JP2018146385A - Blade monitoring device and rotating machine system - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a blade monitoring device and a rotating machine system capable of easily grasping abnormality of a rotor blade.SOLUTION: A blade monitoring device 30 of a steam turbine having a rotor 3 including: a rotary axis 4 rotating around an axis line O; and rotor blade row group 5 disposed with a rotary blade row 6 with an interval in the direction of axis line O having a plurality of rotary blades 7 extending radially from the rotary axis 4. The blade monitoring device further includes: a detection part 40 provided on a rotor 3 and having a plurality of AE sensors for detecting an AE signal discharged by damage of the rotor blade 7. At least one part of the AE sensor of the detection part 40 is an axial direction AE sensor arranged with gaps therebetween on the rotary axis 4 in the axial line O direction, and includes a blade monitoring device main body 60 including a blade row specifying part for specifying the rotary blade row 6 having the rotary blade 7 generated with abnormality based on a time difference of the plurality of AE signals each inputted from the plurality of axial direction AE sensors.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、翼監視装置及び回転機械システムに関する。   The present invention relates to a blade monitoring device and a rotary machine system.

例えば蒸気タービン、ガスタービン等の回転機械は、回転軸と、該回転軸の外周に設けられた複数の動翼列からなる動翼列群とを有している。回転機械の運転時には、回転する動翼列の振動を計測している。このような計測を行うことにより、動翼列の振動特性が設計計画通りであるか否かを検証することができる。また、運転条件の変化による動翼の振動特性の変化を確認し、タービン製品の信頼性の向上を図ることができる。   For example, a rotary machine such as a steam turbine or a gas turbine has a rotating shaft and a moving blade row group composed of a plurality of moving blade rows provided on the outer periphery of the rotating shaft. During operation of the rotating machine, the vibration of the rotating blade row is measured. By performing such measurement, it is possible to verify whether or not the vibration characteristics of the rotor blade row are as designed. In addition, it is possible to confirm the change in the vibration characteristics of the moving blade due to the change in the operating condition, and to improve the reliability of the turbine product.

例えば特許文献1には、動翼に接触しない静止部に変位センサを設け、該変位センサによって動翼の振動を監視する技術が開示されている。
特に、動翼の翼高さが大きい低圧段では、静止側から各動翼の通過時間を計測し、その結果を演算して動翼の振動形態および振動量を算出する非接触モニタが適用されることが多い。
For example, Patent Document 1 discloses a technique in which a displacement sensor is provided in a stationary portion that does not contact a moving blade, and the vibration of the moving blade is monitored by the displacement sensor.
In particular, in the low pressure stage where the blade height of the moving blade is large, a non-contact monitor that measures the passing time of each moving blade from the stationary side and calculates the vibration form and amount of vibration by calculating the result is applied. Often.

また特許文献2には、ロータに摺動接触する静止部に振動検出部を設ける技術が開示されている。例えば振動検出部としての加速度計を軸受箱に設置することで、該軸受箱に伝達される翼列群からの振動を該加速度計によって検出する。   Patent Document 2 discloses a technique in which a vibration detection unit is provided in a stationary part that is in sliding contact with a rotor. For example, by installing an accelerometer as a vibration detection unit in the bearing housing, vibration from the blade row group transmitted to the bearing housing is detected by the accelerometer.

特開2003−177059号公報JP 2003-177059 A 特開昭53−28806号公報JP-A-53-28806

ところで、上記特許文献1に記載の技術では、特に動翼の翼高さが小さい高圧段では、変位センサの設置環境が悪く、さらに動翼の振動振幅が小さいため、適切に振動を監視することができない。また、蒸気や燃焼ガス等の作動流体の性状によっては、変位センサの検出値に誤差が生じ、適切に振動を検出できない場合がある。   By the way, in the technique described in Patent Document 1, particularly in a high pressure stage where the blade height of the moving blade is small, the installation environment of the displacement sensor is bad and the vibration amplitude of the moving blade is small. I can't. Also, depending on the properties of the working fluid such as steam or combustion gas, an error may occur in the detection value of the displacement sensor, and vibration may not be detected appropriately.

また、上記特許文献2に記載の技術では、動翼列群から軸受箱まで振動が伝達するために、軸受油膜、軸受、軸受ハウジング等の振動減衰要素を経由する必要がある。そのため、信号自体の品質が悪化し、また、暗振動により信号がマスキングされる可能性が高い。
よって、いずれの技術であっても動翼の異常を容易に検出することは困難である。
Further, in the technique described in Patent Document 2, in order to transmit vibration from the moving blade row group to the bearing housing, it is necessary to pass through vibration damping elements such as a bearing oil film, a bearing, and a bearing housing. Therefore, the quality of the signal itself is deteriorated, and there is a high possibility that the signal is masked by dark vibration.
Therefore, it is difficult to easily detect abnormalities in the moving blades with any technique.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、動翼の異常を容易に把握することができる翼監視装置及び回転機械システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a blade monitoring device and a rotary machine system that can easily grasp abnormalities of a moving blade.

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。
即ち、本発明の第一態様に係る翼監視装置は、軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から放射状に延びる複数の動翼を有する動翼列が前記軸線方向に間隔をあけて配置されてなる動翼列群と、を有するロータを有する回転機械の翼監視装置であって、前記ロータに設けられ、前記動翼の異常によって放出されるAE信号を検出する複数のAEセンサを有する検出部を備え、前記検出部の前記AEセンサの少なくとも一部は、前記回転軸に前記軸線方向に間隔をあけて配置された軸方向AEセンサであって、複数の前記軸方向AEセンサからそれぞれ入力される複数の前記AE信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を有する前記動翼列を特定する翼列特定部を有する翼監視装置本体を備える。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
That is, in the blade monitoring device according to the first aspect of the present invention, a rotating blade rotating around an axis and a moving blade row having a plurality of moving blades extending radially from the rotating shaft are arranged at intervals in the axial direction. A rotating blade having a rotor, and a plurality of AE sensors that are provided in the rotor and detect AE signals emitted due to abnormalities of the moving blade. At least a part of the AE sensor of the detection unit is an axial AE sensor arranged at an interval in the axial direction on the rotary shaft, and each of the plurality of axial AE sensors A blade monitoring device main body having a blade row specifying unit for specifying the blade row having the moving blade in which an abnormality has occurred is provided based on a time difference between the plurality of input AE signals.

