特開 2023-43004 機械構造物の応力推定方法および機械構造物の監視方法

(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】P2023043004

(43)【公開日】2023-03-28

(54)【発明の名称】機械構造物の応力推定方法および機械構造物の監視方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 99/00 20110101AFI20230320BHJP

   F03B 15/18 20060101ALI20230320BHJP

   G01H 17/00 20060101ALI20230320BHJP

【ＦＩ】

G01M99/00 A

F03B15/18 Z

G01H17/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021150458

(22)【出願日】2021-09-15

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100150717

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 和也

(74)【代理人】

【識別番号】100198029

【弁理士】

【氏名又は名称】綿貫 力

(72)【発明者】

【氏名】三谷 潤

(72)【発明者】

【氏名】向井 健朗

(72)【発明者】

【氏名】児島 貴信

(72)【発明者】

【氏名】中薗 昌彦

【テーマコード（参考）】

2G024

2G064

3H073

【Ｆターム（参考）】

2G024AD01

2G024CA13

2G024DA12

2G024FA01

2G024FA04

2G024FA06

2G024FA11

2G064AA11

2G064AB01

2G064AB02

2G064BA02

2G064BD02

2G064CC41

2G064CC42

2G064DD02

3H073AA08

3H073BB18

3H073CC01

3H073CC25

3H073CD03

3H073CD15

3H073CE21

(57)【要約】

【課題】機械構造物の運転を停止することなく、機械構造物の運転時の機械構造物の評価対象位置の状態を把握する。
【解決手段】実施の形態による機械構造物の応力推定方法は、機械構造物の加振時に評価対象位置に生じる応力と評価対象位置とは異なる検出位置に生じる音圧または振動を含む物理量との関係を算出する算出工程を備える。また、機械構造物の応力推定方法は、機械構造物の運転時に検出位置に生じる物理量を検出する検出工程を備える。また、機械構造物の応力推定方法は、算出工程において算出された関係と、検出工程において検出された物理量とに基づいて、機械構造物の運転時に評価対象位置に生じる応力を推定する推定工程を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

機械構造物の運転時に前記機械構造物の評価対象位置に生じる応力を推定する機械構造物の応力推定方法であって、
前記機械構造物の加振時に前記評価対象位置に生じる応力と前記評価対象位置とは異なる検出位置に生じる音圧または振動を含む物理量との関係を算出する算出工程と、
前記機械構造物の運転時に前記検出位置に生じる前記物理量を検出する検出工程と、
前記算出工程において算出された前記関係と、前記検出工程において検出された前記物理量とに基づいて、前記機械構造物の運転時に前記評価対象位置に生じる応力を推定する推定工程と、を備える、機械構造物の応力推定方法。

【請求項2】

前記算出工程における前記関係は、コンピュータシミュレーションにより算出される、請求項１に記載の機械構造物の応力推定方法。

【請求項3】

前記算出工程における前記関係は、加振実験により算出される、請求項１に記載の機械構造物の応力推定方法。

【請求項4】

前記算出工程における前記関係は、コンピュータシミュレーションおよび加振実験の組み合わせにより算出される、請求項１に記載の機械構造物の応力推定方法。

【請求項5】

前記機械構造物は、流体から圧力を受けて回転する回転機器を備え、
前記評価対象位置は、前記回転機器に設けられる、請求項１から４のいずれか一項に記載の機械構造物の応力推定方法。

【請求項6】

前記機械構造物は、水車構造物である、請求項１から５のいずれか一項に記載の機械構造物の応力推定方法。

【請求項7】

機械構造物の運転時に前記機械構造物の評価対象位置の状態を監視する機械構造物の監視方法であって、
前記機械構造物の加振時に前記評価対象位置に生じる応力と前記評価対象位置とは異なる検出位置に生じる音圧または振動を含む物理量との関係を算出する算出工程と、
前記算出工程において算出された前記関係と、設定された前記評価対象位置の許容応力とに基づいて、前記機械構造物の運転時の前記物理量の報知閾値を決定する決定工程と、
前記機械構造物の運転時に前記検出位置に生じる前記物理量を検出する検出工程と、
前記検出工程において検出された前記物理量が前記報知閾値を超えたことを報知する報知工程と、を備える、機械構造物の監視方法。

【請求項8】

前記算出工程における前記関係は、コンピュータシミュレーションにより算出される、請求項７に記載の機械構造物の監視方法。

【請求項9】

前記算出工程における前記関係は、加振実験により算出される、請求項７に記載の機械構造物の監視方法。

【請求項10】

前記算出工程における前記関係は、コンピュータシミュレーションおよび加振実験の組み合わせにより算出される、請求項７に記載の機械構造物の監視方法。

【請求項11】

前記機械構造物は、流体から圧力を受けて回転する回転機器を備え、
前記評価対象位置は、前記回転機器に設けられる、請求項７から１０のいずれか一項に記載の機械構造物の監視方法。

【請求項12】

前記機械構造物は、水車構造物である、請求項７から１１のいずれか一項に記載の機械構造物の監視方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施の形態は、機械構造物の応力推定方法および機械構造物の監視方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、機械構造物の評価対象位置に生じる応力は、当該評価対象位置に歪みゲージ等の応力センサを貼り付けて測定を行うことにより把握することができる。しかしながら、機械構造物の運転時には、評価対象位置に応力センサを貼り付けることが困難な場合がある。また、機械構造物に応力センサを貼り付けるために、当該機械構造物の運転を停止しなければならない場合もあり、運転停止による機会損失が生じるおそれがある。

