DE112021003960T5 - Überwachungsvorrichtung, überwachungsprogramm undüberwachungsverfahren für rotationsmaschine sowierotationsmaschinenausrüstung - Google Patents

Überwachungsvorrichtung, überwachungsprogramm undüberwachungsverfahren für rotationsmaschine sowierotationsmaschinenausrüstung Download PDF

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Katsuhisa HAMADA
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Abstract

Eine Überwachungsvorrichtung für eine Rotationsmaschine ist eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Zwischenraums einer Rotationsmaschine, die ein Gehäuse zum Aufnehmen eines rotierenden Teils und eines stationären Teils umfasst, umfassend: mindestens einen Positionssensor, der außerhalb des Gehäuses angeordnet und konfiguriert ist, um eine relative Position des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in einer radialen Richtung zu erfassen; und eine Schätzeinheit, die konfiguriert ist, um einen geschätzten Wert eines internen Zwischenraums zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil in dem Gehäuse basierend auf einem von dem mindestens einen Positionssensor erfassten Messwert zu erhalten.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungsvorrichtung, ein Überwachungsprogramm und ein Überwachungsverfahren für eine Rotationsmaschine, und eine Rotationsmaschinenausrüstung.
  • Diese Anmeldung nimmt die Priorität der am 10. November 2020 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-186961 in Anspruch, deren Inhalt hier unter Bezugnahme enthalten ist.
  • HINTERGRUND
  • In einer Rotationsmaschine, wie etwa einer Turbine, ist es erforderlich, einen Zwischenraum zwischen einem rotierenden Teil (Rotor) und einem stationären Teil (Gehäuse usw.) in geeigneter Weise zu überwachen, um einen Kontakt zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil zu verhindern.
  • Patentschrift 1 offenbart eine Reibungswartungsvorrichtung, die Abstandssensoren umfasst, die an vier Orten auf einem Außenumfang eines Rotors in einem Stopfbuchsenteil einer Dampfturbine angeordnet sind. Die Vorrichtung berechnet einen minimalen radialen Zwischenraum an den Positionen, an denen die Abstandssensoren installiert sind (Stopfbuchsenteil) basierend auf Erfassungsergebnissen der Abstandssensoren, und verwendet das Berechnungsergebnis, um einen Kontakt zwischen dem Rotor und einem stationären Teil an dem Stopfbuchsenteil zu überwachen.
  • Zitierliste
  • Patentliteratur
  • Patentschrift 1: JP H07-54606 A
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Technisches Problem
  • Unterdessen ist es erwünscht, um einen Kontakt zwischen einem rotierenden Teil und einem stationären Teil in einem Gehäuse einer Rotationsmaschine in geeigneter Weise zu unterdrücken, einen Zwischenraum zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil im Inneren des Gehäuses zu überwachen (nachstehend auch als ein interner Zwischenraum bezeichnet). Da allerdings die in Patentschrift 1 beschriebene Vorrichtung den internen Zwischenraum nicht überwacht, kann es unmöglich sein, den Kontakt zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil in dem Gehäuse in geeigneter Weise zu unterdrücken. Andererseits ist es möglich, den internen Zwischenraum unter Verwendung eines im Inneren des Gehäuses vorgesehenen Zwischenraumsensors zu messen. In diesem Fall ist es allerdings erforderlich, das Gehäuse jedes Mal für eine Installation oder eine Wartung des Zwischenraumsensors zu öffnen, was Kosten für die Installation oder die Wartung erhöht. Außerdem befindet sich das Innere des Gehäuses in einer Hochtemperatur- und Hochdruckumgebung, und der Zwischenraumsensor wird wahrscheinlich nicht funktionieren, wodurch es unmöglich wird, den Zwischenraum in geeigneter Weise zu überwachen.
  • In Anbetracht des Vorstehenden besteht eine Aufgabe von mindestens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darin, eine Überwachungsvorrichtung, ein Überwachungsprogramm und ein Überwachungsverfahren für eine Rotationsmaschine, und eine Rotationsmaschinenausrüstung bereitzustellen, die in der Lage sind, sowohl eine einfache Installation und Verwaltung eines Sensors, als auch eine geeignete Überwachung des internen Zwischenraums der Rotationsmaschine zu erzielen.
  • Lösung des Problems
  • Eine Überwachungsvorrichtung für eine Rotationsmaschine gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Zwischenraums einer Rotationsmaschine, die ein Gehäuse zum Aufnehmen eines rotierenden Teils und eines stationären Teils umfasst, umfassend: mindestens einen Positionssensor, der außerhalb des Gehäuses angeordnet und konfiguriert ist, um eine relative Position des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in einer radialen Richtung zu erfassen; und eine Schätzeinheit, die konfiguriert ist, um einen geschätzten Wert eines internen Zwischenraums zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil in dem Gehäuse basierend auf einem von dem mindestens einen Positionssensor erfassten Messwert zu erhalten.
  • Außerdem umfasst eine Rotationsmaschinenausrüstung gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung: eine Rotationsmaschine mit einem Gehäuse zum Aufnehmen eines rotierenden Teils und eines stationären Teils; und die vorstehend beschriebene Überwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Zwischenraums der Rotationsmaschine.
  • Außerdem ist ein Überwachungsprogramm für eine Rotationsmaschine gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Überwachungsprogramm zum Überwachen eines Zwischenraums einer Rotationsmaschine, die ein Gehäuse zum Aufnehmen eines rotierenden Teils und eines stationären Teils umfasst, wobei das Überwachungsprogramm konfiguriert ist, um einen Computer zu veranlassen, Folgendes zu implementieren: eine Prozedur zum Empfangen eines Signals, das einen Messwert einer relativen Position des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in einer radialen Richtung angibt, der von einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Positionssensor erfasst wird; und eine Prozedur zum Erhalten eines geschätzten Werts eines internen Zwischenraums zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil in dem Gehäuse basierend auf dem Messwert.
  • Außerdem ist ein Überwachungsverfahren für eine Rotationsmaschine gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Überwachungsverfahren zum Überwachen eines Zwischenraums einer Rotationsmaschine, die ein Gehäuse zum Aufnehmen eines rotierenden Teils und eines stationären Teils umfasst, umfassend: einen Schritt zum Erfassen einer relativen Position des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in einer radialen Richtung unter Verwendung eines außerhalb des Gehäuses angeordneten Positionssensors; und einen Schritt zum Erhalten eines geschätzten Werts eines internen Zwischenraums zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil in dem Gehäuse basierend auf einem von dem Positionssensor erfassten Messwert.
  • Vorteilhafte Effekte
  • Gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind eine Überwachungsvorrichtung, ein Überwachungsprogramm und ein Überwachungsverfahren für eine Rotationsmaschine, und eine Rotationsmaschinenausrüstung vorgesehen, die in der Lage sind, sowohl eine einfache Installation und Verwaltung eines Sensors als auch eine geeignete Überwachung eines internen Zwischenraums der Rotationsmaschine zu erzielen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Ansicht einer Rotationsmaschinenausrüstung mit einer Dampfturbine gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Dampfturbine.
    • 3A ist eine partiell vergrößerte Ansicht von 2.
    • 3B ist eine partielle Querschnittsansicht der Dampfturbine gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.
    • 4 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Überwachungs-/Steuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 5 ist ein Flussdiagramm eines Überwachungs-/Steuerverfahrens für eine Rotationsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass Abmessungen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von Komponenten, die in den Zeichnungen als Ausführungsbeispiele beschrieben oder gezeigt werden, nur zur Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken sollen, sofern sie nicht besonders gekennzeichnet sind.
