特開 2024-80394 回転機械診断装置および回転機械診断方法

(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】P2024080394

(43)【公開日】2024-06-13

(54)【発明の名称】回転機械診断装置および回転機械診断方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 99/00 20110101AFI20240606BHJP

   G01H 17/00 20060101ALI20240606BHJP

【ＦＩ】

G01M99/00 A

G01H17/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022193546

(22)【出願日】2022-12-02

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）「２０２０年度～２０２２年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「カーボンリサイクル・次世代火力発電等技術開発／次世代火力発電基盤技術開発／石炭火力の負荷変動対応技術開発／タービン発電設備次世代保守技術開発」」委託研究、産業技術力強化法第１７条の運用を受ける特許出願

(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】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】見村 勇樹

(72)【発明者】

【氏名】平野 俊夫

(72)【発明者】

【氏名】郡司 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】安藤 耕治

(72)【発明者】

【氏名】加幡 安雄

(72)【発明者】

【氏名】藤田 真史

【テーマコード（参考）】

2G024

2G064

【Ｆターム（参考）】

2G024AD05

2G024AD23

2G024BA22

2G024BA27

2G024CA09

2G024CA13

2G024DA09

2G024FA05

2G024FA14

2G024FA15

2G064AB02

2G064AB22

2G064BA02

2G064BA03

2G064CC17

2G064CC29

2G064DD08

2G064DD14

(57)【要約】

【課題】ロータのアンバランス発生事象に関して、故障発生箇所の特定および故障要因の推定を可能とする回転機械診断装置および回転機械診断方法を提供することを目的とする。
【解決手段】実施形態によれば、回転機械診断装置１００は、参照データおよび影響係数行列を含む演算条件データ、および振動データ、回転数、位相算出のための位相算出用データを含む前記回転部の状態測定値を受け入れる入力部１１０と、入力部１１０で受け入れられた演算条件データおよび状態測定値に基づいて故障発生箇所の特定および故障要因の推定のための演算を行う演算部１３０と、演算条件データ、状態測定値および演算部１３０により得られた振動モードを含む演算結果を収納する記憶部１２０と、記憶部１２０に収納された内容を出力し表示する出力部１４０を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転機械の運転中の回転部のアンバランス発生事象に関して、故障発生箇所の特定および故障要因の推定のための回転機械診断装置であって、
参照データおよび影響係数行列を含む演算条件データ、および振動データ、回転数、位相算出のための位相算出用データを含む前記回転部の状態測定値を受け入れる入力部と、
前記入力部で受け入れられた前記演算条件データおよび前記状態測定値に基づいて前記故障発生箇所の特定および前記故障要因の推定のための振動モードを識別する演算を行う演算部と、
前記演算条件データ、前記状態測定値、および前記演算部により得られた前記振動モードを収納する記憶部と、
前記記憶部に収納された内容を出力し表示する出力部と、
を備えることを特徴とする回転機械診断装置。

【請求項2】

前記演算部は、
前記振動データに基づいて振動ベクトルを導出する振動ベクトル導出部と、
前記振動ベクトルから振動ベクトル差分を算出する差分ベクトル算出部と、
前記振動ベクトルと前記影響係数行列に基づいて前記回転部の不釣り合い分布を算出する不釣り合い算出部と、
前記記憶部に記憶された前記演算結果に基づいて故障原因を推定する故障原因推定部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の回転機械診断装置。

【請求項3】

前記演算部は、前記位相算出用データに基づいて前記回転部の位相を算出する位相算出部と、前記位相算出部により算出された位相と前記振動ベクトルとを用いてポーラル線図用データを作成するポーラル線図用データ作成部をさらに有し、
前記故障原因推定部は、前記ポーラル線図用データに基づいて前記振動モードを識別し故障原因の推定を行うことを特徴とする請求項２に記載の回転機械診断装置。

【請求項4】

前記前記振動モードの識別および前記故障要因の推定は、前記振動ベクトルの移動速度、移動加速度、方向変化率を用いて行うことを特徴とする請求項２に記載の回転機械診断装置。

【請求項5】

前記回転機械の運転中は、前記回転機械の危険速度を通過する際の運転中であることを特徴とする請求項１に記載の回転機械診断装置。

【請求項6】

回転機械の運転中の回転部のアンバランス発生事象に関して、故障発生箇所の特定および故障要因の推定のための回転機械診断方法であって、
参照データおよび影響係数行列を含む演算条件データを受け入れる第１入力ステップと、
振動データ、回転数、位相算出のための位相算出用データを含む前記回転部の状態測定値を受け入れる第２入力ステップと、
前記前記演算条件データおよび前記状態測定値に基づいて前記故障発生箇所の特定および前記故障要因の推定のための振動モードを識別する演算を行う演算ステップと、
前記演算条件データ、前記状態測定値、および前記演算ステップで得られた前記振動モードを収納する記憶ステップと、
前記収納された内容を表示する表示ステップと、
を有することを特徴とする回転機械診断方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、回転機械診断装置および回転機械診断方法に関する。

【背景技術】

【0002】

発電プラント内の機器の稼働率向上を目的として、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）技術を利用した発電プラントの故障診断システムの開発が検討されている。しかしながら、このような故障診断を適切に行うためには、測定データから精度良く故障や故障予兆を検知するためのデータベースやアルゴリズムをどのように構成するかが問題となる。

【0003】

従来から状態監視を目的とした第１の例として、対象機器に振動センサに代表されるセンサを取り付け、当該センサから得られる計測データに基づいて装置の異常箇所を特定するためのシステムが知られている。例えば、診断対象である回転機械に設置された振動検出センサと、振動検出センサからの検出信号を振動データに変換する演算処理器と、演算処理器からの振動データより診断を行う情報処理機器とを備えた異常診断システムが知られている。

【0004】

また、第２の例として、複数設けられた軸振動センサによる回転軸の振動と回転角度の測定値に基づいて、回転軸の振動が最大となる回転角度および振動の大きさを示す振動ベクトルを算出し、その時間変化に基づいて、回転軸の軸方向における異常発生位置を推定する異常検知装置が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３８３４２２８号公報

【特許文献2】特開２０１９－１１３３６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

タービン・発電機運転中に観測される軸振動には、種々の要因があり、それに応じた周波数成分を持っている。また、回転部各部に発生する故障モードに応じて、重量不釣り合いの変化あるいは運転中の軸曲り変化などに伴うバランス状態の変化に伴う回転同期成分を持つ振動が大部分を占める。

【0007】

通常、回転部の不つりあい分布は未知であるが、運転中の回転部の振幅および位相を計測することで分布の推定が可能となり、回転部上のどの箇所に不釣り合いが発生したか、それが発生する故障事象・要因を推定することで、必要な処置を短時間で実施可能となり、プラントの稼働率向上に繋げられる。

【0008】

前述の異常診断システムの第１の例では、回転機械の運転時に発生する1種の周波数に関するデータを変換して１つの変換データを作成し、それに基づいて異常原因を特定するものであるが、同じ周波数でも複数の異常要因が含まれることがあり、この構成だと異常原因の絞り込みが難しくなる。

【0009】

また、前述の異常診断システムの第２の例では、第１の例と同様に、回転軸に生じる多種多様な異常事象に対して、実機の回転部もしくは同型機で実際に特定箇所に異常が発生したときの振動ベクトルと現状ベクトルとの突合せで異常箇所を推定しているため、実データがない異常事象や新設機械の場合は異常を検知できないことになる。

【0010】

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、回転機械の運転中の回転部のアンバランス発生事象に関して、故障発生箇所の特定および故障要因の推定を可能とする回転機械診断装置および回転機械診断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】

