JP2018165653A - Blade irregularity detection device, blade irregularity detection system, revolving machine system, and blade irregularity detection method - Google Patents

Blade irregularity detection device, blade irregularity detection system, revolving machine system, and blade irregularity detection method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a blade irregularity detection device that can easily detect irregularity of revolving blades.SOLUTION: A blade irregularity detection device comprises: an acceleration information acquisition unit 53 that acquires acceleration information on a steam turbine; a revolving position information acquisition unit 54 that acquires revolving position information on a revolving shaft; a valve information acquisition unit 52 that acquires valve information indicative of an opening/closing state of a plurality of opening/closing valves; a partial load determination unit 55 that determines whether only one opening/closing valve of the plurality of opening/closing valves is a partial load state put into an opening state on the basis of the valve information; a blade irregularity determination unit 56 that, when the partial load determination unit determines that the one opening/closing valve is in the partial load state, determines presence or absence of irregularity of a first-step revolving blade row on the basis of a time sequence of the acceleration information; and a blade identification unit 57 that, when it is determined that the first-step revolving blade row is irregular, identifies the revolving blade having the irregularity generated from the first-step revolving blade row on the basis of the revolving position information.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、翼異常検出装置、翼異常検出システム、回転機械システム及び翼異常検出方法に関する。   The present invention relates to a blade abnormality detection device, a blade abnormality detection system, a rotating machine system, and a blade abnormality detection method.

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異常検出装置、翼異常検出システム、回転機械システム及び翼異常検出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a problem, and provides a blade abnormality detection device, a blade abnormality detection system, a rotating machine system, and a blade abnormality detection method that can easily grasp a blade abnormality. For the purpose.

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。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作動流体の流通方向である前記軸線方向に複数段設けられてなる動翼列群と、前記動翼列群を外周側から囲うとともに、一段目の前記動翼列に作動流体を導入する導入口が前記軸線の周方向に複数配列されたステータと、各前記導入口に対応して複数設けられて、それぞれ前記導入口に供給される前記作動流体の流路を開閉する開閉弁と、を備える回転機械の翼異常検出装置であって、前記回転機械の加速度情報を取得する加速度情報取得部と、前記回転軸の回転位置情報を取得する回転位置情報取得部と、複数の前記開閉弁の開閉状態を示す弁情報を取得する弁情報取得部と前記弁情報に基づいて、複数の前記開閉弁のうち一部の前記開閉弁のみが開状態とされた部分負荷状態であるか否かを判断する部分負荷判断部と、該部分負荷判断部が、前記部分負荷状態であると判断した場合に、前記加速度情報の時系列に基づいて一段目の前記動翼列の異常の有無を判断する判断する翼異常判断部と、一段目の前記動翼列が異常であると判断された場合に、前記回転位置情報に基づいて一段目の前記動翼列から異常が発生した前記動翼を特定する翼特定部と、を備える。   The present invention employs the following means in order to solve the above problems. A rotating shaft rotating around an axis, and a moving blade row group including a plurality of moving blade rows having a plurality of moving blades extending radially from the rotating shaft in the axial direction that is a flow direction of the working fluid; A plurality of inlets that surround the rotor blade row group from the outer peripheral side and introduce a plurality of inlets into the first row of rotor blade rows in the circumferential direction of the axis, and a plurality of inlets corresponding to the inlets are provided. And an opening / closing valve for opening and closing the flow path of the working fluid supplied to the introduction port, respectively, and a blade abnormality detection device for a rotating machine, the acceleration information acquiring unit acquiring acceleration information of the rotating machine A rotation position information acquisition unit that acquires rotation position information of the rotation shaft, a valve information acquisition unit that acquires valve information indicating an open / close state of the plurality of on-off valves, and a plurality of the opening / closing operations based on the valve information Only some of the on-off valves are open. A partial load determination unit that determines whether or not the partial load state is in a state, and when the partial load determination unit determines that the partial load state is present, the partial load determination unit is further configured based on the time series of the acceleration information. A blade abnormality determining unit that determines whether or not there is an abnormality in the moving blade row of the eye, and when it is determined that the first row of moving blade rows is abnormal, the first step A blade specifying unit that specifies the moving blade in which an abnormality has occurred in the moving blade row.

上記回転機械では、全負荷時には複数の導入口の開閉弁の全てが開状態とされることで、全ての導入口から作動流体が導入される。一方、部分負荷時には、一部の導入口の開閉弁のみが開状態とされ残りの開閉弁は閉状態とされることで、一部の導入口のみから作動流体が導入されることになる。
このような部分負荷時には、一段目の動翼列における回転する複数の動翼は、作動流体が導入される導入口の周方向位置付近を通過する際にのみ、該作動流体によって加振されることになる。
In the rotating machine, the working fluid is introduced from all the inlets by opening all of the opening / closing valves of the plurality of inlets at full load. On the other hand, at the time of partial load, only the opening / closing valves of some introduction ports are opened and the remaining opening / closing valves are closed, so that the working fluid is introduced from only some of the introduction ports.
At such a partial load, the rotating blades in the first row of blades are vibrated by the working fluid only when passing near the circumferential position of the inlet to which the working fluid is introduced. It will be.

