JP2015218652A - 亀裂発生検知装置および亀裂発生検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】前部心棒が破断に到る前に精度よく前部心棒の点検の要否を判定することが可能な亀裂発生検知装置および亀裂発生検知方法を提供する。
【解決手段】亀裂発生検知装置は、前部心棒１の第１および第２方向の変位をそれぞれ検知する第１および第２のセンサ８ａ、８ｂを備える。さらに、前記装置は、前記第１および第２方向の変位を前記前部心棒の振動データに変換する振動演算部２１と、前記振動データにおける回転同期の２倍成分の振幅と比較するための振幅閾値を算出する閾値演算部２２とを備える。さらに、前記装置は、前記２倍成分の振幅が前記振幅閾値を超えたことを検知する振動検知部２３と、前記２倍成分の振幅が前記振幅閾値を超えたことが検知された場合に警報を発信する警報部とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、亀裂発生検知装置および亀裂発生検知方法に関する。

蒸気タービンは例えば、タービン軸（ロータ）の先端に前部心棒が結合され、前部心棒に非常調速機と油ポンプが設置され、片持ち梁形状となる前部心棒の振れ回りを低く抑えるために前部心棒の先端にステディ軸受が設置された構造を有している。このような蒸気タービンにおいては、種々の原因により前部心棒に亀裂が発生する可能性があり、最悪の場合、前部心棒が破断に到る可能性がある。前部心棒の亀裂は例えば、ステディ軸受の自動調心機能の低下などにより前部心棒に掛かる繰返し応力が大きく増加した場合や、経年的な劣化により発生する。

タービン発電機は、電力需要に応じた計画的稼動が求められている。タービン発電機において、前部心棒の破断は、プラントの停止だけでなくタービン発電機の破損を招く可能性を持つ。そのため、前部心棒の破断発生の予兆を正しく検知し、前部心棒の点検の要否を判定する信頼性の高い監視システムが必要とされている。

このような背景から例えば、ステディ軸受の移動量と前部心棒の水平および垂直方向の振動値とを監視することで、ステディ軸受の調心機能の低下を検知して前部心棒の破断を予知する方法が提案されている。

特開２０００−２２０４０９号公報

しかしながら、ステディ軸受の調心機能の低下のみを監視する場合、前部心棒にかかる曲げ応力の増加以外の要因による亀裂発生を予知することは不可能であり、また、亀裂発生前後の前部心棒の変化を監視することもできない。よって、運転中の前部心棒に何らかの要因で実際に亀裂が発生しても、前部心棒が破断に到るまで放置される可能性がある。

そこで、本発明は、前部心棒が破断に到る前に精度よく前部心棒の点検の要否を判定することが可能な亀裂発生検知装置および亀裂発生検知方法を提供することを目的とする。

一の実施形態によれば、亀裂発生検知装置は、前部心棒の第１および第２方向の変位をそれぞれ検知する第１および第２のセンサを備える。さらに、前記装置は、前記第１および第２方向の変位を前記前部心棒の振動データに変換する振動演算部と、前記振動データにおける回転同期の２倍成分の振幅と比較するための振幅閾値を算出する閾値演算部とを備える。さらに、前記装置は、前記２倍成分の振幅が前記振幅閾値を超えたことを検知する振動検知部と、前記２倍成分の振幅が前記振幅閾値を超えたことが検知された場合に警報を発信する警報部とを備える。

第１実施形態の蒸気タービンの先端部分の構造を示す断面図である。 第１実施形態の非常調速機の構造を示す断面図である。 第１実施形態の前部心棒の円周方向の剛性変化について説明するための断面図である。 第１実施形態の前部心棒の円周方向の剛性変化について説明するためのグラフである。 第１実施形態の亀裂発生検知装置の構成を模式的に示す系統図である。 第２実施形態の亀裂発生検知装置の構成を模式的に示す系統図である。 第２実施形態のグラフ表示部により表示されるポーラルグラフの例を示す図である。 第３実施形態の亀裂発生検知装置の構成を模式的に示す系統図である。 第４実施形態の亀裂発生検知装置の構成を模式的に示す系統図である。 第４実施形態の危険速度の変化について説明するためのグラフである。 第５実施形態の亀裂発生検知装置の構成を模式的に示す系統図である。 第６実施形態の亀裂発生検知装置の構成を模式的に示す系統図である。 第７実施形態の前部軸受台の傾きについて説明するための断面図である。 第７実施形態の亀裂発生検知装置の構成を模式的に示す系統図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の蒸気タービンの先端部分の構造を示す断面図である。

本実施形態の蒸気タービンは、前部心棒１と、心棒軸受の例であるステディ軸受２と、主油ポンプ３と、非常調速機４と、ロータ５と、ロータ軸受の例である第１軸受６と、前部軸受台７とを備えている。図１のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸はそれぞれ、ロータ軸方向、水平方向、垂直方向を示している。