【0011】

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態に係る回転機械診断装置は、回転機械の運転中の回転部のアンバランス発生事象に関して、故障発生箇所の特定および故障要因の推定のための回転機械診断装置であって、参照データおよび影響係数行列を含む演算条件データ、および振動データ、回転数、位相算出のための位相算出用データを含む前記回転部の状態測定値を受け入れる入力部と、前記入力部で受け入れられた前記演算条件データおよび前記状態測定値に基づいて前記故障発生箇所の特定および前記故障要因の推定のための演算を行う演算部と、前記演算条件データ、前記状態測定値、および前記演算部により得られた前記振動モードを含む演算結果を収納する記憶部と、前記記憶部に収納された内容を出力し表示する出力部と、を備えることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１の実施形態に係る回転機械診断装置の構成を示すブロック図である。

【図2】第１の実施形態に係る回転機械診断装置を適用する回転機械の回転部の例を示す概念図である。

【図3】第１の実施形態に係る回転機械診断装置を適用する回転機械の回転部についての振動計および位相検出器を示す概念図である。

【図4】第１の実施形態に係る回転機械診断装置を適用する回転機械の回転部についての振動計を示す概念図である。

【図5】第１の実施形態に係る回転機械診断装置を適用する回転機械の回転部についての位相検出器の第１の例を示す概念図である。

【図6】第１の実施形態に係る回転機械診断装置を適用する回転機械の回転部についての位相検出器の第２の例を示す概念図である。

【図7】第１の実施形態に係る回転機械診断装置を適用する回転機械の回転部の例におけるモデルの説明図である。

【図8】第１の実施形態に係る回転機械診断方法の全体の手順を示すフロー図である。

【図9】第１の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの起動停止時の診断方法の手順における不釣り合い位置の導出ステップの詳細を示すフロー図である。

【図10】第１の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの定格回転運転時の故障発生個所の特定および診断方法の手順を示すフロー図である。

【図11】第１の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの定格回転運転時の故障発生個所の特定および診断方法の手順において得られるサーマル振動の場合のポーラル線図の表示例である。

【図12】第１の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの定格回転運転時の故障発生個所の特定および診断方法の手順において得られるハードラブによるサイクリック振動の場合のポーラル線図の表示例である。

【図13】第１の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの定格回転運転時の故障発生個所の特定および診断方法の手順において得られるソフトラブによるサイクリック振動の場合のポーラル線図の表示例である。

【図14】第２の実施形態に係る回転機械診断方法の全体の手順を示すフロー図である。

【図15】第３の実施形態に係る回転機械診断装置の構成を示すブロック図である。

【図16】第３の実施形態に係る回転機械診断方法のうちのデータ処理部による処理の説明図である。

【図17】第３の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの定格回転運転時の故障発生個所の特定および診断方法における判定条件を示す第１の判定テーブルである。

【図18】第３の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの定格回転運転時の故障発生個所の特定および診断方法における判定条件を示す第２の判定テーブルである。

【図19】第３の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの定格回転運転時の故障発生個所の特定および診断方法における判定条件を示す第３の判定テーブルである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る回転機械診断装置および回転機械診断方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。

【0014】

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る回転機械診断装置１００の構成を示すブロック図である。

【0015】

回転機械診断装置１００は、入力部１１０、記憶部１２０、演算部１３０、出力部１４０、およびタイムカウンタ１５０を有する。

【0016】

入力部１１０は、演算条件データおよび状態測定値を入力として受け入れる。ここで、演算条件データは、演算部１３０が演算を実施する際に必要となる情報である。演算条件データとしては、たとえば、後述する参照データおよび影響係数行列、並びに回転機械診断装置１００の診断実施の進行における判定に必要な種々の判定基準値を含む。状態測定値は、振動データ、回転数、位相算出のための位相算出用データ、回転機械１０出力・負荷を含む回転機械１０の回転部１０ａ（図２）の状態を測定する各検出器の出力である。ここで、振動データは、たとえば、サンプリング時間間隔ごとの振幅値である。これらの詳細は、図２を参照しながら後に説明する。

【0017】

記憶部１２０は、参照データ記憶部１２１、影響係数行列記憶部１２２、振動データ記憶部１２３、位相記憶部１２４、および演算結果記憶部１２５を有する。

【0018】

参照データ記憶部１２１および影響係数行列記憶部１２２は、入力部１１０が受け入れた参照データおよび影響係数行列をそれぞれ記憶する。振動データ記憶部１２３は、入力部１１０が受け入れた振動データを記憶する。位相記憶部１２４は、入力部１１０が受け入れた位相算出のための位相算出用データ、および回転数を記憶する。演算結果記憶部１２５は、演算部１３０が実施した演算結果、すなわち、後述する振動ベクトル、振動ベクトル差分、ポーラル線図用データ、不釣り合い分布、振動モード等を記憶する。

【0019】

演算部１３０は、入力部１１０で受け入れられた演算条件データおよび状態測定値に基づいて回転機械１０における故障発生箇所の特定および故障要因の推定のための演算を行う。演算部１３０は、位相算出部１３１、振動ベクトル導出部１３２、差分ベクトル算出部１３３、ポーラル線図用データ作成部１３４、不釣り合い算出部１３５、故障要因推定部１３６、および進行制御部１３７を有する。

【0020】

位相算出部１３１は、位相算出用データに基づいて回転部１０ａの位相を算出する。詳細は、後に図７を引用しながら説明する。

【0021】

振動ベクトル導出部１３２は、振動データに基づいて振動ベクトルを導出する。導出された振動ベクトルは、演算結果記憶部１２５に収納、保存される。

【0022】

差分ベクトル算出部１３３は、振動ベクトルから振動ベクトル差分を算出する。算出された振動ベクトル差分は、演算結果記憶部１２５に収納、保存される。

【0023】

ポーラル線図用データ作成部１３４は、位相算出部１３１により算出された位相と、振動ベクトル導出部１３２で作成された振動ベクトルとを用いてポーラル線図用データを作成する。作成されたポーラル線図用データは、演算結果記憶部１２５に収納、保存される。

【0024】

不釣り合い算出部１３５は、振動ベクトル導出部１３２で作成された振動ベクトルと、影響係数行列記憶部１２２に記憶された影響係数行列に基づいて回転部１０ａの不釣り合い分布を算出する。算出された不釣り合い分布は、演算結果記憶部１２５に収納、保存される。

【0025】

故障要因推定部１３６は、記憶部１２０に記憶された演算結果に基づいて回転部１０ａの振動の原因となる故障要因を判別・推定する。故障要因推定部１３６は、入力部１１０が受け入れた演算条件データに含まれる判別用の判定値を収納する。

【0026】

進行制御部１３７は、回転機械診断装置１００の各要素の動作のシーケンスの進行を司る。いいかえれば、回転機械診断方法の手順の進行に必要な判定、次のステップへの移行のための各要素への指示を行う。進行制御部１３７は、入力部１１０により読み込まれた判定に必要な判定基準値を収納し、進行制御部１３７が行う判定に使用する。

【0027】

図２は、第１の実施形態に係る回転機械診断装置１００を適用する回転機械１０の回転部１０ａの例を示す概念図である。

【0028】

図２では、回転機械１０として蒸気タービンおよび発電機の例を示している。回転部１０ａは、２つの低圧タービン１２、発電機１３、および励磁装置１４と、これらを直列に結合するロータシャフト１１を有する。なお、回転機械１０としては、これに限定されるものではない。回転部１０ａは、複数の軸受１５により回転可能に支持されている。