全ての動翼に変形・損傷等が生じていない正常時には、作用流体が導入される導入口付近を通過する動翼は、作動流体による加振力によってほぼ同様に振動する。一方、いずれかの動翼に変形・損傷が生じた異常時には、当該動翼の剛性のみが他の動翼に比べて低下するため、異常が生じた動翼のみが他の動翼に比べて大きく振動することになる。したがって、回転機械全体としては、作用流体が導入される導入口付近を異常が生じた動翼が通過する際にのみ、振動による加速度が大きな値を示す。   Under normal conditions in which all of the moving blades are not deformed / damaged, the moving blades that pass through the vicinity of the inlet through which the working fluid is introduced vibrate in a similar manner due to the exciting force of the working fluid. On the other hand, when any one of the moving blades is deformed or damaged, only the rigidity of the moving blade is reduced compared to other moving blades. It will vibrate greatly. Therefore, as a whole rotating machine, the acceleration due to vibration shows a large value only when the moving blade in which an abnormality has occurred passes through the vicinity of the inlet through which the working fluid is introduced.

本態様では、上記知見に基づいて、第一段目の動翼列における異常が生じた動翼を特定する。即ち、部分負荷判断部によって、いずれかの導入口からのみ作用流体が導入されている部分負荷時と判断された際には、回転機械の加速度にもとづいて、一段目の動翼列に異常が生じたか否かを判断する。次いで、異常が生じたと判断された場合には、回転軸の回転位置に基づいて複数の動翼から異常が生じた動翼を特定する。これによって、動翼の異常を容易に特定することができる。   In this aspect, based on the above knowledge, a moving blade in which an abnormality has occurred in the first-stage moving blade row is specified. That is, when the partial load determination unit determines that the working fluid is introduced only from one of the inlets, the first stage blade row is abnormal based on the acceleration of the rotating machine. Determine whether it occurred. Next, when it is determined that an abnormality has occurred, a moving blade in which an abnormality has occurred is identified from a plurality of moving blades based on the rotational position of the rotating shaft. As a result, the abnormality of the moving blade can be easily identified.

上記の翼異常検出装置では、前記翼異常判断部は、一段目の前記動翼列に異常が生じていない正常時における前記回転機械の加速度情報の時系列と、前記加速度情報取得部が取得した前記加速度情報の時系列とを比較して、一段目の前記動翼列が異常か否かを判断することが好ましい。   In the blade abnormality detection device, the blade abnormality determination unit acquires the time series of the acceleration information of the rotating machine in a normal state in which no abnormality has occurred in the first row of moving blades, and the acceleration information acquisition unit acquires It is preferable to compare the time series of the acceleration information to determine whether or not the first stage blade row is abnormal.

予め取得した正常時の加速度情報と加速度情報取得部が取得した実際の加速度情報とを比較することで、正常時の加速度情報から実際の加速度情報が大きく異なる場合には異常と判断することができる。   By comparing the normal acceleration information acquired in advance with the actual acceleration information acquired by the acceleration information acquisition unit, it is possible to determine that the actual acceleration information is significantly different from the normal acceleration information. .

本発明の第二態様に係る翼異常検出システムは、上記の翼異常検出装置と、前記回転機械の加速度を検出して前記翼異常検出装置に出力する加速度センサと、前記回転軸の回転位置を検出して前記翼異常検出装置に出力する回転センサと、を備える。   A blade abnormality detection system according to a second aspect of the present invention includes the above-described blade abnormality detection device, an acceleration sensor that detects acceleration of the rotating machine and outputs the acceleration to the blade abnormality detection device, and a rotational position of the rotating shaft. And a rotation sensor that detects and outputs the blade abnormality detection device.

加速度センサによる加速度情報及び回転センサによる回転位置情報を用いることで、上記の通り、動翼の異常を容易に検出することができる。   By using the acceleration information by the acceleration sensor and the rotational position information by the rotation sensor, it is possible to easily detect the abnormality of the moving blade as described above.

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、上記の翼異常検出システムと、を備え、前記回転機械は、各前記開閉弁を制御するとともに前記翼異常検出装置に弁情報を出力する開閉弁制御部を有する。
これによって、動翼の異常を容易に検出することができる。
A rotary machine system according to a third aspect of the present invention includes the rotary machine and the blade abnormality detection system, and the rotary machine controls each on-off valve and provides valve information to the blade abnormality detection device. Has an on-off valve controller.
This makes it possible to easily detect abnormalities in the moving blades.

上記回転機械システムでは、前記回転機械は、前記回転軸を前記軸線回りに回転可能に支持する軸受と、該軸受を下方から支持する軸受台と、を備え、前記加速度センサは、前記軸受台に設けられていることが好ましい。   In the rotary machine system, the rotary machine includes a bearing that rotatably supports the rotary shaft around the axis, and a bearing base that supports the bearing from below, and the acceleration sensor is mounted on the bearing base. It is preferable to be provided.

回転機械の振動を検出する加速度センサが回転機械の外面に設けられているため、作動流体の性状等の影響を受けずに加速度情報を取得することができる。   Since the acceleration sensor for detecting the vibration of the rotating machine is provided on the outer surface of the rotating machine, the acceleration information can be acquired without being affected by the properties of the working fluid.