いずれかの動翼列の動翼に異常が生じた場合、即ち、例えば動翼に変形が発生し、又はき裂が発生した場合には、動翼自体が内部に蓄えていた歪みエネルギーが弾性波として放出される。当該弾性波がAE(アコースティックエミッション)信号である。このようなAE信号は、異常が発生した動翼を有する動翼列を基点として回転軸の軸方向にも伝搬する。
本態様では、このAE信号を複数の軸方向AEセンサで検出する。各軸方向AEセンサは、配置された箇所に応じてAE信号を受信するタイミングが異なる。この軸方向各AEセンサによるAE信号受信の時間差に基づいて翼列特定部が演算を行うことで、AE信号の発生箇所の軸線方向位置、即ち、異常が発生した動翼を有する動翼列を特定することができる。
When an abnormality occurs in the blades of any of the blade rows, that is, for example, when the blades are deformed or cracked, the strain energy stored inside the blades is elastic. Released as a wave. The elastic wave is an AE (acoustic emission) signal. Such an AE signal also propagates in the axial direction of the rotating shaft with the moving blade row having the moving blade in which an abnormality has occurred as a base point.
In this aspect, this AE signal is detected by a plurality of axial AE sensors. Each of the axial AE sensors has a different timing for receiving the AE signal depending on the position where the AE sensor is arranged. Based on the time difference of the AE signal reception by each axial AE sensor, the blade row specifying unit calculates the axial position of the location where the AE signal is generated, that is, the moving blade row having the moving blade in which an abnormality has occurred. Can be identified.

上記翼監視装置では、前記ロータは、それぞれ前記動翼列を支持する複数のディスクを前記軸線方向に積層させることで構成されており、前記検出部の前記AEセンサの少なくとも一部は、同一の前記ディスクに周方向に間隔をあけて配置された周方向AEセンサであって、前記翼監視装置本体は、前記複数の前記周方向AEセンサからそれぞれ入力される複数の前記AE信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を特定する動翼特定部を有していてもよい。   In the blade monitoring apparatus, the rotor is configured by laminating a plurality of disks each supporting the moving blade row in the axial direction, and at least a part of the AE sensors of the detection unit is the same. A circumferential AE sensor disposed on the disk at a circumferential interval, wherein the blade monitoring device main body is based on a time difference between the plurality of AE signals respectively input from the plurality of circumferential AE sensors. In addition, a moving blade specifying unit that specifies the moving blade in which an abnormality has occurred may be provided.

特定のディスクに設けられた複数の動翼のうちのいずれかに異常が発生した場合には、当該動翼を基点としてディスク内にAE信号が伝搬していく。本態様では、当該AE信号を複数の周方向AEセンサで検出する。各周方向AE信号は配置された箇所によるAE信号受信のタイミングが異なる。そのため、各周方向AEセンサによるAE信号受信の時間差に基づいて動翼特定部が演算を行うことで、異常が発生した動翼を特定することができる。   When an abnormality occurs in any of a plurality of moving blades provided on a specific disk, an AE signal propagates in the disk using the moving blade as a base point. In this aspect, the AE signal is detected by a plurality of circumferential AE sensors. Each circumferential direction AE signal has a different timing for receiving an AE signal depending on where it is arranged. Therefore, the moving blade specifying unit performs the calculation based on the time difference of the AE signal reception by each circumferential direction AE sensor, thereby specifying the moving blade in which an abnormality has occurred.

上記翼監視前記ロータに設けられて、前記AEセンサが検出したAE信号を無線送信する送信機を備え、前記翼監視装置本体は、前記送信機から送信された前記AE信号を受信する受信機を有することが好ましい。   The wing monitoring unit includes a transmitter that wirelessly transmits an AE signal detected by the AE sensor, and the wing monitoring device body includes a receiver that receives the AE signal transmitted from the transmitter. It is preferable to have.

これによって、回転するロータに取り付けられたAEセンサが受信するAE信号を、翼監視装置本体に容易に入力することができる。   As a result, the AE signal received by the AE sensor attached to the rotating rotor can be easily input to the blade monitoring apparatus main body.

本発明の第二態様に係る翼監視装置は、軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から放射状に延びる複数の動翼を有する動翼列が前記軸線方向に間隔をあけて配置されてなる動翼列群と、を有するロータを有する回転機械の翼監視装置であって、前記ロータは、それぞれ前記動翼列を支持する複数のディスクを前記軸線方向に積層させることで構成されており、前記ロータに設けられ、前記動翼の異常によって放出されるAE信号を検出する複数のAEセンサを有する検出部を備え、前記検出部の前記AEセンサの少なくとも一部は、同一の前記ディスクに周方向に間隔をあけて配置された周方向AEセンサであって、複数の前記周方向AEセンサからそれぞれ入力される複数の前記AE信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を特定する動翼特定部を有する翼監視装置本体を備えていてもよい。   In the blade monitoring device according to the second aspect of the present invention, a rotating blade rotating around an axis and a moving blade row having a plurality of moving blades extending radially from the rotating shaft are arranged at intervals in the axial direction. A rotor blade having a rotor group, and the rotor is configured by laminating a plurality of disks each supporting the rotor blade row in the axial direction. A detection unit provided on the rotor and having a plurality of AE sensors for detecting an AE signal emitted by an abnormality of the moving blade, wherein at least a part of the AE sensors of the detection unit is on the same disk A circumferential AE sensor arranged at intervals in the circumferential direction, wherein the moving blades in which an abnormality has occurred are determined based on time differences between the plurality of AE signals respectively input from the plurality of circumferential AE sensors. Blades specifying unit for constant may be provided with a blade monitoring device body having a.