【0029】

各軸受１５の近傍には、振動計１６が設けられている。振動計１６は、ｖｓ_ｉ（ｉ＝１～Ｍ）で表示している。また、回転部１０ａに対向するように、位相検出器１７および回転数計１８が設けられている。回転機械診断装置１００、振動計１６、位相検出器１７および回転数計１８は、回転機械診断システム２００を構成する。

【0030】

図３は、第１の実施形態に係る回転機械診断装置１００を適用する回転機械１０の回転部１０ａについての振動計１６および位相検出器１７を示す概念図である。また、図４は、第１の実施形態に係る回転機械診断装置を適用する回転機械の回転部についての振動計１６を示す概念図である。

【0031】

振動計１６は、それぞれの検出位置における振動の時間変化を出力する。振動計１６は、たとえば、回転部１０ａと当該振動計１６との間のギャップ（隙間）を計測する渦電流型非接触センサなどの非接触型変位センサである。

【0032】

図４では、軸方向に同一の箇所に互いに９０度の角度をなして２つの振動計１６が設けられている場合を例示している。なお方向は、水平方向と垂直方向などでもよいし、角度も９０度に限定されない。このように、軸方向の同一箇所に互いに方向（軸中心に向かう方向、角度）の異なる複数の振動計１６が設けられていてもよい。この場合は、ｖｓ_ｉについて異なる番号（ｉ）を付するものとする。

【0033】

図５は、第１の実施形態に係る回転機械診断装置１００を適用する回転機械１０の回転部１０ａについての位相検出器１７の第１の例を示す概念図である。また、図６は、第１の実施形態に係る回転機械診断装置１００を適用する回転機械１０の回転部１０ａについての位相検出器１７の第２の例を示す概念図である。

【0034】

位相検出器１７は、図３に示すように、回転部１０ａの軸方向位置は、振動計１６よりもやや外側に設けられているのが一般的である。位相検出器１７は、位相検出器１７は、回転部１０ａの回転角度、言い換えれば、位相を検出するために設けられている。

【0035】

位相検出器１７は、たとえば、回転部１０ａのロータシャフト１１の外周面の周方向の一か所に設けられた基準マーカ１７ａと、基準マーカ１７ａ近傍に設けられたパルス検出器１７ｂの総称である。ここで、基準マーカ１７ａとしては、たとえば、図５に示す第１の例では、回転部１０ａの表面に形成されたスリット１０ｂが、また、図６に示す第２の例では、回転部１０ａの表面に貼付された反射テープ１０ｃが用いられる。

【0036】

パルス検出器１７ｂは、回転部１０ａが１回転するごとに１パルスを検出する。すなわち、位相検出器１７は、回転部１０ａが１回転するごとに１パルスを出力する。パルスの発生時間間隔をΔＴ、タイムカウンタ１５０がこの間Ｊ回カウントする場合、前のパルス発生からｊ回目のカウント目、時間Δｔ経過後においては、位相α（度）は、次の式（１）により算出される。
α＝３６０・（Δｔ／ΔＴ）＝３６０・（ｊ／Ｊ） …（１）

【0037】

位相算出部１３１は、上述の演算を行い、各振動計１６の出力（振幅の時間変化）について、そのピーク値発生時の位相を算出する。なお、ここで、位相算出用データとは、この例におけるパルス信号を言うが、同様の演算が可能であれば、これに限定されない。

【0038】

ロータシャフト１１の端部には、回転数計１８が設けられている。回転数計１８は、ロータシャフト１１に設けられたギア（図示せず）と、ギアの近傍の静止側に設けられた回転数検出器（図示せず）の総称である。回転数検出器は、たとえば、ギアの凹凸による磁気透過率の変化をパルス信号に変換し出力する。

【0039】

図７は、第１の実施形態に係る回転機械診断装置１００を適用する回転機械１０の回転部１０ａの例におけるモデルの説明図である。
図７では、回転部１０ａを、軸方向xに沿って延びたｘに依存する面外方向の曲げ剛性Ｇｂ（ｘ）およびこれに付随する軸方向ｘに沿って分布する複数の節点ｎ（ｎ＝１～Ｎ）で模擬している。

【0040】

図８は、第１の実施形態に係る回転機械診断方法の全体の手順を示すフロー図である。

【0041】

まず、回転機械診断装置１００は、演算条件データの読み込みを行う（ステップＳ１１）。詳細には、入力部１１０が、参照データおよび影響係数行列Ａ、並びに種々の判定基準値を含む演算条件データを入力として受け入れる。参照データおよび影響係数行列はそれぞれ、参照データ記憶部１２１および影響係数行列記憶部１２２に記憶される。また、種々の判定基準値は、進行制御部１３７に収納される。

【0042】

次に、回転機械診断装置１００は、状態測定値の読み込みを行う（ステップＳ１２）。詳細には、入力部１１０が、振動データ、回転数、位相算出のための位相算出用データを含む回転機械１０の回転部１０ａの状態を測定する各検出器の出力を入力として受け入れる。位相算出部１３１は位相算出用データおよびタイムカウンタ１５０の出力に基づいて回転部１０ａの位相を算出する。入力部１１０により受け入れられた振動データは、振動データ記憶部１２３に記憶される。また、入力部１１０に受け入れられた回転数および位相算出部１３１により算出された位相は、位相記憶部１２４に記憶される。

【0043】

次に、進行制御部１３７は、診断の対象とする回転機械１０が定格回転運転状態か否かを判定する（ステップＳ１３）。ここで、定格回転運転とは、回転数上昇あるいは下降中以外の定格回転数での運転である。すなわち、回転数上昇後に定格回転に達した状態、回転数低下前の定格回転数の状態、あるいは、回転機械１０が発電装置であれば、たとえば、電力系統に併入されて電力系統と同期して負荷を担っている状態をいう。あるいは、電動機などであれば、負荷となるポンプや送風機などと結合してこれらを駆動する状態をいう。

【0044】

進行制御部１３７によって、回転機械１０が定格回転運転状態ではないと判定された場合（ステップＳ１３ ＮＯ）には、起動停止時診断ステップＳ２０に移行する。また、進行制御部１３７によって、回転機械１０が定格回転運転状態であると判定された場合（ステップＳ１３ ＹＥＳ）には、定格回転運転時診断ステップＳ３０に移行する。

【0045】

まず、起動停止時診断ステップＳ２０について以下に説明する。

【0046】

起動停止時診断ステップＳ２０においては、まず、振動ベクトルの時間的な変化分である差分ベクトルの算出を行う（ステップＳ２１）。以下に、振動ベクトルの変化の算出の第１のステップである振動ベクトル導出部１３２による振動ベクトルの導出と、第２のステップである差分ベクトル算出部１３３による振動ベクトルの差分の算出について順次説明する。

【0047】

まず、第１のステップである振動ベクトルの導出について説明する。

【0048】

振動ベクトル導出部１３２は、回転数ｎ_ｋ（ｋ＝１～Ｋ）において、各振動計１６の出力から得られる振幅値と、位相算出部１３１により得られたそれぞれの位相に基づいて、それぞれの振動値ｚ_ｍｋ（ｍ＝１～Ｍ）を、部分振動ベクトルＺ_ｋの要素として、次の式（２）の極座標および（３）、（４）に示すｘ、ｙ座標形式で導出する。
ｚ_ｍｋ＝Ａ_ｍｋ・ｅｘｐ［ｊ・（Θ_ｍｋ×π／１８０）］＝ｘ_ｍｋ＋ｊ・ｙ_ｍｋ …（２）
ｘ_ｍｋ＝Ａ_ｍｋ・ｃｏｓ（Θ_ｍｋ×π／１８０） …（３）
ｙ_ｍｋ＝Ａ_ｍｋ・ｓｉｎ（Θ_ｍｋ×π／１８０） …（４）
ただし、Ａ_ｍｋは回転数ｎ・ｋにおける第ｍ振動値の振幅、Θ_ｍｋは回転数ｎ_ｋにおける第ｍ振動値の位相〔度〕、ｊは虚数単位である。