本発明の第四態様の翼異常検出方法は、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作動流体の流通方向である前記軸線方向に複数段設けられてなる動翼列群と、前記動翼列群を外周側から囲うとともに、一段目の前記動翼列に作動流体を導入する導入口が前記軸線の周方向に複数配列されたステータと、各前記導入口に対応して複数設けられて、それぞれ前記導入口に供給される前記作動流体の流路を開閉する開閉弁と、を備える回転機械の翼異常検出方法であって、前記回転機械の加速度情報を取得する加速度情報取得工程と、前記回転軸の回転位置情報を取得する回転位置情報取得工程と、複数の前記開閉弁の開閉状態を示す弁情報を取得する弁情報取得工程と前記弁情報に基づいて、複数の前記開閉弁のうち一部の前記開閉弁のみが開状態とされた部分負荷状態であるか否かを判断する部分負荷判断工程と、該部分負荷判断部が、前記部分負荷状態であると判断した場合に、前記加速度情報の時系列に基づいて一段目の前記動翼列の異常の有無を判断する判断する翼異常判断工程と、一段目の前記動翼列が異常であると判断された場合に、前記回転位置情報に基づいて一段目の前記動翼列から異常が発生した前記動翼を特定する翼特定工程と、を含む。   The blade abnormality detection method according to the fourth aspect of the present invention includes a rotating shaft rotating around an axis and a moving blade row having a plurality of moving blades extending radially from the rotating shaft in the axial direction in which the working fluid flows. A plurality of moving blade row groups provided in a plurality of stages, and surrounding the moving blade row groups from the outer peripheral side, a plurality of introduction ports for introducing working fluid into the first moving blade row are arranged in the circumferential direction of the axis. A rotating machine blade abnormality detection method comprising a stator and a plurality of open / close valves provided corresponding to each of the introduction ports, each of which opens and closes a flow path of the working fluid supplied to the introduction port, Acceleration information acquisition step of acquiring acceleration information of the rotating machine, rotation position information acquisition step of acquiring rotation position information of the rotating shaft, and valve information acquisition of acquiring valve information indicating the open / closed states of the plurality of on-off valves Based on the process and the valve information, multiple A partial load determining step for determining whether or not only a part of the on / off valves is in a partial load state, and the partial load determination unit determines that the partial load state is in effect In this case, it is determined that the blade abnormality determining step for determining whether or not the first stage of the moving blade row is abnormal based on the time series of the acceleration information, and the first stage of the moving blade row is abnormal. A blade specifying step of specifying the moving blade in which an abnormality has occurred from the first row of moving blades based on the rotational position information.

本発明の翼異常検出装置、翼異常検出システム、回転機械システム及び翼異常検出方法
によれば、動翼の異常を容易に検出することができる。
According to the blade abnormality detection device, the blade abnormality detection system, the rotating machine system, and the blade abnormality detection method of the present invention, it is possible to easily detect the abnormality of the moving blade.

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 a steam turbine system (rotary machine system) concerning an embodiment. 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)の軸線に直交する模式的な断面図である。It is a typical sectional view orthogonal to the axis of a steam turbine system (rotary machine system) concerning an embodiment. 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 embodiment. 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 embodiment. (a)は正常時における回転位置情報と加速度情報との時系列を示すグラフであって、(b)は異常時における回転位置情報と加速度情報との時系列を示すグラフである。(a) is a graph showing a time series of rotational position information and acceleration information in a normal state, and (b) is a graph showing a time series of rotational position information and acceleration information in an abnormal state. 実施形態に係る翼異常検出方法のフローチャートである。It is a flowchart of the wing | blade abnormality detection method which concerns on 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及び図2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)及び翼異常検出システム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 FIGS. 1 and 2, the steam turbine system 1 includes a steam turbine 2 (rotary machine) and a blade abnormality detection system 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(軸受)、軸受台15、ステータ20、開閉弁及び開閉弁制御部を備えている。   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 (bearing), a bearing base 15, a stator 20, an on-off valve, and an on-off valve controller.

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、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。   The moving blade row group 5 is composed of 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。ジャーナル軸受9は、軸受本体10及び軸受ハウジング11を有する。軸受本体10は、回転軸4の外周面を、油膜を介して摺動可能に支持する軸受パッドを有する。該軸受パッドを揺動可能に外周側から支持するピボット等を有する。軸受ハウジング11は、回転軸4を外周側から囲うとともに、内周側に上記軸受本体10を支持している。軸受ハウジング11は、内周面にピボットが固定されており、該ピボットを介して軸受パッドを支持している。なお、軸受ハウジング11の内側にガイドリング等の他の部材があってもよい。
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. The journal bearing 9 has a bearing body 10 and a bearing housing 11. The bearing body 10 has a bearing pad that supports the outer peripheral surface of the rotating shaft 4 so as to be slidable through an oil film. A pivot for supporting the bearing pad from the outer peripheral side so as to be swingable is provided. The bearing housing 11 surrounds the rotating shaft 4 from the outer peripheral side, and supports the bearing body 10 on the inner peripheral side. The bearing housing 11 has a pivot fixed to the inner peripheral surface, and supports the bearing pad via the pivot. There may be other members such as a guide ring inside the bearing housing 11.

