無を判定する（ステップＳ３００）。ラビング判定部３２においてラビングが有ると判定された場合（ステップＳ３００：ＹＥＳ）、ラビング位置同定部３４は、当該ラビングの回転部４における軸方向位置を推定する（ステップＳ３０１）。軸方向位置の推定は、例えば、回転機械１の静止部２及び回転部４の設計仕様に基づいて行ってもよいし（例えば軸方向に沿ったクリアランスＤの分布に基づいてラビングが発生しやすい位置を推定）、数値解析により行ってもよいし、又は、クリアランスＤを計測可能なセンサ（不図示）の計測結果に基づいて推定してもよい。

【0048】

続いてラビング位置同定部３４は、ステップＳ３０１で取得したＡＥ信号に基づいて、前述のステップＳ１０２と同様に、ＡＥ位相θｒｕｂを求める（ステップＳ３０２）。ＡＥ位相θｒｕｂは、ＡＥ信号の時間的変化に基づいて特定される包絡線Ｌｈのピークに対応する位相（ＡＥ信号の包絡線Ｌｈの回転数同期成分が最大となったときの回転角θ）として特定される。

【0049】

続いてラビング位置同定部３４は、図１１に示すように、第３軸振動センサ２０ｃで検出される軸振動信号に対応する軸振動ベクトルＶ１（振幅Ａ、位相α）と、第４軸振動センサ２０ｄで検出される軸振動信号に対応する軸振動ベクトルＶ２（振幅Ｂ、位相β）とを線形補完することにより、軸方向位置における軸振動位相θｖｉｂを求める（ステップＳ３０３）。具体的には、図９に示すように、第３軸振動センサ２０ｃからラビング発生位置までの軸方向距離をＬ１、第４軸振動センサ２０ｄからラビング発生位置までの軸方向距離をＬ２とすると、ラビング発生位置における軸振動位相θｖｉｂは次式

で求められる。ここでαは第３軸振動センサ２０ｃの位置における軸振動の位相遅れであり、βは第４軸振動センサ２０ｄの位置における軸振動の位相遅れであり、ｋ＝Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）である。

【0050】

続いてラビング位置同定部３４は、ステップＳ３０２で求めたＡＥ位相θｒｕｂ、及び、ステップＳ３０３で求めた軸振動位相θｖｉｂの差に基づいて、前述のステップＳ１０４と同様に、ラビング発生箇所の周方向位置を同定する（ステップＳ３０４）。

【0051】

本実施形態によれば、ラビングが発生している軸方向位置が軸振動センサ２０から離れている場合においても、軸方向に沿って異なる位置に設けられた第３軸振動センサ２０ｃ及び第４軸振動センサ２０ｄで検出された軸振動信号に基づく軸振動ベクトルの線形補間によって、任意の軸方向位置において、ラビングの周方向位置を好適に同定できる。

【0052】

図１２は図９のラビング位置同定装置１００によって実施可能な他のラビング位置同定方法を示すフローチャートである。本実施形態は、回転部４の変形が無視できず剛体モードとして近似できない場合にも適用可能である。

【0053】

まずラビング判定部３２は、前述のステップＳ１００、Ｓ２００、Ｓ３００と同様に、ラビングの有無を判定する（ステップＳ４００）。ラビング判定部３２においてラビングが有ると判定された場合（ステップＳ４００：ＹＥＳ）、ラビング位置同定部３４は、ラビング発生時の回転数において励起されうる振動モードを特定する（ステップＳ４０１）。例えば、本方法を実施する前に、予めモード解析を実施することにより、回転部４の回転数と、各回転数で励起される振動モードの種類との関係を取得しておき、ステップＳ４０１では、ラビング発生時の回転数を当該関係に適用することにより、どの振動モードが励起されうるかが特定される。

【0054】

続いてラビング位置同定部３４は、ステップＳ４０１で特定された振動モードの数が、互いに異なる軸方向位置に配置された軸振動センサ２０の数以下であるか否かを判定する（ステップＳ４０２）。本実施形態では、ステップＳ４０１で２つの振動モードが特定されることで、ステップＳ４０２の条件が満足された場合（振動モードの数と軸振動センサ２０の数とが等しい場合）について説明する。
尚、振動モードの数が、互いに異なる軸方向位置に配置された軸振動センサ２０の数未満である場合（ステップＳ４０２：ＮＯ）、以下の同定方法は成立しないため、処理を終了する。

【0055】

振動モードの数が、互いに異なる軸方向位置に配置された軸振動センサ２０の数以下である場合（ステップＳ４０２：ＹＥＳ）、ラビング位置同定部３４は、ステップＳ４０１で特定された振動モードごとに、軸振動センサ２０の軸方向位置とラビング発生箇所の軸方向位置の振幅比をモード解析より算出する（ステップＳ４０３）。ここでステップＳ４０３の具体例として、第１振動モードについて、第３軸振動センサ２０ｃにおける振動振幅、第４軸振動センサ２０ｄにおける振動振幅、ラビングの発生箇所における振動振幅の比が１：β１：γ１と算出されるとともに、第２振動モードについて、第３軸振動センサ２０ｃにおける振動振幅、第４軸振動センサ２０ｄにおける振動振幅、ラビング発生箇所における振動振幅の比が１：β２：γ２と算出された場合について説明する。