【0049】

ここで、部分振動ベクトルＺ_ｋはｚ_ｍｋ（ｍ＝１～Ｍ）を要素とするＭ次の縦ベクトルである。振動ベクトル［Ｚ］は、回転数ｎ_ｋにおける部分振動ベクトル［Ｚ_ｋ］の要素を、ｋ＝１～Ｋについて、縦に並べたＭ・Ｋ次の縦ベクトルである。振動ベクトル導出部１３２で導出された振動ベクトル［Ｚ］は、順次、演算結果記憶部１２５に収納、記憶される。

【0050】

次に、第２のステップである差分ベクトル算出部１３３による振動ベクトルＺの差分である差分ベクトルΔＺの算出について説明する。

【0051】

振動ベクトルＺの要素である各振動値ｚ_ｍｋ（ｍ＝１～Ｍ、ｋ＝１～Ｋ）のｘ座標成分であるｘｍｋおよびｙ座標成分であるｙｍｋの、ある時間幅における時間的な変化量は、以下の式（５）および（６）のように算出される。
Δｘ_ｍｋ＝ｘ_ｍｋ（ｔ＋Δｔ）－ｘ_ｍｋ（ｔ） …（５）
Δｙ_ｍｋ＝ｙ_ｍｋ（ｔ＋Δｔ）－ｙ_ｍｋ（ｔ） …（６）

【0052】

また、極座標形式で、次の式（７）および（８）ないし（１０）のように与えられる。
ΔＡ_ｍｋ＝√［（Δｘ_ｍｋ）^２＋（Δｙ_ｍｋ）^２］ …（７）
ここで、√〔ｘ〕は、ｘの平方根を示す。
Φ_ｍｋ＝９０－ｔａｎ［（Δｘ_ｍｋ／Δｙ_ｍｋ）・（１８０／π）］
（Δｙ_ｍｋ＞０の場合）…（８）
Φ_ｍｋ＝０ （Δｙ_ｍｋ＝０の場合）…（９）
Φ_ｍｋ＝２７０－ｔａｎ［（Δｘ_ｍｋ／Δｙ_ｍｋ）・（１８０／π）］
（Δｙ_ｍｋ＜０の場合）…（１０）

【0053】

以上が、ステップＳ２１における振動ベクトルの時間的な変化分である差分ベクトルの算出である。差分ベクトル算出部１３３で算出された差分ベクトル［ΔＺ］は、順次、演算結果記憶部１２５に収納、記憶される。

【0054】

次に、進行制御部１３７は、ΔＡ_ｍｋ（ｍ＝１～Ｍ、ｋ＝１～Ｋ）を判定基準値ΔＡ_Ｊと比較し、判定基準値ΔＡ_Ｊを超えるものがあるか否かを判定する（ステップＳ２２）。

【0055】

進行制御部１３７によって、ΔＡ_ｍｋに判定基準値ΔＡ_Ｊを超えるものがあると判定されなかった場合（ステップＳ２２ ＮＯ）は、ステップＳ１２およびステップＳ１３を繰り返す。

【0056】

進行制御部１３７によって、ΔＡ_ｍｋに判定基準値ΔＡ_Ｊを超えるものがあると判定された場合（ステップＳ２２ ＹＥＳ）は、不釣り合い算出部１３５が、不釣り合い位置の導出を行う（ステップＳ２３）。

【0057】

ステップＳ２３の次に、進行制御部１３７は、運転継続か否かを判定する（ステップＳ５３）。運転継続と判定された場合（ステップＳ５３ ＹＥＳ）には、ステップＳ１１に移行する。また、運転継続と判定された場合（ステップＳ５３ ＮＯ）には、進行制御部１３７は、運転を停止するための処置、たとえば、停止指示の警報を発する等を行う。

【0058】

図９は、第１の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの起動停止時の診断方法の手順における不釣り合い位置の導出ステップＳ２３の詳細を示すフロー図である。

【0059】

不釣り合い位置の導出ステップＳ２３においては、まず、不釣り合い算出部１３５が不釣り合いベクトルＵを算出する（ステップＳ２３ａ）。具体的には、不釣り合い算出部１３５は、入力部１１０により読み込まれ影響係数行列記憶部１２２に記憶、収納されている影響係数行列Ａと、演算結果記憶部１２５に記憶された振動ベクトルＺとに基づいて不釣り合いベクトルＵを算出する。

【0060】

ここで、まず、不釣り合いベクトルＵおよび影響係数行列Ａについて説明する。

【0061】

不釣り合いベクトルＵは、各節点ｎ（Ｎ＝１～Ｎ）における不釣り合い量ｕ_ｎを要素とするＮ次縦ベクトルである。

【0062】

影響係数行列Ａは、節点ｎ（ｎ＝１～Ｎ）に単位不釣り合いがあるときに、ｍ番目の振動計（ｍ＝１～Ｍ）の箇所において生ずる振動値を値とする影響係数ａ_ｍｎを要素とする（Ｍ×Ｎ行列）である。

【0063】

この定義から、振動ベクトルＺ、影響係数行列Ａおよび不釣り合いベクトルＵは、次の式（１１）の関係となる。
Ｚ＝Ａ・Ｕ …（１１）

【0064】

以下に、不釣り合いベクトルＵの推定について説明する。不釣り合いベクトルＵの推定に当たっては、振動計１６により得られる振動値の数Ｍと、節点ｎの数すなわち不釣り合い位置の数Ｎとの大小関係により以下のように２つのケースがある。

【0065】

第１のケースは、振動値の数Ｍが不釣り合い位置の数Ｎより小さい場合である。

【0066】

まず、Ｍ次の誤差ベクトルＥを次の式（１２）で定義する。
Ｅ＝Ｚｔ－Ｚ_ｍ＝Ａ・Ｕ－Ｚ_ｍ …（１２）

【0067】

ここで、振動ベクトルＺｔは不釣り合いベクトルＵに起因して生ずる式（１１）により得られるべき真の振動値のベクトルを、また、振動ベクトルＺｍは振動計１６により得られた振動値のベクトルを示す。

【0068】

この場合、最小二乗法を適用して、次の式（１３）による誤差値ＥＥを最小化する。
ＥＥ＝Ｅ^＊Ｗ_１Ｅ＋Ｕ^＊Ｗ_２Ｕ …（１３）

【0069】

Ｗ_１はたとえば対角行列であり単位行列を用いてもよい。また、第2項は、非現実的な解（Ｕの分布）を回避するための項であり、行列Ｗ_２は対角行列であり、まず単位行列を用い結果により要素の値を調整してもよい。なお、対角行列Ｗ_２の各要素は、不釣り合いベクトルＵの算出精度を確保できる程度に小さく、かつ、演算の安定化に必要な大きさとする。

【0070】

この結果、不釣り合いベクトルＵは、次の式（１４）により得られる。
Ｕ＝（Ａ^＊Ｗ_１Ａ＋Ｗ_２）^－１Ａ^＊Ｗ_１Ｚ_ｍ …（１４）
ここで、Ａ^＊は（Ｍ×Ｎ行列）である影響係数行列Ａの共役転置行列（Ｎ×Ｍ行列）である。