軸受台15は、一対のジャーナル軸受9を下方から支持するように一対が設けられている。これら軸受台15は、それぞれ対応するジャーナル軸受9の下半部を支持している。
一対の軸受台15のうちの一方の軸受台15(図1における右側の軸受台15)は、詳しくは図2に示すように、蒸気タービン2の側方に延びる上面16を有している。
The bearing stand 15 is provided with a pair so as to support the pair of journal bearings 9 from below. Each of these bearing stands 15 supports the lower half of the corresponding journal bearing 9.
One of the pair of bearing bases 15 (the right side bearing base 15 in FIG. 1) has an upper surface 16 that extends to the side of the steam turbine 2, as shown in detail in FIG.

ステータ20は、図1に示すように、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。
As shown in FIG. 1, 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.

図1に示すように、ケーシング21における第一段目の動翼列6及び静翼列23の上流側には、ケーシング21内部に作動流体としての蒸気を導入するための蒸気導入部25が形成されている。
蒸気導入部25は、複数(本実施形態では4つ)の導入口26を有している。各導入口26は、ケーシング21の外周側から内部に向かって蒸気を導入可能なように、ケーシング21の内外を貫通している。各導入口26は、ケーシング21の外周面から突出する筒状をなしており、該筒状の外周側の先端はフランジ状に形成されている。複数の導入口26は、軸線Oの周方向に間隔をあけて形成されている。本実施形態では、4つの導入口26のうちの2つがケーシング21の上部に形成されており、残りの2つがケーシング21の下部に形成されている。また、ケーシング21内における各導入口26の内側の部分は、互いに周方向に隔てられた室に区画されている。
As shown in FIG. 1, on the upstream side of the first stage moving blade row 6 and the stationary blade row 23 in the casing 21, a steam introducing portion 25 for introducing steam as a working fluid into the casing 21 is formed. Has been.
The steam introduction part 25 has a plurality of (four in this embodiment) introduction ports 26. Each inlet 26 penetrates the inside and outside of the casing 21 so that steam can be introduced from the outer peripheral side of the casing 21 toward the inside. Each introduction port 26 has a cylindrical shape protruding from the outer peripheral surface of the casing 21, and the distal end of the cylindrical outer peripheral side is formed in a flange shape. The plurality of inlets 26 are formed at intervals in the circumferential direction of the axis O. In the present embodiment, two of the four inlets 26 are formed in the upper part of the casing 21, and the remaining two are formed in the lower part of the casing 21. Moreover, the inner part of each inlet 26 in the casing 21 is partitioned into chambers separated from each other in the circumferential direction.

各導入口26には、例えばボイラ等の蒸気供給源27aから供給される蒸気が流通する蒸気ライン27b(流路)が接続されている。蒸気供給源27aで生成された蒸気は蒸気ライン27b及び複数の導入口26を介してケーシング21内に導入される。   Each inlet 26 is connected to a steam line 27b (flow path) through which steam supplied from a steam supply source 27a such as a boiler flows. The steam generated by the steam supply source 27 a is introduced into the casing 21 through the steam line 27 b and the plurality of inlets 26.

開閉弁28は、それぞれ各導入口26に対応するように設けられて、該導入口26に蒸気を導入する蒸気ライン27bを開閉する。開閉弁28が開状態の際には、当該開閉弁28に対応する導入口26を介してケーシング21内に蒸気が導入される。開閉弁28が閉状態の際には、当該開閉弁28に対応する導入口26は蒸気が流通せず、当該導入口26を介してケーシング21内に蒸気が導入されることはない。導入口26に流入する上記は、一段目の静翼列23を介して一段目の動翼列6に導入される。   The on-off valves 28 are provided so as to correspond to the respective inlets 26, and open and close the steam lines 27 b for introducing steam into the inlets 26. When the on-off valve 28 is in the open state, steam is introduced into the casing 21 through the inlet 26 corresponding to the on-off valve 28. When the on-off valve 28 is in a closed state, no steam flows through the inlet 26 corresponding to the on-off valve 28, and no steam is introduced into the casing 21 through the inlet 26. The above flowing into the inlet 26 is introduced into the first stage moving blade row 6 via the first stage stationary blade row 23.