【0003】

例えば、機械構造物がフランシス水車等の水車構造物であり、水車構造物の運転時のランナのランナ羽根の状態を把握するために、水車構造物の運転時にランナ羽根に生じる応力を測定する場合を考える。この場合、ランナは、水車構造物の運転時に流水から圧力を受けて高速で回転する部分であるため、ランナ羽根に応力センサを貼り付けることは困難である。また、仮に応力センサを貼り付けるとしても、ランナ羽根に応力センサを貼り付けるためには、水車構造物の運転を停止しなければならない。より具体的には、水車構造物の運転を停止し、水車構造物内から水を抜き出した後、上カバーを取り外して主軸と共にランナを吊り出すか、応力センサの貼り付け作業のために、作業者がケーシングやドラフト管に設けられたメンテナンスホールから水車構造物内に侵入しなければならない。このため、水車構造物の運転停止期間が長期化するとともに、水車構造物の保守点検作業も増大し、水車構造物の運転停止による機会損失が生じ得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－４１４４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、機械構造物の運転を停止することなく、機械構造物の運転時の機械構造物の評価対象位置の状態を把握することができる機械構造物の応力推定方法および機械構造物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】

【0006】

実施の形態による機械構造物の応力推定方法は、機械構造物の運転時に機械構造物の評価対象位置に生じる応力を推定する方法である。機械構造物の応力推定方法は、機械構造物の加振時に評価対象位置に生じる応力と評価対象位置とは異なる検出位置に生じる音圧または振動を含む物理量との関係を算出する算出工程を備える。また、機械構造物の応力推定方法は、機械構造物の運転時に検出位置に生じる物理量を検出する検出工程を備える。また、機械構造物の応力推定方法は、算出工程において算出された関係と、検出工程において検出された物理量とに基づいて、機械構造物の運転時に評価対象位置に生じる応力を推定する推定工程を備える。

【0007】

また、実施の形態による機械構造物の監視方法は、機械構造物の運転時に機械構造物の評価対象位置の状態を監視する方法である。機械構造物の監視方法は、機械構造物の加振時に評価対象位置に生じる応力と評価対象位置とは異なる検出位置に生じる音圧または振動を含む物理量との関係を算出する算出工程を備える。また、機械構造物の監視方法は、算出工程において算出された関係と、設定された評価対象位置の許容応力とに基づいて、機械構造物の運転時の物理量の報知閾値を決定する決定工程を備える。また、機械構造物の監視方法は、機械構造物の運転時に検出位置に生じる物理量を検出する検出工程と、検出工程において検出された物理量が報知閾値を超えたことを報知する報知工程と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、機械構造物の運転を停止することなく、機械構造物の運転時の機械構造物の評価対象位置の状態を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施の形態によるフランシス水車の子午面断面図である。

【図2】図２は、図１の部分拡大断面図である。

【図3】図３は、図２の一変形例である。

【図4】図４は、図２の一変形例である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態による機械構造物の応力推定方法および機械構造物の監視方法について説明する。

【0011】

（第１の実施の形態）
まず、図１および図２を用いて、本実施の形態による機械構造物の一例である水車構造物、とりわけフランシス水車について説明する。以下では、水車運転時の水の流れに従って説明する。

【0012】

図１に示すように、フランシス水車１は、ケーシング２と、複数のステーベーン３と、複数のガイドベーン４と、ランナ５と、発電機６と、ドラフト管７と、を備えている。

【0013】

ケーシング２は、渦巻き状に形成されており、水車運転時に上池から水圧鉄管（いずれも図示せず）を通って水が流入し、当該水が内部を流れるように構成されている。図２に示すように、ケーシング２には、メンテナンスホール１０が設けられている。メンテナンスホール１０は、メンテナンスホールカバー１０ａにより覆われている。フランシス水車１のメンテナンス時には、メンテナンスホールカバー１０ａが取り外され、作業者がメンテナンスホール１０からケーシング２の内部に侵入することができるようになっている。

【0014】

ステーベーン３は、ケーシング２の下流側に設けられている。ステーベーン３は、ケーシング２に流入した水をガイドベーン４に導くように構成されている。ステーベーン３は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ステーベーン３の間には、水が流れる流路が形成されている。

【0015】

ガイドベーン４は、ステーベーン３の下流側に設けられている。ガイドベーン４は、ステーベーン３から流入した水をランナ５に導くように構成されている。ガイドベーン４は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。ガイドベーン４の間には、水が流れる流路が形成されている。各ガイドベーン４は回動可能に構成されており、各ガイドベーン４が回動して開度を変更することにより、ランナ５に導く水の流量が調整可能になっている。このようにして、後述する発電機６の発電量が調整可能になっている。

【0016】

ランナ５は、ガイドベーン４の下流側に設けられている。ランナ５は、ケーシング２に対して回転軸線Ｘを中心に回転可能に構成され、ガイドベーン４から流入する水によって回転駆動される。ランナ５は、主軸１１（回転軸）に連結されたクラウン１２と、クラウン１２の外周側に設けられたバンド１３と、クラウン１２とバンド１３との間に設けられた複数のランナ羽根１４と、を有している。ランナ羽根１４は、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。各ランナ羽根１４は、クラウン１２とバンド１３とにそれぞれ接合されている。各ランナ羽根１４の間には、水が流れる流路が形成されている。各流路をガイドベーン４からの水が流れ、各ランナ羽根１４が当該水から圧力を受けてランナ５が回転駆動される。これにより、ランナ５に流入する水の圧力エネルギーが回転エネルギーへと変換される。

【0017】

図２に示すように、ランナ５の上方には、上カバー１５が設けられている。すなわち、ランナ５の上部は、上カバー１５により覆われている。上カバー１５は、ガイドベーン４の上方からクラウン１２の上方までに渡って延在している。

【0018】

また、図２に示すように、ランナ５の下方には、下カバー１６が設けられている。すなわち、ランナ５の下部は、下カバー１６により覆われている。下カバー１６は、ガイドベーン４の下方からバンド１３の下方までに渡って延在している。

【0019】

発電機６は、主軸１１を介してランナ５に連結されている。発電機６は、水車運転時には、ランナ５の回転エネルギーが伝達されて発電を行うように構成されている。なお、発電機６は、電動機としての機能をも有し、電力が供給されることによりランナ５を回転駆動するように構成されていてもよい。この場合、後述するドラフト管７を介して下池の水を吸い上げて上池に放出させることができ、フランシス水車１を、ポンプ水車としてポンプ運転（揚水運転）することが可能になる。この際、ガイドベーン４の開度は、ポンプ揚程に応じて適切な揚水量になるように変更される。