これによって上記同様、特定のディスクに取り付けられた動翼のうちいずれの動翼に異常が発生したかを容易に検出することができる。   Accordingly, as described above, it is possible to easily detect which one of the moving blades attached to the specific disk has an abnormality.

本発明の第三態様に係る回転機械システムは、前記回転機械と、上記いずれかの翼監視装置と、を備える。   A rotary machine system according to a third aspect of the present invention includes the rotary machine and any one of the blade monitoring devices described above.

本発明の翼監視装置及び回転機械システムによれば、動翼列群の振動を容易に監視することができる。   According to the blade monitoring device and the rotary machine system of the present invention, it is possible to easily monitor the vibration of the moving blade row group.

第一実施形態に係る蒸気タービンシステム(回転機械システム)の模式的な縦断面図である。It is a typical longitudinal section of the steam turbine system (rotary machine system) concerning a first embodiment. 第一実施形態に係る蒸気タービンシステム(回転機械システム)のロータ及びAEセンサを示す模式的な側面図である。It is a typical side view showing the rotor and AE sensor of the steam turbine system (rotary machine system) concerning a first embodiment. 第一実施形態に係る蒸気タービンシステム(回転機械システム)におけるAEセンサを有するAEセンサユニットを示す模式的な構成図である。It is a typical lineblock diagram showing an AE sensor unit which has an AE sensor in a steam turbine system (rotary machine system) concerning a first embodiment. 第一実施形態に翼監視装置における翼監視装置本体のハードウェア構成を示す図である。It is a figure which shows the hardware constitutions of the wing | blade monitoring apparatus main body in a wing | blade monitoring apparatus in 1st embodiment. 第一実施形態に係る翼監視装置における翼監視装置本体の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the wing | blade monitoring apparatus main body in the wing | blade monitoring apparatus which concerns on 1st embodiment. 第一実施形態に係る蒸気タービンシステム(回転機械システム)における各AEセンサが受信するAE信号を示すグラフである。It is a graph which shows the AE signal which each AE sensor receives in the steam turbine system (rotary machine system) which concerns on 1st embodiment. 第二実施形態に係る蒸気タービンシステム(回転機械システム)のロータ及びAEセンサを示す模式的な側面図であるIt is a typical side view showing the rotor and AE sensor of the steam turbine system (rotary machine system) concerning a second embodiment. 第二実施形態に係る翼監視装置における翼監視装置本体の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the wing | blade monitoring apparatus main body in the wing | blade monitoring apparatus which concerns on 2nd embodiment.

以下、本発明の実施形態に係る蒸気タービンシステム(回転機械システム)について図1〜図6を参照して説明する。
図1に示すように、蒸気タービンシステム1は、蒸気タービン2(回転機械)及び翼監視装置30を備える。
Hereinafter, a steam turbine system (rotary machine system) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the steam turbine system 1 includes a steam turbine 2 (rotary machine) and a blade monitoring device 30.

蒸気タービン2は、蒸気のエネルギーを回転動力として取り出す外燃機関であって、発電所における発電機等に用いられるものである。蒸気タービン2は、ロータ3、スラスト軸受8、ジャーナル軸受9及びステータ20を備えている。   The steam turbine 2 is an external combustion engine that extracts steam energy as rotational power, and is used for a generator in a power plant. The steam turbine 2 includes a rotor 3, a thrust bearing 8, a journal bearing 9, and a stator 20.

ロータ3は、回転軸4と動翼列群5とを備えている。
回転軸4は、水平方向に沿う軸線Oを中心として延びる円柱形状をなしている。回転軸4の一部には、スラストカラー4aが形成されている。スラストカラー4aは、軸線Oを中心として円板形状をなしており、フランジ状をなすように回転軸4の本体から回転軸4の径方向外側に一体的に張り出している。
The rotor 3 includes a rotating shaft 4 and a moving blade row group 5.
The rotating shaft 4 has a cylindrical shape extending about an axis O along the horizontal direction. A thrust collar 4 a is formed on a part of the rotating shaft 4. The thrust collar 4a has a disk shape centering on the axis O, and projects integrally from the main body of the rotating shaft 4 to the radially outer side of the rotating shaft 4 so as to form a flange shape.

動翼列群5は、図1及び図2に示すように、回転軸4の外周に軸線O方向に間隔をあけて設けられた複数の動翼列6によって構成されている。各動翼列6は、回転軸4の外周面から径方向外側に向かって延びる動翼7が周方向に間隔をあけて複数配列されることで構成されている。即ち、各動翼列6は、回転軸4の同一の軸線O方向位置に放射状に設けられた複数の動翼7によって構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the moving blade row group 5 includes a plurality of moving blade rows 6 provided on the outer periphery of the rotating shaft 4 at intervals in the direction of the axis O. Each moving blade row 6 is configured by arranging a plurality of moving blades 7 extending radially outward from the outer peripheral surface of the rotating shaft 4 at intervals in the circumferential direction. That is, each rotor blade row 6 is constituted by a plurality of rotor blades 7 provided radially at the same position in the direction of the axis O of the rotating shaft 4.

スラスト軸受8は、スラストカラー4aを軸線O方向両側から摺動可能に支持している。これによって、回転軸4の軸線O方向の移動を規制している。
ジャーナル軸受9は、回転軸4の両端側で該回転軸4を軸線O回りに回転可能に下方から支持するように一対が設けられている。
The thrust bearing 8 supports the thrust collar 4a so as to be slidable from both sides in the axis O direction. This restricts the movement of the rotating shaft 4 in the direction of the axis O.
A pair of journal bearings 9 is provided on both ends of the rotary shaft 4 so as to support the rotary shaft 4 from below so as to be rotatable around the axis O.

