JP2018131923A - 油圧駆動弁監視装置、油圧駆動弁監視方法、および制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】タービン用の油圧駆動弁の故障予兆の監視や故障要因の判定を行うことが可能な油圧駆動弁監視装置、油圧駆動弁監視方法、および制御システムを提供する。
【解決手段】一の実施形態によれば、油圧駆動弁監視装置は、タービン用の流体を制御する油圧駆動弁の開度の計測値と、前記油圧駆動弁用の制御油の油圧の計測値とを対応付けて記録する記録部を備える。前記装置はさらに、前記開度の基準値と、前記油圧の基準値とが対応付けて設定された設定部を備える。前記装置はさらに、前記油圧の計測値と、前記油圧の基準値と、前記油圧の計測値と前記油圧の基準値との関係を判定するための設定値とに基づいて、前記油圧駆動弁についての警報を出力する警報部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、油圧駆動弁監視装置、油圧駆動弁監視方法、および制御システムに関する。

タービンで流体の流量制御、圧力制御、緊急遮断用に使用される油圧駆動弁では、経年劣化による様々な要因で故障が発生し得る。このような油圧駆動弁の例は、蒸気タービンで蒸気の制御用に使用される蒸気弁である。一般には、油圧駆動弁が開閉しない等の事象が実際に発生すると、タービンの停止時に開放点検を含む各部調査を実施する。そして、調査結果に応じて、必要な処置や交換部品を決定して部品製作を行い、復旧処置を行った後、タービンの運転再開となる。そのため、タービンの計画外の長期間停止を強いられる可能性がある。

よって、タービンの計画外停止期間を最小化したいという市場ニーズが存在する。そこで、油圧駆動弁の動作を監視することにより、油圧駆動弁の故障が実際に発生する前に、油圧駆動弁の動作不良の予兆や要因を検出することが考えられる。

図１０は、従来の油圧駆動弁１と油圧駆動弁監視装置２を示す模式図である。油圧駆動弁１と油圧駆動弁監視装置２は、蒸気タービンで使用される蒸気を制御する制御システムを構成している。以下、油圧駆動弁監視装置２を適宜「監視装置２」と略記する。

油圧駆動弁１は、蒸気タービンで使用される蒸気の制御用の弁であり、弁の開閉が制御油により制御される。油圧駆動弁１は、制御油用の油筒油圧回路２１を有する油筒マニホールド１１と、制御油の入口および出口を有する油圧シリンダ１２と、蒸気の入口および出口を有するバネ箱１３とを備える。油圧駆動弁１はさらに、油圧シリンダ１２およびバネ箱１３内に設けられたピストンロッド１４と、バネ箱１３内に設けられた閉止バネ１５と、油圧駆動弁１の開度（ストローク）を計測して、開度の計測値を監視装置２に出力する開度検出器１６とを備える。

油筒油圧回路２１は、油圧シリンダ１２の入口に制御油を搬送する入口側回路部２１ａと、油圧シリンダ１２の出口からの制御油ドレンを搬送する出口側回路部２１ｂとを有する。図１０はさらに、油筒油圧回路２１を構成する弁として、制御油の流量を制御するためのサーボ弁２２と、制御油をトリップ時に制御するためのトリップ弁２３と、制御油の圧力を制御するためのダンプ弁２４とを示している。サーボ弁２２は、電磁弁に置き換えてもよい。また、トリップ弁２３の一例は、電磁弁である。

監視装置２は、油圧駆動弁１の動作を監視する装置であり、油圧駆動弁１の開度や制御油の油圧などを監視する。監視装置２はさらに、サーボ弁２２、トリップ弁２３、ダンプ弁２４などの動作を制御する。監視装置２の一例は、制御盤である。

このように、監視装置２は、油圧駆動弁１の動作を制御すると共に、油圧駆動弁１からのフィードバックを受け取る。しかしながら、監視装置２は一般に、油圧駆動弁１の制御用や、油圧駆動弁１の監視結果や制御結果の表示用に使用されるのみで、油圧駆動弁１の動作不良に関する処理は行わない。また、監視装置２は、一般に制御油の油圧を常時計測している訳ではなく、常時計測を行う場合には油圧の大小の監視のみを行う。

特開昭５９−６３３０８号公報

上述のように、タービンの計画外停止期間に関しては、これを最小化したいという市場ニーズが存在する。そこで、油圧駆動弁１の動作を監視することにより、油圧駆動弁１の故障が実際に発生する前に、油圧駆動弁１の動作不良の予兆や要因を検出することが考えられる。例えば、このような機能を監視装置２に持たせることが考えられる。

ここで、従来の油圧駆動弁１で計測され監視装置２に出力される状態値は、油圧駆動弁１の油筒開度など、弁位置制御やインターロックを目的としたものが主である。また、制御油の油筒下部油圧を計測する場合でも、単純な油圧の大小の監視のみを目的としたものである。よって、油圧駆動弁１の故障予兆の監視や故障要因の判定は行われていない。そのため、油圧駆動弁１の故障発生時には、計画外のタービン停止が必要となり、その後の点検調査や修理により長期間のタービン停止が必要となることから、電力の需給計画が阻害されてしまう。

そこで、本発明の実施形態は、タービン用の油圧駆動弁の故障予兆の監視や故障要因の判定を行うことが可能な油圧駆動弁監視装置、油圧駆動弁監視方法、および制御システムを提供することを課題とする。