【0020】

ドラフト管７は、ランナ５の下流側に設けられている。ドラフト管７は、不図示の下池または放水路に連結されており、ランナ５を回転駆動させた水が、圧力を回復して、下池または放水路に放出されるようになっている。

【0021】

図１および図２に示すように、ドラフト管７の壁面には、メンテナンスホール２０が設けられている。図２に示すように、メンテナンスホール２０は、ランナ５のランナ羽根出口端部１４ａの近傍であって、下カバー１６の下方に設けられている。メンテナンスホール２０は、ドラフト管７の内部からメンテナンス通路２２に繋がっている。メンテナンスホール２０は、メンテナンスホールカバー２１により覆われている。フランシス水車１のメンテナンス時には、メンテナンスホールカバー２１が取り外され、作業者がメンテナンス通路２２を通ってドラフト管７の内部に侵入することができるようになっている。

【0022】

このような構成からなるフランシス水車１において水車運転を行う場合、上池から水圧鉄管、ケーシング２およびステーベーン３を通って水がガイドベーン４に流入し、ガイドベーン４からランナ５に水が流入する。このランナ５に流入した水によって、ランナ５が回転駆動される。回転駆動されるランナ５は、連結された主軸１１を介して発電機６に回転エネルギーを伝達し、発電機６による発電が行われる。ランナ５に流入した水は、ランナ５を通過した後、ドラフト管７に流出し、ドラフト管７を通って下池に放出される。

【0023】

ここで、水がランナ５から流出する際、ランナ羽根１４のランナ羽根出口端部１４ａの下流側にカルマン渦が発生し得る。このカルマン渦は、ドラフト管７内に圧力脈動を生じさせて、大きな振動および騒音を発生させると共に、ランナ羽根付根部１４ｂに集中した応力を発生させ得る。この応力により、ランナ羽根１４がランナ羽根付根部１４ｂで破損するおそれがある。このようなランナ羽根１４の破損を回避するためには、フランシス水車１の水車運転時にランナ羽根付根部１４ｂに生じる応力Ｓｂを把握することが重要になる。

【0024】

次に、本発明の第１の実施の形態としての機械構造物の応力推定方法について説明する。本実施の形態による機械構造物の応力推定方法は、機械構造物の運転時に機械構造物の評価対象位置に生じる応力を推定する方法である。以下、本実施の形態による機械構造物の応力推定方法を用いて、フランシス水車１の水車運転時にランナ羽根付根部１４ｂに生じる応力を推定する方法について説明する。

【0025】

本実施の形態による機械構造物の応力推定方法は、評価対象周波数ｆｒを特定する特定工程と、加振時の応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係を算出する算出工程と、運転時の音圧Ｌｂを検出する検出工程と、運転時の応力Ｓｂを推定する推定工程と、を備えている。以下、各工程について説明する。

【0026】

まず、特定工程が行われる。この特定工程においては、評価対象周波数ｆｒが特定される。特定工程は、評価対象とする振動現象を選定する工程と、評価対象周波数ｆｒを特定する工程と、を含んでいる。評価対象とする振動現象を選定する工程においては、例えば、上述したランナ羽根出口端部１４ａの下流側に発生するカルマン渦に起因した振動現象を評価対象として選定することができる。評価対象周波数ｆｒを特定する工程においては、当該評価対象として選定した振動現象の主要な周波数振動を評価対象周波数ｆｒとして特定する。例えば、評価対象として上述したカルマン渦に起因した振動現象が選定された場合、カルマン渦の主要な周波数振動は、水車の流量等の運転条件から算出することができる。ここで、評価対象周波数ｆｒは、特定の一の周波数であってもよいが、一定の範囲幅を有する周波数帯であってもよい。

【0027】

続いて、算出工程が行われる。この算出工程においては、機械構造物の加振位置Ｐ１の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａとの関係が算出される。より具体的には、上述した評価対象周波数ｆｒで加振位置Ｐ１を加振した際に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａに対する検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａの比率が算出される。すなわち、評価対象周波数ｆｒにおける評価対象位置Ｐ２と検出位置Ｐ３との間の応力－音圧の伝達関数Ｈが算出される。この伝達関数Ｈは、下記式（１）により表すことができる。

【数1】

【0028】

加振位置Ｐ１、評価対象位置Ｐ２および検出位置Ｐ３は、それぞれ任意の位置に設けることができる。評価対象位置Ｐ２は、加振位置Ｐ１とは異なる位置に設けられてもよいし、加振位置Ｐ１と同じ位置に設けられてもよい。検出位置Ｐ３は、加振位置Ｐ１および評価対象位置Ｐ２とは異なる位置に設けられる。例えば、上述したカルマン渦に起因した振動現象を評価対象とした場合、カルマン渦はランナ羽根出口端部１４ａ付近（ランナ羽根出口端部１４ａの下流側）に発生するため、図２に示すように、加振位置Ｐ１は、ランナ羽根出口端部１４ａに設けることができる。図２に示す例においては、加振位置Ｐ１は、ランナ羽根出口端部１４ａの中央部に設けられている。また、図２に示すように、評価対象位置Ｐ２は、カルマン渦に起因した応力が集中するランナ羽根付根部１４ｂに設けることができる。図２に示す例においては、評価対象位置Ｐ２は、バンド１３側のランナ羽根付根部１４ｂに設けられている。また、図２に示すように、検出位置Ｐ３は、カルマン渦に起因してドラフト管７内に発生する圧力脈動による音圧Ｌａを検出することができるよう、メンテナンス通路２２内に設けることができる。こうして、カルマン渦に起因した振動現象を模してランナ羽根出口端部１４ａに設けられた加振位置Ｐ１を加振した際にランナ羽根付根部１４ｂに設けられた評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａとメンテナンス通路２２内に設けられた検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａとの関係を算出することができる。