ステータ20は、ケーシング21及び静翼列群22を備えている。
ケーシング21は、ロータ3の一部と外周側から囲うように設けられている。ロータ3の回転軸4は、ケーシング21を軸線O方向に貫通している。回転軸4の両端は、ケーシング21外に位置しており、該ケーシング21の外側でスラスト軸受8及びジャーナル軸受9に支持されている。ロータ3の動翼列群5は、ケーシング21の内側に配置されている。
The stator 20 includes a casing 21 and a stationary blade row group 22.
The casing 21 is provided so as to surround a part of the rotor 3 and the outer peripheral side. The rotating shaft 4 of the rotor 3 passes through the casing 21 in the direction of the axis O. Both ends of the rotating shaft 4 are located outside the casing 21, and are supported by the thrust bearing 8 and the journal bearing 9 outside the casing 21. The rotor blade row group 5 of the rotor 3 is disposed inside the casing 21.

静翼列群22は、ケーシング21の内周に軸線O方向に間隔をあけて設けられた複数の静翼列23によって構成されている。各静翼列23は、ケーシング21の内周面から径方向内側に向かって延びる静翼24が周方向に間隔をあけて複数配列されることで構成されている。即ち、各静翼列23は、回転軸4の同一の軸線O方向位置に放射状に設けられた複数の静翼24によって構成されている。静翼列23は、ロータ3の動翼列6と軸線O方向に交互に配置されている。   The stationary blade row group 22 is configured by a plurality of stationary blade rows 23 provided on the inner periphery of the casing 21 at intervals in the axis O direction. Each stationary blade row 23 is configured by arranging a plurality of stationary blades 24 extending radially inward from the inner peripheral surface of the casing 21 at intervals in the circumferential direction. That is, each stationary blade row 23 is configured by a plurality of stationary blades 24 provided radially at the same axis O direction position of the rotating shaft 4. The stationary blade rows 23 are alternately arranged in the direction of the axis O with the moving blade rows 6 of the rotor 3.

このような蒸気タービン2では、ケーシング21内に導入される蒸気が静翼列23及び動翼列6の間の流路を通過する。この際、蒸気が動翼7を回転させることで該動翼7に伴って回転軸4が回転し、該回転軸4に接続された発電機等の機械に動力(回転エネルギー)が伝達される。   In such a steam turbine 2, the steam introduced into the casing 21 passes through the flow path between the stationary blade row 23 and the moving blade row 6. At this time, the steam rotates the rotor blade 7 to rotate the rotating shaft 4 along with the rotor blade 7, and power (rotational energy) is transmitted to a machine such as a generator connected to the rotating shaft 4. .

次に翼監視装置30について説明する。
翼監視装置30は、図2に示すように、複数のAEセンサユニット40(検出部)及び翼監視装置本体60を備えている。
AEセンサユニット40は、ロータ3における回転軸4の外周面に、軸線O方向に間隔をあけて複数取り付けられている。AEセンサユニット40は、例えばロータ3の外周面から窪む凹部内に配置されていてもよい。
Next, the blade monitoring device 30 will be described.
As shown in FIG. 2, the blade monitoring device 30 includes a plurality of AE sensor units 40 (detection units) and a blade monitoring device main body 60.
A plurality of AE sensor units 40 are attached to the outer peripheral surface of the rotating shaft 4 in the rotor 3 with an interval in the direction of the axis O. The AE sensor unit 40 may be disposed, for example, in a recess that is recessed from the outer peripheral surface of the rotor 3.

本実施形態では、3つのAEセンサユニット40が取り付けられている。これらAEセンサユニット40の一つは、動翼列群5における動翼列6の間に設けられている。残りの二つのAEセンサユニット40は、動翼列群5を軸線O方向から挟むように、動翼列群5の軸線O方向の外側に設けられている。なお、AEセンサユニット40は、4つ以上の複数が設けられていてもよい。複数のAEセンサユニット40が軸線O方向に離間して配置されている限り、これらAEセンサユニット40を任意に配置することができる。   In the present embodiment, three AE sensor units 40 are attached. One of these AE sensor units 40 is provided between the moving blade rows 6 in the moving blade row group 5. The remaining two AE sensor units 40 are provided outside the moving blade row group 5 in the axis O direction so as to sandwich the moving blade row group 5 from the axis O direction. Note that four or more AE sensor units 40 may be provided. As long as the plurality of AE sensor units 40 are separated from each other in the direction of the axis O, these AE sensor units 40 can be arbitrarily arranged.

各AEセンサユニット40は、AEセンサ41(軸方向AEセンサ)、送信機42及びバッテリー43が一体とされることで構成されている。
AEセンサ41は、動翼7に変形や亀裂が生じた際に放出される弾性波をAE信号として検出する。AE(アコースティックエミッション)信号は、数10kHz〜数MHzといった非常に高い周波数成分を有している。周波数の高い信号は空気中では大きく減衰するため、主としてロータ3中を伝搬していく。AEセンサ41では、上記周波数帯域の振動を検出可能な圧電素子を有している。圧電素子としては、例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等のセラミック製圧電素子が用いられる。
Each AE sensor unit 40 is configured by integrating an AE sensor 41 (axial direction AE sensor), a transmitter 42 and a battery 43.
The AE sensor 41 detects an elastic wave emitted when the moving blade 7 is deformed or cracked as an AE signal. An AE (acoustic emission) signal has a very high frequency component such as several tens of kHz to several MHz. Since a signal having a high frequency is greatly attenuated in the air, it mainly propagates through the rotor 3. The AE sensor 41 has a piezoelectric element that can detect vibrations in the frequency band. As the piezoelectric element, for example, a ceramic piezoelectric element such as PZT (lead zirconate titanate) is used.

本実施形態のAEセンサ41は、特に動翼7の材料及び形状を踏まえた上で当該動翼7に変形・亀裂が生じた際に放出される弾性波が検出可能となるようにチューニングされている。AEセンサ41の検出面は、回転軸4の表面に接触している。なお、AEセンサ41の検出面とロータ3の表面との間に、シリコングリース等の音響カップランとが介在されていてもよい。   The AE sensor 41 of the present embodiment is tuned so as to be able to detect an elastic wave that is emitted when the blade 7 is deformed or cracked, in particular based on the material and shape of the blade 7. Yes. The detection surface of the AE sensor 41 is in contact with the surface of the rotating shaft 4. Note that an acoustic coupling such as silicon grease may be interposed between the detection surface of the AE sensor 41 and the surface of the rotor 3.