一の実施形態によれば、油圧駆動弁監視装置は、タービン用の流体を制御する油圧駆動弁の開度の計測値と、前記油圧駆動弁用の制御油の油圧の計測値とを対応付けて記録する記録部を備える。前記装置はさらに、前記開度の基準値と、前記油圧の基準値とが対応付けて設定された設定部を備える。前記装置はさらに、前記油圧の計測値と、前記油圧の基準値と、前記油圧の計測値と前記油圧の基準値との関係を判定するための設定値とに基づいて、前記油圧駆動弁についての警報を出力する警報部を備える。

第１実施形態の油圧駆動弁と油圧駆動弁監視装置を示す模式図である。 第１実施形態の油圧駆動弁の構造を示す断面図である。 第１実施形態の油圧駆動弁の監視について説明するためのグラフ(1/2)である。 第１実施形態の油圧駆動弁の監視について説明するためのグラフ(2/2)である。 第１実施形態の油圧駆動弁の監視について説明するための表(1/3)である。 第１実施形態の油圧駆動弁の監視について説明するための表(2/3)である。 第１実施形態の油圧駆動弁の監視について説明するための表(3/3)である。 第２実施形態の油圧駆動弁の監視について説明するためのグラフである。 第３実施形態の油圧駆動弁の監視について説明するための表である。 従来の油圧駆動弁と油圧駆動弁監視装置を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１から図１０において、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の油圧駆動弁１と油圧駆動弁監視装置２を示す模式図である。図１の油圧駆動弁１と油圧駆動弁監視装置２は、蒸気タービンで使用される蒸気を制御する制御システムを構成している。以下、油圧駆動弁監視装置２を適宜「監視装置２」と略記する。

図１の油圧駆動弁１は、図１０に示す構成要素に加え、油圧油筒回路２１に設けられた油筒下部油圧検出器３１と、供給油圧検出器３２と、トリップ系統油圧検出器３３とを備えている。油筒下部油圧検出器３１、供給油圧検出器３２、およびトリップ系統油圧検出器３３の一例は、圧力トランスミッタである。また、監視装置２は、記録部４１と、設定部４２と、警報部４３と、表示部４４とを備えている。

油筒下部油圧検出器３１は、制御油の油筒下部油圧を計測して、油筒下部油圧の計測値を監視装置２に出力する。供給油圧検出器３２は、制御油の供給油圧を計測して、供給油圧の計測値を監視装置２に出力する。トリップ系統油圧検出器３３は、制御油のトリップ系統油圧を計測して、トリップ系統油圧の計測値を監視装置２に出力する。同様に、開度検出器１６は、油圧駆動弁１の開度（ストローク）を計測して、開度の計測値を監視装置２に出力する。これらの計測値は、記録部４１に記録される。

本実施形態において、記録部４１は、油圧駆動弁１の開度の計測値と、制御油の油筒下部油圧の計測値とを対応付けて記録する。一方、設定部４２には、油圧駆動弁１の開度の基準値と、制御油の油筒下部油圧の基準値とが対応付けて設定されている。

警報部４３は、記録部４１に記録された油筒下部油圧の計測値と、設定部４２に設定された油筒下部油圧の基準値と、これら計測値と基準値との関係を判定するための設定値とに基づいて、油圧駆動弁１についての警報を出力する。例えば、開度の計測値がＳに増加したときの油圧の計測値がＰ１であり、開度の基準値がＳに増加したときの油圧の基準値がＰ２であり、上記の設定値がＫである場合に、計測値Ｐ１が、基準値Ｐ２および設定値Ｋにより定まる閾値よりも大きい場合に、警報が出力される。警報の例は、ディスプレイへの警報表示、ランプの光による警報出力、ブザーの音による警報出力などである。

表示部４４は、記録部４１に記録された油筒下部油圧の計測値と、設定部４２に設定された油筒下部油圧の基準値と、上記の設定値とに基づいて、油圧駆動弁１の故障要因を特定して表示する。故障要因の例は、油圧駆動弁１内の抵抗増大、閉止バネ１５の閉止力低下、制御油（油筒油）のリーク増加、サーボ弁２２の動作不良などである。

なお、記録部４１、設定部４２、警報部４３、および表示部４４の詳細については後述する。

図２は、第１実施形態の油圧駆動弁１の構造を示す断面図である。図２(ｂ)は、図２(ａ)において符号Ｒで示す領域の拡大図である。

油圧駆動弁１は、制御油用の機構として、油筒マニホールド１１と、油圧シリンダ１２と、バネ箱１３と、ピストンロッド１４と、閉止バネ１５と、開度検出器１６とを備えている。油圧駆動弁１はさらに、蒸気用の機構として、弁箱５１と、弁上蓋５２と、弁棒案内片５３と、弁棒５４と、主弁５５と、副弁５６とを備えている。

弁箱５１と弁上蓋５２は、蒸気の流通を制御するための弁棒案内片５３、弁棒５４、主弁５５、および副弁５６を収容している。図２(ａ)はさらに、主弁５５用に設けられた主弁全閉シート５５ａおよび主弁全開バックシート５５ｂと、副弁５６用に設けられた副弁全閉シート５６ａとを示している。弁箱５１は、接続片５７によりバネ箱１３と接続されている。

図２(ａ)は、油圧駆動弁１の弁棒５４とピストンロッド１４とを接続するカップリング５８を示している。また、図２(ｂ)は、このカップリング５８の間隙であるカップリング間隙５８ａを示している。本実施形態のカップリング間隙５８ａは、油圧駆動弁１の組立上の最小限の隙間に設定されており、例えば１ｍｍ未満に設定されている。