【0071】

第２のケースは、振動値の数Ｍが不釣り合い位置の数Ｎより大きな場合である。

【0072】

この場合は、ラグランジュの未定乗数λを導入して、次の式（１５）による誤差値ＥＥを最小化する。
ＥＥ＝Ｕ^＊Ｗ_２Ｕ＋λ^Ｔ（ＡＵ－Ｚ_ｍ） …（１５）

【0073】

この結果、不釣り合いベクトルＵは、次の式（１６）により得られる。
Ｕ＝Ｗ_２ ^－１Ａ^＊（ＡＷ_２ ^―１Ａ^＊）^－１Ｚ_ｍ …（１６）

【0074】

次に、算出された不釣り合いベクトルＵの各要素ｕ_ｎの座標変換を行う。すなわち、算出された不釣り合いベクトルＵの各要素ｕ_ｎのｘ、Y座標での値（ｕ_ｎｘ、ｕ_ｎｙ）を、次の式（１７）、（１８）によって極座標（ｕ_ｎｒ、ｕ_ｎΘ）に変換する。ここで、不釣り合い位置を、１点に集中させた場合の、ｕ_ｎｒは不釣り合いの大きさ、ｕ_ｎΘは不釣り合い箇所の周方向角度である。
ｕ_ｎｒ＝√（ｕ_ｎｘ ^２＋ｕ_ｎｙ ^２） …（１７）
ｕ_ｎΘ＝９０－ｔａｎ^－１［（ｕ_ｎｙ／ｕ_ｎｘ）×１８０／π］ （ｕ_ｎｙ＞０の場合）
＝２７０－ｔａｎ^－１［（ｕ_ｎｙ／ｕ_ｎｘ）×１８０／π］ （ｕ_ｎｙ＜０の場合）
＝０ （ｕ_ｎｙ＝０、ｕ_ｎｘ＞０の場合）
＝１８０ （ｕ_ｎｙ＝０、ｕ_ｎｘ＜０の場合）
…（１８）

【0075】

次に、不釣り合い算出部１３５は、算出されたベクトルＵの各要素ｕ_ｎの極座標表示での大きさｕ_ｎｒを大きい順にソートする（ステップＳ２３ｂ）。不釣り合い算出部１３５によりソートされ並べ替えられたベクトルＵの各要素ｕ_ｎの順番は演算結果記憶部１２５に収納、記憶される。不釣り合い算出部１３５は、この順に、ベクトルＵの要素ｕ_ｎの要素番号ｎと、その大きさｕ_ｎｒよび周方向角度ｕ_ｎΘを、出力部１４０に出力する。

【0076】

これを受けて、出力部１４０が運転員等に注意喚起を行う（ステップＳ２３ｃ）。詳細には、出力部１４０は、最も大きさの大きな要素番号ｎについて、その要素の節点ｎの位置、大きさｕ_ｎｒよび周方向角度ｕ_ｎΘを含む情報を、警報とともに表示する。

【0077】

以上が、起動停止時診断ステップＳ２０の手順であり、次に、定格回転運転時診断ステップＳ３０について、図８を引用しながら説明する。

【0078】

回転機械１０が定格回転運転状態であると判定された場合（ステップＳ１３ ＹＥＳ）に、入力部１１０は、回転機械１０の出力すなわち負荷を読み込む（ステップＳ３１）。ここで、出力は、たとえば、回転機械１０が図２に示す蒸気タービンおよび発電機の場合であれば、取引用電力計の出力あるいは蒸気タービンの第１段落圧力などを用いることができる。

【0079】

次に、回転機械診断装置１００は、振動ベクトル変化の算出を行う（ステップＳ３２）。詳細には、振動ベクトル導出部１３２が振動ベクトルを導出し、差分ベクトル算出部１３３が振動ベクトルの差分を算出する。これらの具体的な内容は、ステップＳ２１で行われる内容と同様であるので、説明を省略する。

【0080】

次に、回転機械診断装置１００は、故障発生個所の特定および故障要因の推定を行う（ステップＳ４０）。ステップＳ４０の詳細について、以下、図１０ないし図１３を順次引用しながら説明する。

【0081】

図１０は、第１の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの定格回転運転時の故障発生個所の特定および診断方法（ステップＳ４０）の手順を示すフロー図である。

【0082】

まず、回転機械診断装置１００は、振動ベクトル変化が大か否かを判定する（ステップＳ４１）。具体的には、進行制御部１３７が、ΔＡ_ｍｋ（ｍ＝１～Ｍ、ｋ＝１～Ｋ）を判定基準値ΔＡ_ＬＪと比較し、判定基準値ΔＡ_ＬＪを超えるものがあるか否かを判定する。

【0083】

ステップＳ４１において、進行制御部１３７が、ΔＡ_ｍｋ（ｍ＝１～Ｍ、ｋ＝１～Ｋ）の中に判定基準値ΔＡ_ＬＪを超えるものがあると判定した場合（ステップＳ４１ ＹＥＳ）には、次の、瞬時の振動変化か否かの判定ステップＳ４４に移行する。瞬時の振動変化か否かの判定ステップＳ４４については、後述する。

【0084】

ステップＳ４１において、進行制御部１３７が、ΔＡ_ｍｋ（ｍ＝１～Ｍ、ｋ＝１～Ｋ）の中に判定基準値ΔＡ_ＬＪを超えるものがあると判定しなかった場合（ステップＳ４１ ＮＯ）には、進行制御部１３７がサーマルサイクリック振動の評価を継続中であるか否かを判定する（ステップＳ４２）。サーマルサイクリック振動の判定については、後述するステップS４９において説明する。

【0085】

ステップＳ４２において、進行制御部１３７がサーマルサイクリック振動の評価を継続中であると判定した場合（ステップＳ４２ ＹＥＳ）には、後述するステップＳ４７に移行する。

【0086】

ステップＳ４２において、進行制御部１３７がサーマルサイクリック振動の評価を継続中であると判定しなかった場合（ステップＳ４２ ＮＯ）には、後述するステップＳ４７の処理回数をリセットし、問題がないため、ＥＮＤの処理を行う。

【0087】

前述の瞬時の変動か否かの判定ステップＳ４４の詳細を説明する。まず、振動ベクトル導出部１３２により導出されたサンプリング間隔ごとの振動ベクトルに基づいて、差分ベクトル算出部１３３が差分ベクトルを算出する。この内容は、ステップＳ２１と同様であるので、詳細な説明を省略する。次に、進行制御部１３７が、ベクトル瞬時変化量を判定する閾値を用いて変化量が閾値以上であるか否かを判定する。

【0088】

ステップＳ４４で、進行制御部１３７が、ベクトル瞬時変化量を判定する閾値を用いて変化量が閾値以上であると判定した場合（ステップＳ４４ ＹＥＳ）は、不釣り合い位置推定を行う（ステップＳ４６）。具体的な内容は、ステップＳ２３と同様であるので、説明を省略する。

【0089】

ステップＳ４４で、進行制御部１３７が、ベクトル瞬時変化量を判定する閾値を用いて変化量が閾値以上であると判定なかった場合（ステップＳ４４ ＮＯ）は、回転機械１０の回転部１０ａにサーマル振動あるいはサイクリック振動のいずれかの振動モードが発生しているか否かの判定および振動モードの識別に移行する。

【0090】

まず、処理回数が指定値以上であるか否かの判定を行う（ステップＳ４７）。詳細には、進行制御部１３７が、処理回数が、判定用の指定値以上であるか否かを判定する。

【0091】

進行制御部１３７が、処理回数が、判定用の指定値以上であると判定しなかった場合（ステップＳ４７ ＮＯ）には、ステップＳ５２に戻り、処理を繰り返す。進行制御部１３７は、ステップＳ４７に到達した回数を処理回数としてカウントする。

