JP2007205810A - 検出部材劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機に備えられた電磁ピックアップを本発明の検出部材劣化診断装置に取り付け、発電機の回転羽根車を模擬した模擬ロータを回転することにより、実際の発電機と等価な回転数を検出できるので、電磁ピックアップの劣化状態を詳細に且つ確実に検査することができる検出部材劣化診断装置を提供する。
【解決手段】この検出部材劣化診断装置１００は、図示しない被検査対象物である発電機の回転羽根車の形を模擬した模擬ロータ２と、模擬ロータ２を所定の回転速度により回転させるモータ（駆動手段）１０と、電磁ピックアップ（検出部材）６を模擬ロータ２の近傍に着脱自在に設置する設置手段５と、電磁ピックアップ６から出力される検出信号に基づいて電磁ピックアップ６の劣化の状態を診断する診断制御部９と、模擬ロータ２、モータ１０及び設置手段５を保持する保持台１と、を備えて構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出部材劣化診断装置に関し、さらに詳しくは、発電機等に備えられ、発電機のタービンと同期して回転する回転羽根車の回転数を検出する検出部材（電磁ピックアップ）の劣化を診断する検出部材劣化診断装置に関するものである。

発電所の発電機は、水力又は火力により発生したエネルギーを回転力に変換するためのタービンを備えている。また発電機は回転速度が所定の速度を維持することにより正常な発電が可能となる。しかし、外部から直接タービンが正常に回転しているか否かを調べることができないため、従来から発電機にはタービンの回転数を外部から検査できるように、タービンと同期して回転する回転羽根車を備えているのが通常である。そして定期メンテナンス（通常は４年毎）において、その羽根車の回転数を検出部材（電磁ピックアップセンサ）により検出して、タービンが正常に回転しているか否かを検査していた。

しかしながら、従来の定期メンテによる検査方法では、表示部に表示される回転数についての検出結果を見て作動状態の良否を判断したり、絶縁抵抗測定結果により判定するのが一般的であったため、検出部材自体が故障、劣化等によって正常に作動し得ない場合には、タービンの正確な回転数を把握できなくなり、発電機が正常に機能しているか否かを正確に判断することができなかった。
本発明は、かかる課題に鑑み、発電機実機に備えられた検出部材を取り出して検出部材劣化診断装置に取り付け、発電機の回転羽根車を模擬した模擬ロータの回転数を該検出部材により検出することにより、実際の発電機と等価な回転数を検出可能とし、検出部材の劣化状態を詳細に且つ確実に検査することができる検出部材劣化診断装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、タービンと同期して回転する回転羽根車の回転数を検出する検出部材の劣化診断を行なう検出部材劣化診断装置であって、前記回転羽根車の形を模擬した模擬ロータと、該模擬ロータを所定の回転速度により回転させる駆動手段と、前記検出部材を前記模擬ロータの近傍に着脱自在に設置する設置手段と、前記検出部材から出力される検出信号に基づいて該検出部材の劣化の状態を診断する診断制御部と、を備えたことを特徴とする。
本発明は、被検査対象物である発電機から取り外した検出部材の劣化状態を検査する装置である。実際の稼動状態に近づけるために、発電機に取り付けられている回転羽根車を模擬した模擬ロータを備え、駆動手段により回転させた模擬ロータの回転数を検出部材により検出波形として取り出し、その波形から診断制御部により検出部材の劣化状態を診断するものである。

請求項２は、前記診断制御部は、少なくとも前記検出部材から出力される検出信号をパルス信号に変換するパルス増幅器と、該パルス増幅器により増幅されたパルス信号の周波数を電圧に変換するＦＶ変換器と、前記パルス増幅器により増幅されたパルス信号の波形を観測するためのオシロスコープインターフェースと、前記ＦＶ変換器により変換された電圧値及び前記検出部材から出力される検出信号に基づいて前記検出部材の劣化の有無を判断する制御部と、を備えたことを特徴とする。
本発明の診断制御部は、基本的には自動的に検出部材の劣化状態を検出するように構成されている。そのために検出部材から出力されたアナログ信号を増幅してパルス波形に変換する。その波形をＦＶ変換器に入力することにより、周波数に対応した電圧が取り出せる。即ち、一定の周波数であれば出力電圧は一定である。また、パルス波形をオシロスコープにより観察するためのインターフェースを備え、このインターフェースを介してオシロスコープにより、波形の歪みを観察することができる。