油圧駆動弁１の開閉は、蒸気に起因する蒸気圧と、制御油に起因する油圧と、油圧駆動弁１の各部の抵抗力等により規定される。抵抗力の例は、閉止バネ１５の弾性力や、弁棒５４、主弁５５、副弁５６等における摩擦力である。油圧駆動弁１は、抵抗力に対して裕度のある油筒力を持つよう設計されているが、何らかの要因により故障することがある。

そのため、本実施形態の監視装置２は、油圧駆動弁１の動作を監視するために設けられている。本実施形態によれば、以下に説明するように、油圧駆動弁１の故障が実際に発生する前に、油圧駆動弁１の動作不良の予兆や要因を検出することが可能となる。

図３および図４は、第１実施形態の油圧駆動弁１の監視について説明するためのグラフである。

図３(ａ)は、正規状態の油圧駆動弁１の動作を示している。図３(ａ)の横軸は、油圧駆動弁１の開度（ストローク）を示しており、０％が全閉に相当し、１００％が全開に相当する。図３(ａ)の縦軸は、制御油の油筒下部油圧を示しており、１００％は油筒下部油圧が定格値（供給圧力）のときの油圧に相当する。

曲線Ｌ１、Ｌ２は、油圧駆動弁１の開度の基準値と、制御油の油筒下部油圧の基準値との対応関係を示しており、設定部４２に設定されている。ただし、曲線Ｌ１は、開度が増加する場合、すなわち、油圧駆動弁１を開方向に動作させる場合の対応関係を示し、曲線Ｌ２は、開度が減少する場合、すなわち、油圧駆動弁１を閉方向に動作させる場合の対応関係を示す。このように、本実施形態の油圧駆動弁１のストローク−油圧特性は、ヒステリシスを示す。曲線Ｌ１は、第１対応情報の例である。曲線Ｌ２は、第２対応情報の例である。曲線Ｌ１上において、開度が０％の点を油筒開き始め点と呼び、開度が１００％の点を弁全開点と呼ぶ。

故障のない油圧駆動弁１を開方向に動作させる場合には、おおむね曲線Ｌ１の対応関係を示す開度の計測値と油筒下部油圧の計測値が計測され、記録部４１に記録される。同様に、故障のない油圧駆動弁１を閉方向に動作させる場合には、おおむね曲線Ｌ２の対応関係を示す開度の計測値と油筒下部油圧の計測値が規則され、記録部４１に記録される。

逆に言うと、開度の計測値と油筒下部油圧の計測値との対応関係が曲線Ｌ１、Ｌ２から乖離している場合には、油圧駆動弁１の動作不良の予兆であると考えられる。そこで、本実施形態では、油筒下部油圧の計測値と基準値とを利用して、油圧駆動弁１の動作不良の予兆を検出する。

また、開度の計測値と油筒下部油圧の計測値との対応関係は、油圧駆動弁１の動作不良の要因に応じて様々に変化することが判明している。図３(ｂ)〜図４(ｄ)は、これらの対応関係が、動作不良の要因に応じて異なる形に変化する例を示している。そこで、本実施形態では、油筒下部油圧の計測値と基準値とを利用して、油圧駆動弁１の動作不良の要因を検出する。

本明細書では、油圧駆動弁１の動作不良の予兆を、油圧駆動弁１の故障につながる予兆ということで「故障予兆」と呼ぶ。また、油圧駆動弁１の動作不良の要因を、油圧駆動弁１の故障をもたらす要因ということで「故障要因」と呼ぶ。

以下、図３(ｂ)〜図４(ｄ)の詳細を説明する。

図３(ｂ)は、副弁５６の開き始め抵抗が増大した場合の計測結果を示している。この場合、開動作時の開度の計測値と油圧の計測値との対応関係は、曲線Ｌ１の１番目のピークＰ（副弁開き始め点）を高くしたような特性を示す。これは、副弁５６と副弁全閉シート５６ａとの固着が原因である。

図３(ｃ)は、主弁５５の開き始め抵抗が増大した場合の計測結果を示している。この場合、開動作時の開度の計測値と油圧の計測値との対応関係は、曲線Ｌ１の２番目のピークＰ（主弁開き始め点）を高くしたような特性を示す。これは、主弁５６と主弁全閉シート５５ａとの固着が原因である。

図３(ｄ)は、弁棒５４の摺動抵抗が増大した場合の計測結果を示している。この場合、開動作時の対応関係は曲線Ｌ３のようになり、閉動作時の対応関係は曲線Ｌ４のようになる。曲線Ｌ３は、副弁開き始め点から主弁全開点までの全領域において、曲線Ｌ１を上方にシフトさせた形状を有する。曲線Ｌ４は、副弁開き始め点から主弁全開点までの全領域において、曲線Ｌ２を下方にシフトさせた形状を有する。これは、弁棒５４と弁棒案内片５３との間の摺動抵抗の増加が原因である。

これらと同様の現象は、図４(ａ)〜図４(ｄ)でも見られる。図４(ａ)は、油筒の摺動抵抗が増大した場合の計測結果を示している。図４(ｂ)は、閉止バネ１５のバネ力が低下した場合の計測結果を示している。図４(ｃ)は、制御油（油筒油）のリークが増加した場合の計測結果を示している。図４(ｄ)は、サーボ弁２２の動作不良が生じた場合の計測結果を示している。例えば、図４(ｄ)に示す開度の計測値は、サーボ弁２２が動作しないことから、点Ｐに示すように０％のままである。

図５〜図７は、第１実施形態の油圧駆動弁１の監視について説明するための表である。

図５〜図７の表は、警報の出力や故障要因の表示のために使用される判定マトリクスを示している。判定マトリクスは、設定部４２により保持されており、警報を出力するか否かの判定や、故障要因を特定するための判定に用いられる。図５〜図７の説明では、油筒下部油圧を単に「油圧」と表記する。