前部心棒１は、ロータ５の先端に接続されており、片持ち梁形状となる前部心棒１の振れ回りを抑えるために前部心棒１の先端にステディ軸受２を有している。また、ロータ５は、第１軸受６により支持されている。前部心棒１におけるステディ軸受２と第１軸受６との間には、主油ポンプ３と非常調速機４が設置されている。前部心棒１は、ステディ軸受２、主油ポンプ３、および非常調速機４と共に前部軸受台７の内部に格納されている。また、第１軸受６は、前部軸受台７に取り付けられている。ステディ軸受２は、アライメント変化に対して前部心棒１の自動調心を行えるように、一定の力が加えられると力の作用方向にスライドする構造となっている。

符号１ａは、前部心棒１における非常調速機４の設置部分を示す。この部分１ａの詳細については、後述する。

図２は、第１実施形態の非常調速機４の構造を示す断面図である。図２は、非常調速機４のＹ−Ｚ断面を示している。非常調速機４は、偏心リング１１と、スピンドル１２とを備えている。

非常調速機４は、蒸気タービンが過速した際の遠心力の増加を利用して偏心リング１１を飛び出させ、蒸気タービンをトリップさせる。非常調速機４は、前部心棒１における非常調速機４の設置部分１ａにスピンドル１２を貫通させ、スピンドル１２に偏心リング１１を取り付けた構造を有している。スピンドル１２は、前部心棒１のスピンドル貫通部１３を貫通しており、スピンドル貫通部１３には、スピンドル１２がスムーズに動くようにブッシュが設置されている。符号１４は、スピンドル１２の先端の飛び出し部を示す。

図３と図４はそれぞれ、第１実施形態の前部心棒１の円周方向の剛性変化について説明するための断面図とグラフである。

上述のような機械式の非常調速機４を備える蒸気タービンにおいては、前部心棒１の振動にロータ５の回転同期の２倍成分が現れる。理由は、前部心棒１にスピンドル１２が貫通していることに起因して、前部心棒１における非常調速機４の設置部分１ａの力の作用方向に対する剛性が円周方向で異なるためである。図３(ａ)では、力Ｆの作用方向がスピンドル１２の軸方向に垂直であり、図３(ｂ)では、力Ｆの作用方向がスピンドル１２の軸方向に平行である。

このような蒸気タービンにおいては、図３(ａ)のようにスピンドル１２の軸方向が力Ｆの作用方向と垂直な場合に、部分１ａの剛性が最も高くなり、前部心棒１の撓みが最も減少する。一方、図３(ｂ)のようにスピンドル１２の軸方向が力Ｆの作用方向と平行な場合に、部分１ａの剛性が最も低くなり、前部心棒１の撓みが最も増加する。この様子を図４に示す。

上記のように部分１ａの剛性が変化する結果、ロータ５が１回転する間に前部心棒１の撓みのピークが２回発生する（図４）。このような剛性や撓みの変化が、前部心棒１の振動に回転同期の２倍成分として現れる。

前部心棒１の破断は、ステディ軸受２の自動調心機能の低下などにより前部心棒１に掛かる繰返し応力が大きく増加した場合や、経年的な劣化など種々の原因により発生する。これらの場合、前部心棒１の破断は、その他の部位よりも剛性が弱く、応力集中が起こるスピンドル貫通部１３を起点として発生するケースがほとんどである。スピンドル貫通部１３に亀裂が発生した場合、スピンドル貫通部１３の剛性がさらに低下し、回転同期の２倍成分の振動振幅の増加として現れる。そこで、本実施形態においては、回転同期の２倍成分の振動振幅の増加を検知することで、前部心棒１における亀裂の発生を検知する。

図５は、第１実施形態の亀裂発生検知装置の構成を模式的に示す系統図である。

図５(ａ)は、本実施形態の蒸気タービンのＸ−Ｚ断面と、その亀裂発生検知装置の構成とを示している。図５(ｂ)は、本実施形態の蒸気タービンのＹ−Ｚ断面を示している。

本実施形態の亀裂発生検知装置は、ギャップセンサ８と診断部９とを備えており、ギャップセンサ８として、第１および第２のセンサの例である第１および第２のギャップセンサ８ａ、８ｂを備えている。診断部９は、振動演算部２１と、閾値演算部２２と、振動検知部２３と、警報部の例である警報器２４とを備えている。