  • Nachstehend wird ein Fall beschrieben, in dem eine Rotationsmaschine, die eine Rotationsmaschinenausrüstung bildet, gemäß einigen Ausführungsbeispielen eine Dampfturbine ist. Allerdings ist die Rotationsmaschine in der vorliegenden Erfindung nicht auf die Dampfturbine beschränkt, sondern kann eine andere Rotationsmaschine sein (z.B. eine Gasturbine usw.) .
  • (Konfiguration von Rotationsmaschinenausrüstung)
  • 1 ist eine schematische Ansicht einer Rotationsmaschinenausrüstung mit einer Dampfturbine gemäß einem Ausführungsbeispiel, und 2 ist eine schematische Querschnittsansicht der in 1 gezeigten Dampfturbine. 3A und 3B sind jeweils eine schematische Querschnittsansicht eines axialen Endes eines Gehäuses der Dampfturbine, das die Rotationsmaschinenausrüstung bildet, gemäß einem Ausführungsbeispiel. 3A ist eine partielle Ansicht von 2, und 3B ist eine schematische Querschnittsansicht der Dampfturbine gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. 4 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Überwachungs-/Steuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Eine Rotationsmaschinenausrüstung 100 gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst eine Dampfturbine (Rotationsmaschine) 1 (s. 1 bis 3B), und eine Überwachungs-/Steuervorrichtung 90 (s. 4) zum Überwachen und/oder Steuern eines Zwischenraums zwischen einem rotierenden Teil und einem stationären Teil der Dampfturbine 1.
  • (Konfiguration von Dampfturbine (Rotationsmaschine))
  • Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst die Dampfturbine 1 einen Rotor 12 (nicht in 1 gezeigt), der um eine zentrale Achse O rotierbar ist, und ein Außengehäuse (Gehäuse) 2 zum Aufnehmen des rotierenden Teils mit dem Rotor 12 und des stationären Teils.
  • Das Außengehäuse 2 ist konfiguriert, um einen Raum mit atmosphärischem Druck und einen Raum mit einem Druck, der höher oder niedriger als atmosphärischer Druck ist, zu trennen. Das Außengehäuse 2 umfasst einen auf der oberen Seite angeordneten oberen Gehäusehälftenabschnitt 2A und einen auf der unteren Seite in der Aufwärts-Abwärtsrichtung (d.h., die vertikale Richtung) angeordneten unteren Gehäusehälftenabschnitt 2B, und ein in dem oberen Gehäusehälftenabschnitt 2A angeordneter oberer Flanschabschnitt 3A und ein in dem unteren Gehäusehälftenabschnitt 2B angeordneter unterer Flanschabschnitt 3B sind mit einem Bolzen (nicht gezeigt) befestigt.
  • Das Außengehäuse 2 wird durch einen Tragsockel 8 getragen, der an einem Fundament 10 befestigt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der obere Gehäusehälftenabschnitt 2A Tragbeinabschnitte 4, die in der axialen Richtung (eine Richtung der zentralen Achse O des Rotors) hervorstehen, und wird durch den Tragsockel 8 über die Tragbeinabschnitte 4 getragen. In dem in 1 gezeigten Außengehäuse 2 ist der obere Gehäusehälftenabschnitt 2A an beiden Enden in der axialen Richtung mit einem Paar von Tragbeinabschnitten 4 an beiden Seiten der zentralen Achse O in einer Draufsicht versehen, d.h., mit insgesamt vier Tragbeinabschnitten 4 versehen.
  • Wie in 2 gezeigt, umfasst der in dem Außengehäuse 2 aufgenommene rotierende Teil den Rotor 12, der durch ein Lager (nicht gezeigt) rotierend getragen wird, und eine Vielzahl von Rotorblättern bzw. Rotorschaufeln 14, die in dem Rotor 12 so angeordnet sind, dass sie aus dem Rotor 12 radial hervorstehen. Wie in 2 gezeigt, ist der Rotor 12 so angeordnet, dass er durch das Außengehäuse 2 dringt. In dem in 2 gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Rotor 12 mit mehreren Stufen der Rotorblätter bzw. Rotorschaufeln 14 versehen, die axial voneinander beabstandet sind.
  • Wie in 2 gezeigt, umfassen in dem Außengehäuse 2 aufgenommene stationäre Teile ein Innengehäuse 16, das von dem Außengehäuse 2 getragen wird, einen Blattring bzw. Schaufelring 18, der von dem Innengehäuse 16 getragen wird, Leitschaufeln 19 und einen Blindring 20, und innere Stopfbuchsenteile 22, die an beiden Enden des Außengehäuses 2 in der axialen Richtung angeordnet sind. Die Leitschaufeln 19 werden von dem Innengehäuse 16 über den Blattring bzw. Schaufelring 18 getragen, und sind so angeordnet, dass sie sich stromaufwärts der Rotorblätter bzw. Rotorschaufeln 14 von jeder Stufe in der axialen Richtung befinden.
  • Im Inneren des Außengehäuses 2 liegt ein Zwischenraum zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil in der radialen Richtung vor. In der vorliegenden Spezifikation wird der radiale Zwischenraum zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil im Inneren des Außengehäuses 2 (Gehäuse) als ein interner Zwischenraum bezeichnet. Der interne Zwischenraum ist z.B. ein Zwischenraum zwischen einer Spitze des Rotorblatts bzw. der Rotorschaufel 14 und des Blattrings bzw. Schaufelrings 18, ein Zwischenraum zwischen dem Rotor 12 und einer Spitze der Leitschaufeln 19, ein Zwischenraum zwischen dem Rotor 12 und einer Dichtungsrippe (nicht gezeigt), die in dem Blindring 20 angeordnet ist, oder dergleichen.
  • Wie in 2 bis 3B gezeigt, sind an den Enden des Außengehäuses 2 in der axialen Richtung äußere Stopfbuchsenteile 24 vorgesehen, um einen Flüssigkeitsaustritt von der Innenseite zu der Außenseite des Außengehäuses 2 oder einen Lufteinlass von der Außenseite zu der Innenseite des Außengehäuses 2 zu unterdrücken. Der äußere Stopfbuchsenteil 24 ist auf einer axialen Endoberfläche 2a des Außengehäuses 2 montiert, wodurch ein geöffneter Abschnitt an dem axialen Ende des Außengehäuses 2 geschlossen wird. Der äußere Stopfbuchsenteil 24 umfasst eine Dampfkammer 26, die mit Stopfbuchsendampf versorgt wird, und eine Stopfbuchsenpackung 28, die dem Rotor 12 zugewandt angeordnet ist.
  • In einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Rotationsmaschinenausrüstung 100 Temperatursteuerteile 60 zum Erhitzen oder Kühlen mindestens eines Abschnitts des Außengehäuses 2 oder des Tragsockels 8. Durch Erhitzen oder Kühlen mindestens eines Abschnitts des Außengehäuses 2 oder des Tragsockels 8 mit den Temperatursteuerteilen 60 ist es möglich, die Größe einer thermischen Ausdehnung des Außengehäuses 2 oder des Tragsockels 8 einzustellen, wodurch es möglich wird, die Form oder die Position des Außengehäuses 2 einzustellen. Deshalb kann durch geeignetes Einstellen der Form oder der Position des Außengehäuses 2 mit den Temperatursteuerteilen 60 der interne Zwischenraum der Dampfturbine 1 in einem geeigneten Bereich aufrechterhalten werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel umfassen z.B. die Temperatursteuerteile 60, wie in 1 gezeigt, Heizteile 62 zum Erhitzen des Tragsockels 8 zum Tragen des Außengehäuses 2, und Kühlteile 64 zum Kühlen der Tragbeinabschnitte 4 des Außengehäuses 2. In diesem Fall dehnt sich der Tragsockel 8 in der vertikalen Richtung thermisch aus, indem der Tragsockel 8 mit den Heizteilen 62 erhitzt wird, und die Position des Außengehäuses 2 wird derart geändert, dass das Außengehäuse 2 angehoben wird. Andererseits wird das Außengehäuse 2 durch Kühlen der Tragbeinabschnitte 4 mit den Kühlteilen derart verformt, dass das Außengehäuse 2 absinkt.