請求項３は、前記オシロスコープインターフェースを介して前記パルス増幅器により増幅されたパルス信号の波形歪みを検出した場合、前記検出部材が劣化していると判断することを特徴とする。
本来検出部材が正常であれば、パルス変換部により変換されたパルス波形に歪みは存在しない。しかし、検出部材が劣化すると磁束の乱れや検出素子の劣化により波形が乱れてくる。これが波形の歪である。
請求項４は、前記波形歪みはオシロスコープを使用して目視により判断することを特徴とする。
波形歪みの種類によっては、非常に微妙に変化する波形歪みが存在するため自動的に検出することは困難となる。そこで本発明では、オシロスコープにより波形を観察して、その波形から人為的に劣化しているか否かを判断するものである。

請求項５は、前記診断制御部は、前記パルス増幅器により増幅されたパルス信号の周波数が所定の範囲から外れている場合、前記検出部材が劣化していると判断することを特徴とする。
検出部材が劣化した場合の一つの検出パターンとしては、回転羽根車の羽根を検出したり検出できない状態が発生することにより、検出パルスの周波数が変動する場合である。即ち、羽根を検出できない状態が発生した場合は、周波数が低くなり、ノイズ等により余分な信号を発生した場合は周波数が高くなる現象となる。
請求項６は、前記診断制御部は、前記検出部材から出力される検出信号の電圧レベルが所定の電圧レベル以下である場合、該検出部材が劣化していると判断することを特徴とする。
検出部材が劣化した場合の他の検出パターンは、アナログ信号のレベルが変動する場合である。もし、回転数が一定であれば、アナログ信号のレベルは略一定であるが、検出部材が劣化することによりレベルが不安定となる場合がある。

請求項７は、前記駆動手段は、前記回転羽根車の各羽根間の角速度と前記模擬ロータの羽根間の角速度が略等しくなるように前記模擬ロータを回転させることを特徴とする。
検査対象物である検出部材が実際に搭載される発電機と同じ条件下で検出部材の波形を観測するのが好ましい。そこで本発明では、発電機のタービンと同期して回転する回転羽根車の角速度と模擬ロータの角速度が同じになるように模擬ロータを回転し、この模擬ロータの回転を検出するものである。
請求項８では、前記駆動手段の回転方向は、時計回り又は反時計回りの何れでも可としたことを特徴とする。
回転手段により回転方向が異なる場合がある。本発明では模擬ロータの羽根が検出センサを横切るときに発生する電圧を検出するため、何れの方向から横切っても構わない。

請求項１の発明によれば、本発明の検出部材劣化診断装置は、回転羽根車の形を模擬した模擬ロータと、模擬ロータを所定の回転速度により回転させる駆動手段と、検出部材を模擬ロータの近傍に着脱自在に設置する設置手段と、検出部材から出力される検出信号に基づいて検出部材の劣化の状態を診断する診断制御部と、を備えたので、簡単な構成で被検査対象物である発電機の実機状態に近い環境を作り出すことができ、正確に且つ迅速に検出部材の劣化状態を診断することができる。

また請求項２では、診断制御部は、少なくとも検出部材から出力される検出信号をパルス信号に変換するパルス増幅器と、パルス増幅器により増幅されたパルス信号の周波数を電圧に変換するＦＶ変換器と、パルス増幅器により増幅されたパルス信号の波形を観測するためのオシロスコープインターフェースと、ＦＶ変換器により変換された電圧値及び検出部材から出力される検出信号に基づいて検出部材の劣化の有無を判断する制御部と、を備えたので、オシロスコープによる人為的な診断と診断制御部による自動的な診断の双方を行うことができる。
また請求項３では、オシロスコープインターフェースを介してパルス増幅器により増幅されたパルス信号の波形歪みを検出した場合、検出部材が劣化していると判断するので、簡単な操作により目視で容易に劣化を判断することができる。

また請求項４では、波形歪みはオシロスコープを使用して目視により判断するので、細かい波形歪みを柔軟性をもって発見することができる。
また請求項５では、診断制御部は、パルス増幅器により増幅されたパルス信号の周波数が所定の範囲から外れている場合、検出部材が劣化していると判断するので、模擬ロータの回転数が正常であることを前提とした場合には、検出部材の波形が何らかの原因で乱されていると考えても間違いではない。
また請求項６では、診断制御部は、検出部材から出力される検出信号の電圧レベルが所定の電圧レベル以下である場合、検出部材が劣化していると判断するので、模擬ロータの回転数が正常であることを前提とした場合には、検出部材からの出力レベルが所定値より低い場合、検出部材が故障したか、或いは磁力が劣化して磁束密度の低下により検出素子からの電圧値が低下したと見做せる。