【0092】

サーマル振動およびサイクリック振動は、時間的に振幅と位相の値が連続的に変化するという特徴を有する。このため、サーマル振動、サイクリック振動の判定のためには、例えば１時間程度に亘る連続計測データが必要となる。この判定用の指定値が小さすぎると、判断のために十分なデータを得られない。一方、この指定値の値が大きすぎると判定までの時間を要するため不具合を拡大するリスクがある。したがって、この指定値の値は、両者を考慮して適正な範囲内の値を選択する。

【0093】

進行制御部１３７が、処理回数が、判定用の指定値以上であると判定した場合（ステップＳ４７ ＹＥＳ）には、サーマルサイクリック振動判定前処理を行う（ステップＳ４８）。具体的には、ポーラル線図用データ作成部１３４が、ポーラル線図作成用のデータを作成し、作成されたポーラル線図作成用のデータは、振動モードのデータとして演算結果記憶部１２５に収納、保存される。また、出力部１４０が、ポーラル線図を表示または図示するための数値データを出力する。

【0094】

次に、原因の判別可能か否かの判定を行う（ステップＳ４９）。具体的には、識別され演算結果記憶部１２５に収納、保存された振動モードにより、たとえば、ステップＳ４８で得られたポーラル線図に基づいて、故障要因推定部１３６が、要因評価・判別を行う。以下では、ポーラル線図に基づいた場合について説明する。

【0095】

図１１は、第１の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの定格回転運転時の故障発生個所の特定および診断方法の手順において得られるサーマル振動の場合のポーラル線図の表示例である。各黒丸は、振動ベクトル導出部１３２により導出された各時点での振動ベクトルに対応する。また、矢印は、差分ベクトル算出部１３３により算出された差分ベクトルに対応する。なお、各時点については、振動値のサンプリング間隔ごとの値でもよいし、あるいは、所定の間隔ごとの時点でもよい。すなわち、ベクトルの変化は、差分ベクトルΔＺあるいは、所定の回数の差分ベクトルの合成である。これらをまとめて単位時間あたりの差分ベクトルをベクトル変化ｖで表すものとする。また、ベクトル変化ｖの方向の変化率を方向変化率βで表すものとする。図１２および図１３についても同様である。

【0096】

図１１のポーラル線図によって示されたサーマル振動は、ベクトル変化ｖの大きさが所定の値以上であり、ベクトルの方向変化率βは所定の値以下である。また、ポーラル線図上で、位相が変化しづけてプロットが回る軌道ではない状態である。故障要因推定部１３６は、収納している判定用の判別値を用いて、サーマル振動か否かを判定する。

【0097】

図１２は、第１の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの定格回転運転時の故障発生個所の特定および診断方法の手順において得られるハードラブによるサイクリック振動の場合のポーラル線図の表示例である。

【0098】

ハードラブによるサイクリック振動の特徴は、図１２に示すように、ポーラル線図上で位相が変化しづけてプロットが回る軌道の状態で、時間経過でベクトル変化の大きさが変わる、すなわちプロットが渦巻状に径方向に大きくもしくは小さくなる状態である。

【0099】

故障要因推定部１３６は、ベクトル変化ｖの大きさが所定の値以上であり、ベクトルの方向変化率βは所定の値以上である。また、ベクトルの方向変化加速度αすなわちベクトルの方向変化率βの時間微分値が所定の値以上であるという条件に該当するか否かを判定する。

【0100】

図１３は、第１の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの定格回転運転時の故障発生個所の特定および診断方法の手順において得られるソフトラブによるサイクリック振動の場合のポーラル線図の表示例である。

【0101】

ソフトラブによるサイクリック振動の特徴は、図１３に示すように、ポーラル線図上で位相が変化しづけてプロットが回る軌道の状態で、時間経過でベクトル変化の大きさが小さい、すなわちプロットが同じ円軌道を描いている状態である。

【0102】

故障要因推定部１３６は、ベクトル変化ｖの大きさが所定の値以上であり、ベクトルの方向変化率βは所定の値以上であり、ベクトルの方向変化加速度αが所定の値以下であるという条件に該当するか否かを判定する。

【0103】

故障要因推定部１３６は、上述の3つのケース以外にも、必要に応じて、判別を行う。

【0104】

以上、説明の便宜上、図１１ないし図１３に示すポーラル線図と対比しながら、故障要因推定部１３６による判定について説明した。ポーラル線図は、出力部１４０により表示され、運転員等の理解を助けるが、故障要因推定部１３６による判別には必ずしも必要ではなく、故障要因推定部１３６は、振動ベクトル導出部１３２により導出され演算結果記憶部１２５に記憶された振動ベクトル、および、差分ベクトル算出部１３３により算出され演算結果記憶部１２５に記憶された差分ベクトルを用いて直接、判別を行うことができる。

【0105】

進行制御部１３７は、故障要因推定部１３６によるいずれかの判別に該当した場合には、原因の判別が可能であると判定する。また、故障要因推定部１３６によるいずれの判別にも該当しなかった場合には、進行制御部１３７は、原因の判別が可能であると判定しない。

【0106】

ステップＳ４９で、進行制御部１３７により原因の判別可能かと判定されなかった場合（ステップＳ４９ ＮＯ）、判定不可を出力部１４０に出力し、出力部１４０がその旨を表示する（ステップＳ５０）。そののち、ステップＳ５３に移行する。あるいは、ステップＳ４９から直接ステップＳ５３に移行して、判別を継続してもよい。

【0107】

ステップＳ４９で、進行制御部１３７により原因の判別可能かと判定された場合（ステップＳ４９ ＹＥＳ）、いずれかの原因事象に該当するか否かを判定する（ステップＳ５１）。すなわち、進行制御部１３７は、故障要因推定部１３６による判定の結果、図１１ないし図１３に示すケースのいずれかに該当すると判別されたか否かを判定する。

【0108】

ステップＳ５１で、進行制御部１３７により、いずれかの原因事象であると判定された場合（ステップＳ５１ ＹＥＳ）、不釣り合い位置の推定を行う（ステップＳ５２）。不釣り合い位置の推定については、ステップＳ２３における不釣り合い位置の算出の内容と同様であるので、説明を省略する。不釣り合い位置の推定ステップＳ５２の後には、ステップＳ５３に移行する。

【0109】

ステップＳ５１で、進行制御部１３７により、いずれかの原因事象であると判定されなかった場合（ステップＳ５１ ＮＯ）、直接にステップＳ５３に移行する。

【0110】

ステップＳ５３では、運転継続するか否かを判定する。通常は、異常が発生した場合、回転機械１０に関する運転は継続せずに、運転を停止するが、念のため、判定ステップを設ける。このステップにおいては、ユーザーインターフェイスを用いて、状況の表示により、運転員が停止操作を行ってもよい。あるいは、原因別に自動的に運転継続とする場合と、自動的に運転停止をする場合とを振り分けてもよい。運転継続とする場合（ステップＳ５３ ＹＥＳ）は、図８のステップＳ１２に移行する。

【0111】

以上のように、回転機械１０の回転数の変化中、および定格回転運転中のいずれにおいても、回転部１０ａのアンバランス発生事象に関して、故障発生箇所の特定および故障要因の推定が可能となる。

【0112】

［第２の実施形態］
図１４は、第２の実施形態に係る回転機械診断方法の全体の手順を示すフロー図である。

【0113】

本実施形態では、回転部１０ａの回転速度が変化する際の危険速度時の振動ベクトルを抽出して評価することを特徴する。このため、ステップＳ２１の前に、回転部１０ａの回転数が危険速か否かの判定ステップ（Ｓ２４）が追加されている。