送信機42は、AEセンサ41に接続されており、AEセンサ41が受信するAE信号が入力される。送信機42は当該AE信号を外部に無線送信する。   The transmitter 42 is connected to the AE sensor 41 and receives an AE signal received by the AE sensor 41. The transmitter 42 wirelessly transmits the AE signal to the outside.

バッテリー43は、AEセンサ41及び送信機42に電力を供給する役割を有する。バッテリー43としては、例えばリチウム電池等の二次電池を採用することができる。
なお、本実施形態では、各AEセンサユニット40に対応してバッテリー43及び送信機42を有しているが、例えば、複数のAEセンサ41を回転軸4に対して軸線O方向に間隔をあけて配置し、これら複数のAEセンサ41が検出したAE信号を一括して外部に無線送信する一の送信機42、及び各AEセンサ41に電力を供給するともに一の送信機42に電力を送信する一のバッテリー43を備えた構成としてもよい。この場合、複数のAEセンサ41、一の送信機42及び一のバッテリー43を互いにケーブルで接続する必要がある。
The battery 43 has a role of supplying power to the AE sensor 41 and the transmitter 42. As the battery 43, for example, a secondary battery such as a lithium battery can be employed.
In this embodiment, the battery 43 and the transmitter 42 are provided corresponding to each AE sensor unit 40. For example, a plurality of AE sensors 41 are spaced apart from each other in the axis O direction with respect to the rotation shaft 4. And one transmitter 42 for collectively transmitting the AE signals detected by the plurality of AE sensors 41 to the outside, and supplying power to each AE sensor 41 and transmitting power to one transmitter 42. It is good also as a structure provided with the one battery 43 to do. In this case, it is necessary to connect the plurality of AE sensors 41, the single transmitter 42, and the single battery 43 to each other with a cable.

翼監視装置本体60は、図4に示すように、CPU61(Central Processing Unit)、ROM62(Read Only Memory)、RAM63(Random Access Memory)、HDD64(Hard Disk Drive)、信号受信モジュール65(受信機)を備えるコンピュータである。信号受信モジュール65は、送信機42を介して無線送信される各AEセンサ41からのAE信号を受信する。なお、送信機42が無線送信するAE信号を増幅器で受信・増幅して、信号受信モジュール65に入力される構成であってもよい。   As shown in FIG. 4, the wing monitoring device body 60 includes a CPU 61 (Central Processing Unit), a ROM 62 (Read Only Memory), a RAM 63 (Random Access Memory), an HDD 64 (Hard Disk Drive), and a signal receiving module 65 (receiver). It is a computer provided with. The signal receiving module 65 receives an AE signal from each AE sensor 41 that is wirelessly transmitted via the transmitter 42. Note that the AE signal wirelessly transmitted by the transmitter 42 may be received and amplified by an amplifier and input to the signal receiving module 65.

図5に示すように、翼監視装置本体60のCPU61は予め自装置で記憶するプログラムを実行することにより、制御部71、翼列特定部72、警報部73の各構成を備える。
制御部71は解析装置に備わる他の機能部を制御する。
As shown in FIG. 5, the CPU 61 of the wing monitoring device main body 60 includes each configuration of a control unit 71, a blade row specifying unit 72, and an alarm unit 73 by executing a program stored in advance in its own device.
The control unit 71 controls other functional units provided in the analysis apparatus.

翼列特定部72は、複数のAEセンサ41からそれぞれ入力される複数のAE信号の時間差に基づいて、異常が発生した動翼7を有する動翼列6を特定する。即ち、複数の動翼列6のうちいずれかの動翼列6における動翼7で異常が発生した場合には、当該動翼列6を基点として弾性波が伝搬していく。当該弾性波は回転軸4の延在方向に従って、当該回転軸4の軸線O方向に伝搬する。この際、互いに軸線O方向に間隔をあけて配置されたAEセンサ41では、弾性波を検出するタイミング、即ち、AE信号を受信するタイミングが異なる。例えば、図6に示すように、3つのAEセンサ41のうち、センサAでは先にAE信号を受信し、次いで、センサB、Cが順次AE信号を受信することになる。   The blade row specifying unit 72 specifies the blade row 6 having the moving blade 7 in which an abnormality has occurred based on the time difference between the plurality of AE signals respectively input from the plurality of AE sensors 41. That is, when an abnormality occurs in the moving blade 7 in any one of the moving blade rows 6, the elastic wave propagates with the moving blade row 6 as a base point. The elastic wave propagates in the direction of the axis O of the rotating shaft 4 according to the extending direction of the rotating shaft 4. At this time, in the AE sensors 41 arranged at intervals in the axis O direction, the timing for detecting the elastic wave, that is, the timing for receiving the AE signal is different. For example, as shown in FIG. 6, among the three AE sensors 41, the sensor A first receives the AE signal, and then the sensors B and C sequentially receive the AE signal.

翼列特定部72では、このように複数のAE信号の受信の時間差に基づいて、弾性波の基点となる軸線O方向位置、即ち、弾性波が放出された動翼7を有する動翼列6を特定する延在を行う。より具体的には、翼列特定部72は、予め記憶された各AE信号の位置と、各AEセンサ41が受信したAE信号のタイミングに基づいて、弾性波が放出された動翼列6を特定する演算を行う。   In the cascade specifying unit 72, based on the time difference between the reception of the plurality of AE signals, the position in the axis O direction serving as the base point of the elastic wave, that is, the moving blade array 6 including the moving blade 7 from which the elastic wave is emitted. Make an extension to identify. More specifically, the blade row specifying unit 72 determines the moving blade row 6 from which the elastic wave has been emitted based on the position of each AE signal stored in advance and the timing of the AE signal received by each AE sensor 41. Perform the specified operation.