【0029】

応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係（伝達関数Ｈ）は、コンピュータシミュレーションにより算出されてもよい。すなわち、上述したフランシス水車１と同様の構造を有する計算モデルを用いて周波数応答解析を行うことにより、評価対象周波数ｆｒで加振位置Ｐ１を加振した際の評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａを算出してもよく、また、音響解析を組み合わせることで、検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａを算出してもよい。ここで、周波数応答解析においては、フランシス水車１の水車運転時を模して、内部が水で満たされた計算モデルを用いてもよい。そして、このようにして算出した応力Ｓａおよび音圧Ｌａを、上記式（１）に代入することで、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係（伝達関数Ｈ）を算出してもよい。

【0030】

次に、検出工程が行われる。この検出工程においては、機械構造物の運転時に検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌｂが検出される。音圧Ｌｂは、マイクロフォン等の音圧センサ３０により検出されてもよい。すなわち、図２に示すように、音圧センサ３０がメンテナンス通路２２内に設けられた検出位置Ｐ３に設置されて、音圧センサ３０によりフランシス水車１の水車運転時の音圧Ｌｂが検出されてもよい。上述したように、カルマン渦が発生した場合、ドラフト管７内に圧力脈動が生じ、大きな騒音が発生し得る。音圧センサ３０は、この騒音の音圧Ｌｂを検出することができる。より具体的には、上述した評価対象周波数ｆｒにおける音圧Ｌｂを検出する。例えば、音圧センサ３０により広帯域（例えば０～２０ｋＨｚ）で騒音測定を行った後、その測定データにＦＦＴ解析を行い、それにより得られた周波数スペクトルから特定周波数ｆｒにおける音圧Ｌｂを抽出することで、音圧Ｌｂを得てもよい。音圧センサ３０は、評価対象周波数ｆｒにおける音圧の検出に適したセンサであってもよい。すなわち、評価対象周波数ｆｒにおいて高い感度を有するような音圧センサ３０が用いられてもよい。

【0031】

その後、推定工程が行われる。この推定工程においては、算出工程において算出された応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係と、検出工程において検出された音圧Ｌｂとに基づいて、機械構造物の運転時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂが推定される。より具体的には、上述した評価対象周波数ｆｒにおける応力Ｓｂが推定される。上述したように、機械構造物の加振位置Ｐ１が加振された際に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａとの関係（伝達関数Ｈ）は、上記式（１）により表すことができる。一方、機械構造物の加振位置Ｐ１で振動が発生した際に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂと検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌｂとの間にも同様の関係が成立する。このため、評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂは、下記式（２）により表すことができる。

【数2】

【0032】

上記式（２）に、算出工程において上記式（１）により算出された伝達関数Ｈと、検出工程において検出された音圧Ｌｂとを代入することで、評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂを算出することができる。

【0033】

このようにして、本実施の形態による機械構造物の応力推定方法を用いて、カルマン渦に起因した振動現象によりフランシス水車１の水車運転時にランナ羽根付根部１４ｂに生じる応力Ｓｂを推定することができる。

【0034】

このように本実施の形態によれば、機械構造物の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａとの関係と、機械構造物の運転時に検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌｂとに基づいて、機械構造物の運転時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂを推定することができる。このように、機械構造物の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａとの関係を予め算出しておくことにより、機械構造物の運転時に検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌｂから、機械構造物の運転時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂを推定することができる。このため、機械構造物の運転を停止することなく、機械構造物の運転時の機械構造物の評価対象位置Ｐ２の状態を把握することができる。

【0035】

また、本実施の形態によれば、機械構造物の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａとの関係は、コンピュータシミュレーションにより算出される。このようにコンピュータシミュレーションを用いることにより、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係を、実験を行うことなく容易に算出することができる。また、コンピュータシミュレーションにおいて、水車構造物のように内部が水で満たされた計算モデルを用いて、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係を算出することができる。このため、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係を運転時の状態に近い状態で算出することができ、応力Ｓｂの推定精度を向上させることができる。

【0036】

また、本実施の形態によれば、機械構造物は、流体から圧力を受けて回転するランナ５を備え、評価対象位置Ｐ２は、ランナ５に設けられる。このように評価対象位置Ｐ２が、運転時に流体から圧力を受けて回転する回転機器に設けられる場合、この評価対象位置Ｐ２に歪みゲージ等の応力センサを貼り付けることは困難である。また、仮に応力センサを貼り付けるとしても、応力センサを貼り付けるために、機械構造物の運転を停止しなければならず、運転停止による機会損失が生じるおそれがある。これに対して本実施の形態によれば、このような回転機器に評価対象位置Ｐ２が設けられる場合であっても、機械構造物の運転時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂを推定することができる。このため、機械構造物の運転を停止することなく、機械構造物の運転時の機械構造物の評価対象位置Ｐ２の状態を把握することができる。

【0037】

また、本実施の形態によれば、機械構造物は、水車構造物である。このように機械構造物が水車構造物である場合、水車構造物の運転時に水車構造物の内部に応力センサを貼り付けることは困難である。また、仮に応力センサを貼り付けるとしても、水車構造物の内部に応力センサを貼り付けるために、水車構造物の運転を停止しなければならない。この場合、水車構造物内から水を抜き出してから、応力センサの貼り付け作業を行うこともあり、水車構造物の運転停止期間が長期化するとともに、水車構造物の保守点検作業も増大し、水車構造物の運転停止による機会損失が生じ得る。これに対して本実施の形態によれば、水車構造物の運転時に水車構造物の任意の評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂを推定することができる。このため、機械構造物の運転を停止することなく、機械構造物の運転時の機械構造物の評価対象位置Ｐ２の状態を把握することができる。

【0038】

（第１の実施の形態の第１変形例）
上述した実施の形態においては、機械構造物の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａとの関係と、機械構造物の運転時に検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌｂとに基づいて、機械構造物の運転時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂを推定する例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、機械構造物の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる振動Ｖａとの関係と、機械構造物の運転時に検出位置Ｐ３に生じる振動Ｖｂとに基づいて、機械構造物の運転時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂを推定するようにしてもよい。