【0114】

回転数の上昇の際には、回転部１０ａの危険速度で回転数上昇を停止することはなく、危険速度を通過するのが一般的な運用である。一方、サンプリング間隔が粗いと実際に回転数が一致するタイミングでのデータ採取は難しい。また、危険速度時に振幅と位相の値が大きく変わり、その前後のデータで代用すると最終的な検知精度が悪化する懸念がある。

【0115】

このような背景により、進行制御部１３７は、入力部１１０で受け入れた回転部１０ａの回転数が危険速素を通過したことを判定し、故障要因推定部１３６が、危険速度通過時の前後の振動ベクトル導出部１３２により得られた結果を用いて補間を行い、危険速度の回転数での振幅、位相を算出する。

【0116】

本実施形態では、振幅値が大きくなる危険速度で評価することから、回転部１０ａの不釣り合いの故障事象が発生した際の振動変化への感度が高く、検知の精度が上がることとなる。また、記憶部１２０に保存する計測データの容量も減らすことができる。

【0117】

［第３の実施形態］
図１５は、第３の実施形態に係る回転機械診断装置１００ａの構成を示すブロック図である。本実施形態は、第1の実施形態の変形であり、第１の実施形態におけるポーラル線図に基づく代わりに、振動ベクトルの移動速度、移動加速度、方向変化率を用いて、振動モードを識別し、故障要因を推定する。

【0118】

回転機械診断装置１００ａにおいて、記憶部１２０は、判定テーブル収納部１２６をさらに有し、演算部１３０はデータ処理部１３８をさらに有し、故障要因推定部１３６に代えて故障要因推定部１３６ａを、また、進行制御部１３７に代えて進行制御部１３７ａを有する。判定テーブル収納部１２６は、判定テーブルを収納する。判定テーブルは、後述する第１の判定テーブル１２６ａ、第２の判定テーブル１２６ｂ、および第３の判定テーブル１２６ｃを含む。

【0119】

まず、以下に、データ処理部１３８による処理について、説明する。

【0120】

（１）位相データの平均値を算出する前に、位相が０度（３６０度）をまたぐ際に、平均値が異常値となるのを避けるため、以下の前処理を行う。

【0121】

平均対象となる位相データを、時系列で、Θ_１、Θ_２、…、Θ_Ｎとして、ｉ＝２～Ｎについて、順に下記の処理を行う。

【0122】

Θ_ｉ－Θ_ｉ－１＞１８０度の場合、Θ_ｉを次に置き換える。
Θ_ｉ－３６０×ｉｎｔ（（Θ_ｉ－Θ_ｉ－１＋１８０）／３６０）
Θ_ｉ－Θ_ｉ－１＜１８０度の場合、Θ_ｉを次に置き換える。
Θ_ｉ＋３６０×ｉｎｔ（（Θ_ｉ－Θ_ｉ－１＋１８０）／３６０）
いずれでもない場合は、Θ_ｉをそのままとする。
ただし、ｉｎｔ（ｘ）は、ｘを超えない最大の整数を示す。

【0123】

（２）振幅ａ、位相Θに対し、過去Ｎ回分のデータから平均値を算出する。ここで、ｍは現在の時刻のデータの番号を表す。また、位相Θは、（１）で前処理した値を用いる。

【0124】

なお、平均回数は、Ａｖｅ＿Ｃｏｕｎｔの値で、次の式（１９）、（２０）ではＮと表記する。
Ａ＝Σａ_ｉ／Ｎ …（１９）
Θ＝ΣΘ_ｉ／Ｎ …（２０）

【0125】

ここで、Σは、ｉ＝ｍ－Ｎ＋１からｉ＝ｍまでの総和を意味するものとする。

【0126】

（３）次の式（２１）、（２２）によって、平均後の振幅ａ、位相Θを直行座標系の値Ｘ、Ｙに変換する。
Ｘ＝Ａｃｏｓ（Θ×π／１８０） …（２１）
Ｙ＝Ａｓｉｎ（Θ×π／１８０） …（２２）

【0127】

（４）求めた平均値から、次の式（２３）、（２４）により振動ベクトル変化を算出する。
ΔＸ_ｉ＝Ｘ_ｉ－Ｘ_ｉ－１ …（２３）
ΔＹ_ｉ＝Ｙ_ｉ－Ｙ_ｉ－１ …（２４）

【0128】

図１６は、第３の実施形態に係る回転機械診断方法のうちのデータ処理部による処理の説明図である。

【0129】

例えば、Ｎ＝２０の場合、Ｘ_ｉ、Ｙ_ｉは１９回前から現在までの２０回分の平均値、Ｘ_ｉ―１、Ｙ_ｉ―１は３９回前から２０回前までの２０回分の平均値、Ｘ_ｉ―２、Ｙ_ｉ―２は５９回前から４０回前までの２０回分の平均値、ΔＸ、ΔＹは、それらの差分となる。

【0130】

（５）ポーラル線図上の移動速度ｖ_ｊ（ベクトル変化の大きさ）および加速度α_ｉの算出を次の式（２５）ないし（２７）により行う。
ｖ_ｉ＝（√〔（ΔＸ_ｉ）^２＋（ΔＹ_ｉ）^２〕）／（Ｎ・Δｔ） …（２５）
ｖ_ｉ―１＝（√〔（ΔＸ_ｉ―１）^２＋（ΔＹ_ｉ―１）^２〕）／（Ｎ・Δｔ） …（２６）
α_ｉ＝（ｖ_ｉ－ｖ_ｉ－１）／（Ｎ・Δｔ） …（２７）
ただし、Δｔは、データサンプリング周期（単位：分）、Ｎは平均回数である。

【0131】

（６）ベクトル変化の方向Φ_ｉ、および、方向の変化率β_ｉの算出を行う。

【0132】

前述の（４）で得られたΔＸ_ｉ、ΔＹ_ｉから、次の式（２８）によりベクトル変化の方向Φ_ｊを計算する。
Φ_ｉ＝９０－ｔａｎ^―１〔（ΔＸ_ｉ／ΔＹ_ｉ）×（１８０／π）〕
（ΔＹ_ｉ＞０の場合）
＝２７０－ｔａｎ^―１〔（ΔＸ_ｉ／ΔＹ_ｉ）×（１８０／π）〕
（ΔＹ_ｉ＜０の場合）
＝０ Ｙ_ｉ＝０、ΔＸ_ｉ＞０の場合）
＝１８０ Ｙ_ｉ＝０、ΔＸ_ｉ＜０の場合） …（２８）

【0133】

方向の変化ΔΦ_ｉについては、前後で０度（３６０度）をまたぐケース考慮して、以下の式（２９）により計算する。
ΔΦ_ｉ＝Φ_ｉ－Φ_ｉ－１ （―１８０≦Φ_ｉ－Φ_ｉ－１≦１８０の場合）
＝Φ_ｉ－Φ_ｉ－１－３６０ （Φ_ｉ－Φ_ｉ－１＞１８０の場合）
＝Φ_ｉ－Φ_ｉ－１＋３６０ （Φ_ｉ－Φ_ｉ－１＜１８０の場合） …（２９）

【0134】

得られたΔΦ_ｉより、単位時間（たとえば１分）あたりの方向変化率β_ｉを次の式（３０）により算出する。
β_ｉ＝ΔΦ_ｉ／（Ｎ・Δｔ） …（３０）

【0135】

図１７は、第３の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの定格回転運転時の故障発生個所の特定および診断方法における判定条件を示す第１の判定テーブル１２６ａである。第１の判定テーブル１２６ａは、判定テーブル収納部１２６に収納されている。この判定テーブルは、図１０のステップＳ４９に対応する段階で用いるものである。