第１および第２のギャップセンサ８ａ、８ｂは、前部心棒１の先端付近に配置された非接触式の変位センサであり、前部心棒１の振れ回りの計測用に使用される。第１および第２のギャップセンサ８ａ、８ｂは、＋Ｚ方向を０°方向とする場合に、それぞれ円周方向の±４５°方向の位置に配置されている。±４５°方向はそれぞれ、第１および第２方向の例である。第１および第２のギャップセンサ８ａ、８ｂは、前部心棒１の円周方向の剛性差により発生する回転同期の２倍成分の振動の変化を検知することで、亀裂発生を検知するために設置されている。第１および第２のギャップセンサ８ａ、８ｂは、前部心棒１の±４５°方向の変位をそれぞれ検知し、変位の検知結果を含む変位信号を出力する。

診断部９は、第１および第２のギャップセンサ８ａ、８ｂから出力された変位信号と、ロータ５の位相角を測定するロータ位相角計から出力されたロータ位相信号と、ロータ５の回転数（回転速度）を測定するロータ回転数計から出力されたロータ回転数信号と、前部心棒１における非常調速機４の設置部分１ａの寸法（貫通部寸法）とを取り込む。そして、診断部９は、蒸気タービンが定格回転数で運転されているときに、前部心棒１の振動における回転同期の２倍成分の振幅が振幅閾値を超えた場合（すなわち、振幅が振幅閾値よりも大きい場合）に、前部心棒１の亀裂発生についての警報を発信する。警報の発信は例えば、管理者端末の画面への警報文の表示や、管理者端末におけるアラーム音の発生の形で行われる。

ここで、診断部９の各ブロックの動作について説明する。

振動演算部２１は、変位信号とロータ位相信号とを取り込み、前部心棒１の±４５°方向の変位およびロータ５の位相角の測定結果を、前部心棒１の振動データに変換する。

閾値演算部２２は、この振動データにおける回転同期の２倍成分のデータと、貫通部寸法のデータとを取り込み、回転同期の２倍成分の振幅と比較するための振幅閾値を算出する。振幅閾値の算出手順の例は、後述する。

振動検知部２３は、振動演算部２１から送られた回転同期の２倍成分のデータと、閾値演算部２２から送られた振幅閾値と、ロータ回転数信号とを取り込み、回転同期の２倍成分の振幅と振幅閾値とを比較する。これにより、振動検知部２３は、２倍成分の振幅が振幅閾値を超えているか否かを検知することができる。そして、振動検知部２３は、ロータ５が定格回転数にあるときに、回転同期の２倍成分の振幅が振幅閾値を超えたことを検知した場合には、前部心棒１についての警報信号を出力する。

警報器２４は、振動検知部２３からこの警報信号を受けると、前部心棒１についての警報を管理者端末などに発信する。

また、閾値演算部２２による振幅閾値の算出は、例えば次のような手順で行われる。

まず、閾値演算部２２は、亀裂発生検知装置の記憶部内に予め記憶された貫通部寸法のデータと、振動演算部２１から送られた回転同期の２倍成分のデータとを取り込む。

次に、閾値演算部２２は、貫通部寸法に基づいて、スピンドル１２の軸方向がＺ方向に垂直な場合における前部心棒１の部分１ａの垂直方向剛性と水平方向剛性とを算出する。垂直方向剛性と水平方向剛性はそれぞれ、第３方向剛性と第４方向剛性の例である。

次に、閾値演算部２２は、垂直方向剛性と水平方向剛性との剛性差と、回転同期の２倍成分の振幅との比を算出する。次に、閾値演算部２２は、この比に基づいて、予め定めた剛性変化量に対応する２倍成分の振幅変化量を算出する。次に、閾値演算部２２は、２倍成分の振幅変化量と２倍成分の振幅との和を算出し、この和を振幅閾値に設定する。

なお、本実施形態の診断部９に閾値演算部２２を設ける理由は、前部心棒１の点検時にロータ５の吊り出しや第１軸受６の開放を行うと、２倍成分の振動値が点検前後で変化する場合があり、振幅閾値の再計算が必要となる場合があるからである。なお、閾値演算部２２が振幅閾値を算出するタイミングは、任意に設定可能である。

以上のように、本実施形態の亀裂発生検知装置は、前部心棒１の振動における回転同期の２倍成分の振幅が振幅閾値を超えた場合に、前部心棒１についての警報を発信する。本実施形態においては、前部心棒１で亀裂が発生したことを回転同期の２倍成分の振幅変化として正しく検知することができ、警報を発信することにより前部心棒１の点検を促すことができる。よって、本実施形態によれば、前部心棒１が破断に到る前に精度よく前部心棒１の点検の要否を判定することが可能となる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態の亀裂発生検知装置の構成を模式的に示す系統図である。なお、本実施形態において、第１実施状態と同一または類似の構成には同一の符号を付し、第１実施形態と重複する説明は省略する。これは、後述する第３から第７実施形態においても同様である。