  • Die Heizteile 62 können Erhitzer sein, die konfiguriert sind, um Wärme unter Verwendung von elektrischer Energie zu erzeugen. In dem in 1 gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel umfassen die Heizteile 62 plattenförmige Erhitzer, die auf der Oberfläche des Tragsockels 8 zum Tragen der Tragbeinabschnitte 4 angeordnet sind.
  • Die Kühlteile 64 können konfiguriert sein, um den Tragbeinabschnitten 4 eine Kühlflüssigkeit zuzuführen. In dem in 1 gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel umfassen die Kühlteile 64 Düsen, die konfiguriert sind, um Luft als eine Kühlflüssigkeit in Richtung der Tragbeinabschnitte 4 auszustoßen.
  • (Konfiguration von Überwachungs-/Steuervorrichtung)
  • Die Überwachungs-/Steuervorrichtung (Überwachungsvorrichtung) 90 umfasst mindestens einen Positionssensor 30, der außerhalb des Außengehäuses angeordnet ist, und eine Verarbeitungseinheit 50 zum Empfangen und Verarbeiten eines Signals von dem Positionssensor 30. Die Überwachungs-/Steuervorrichtung 90 kann ferner einen Zustandsgrößensensor 40 (nicht in 1 bis 3B gezeigt) zum Messen einer Zustandsgröße umfassen, die den Zustand der Dampfturbine 1 anzeigt.
  • Der Positionssensor 30 ist konfiguriert, um eine relative Position des Außengehäuses 2 zu dem rotierenden Teil der Dampfturbine 1 in der radialen Richtung an einer Position außerhalb des Außengehäuses 2 zu erfassen.
  • Eine Temperatur an der Position außerhalb des Außengehäuses 2, an der der Positionssensor 30 angeordnet ist (d.h., eine Position in der Nähe des äußeren Stopfbuchsenteils 24) beträgt in etwa 100 °C. Andererseits befindet sich das Innere des Außengehäuses 2 auf einer relativ hohen Temperatur von etwa 300 °C bis 500 °C. Da außerdem der äußere Stopfbuchsenteil 24 durch den Stopfbuchsendampf gekühlt wird, ist die Temperatur außerhalb des Außengehäuses 2 relativ konstant.
  • In einigen Ausführungsbeispielen kann z.B. der Positionssensor 30, wie in 3A gezeigt, in Kontakt mit atmosphärischem Druck angeordnet sein.
  • In einigen Ausführungsbeispielen wird z.B. der Positionssensor 30, wie in 3A und 3B gezeigt, von dem Außengehäuse 2 oder einem an dem Außengehäuse 2 montierten Element getragen, und so angeordnet, dass er dem Rotor 12 an der Position außerhalb des Außengehäuses 2 zugewandt ist.
  • In dem in 3A gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Positionssensor 30 außerhalb des äußeren Stopfbuchsenteils 24 angeordnet und wird von dem äußeren Stopfbuchsenteil 24 über ein Tragelement 32 getragen. In diesem Fall kontaktiert der Positionssensor 30 atmosphärischen Druck. In dem in 3B gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Positionssensor 30 in dem äußeren Stopfbuchsenteil 24 angeordnet und wird von dem äußeren Stopfbuchsenteil 24 über das Tragelement 32 getragen. In diesem Fall kontaktiert der Positionssensor 30 einen Druck zwischen einem Stopfbuchsendampfdruck und atmosphärischem Druck.
  • Der Positionssensor 30 ist konfiguriert, um einen radialen Abstand G (s. 3A und 3B) zwischen dem Positionssensor 30 und dem dem Positionssensor 30 zugewandten Rotor 12 zu erfassen. Somit wird die relative Position des Außengehäuses 2 zu dem Rotor 12 (rotierender Teil) in der radialen Richtung an der Montageposition (die Position außerhalb des Außengehäuses 2) des Positionssensors 30 erfasst.
  • Der Positionssensor 30 kann ein nicht-kontaktierender Abstandsensor sein, und er kann z.B. ein Wirbelstromsensor, ein kapazitiver Sensor oder ein optischer Sensor sein.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist die dem Positionssensor 30 zugewandte Oberfläche des Rotors 12 denselben Durchmesser über das gesamte Umfangsgebiet des Rotors 12 auf. Außerdem entspricht in einem Ausführungsbeispiel der Durchmesser des dem Positionssensor 30 zugewandten Rotors 12 dem Durchmesser des Rotors 12 in dem äußeren Stopfbuchsenteil 24.
  • Nachstehend wird die von dem Positionssensor 30 erfasste vorstehend beschriebene relative Position (oder der Abstand G) der Einfachheit halber als ein externer Zwischenraum bezeichnet.
  • In dem in 2 gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst der mindestens eine Positionssensor 30 einen oberen Sensor 30A zum Erfassen der vorstehend beschriebenen relativen Position (externer Zwischenraum) an der Spitze des Rotors 12, und einen unteren Sensor 30B zum Erfassen der vorstehend beschriebenen relativen Position (externer Zwischenraum) auf dem Boden des Rotors 12. Somit ist es möglich, unter Verwendung eines Erfassungsergebnisses der vorstehend beschriebenen relativen Position (externer Zwischenraum) in jedem des an der Spitze und auf dem Boden des Rotors 12 angeordneten oberen Sensors 30A und unteren Sensors 30B eine durch eine nachstehend beschriebene Schätzeinheit 54 (Verarbeitungseinheit 50) geschätzte Schätzgenauigkeit des internen Zwischenraums zu verbessern.
  • Außerdem umfasst der mindestens eine Positionssensor 30 in einigen Ausführungsbeispielen ein Paar von Positionssensoren 30, die an den beiden Seiten des Außengehäuses 2 in der axialen Richtung angeordnet sind. In dem in 2 gezeigten exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst der mindestens eine Positionssensor 30 ein Paar von oberen Sensoren 30A und ein Paar von unteren Sensoren 30B, die an den beiden Seiten des Außengehäuses 2 in der axialen Richtung angeordnet sind. Somit ist es möglich, unter Verwendung eines Erfassungsergebnisses der vorstehend beschriebenen relativen Position (externer Zwischenraum) in jedem des Paars von Positionssensoren 30, die an den beiden Seiten des Rotors 12 in der axialen Richtung angeordnet sind, eine durch die nachstehend beschriebene Schätzeinheit 54 (Verarbeitungseinheit 50) geschätzte Schätzgenauigkeit des internen Zwischenraums zu verbessern.
  • Das Erfassungsergebnis der Zustandsgröße von dem Zustandsgrößensensor 40 wird verwendet, um einen geschätzten Wert des internen Zwischenraums in der nachstehend beschriebenen Schätzeinheit 54 (Verarbeitungseinheit 50) zu berechnen. Der Zustandsgrößensensor 40 kann z.B. mindestens eines von einem Temperatursensor zum Messen einer Einlassdampftemperatur der Dampfturbine 1, einem Drucksensor zum Messen eines Einlassdrucks, einem Temperatursensor zum Messen einer Auslassdampftemperatur, einem Drucksensor zum Messen eines Auslassdrucks, einem Drehzahlsensor zum Messen einer Drehzahl des Rotors 12, einem Temperatursensor zum Messen einer Oberflächentemperatur des Rotors 12 oder einem Temperatursensor zum Messen einer Temperatur des Gehäuses (das Außengehäuse 2 usw.) umfassen.