これらの判定では、油圧駆動弁１の開動作時における８点分の油圧の計測値と、油圧駆動弁１の閉動作時における８点分の油圧の計測値が用いられる。これらの８点とは、油筒開き始め点、カップリング間隙動作中間点、副弁動き始め点、副弁開始動作中間点、主弁動き始め点、主弁開始動作中間点、全開時、および突き上げ時であり、油圧の基準値との比較用に用いられる。図５〜図７に示すように、開動作時の８点に対応する油圧の基準値を、それぞれＰＯ２〜ＰＯ９と表記し、閉動作時の８点に対応する油圧の基準値を、それぞれＰＣ２〜ＰＣ９と表記する。

これらの判定ではさらに、油圧の計測値が、油圧の基準値により定まる閾値と比較される。開動作時には、油圧の計測値が閾値より大きいか否かが判定される。一方、閉動作時には、油圧の計測値が閾値より小さいか否かが判定される。

例えば、開動作時の油筒開き始め点では、油圧の計測値Ｐが、閾値ＰＯ２＋Ｋ（Ｐａ−ＰＯ２）と比較される。ここで、符号Ｐａは、油圧の定格値を表し、符号Ｋは、油圧の計測値と基準値との関係を判定するための設定値を表す。設定値Ｋは、０≦Ｋ≦１を満たす実数である。開動作時の油筒開き始め点では、不等式Ｐ＞ＰＯ２＋Ｋ（Ｐａ−ＰＯ２）が成立するか否かが判定される。

閾値ＰＯ２＋Ｋ（Ｐａ−ＰＯ２）は、基準値ＰＯ２と定格値Ｐａ（最大油圧）との間のＫ：１−Ｋの内分点に相当する。例えば、Ｋ＝０のときの閾値は基準値ＰＯ２であり、計測値Ｐがわずかでも基準値ＰＯ２から増加すれば、計測値Ｐは閾値よりも大きくなる。また、Ｋ＝１のときの閾値は定格値Ｐａであり、計測値Ｐが定格値Ｐａに達しても、計測値Ｐは閾値よりも大きくならない。

このように、設定値Ｋは、計測値Ｐの変化を検出する際の検出感度に相当する。本実施形態の設定値Ｋは、例えば１／２に設定される。この場合、開動作時の油筒開き始め点の閾値は、（ＰＯ２＋Ｐａ）／２となる。本実施形態の設定部４２は、蒸気タービンの運用者が設定値Ｋを変更できるように構成されていてもよい。これにより、運用者が検出感度を調整することが可能となる。

一方、閉動作時の油筒開き始め点では、油圧の計測値Ｐが、閾値Ｋ×ＰＣ２と比較される。閉動作時の油筒開き始め点では、不等式Ｐ＜Ｋ×ＰＣ２が成立するか否かが判定される。閾値Ｋ×ＰＣ２は、ゼロ（最小油圧）と基準値ＰＯ２との間のＫ：１−Ｋの内分点に相当する。

これらの閾値は、他の７点についても同じ形で与えられる。例えば、開動作時の主弁開き始め点では、閾値はＰＯ６＋Ｋ（Ｐａ−ＰＯ６）で与えられる。また、閉動作時の主弁開き始め点では、閾値はＫ×ＰＣ６で与えられる。なお、開動作時の設定値Ｋと、閉動作時の設定値Ｋは、同じ値でもよいし、異なる値でもよい。同様に、８点のうちのある点の設定値Ｋと別の点の設定値Ｋは、同じ値でもよいし、異なる値でもよい。

警報部４３は、油圧駆動弁１の開動作時には、上記の８点について油圧の計測値Ｐと閾値とを比較し、計測値Ｐが閾値より大きいか否かを判定する。そして、８点のいずれかにおいて計測値Ｐが閾値よりも大きい場合には、警報が出力される。

警報部４３はさらに、油圧駆動弁１の閉動作時には、上記の８点について油圧の計測値Ｐと閾値とを比較し、計測値Ｐが閾値より小さいか否かを判定する。そして、８点のいずれかにおいて計測値Ｐが閾値よりも小さい場合には、警報が出力される。

本実施形態によれば、これらの警報により、運用者が油圧駆動弁１の故障の予兆を知ることができる。よって、運用者は油圧駆動弁１の故障が実際に発生する前に、必要な対策を取ることができる。

一方、表示部４４は、油圧駆動弁１の故障要因を特定して表示する。以下、表示部４４の動作の詳細を、副弁５６の開き始め抵抗が増大した場合と、弁棒５４の摺動抵抗が増大した場合とを例に説明する。

上述のように、副弁５６の開き始め抵抗が増大した場合には、開動作時の開度の計測値と油圧の計測値との対応関係は、曲線Ｌ１の１番目のピークＰ（副弁開き始め点）を高くしたような特性を示す（図３(ｂ)を参照）。このことは、油圧駆動弁１の開動作時の副弁開き始め点において、油圧の計測値Ｐを閾値ＰＯ４＋Ｋ（Ｐａ−ＰＯ４）と比較することで検出可能である。

そこで、表示部４４は、開動作時の油圧の計測値Ｐが閾値ＰＯ４＋Ｋ（Ｐａ−ＰＯ４）より大きい場合には、故障要因として「副弁５６の開き始め抵抗の増大」が発生したと判定し、その事実を画面上に表示する。図５の「副弁開き始め抵抗大」の欄は、計測値Ｐと閾値ＰＯ４＋Ｋ（Ｐａ−ＰＯ４）との比較が判定基準であることを示している。この表示により、運用者は、油圧駆動弁１の副弁５６に問題があることを知ることができる。