【0136】

上述のように求めた振動ベクトルのポーラル線図上の移動速度ｖ_ｉ、移動加速度α_ｉ、方向変化率β_ｉを用いて、第１の判定テーブル１２６ａにしたがって判定する。

【0137】

第１の判定テーブル１２６ａの第１列の、サーマル振動、サイクリック振動（ハードラブ、ソフトラブ）、いずれにも該当せずの項目は、原因の区分である。第2列から第4列は、判定パラメータの移動速度ｖ_ｉ、移動加速度α_ｉ、方向変化率β_ｉである。第５列から第７列は、判定結果を示す。第１の判定テーブル１２６ａ中で、「１を加算」とあるのは、入力値として読みこんだ前回の判定結果に１を加算することを意味する。つまり、判定結果の数値は、連続して判定された回数を示すことになる。

【0138】

判定に用いるしきい値（ｖ_０、β_０、α_０）は、振動計１６ごとに、個別に設定できるものとする。

【0139】

故障要因推定部１３６ａは、図１７に示す第１の判定テーブル１２６ａにしたがって、以下のように判定処理する。ここで、故障要因推定部１３６ａは、振動計１６ごとに、サーマル振動判定、サイクリック振動（ハードラブ）判定およびサイクリック振動（ソフトラブ）判定のカウンタを収納する。
（１）ｖ_ｉ≧ｖ_ｔ０、β_ｉ≦β_０、の場合は、サーマル振動判定に1を加算する。
（２）ｖ_ｉ≧ｖ_ｃ０、β_ｉ≧β_０、α_ｉ≧α_０の場合は、サイクリック振動（ハードラブ）判定に1を加算する。
（３）ｖ_ｉ≧ｖ_ｃ０、β_ｉ≧β_０、α_ｉ＜α_０の場合は、サイクリック振動（ソフトラブ）判定に1を加算する。
（４）（ｖ_ｉ＜ｖ_ｔ０、β_ｉ＜β_０）または（ｖ_ｉ＜ｖ_ｃ０、β_ｉ≧β_０）の場合は、いずれにも該当しない。

【0140】

図１８は、第３の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの定格回転運転時の故障発生個所の特定および診断方法における判定条件を示す第２の判定テーブルである。

【0141】

第２の判定テーブル１２６ｂは、ステップＳ４９において第１の判定テーブル１２６ａを用いた判定を行う際の条件を補足するものである。すなわち、サーマル振動判定においては、各軸受・方向におけるサーマル振動判定結果の最大値を用いる。サイクリック振動（ハードラブ）判定においては、各軸受・方向におけるサイクリック振動（ハードラブ）判定結果の最大値を用いる。また、サイクリック振動（ソフトラブ）判定においては、各軸受・方向におけるサイクリック振動（ソフトラブ）判定結果の最大値を用いる。また、以上の各判定の処理としては、次の（ａ）、（ｂ）となる。

【0142】

（ａ）上記３件の判定結果のうち、０と判定された数が、０もしくは１の場合は、判定の結果、サーマル振動、サイクリック振動ハードラブ、サイクリック振動ソフトラブの中の２つもしくはすべての振動事象が発生しているという状態である。この場合は要因判定中判定に１を加算する。なお、図１９に示す第３の判定テーブルの「要因評価中判定結果」が１または２に該当することになり、経過観察のために「何もしない旨を出力」となる。その後、再度評価サイクルを回して、３度この判定となったら、判定不可出力の処理を行う流れとなる。

【0143】

（ｂ）上記３件の判定結果のうち、０と判定された数が、２もしくは３の場合は、判定結果は０となる。この場合は、サーマル振動、サイクリック振動ハードラブ、サイクリック振動ソフトラブのどれか１つだけが発生している状態かいずれも発生していないか、どちらかの判定となる。この場合は、図１９に示す第３の判定テーブルの「要因評価中判定結果」が０に該当することになり、改めて判定がなされることになる。

【0144】

図１９は、第３の実施形態に係る回転機械診断方法のうちの定格回転運転時の故障発生個所の特定および診断方法における判定条件を示す第３の判定テーブルである。

【0145】

進行制御部１３７ａは、第１の判定テーブル１２６ａおよび第２の判定テーブル１２６ｂによる判定結果に基づいて、図１８に示す第３の判定テーブル１２６ｃにしたがって、以下のように総合判定を行う。すなわち、第３の判定テーブル１２６ｃは、図１０のステップＳ５１に対応する段階で用いるものである。

【0146】

図１９に示す第３の判定テーブル１２６ｃは、サーマル振動についての例を示しており、サイクリック振動（ソフトラブ）およびサイクリック振動（ハードラブ）についても、それぞれ同様のテーブルが準備されているが、説明を省略する。以下は、サーマル振動についての例を説明する。

【0147】

第３の判定テーブル１２６ｃの第１列は、ステップＳ４９におけるサーマル振動についての要因評価中判定結果であり、各行は、その回数の分類である。第２列は、サーマル振動以外の他の判定結果である。第３列は、それぞれのケースについての処理を示す。

【0148】

すべての軸受・方向において、サーマル振動についての判定結果が０のケースにおいては、サイクリック振動（ハードラブ）判定が０、かつサイクリック振動（ソフトラブ）判定が０、かつサーマル振動判定が０の場合は、何もしない旨を出力する。また、サイクリック振動（ハードラブ）判定が０より大、サイクリック振動（ソフトラブ）判定が０より大、サーマル振動判定が０より大のいずれかである場合は、不釣り合い位置推定ステップへ進む。

【0149】

すべての軸受・方向において、サーマル振動についての判定回数が１または２の場合は、何もしない旨を出力する。

【0150】

すべての軸受・方向において、サーマル振動についての判定回数が３以上の場合は、判定不可の旨を出力する。

【0151】

すべての軸受・方向において、当該事象の判定回数が１または２の場合は、何もしない旨を出力する。

【0152】

すべての軸受・方向において、当該事象の判定回数が３以上の場合は、判定不可の旨を出力する。

【0153】

なお、以上説明した、第１の判定テーブル１２６ａ、第２の判定テーブル１２６ｂ、および第３の判定テーブル１２６ｃのそれぞれによる振動モードの判定結果は、演算結果記憶部１２５に収納、保存され、出力部１４０により出力、表示可能である。

【0154】

以上のように、本実施形態においては、判定用のテーブルを収納し、効率的に判定が可能となる。

【0155】

以上、説明した実施形態によれば、ロータのアンバランス発生事象に関して、故障発生箇所の特定および故障要因の推定を可能とする回転機械診断装置および回転機械診断方法を提供することができる。
［その他の実施形態］

【0156】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。また、各実施形態は互いに背反する構成ではないことから、複数のあるいはすべての実施形態の特徴を組み合わせてもよい。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、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】

【0157】

１０…回転機械、１０ａ…回転部、１０ｂ…スリット、１０ｃ…反射テープ、１１…ロータシャフト、１２…低圧タービン、１３…発電機、１４…励磁装置、１５…軸受、１６…振動計、１７…位相検出器、１７ａ…基準マーカ、１７ｂ…パルス検出器、１８…回転数計、１００…回転機械診断装置、１１０…入力部、１２０…記憶部、１２１…参照データ記憶部、１２１ａ…判定テーブル、１２２…影響係数行列記憶部、１２３…振動データ記憶部、１２４…位相記憶部、１２５…演算結果記憶部、１２６…判定テーブル収納部、１３０…演算部、１３１…位相算出部、１３２…振動ベクトル導出部、１３３…差分ベクトル算出部、１３４…ポーラル線図用データ作成部、１３５…不釣り合い算出部、１３６…故障要因推定部、１３７…進行制御部、１３８…データ処理部、１４０…出力部、１５０…タイムカウンタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】