  • Die Verarbeitungseinheit 50 ist konfiguriert, um ein Signal von dem Positionssensor 30 und/oder dem Zustandsgrößensensor 40 zu empfangen und zu verarbeiten. Wie in 4 gezeigt, umfasst die Verarbeitungseinheit 50 eine Sensordatenermittlungseinheit 52, die Schätzeinheit 54, eine Bestimmungseinheit 56 und eine Steuereinheit 58.
  • Die Sensordatenermittlungseinheit 52 ist konfiguriert, um ein Signal zu empfangen, das einen von jedem Sensor aus dem Positionssensor 30 und/oder dem Zustandsgrößensensor 40 gemessenen Wert anzeigt.
  • Die Schätzeinheit 54 ist konfiguriert, um den geschätzten Wert des internen Zwischenraums zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil in dem Außengehäuse 2 basierend auf dem von dem Positionssensor 30 erfassten Messwert zu erhalten (das von der Sensordatenermittlungseinheit 52 empfangene Signal).
  • Die Bestimmungseinheit 56 ist konfiguriert, um basierend auf dem von der Schätzeinheit 54 geschätzten Wert des internen Zwischenraums zu bestimmen, ob die Form oder die Position des Außengehäuses 2 geändert werden soll.
  • Wenn die Bestimmungseinheit 56 bestimmt, dass die Form oder die Position des Außengehäuses 2 geändert werden muss, ist die Steuereinheit 58 konfiguriert, um die Form oder die Position des Außengehäuses 2 so zu ändern, dass der interne Zwischenraum innerhalb eines spezifizierten Bereichs fällt. Die Steuereinheit 58 kann konfiguriert sein, um die Temperatursteuerteile 60 so zu steuern, dass der vorstehend beschriebene interne Zwischenraum z.B. innerhalb des spezifizierten Bereichs fällt.
  • Die Verarbeitungseinheit 50 kann einen Rechner mit einem Prozessor (wie etwa eine CPU), einer Speichervorrichtung (Memory-Vorrichtung; wie etwa ein RAM), einem Hilfsspeicherteil, einer Schnittstelle und dergleichen umfassen. Die Verarbeitungseinheit 50 ist konfiguriert, um das Signal von dem vorstehend beschriebenen Positionssensor 30 und/oder dem Zustandsgrößensensor 40 über die Schnittstelle zu empfangen. Der Prozessor ist konfiguriert, um das somit empfangene Signal zu verarbeiten. Außerdem ist der Prozessor konfiguriert, um in der Speichervorrichtung geladene Programme zu verarbeiten. Dadurch wird die Funktion von jeder vorstehend beschriebenen funktionalen Einheit (wie etwa die Schätzeinheit 54) realisiert.
  • Die Verarbeitungsinhalte in der Verarbeitungseinheit 50 können als Programme implementiert werden, die von dem Prozessor ausgeführt werden. Die Programme können in dem Hilfsspeicherteil gespeichert sein. Bei Ausführung werden diese Programme in die Speichervorrichtung geladen. Der Prozessor liest die Programme aus der Speichervorrichtung aus, um in den Programmen enthaltene Instruktionen auszuführen.
  • Da bei der Überwachungs-/Steuervorrichtung (Überwachungsvorrichtung) 90 mit der vorstehenden Konfiguration der Positionssensor 30 zum Erfassen der relativen Position des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in der radialen Richtung außerhalb des Außengehäuses 2 der Dampfturbine (Rotationsmaschine) 1 angeordnet ist, kann eine Installation oder eine Verwaltung des Positionssensors 30 im Vergleich zu einem Fall vereinfacht werden, in dem der Positionssensor im Inneren des Außengehäuses 2 angeordnet ist. D.h., es ist möglich, den Positionssensor 30 zu installieren/zu ersetzen, oder die Genauigkeit des Positionssensors 30 zu überprüfen, ohne das Außengehäuse 2 zu öffnen. Außerdem wird der Positionssensor 30 im Vergleich zu dem Fall, in dem der Positionssensor im Inneren des Außengehäuses 2 in einer Hochtemperatur- und Hochdruckumgebung angeordnet ist, weniger wahrscheinlich nicht funktionieren. Außerdem kann in der Überwachungs-/Steuervorrichtung (Überwachungsvorrichtung) 90 mit der vorstehenden Konfiguration der interne Zwischenraum der Dampfturbine 1 basierend auf dem geschätzten Wert in geeigneter Weise überwacht werden, da der geschätzte Wert des internen Zwischenraums der Dampfturbine 1 basierend auf dem Erfassungsergebnis der vorstehend beschriebenen relativen Position (externer Zwischenraum) von dem Positionssensor 30 erhalten wird. Dadurch ist es z.B. möglich, den Kontakt zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil effektiv zu unterdrücken. Demgemäß ist es mit der vorstehend beschriebenen Überwachungs-/Steuervorrichtung (Überwachungsvorrichtung) 90 möglich, sowohl eine einfache Installation und Verwaltung des Positionssensors 30 als auch eine geeignete Überwachung des internen Zwischenraums der Dampfturbine 1 zu erzielen.
  • (Überwachungs-/Steuerfluss für Rotationsmaschine)
  • Im Folgenden wird ein Fluss eines Verfahrens zum Überwachen/Steuern der Dampfturbine (Rotationsmaschine) 1 gemäß einigen Ausführungsbeispielen beschrieben. Nachstehend wird ein Fall beschrieben, in dem die Rotationsmaschine unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Überwachungs-/Steuervorrichtung 90 überwacht/gesteuert wird. Allerdings kann ein Teil von oder die gesamte nachstehend beschriebene Prozedur manuell durchgeführt werden.
  • 5 ist ein Flussdiagramm des Überwachungs-/Steuerverfahrens für die Rotationsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel. In einem Ausführungsbeispiel wird zunächst die relative Position (externer Zwischenraum) des Außengehäuses 2 zu dem rotierenden Teil der Dampfturbine 1 in der radialen Richtung unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Positionssensors 30 gemessen (S102). Außerdem wird die Zustandsgröße, die den Zustand der Dampfturbine 1 anzeigt, unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Zustandsgrößensensors 40 ermittelt (S104). Hier umfasst die Zustandsgröße z.B. mindestens eines von der Einlassdampftemperatur, dem Einlassdruck, der Auslassdampftemperatur, dem Auslassdruck der Dampfturbine 1, der Drehzahl des Rotors 12, der Oberflächentemperatur des Rotors 12 oder der Temperatur des Gehäuses (Außengehäuse 2 usw.) .
  • Die Ausführungsreihenfolge der vorstehend beschriebenen Schritte S102 und S104 ist nicht beschränkt. D.h., die Schritte S102 und S104 können in irgendeiner Reihenfolge durchgeführt werden, oder die Schritte S102 und S104 können gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Dann berechnet die Schätzeinheit 54 den geschätzten Wert des internen Zwischenraums zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil in dem Außengehäuse 2 basierend auf dem in Schritt S102 erhaltenen Messwert des externen Zwischenraums (S106). In Schritt S106 kann der vorstehend beschriebene geschätzte Wert des internen Zwischenraums basierend auf dem in Schritt S102 erhaltenen Messwert des externen Zwischenraums und dem in Schritt S104 erhaltenen Messwert der Zustandsgröße berechnet werden.
  • In Schritt S106 kann der geschätzte Wert des internen Zwischenraums an jeder einer Vielzahl von Positionen in der Umfangsrichtung berechnet werden. Beispielsweise können/kann der geschätzte Wert des internen Zwischenraums an der Spitze des Rotors 12 und/oder der geschätzte Wert des internen Zwischenraums auf dem Boden des Rotors 12 ermittelt werden.