より詳細には、表示部４４は、開動作時のその他の７点についても、計測値Ｐが閾値より大きいか否かを判定する。表示部４４はさらに、閉動作時の８点についても、計測値Ｐが閾値より小さいか否かを判定する。図５の「副弁開き始め抵抗大」の欄に示す「正常」の表記は、このことを表している。そして、開動作時の上記１点について計測値Ｐ＞閾値が成り立ち、開動作時のその他の７点について計測値Ｐ≦閾値が成り立ち、かつ閉動作時の８点について計測値Ｐ≧閾値が成り立つ場合には、故障要因として「副弁５６の開き始め抵抗の増大」が発生したと判定される。このような処理を行う理由は、故障要因「副弁５６の開き始め抵抗の増大」と他の故障要因とを区別する必要があるためである。

また、弁棒５４の摺動抵抗が増大した場合には、開動作時の対応関係は曲線Ｌ３のようになり、閉動作時の対応関係は曲線Ｌ４のようになる（図３(ｄ)を参照）。曲線Ｌ３は、副弁開き始め点から主弁全開点までの全領域において、曲線Ｌ１を上方にシフトさせた形状を有する。曲線Ｌ４は、副弁開き始め点から主弁全開点までの全領域において、曲線Ｌ２を下方にシフトさせた形状を有する。

そこで、表示部４４は、図６の「弁棒摺動抵抗大」の欄に示すＰＯ４〜ＰＯ８の５点とＰＣ４〜ＰＣ８の５点に関し、前者の全５点で計測値Ｐが閾値より大きく、後者の全５点で計測値Ｐが閾値より小さい場合には、故障要因として「弁棒５４の摺動抵抗の増大」が発生したと判定し、その事実を画面上に表示する。この表示により、運用者は、油圧駆動弁１の弁棒５４に問題があることを知ることができる。

なお、この場合にも、表示部４４は、開動作時のその他の３点についての閾値処理と、閉動作時のその他の３点についての閾値処理とを行う。その詳細は、故障要因「副弁５６の開き始め抵抗の増大」を検出する場合と同様である。

以上のように、本実施形態の監視装置２は、油圧駆動弁１の開度の計測値と、制御油の油圧の計測値とを対応付けて記録する記録部４１と、油圧駆動弁１の開度の基準値と、制御油の油圧の基準値とが対応付けて設定された設定部４２とを備えている。そして、警報部４３は、油圧の計測値と、油圧の基準値と、これらの関係を判定するための設定値とに基づいて、油圧駆動弁１についての警報を出力する。また、表示部４４は、油圧の計測値と、油圧の基準値と、上記設定値とに基づいて、油圧駆動弁１の故障要因を特定して表示する。よって、本実施形態によれば、油圧駆動弁１の故障予兆の監視や故障要因の判定を監視装置２により行うことが可能となる。

以下、図１〜図７を参照して、第１実施形態の種々の変形例の監視装置２について説明する。

［第１変形例］
図５〜図７を参照して説明したように、開動作時の油筒開き始め点では、油圧の計測値Ｐが、閾値ＰＯ２＋Ｋ（Ｐａ−ＰＯ２）と比較される。そして、警報部４３は、開動作時の油筒開き始め点において、計測値Ｐが閾値ＰＯ２＋Ｋ（Ｐａ−ＰＯ２）より大きい場合には、警報を出力する。

本変形例では、設定値Ｋとして、第１設定値Ｋ１と、第１設定値Ｋ１と異なる第２設定値Ｋ２とを採用することにする。例えば、第１設置値Ｋ１を０．２５に設定し、第２設定値Ｋ２を０．７５に設定する。第１および第２設定値Ｋ１、Ｋ２の値は、判定マトリクスに設定される。

そして、警報部４３は、開動作時の油筒開き始め点において、計測値Ｐが第１閾値ＰＯ２＋Ｋ１（Ｐａ−ＰＯ２）より大きくなった場合には、第１警報を出力する。また、警報部４３は、開動作時の油筒開き始め点において、計測値Ｐが第２閾値ＰＯ２＋Ｋ２（Ｐａ−ＰＯ２）より大きくなった場合には、第２警報を出力する。第１警報の例は、油圧駆動弁１の運用に直ちに支障はないが、油圧駆動弁１が正常状態から逸脱していることを伝える情報である。第２警報の例は、油圧駆動弁１の運用に支障が出る可能性があり、油圧駆動弁１の動作不良が間もなく発生し得ることを伝える情報である。このように、本変形例によれば、油圧駆動弁１についての２段警報が実現される。

なお、本変形例では、２段警報の代わりに３段以上の多段警報を採用してもよい。例えば、Ｅ段警報（Ｅは２以上の整数）を採用する場合には、０≦Ｋ１＜Ｋ２＜・・・＜ＫＥ≦１を満たす第１〜第Ｅ設定値が導入され、これらを用いて第１〜第Ｅ閾値が導入され、計測値Ｐと第１〜第Ｋ閾値との比較結果に基づいて第１〜第Ｋ警報が出力される。

また、このような多段警報は、開動作時の油筒開き始め点以外の点にも同様に適用可能である。

［第２変形例］
図１を参照して説明したように、油圧駆動弁１の開閉は、蒸気に起因する蒸気圧と、制御油に起因する油圧と、油圧駆動弁１の各部の抵抗力等によって規定される。抵抗力の例は、閉止バネ１５の弾性力や、弁棒５４、主弁５５、副弁５６等における摩擦力である。