【0039】

この場合、算出工程において、機械構造物の加振位置Ｐ１の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる振動Ｖａとの関係が算出される。より具体的には、上述した評価対象周波数ｆｒで加振位置Ｐ１を加振した際に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａに対する検出位置Ｐ３に生じる振動Ｖａの比率が算出される。すなわち、評価対象周波数ｆｒにおける評価対象位置Ｐ２と検出位置Ｐ３との間の応力－振動の伝達関数Ｈが算出される。この伝達関数Ｈは、下記式（３）により表すことができる。

【数3】

【0040】

ここで、検出位置Ｐ３は、機械構造物の運転時に生じる振動を検出することができれば、機械構造物の任意の位置に設けることができる。例えば、図３に示すように、検出位置Ｐ３が、メンテナンスホールカバー２１に設けられてもよい。

【0041】

応力Ｓａと振動Ｖａとの関係（伝達関数Ｈ）は、コンピュータシミュレーションにより算出されてもよい。すなわち、上述したフランシス水車１と同様の構造を有する計算モデルを用いて周波数応答解析を行うことにより、評価対象周波数ｆｒで加振位置Ｐ１を加振した際の評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａおよび検出位置Ｐ３に生じる振動Ｖａを算出してもよい。ここで、周波数応答解析において、フランシス水車１の水車運転時を模して、内部が水で満たされた計算モデルを用いてもよい。そして、このようにして算出した応力Ｓａおよび振動Ｖａを、上記式（３）に代入することで、応力Ｓａと振動Ｖａとの関係（伝達関数Ｈ）を算出してもよい。

【0042】

また、検出工程において、機械構造物の運転時に検出位置Ｐ３に生じる振動Ｖｂが検出される。振動Ｖｂは、加速度センサ等の振動センサ３２により検出されてもよい。すなわち、図３に示すように、振動センサ３２がメンテナンスホールカバー２１に設けられた検出位置Ｐ３に設置されて、振動センサ３２によりフランシス水車１の水車運転時の振動Ｖｂが検出されてもよい。上述したように、カルマン渦が発生した場合、ドラフト管７内に圧力脈動が生じ、大きな振動が発生し得る。振動センサ３２は、この振動Ｖｂを検出することができる。より具体的には、上述した評価対象周波数ｆｒにおける振動Ｖｂを検出する。例えば、振動センサ３２により広帯域（例えば０～２０ｋＨｚ）で振動測定を行った後、その測定データにＦＦＴ解析を行い、それにより得られた周波数スペクトルから特定周波数ｆｒにおける振動Ｖｂを抽出することで、振動Ｖｂを得てもよい。振動センサ３２は、評価対象周波数ｆｒにおける振動の検出に適したセンサであってもよい。すなわち、評価対象周波数ｆｒにおいて高い感度を有するような振動センサ３２が用いられてもよい。

【0043】

また、推定工程において、算出工程において算出された応力Ｓａと振動Ｖａとの関係と、検出工程において検出された振動Ｖｂとに基づいて、機械構造物の運転時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂが推定される。より具体的には、上述した評価対象周波数ｆｒにおける応力Ｓｂが推定される。上述したように、機械構造物の加振位置Ｐ１が加振された際に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる振動Ｖａとの関係（伝達関数Ｈ）は、上記式（３）により表すことができる。一方、機械構造物の加振位置Ｐ１で振動が発生した際に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂと検出位置Ｐ３に生じる振動Ｖｂとの間にも同様の関係が成立する。このため、評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂは、下記式（４）により表すことができる。

【数4】

【0044】

上記式（４）に、算出工程において上記式（３）により算出された伝達関数Ｈと、検出工程において検出された振動Ｖｂとを代入することで、評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂを算出することができる。

【0045】

このようにして、本変形例による機械構造物の応力推定方法を用いて、カルマン渦に起因した振動現象によりフランシス水車１の水車運転時にランナ羽根付根部１４ｂに生じる応力Ｓｂを推定することができる。

【0046】

このように本変形例によれば、機械構造物の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる振動Ｖａとの関係と、機械構造物の運転時に検出位置Ｐ３に生じる振動Ｖｂとに基づいて、機械構造物の運転時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂを推定することができる。このように、機械構造物の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａまたは振動Ｖａを含む物理量との関係と、機械構造物の運転時に検出位置Ｐ３に生じる当該物理量とに基づいて、機械構造物の運転時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓｂを推定することができる。

【0047】

また、本変形例によれば、音圧が空気中を伝播する部分についての音響解析を行うことにより生じる計算誤差を排除することができ、応力Ｓｂの推定精度を向上させることができる。

【0048】

（第１の実施の形態の第２変形例）
上述した実施の形態においては、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係が、コンピュータシミュレーションにより算出される例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係は、加振実験により算出されてもよい。

【0049】

この場合、算出工程において、例えば、フランシス水車１の停止時に、作業者が、ケーシング２に設けられたメンテナンスホール１０またはドラフト管７に設けられたメンテナンスホール２０からフランシス水車１の内部に侵入し、ランナ羽根付根部１４ｂに設けられた評価対象位置Ｐ２に歪みゲージ等の応力センサを貼り付けて、ランナ羽根出口端部１４ａに設けられた加振位置Ｐ１をハンマやシェーカーにより加振することで、評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａおよび検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａを得てもよい。そして、このようにして得られた応力Ｓａおよび音圧Ｌａを、上記式（１）に代入することで、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係（伝達関数Ｈ）を算出してもよい。

【0050】

コンピュータシミュレーションに代えて、このような加振実験によっても、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係を算出することができる。

【0051】

本変形例によれば、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係を、コンピュータシミュレーションを行うことなく算出することができる。また、コンピュータシミュレーションにより生じる計算誤差を排除することができ、応力Ｓｂの推定精度を向上させることができる。

【0052】

（第１の実施の形態の第３変形例）
また、上述した実施の形態において、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係は、コンピュータシミュレーションおよび加振実験の組み合わせにより算出されてもよい。