【0056】

【0057】

【0058】

【0059】

以上説明したように本実施形態によれば、回転部４の変形が無視できず剛体モードとして近似できない場合においても、モード解析を用いて、任意の軸方向位置で周方向の接触位置が同定可能である。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

（１）一態様に係る回転機械のラビング位置同定装置は、
固定部（例えば上記実施形態の固定部２）及び回転部（例えば上記実施形態の回転部４）を備える回転機械（例えば上記実施形態の回転機械１）のラビング位置同定装置（例えば上記実施形態のラビング位置同定装置３０）であって、
前記回転機械のＡＥ信号を検出するための少なくとも１つのＡＥセンサ（例えば上記実施形態のＡＥセンサ１０）と、
前記回転部の軸振動信号を検出するための少なくとも１つの軸振動センサ（例えば上記実施形態の軸振動センサ２０）と、
前記回転機械にラビングが発生した場合に、前記ＡＥ信号の時間的変化に基づいて特定される包絡線のピークに対応するＡＥ位相（例えば上記実施形態のＡＥ位相Ｒｒｕｂ）と、前記軸振動信号の時間的変化に基づいて特定される前記回転部のハイスポット位置（例えば上記実施形態のハイスポット位置Ｐｈ）に対応する軸振動位相（例えば上記実施形態の軸振動位相θｖｉｂ）との差に基づいて、前記回転機械におけるラビング発生箇所の周方向位置を同定するためのラビング位置同定部（例えば上記実施形態のラビング位置同定部３４）と、
を備える。

【0063】

上記（１）の態様によれば、少数のＡＥセンサで検出したＡＥ信号と、軸振動センサで検出した軸振動信号とに基づいて、ラビングが発生した周方向位置を好適に同定できる。このような周方向位置の同定には、複雑な構成や演算が不要であり、且つ、ノイズによる影響を受けにくいため、様々な条件下においても、信頼性の高いラビング位置の同定が可能となる。

【0064】

（２）他の態様では、上記（１）の態様において、
前記周方向位置φｒｕｂは、基準位置に対する前記軸振動センサの取付位置φｖｉｂ、前記ＡＥ位相θｒｕｂ及び前記軸振動位相θｖｉｂを用いて次式
φｒｕｂ＝φｖｉｂ＋（θｒｕｂ－θｖｉｂ）
で表される。

【0065】

上記（２）の態様によれば、ＡＥ位相及び軸振動位相との差に基づいて、ラビング発生箇所の周方向位置を好適に同定できる。

【0066】

（３）他の態様では、上記（１）又は（２）の態様において、
前記少なくとも１つの軸振動センサは、前記固定部に設置された前記軸振動センサと前記回転部との間にあるクリアランス（例えば上記実施形態のクリアランスＤ）の大きさに対応する振幅を有する前記軸振動信号を検出するように構成され、
前記ラビング位置同定部は、前記振幅の時間的変化に含まれる最大ピークに基づいて前記ハイスポット位置を特定する。

【0067】

上記（３）の態様によれば、軸振動センサによって検出される軸振動振動の振幅の時間的変化に基づいて、軸振動位相を求めるために必要なハイスポット位置を好適に特定できる。

【0068】

（４）他の態様では、上記（１）の態様において、
前記少なくとも１つの軸振動センサは、互いに異なる取付角度を有する第１軸振動センサ（例えば上記実施形態の第１軸振動センサ２０ａ）及び第２軸振動センサ（例えば上記実施形態の第２軸振動センサ２０ｂ）を含み、
前記ラビング位置同定部は、前記第１軸振動センサ及び第２軸振動センサでそれぞれ検出された前記軸振動信号に基づいて前記ハイスポット位置の軌道を求め、前記軌道及び前記ＡＥ位相に基づいて前記周方向位置を同定する。

【0069】

上記（４）の態様によれば、複数の軸振動センサで検出された軸振動信号に基づいて求められるハイスポット位置の起動と、ＡＥセンサで検出されたＡＥ信号に基づくＡＥ位相とに基づいて、ハイスポット位置の軌道が例えば楕円のような非円形状を有する場合においても、ラビング発生箇所の周方向位置を好適に同定できる。

【0070】

（５）他の態様では、上記（４）の態様において、
前記周方向位置同定部は、前記軌道上にプロットされた前記ＡＥ位相に対応する点を通る接線の法線方向により前記周方向位置を同定する。