  • In Schritt S106 kann der geschätzte Wert des internen Zwischenraums an jeder einer Vielzahl von Positionen in der axialen Richtung berechnet werden. Beispielsweise können jeweils die geschätzten Werte des Zwischenraums zwischen dem Blattring bzw. Schaufelring 18 und der Spitze von jeder der mehreren Stufen an Rotorblättern bzw. Rotorschaufeln 14 und/oder des Zwischenraums zwischen dem Rotor 12 und der Spitze von jeder der mehreren Stufen der Leitschaufeln 19, und/oder des Zwischenraums zwischen dem Rotor 12 und jeder einer Vielzahl von Dichtungsrippen, die in dem Blindring 20 angeordnet sind, berechnet werden.
  • Einige Beispiele eines Verfahrens zum Schätzen des internen Zwischenraums in Schritt S106 werden nachstehend beschrieben.
  • Dann ist die Bestimmungseinheit 56 konfiguriert, um basierend auf dem in Schritt S106 erhaltenen geschätzten Wert des internen Zwischenraums zu bestimmen, ob die Form oder die Position des Außengehäuses 2 geändert werden soll.
  • Wenn in Schritt S108 z.B. der geschätzte Wert des internen Zwischenraums innerhalb des spezifizierten Bereichs (innerhalb eines geeigneten Bereichs) liegt, dann bestimmt die Bestimmungseinheit 56, dass die Form oder die Position des Außengehäuses 2 nicht geändert werden muss (Ja in S108). In diesem Fall wird dieser Fluss, so wie er ist, beendet. Wenn andererseits der geschätzte Wert des internen Zwischenraums außerhalb des spezifizierten Bereichs (außerhalb des geeigneten Bereichs) liegt, dann bestimmt die Bestimmungseinheit 56, dass die Form oder die Position des Außengehäuses 2 geändert werden muss (Nein in S108). In diesem Fall fährt der Prozess bei Schritt S110 fort.
  • In Schritt S110 wird die Form oder die Position des Außengehäuses 2 so geändert, dass der interne Zwischenraum innerhalb des spezifischen Bereichs fällt. In Schritt S110 kann die Steuereinheit 58 die Temperatursteuerteile 60 (die Heizteile 62 und die Kühlteile 64) in geeigneter Weise so steuern, dass das Außengehäuse 2 eine gewünschte Form oder Position aufweist.
  • Falls z.B. in Schritt S108 bestimmt wird, dass der geschätzte Wert des internen Zwischenraums an der Spitze des Rotors 12 kleiner als der spezifizierte Bereich ist, dann kann in Schritt S110 die Größe einer thermischen Ausdehnung des Tragsockels 8 eingestellt werden, indem der Tragsockel 8 mit den Heizteilen 62 erhitzt wird, und die Position des Außengehäuses 2 kann so geändert werden, dass das Außengehäuse 2 angehoben wird. Falls alternativ in Schritt S108 bestimmt wird, dass der geschätzte Wert des internen Zwischenraums auf dem Boden des Rotors 12 kleiner als der spezifizierte Bereich ist, kann das Außengehäuse 2 in Schritt S110 verformt werden, so dass es absinkt, indem die Kühlflüssigkeit den Tragbeinabschnitten 4 mit den Kühlteilen 64 zugeführt wird.
  • Die Prozedur der Schritte S102 bis S110 kann wiederholt werden, bis der geschätzte Wert des internen Zwischenraums innerhalb des spezifizierten Bereichs fällt.
  • (Schätzverfahren für internen Zwischenraum)
  • In Schritt S106 kann der geschätzte Wert des internen Zwischenraums z.B. mit einem nachstehend beschriebenen Verfahren unter Verwendung des Messwerts des externen Zwischenraums ermittelt werden.
  • Beispielsweise kann der geschätzte Wert des internen Zwischenraums in Schritt S106 durch einfache Schätzung basierend auf der Zustandsgröße der Dampfturbine 1 ermittelt werden. In diesem Fall werden zunächst basierend auf dem in Schritt S104 ermittelten Messwert der Zustandsgröße der Dampfturbine 1 vorläufig geschätzte Werte (temporär geschätzte Werte) des internen Zwischenraums und des externen Zwischenraums durch einfache Schätzung berechnet, die eine im Voraus ermittelte Schätzgleichung oder dergleichen verwendet. Die vorstehend beschriebene Schätzgleichung ist eine Gleichung, die die Beziehung zwischen der Zustandsgröße der Dampfturbine 1 und dem internen/externen Zwischenraum ausdrückt. Dann wird der geschätzte Wert des internen Zwischenraums basierend auf dem in Schritt S102 ermittelten Messwert des externen Zwischenraums und dem vorstehend beschriebenen vorläufig geschätzten Wert des externen Zwischenraums ermittelt, indem der vorstehend beschriebene vorläufig geschätzte Wert des internen Zwischenraums korrigiert wird. Beispielsweise kann der geschätzte Wert des internen Zwischenraums ermittelt werden, indem eine Differenz zwischen dem Messwert des externen Zwischenraums und dem vorläufig geschätzten Wert des externen Zwischenraums ermittelt wird, und diese Differenz zu dem vorstehend beschriebenen vorläufig geschätzten Wert des internen Zwischenraums addiert wird.
  • Alternativ kann in Schritt S106 der geschätzte Wert des internen Zwischenraums durch eine numerische Analyse mit der Finite-Elemente-Methode (FEM: „Finite Element Method“) oder einem Analyseverfahren, das das Modell der Finite-Elemente-Methode vereinfacht („Model Order Reduction“; MOR), ermittelt werden. In diesem Fall werden zunächst, unter Verwendung des in Schritt S104 ermittelten Messwerts der Zustandsgröße der Dampfturbine 1 als eine Eingabe (Grenzbedingung), die vorläufig geschätzten Werte (temporär geschätzte Werte) des internen Zwischenraums und des externen Zwischenraums durch das FEM- oder MOR-Verfahren berechnet. Dann wird der geschätzte Wert des internen Zwischenraums basierend auf dem in Schritt S102 ermittelten Messwert des externen Zwischenraums und dem vorstehend beschriebenen vorläufig geschätzten Wert des externen Zwischenraums ermittelt, indem der vorstehend beschriebene vorläufig geschätzte Wert des internen Zwischenraums korrigiert wird. Beispielsweise kann der geschätzte Wert des internen Zwischenraums ermittelt werden, indem eine Differenz zwischen dem Messwert des externen Zwischenraums und dem vorläufig geschätzten Wert des externen Zwischenraums ermittelt wird, und diese Differenz zu dem vorstehend beschriebenen vorläufig geschätzten Wert des internen Zwischenraums addiert wird.
  • Alternativ kann der geschätzte Wert des internen Zwischenraums in Schritt S106 unter Verwendung eines Schätzmodells durch eine Analyse ermittelt werden, die künstliche Intelligenz (KI), wie etwa Maschinenlernen, verwendet. Dieses Schätzmodell ist ein Schätzmodell, das die Zustandsgröße der Dampfturbine 1 und den externen Zwischenraum als Eingaben nimmt, und den internen Zwischenraum der Dampfturbine 1 als eine Ausgabe nimmt. In diesem Fall wird der geschätzte Wert des internen Zwischenraums unter Verwendung des in Schritt S102 ermittelten Messwerts des externen Zwischenraums und des in Schritt S104 ermittelten Messwerts der Zustandsgröße der Dampfturbine 1 als die Eingaben des vorstehend beschriebenen Schätzmodells und mit dem Berechnungsergebnis, das das Schätzmodell verwendet, als die Ausgabe ermittelt. Es ist zu beachten, dass das vorstehend beschriebene Schätzmodell ein gelerntes Schätzmodell sein kann, das bereits unter Verwendung von Lerndaten durch Maschinenlernen gelernt wurde.