また請求項７では、駆動手段は、回転羽根車の各羽根間の角速度と模擬ロータの羽根間の角速度が略等しくなるように模擬ロータを回転させるので、実機に近い状態で検出部材の劣化状態を検査することができる。
また請求項８では、駆動手段の回転方向は、時計回り又は反時計回りの何れでも可としたので、回転方向を気にすることなく駆動手段を選択することができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の検出部材劣化診断装置の全体構成図である。図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）は側面図である。同じ構成要素には同じ参照番号を付して説明する。この検出部材劣化診断装置１００は、図示しない被検査対象物である発電機に設けられてタービンと同期回転する回転羽根車の形を模擬した模擬ロータ２と、模擬ロータ２を所定の回転速度により回転させるモータ（駆動手段）１０と、電磁ピックアップ（検出部材）６を模擬ロータ２の近傍（検出位置）に着脱自在に設置する設置手段５と、電磁ピックアップ６から出力される検出信号に基づいて電磁ピックアップ６の劣化の状態を診断する診断制御部９と、模擬ロータ２、モータ１０及び設置手段５を保持する保持台１と、を備えて構成される。尚、模擬ロータ２の羽根３の数、ピッチは、回転羽根車の羽根の数と同じであることが好ましいが、回転羽根車の羽根間の角速度と模擬ロータ２の羽根間の角速度が同じになるようにモータ１０を回転させれば羽根の数、ピッチが同じである必要はない。また、電磁ピックアップ６は、ケーブル７の先端に接続されたコネクタ８により診断制御部９に接続される。また診断制御部９には外部でオシロスコープ２１により波形を観測できるようにオシロスコープインターフェース２５が備えられている。このように本実施形態の検出部材劣化診断装置１００は、被検査対象物である発電機から取り外した電磁ピックアップ６の劣化状態を検査する装置である。そして実際の稼動状態に近づけるために、発電機に取り付けられている回転羽根車を模擬した模擬ロータ２を備え、それをモータ１０により回転させることにより電磁ピックアップ６から検出波形を取り出し、その波形から診断制御部９により電磁ピックアップ６の劣化状態を診断するものである。

図２は本発明の検出部材劣化診断装置の操作手順を示すフローチャートである。まず、定期メンテナンス作業等において、本発明の検出部材劣化診断装置１００を被検査対象物である発電機の近傍に設置する（Ｓ１）。このときオシロスコープ２１を持参しても良いが現場にあればそれを使用するようにしても良い。次に被検査対象物である発電機から電磁ピックアップ６を取り外し、設置手段５にセットする。このとき同時に電磁ピックアップ６のコネクタ８を外して診断制御部９に接続する（Ｓ２）。次に検出部材劣化診断装置１００の電源を投入して模擬ロータ２を回転する（Ｓ３）。電磁ピックアップ６は模擬ロータ２に取り付けられた各羽根３を順次検出して検出信号を出力し、ケーブル７を介して診断制御部９に入力する。診断制御部９では検出信号の波形から波形が正常であるか否かを検査し（Ｓ４）、正常であれば（Ｓ４でＹＥＳのルート）電磁ピックアップ６が正常である旨を報知する（Ｓ６）。一方、ステップＳ４で波形が異常であれば（Ｓ４でＮＯのルート）電磁ピックアップ６が劣化している旨を報知する（Ｓ５）。尚、報知の方法は、ランプによりＯＫ／ＮＧを点灯してもよいし、表示部に表示するようにしても良い。

図３は本発明の検出部材劣化診断装置を模式的に表した図であり、特に診断制御部の内部構成の一例を示す図である。同じ構成要素には図１と同じ参照番号を付して説明する。この診断制御部９は、少なくとも電磁ピックアップ６から出力される検出信号６ａをパルス信号に変換するパルス増幅器２０と、パルス増幅器２０により増幅されたパルス信号２０ａの周波数を電圧に変換するＦＶ変換器２２と、パルス増幅器２０により増幅されたパルス信号２０ａの波形を観測するためのオシロスコープインターフェース２５と、ＦＶ変換器２２により変換された出力電圧２２ａ及び電磁ピックアップ６から出力される検出信号６ａに基づいて電磁ピックアップの劣化の有無を判断する制御部２３と、を備えて構成される。尚、制御部２３には信号線２４により電磁ピックアップ６から直接検出信号６ａ（アナログ信号）を入力している。また、オシロスコープ２１はパルス変換器２０の出力信号を観察できるようにオシロスコープインターフェース２５に接続されている。このように本実施形態の診断制御部９は、基本的には自動的に電磁ピックアップ６の劣化状態を検出するように構成されている。そのために電磁ピックアップ６から出力された検出信号６ａを増幅してパルス波形２０ａに変換する。その波形をＦＶ変換器２２に入力することにより、周波数に対応した電圧が取り出せる。即ち、一定の周波数であれば出力電圧２２ａは一定である。また、パルス波形をオシロスコープ２１により観察するためのオシロスコープインターフェース２５を備え、このインターフェースを介してオシロスコープ２１により、波形の歪みを観察することができる。