なお、翼列特定部72は、予め定めた閾値以上の振幅のAE信号が入力された際にのみ上記動翼列6を特定する演算を行ってもよい。また、各AEセンサ41が受信するAE信号の強度を用いて、異常が発生した動翼列6を特定する演算を行ってもよい。異常が発生した動翼7を有する動翼列6から離れる程、AE信号の信号強度は小さくなる。したがって、AE信号の信号強度を用いることで、より正確に異常が生じた動翼列6を特定することができる。   Note that the blade row specifying unit 72 may perform a calculation for specifying the moving blade row 6 only when an AE signal having an amplitude equal to or larger than a predetermined threshold is input. Further, using the intensity of the AE signal received by each AE sensor 41, an operation for specifying the moving blade row 6 in which an abnormality has occurred may be performed. The signal strength of the AE signal decreases as the distance from the moving blade row 6 having the moving blade 7 in which an abnormality has occurred. Therefore, by using the signal strength of the AE signal, the moving blade row 6 in which an abnormality has occurred can be identified more accurately.

警報部73は、翼列特定部72の演算結果に基づいて警報を出力する。即ち、警報部73は、翼列特定部72が動翼列6を特定した場合には、異常が発生した旨及び異常が発生した動翼列6を特定する警報を出力する処理を行う。警報部73は、警報情報をモニタに表示する処理を行ってもよいし、警報としてのアラームを鳴らす処理を行ってもよい。   The alarm unit 73 outputs an alarm based on the calculation result of the blade row specifying unit 72. That is, when the blade row specifying unit 72 specifies the moving blade row 6, the alarm unit 73 performs processing to output an alarm indicating that an abnormality has occurred and specifying the moving blade row 6 in which the abnormality has occurred. The alarm unit 73 may perform a process of displaying alarm information on a monitor, or may perform a process of sounding an alarm as an alarm.

次に本実施形態の蒸気タービンシステム1の作用効果について説明する。
蒸気タービンシステム1の各動翼7に異常・損傷等が発生していない正常時であれば、動翼7から特定の周波数の弾性波が放出されることはないため、警報が出力されることはない。
一方で、いずれかの動翼列6の動翼7に変形が生じたりき裂が発生したりした場合には、動翼7自体が内部に蓄えていた歪みエネルギーが弾性波(AE信号)として放出される。このAE信号は、異常が発生した動翼7を有する動翼列6を基点として回転軸4の軸線O方向に伝搬し、各AEセンサユニット40のAEセンサ41によって検出される。各AEセンサ41が受信したAE信号は、送信機42を介して翼監視装置本体60に無線送信される。翼監視装置本体60では、翼列特定部72が各AEセンサ41からのAE信号受信の時間差に基づいて異常が発生した動翼列6を特定する。そして、警報部73が当該情報を警報として出力する。
Next, the effect of the steam turbine system 1 of this embodiment is demonstrated.
If normal or no abnormality or damage has occurred in each rotor blade 7 of the steam turbine system 1, an elastic wave of a specific frequency will not be emitted from the rotor blade 7, so an alarm is output. There is no.
On the other hand, when deformation or cracks occur in the moving blades 7 of any of the moving blade rows 6, the strain energy stored in the moving blades 7 themselves becomes elastic waves (AE signals). Released. This AE signal propagates in the direction of the axis O of the rotating shaft 4 from the moving blade row 6 having the moving blade 7 in which an abnormality has occurred, and is detected by the AE sensor 41 of each AE sensor unit 40. The AE signal received by each AE sensor 41 is wirelessly transmitted to the wing monitoring apparatus main body 60 via the transmitter 42. In the blade monitoring device main body 60, the blade row specifying unit 72 specifies the moving blade row 6 in which an abnormality has occurred based on the time difference of the AE signal reception from each AE sensor 41. Then, the alarm unit 73 outputs the information as an alarm.

以上のように本実施形態では、異常が発生した動翼7から放出されるAE信号を、回転軸4の軸線O方向に離間して配置された複数のAEセンサ41で検出することで、当該動翼7を有する動翼列6を容易に特定することができる。   As described above, in the present embodiment, the AE signal emitted from the moving blade 7 in which an abnormality has occurred is detected by the plurality of AE sensors 41 that are spaced apart from each other in the direction of the axis O of the rotating shaft 4. The moving blade row 6 having the moving blades 7 can be easily identified.

動翼7の異常により放出される弾性波は、他の振動に比べて周波数が非常に大きいため、当該弾性波が他の振動によってマスキングされることもない。また、異常時の動翼7自体の振幅が小さい場合であっても、異常発生時の弾性波を検出することで容易に動翼7の異常を検出することができる。さらに、蒸気タービンの作動流体である蒸気の性状によらず、安定して動翼7の異常を検出することができる。
また、各AEセンサ41が検出する信号は、送信機42を介して無線送信されることで翼監視装置本体60に入力されるため、回転側と静止側との間で複雑な配線構成を採用する必要はない。
The elastic wave emitted due to the abnormality of the moving blade 7 has a very large frequency compared to other vibrations, and therefore the elastic waves are not masked by other vibrations. Even when the amplitude of the moving blade 7 itself at the time of abnormality is small, the abnormality of the moving blade 7 can be easily detected by detecting the elastic wave at the time of occurrence of the abnormality. Furthermore, the abnormality of the moving blade 7 can be detected stably regardless of the property of the steam that is the working fluid of the steam turbine.
In addition, signals detected by the AE sensors 41 are wirelessly transmitted via the transmitter 42 and input to the wing monitoring device main body 60. Therefore, a complicated wiring configuration is adopted between the rotating side and the stationary side. do not have to.

次に本発明の第二実施形態について図7及び図8を参照して詳細な説明を省略する。第二実施形態では、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。   Next, a detailed description of the second embodiment of the present invention will be omitted with reference to FIGS. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第二実施形態では、ロータ3を構成する回転軸4は、軸線Oを中心とした円盤状のディスク4bを軸線O方向に複数積層されることで構成されている。各ディスク4bには、複数の動翼7が放射状に固定されている。即ち、各動翼7は、ディスク4bに基端が固定されており該ディスク4bの外周側に延びるように、互いに周方向に間隔をあけて配置されている。   In the second embodiment, the rotating shaft 4 constituting the rotor 3 is configured by laminating a plurality of disk-shaped disks 4b around the axis O in the axis O direction. A plurality of blades 7 are fixed radially to each disk 4b. That is, the moving blades 7 are fixed at the base end to the disk 4b and are arranged at intervals in the circumferential direction so as to extend to the outer peripheral side of the disk 4b.