本実施形態の診断部９は、振動演算部２１、閾値演算部２２、振動検知部２３、および警報器２４に加えて、グラフ表示部２５を備えている。グラフ表示部２５は、前部心棒１の振動データの現在値をグラフにより表示し、具体的には、回転同期の２倍成分の振幅および位相（振動振幅および振動位相）をポーラルグラフにより表示する。ポーラルグラフは、例えば管理者端末に表示される。

図７は、第２実施形態のグラフ表示部２５により表示されるポーラルグラフの例を示す図である。図７(ａ)と図７(ｂ)はそれぞれ、第１および第２のギャップセンサ８ａ、８ｂに対応するポーラルグラフである。

各ポーラルグラフの点Ｐは、前部心棒１の振動データの現在値を示す。点Ｐの半径方向の座標は、２倍成分の振幅を示し、点Ｐの角度方向の座標は、２倍成分の位相を示す。

本実施形態の閾値演算部２２は、振幅閾値として第１および第２の振幅閾値Ｔ１、Ｔ２を算出し、第１および第２の振幅閾値Ｔ１、Ｔ２に基づいて注意域Ｒ１と停止域Ｒ２とを設定する。注意域Ｒ１と停止域Ｒ２はそれぞれ、第１および第２の警報域の例である。そして、グラフ表示部２５は、各ポーラルグラフにおける２倍成分の振幅および位相の表示域に、注意域Ｒ１と停止域Ｒ２とを表示する。

注意域Ｒ１は、２倍成分の振幅が第１の振幅閾値Ｔ１よりも大きい領域である。警報器２４は、２倍成分の振幅が第１の振幅閾値Ｔ１を超えて点Ｐが注意域Ｒ１内に入った場合に、警報として第１の警報を発信する。第１の警報は例えば、前部心棒１の点検を促す内容の警報である。

停止域Ｒ２は、２倍成分の振幅が第２の振幅閾値Ｔ２よりも大きい領域である。第２の振幅閾値Ｔ２は、第１の振幅閾値Ｔ１よりも大きい値に設定されている。警報器２４は、２倍成分の振幅が第２の振幅閾値Ｔ２を超えて点Ｐが停止域Ｒ２内に入った場合に、警報として第２の警報を発信する。第２の警報は例えば、前部心棒１の即時停止を促す内容の警報である。

次に、回転同期の２倍成分の位相と比較するための位相閾値θ１、θ２、θ３、θ４について説明する。

上述のように、回転同期の２倍成分の振動は、前部心棒１における非常調速機４の設置部分１ｂの円周方向の剛性差により発生する。よって、蒸気タービンが定格回転数で運転されている状態においては、蒸気タービンの運転状態が変化した場合でも２倍成分の位相が変化する可能性は低い。そのため、２倍成分の位相変化が発生した場合には、前部心棒１における非常調速機４の設置部分１ｂ以外の箇所で、亀裂発生やその他の何らかの異常が発生している可能性が高い。

そこで、閾値演算部２２は、振動演算部２１から送られた２倍成分の位相を中心値として、２倍成分の位相変化のマージン域Ｒを設定する。マージン域Ｒは、振幅がＴ３とＴ１との間の値をとり、位相がθ１とθ２との間の値をとる領域である。位相閾値θ１は、点Ｐの位相からマイナス方向に予め定められた角度だけ移動した値である。また、位相閾値θ２は、点Ｐの位相からプラス方向に予め定められた角度だけ移動した値である。

そして、閾値演算部２２は、２倍成分の位相がマージン域Ｒ以外の値をとる領域に、注意域Ｒ１’を設定する。注意域Ｒ１’は、第１の警報域の例である。警報器２４は、２倍成分の振幅がＴ３とＴ１との間の値をとる場合において、２倍成分の位相が注意域Ｒ１’内の値に変化した場合には、警報として上述の第１の警報を発信する。

また、閾値演算部２２は、振動演算部２１から送られた２倍成分の位相の逆位相を中心値として、停止域Ｒ２’を設定する。停止域Ｒ２’は、振幅がＴ３とＴ１との間の値をとり、位相がθ３とθ４との間の値をとる領域である。位相閾値θ３は、点Ｐの逆位相からマイナス方向に予め定められた角度だけ移動した値である。また、位相閾値θ４は、点Ｐの逆位相からプラス方向に予め定められた角度だけ移動した値である。停止域Ｒ２’は、第２の警報域の例である。警報器２４は、２倍成分の振幅がＴ３とＴ１との間の値をとる場合において、２倍成分の位相が停止域Ｒ２’内の値に変化した場合には、警報として上述の第２の警報を発信する。