次に診断制御部９の動作を中心に具体的に説明する。模擬ロータ２が回転すると電磁ピックアップ６から検出信号６ａが出力される。この信号は図４（ａ）のようにアナログ波形である。その信号はパルス増幅器２０と制御部２３に入力され、パルス増幅器２０では検出信号６ａを増幅して図４（ｂ）のようなパルス波形２０ａに変換する。一方、制御部２３に入力された検出信号６ａは、後述するように電圧レベルを検出するために使用される。パルス増幅器２０により増幅されたパルス波形２０ａは、オシロスコープインターフェース２５を介してオシロスコープ２１により波形を観察されると共に、ＦＶ変換器２２に入力され、図４（ｃ）の波形２２ａのような所定の電圧に変換される。制御部２３は波形２２ａを監視することにより、電磁ピックアップ６の検出波形の周波数が変化したか否かを判断することができる。

図５（ａ）はパルス増幅器２０により増幅されたパルス波形２０ａが正常であるときの波形である。この図から判るように、電磁ピックアップ６が正常であればパルス波形２０ａの立上がり、立下りに歪が発生していない。図５（ｂ）はパルス増幅器２０により増幅されたパルス波形２０ａが異常のときの波形である。この図から判るように、電磁ピックアップ６が劣化しているとパルス波形２０ａの立上がり、立下りに歪Ａが発生している。
図６（ａ）はパルス変換器２０により変換されたパルス波形２０ａの周波数（周期）がノイズ等で乱されている様子を示す波形である。即ち、各周期ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４が全て異なるため、ＦＶ変換器２２からは電圧が変動した波形が制御部２３に入力される。制御部２３では、この状態が所定時間継続したことを検出して電磁ピックアップ６が劣化していると判断する。図６（ｂ）は信号線２４により電磁ピックアップ６から入力されたアナログ信号６ａの電圧レベルが変動している様子を示す図である。制御部２３は所定のレベルを示す閾値ＶＴＨを設定しておき、このレベル以下になる例えば波形Ｄ，Ｅ，Ｆを検出して電磁ピックアップ６が劣化していると判断する。

以上のとおり本発明によれば、検出部材劣化診断装置１００は、回転羽根車の形を模擬した模擬ロータ２と、模擬ロータ２を所定の回転速度により回転させるモータ１０と、電磁ピックアップ６を模擬ロータ２の近傍に着脱自在に設置する設置手段５と、電磁ピックアップ６から出力される検出信号に基づいて電磁ピックアップ６の劣化の状態を診断する診断制御部９と、を備えたので、簡単な構成で被検査対象物である発電機の実機状態に近い環境を作り出すことができ、正確に且つ迅速に電磁ピックアップ６の劣化状態を診断することができる。

また、診断制御部９は、少なくとも電磁ピックアップ６から出力される検出信号６ａをパルス信号に変換するパルス増幅器２０と、パルス増幅器２０により増幅されたパルス信号２０ａの周波数を電圧に変換するＦＶ変換器２２と、パルス増幅器２０により変換されたパルス信号２０ａの波形を観測するオシロスコープインターフェース２５と、ＦＶ変換器２２により変換された電圧値２２ａ及び電磁ピックアップ６から出力される検出信号６ａに基づいて電磁ピックアップ６の劣化の有無を判断する制御部２３と、を備えたので、オシロスコープ２１による人為的な診断と診断制御部９による自動的な診断の双方を行うことができる。
また、オシロスコープインターフェース２５を介してパルス増幅器２０により増幅されたパルス信号２０ａの波形歪みを検出した場合、この電磁ピックアップ６が劣化していると判断するので、簡単な操作により目視で容易に劣化を判断することができる。
また、波形歪みはオシロスコープ２１を使用して目視により判断するので、細かい波形歪みを柔軟性をもって発見することができる。