【0053】

この場合、算出工程において、例えば、図４に示すように、ランナ羽根出口端部１４ａに設けられた加振位置Ｐ１を加振した際にランナ羽根付根部１４ｂに設けられた評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａとメンテナンスホールカバー２１に設けられた中継位置Ｐ４に生じる応力Ｓｍとをコンピュータシミュレーションにより算出する。これにより、評価対象位置Ｐ２と中継位置Ｐ４との間の伝達関数Ｈ１を得ることができる。また、当該中継位置Ｐ４を加振した際にメンテナンス通路２２内に設けられた検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌｍを加振実験により求める。これにより、中継位置Ｐ４と検出位置Ｐ３との間の伝達関数Ｈ２を得ることができる。これらのコンピュータシミュレーションにより得られた伝達関数Ｈ１と、加振実験により得られた伝達関数Ｈ２とを掛け合わせることにより、評価対象位置Ｐ２と検出位置Ｐ３との間の伝達関数Ｈを得ることができる。

【0054】

このようにコンピュータシミュレーションおよび加振実験の組み合わせによって、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係を算出することができる。

【0055】

本変形例によれば、水車構造物のうち内部が水で満たされている部分については、コンピュータシミュレーションを行うことで計算精度を向上させることができ、音圧が空気中を伝播する部分については、加振実験を行うことで計算誤差を排除することができる。このため、応力Ｓｂの推定精度をより一層向上させることができる。

【0056】

（第１の実施の形態のその他の変形例）
上述した実施の形態においては、評価対象位置Ｐ２が、ランナ５に設けられる例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、評価対象位置Ｐ２は、任意の位置に設けられてもよい。例えば、評価対象位置Ｐ２は、ステーベーン３やガイドベーン４に設けられてもよい。この場合、フランシス水車１の水車運転時にステーベーン３やガイドベーン４に生じる応力を算出することができる。また、加振位置Ｐ１も、ランナ５以外の位置に設けられてもよい。この場合、カルマン渦に起因した振動現象以外の振動現象を評価対象にすることができる。また、検出位置Ｐ３も、当該振動現象に起因した音圧や振動を検出することができれば、その他の任意の位置に設けられてもよい。

【0057】

また、上述した実施の形態においては、機械構造物が、水車構造物である例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、機械構造物は、蒸気タービンやガスタービンのようなタービン構造物であってもよい。この場合、タービン構造物の回転機器に、加振位置Ｐ１や評価対象位置Ｐ２が設けられてもよい。更には、機械構造物は、水車構造物やタービン構造物に限られることはなく、その他の任意の機械構造物であってもよい。

【0058】

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態としての機械構造物の監視方法について説明する。

【0059】

第２の実施の形態においては、機械構造物の監視方法が、算出工程において算出された関係と、設定された評価対象位置の許容応力とに基づいて、機械構造物の運転時の音圧の報知閾値を決定する決定工程と、検出工程において検出された音圧が報知閾値を超えたことを報知する報知工程と、を備える点が主に異なり、他の構成は、図１～図４に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、第２の実施の形態において、図１～図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

【0060】

本実施の形態による機械構造物の監視方法は、機械構造物の運転時に機械構造物の評価対象位置の状態を監視する方法である。以下、本実施の形態による機械構造物の監視方法を用いて、フランシス水車１の水車運転時にランナ羽根付根部１４ｂの状態を監視する方法について説明する。

【0061】

本実施の形態による機械構造物の監視方法は、評価対象周波数ｆｒを特定する特定工程と、加振時の応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係を算出する算出工程と、運転時の音圧の報知閾値Ｌｔを決定する決定工程と、運転時の音圧Ｌｂを検出する検出工程と、運転時の音圧Ｌｂが報知閾値Ｌｔを超えたことを報知する報知工程と、を備えている。以下、各工程について説明する。

【0062】

まず、特定工程が行われる。この特定工程においては、評価対象周波数ｆｒが特定される。ここでも、上述した第１の実施の形態と同様に、ランナ羽根出口端部１４ａの下流側に発生するカルマン渦に起因した振動現象の主要な周波数振動を、評価対象周波数ｆｒとして特定することができる。

【0063】

続いて、算出工程が行われる。この算出工程においては、機械構造物の加振位置Ｐ１の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａとの関係が算出される。ここでも、上述した第１の実施の形態と同様に、上記式（１）により、評価対象周波数ｆｒにおける評価対象位置Ｐ２と検出位置Ｐ３との間の応力－音圧の伝達関数Ｈを算出することができる。また、上述した第１の実施の形態と同様に、加振位置Ｐ１は、ランナ羽根出口端部１４ａに設けることができ、評価対象位置Ｐ２は、ランナ羽根付根部１４ｂに設けることができ、検出位置Ｐ３は、メンテナンス通路２２内に設けることができる（図２参照）。また、上述した第１の実施の形態と同様に、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係（伝達関数Ｈ）は、コンピュータシミュレーションにより算出することができる。

【0064】

次に、決定工程が行われる。この決定工程においては、算出工程において算出された関係と、設定された評価対象位置Ｐ２の許容応力Ｓｃとに基づいて、機械構造物の運転時の音圧の報知閾値Ｌｔが決定される。より具体的には、上述した評価対象周波数ｆｒにおける評価対象位置Ｐ２の許容応力Ｓｃが設定され、評価対象周波数ｆｒにおける音圧の報知閾値Ｌｔが決定される。ここで、許容応力Ｓｃとは、機械構造物の評価対象位置Ｐ２に生じることが許容される最大許容応力を意味する。評価対象位置Ｐ２がランナ羽根付根部１４ｂに設けられる場合、許容応力Ｓｃは、ランナ羽根付根部１４ｂに生じることが許容される最大許容応力であり、ランナ羽根１４の種類や材料により定まる設計値である。フランシス水車１では、ランナ羽根１４の破損を回避するため、ランナ羽根付根部１４ｂに生じる応力がこの許容応力Ｓｃを超えないように運転することが求められる。音圧の報知閾値Ｌｔは、下記式（５）により表すことができる。

【数5】

【0065】

上記式（５）に、算出工程において上記式（１）により算出された伝達関数Ｈと、評価対象位置Ｐ２の許容応力Ｓｃとを代入することで、音圧の報知閾値Ｌｔを算出することができる。この報知閾値Ｌｔは、評価対象位置Ｐ２に許容応力Ｓｃと等しい応力が生じた場合に検出位置Ｐ３に生じる音圧に相当し、検出位置Ｐ３においてこの報知閾値Ｌｔを超える音圧が検出された場合、評価対象位置Ｐ２に許容応力Ｓｃを超える応力が生じていることを意味する。