ここで、蒸気圧の大きさは蒸気タービンの状態により変化し、これが油圧駆動弁１の開閉に影響する。例えば、初期データ計測時の蒸気圧と運用時の蒸気圧の変動が大きい場合には、蒸気圧が判定マトリクスによる判定に対する誤差要因となる。

そこで、本変形例では、初期データとして蒸気圧がない状態と定格蒸気圧がある状態の開度−油圧特性を計測して記録部４１に記録する。そして、設定部４２は、運用時の蒸気圧と初期データとに基づいて、判定マトリクスに使用する初期データの自動補正を行い、補正された初期データに基づいて、油圧の基準値（ＰＯ２〜ＰＯ９、ＰＣ２〜ＰＣ９）を補正する。

この自動補正は、以下の手順により実行可能である。

まず、蒸気圧がない状態で関度−油圧特性の初期データを採取する。次に、定格蒸気圧がある状態で開度−油圧特性の初期データを採取する。その結果、前者における計測値と後者における計測値の差として、定格蒸気圧が算出される。

ここで、蒸気圧がない状態における油圧の基準値ＰＯ２を「ＰＯ２_０」とし、定格蒸気圧がある状態における油圧の基準値ＰＯ２を「ＰＯ２_１」とし、運用時における油圧の基準値ＰＯ２を「ＰＯ２_２」とする。ＰＯ２_０は、蒸気圧がない状態での関度−油圧特性の初期データから算出される。ＰＯ２_１は、定格蒸気圧がある状態での関度−油圧特性の初期データから算出される。また、定格蒸気圧を「Ａ_１」とし、運用時における蒸気圧を「Ａ_２」とする。この場合、ＰＯ２_２は次の式で与えられる。

ＰＯ２_２＝ＰＯ２_０＋（Ａ_２／Ａ_１）×（ＰＯ２_１−ＰＯ２_０）
このＰＯ２_２が、油圧の基準値ＰＯ２の補正値である。運用時に警報部４３や表示部４４が油圧の基準値ＰＯ２を使用する際には、運用時における蒸気圧Ａ_２からＰＯ２_２を算出し、ＰＯ２_２を判定に使用する。

これは、ＰＯ２以外の基準値（ＰＯ３〜ＰＯ９、ＰＣ２〜ＰＣ９）についても同様である。例えば、基準値ＰＣ２を補正する場合には、上記の式のＰＯ２_１、ＰＯ２_２、ＰＯ２_３をそれぞれＰＣ２_１、ＰＣ２_２、ＰＣ２_３に置き換える。ＰＣ２_１、ＰＣ２_２、ＰＣ２_３の定義は、ＰＯ２_１、ＰＯ２_２、ＰＯ２_３と同様である。

［第３変形例］
判定マトリクスによる判定においては、油圧駆動弁１の開度と制御油の油圧（油筒下部油圧）が正確に計測されていることが望ましい。よって、前者の開度を計測する開度検出器１６と、後者の油圧を計測する油筒下部油圧検出器３１が、正常に動作していることが求められる。

そこで、本変形例では、開度検出器１６と油筒下部油圧検出器３１とを多重化する構成を採用する。具体的には、開度検出器１６として、第１から第Ｎ開度検出器（Ｎは２以上の整数）を油筒油圧回路２１に設ける。さらには、油筒下部油圧検出器３１として、第１から第Ｍ油圧検出器（Ｍは２以上の整数）を油筒油圧回路２１に設ける。

記録部４１は、第１から第Ｎ開度検出器からそれぞれ、油圧駆動弁１の開度の第１から第Ｎ計測値を取得し、第１から第Ｍ油圧検出器からそれぞれ、制御油の油圧（油筒下部油圧）の第１から第Ｍ計測値を取得する。そして、記録部４１は、開度の第１から第Ｎ計測値と油圧の第１から第Ｍ計測値とを対応付けて記録する。開度の第１から第Ｎ計測値の少なくともいずれかと、油圧の第１から第Ｍ計測値の少なくともいずれかが、判定マトリクスによる判定に使用される。

本変形例によれば、第１から第Ｎ開度検出器のうちの一部の検出器に不具合が発生しても、第１から第Ｎ開度検出器のうちの残りの検出器を使用することで、正確な開度を取得することが可能となる。これは、第１から第Ｍ油圧検出器についても同様である。

なお、記録部４１は、開度の第１から第Ｎ計測値のうちの２つ以上の偏差を算出し、偏差の算出結果を表示したり、偏差が大きい場合に警報を出力してもよい。同様に、記録部４１は、油圧の第１から第Ｍ計測値のうちの２つ以上の偏差を算出し、偏差の算出結果を表示したり、偏差が大きい場合に警報を出力してもよい。これにより、第１から第Ｎ開度検出器や第１から第Ｍ油圧検出器の異常を検出することが可能となる。

この場合、開度の第１から第Ｎ計測値のうちの一部は、偏差の算出用のみに使用してもよく、記録部４１に記録しないことにしてもよい。同様に、油圧の第１から第Ｍ計測値のうちの一部は、偏差の算出用のみに使用してもよく、記録部４１に記録しないことにしてもよい。

また、本変形例では、開度検出器１６と油筒下部油圧検出器３１の両方を多重化しているが、開度検出器１６と油筒下部油圧検出器３１の一方のみを多重化してもよい。

［第４変形例］
監視装置２は、油筒下部油圧検出器３１により油筒下部油圧の監視しており、油筒下部油圧に関する異常を検出することができる。しかしながら、その他の油圧に関する異常を検出することができない。