  • Die in den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Inhalte würden z.B. wie folgt verstanden werden.
  • (1) Eine Überwachungsvorrichtung (wie etwa die vorstehend beschriebene Überwachungs-/Steuervorrichtung 90) für eine Rotationsmaschine (wie etwa die vorstehend beschriebene Dampfturbine 1) gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Zwischenraums einer Rotationsmaschine, die ein Gehäuse (wie etwa das vorstehend beschriebene Außengehäuse 2) zum Aufnehmen eines rotierenden Teils und eines stationären Teils umfasst, umfassend: mindestens einen Positionssensor (30), der außerhalb des Gehäuses angeordnet und konfiguriert ist, um eine relative Position des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in einer radialen Richtung zu erfassen; und eine Schätzeinheit (54), die konfiguriert ist, um einen geschätzten Wert eines internen Zwischenraums zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil in dem Gehäuse basierend auf einem von dem mindestens einen Positionssensor erfassten Messwert zu erhalten.
  • Da in der vorstehenden Konfiguration (1) der Positionssensor zum Erfassen der relativen Position des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in der radialen Richtung außerhalb des Gehäuses der Rotationsmaschine angeordnet ist, kann eine Installation oder eine Verwaltung des Positionssensors im Vergleich zu dem Fall vereinfacht werden, in dem der Positionssensor im Inneren des Gehäuses angeordnet ist. Da außerdem in der vorstehenden Konfiguration (1) der geschätzte Wert des internen Zwischenraums der Rotationsmaschine basierend auf dem Erfassungsergebnis der vorstehend beschriebenen relativen Position von dem Positionssensor erhalten wird, kann der interne Zwischenraum der Rotationsmaschine basierend auf dem geschätzten Wert in geeigneter Weise überwacht werden. Dadurch ist es z.B. möglich, den Kontakt zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil effektiv zu unterdrücken. Demgemäß ist es mit der vorstehenden Konfiguration (1) möglich, sowohl eine einfache Installation und Verwaltung des Positionssensors als auch eine geeignete Überwachung des internen Zwischenraums der Rotationsmaschine zu erzielen.
  • (2) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß der vorstehenden Konfiguration (1) umfasst die Rotationsmaschine ein äußeres Stopfbuchsenteil, das an einem Ende des Gehäuses in einer axialen Richtung angeordnet ist, und der Positionssensor wird von dem äußeren Stopfbuchsenteil getragen.
  • Da mit der vorstehenden Konfiguration (2) der Positionssensor so angeordnet ist, dass er von dem äußeren Stopfbuchsenteil getragen wird, kann eine Installation oder Verwaltung des Positionssensors vereinfacht werden.
  • (3) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß der vorstehenden Konfiguration (1) oder (2) umfasst der mindestens eine Positionssensor ein Paar von Positionssensoren, die auf beiden Seiten des Gehäuses in einer axialen Richtung angeordnet sind.
  • Da mit der vorstehenden Konfiguration (3) ein Paar von Positionssensoren auf den beiden Seiten des Gehäuses in der axialen Richtung angeordnet sind, kann der interne Zwischenraum in geeigneterer Weise geschätzt werden, als in dem Fall, in dem der Positionssensor nur auf einer Seite des Gehäuses angeordnet ist.
  • (4) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß einer der vorstehenden Konfigurationen (1) bis (3) ist die Schätzeinheit konfiguriert, um den geschätzten Wert des internen Zwischenraums basierend auf einer Zustandsgröße, die einen Zustand der Rotationsmaschine angibt, und dem von dem Positionssensor erhaltenen Messwert zu berechnen.
  • Mit der vorstehenden Konfiguration (4) kann der geschätzte Wert des internen Zwischenraums basierend auf der Zustandsgröße, die den Zustand der Rotationsmaschine anzeigt, und dem Messwert, der von dem Positionssensor ermittelt wird, in geeigneter Weise berechnet werden. Somit ist es möglich, den internen Zwischenraum der Rotationsmaschine basierend auf dem berechneten geschätzten Wert in geeigneter Weise zu überwachen.
  • (5) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß einer der vorstehenden Konfigurationen (1) bis (3) ist die Schätzeinheit konfiguriert, um den geschätzten Wert des internen Zwischenraums mit einem Schätzmodell zu berechnen, das eine Zustandsgröße, die einen Zustand der Rotationsmaschine angibt, und den von dem Positionssensor erhaltenen Messwert als Eingaben verwendet.
  • Mit der vorstehenden Konfiguration (5) kann der geschätzte Wert des internen Zwischenraums mit dem Schätzmodell in geeigneter Weise berechnet werden, das die Zustandsgröße, die den Zustand der Rotationsmaschine anzeigt, und den Messwert, der von dem Positionssensor erhalten wird, als die Eingaben verwendet. Somit ist es möglich, den internen Zwischenraum der Rotationsmaschine basierend auf dem berechneten geschätzten Wert in geeigneter Weise zu überwachen.
  • (6) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß der vorstehenden Konfiguration (4) oder (5) ist die Schätzeinheit konfiguriert, um den geschätzten Wert des internen Zwischenraums zu ermitteln, indem ein vorläufiger geschätzter Wert des internen Zwischenraums und ein vorläufiger geschätzter Wert der relativen Position aus der Zustandsgröße, die den Zustand der Rotationsmaschine angibt, berechnet wird, und eine Differenz zwischen dem von dem Positionssensor erhaltenen Messwert und dem vorläufigen geschätzten Wert der relativen Position zu dem vorläufigen geschätzten Wert des internen Zwischenraums addiert wird.
  • Da mit der vorstehenden Konfiguration (6) der geschätzte Wert des internen Zwischenraums ermittelt wird, indem die Differenz zwischen dem Messwert und dem vorläufig geschätzten Wert der relativen Position (d.h., der externe Zwischenraum) des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in der radialen Richtung zu dem vorläufig geschätzten Wert des internen Zwischenraums addiert wird, ist es möglich, den geschätzten Wert des internen Zwischenraums in geeigneter Weise zu berechnen. Somit ist es möglich, den internen Zwischenraum der Rotationsmaschine basierend auf dem berechneten geschätzten Wert in geeigneter Weise zu überwachen.
  • (7) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß einer der vorstehenden Konfigurationen (1) bis (6) umfasst die Überwachungsvorrichtung für die Rotationsmaschine: eine Bestimmungseinheit (56), die konfiguriert ist, um basierend auf dem geschätzten Wert des internen Zwischenraums zu bestimmen, ob eine Form oder eine Position des Gehäuses geändert werden soll.
  • Mit der vorstehenden Konfiguration (7) ist es möglich, basierend auf dem geschätzten Wert des internen Zwischenraums in geeigneter Weise zu bestimmen, ob die Form oder die Position des Gehäuses geändert werden soll. Wenn z.B. der geschätzte Wert des internen Zwischenraums außerhalb des spezifizierten Bereichs liegt, dann ist es möglich, zu bestimmen, dass sich die Form oder die Position des Gehäuses geändert hat. Somit ist es möglich, den Kontakt zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil effektiv zu unterdrücken, indem die Form oder die Position des Gehäuses basierend auf diesem Bestimmungsergebnis in geeigneter Weise geändert wird.
  • (8) Eine Rotationsmaschinenausrüstung (100) gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst: eine Rotationsmaschine (wie etwa die vorstehend beschriebene Dampfturbine 1) mit einem Gehäuse zum Aufnehmen eines rotierenden Teils und eines stationären Teils; und die Überwachungsvorrichtung (wie etwa die vorstehend beschriebene Überwachungs-/Steuervorrichtung 90) nach einem der vorstehenden (1) bis (7) zum Überwachen eines Zwischenraums der Rotationsmaschine.