続いて、回転同期の２倍成分の振幅と比較するための第３の振幅閾値Ｔ３について説明する。

蒸気タービンが定格回転数で運転されている状態においては、蒸気タービンの運転状態が変化した場合でも２倍成分の振幅が減少する可能性は低い。これは、このような場合に２倍成分の位相が変化する可能性が低い理由と同様である。そのため、２倍成分の振幅が減少した場合には、前部心棒１における非常調速機４の設置部分１ｂ以外の箇所で、亀裂発生やその他の何らかの異常が発生している可能性が高い。

そこで、閾値演算部２２は、振幅の増加方向の第１および第２の振幅閾値Ｔ１、Ｔ２と同様に、振幅の減少方向の第３の振幅閾値Ｔ３を設定する。そして、閾値演算部２２は、２倍成分の振幅が第３の振幅閾値Ｔ３よりも小さい値をとる領域に、注意域Ｒ１”を設定する。注意域Ｒ１”は、第１の警報域の例である。警報器２４は、２倍成分の振幅が注意域Ｒ１”内の値に変化した場合に、警報として上述の第１の警報を発信する。

以上のように、閾値演算部２２は、振幅閾値Ｔ１〜Ｔ３と位相閾値θ１〜θ４に基づいて、注意域Ｒ１、Ｒ１’、Ｒ１”と停止域Ｒ２、Ｒ２’とを設定する。また、グラフ表示部２５は、各ポーラルグラフにおける２倍成分の振幅および位相の表示域に、注意域Ｒ１、Ｒ１’、Ｒ１”と停止域Ｒ２、Ｒ２’とを表示する。そして、警報器２４は、２倍成分の振幅および位相が注意域Ｒ１、Ｒ１’、Ｒ１”内に位置する場合に第１の警報を発信し、２倍成分の振幅および位相が停止域Ｒ２、Ｒ２’内に位置する場合に第２の警報を発信する。

本実施形態によれば、注意域Ｒ１、Ｒ１’、Ｒ１”と停止域Ｒ２、Ｒ２’に基づいて２倍成分の振幅および位相の異常を検知して２種類の警報を発信することで、スピンドル貫通部１３での亀裂発生とその他の要因による異常を正しく検知することができ、前部心棒１の点検や即時停止を促すことができる。よって、本実施形態によれば、前部心棒１が破断に到る前により精度よく前部心棒１の点検の要否を判定することが可能となる。

また、本実施形態によれば、各ポーラルグラフにおける２倍成分の振幅および位相の表示域に注意域Ｒ１、Ｒ１’、Ｒ１”と停止域Ｒ２、Ｒ２’とを表示することで、前部心棒１の点検や即時停止を要する事態の発生を管理者等が事前に知ることが可能となる。

なお、本実施形態の亀裂発生検知装置は、注意域Ｒ１、Ｒ１’、Ｒ１”や停止域Ｒ２、Ｒ２’を警報の発信用のみに使用し、これらを表示しない構成を採用してもよい。しかしながら、本実施形態の亀裂発生検知装置は、これらを警報の発信用に使用すると共に表示用に使用することにより、管理者等にとってより有用な情報を提供することができる。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態の亀裂発生検知装置の構成を模式的に示す系統図である。

本実施形態の診断部９は、振動演算部２１、閾値演算部２２、振動検知部２３、および警報器２４に加えて、温度検知部２６を備えている。温度検知部２６は、第１軸受６のメタル温度の変化を検知することで、前部心棒１の亀裂発生を検知する。

前部心棒１に亀裂が発生した場合、前部心棒１の軸剛性が低下することにより、前部心棒１を介してステディ軸受２から第１軸受６にかかる荷重が低下する。その結果、第１軸受６における面圧が変化し、第１軸受６のメタル温度が変化する。具体的には、第１軸受６における面圧が減少し、第１軸受６のメタル温度が低下する。

そこで、本実施形態の温度検知部２６は、タービン発電機の出力を含む発電機出力信号と、ロータ５の回転数を含むロータ回転数信号と、第１軸受６のメタル温度を含むメタル温度信号とを取り込む。

そして、温度検知部２６は、ロータ５の回転数が定格回転数に到達し、かつ、発電機出力が予め定められた時間以上一定である状態において、第１軸受６のメタル温度が予め定められた値よりも大きく変化した場合に、警報信号を出力する。具体的には、温度検知部２６は、第１軸受６のメタル温度が温度閾値よりも低下したことを検知した場合に、この警報信号を出力する。

警報器２４は、温度検知部２６からこの警報信号を受けると、管理者端末などに警報を発信する。この警報の内容は、前部心棒１の亀裂発生や第１軸受６のメタル温度に関するものでもよいし、前部心棒１の点検を促すものでもよい。

本実施形態においては、前部心棒１の振動と第１軸受６の温度の検知結果に基づいて前部心棒１の亀裂発生を検知することで、前部心棒１の点検を促すことができる。よって、本実施形態によれば、前部心棒１が破断に到る前により精度よく前部心棒１の点検の要否を判定することが可能となる。