【0071】

上記（５）の態様によれば、軌道上にＡＥ位相に対応する点をプロットし、当該点を通る接線の法線方向を求めることにより、周方向位置を同定できる。

【0072】

（６）他の態様では、上記（１）から（５）のいずれか一態様において、
前記少なくとも１つの軸振動センサは、互いに異なる軸方向位置にそれぞれ設置された第３軸振動センサ（例えば上記実施形態の第３軸振動センサ２０ｃ）及び第４軸振動センサ（例えば上記実施形態の第４軸振動センサ２０ｄ）を含み、
前記周方向位置同定部は、前記第３軸振動センサ及び前記第４軸振動センサでそれぞれ検出された前記軸振動信号に基づく軸振動ベクトルの線形補間により、前記軸方向位相を算出する。

【0073】

上記（６）の態様によれば、異なる軸方向位置にある２つの軸振動センサで検出された軸振動信号に基づく軸振動ベクトルを線形補間することにより、２つの軸振動センサの間にある軸方向位置にラビング発生箇所がある場合にも、周方向位置を適切に同定できる。

【0074】

（７）他の態様では、上記（１）から（６）のいずれか一態様において、
前記少なくとも１つの軸振動センサは、互いに異なる軸方向位置にそれぞれ設置された第５軸振動センサ（例えば上記実施形態の第５軸振動センサ２０ｅ）及び第６軸振動センサ（例えば上記実施形態の第６軸振動センサ２０ｆ）を含み、
前記ラビング位置同定部は、モード解析で求められた振動モードごとに、前記第５軸振動センサ、前記第６軸振動センサ及び前記ラビングの発生箇所における振動振幅比を規定する係数を用いて、前記第５軸振動センサ及び前記第６軸振動センサにそれぞれ対応する軸振動ベクトルの線形和として前記ラビングの発生箇所に対応する軸振動ベクトルを求めることにより前記周方向位置を同定する。

【0075】

上記（７）の態様によれば、振動モードごとに各軸振動センサとラビング発生箇所における振動振幅比に対応する係数を用いて、各軸振動センサに対応する軸振動ベクトルの線形和として、ラビング発生箇所における軸振動ベクトルを求めることで、ラビングの周方向位置を同定できる。このような周方向位置の同定は、回転機械の運転時に回転部が例えばねじり等の変形を伴うことで剛体とみなせない場合においても好適に行うことができる。

【0076】

（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、
前記軸振動センサ及び前記ＡＥセンサは、前記回転部を前記静止部に対して回転可能に支持する軸受（例えば上記実施形態の軸受６）が収容される軸受箱（例えば上記実施形態の軸受箱７）に設けられる。

【0077】

上記（８）の態様によれば、軸振動センサ及びＡＥセンサが回転軸を回転可能に支持する軸受が収容される軸受箱に設けられることで、ラビングから軸振動やＡＥ波を適切に検出できる。

【0078】

（９）他の態様では、上記（１）から（８）のいずれか一態様において、
前記回転機械は蒸気タービンである。

【0079】

上記（９）の態様によれば、蒸気タービンで発生したラビングの周方向位置を好適に同定できる。

【0080】

（１０）一態様に係る回転機械のラビング位置同定方法は、
固定部（例えば上記実施形態の固定部２）及び回転部（例えば上記実施形態の回転部４）を備える回転機械（例えば上記実施形態の回転機械１）のラビング位置同定方法であって、
前記回転機械のＡＥ信号を検出する工程と、
前記回転部の軸振動信号を検出する工程と、
前記回転機械にラビングが発生した場合に、前記ＡＥ信号の時間的変化に基づいて特定される包絡線のピークに対応するＡＥ位相（例えば上記実施形態のＡＥ位相θｒｕｂ）と、前記軸振動信号の時間的変化に基づいて特定される前記回転部のハイスポット位置（例えば上記実施形態のハイスポット位置Ｐｈ）に対応する軸振動位相との差に基づいて、前記回転機械におけるラビング発生箇所の周方向位置を同定する工程と、
を備える。

【0081】

上記（１０）の態様によれば、少数のＡＥセンサで検出したＡＥ信号と、軸振動センサで検出した軸振動信号とに基づいて、ラビングが発生した周方向位置を好適に同定できる。このような周方向位置の同定には、複雑な構成や演算が不要であり、且つ、ノイズによる影響を受けにくいため、様々な条件下においても、信頼性の高いラビング位置の同定が可能となる。

【符号の説明】

【0082】

１ 回転機械
２ 静止部
３ 供給部
４ 回転部
４ａ 動翼
５ 排出部
６ａ，６ｂ 軸受
７ａ，７ｂ 軸受箱
１０ ＡＥセンサ
２０ 軸振動センサ
３０ 演算部
３２ ラビング判定部
３４ ラビング位置同定部
１００ ラビング位置同定装置
Ｄ クリアランス
Ｄｈ 法線方向
Ｆｏ オービット線図
Ｋ 軌道
Ｌｈ 包絡線
Ｌｓ 接線
Ｐｈ ハイスポット位置

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】