  • Da in der vorstehenden Konfiguration (8) der Positionssensor zum Erfassen der relativen Position des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in der radialen Richtung außerhalb des Gehäuses der Rotationsmaschine angeordnet ist, kann eine Installation oder eine Verwaltung des Positionssensors im Vergleich zu dem Fall vereinfacht werden, in dem der Positionssensor im Inneren des Gehäuses angeordnet ist. Da außerdem in der vorstehenden Konfiguration (8) der geschätzte Wert des internen Zwischenraums der Rotationsmaschine basierend auf dem Erfassungsergebnis der vorstehend beschriebenen relativen Position von dem Positionssensor erhalten wird, kann der interne Zwischenraum der Rotationsmaschine basierend auf dem geschätzten Wert in geeigneter Weise überwacht werden. Dadurch ist es z.B. möglich, den Kontakt zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil effektiv zu unterdrücken. Demgemäß ist es mit der vorstehenden Konfiguration (8) möglich, sowohl eine einfache Installation und Verwaltung des Positionssensors als auch eine geeignete Überwachung des internen Zwischenraums der Rotationsmaschine zu erzielen.
  • (9) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß der vorstehenden Konfiguration (8) umfasst die Überwachungsvorrichtung eine Bestimmungseinheit (56), die konfiguriert ist, um basierend auf dem geschätzten Wert des internen Zwischenraums zu bestimmen, ob eine Form oder eine Position des Gehäuses geändert werden soll, und die Rotationsmaschinenausrüstung umfasst eine Steuereinheit (58), die konfiguriert ist, um die Form oder die Position des Gehäuses so zu ändern, dass der interne Zwischenraum innerhalb eines spezifizierten Bereichs fällt, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Form oder die Position des Gehäuses geändert werden muss.
  • Wenn mit der vorstehenden Konfiguration (9) die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Form oder die Position des Gehäuses geändert werden muss, dann kann die Steuereinheit die Form oder die Position des Gehäuses so ändern, dass der interne Zwischenraum innerhalb des spezifizierten Bereichs fällt. Somit ist es möglich, den Kontakt zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil effektiv zu unterdrücken, indem die Form oder die Position des Gehäuses basierend auf dem Bestimmungsergebnis der Bestimmungseinheit in geeigneter Weise geändert wird.
  • (10) In einigen Ausführungsbeispielen gemäß der vorstehenden Konfiguration (9) ist die Steuereinheit konfiguriert, um einen Temperatursteuerteil (60) zum Erhitzen oder Kühlen mindestens eines Abschnitts des Gehäuses oder eines Tragsockels zum Tragen des Gehäuses so zu steuern, dass der interne Zwischenraum innerhalb des spezifizierten Bereichs fällt.
  • Wenn mit der vorstehenden Konfiguration (10) die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Form oder die Position des Gehäuses geändert werden muss, dann wird der Temperatursteuerteil gesteuert, um den mindestens einen Abschnitt des Gehäuses so zu erhitzen oder zu kühlen, dass der interne Zwischenraum innerhalb des spezifizierten Bereichs fällt. Somit ist es möglich, den Kontakt zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil effektiv zu unterdrücken.
  • (11) Ein Überwachungsprogramm für eine Rotationsmaschine (wie etwa die vorstehend beschriebene Dampfturbine 1) gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Überwachungsprogramm zum Überwachen eines Zwischenraums einer Rotationsmaschine, die ein Gehäuse (wie etwa das vorstehend beschriebene Außengehäuse 2) zum Aufnehmen eines rotierenden Teils und eines stationären Teils umfasst, wobei das Überwachungsprogramm konfiguriert ist, um einen Computer (wie etwa die vorstehend beschriebene Verarbeitungseinheit 50) zu veranlassen, Folgendes zu implementieren: eine Prozedur zum Empfangen eines Signals, das einen Messwert einer relativen Position des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in einer radialen Richtung angibt, der von einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Positionssensor erfasst wird; und eine Prozedur zum Erhalten eines geschätzten Werts eines internen Zwischenraums zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil in dem Gehäuse basierend auf dem Messwert.
  • Da in dem vorstehenden Programm (11) der Positionssensor zum Erfassen der relativen Position des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in der radialen Richtung außerhalb des Gehäuses der Rotationsmaschine angeordnet ist, kann eine Installation oder eine Verwaltung des Positionssensors im Vergleich zu dem Fall vereinfacht werden, in dem der Positionssensor im Inneren des Gehäuses angeordnet ist. Da außerdem in dem vorstehenden Programm (11) der geschätzte Wert des internen Zwischenraums der Rotationsmaschine basierend auf dem Erfassungsergebnis der vorstehend beschriebenen relativen Position von dem Positionssensor erfasst wird, kann der interne Zwischenraum der Rotationsmaschine basierend auf dem geschätzten Wert in geeigneter Weise überwacht werden. Dadurch ist es z.B. möglich, den Kontakt zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil effektiv zu unterdrücken. Demgemäß ist es mit dem vorstehenden Programm (11) möglich, sowohl eine einfache Installation und Verwaltung des Positionssensors als auch eine geeignete Überwachung des internen Zwischenraums der Rotationsmaschine zu erzielen.
  • (12) Ein Überwachungsverfahren für eine Rotationsmaschine (wie etwa die vorstehend beschriebene Dampfturbine 1) gemäß mindestens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Überwachungsverfahren zum Überwachen eines Zwischenraums einer Rotationsmaschine, die ein Gehäuse (wie etwa das vorstehend beschriebene Außengehäuse 2) zum Aufnehmen eines rotierenden Teils und eines stationären Teils umfasst, umfassend: einen Schritt (S102) zum Erfassen einer relativen Position des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in einer radialen Richtung unter Verwendung eines außerhalb des Gehäuses angeordneten Positionssensors; und einen Schritt (S106) zum Erhalten eines geschätzten Werts eines internen Zwischenraums zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil in dem Gehäuse basierend auf einem von dem Positionssensor erfassten Messwert.
  • Da in dem vorstehenden Verfahren (12) der Positionssensor zum Erfassen der relativen Position des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in der radialen Richtung außerhalb des Gehäuses der Rotationsmaschine angeordnet ist, kann eine Installation oder Verwaltung des Positionssensors im Vergleich zu dem Fall vereinfacht werden, in dem der Positionssensor im Inneren des Gehäuses angeordnet ist. Da außerdem in dem vorstehenden Verfahren (12) der geschätzte Wert des internen Zwischenraums der Rotationsmaschine basierend auf dem Erfassungsergebnis der vorstehend beschriebenen relativen Position von dem Positionssensor erhalten wird, kann der interne Zwischenraum der Rotationsmaschine basierend auf dem geschätzten Wert in geeigneter Weise überwacht werden. Dadurch ist es z.B. möglich, den Kontakt zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil effektiv zu unterdrücken. Demgemäß ist es mit dem vorstehenden Verfahren (12) möglich, sowohl eine einfache Installation und Verwaltung des Positionssensors als auch eine geeignete Überwachung des internen Zwischenraums der Rotationsmaschine zu erzielen.
  • Vorstehend wurden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt und umfasst auch ein Ausführungsbeispiel das durch Modifizieren der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele erhalten wird, sowie ein Ausführungsbeispiel, das durch geeignetes Kombinieren dieser Ausführungsbeispiele erhalten wird.
  • Außerdem ist in der vorliegenden Spezifikation ein Ausdruck für eine relative oder absolute Anordnung, wie etwa „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“, nicht so zu verstehen, dass er nur die Anordnung in einem streng wörtlichen Sinne angibt, sondern auch einen Zustand umfasst, in dem die Anordnung relativ um eine Toleranz oder um einen Winkel oder einen Abstand verschoben ist, wodurch es möglich ist, dieselbe Funktion zu erzielen.