第二実施形態の翼監視装置30Aは、複数のAEセンサユニット40A(検出部)と翼監視装置本体60Aとを備えている。
AEセンサユニット40Aは、複数のディスク4bのうちの特定のディスク4bに、周方向に間隔をあけて複数(本実施形態では3つ)が設けられている。これらAEセンサユニット40Aは、例えばディスク4bにおける軸線O方向を向く面に形成された凹部に埋め込まれることによってディスク4bに固定されていてもよい。AEセンサユニット40Aは、4つ以上の複数が周方向に間隔をあけて設けられていてもよい。複数のAEセンサユニット40Aは、同一の径方向位置に設けられていることが好ましい。複数のAEセンサユニット40Aは互いに異なる径方向位置に設けられていてもよい。
The blade monitoring device 30A according to the second embodiment includes a plurality of AE sensor units 40A (detection units) and a blade monitoring device main body 60A.
In the AE sensor unit 40A, a plurality (three in the present embodiment) of the specific disks 4b among the plurality of disks 4b are provided at intervals in the circumferential direction. These AE sensor units 40A may be fixed to the disk 4b by being embedded in, for example, a recess formed on the surface of the disk 4b facing the direction of the axis O. In the AE sensor unit 40A, a plurality of four or more may be provided at intervals in the circumferential direction. The plurality of AE sensor units 40A are preferably provided at the same radial position. The plurality of AE sensor units 40A may be provided at different radial positions.

第二実施形態のAEセンサユニット40Aは、AEセンサ41A(周方向AEセンサ)、送信機42及びバッテリー43を有している。第二実施形態のAEセンサ41Aは、第一実施形態のAEセンサ41と同様の構成であって、ディスク4b内を周方向に伝搬する弾性波を検出する。   The AE sensor unit 40A of the second embodiment includes an AE sensor 41A (circumferential AE sensor), a transmitter 42, and a battery 43. The AE sensor 41A of the second embodiment has the same configuration as the AE sensor 41 of the first embodiment, and detects an elastic wave that propagates in the disk 4b in the circumferential direction.

第二実施形態の翼監視装置本体60Aは、制御部71、動翼特定部72A及び警報部73を有する。
動翼特定部72Aは、複数のAEセンサ41からそれぞれ入力される複数のAE信号の時間差に基づいて、損傷が発生した動翼7を特定する。
The blade monitoring apparatus main body 60A of the second embodiment includes a control unit 71, a moving blade specifying unit 72A, and an alarm unit 73.
The moving blade specifying unit 72A specifies the damaged moving blade 7 based on the time difference between the plurality of AE signals respectively input from the plurality of AE sensors 41.

特定の動翼列6のうちのいずれかの動翼7が損傷した際に放出される弾性波は、動翼7の基端を介してディスク4b内を伝搬する。当該ディスク4bに設けられたAEセンサ41は、弾性波を検出するが、当該弾性波の検出タイミングはAEセンサ41の配置箇所によって異なる。動翼特定部72Aは、AE信号の検出タイミング及び各AEセンサ41の配置箇所の情報に基づいて、弾性波の発生源となった動翼7、即ち、異常が生じた動翼7を特定する。これによって、異常が発生した動翼7を容易に特定し、警報として出力することができる。   The elastic wave emitted when any one of the moving blades 7 in the specific moving blade row 6 is damaged propagates in the disk 4 b through the proximal end of the moving blade 7. The AE sensor 41 provided on the disk 4b detects elastic waves, but the detection timing of the elastic waves differs depending on the location of the AE sensor 41. The moving blade specifying unit 72A specifies the moving blade 7 that has generated the elastic wave, that is, the moving blade 7 in which an abnormality has occurred, based on the detection timing of the AE signal and the information on the location of each AE sensor 41. . Thereby, the moving blade 7 in which an abnormality has occurred can be easily identified and output as an alarm.

なお、本実施形態では、特定のディスク4bに複数のAEセンサ41を設けたが、全てのディスク4bにAEセンサ41を複数設けて各ディスク4bで異常が生じた動翼7を特定できる構成としてもよい。また、任意に選択された複数のディスク4bにAEセンサ41を設けてもよい。   In the present embodiment, a plurality of AE sensors 41 are provided on a specific disk 4b. However, a configuration in which a plurality of AE sensors 41 are provided on all the disks 4b and a moving blade 7 in which an abnormality has occurred in each disk 4b can be specified. Also good. Further, the AE sensors 41 may be provided on a plurality of arbitrarily selected disks 4b.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the present invention.

第一実施形態では、回転軸4の軸線O方向に離間してAEセンサ41を取り付けて、異常が生じた動翼列6を特定する構成を説明し、第二実施形態では、ディスク4bに周方向に離間してAEセンサ41を取り付けて異常が生じた動翼7を特定する構成とした。
例えば、これら第一実施形態及び第二実施形態を組み合わせて、動翼列6の特定、動翼7の特定を段階的に行う構成としてもよい。また、動翼列6の特定と動翼7の特定とを個別に行う構成としてもよい。
In the first embodiment, a configuration is described in which the AE sensor 41 is mounted apart in the direction of the axis O of the rotary shaft 4 to identify the moving blade row 6 in which an abnormality has occurred. The configuration is such that the moving blade 7 in which an abnormality has occurred is identified by attaching the AE sensor 41 apart in the direction.
For example, the first embodiment and the second embodiment may be combined to specify the moving blade row 6 and the moving blade 7 in stages. Moreover, it is good also as a structure which performs specification of the moving blade row | line | column 6 and specification of the moving blade 7 separately.

また、例えば実施形態では本発明を蒸気タービン2に適用した例について説明したが、例えばガスタービン等の他の回転機械に適用してもよい。   Further, for example, in the embodiment, the example in which the present invention is applied to the steam turbine 2 has been described, but the present invention may be applied to other rotating machines such as a gas turbine.