【0066】

その後、検出工程が行われる。この検出工程においては、機械構造物の運転時に検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌｂが検出される。ここでも、上述した第１の実施の形態と同様に、音圧センサ３０をメンテナンス通路２２内に設けられた検出位置Ｐ３に設置して、音圧センサ３０によりフランシス水車１の水車運転時の音圧Ｌｂを検出することができる（図２参照）。より具体的には、上述した評価対象周波数ｆｒにおける音圧Ｌｂを検出する。

【0067】

そして、報知工程が行われる。この報知工程においては、検出工程において検出された音圧Ｌｂが報知閾値Ｌｔを超えたことが報知される。報知工程は、検出工程と同時に行われてもよい。より具体的には、検出工程において音圧Ｌｂを検出している間に、その検出した音圧Ｌｂが報知閾値Ｌｔを超えた場合に、報知工程が行われてもよい。ここでは、上述した評価対象周波数ｆｒにおいて音圧Ｌｂと報知閾値Ｌｔとが比較され、音圧Ｌｂが報知閾値Ｌｔを超えた場合に、その旨が報知される。報知は、様々な態様により行われ得る。例えば、表示装置に警告を表示する、警報を鳴らす等の方法により報知することができる。この報知により、機械構造物の運転時に、評価対象位置Ｐ２に許容応力Ｓｃを超える応力Ｓｂが生じていると推定することができる。このため、作業者は、機械構造物の運転を停止する、運転条件を変更する等の対応をとることが可能になる。

【0068】

このように本実施の形態によれば、機械構造物の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａとの関係と、設定された評価対象位置Ｐ２の許容応力Ｓｃとに基づいて、機械構造物の運転時の音圧の報知閾値Ｌｔを決定することができる。このことにより、機械構造物の運転時に検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａが報知閾値Ｌｔを超えたことが報知され、機械構造物の運転時に評価対象位置Ｐ２に許容応力Ｓｃを超える応力が生じていると推定することができる。このため、機械構造物の運転を停止することなく、機械構造物の運転時に機械構造物の評価対象位置Ｐ２の状態を把握することができる。この結果、作業者は、機械構造物の運転を停止する、運転条件を変更する等の対応をとることが可能になり、機械構造物の評価対象位置での破損を回避することができる。

【0069】

また、本実施の形態によれば、機械構造物の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａとの関係は、コンピュータシミュレーションにより算出される。このようにコンピュータシミュレーションを用いることにより、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係を、実験を行うことなく容易に算出することができる。また、コンピュータシミュレーションにおいて、水車構造物のように内部が水で満たされた計算モデルを用いて、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係を算出することができる。このため、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係を運転時の状態に近い状態で算出することができ、応力Ｓｂの推定精度を向上させることができる。

【0070】

また、本実施の形態によれば、機械構造物は、流体から圧力を受けて回転するランナ５を備え、評価対象位置Ｐ２は、ランナ５に設けられる。このように評価対象位置Ｐ２が、運転時に流体から圧力を受けて回転する回転機器に設けられる場合、この評価対象位置Ｐ２に歪みゲージ等の応力センサを貼り付けることは困難である。また、仮に応力センサを貼り付けるとしても、応力センサを貼り付けるために、機械構造物の運転を停止しなければならず、運転停止による機会損失が生じるおそれがある。これに対して本実施の形態によれば、このような回転機器に評価対象位置Ｐ２が設けられる場合であっても、機械構造物の運転時に評価対象位置Ｐ２に許容応力Ｓｃを超える応力が生じていることを把握することができる。このため、機械構造物の運転を停止することなく、機械構造物の運転時の機械構造物の評価対象位置Ｐ２の状態を把握することができる。

【0071】

また、本実施の形態によれば、機械構造物は、水車構造物である。このように機械構造物が水車構造物である場合、水車構造物の運転時に水車構造物の内部に応力センサを貼り付けることは困難である。また、仮に応力センサを貼り付けるとしても、水車構造物の内部に応力センサを貼り付けるために、水車構造物の運転を停止しなければならない。この場合、水車構造物内から水を抜き出してから、応力センサの貼り付け作業を行うこともあり、水車構造物の運転停止期間が長期化するとともに、水車構造物の保守点検作業も増大し、水車構造物の運転停止による機会損失が生じ得る。これに対して本実施の形態によれば、水車構造物の運転時に評価対象位置Ｐ２に許容応力Ｓｃを超える応力が生じていることを把握することができる。このため、機械構造物の運転を停止することなく、機械構造物の運転時の機械構造物の評価対象位置Ｐ２の状態を把握することができる。

【0072】

（第２の実施の形態の第１変形例）
上述した実施の形態においては、機械構造物の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる音圧Ｌａとの関係と、設定された評価対象位置Ｐ２の許容応力Ｓｃとに基づいて、機械構造物の運転時の音圧の報知閾値Ｌｔを決定する例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、機械構造物の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる振動Ｖａとの関係と、設定された評価対象位置Ｐ２の許容応力Ｓｃとに基づいて、機械構造物の運転時の振動の報知閾値Ｖｔを決定するようにしてもよい。

【0073】

この場合、算出工程において、機械構造物の加振位置Ｐ１の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる振動Ｖａとの関係が算出される。ここでも、上述した第１の実施の形態の第１変形例と同様に、上記式（３）により、評価対象周波数ｆｒにおける評価対象位置Ｐ２と検出位置Ｐ３との間の応力－振動の伝達関数Ｈを算出することができる。また、上述した第１の実施の形態の第１変形例と同様に、検出位置Ｐ３を、メンテナンスホールカバー２１に設けることができる（図３参照）。また、上述した第１の実施の形態の第１変形例と同様に、応力Ｓａと振動Ｖａとの関係（伝達関数Ｈ）を、コンピュータシミュレーションにより算出することができる。