開閉弁制御部29は、複数の開閉弁28の開閉状態を制御している。開閉弁制御部29は、複数の開閉弁28の開閉状態を、複数の開閉弁28毎に独立して制御可能とされている。
開閉弁制御部29は、負荷の程度に応じて各開閉弁28の開閉状態を制御する。例えば全負荷時には、全ての開閉弁28を開状態とすることで全ての導入口26を介してケーシング21内に蒸気を導入させる。一方、部分負荷時には、複数の開閉弁28のうちの少なくとも一つの開閉弁28を閉状態とし、ケーシング21内に導入される蒸気の流量を減少させる。この際、閉状態とする開閉弁28の数は、部分負荷の程度に応じて決定される。全負荷時には、ケーシング21内に周方向の広範囲の領域から蒸気が導入される。一方、部分負荷時には、ケーシング21内に周方向の一部のみから蒸気が導入される。
The on-off valve control unit 29 controls the open / close state of the plurality of on-off valves 28. The on-off valve control unit 29 can control the open / close state of the plurality of on-off valves 28 independently for each of the plurality of on-off valves 28.
The on-off valve control unit 29 controls the open / close state of each on-off valve 28 according to the degree of load. For example, when full load is applied, steam is introduced into the casing 21 through all the inlets 26 by opening all the on-off valves 28. On the other hand, at the time of partial load, at least one of the plurality of on-off valves 28 is closed, and the flow rate of the steam introduced into the casing 21 is reduced. At this time, the number of on-off valves 28 to be closed is determined according to the degree of partial load. During full load, steam is introduced into the casing 21 from a wide area in the circumferential direction. On the other hand, at the time of partial load, steam is introduced into the casing 21 only from a part in the circumferential direction.

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. .

次に翼異常検出システム30について説明する。
翼異常検出システム30は、図2に示すように、加速度センサ40、回転センサ41及び翼異常検出装置50を備えている。
Next, the blade abnormality detection system 30 will be described.
As shown in FIG. 2, the blade abnormality detection system 30 includes an acceleration sensor 40, a rotation sensor 41, and a blade abnormality detection device 50.

加速度センサ40は、蒸気タービン2の軸受台15に設けられている。蒸気タービン2の動翼列6で発生する振動は、回転軸4、ジャーナル軸受9の軸受本体10及び軸受ハウジング11を介して軸受台15に伝搬する。加速度センサ40は、このように伝搬された振動を加速度として検出する。   The acceleration sensor 40 is provided on the bearing stand 15 of the steam turbine 2. The vibration generated in the moving blade row 6 of the steam turbine 2 propagates to the bearing base 15 via the rotating shaft 4, the bearing body 10 of the journal bearing 9 and the bearing housing 11. The acceleration sensor 40 detects the vibration thus propagated as acceleration.

加速度センサ40としては、例えば圧電式センサが採用されている。当該圧電式センサは圧電効果を利用したものである。圧電式センサに加速度が作用すると、その際の応力に基づいて電荷が発生する。このように発生した電荷が加速度センサ40の出力となる。ロータの動翼列6の振動は軸受台15に伝搬され、当該振動が加速度として加速度センサ40に検出されて加速度信号として翼異常検出装置50に出力される。加速度信号は、回転機械の振動(加速度)に応じた波形を示す。
なお、加速度センサ40としては、圧電式センサ以外のものを用いてもよい。
As the acceleration sensor 40, for example, a piezoelectric sensor is employed. The piezoelectric sensor uses a piezoelectric effect. When acceleration acts on the piezoelectric sensor, an electric charge is generated based on the stress at that time. The charge generated in this way becomes the output of the acceleration sensor 40. The vibration of the rotor blade row 6 of the rotor is propagated to the bearing base 15, and the vibration is detected as an acceleration by the acceleration sensor 40 and output to the blade abnormality detecting device 50 as an acceleration signal. The acceleration signal indicates a waveform corresponding to the vibration (acceleration) of the rotating machine.
As the acceleration sensor 40, a sensor other than the piezoelectric sensor may be used.

回転センサ41は、回転軸4の回転位置を検出する。即ち、回転センサ41は、軸線O回りに回転する回転軸4の回転角度(回転位相)を検出する。本実施形態では、回転センサ41は、光学式回転センサを用いている。該光学式回転センサは、回転軸4の外周面に向かって光を照射し、該外周面から反射する反射光を受光する。回転軸4の外周面の周方向の一部には、反射材が設けられている。これにより、回転軸4の反射材が、光学式回転センサの光照射位置に到達した際にのみ、反射光の強度が大きくなる。これにより、反射光の強度は、回転軸4が一回転毎にピークを示すことになる。回転センサ41の出力である回転位置信号は、同様に、回転軸4一回転毎にピークを示す波形を示す。なお、回転センサ41は、ケーシング21の内部で回転軸4の回転位置を検出してもよいし、ケーシング21の外部で回転軸4の回転位置を検出してもよい。
なお、回転センサ41としては、上記態様以外のものを用いてもよい。
The rotation sensor 41 detects the rotation position of the rotation shaft 4. That is, the rotation sensor 41 detects the rotation angle (rotation phase) of the rotation shaft 4 that rotates about the axis O. In the present embodiment, the rotation sensor 41 uses an optical rotation sensor. The optical rotation sensor irradiates light toward the outer peripheral surface of the rotating shaft 4 and receives reflected light reflected from the outer peripheral surface. A reflective material is provided on a part of the outer circumferential surface of the rotating shaft 4 in the circumferential direction. Thereby, the intensity | strength of reflected light becomes large only when the reflecting material of the rotating shaft 4 arrives at the light irradiation position of an optical rotation sensor. Thereby, the intensity | strength of reflected light will show the peak for every rotation of the rotating shaft 4. FIG. Similarly, the rotation position signal that is the output of the rotation sensor 41 shows a waveform that shows a peak for each rotation of the rotation shaft 4. The rotation sensor 41 may detect the rotation position of the rotation shaft 4 inside the casing 21 or may detect the rotation position of the rotation shaft 4 outside the casing 21.
In addition, as the rotation sensor 41, you may use things other than the said aspect.