（第４実施形態）
図９は、第４実施形態の亀裂発生検知装置の構成を模式的に示す系統図である。

本実施形態の診断部９は、振動演算部２１、閾値演算部２２、振動検知部２３、および警報器２４に加えて、速度検知部２７を備えている。速度検知部２７は、蒸気タービンの起動過程や停止過程におけるロータ５の危険速度の変化を検知することで、前部心棒１の亀裂発生を検知する。ロータ５の危険速度とは、前部心棒１の振動振幅が最大値となる際のロータ５の回転速度（回転数）である。

図１０は、第４実施形態の危険速度の変化について説明するためのグラフである。

前部心棒１に亀裂が発生した場合、前部心棒１の剛性が低下することにより、図１０のように危険速度の低下が起こる。図１０は、前部心棒１に亀裂が発生することで、危険速度がＣ１からＣ２、Ｃ３のように低下していく様子を示している。

そこで、本実施形態の速度検知部２７は、振動演算部２１から送られた振動データと、ロータ５の回転数を含むロータ回転数信号とを取り込み、個々の起動過程および停止過程における前部心棒１の振幅の最大値とそのときの回転数（危険速度）とを記憶する。

そして、速度検知部２７は、危険速度が予め定められた回数連続して低下した場合と、危険速度の低下量が予め定めた閾値を超えた場合とに、警報信号を出力する。

警報器２４は、速度検知部２７からこの警報信号を受けると、管理者端末などに警報を発信する。この警報の内容は、前部心棒１の亀裂発生やロータ５の危険速度に関するものでもよいし、前部心棒１の点検を促すものでもよい。

本実施形態においては、前部心棒１の振動とロータ５の危険速度の検知結果に基づいて前部心棒１の亀裂発生を検知することで、前部心棒１の点検を促すことができる。よって、本実施形態によれば、前部心棒１が破断に到る前により精度よく前部心棒１の点検の要否を判定することが可能となる。

（第５実施形態）
図１１は、第５実施形態の亀裂発生検知装置の構成を模式的に示す系統図である。

本実施形態の診断部９は、振動演算部２１、閾値演算部２２、振動検知部２３、および警報器２４に加えて、温度検知部２６と速度検知部２７とを備えている。よって、本実施形態の診断部９は、第３実施形態の診断部９の機能と、第４実施形態の診断部９の機能の両方を発揮することができる。

本実施形態においては、前部心棒１の振動、第１軸受６のメタル温度、およびロータ５の危険速度の検知結果に基づいて前部心棒１の亀裂発生を検知することで、前部心棒１の点検を促すことができる。よって、本実施形態によれば、前部心棒１が破断に到る前に、第３および第４実施形態よりもさらに精度よく前部心棒１の点検の要否を判定することが可能となる。

（第６実施形態）
図１２は、第６実施形態の亀裂発生検知装置の構成を模式的に示す系統図である。

本実施形態の診断部９は、振動演算部２１、閾値演算部２２、振動検知部２３、および警報器２４に加えて、グラフ表示部２５、温度検知部２６、および速度検知部２７を備えている。よって、本実施形態の診断部９は、第２、第３、および第４実施形態の診断部９の機能を発揮することができる。

第２実施形態の閾値演算部２２は、前部心棒１の振動データにおける回転同期の２倍成分の振幅閾値Ｔ１〜Ｔ３および位相閾値θ１〜θ４に基づいて、注意域と停止域とを設定する。そして、第２実施形態の警報器２４は、２倍成分の振幅および位相が注意域内に位置する場合に第１の警報を発信し、２倍成分の振幅および位相が停止域内に位置する場合に第２の警報を発信する。

これに対し、本実施形態の閾値演算部２２はさらに、温度検知部２６による第１軸受６のメタル温度の検知結果と、速度検知部２７によるロータ５の危険速度の検知結果とに基づいて、注意域と停止域とを設定する。注意域は、温度検知部２６と速度検知部２７の一方のみから警報信号が出力される場合にメタル温度および危険速度が属する領域である。停止域は、温度検知部２６と速度検知部２７の両方から警報信号が出力される場合にメタル温度および危険速度が属する領域である。

そして、本実施形態の警報器２４は、メタル温度および危険速度が注意域内に入った場合、すなわち、温度検知部２６と速度検知部２７の一方のみから警報信号が出力された場合には、警報として第１の警報を発信する。第１の警報は例えば、前部心棒１の点検を促す内容の警報である。

さらに、本実施形態の警報器２４は、メタル温度および危険速度が停止域内に入った場合、すなわち、温度検知部２６と速度検知部２７の両方から警報信号が出力された場合には、警報として第２の警報を発信する。第２の警報は例えば、前部心棒１の即時停止を促す内容の警報である。