そこで、監視装置２は、供給油圧検出器３２により計測された供給油圧や、トリップ系統油圧検出器３３により計測されたトリップ系統油圧も、判定マトリクスによる判定に使用してもよい。この場合、供給油圧またはトリップ系統油圧に異常が発生すると、警報部４３により警報が出力され、さらには、表示部４４により故障要因が表示される。

以上のように、第１から第４変形例によれば、油圧駆動弁１の故障予兆の監視や故障要因の判定をより好適に行うことが可能となる。第１から第４変形例の構成は、互いに組み合わせて採用してもよい。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態の油圧駆動弁１の監視について説明するためのグラフである。

第１実施形態で説明した通り、図２(ａ)は、油圧駆動弁１の弁棒５４とピストンロッド１４とを接続するカップリング５８を示している。また、図２(ｂ)は、このカップリング５８の間隙であるカップリング間隙５８ａを示している。第１実施形態のカップリング間隙５８ａは、油圧駆動弁１の組立上の最小限の隙間に設定されており、例えば１ｍｍ未満に設定されている。

ここで、油圧駆動弁１の開度が０％〜１００％の領域において、油圧駆動弁１の油筒のみが動作する領域は、カップリング間隙５８ａ分の領域のみである。この場合、判定マトリクスによる油筒側での動作不良と弁側での動作不良の判定は、カップリング間隙５８ａ分の領域での油圧の挙動に基づいて行われる。

第１実施形態のようにカップリング間隙５８ａが１ｍｍと狭く設定されている場合、カップリング間隙５８ａ分の領域での油圧の挙動の計測は困難である。そこで、本実施形態では、カップリング間隙５８ａを、油圧駆動弁１の組立上の最小限の隙間よりも大きな値に設定し、例えば５ｍｍ程度に設定する。これにより、カップリング間隙５８ａ分の動作中の油圧の挙動を確実に計測することが可能となる。

図８(ａ)〜図８(ｃ)は、この効果を具体的に例示したものである。図８(ａ)は図３(ａ)、図８(ｂ)は図３(ｄ)、図８(ｃ)は図４(ａ)に対応する開度−油圧特性を示している。符号Ｘは、カップリング間隙５８ａが１ｍｍ未満から５ｍｍ程度に増加することで、曲線Ｌ１や曲線Ｌ３の１番目と２番目のピークが右にシフトした様子を示している。これにより、カップリング間隙５８ａ分の動作中の異常の検出性が改善される。

（第３実施形態）
図９は、第３実施形態の油圧駆動弁１の監視について説明するための表である。

まず、第１実施形態の表示部４４の動作について、弁棒５４の摺動抵抗が増大した場合を例に再説する。

弁棒５４の摺動抵抗が増大した場合には、図３(ｄ)に示すように、開動作時の開度の計測値と油圧の計測値との対応関係は曲線Ｌ３のようになり、閉動作時の対応関係は曲線Ｌ４のようになる。そこで、表示部４４は、図６の「弁棒摺動抵抗大」の欄に示すＰＯ４〜ＰＯ８の５点とＰＣ４〜ＰＣ８の５点に関し、前者の全５点で計測値Ｐが閾値よりも大きく、後者の全５点で計測値Ｐが閾値よりも小さい場合には、故障要因として「弁棒５４の摺動抵抗の増大」が発生したと判定し、その事実を画面上に表示する。

より詳細には、表示部４４は、開動作時のその他の３点についても、計測値Ｐが閾値より大きいか否かを判定する。表示部４４はさらに、閉動作時のその他の３点についても、計測値Ｐが閾値より小さいか否かを判定する。そして、開動作時の上記５点について計測値Ｐ＞閾値が成り立ち、開動作時のその他の３点について計測値Ｐ≦閾値が成り立ち、閉動作時の上記５点について計測値Ｐ＜閾値が成り立ち、かつ閉動作時のその他の３点について計測値Ｐ≧閾値が成り立つ場合には、故障要因として「弁棒５４の摺動抵抗の増大」が発生したと判定される。このような処理を行う理由は、故障要因「弁棒５４の摺動抵抗の増大」と他の故障要因とを区別する必要があるためである。

このように、表示部４４は、ある故障要因の成否を判定する場合には、開動作時の８点と閉動作時の８点の１６項目分の閾値処理を行う。そして、表示部４４は、１６項目分の閾値処理の結果がすべて「適合（つまり成立）」の場合に、その故障要因が発生したと表示する。

一方、本実施形態の表示部４４はさらに、油圧の計測値と、油圧の基準値と、これらの関係を判定するための設定値とに基づいて、油圧駆動弁１の故障要因に関するスコアを算出して表示する。図９は、このようなスコア算出処理の具体例を示している。

図９の「弁棒摺動抵抗大」の欄は、故障要因「弁棒５４の摺動抵抗の増大」についての１６項目分の閾値処理の結果を示している。この場合、１６項目中の１０項目のみが適合であるため、故障要因「弁棒５４の摺動抵抗の増大」が発生したとは表示されない。しかしながら、本実施形態の表示部４４は、適合度のスコアとして６２．５％（１０／１６）を表示する。スコアは「適合した項目数÷全項目数×１００％」の式で算出される。

この算出式から、図９の「油筒摺動抵抗大」の欄のスコアは８７．５％（１４／１６）であることが分かる。

本実施形態によれば、全項目が適合しない場合でも、故障要因の発生の兆候を可視化することが可能となり、運用者に有用な情報を提供することが可能となる。なお、スコアの算出式としては、上記と異なる式を採用してもよい。