翼異常検出装置50は、図3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、加速度センサ40から出力される加速度信号(加速度情報)、回転センサ41から出力される回転位置信号(回転位置情報)を受信する。また、信号受信モジュール65は、開閉弁制御部29から複数の開閉弁28の開閉状態を示す弁情報を受信する。即ち、開閉弁制御部29は、各開閉弁28の開閉を制御するとともに翼異常検出装置50に蒸気弁情報を出力する。
なお、加速度センサ40から出力される加速度信号及び回転センサ41から出力される回転位置信号を増幅器で増幅して、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. 3, the blade abnormality detection device 50 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 acceleration signal (acceleration information) output from the acceleration sensor 40 and a rotation position signal (rotation position information) output from the rotation sensor 41. The signal receiving module 65 receives valve information indicating the open / closed states of the plurality of open / close valves 28 from the open / close valve control unit 29. That is, the on-off valve control unit 29 controls the opening / closing of each on-off valve 28 and outputs steam valve information to the blade abnormality detection device 50.
Note that the acceleration signal output from the acceleration sensor 40 and the rotational position signal output from the rotation sensor 41 may be amplified by an amplifier and input to the signal receiving module 65.

図4に示すように、翼異常検出装置50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51、弁情報取得部52、加速度情報取得部53、回転位置情報取得部54、部分負荷判断部55、翼異常判断部56、翼特定部57及び警報部58の各構成を備える。
制御部51は解析装置に備わる他の機能部を制御する。
As shown in FIG. 4, the CPU 61 of the blade abnormality detection device 50 executes a program stored in advance in its own device, whereby a control unit 51, a valve information acquisition unit 52, an acceleration information acquisition unit 53, and a rotational position information acquisition unit 54. , A partial load determination unit 55, a blade abnormality determination unit 56, a blade specification unit 57, and an alarm unit 58.
The control unit 51 controls other functional units provided in the analysis apparatus.

弁情報取得部52は、信号受信モジュール65で受信した弁情報を取得する。即ち、弁情報取得部52は、複数の開閉弁28がそれぞれ開状態か閉状態化の情報を取得する。
加速度情報取得部53は、信号受信モジュール65で受信した加速度情報を時刻とともに取得する。即ち、加速度情報取得部53は、加速度情報の時系列を取得する。
回転位置情報取得部54は、信号受信モジュール65で受信した回転位置情報を時刻とともに取得する。即ち、回転位置情報取得部54は、回転位置情報の時系列を取得する。
The valve information acquisition unit 52 acquires the valve information received by the signal reception module 65. That is, the valve information acquisition unit 52 acquires information about whether each of the plurality of on-off valves 28 is open or closed.
The acceleration information acquisition unit 53 acquires acceleration information received by the signal reception module 65 together with time. That is, the acceleration information acquisition unit 53 acquires a time series of acceleration information.
The rotational position information acquisition unit 54 acquires the rotational position information received by the signal reception module 65 together with the time. That is, the rotational position information acquisition unit 54 acquires a time series of rotational position information.

部分負荷判断部55は、弁情報取得部52が取得した弁情報に基づいて、部分負荷状態であるか否かを判断する。
具体的には、部分負荷判断部55は、複数の開閉弁28の全てが開状態である弁情報を取得した場合には、蒸気タービン2が全負荷状態であると判断する。一方、部分負荷判断部55は、複数の開閉弁28の一部(少なくとも一つ)が閉状態である場合には、蒸気タービン2が部分負荷状態であると判断する。なお、部分負荷判断部55は、複数の開閉弁28のうち、一の開閉弁28のみが開状態で残りの開閉弁28が閉状態である場合のみを、翼の異常を判定可能な部分負荷状態と判断することが好ましい。一の開閉弁28のみ(例えば図2の右上の開閉弁28)が開状態の場合、ケーシング21の内部の周方向の一部室に図2に示す蒸気流入領域Sが形成される。
The partial load determination unit 55 determines whether or not the partial load state is based on the valve information acquired by the valve information acquisition unit 52.
Specifically, the partial load determination unit 55 determines that the steam turbine 2 is in a full load state when acquiring valve information in which all of the plurality of on-off valves 28 are in an open state. On the other hand, the partial load determination unit 55 determines that the steam turbine 2 is in the partial load state when a part (at least one) of the plurality of on-off valves 28 is in the closed state. The partial load determination unit 55 is a partial load that can determine a blade abnormality only when only one of the plurality of on-off valves 28 is open and the remaining on-off valves 28 are closed. It is preferable to determine the state. When only one on-off valve 28 (for example, the upper-right on-off valve 28 in FIG. 2) is in an open state, a steam inflow region S shown in FIG. 2 is formed in a partial chamber in the circumferential direction inside the casing 21.