本実施形態においては、第１軸受６のメタル温度とロータ５の危険速度の検知結果に基づいて２種類の警報を発信することで、前部心棒１の点検を促すことができる。よって、本実施形態によれば、前部心棒１が破断に到る前に、第２、第３、および第４実施形態よりもさらに精度よく前部心棒１の点検の要否を判定することが可能となる。

なお、本実施形態の警報器２４は、振動検知部２３、温度検知部２６、および速度検知部２７からの警報信号に基づいて警報を発信してもよい。例えば、２倍成分の振幅および位相が図７の注意域Ｒ１、Ｒ１’、Ｒ１”内に入ることで振動検知部２３から第１の警報に関する警報信号が出力され、かつ、温度検知部２６と速度検知部２７の一方のみから警報信号が出力された場合には、警報器２４は第２の警報を発信してもよい。

また、本実施形態のグラフ表示部２５は、メタル温度および危険速度に関する注意域と停止域を、何らかの形でポーラルグラフと同一画面内に表示してもよい。

（第７実施形態）
図１３は、第７実施形態の前部軸受台７の傾きについて説明するための断面図である。

前部心棒１を格納する前部軸受台７は、ケーシングの熱伸びに合わせて前後に摺動する構造を有している。図１３(ａ)の矢印Ｄ１は前方向を示し、図１３(ｂ)の矢印Ｄ３は後方向を示す。そのため、前部軸受台７の摺動時に、接地面の抵抗の増加などが原因となり前部軸受台７の傾きが発生することがある。前部軸受台７に傾きが発生すると、ステディ軸受２と第１軸受６との間にミスアライメントが発生する。ただし、ステディ軸受２は、前部心棒１から力を受けてステディ軸受２に一定以上の力が働くと、力の作用方向に摺動してアライメントの自動調整を行う。

また、ステディ軸受２と第１軸受６との間のミスアライメントは、これらの軸受の垂直方向の熱伸びによっても発生する。しかしながら、ステディ軸受２は、この場合にも力の作用方向に摺動することで、ミスアライメントによりステディ軸受２から前部心棒１に働く反力を軽減している。図１３(ａ)の矢印Ｄ２は上方向への摺動を示し、図１３(ｂ)の矢印Ｄ４は下方向への摺動を示す。

これらのミスアライメントのうち、軸受の熱伸び差によるミスアライメントは熱平衡により安定し、蒸気タービンの起動ごとに急激な熱伸び差は発生しない。一方、前部軸受台７の傾きは、設置面の摺動抵抗の変化により、蒸気タービンの起動ごとに変化して大きく増加する可能性がある。前部軸受台７の傾きの増加によりミスアライメント量がステディ軸受２の摺動範囲限界を超えてステディ軸受２が拘束された場合、ステディ軸受２から前部心棒１に働く荷重が増加し、曲げモーメントの増加により前部心棒１の破断を招く可能性がある。

図１４は、第７実施形態の亀裂発生検知装置の構成を模式的に示す系統図である。

本実施形態の亀裂発生検知装置は、ギャップセンサ８と診断部９に加えて、水平レベル検出器１０を備えている。また、本実施形態の診断部９は、振動演算部２１、閾値演算部２２、振動検知部２３、および警報器２４に加えて、ミスアライメント検知部２８を備えている。

水平レベル検出器１０は、前部軸受台７の内部において前部軸受台７の底部に設置されており、前部軸受台７に関する水平レベル信号を出力する。

ミスアライメント検知部２８は、水平レベル検出器１０から出力された水平レベル信号と、ステディ軸受２と第１軸受６との間の寸法（軸受間寸法）とを取り込み、これらに基づいて、第１軸受６に対するステディ軸受２のミスアライメント量を算出する。このようにして、前部軸受台７の傾きに起因するミスアライメント量が算出される。

また、ミスアライメント検知部２８は、ステディ軸受２の摺動限界ストロークにステディ軸受２および第１軸受６の熱伸び差を考慮したマージンを設けることで予め定められた閾値を取り込む。

そして、ミスアライメント検知部２８は、算出したミスアライメント量と予め定められた閾値とを比較する。これにより、ミスアライメント検知部２８は、ミスアライメント量が閾値を超えているか否か（すなわち、ミスアライメント量が閾値よりも大きいか否か）を検知することができる。ミスアライメント検知部２８は、ミスアライメント量が閾値を超えたことを検知した場合には、ステディ軸受２と第１軸受６とのミスアライメントについての警報信号を出力する。

警報器２４は、ミスアライメント検知部２８からこの警報信号を受けると、管理者端末などに警報を発信する。この警報の内容は、ステディ軸受２と第１軸受６とのミスアライメントに関するものでもよいし、前部心棒１の点検を促すものでもよい。