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、方法、およびシステムは、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、方法、およびシステムの形態に対し、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：油圧駆動弁、２：油圧駆動弁監視装置、
１１：油筒マニホールド、１２：油圧シリンダ、１３：バネ箱、
１４：ピストンロッド、１５：閉止バネ、１６：開度検出器、
２１：油筒油圧回路、２１ａ：入口側回路部、２１ｂ：出口側回路部、
２２：サーボ弁、２３：トリップ弁、２４：ダンプ弁、
３１：油筒下部油圧検出器、３２：供給油圧検出器、３３：トリップ系統油圧検出器、
４１：記録部、４２：設定部、４３：警報部、４４：表示部、
５１：弁箱、５２：弁上蓋、５３：弁棒案内片、５４：弁棒、
５５：主弁、５５ａ：主弁全閉シート、５５ｂ：主弁全開バックシート、
５６：副弁、５６ａ：副弁全閉シート、５７：接続片、
５８：カップリング、５８ａ：カップリング間隙

Claims (12)

1. タービン用の流体を制御する油圧駆動弁の開度の計測値と、前記油圧駆動弁用の制御油の油圧の計測値とを対応付けて記録する記録部と、
   前記開度の基準値と前記油圧の基準値とが対応付けて設定された設定部と、
   前記油圧の計測値と、前記油圧の基準値と、前記油圧の計測値と前記油圧の基準値との関係を判定するための設定値とに基づいて、前記油圧駆動弁についての警報を出力する警報部と、
   を備える油圧駆動弁監視装置。
2. 前記油圧の計測値と、前記油圧の基準値と、前記設定値とに基づいて、前記油圧駆動弁の故障要因を特定して表示する表示部をさらに備える、請求項１に記載の油圧駆動弁監視装置。
3. 前記設定部には、前記開度が増加する場合における前記開度の基準値と前記油圧の基準値とを対応付ける第１対応情報と、前記開度が減少する場合における前記開度の基準値と前記油圧の基準値とを対応付ける第２対応情報とが設定され、
   前記警報部は、前記開度の計測値が増加する場合には、前記第１対応情報における前記油圧の基準値に基づいて前記警報を出力し、前記開度の計測値が減少する場合には、前記第２対応情報における前記油圧の基準値に基づいて前記警報を出力する、
   請求項１または２に記載の油圧駆動弁監視装置。
4. 前記警報部は、
   前記油圧の計測値と、前記油圧の基準値と、前記油圧の計測値と前記油圧の基準値との関係を判定するための第１設定値とに基づいて、前記油圧駆動弁についての第１警報を出力し、
   前記油圧の計測値と、前記油圧の基準値と、前記油圧の計測値と前記油圧の基準値との関係を判定するための第２設定値とに基づいて、前記油圧駆動弁についての第２警報を出力する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の油圧駆動弁監視装置。
5. 前記油圧の基準値は、前記タービン用の前記流体の圧力に基づいて補正される、請求項１から４のいずれか１項に記載の油圧駆動弁監視装置。
6. 前記記録部は、第１から第Ｎ開度検出器（Ｎは２以上の整数）からそれぞれ前記開度の第１から第Ｎ計測値を取得し、前記開度の第１から第Ｎ計測値の少なくともいずれかと前記油圧の計測値とを対応付けて記録する、請求項１から５のいずれか１項に記載の油圧駆動弁監視装置。
7. 前記記録部は、第１から第Ｍ油圧検出器（Ｍは２以上の整数）からそれぞれ前記油圧の第１から第Ｍ計測値を取得し、前記開度の計測値と前記油圧の第１から第Ｍ計測値の少なくともいずれかとを対応付けて記録する、請求項１から６のいずれか１項に記載の油圧駆動弁監視装置。
8. 前記油圧は、前記制御油の油筒下部油圧、供給油圧、またはトリップ系統油圧である、請求項１から７のいずれか１項に記載の油圧駆動弁監視装置。
9. 前記油圧駆動弁の弁棒とピストンロッドとを接続するカップリングの間隙は、組立上の最小限の隙間より大きい値を有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の油圧駆動弁監視装置。
10. 前記油圧の計測値と、前記油圧の基準値と、前記設定値とに基づいて、前記油圧駆動弁の故障要因に関するスコアを算出して表示する表示部をさらに備える、請求項１から９のいずれか１項に記載の油圧駆動弁監視装置。
11. タービン用の流体を制御する油圧駆動弁の開度の計測値と、前記油圧駆動弁用の制御油の油圧の計測値とを対応付けて記録部に記録し、
    前記開度の基準値と前記油圧の基準値とが対応付けて設定された設定部から、前記油圧の基準値を取得し、
    前記油圧の計測値と、前記油圧の基準値と、前記油圧の計測値と前記油圧の基準値との関係を判定するための設定値とに基づいて、前記油圧駆動弁についての警報を警報部から出力する、
    ことを含む油圧駆動弁監視方法。
12. タービン用の流体を制御する油圧駆動弁と、
    前記油圧駆動弁を監視する油圧駆動弁監視装置とを備え、
    前記油圧駆動弁は、
    前記油圧駆動弁の開度を計測する開度検出器と、
    前記油圧駆動弁用の制御油の油圧を計測する油圧検出器とを備え、
    前記油圧駆動弁監視装置は、
    前記開度検出器により計測された前記開度の計測値と、前記油圧検出器により計測された前記油圧の計測値とを対応付けて記録する記録部と、
    前記開度の基準値と前記油圧の基準値とが対応付けて設定された設定部と、
    前記油圧の計測値と、前記油圧の基準値と、前記油圧の計測値と前記油圧の基準値との関係を判定するための設定値とに基づいて、前記油圧駆動弁についての警報を出力する警報部とを備える、
    制御システム。

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