  • Beispielsweise ist ein Ausdruck für einen gleichen Zustand, wie etwa „derselbe/dieselbe/dasselbe“, „gleich“ und „einheitlich“ nicht so zu verstehen, dass er nur den Zustand angibt, in dem das Merkmal streng gleich ist, sondern auch einen Zustand umfasst, in dem es eine Toleranz oder einen Unterschied gibt, mit dem dennoch die gleiche Funktion erzielt werden kann.
  • Außerdem ist ein Ausdruck einer Form, wie etwa eine rechteckige Form oder eine zylindrische Form, nicht so zu verstehen, dass damit nur die geometrisch strenge Form gemeint ist, sondern umfasst auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs, in dem derselbe Effekt erzielt werden kann.
  • Wie hier verwendet, sind die Ausdrücke „aufweisen“, „umfassen“ oder „mit“ ein/einem konstitutives/konstitutiven Element kein ausschließlicher Ausdruck, der das Vorhandensein anderer konstitutiver Elemente ausschließt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Dampfturbine
    2
    Außengehäuse
    2A
    Oberer Gehäusehälftenabschnitt
    2B
    Unterer Gehäusehälftenabschnitt
    2a
    Axiale Endoberfläche
    3A
    Oberer Flanschabschnitt
    3B
    Unterer Flanschabschnitt
    4
    Tragbeinabschnitt
    8
    Tragsockel
    10
    Fundament
    12
    Rotor
    14
    Rotorblatt bzw. Rotorschaufel
    16
    Innengehäuse
    18
    Blattring bzw. Schaufelring
    19
    Leitschaufel
    20
    Blindring
    22
    Inneres Stopfbuchsenteil
    24
    Äußeres Stopfbuchsenteil
    26
    Dampfkammer
    28
    Stopfbuchsenpackung
    30
    Positionssensor
    30A
    Oberer Sensor
    30B
    Unterer Sensor
    32
    Tragelement
    40
    Zustandsgrößensensor
    50
    Verarbeitungseinheit
    52
    Sensordatenermittlungseinheit
    54
    Schätzeinheit
    56
    Bestimmungseinheit
    58
    Steuereinheit
    60
    Temperatursteuerteil
    62
    Heizteil
    64
    Kühlteil
    90
    Überwachungs-/Steuervorrichtung
    100
    Rotationsmaschinenausrüstung
    O
    Zentrale Achse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2020186961 [0002]
    • JP H0754606 A [0005]

Claims (12)

  1. Eine Überwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Zwischenraums einer Rotationsmaschine, die ein Gehäuse zum Aufnehmen eines rotierenden Teils und eines stationären Teils umfasst, aufweisend: mindestens einen Positionssensor, der außerhalb des Gehäuses angeordnet und konfiguriert ist, um eine relative Position des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in einer radialen Richtung zu erfassen; und eine Schätzeinheit, die konfiguriert ist, um einen geschätzten Wert eines internen Zwischenraums zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil in dem Gehäuse basierend auf einem von dem mindestens einen Positionssensor erfassten Messwert zu erhalten.
  2. Die Überwachungsvorrichtung für die Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Rotationsmaschine ein äußeres Stopfbuchsenteil umfasst, das an einem Ende des Gehäuses in einer axialen Richtung angeordnet ist, und wobei der Positionssensor von dem äußeren Stopfbuchsenteil getragen wird.
  3. Die Überwachungsvorrichtung für die Rotationsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine Positionssensor ein Paar von Positionssensoren umfasst, die auf beiden Seiten des Gehäuses in einer axialen Richtung angeordnet sind.
  4. Die Überwachungsvorrichtung für die Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schätzeinheit konfiguriert ist, um den geschätzten Wert des internen Zwischenraums basierend auf einer Zustandsgröße, die einen Zustand der Rotationsmaschine angibt, und dem von dem Positionssensor erhaltenen Messwert zu berechnen.
  5. Die Überwachungsvorrichtung für die Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schätzeinheit konfiguriert ist, um den geschätzten Wert des internen Zwischenraums mit einem Schätzmodell zu berechnen, das eine Zustandsgröße, die einen Zustand der Rotationsmaschine angibt, und den von dem Positionssensor erhaltenen Messwert als Eingaben verwendet.
  6. Die Überwachungsvorrichtung für die Rotationsmaschine nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Schätzeinheit konfiguriert ist, um den geschätzten Wert des internen Zwischenraums zu ermitteln, indem ein vorläufiger geschätzter Wert des internen Zwischenraums und ein vorläufiger geschätzter Wert der relativen Position aus der Zustandsgröße, die den Zustand der Rotationsmaschine angibt, berechnet wird, und eine Differenz zwischen dem von dem Positionssensor erhaltenen Messwert und dem vorläufigen geschätzten Wert der relativen Position zu dem vorläufigen geschätzten Wert des internen Zwischenraums addiert wird.
  7. Die Überwachungsvorrichtung für die Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend: eine Bestimmungseinheit, die konfiguriert ist, um basierend auf dem geschätzten Wert des internen Zwischenraums zu bestimmen, ob eine Form oder eine Position des Gehäuses geändert werden soll.
  8. Eine Rotationsmaschinenausrüstung, aufweisend: eine Rotationsmaschine mit einem Gehäuse zum Aufnehmen eines rotierenden Teils und eines stationären Teils; und die Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Überwachen eines Zwischenraums der Rotationsmaschine.
  9. Die Rotationsmaschinenausrüstung nach Anspruch 8, wobei die Überwachungsvorrichtung eine Bestimmungseinheit umfasst, die konfiguriert ist, um basierend auf dem geschätzten Wert des internen Zwischenraums zu bestimmen, ob eine Form oder eine Position des Gehäuses geändert werden soll, und wobei die Rotationsmaschinenausrüstung eine Steuereinheit aufweist, die konfiguriert ist, um die Form oder die Position des Gehäuses so zu ändern, dass der interne Zwischenraum in einen spezifizierten Bereich fällt, wenn die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Form oder die Position des Gehäuses geändert werden muss.
  10. Die Rotationsmaschinenausrüstung nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um ein Temperatursteuerteil zum Erhitzen oder Kühlen mindestens eines Teils des Gehäuses oder eines Tragsockels zum Tragen des Gehäuses so zu steuern, dass der interne Zwischenraum in den spezifizierten Bereich fällt.
  11. Ein Überwachungsprogramm zum Überwachen eines Zwischenraums einer Rotationsmaschine, die ein Gehäuse zum Aufnehmen eines rotierenden Teils und eines stationären Teils umfasst, wobei das Überwachungsprogramm konfiguriert ist, um einen Computer zu veranlassen, Folgendes zu implementieren: eine Prozedur zum Empfangen eines Signals, das einen Messwert einer relativen Position des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in einer radialen Richtung angibt, der von einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Positionssensor erfasst wird, und eine Prozedur zum Erhalten eines geschätzten Werts eines internen Zwischenraums zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil in dem Gehäuse basierend auf dem Messwert.
  12. Ein Überwachungsverfahren zum Überwachen eines Zwischenraums einer Rotationsmaschine, die ein Gehäuse zum Aufnehmen eines rotierenden Teils und eines stationären Teils umfasst, aufweisend: einen Schritt zum Erfassen einer relativen Position des Gehäuses zu dem rotierenden Teil in einer radialen Richtung unter Verwendung eines außerhalb des Gehäuses angeordneten Positionssensors; und einen Schritt zum Erhalten eines geschätzten Werts eines internen Zwischenraums zwischen dem rotierenden Teil und dem stationären Teil in dem Gehäuse basierend auf einem von dem Positionssensor erfassten Messwert.
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