【0074】

また、決定工程において、算出工程において算出された関係と、設定された評価対象位置Ｐ２の許容応力Ｓｃとに基づいて、機械構造物の運転時の振動の報知閾値Ｖｔが決定される。より具体的には、上述した評価対象周波数ｆｒにおける評価対象位置Ｐ２の許容応力Ｓｃが設定され、評価対象周波数ｆｒにおける振動の報知閾値Ｖｔが決定される。振動の報知閾値Ｖｔは、下記式（６）により表すことができる。

【数6】

【0075】

上記式（６）に、算出工程において上記式（３）により算出された伝達関数Ｈと、評価対象位置Ｐ２の許容応力Ｓｃとを代入することで、振動の報知閾値Ｖｔを算出することができる。この報知閾値Ｖｔは、評価対象位置Ｐ２に許容応力Ｓｃと等しい応力が生じた場合に検出位置Ｐ３に生じる振動に相当し、検出位置Ｐ３においてこの報知閾値Ｌｔを超える振動が検出された場合、評価対象位置Ｐ２に許容応力Ｓｃを超える応力が生じていることを意味する。

【0076】

また、検出工程において、機械構造物の運転時に検出位置Ｐ３に生じる振動Ｖｂが検出される。ここでも、上述した第１の実施の形態の第１変形例と同様に、振動センサ３２をメンテナンスホールカバー２１に設けられた検出位置Ｐ３に設置して、振動センサ３２によりフランシス水車１の水車運転時の振動Ｖｂを検出することができる（図３参照）。より具体的には、上述した評価対象周波数ｆｒにおける振動Ｖｂを検出する。

【0077】

また、報知工程において、検出工程において検出された振動Ｖｂが報知閾値Ｖｔを超えたことが報知される。報知工程は、検出工程と同時に行われてもよい。より具体的には、検出工程において振動Ｖｂを検出している間に、その検出した振動Ｖｂが報知閾値Ｖｔを超えた場合に、報知工程が行われてもよい。ここでは、上述した評価対象周波数ｆｒにおいて振動Ｖｂと報知閾値Ｖｔとが比較され、振動Ｖｂが報知閾値Ｖｔを超えた場合に、その旨が報知される。この報知により、機械構造物の運転時に、評価対象位置Ｐ２に許容応力Ｓｃを超える応力Ｓｂが生じていると推定することができる。

【0078】

このように本変形例によれば、機械構造物の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる応力Ｓａと検出位置Ｐ３に生じる振動Ｖａとの関係と、設定された評価対象位置Ｐ２の許容応力Ｓｃとに基づいて、機械構造物の運転時の振動の報知閾値Ｖｔを決定することができる。このことにより、機械構造物の運転時に検出位置Ｐ３に生じる振動Ｖｂが報知閾値Ｖｔを超えたことが報知され、機械構造物の運転時に評価対象位置Ｐ２に許容応力Ｓｃを超える応力が生じていると推定することができる。このため、機械構造物の運転を停止することなく、機械構造物の運転時に機械構造物の評価対象位置Ｐ２の状態を把握することができる。このように、機械構造物の加振時に評価対象位置Ｐ２に生じる音圧Ｌａまたは振動Ｖａを含む物理量との関係と、設定された評価対象位置Ｐ２の許容応力Ｓｃとに基づいて、機械構造物の運転時の当該物理量の報知閾値Ｌｔ、Ｖｔを決定することができる。

【0079】

また、本変形例によれば、音圧が空気中を伝播する部分についての音響解析を行うことにより生じる計算誤差を排除することができ、応力Ｓｂの推定精度を向上させることができる。

【0080】

（第２の実施の形態の第２変形例）
上述した実施の形態においては、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係が、コンピュータシミュレーションにより算出される例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、上述した第１の実施の形態の第２変形例と同様に、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係は、加振実験により算出されてもよい。

【0081】

本変形例によれば、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係を、コンピュータシミュレーションを行うことなく算出することができる。また、コンピュータシミュレーションにより生じる計算誤差を排除することができ、応力Ｓｂの推定精度を向上させることができる。

【0082】

（第２の実施の形態の第３変形例）
また、上述した実施の形態において、上述した第１の実施の形態の第３変形例と同様に、応力Ｓａと音圧Ｌａとの関係は、コンピュータシミュレーションおよび加振実験の組み合わせにより算出されてもよい。

【0083】

本変形例によれば、水車構造物のうち内部が水で満たされている部分については、コンピュータシミュレーションを行うことで計算精度を向上させることができ、音圧が空気中を伝播する部分については、加振実験を行うことで計算誤差を排除することができる。このため、応力Ｓｂの推定精度をより一層向上させることができる。

【0084】

（第２の実施の形態のその他の変形例）
上述した実施の形態においては、評価対象位置Ｐ２が、ランナ５に設けられる例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、評価対象位置Ｐ２は、任意の位置に設けられてもよい。例えば、評価対象位置Ｐ２は、ステーベーン３やガイドベーン４に設けられてもよい。この場合、フランシス水車１の水車運転時にステーベーン３やガイドベーン４の状態を監視することができる。また、加振位置Ｐ１も、ランナ５以外の位置に設けられてもよい。この場合、カルマン渦に起因した振動現象以外の振動現象を評価対象にすることができる。また、検出位置Ｐ３も、当該振動現象に起因した音圧や振動を検出することができれば、その他の任意の位置に設けられてもよい。

【0085】

また、上述した実施の形態においては、機械構造物が、水車構造物である例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、機械構造物は、蒸気タービンやガスタービンのようなタービン構造物であってもよい。この場合、タービン構造物の回転機器に、加振位置Ｐ１や評価対象位置Ｐ２を設けられてもよい。更には、機械構造物は、水車構造物やタービン構造物に限られることはなく、その他の任意の機械構造物であってもよい。

【0086】

以上述べた実施の形態によれば、機械構造物の運転を停止することなく、機械構造物の運転時の機械構造物の評価対象位置の状態を把握することができる。

【0087】

以上、本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0088】

１：フランシス水車、５：ランナ、Ｐ２：評価対象位置、Ｐ３：検出位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】