翼異常判断部56は、蒸気タービン2が部分負荷状態にあると部分負荷判断部55が判断した際に、加速度情報取得部53が取得した加速度情報の時系列に基づいて、一段目の動翼列6の異常の有無を判断する。   The blade abnormality determination unit 56 is based on the time series of the acceleration information acquired by the acceleration information acquisition unit 53 when the partial load determination unit 55 determines that the steam turbine 2 is in the partial load state. The presence or absence of abnormality in column 6 is determined.

即ち、異常判断部は、一段目の動翼列6に異常が生じていない正常時における蒸気タービン2の加速度情報の時系列と、加速度情報取得部53が取得した加速度情報の時系列とを比較して、一段目の前記動翼列6が異常か否かを判断する。正常時の加速度情報は、正常時に予め検出した蒸気タービン2の加速度情報である。異常判断部では、取得した加速度情報が正常時の加速度情報と比較して大きく逸脱する場合には、一段目の動翼列6で異常が生じていると判断する。異常判断部は、例えば正常時の加速度情報を基準として予め閾値を決めておき、取得した加速度情報が当該閾値を超えた場合に、一段目の動翼列6で異常が生じていると判断してもよい。   That is, the abnormality determination unit compares the time series of the acceleration information of the steam turbine 2 at normal time when no abnormality has occurred in the first stage blade row 6 and the time series of the acceleration information acquired by the acceleration information acquisition unit 53. Then, it is determined whether or not the first blade row 6 is abnormal. The normal acceleration information is acceleration information of the steam turbine 2 detected in advance in the normal state. The abnormality determination unit determines that an abnormality has occurred in the first row of blades 6 when the acquired acceleration information deviates significantly compared to the normal acceleration information. The abnormality determination unit determines a threshold value in advance with reference to normal acceleration information, for example, and determines that an abnormality has occurred in the first stage blade row 6 when the acquired acceleration information exceeds the threshold value. May be.

翼特定部57は、翼異常判断部56によって一段目の動翼列6が異常であると判断された場合に、回転位置情報取得部54が取得する回転位置情報に基づいて一段目の動翼列6から異常が発生した動翼7を特定する。即ち、翼特定部57は、加速度情報の時系列と回転位置情報の時系列とをマッチングさせる。これにより、加速度情報の加速度の値が大きく逸脱した時点で、導入口26に最も近接する状態にあった動翼7(図2に示す蒸気流入領域Sに位置する動翼7)を特定する演算を行う。当該演算の際には、開閉弁制御部29から出力された弁情報に基づいて、いずれの開閉弁28が開状態であったかの情報を用いてもよい。また、部分負荷時にいずれの開閉弁28が開状態であるかが定まっていれば、部分負荷時に特定の導入口26から蒸気が導入されるとして、上記動翼7を特定する演算を行ってもよい。   The blade specifying unit 57 determines the first-stage moving blade based on the rotational position information acquired by the rotational position information acquiring unit 54 when the blade abnormality determining unit 56 determines that the first-stage moving blade row 6 is abnormal. The moving blade 7 in which an abnormality has occurred is identified from the row 6. That is, the wing specifying unit 57 matches the time series of acceleration information and the time series of rotational position information. Thereby, when the acceleration value of the acceleration information deviates greatly, the calculation for specifying the moving blade 7 (the moving blade 7 located in the steam inflow region S shown in FIG. 2) that is in the state closest to the introduction port 26 is performed. I do. In the calculation, information on which on-off valve 28 is in an open state may be used based on the valve information output from the on-off valve control unit 29. Further, if it is determined which open / close valve 28 is open at the time of partial load, it is possible to calculate the moving blade 7 by assuming that steam is introduced from a specific inlet 26 at the time of partial load. Good.

警報部58は、翼特定部57の演算結果に基づいて警報を出力する。即ち、警報部58は、翼特定部57が異常である動翼7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7を特定する警報を出力する処理を行う。警報部58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 58 outputs an alarm based on the calculation result of the wing specifying unit 57. That is, when the blade specifying unit 57 specifies the abnormal moving blade 7, the warning unit 58 performs processing to output an alarm indicating that an abnormality has occurred and identifying the moving blade 7 in which the abnormality has occurred. The alarm unit 58 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、図6に示すフローチャートを用いて本実施形態の蒸気タービンシステム1における翼異常検出方法について説明する。翼異常検出方法は、弁情報取得工程S1、加速度情報取得工程S2、回転位置情報取得工程S3、部分負荷判断工程S4、翼異常判断工程S5、翼特定工程S6及び警報工程S7の各工程を実行する。   Next, a blade abnormality detection method in the steam turbine system 1 of the present embodiment will be described using the flowchart shown in FIG. The blade abnormality detection method includes the valve information acquisition step S1, the acceleration information acquisition step S2, the rotational position information acquisition step S3, the partial load determination step S4, the blade abnormality determination step S5, the blade identification step S6, and the warning step S7. To do.

弁情報取得工程S1では、弁情報を取得する。加速度情報取得工程S2では、加速度情報を時刻とともに取得する。回転位置情報取得工程S3は、回転位置情報を時刻とともに取得する。これら3つの工程は同時に行われてもよい。   In valve information acquisition process S1, valve information is acquired. In the acceleration information acquisition step S2, acceleration information is acquired together with time. The rotational position information acquisition step S3 acquires rotational position information together with time. These three steps may be performed simultaneously.