1 蒸気タービンシステム
2 蒸気タービン
3 ロータ
4 回転軸
4a スラストカラー
4b ディスク
5 動翼列群
6 動翼列
7 動翼
8 スラスト軸受
9 ジャーナル軸受
20 ステータ
21 ケーシング
22 静翼列群
23 静翼列
24 静翼
30 翼監視装置
40 AEセンサユニット
41 AEセンサ
42 送信機
43 バッテリー
60 翼監視装置本体
61 CPU
62 ROM
63 RAM
64 HDD
65 信号受信モジュール
71 制御部
72 翼列特定部
73 警報部
40A AEセンサユニット
41A AEセンサ
30A 翼監視装置
72A 動翼特定部
60A 翼監視装置本体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steam turbine system 2 Steam turbine 3 Rotor 4 Rotating shaft 4a Thrust collar 4b Disk 5 Rotor row group 6 Rotor row row 7 Rotor blade 8 Thrust bearing 9 Journal bearing 20 Stator 21 Casing 22 Stator blade row group 23 Stator blade row 24 Static Wing 30 Wing monitoring device 40 AE sensor unit 41 AE sensor 42 Transmitter 43 Battery 60 Wing monitoring device main body 61 CPU
62 ROM
63 RAM
64 HDD
65 Signal Receiving Module 71 Control Unit 72 Blade Row Identifying Unit 73 Alarm Unit 40A AE Sensor Unit 41A AE Sensor 30A Blade Monitoring Device 72A Blade Identification Unit 60A Blade Monitoring Device Main Body

Claims (5)

軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から放射状に延びる複数の動翼を有する動翼列が前記軸線方向に間隔をあけて配置されてなる動翼列群と、を有するロータを有する回転機械の翼監視装置であって、
前記ロータに設けられ、前記動翼の異常によって放出されるAE信号を検出する複数のAEセンサを有する検出部を備え、
前記検出部の前記AEセンサの少なくとも一部は、前記回転軸に前記軸線方向に間隔をあけて配置された軸方向AEセンサであって、
複数の前記軸方向AEセンサからそれぞれ入力される複数の前記AE信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を有する前記動翼列を特定する翼列特定部を有する翼監視装置本体を備える翼監視装置。
Rotation having a rotor having a rotating shaft that rotates around an axis, and a moving blade row group in which a moving blade row having a plurality of moving blades radially extending from the rotating shaft is arranged at intervals in the axial direction A machine wing monitoring device,
A detector having a plurality of AE sensors provided on the rotor for detecting an AE signal emitted due to an abnormality of the moving blade;
At least a part of the AE sensor of the detection unit is an axial AE sensor disposed on the rotating shaft with a gap in the axial direction,
A blade monitoring device main body having a blade row specifying unit for specifying the blade row having the moving blade in which an abnormality has occurred based on a time difference between the plurality of AE signals respectively input from the plurality of axial AE sensors; Wing monitoring device equipped.
前記ロータは、それぞれ前記動翼列を支持する複数のディスクを前記軸線方向に積層させることで構成されており、
前記検出部の前記AEセンサの少なくとも一部は、同一の前記ディスクに周方向に間隔をあけて配置された周方向AEセンサであって、
前記翼監視装置本体は、
前記複数の前記周方向AEセンサからそれぞれ入力される複数の前記AE信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を特定する動翼特定部を有する請求項1に記載の翼監視装置。
The rotor is configured by laminating a plurality of disks each supporting the blade row in the axial direction,
At least a part of the AE sensor of the detection unit is a circumferential AE sensor arranged on the same disk at a circumferential interval,
The wing monitoring device body is
2. The blade monitoring device according to claim 1, further comprising: a moving blade specifying unit that specifies the moving blade in which an abnormality has occurred based on a time difference between the plurality of AE signals respectively input from the plurality of circumferential AE sensors.
前記ロータに設けられて、前記AEセンサが検出したAE信号を無線送信する送信機を備え、
前記翼監視装置本体は、前記送信機から送信された前記AE信号を受信する受信機を有する請求項1又は2に記載の翼監視装置。
A transmitter provided on the rotor for wirelessly transmitting an AE signal detected by the AE sensor;
The wing monitoring apparatus according to claim 1 or 2, wherein the wing monitoring apparatus body includes a receiver that receives the AE signal transmitted from the transmitter.
軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から放射状に延びる複数の動翼を有する動翼列が前記軸線方向に間隔をあけて配置されてなる動翼列群と、を有するロータを有する回転機械の翼監視装置であって、
前記ロータは、それぞれ前記動翼列を支持する複数のディスクを前記軸線方向に積層させることで構成されており、
前記ロータに設けられ、前記動翼の異常によって放出されるAE信号を検出する複数のAEセンサを有する検出部を備え、
前記検出部の前記AEセンサの少なくとも一部は、同一の前記ディスクに周方向に間隔をあけて配置された周方向AEセンサであって、
複数の前記周方向AEセンサからそれぞれ入力される複数の前記AE信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を特定する動翼特定部を有する翼監視装置本体を備える翼監視装置。
Rotation having a rotor having a rotating shaft that rotates around an axis, and a moving blade row group in which a moving blade row having a plurality of moving blades radially extending from the rotating shaft is arranged at intervals in the axial direction A machine wing monitoring device,
The rotor is configured by laminating a plurality of disks each supporting the blade row in the axial direction,
A detector having a plurality of AE sensors provided on the rotor for detecting an AE signal emitted due to an abnormality of the moving blade;
At least a part of the AE sensor of the detection unit is a circumferential AE sensor arranged on the same disk at a circumferential interval,
A blade monitoring device comprising a blade monitoring device main body having a blade specifying unit that specifies the blades in which an abnormality has occurred based on a time difference between the plurality of AE signals respectively input from the plurality of circumferential AE sensors.
前記回転機械と、
請求項1から4のいずれか一項に記載の翼監視装置と、
を備える回転機械システム。
The rotating machine;
A wing monitoring device according to any one of claims 1 to 4,
A rotating machine system comprising:
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