本実施形態によれば、管理者等が警報により前部軸受台７の傾きの増加によるステディ軸受２の拘束を予知し適切な処置を行うことで、前部心棒１にかかる曲げ応力の増加による亀裂発生を未然に防止することが可能となる。

なお、本実施形態の構成は、第１実施形態の構成に水平レベル検出器１０とミスアライメント検知部２８とを追加して実現されているが、代わりに、第２から第７実施形態のいずれかの構成に水平レベル検出器１０とミスアライメント検知部２８とを追加して実現してもよい。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１：前部心棒、２：ステディ軸受、３：主油ポンプ、４：非常調速機、
５：ロータ、６：第１軸受、７：前部軸受台、８：ギャップセンサ、
８ａ：第１のギャップセンサ、８ｂ：第２のギャップセンサ、
９：診断部、１０：水平レベル検出器、１１：偏心リング、
１２：スピンドル、１３：スピンドル貫通部、１４：飛び出し部、
２１：振動演算部、２２：閾値演算部、２３：振動検知部、
２４：警報器、２５：グラフ表示部、２６：温度検知部、
２７：速度検知部、２８：ミスアライメント検知部

Claims (10)

1. 前部心棒の第１および第２方向の変位をそれぞれ検知する第１および第２のセンサと、
   前記第１および第２方向の変位を前記前部心棒の振動データに変換する振動演算部と、
   前記振動データにおける回転同期の２倍成分の振幅と比較するための振幅閾値を算出する閾値演算部と、
   前記２倍成分の振幅が前記振幅閾値を超えたことを検知する振動検知部と、
   前記２倍成分の振幅が前記振幅閾値を超えたことが検知された場合に警報を発信する警報部と、
   を備える亀裂発生検知装置。
2. 前記閾値演算部は、
   前記前部心棒における非常調速機の設置部分の寸法に基づいて、前記前部心棒の第３方向剛性および第４方向剛性を算出し、
   前記第３方向剛性と前記第４方向剛性との剛性差と前記２倍成分の振幅とに基づいて、前記振幅閾値を算出する、
   請求項１に記載の亀裂発生検知装置。
3. 前記２倍成分の振幅および位相をグラフにより表示するグラフ表示部を備える、請求項１または２に記載の亀裂発生検知装置。
4. 前記閾値演算部は、前記振幅閾値として第１および第２の振幅閾値を算出し、前記第１および第２の振幅閾値に基づいて第１および第２の警報域を設定し、
   前記グラフ表示部は、前記２倍成分の振幅および位相の表示域に前記第１および第２の警報域を表示し、
   前記警報部は、前記２倍成分の振幅および位相が前記第１および第２の警報域内に位置する場合に、前記警報としてそれぞれ第１および第２の警報を発信する、
   請求項３に記載の亀裂発生検知装置。
5. 前記閾値演算部は、前記２倍成分の振幅と比較するための前記振幅閾値と、前記２倍成分の位相と比較するための位相閾値とに基づいて、前記第１および第２の警報域を設定する、請求項４に記載の亀裂発生検知装置。
6. 前記前部心棒が設けられたロータ用のロータ軸受の温度の変化を検知する温度検知部を備え、
   前記警報部は、前記温度検知部による前記ロータ軸受の温度の検知結果に基づいて、前記警報を発信する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の亀裂発生検知装置。
7. 前記前部心棒が設けられたロータの回転速度の変化を検知する速度検知部を備え、
   前記警報部は、前記速度検知部による前記ロータの回転速度の検知結果に基づいて、前記警報を発信する、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の亀裂発生検知装置。
8. 前記前部心棒が設けられたロータ用のロータ軸受の温度の変化を検知する温度検知部と、
   前記ロータの回転速度の変化を検知する速度検知部とを備え、
   前記警報部は、前記温度検知部による前記ロータ軸受の温度の検知結果と、前記速度検知部による前記ロータの回転速度の検知結果とに基づいて、前記警報として第１または第２の警報を発信する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の亀裂発生検知装置。
9. 前記前部心棒用の心棒軸受と、前記前部心棒が設けられたロータ用のロータ軸受とのミスアライメント量が閾値を超えたことを検知するミスアライメント検知部を備え、
   前記警報部は、前記ミスアライメント量が前記閾値を超えたことが検知された場合に前記警報を発信する、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の亀裂発生検知装置。
10. 前部心棒の第１および第２方向の変位をそれぞれ検知し、
    前記第１および第２方向の変位を前記前部心棒の振動データに変換し、
    前記振動データにおける回転同期の２倍成分の振幅と比較するための振幅閾値を算出し、
    前記２倍成分の振幅が前記振幅閾値を超えたことを検知し、
    前記２倍成分の振幅が前記振幅閾値を超えたことが検知された場合に警報を発信する、
    ことを含む亀裂発生検知方法。

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