また、診断制御部９は、パルス増幅器２０により増幅されたパルス信号２０ａの周波数が所定の範囲から外れている場合、電磁ピックアップ６が劣化していると判断するので、模擬ロータ２の回転数が正常であることを前提とした場合には、電磁ピックアップ６の波形が何らかの原因で乱されていると考えても間違いではない。
また、診断制御部９は、電磁ピックアップ６から出力される検出信号６ａの電圧レベルが所定の電圧レベル以下である場合、この電磁ピックアップ６が劣化していると判断するので、模擬ロータ２の回転数が正常であることを前提とした場合には、電磁ピックアップ６からの出力レベルが所定値より低い場合、電磁ピックアップ６が故障したか、或いは磁力が劣化して磁束密度の低下により検出素子からの電圧値が低下したと見做せる。
また、モータ１０は、回転羽根車の各羽根間の角速度と模擬ロータ２の羽根間の角速度が略等しくなるように模擬ロータ２を回転させるので、実機に近い状態で電磁ピックアップ６の劣化状態を検査することができる。
また、モータ１０の回転方向は、時計回り又は反時計回りの何れでも可としたので、回転方向を気にすることなくモータ１０を選択することができる。

本発明の検出部材劣化診断装置の全体構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の検出部材劣化診断装置の操作手順を示すフローチャートである。 本発明の検出部材劣化診断装置を模式的に表した図であり、特に診断制御部の内部構成の一例を示す図である。 （ａ）は電磁ピックアップの出力波形図、（ｂ）はパルス増幅器の出力波形図、（ｃ）はＦＶ変換器の出力波形図である。 （ａ）はパルス増幅器により増幅されたパルス波形が正常のときの波形図、（ｂ）はパルス変換器により変換されたパルス波形が異常のときの波形図である。 （ａ）はパルス増幅器により増幅されたパルス波形の周波数（周期）がノイズ等で乱されている様子を示す波形図、（ｂ）は信号線により電磁ピックアップから入力されたアナログ信号の電圧レベルが変動している様子を示す図である。

符号の説明

１ 保持台、２ 模擬ロータ、３ 羽根、４ モータ軸、５ 設置手段、６ 電磁ピックアップ、７ ケーブル、８ コネクタ、９ 診断制御部、１０ モータ、２０ パルス増幅器、２１ オシロスコープ、２２ ＦＶ変換器、２３ 制御部、２４ 信号線、２５ オシロスコープインターフェース、１００ 検出部材劣化診断装置

Claims (8)

1. タービンと同期して回転する回転羽根車の回転数を検出する検出部材の劣化診断を行なう検出部材劣化診断装置であって、
   前記回転羽根車の形を模擬した模擬ロータと、該模擬ロータを所定の回転速度により回転させる駆動手段と、前記検出部材を前記模擬ロータの近傍に着脱自在に設置する設置手段と、前記検出部材から出力される検出信号に基づいて該検出部材の劣化の状態を診断する診断制御部と、を備えたことを特徴とする検出部材劣化診断装置。
2. 前記診断制御部は、少なくとも前記検出部材から出力される検出信号をパルス信号に変換するパルス増幅器と、該パルス増幅器により増幅されたパルス信号の周波数を電圧に変換するＦＶ変換器と、前記パルス変換器により変換されたパルス信号の波形を観測するためのオシロスコープインターフェースと、前記ＦＶ変換器により変換された電圧値及び前記検出部材から出力される検出信号に基づいて前記検出部材の劣化の有無を判断する制御部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の検出部材劣化診断装置。
3. 前記オシロスコープインターフェースを介して前記パルス増幅器により増幅されたパルス信号の波形歪みを検出した場合、前記検出部材が劣化していると判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の検出部材劣化診断装置。
4. 前記波形歪みはオシロスコープを使用して目視により判断することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の検出部材劣化診断装置。
5. 前記診断制御部は、前記パルス増幅器により増幅されたパルス信号の周波数が所定の範囲から外れている場合、前記検出部材が劣化していると判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の検出部材劣化診断装置。
6. 前記診断制御部は、前記検出部材から出力される検出信号の電圧レベルが所定の電圧レベル以下である場合、該検出部材が劣化していると判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の検出部材劣化診断装置。
7. 前記駆動手段は、前記回転羽根車の各羽根間の角速度と前記模擬ロータの羽根間の角速度が略等しくなるように前記模擬ロータを回転させることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の検出部材劣化診断装置。
8. 前記駆動手段の回転方向は、時計回り又は反時計回りの何れでも可としたことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の検出部材劣化診断装置。

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