部分負荷判断工程S4は、弁情報取得工程S1の後に行われる。
部分負荷判断工程S4では、上記部分負荷判断部55での処理の通り、前記開閉弁28のうち一の前記開閉弁28のみが開状態とされた部分負荷状態であるか否かを判断する。
The partial load determination step S4 is performed after the valve information acquisition step S1.
In the partial load determination step S4, it is determined whether or not the partial load state in which only one of the on-off valves 28 is in the open state is performed, as in the processing in the partial load determination unit 55.

翼異常判断工程S5は、部分負荷判断工程S4及び加速度取得工程S2の後に行われる。
翼異常判断工程S5では、上記翼異常判断部56での処理の通り、蒸気タービン2が部分負荷状態にあると部分負荷判断部55が判断した際に、加速度情報取得部53が取得した加速度情報の時系列に基づいて、一段目の動翼列6の異常の有無を判断する。
The blade abnormality determination step S5 is performed after the partial load determination step S4 and the acceleration acquisition step S2.
In the blade abnormality determination step S5, the acceleration information acquired by the acceleration information acquisition unit 53 when the partial load determination unit 55 determines that the steam turbine 2 is in the partial load state, as processed by the blade abnormality determination unit 56. Based on this time series, the presence / absence of abnormality of the first stage blade row 6 is determined.

翼特定工程S6では、翼異常判断工程S5及び回転位置情報取得工程S3の後に行われる。
翼特定工程S6では、上記翼特定部57の処理の通り、一段目の動翼列6が異常であると判断された場合に、回転位置情報取得部54が取得する回転位置情報に基づいて一段目の動翼列6から異常が発生した動翼7を特定する。
The blade specifying step S6 is performed after the blade abnormality determining step S5 and the rotational position information acquiring step S3.
In the blade specifying step S6, as determined by the blade specifying unit 57, when it is determined that the first-stage moving blade row 6 is abnormal, the first step is performed based on the rotation position information acquired by the rotation position information acquiring unit 54. A moving blade 7 in which an abnormality has occurred is identified from the moving blade row 6 of the eye.

ここで、図5に正常時及び異常時の加速度信号及び回転位置信号の波形の時系列を示す。正常時、異常時のいずれであっても、加速度信号は、蒸気が導入される導入口26を動翼7が通過する毎に振動する波形を示している。正常時には、図5(a)に示すように、波形の振幅の変化は少ないが、異常時には、図5(b)に示すように、波形の一部の振幅のみが他の振幅に比べて大きく逸脱する。これは、蒸気が導入される導入口26付近を異常が生じた動翼7が通過したことに起因する。翼異常判断工程S5では、図5(a)の正常時の加速度の波形を基準として、図5(b)のように波形の一部の振幅が大きく変化した場合には、一段目の動翼列6のいずれかに異常が生じたと判断する。なお、例えば正常時の加速度の波形を基準として閾値を超えた振幅が生じた場合に異常と判断してもよい。また、振幅毎の標準偏差を求め、当該標準偏差が閾値を超えた場合に異常と判断してもよい。   Here, FIG. 5 shows a time series of waveforms of the acceleration signal and the rotational position signal during normal time and abnormal time. Whether it is normal or abnormal, the acceleration signal shows a waveform that vibrates each time the moving blade 7 passes through the inlet 26 through which steam is introduced. When normal, as shown in FIG. 5A, the change in the amplitude of the waveform is small, but when abnormal, only a part of the amplitude of the waveform is larger than the other amplitude as shown in FIG. 5B. Deviate. This is due to the passage of the moving blade 7 having an abnormality in the vicinity of the inlet 26 through which the steam is introduced. In the blade abnormality determining step S5, when the amplitude of a part of the waveform is greatly changed as shown in FIG. 5B with reference to the waveform of the normal acceleration in FIG. It is determined that an abnormality has occurred in any of the columns 6. For example, when an amplitude exceeding a threshold value is generated with reference to a normal acceleration waveform, it may be determined as abnormal. Further, a standard deviation for each amplitude may be obtained, and an abnormality may be determined when the standard deviation exceeds a threshold value.

また、正常時、異常時のいずれであっても、回転位置信号は、同様の波形を示す。即ち、回転位置信号は、一回転毎に強度のピークが出現する。動翼7は周方向に均等に設けられているため、上記ピークに基づいて任意の時点での各動翼7の回転位置を導出することができる。翼特定工程S6では、異常時における加速度信号と回転位置信号をマッチングすることで、異常が生じた動翼7を特定する。即ち、加速度にピークが現れた時点で、蒸気の導入口26付近に近接する状態にあった動翼7を特定する。
警報工程S7では、上記警報部58での処理と同様に、翼特定部57の演算結果に基づいて警報を出力する。
In addition, the rotation position signal shows the same waveform regardless of whether it is normal or abnormal. That is, the rotation position signal has a peak of intensity every rotation. Since the moving blades 7 are equally provided in the circumferential direction, the rotational position of each moving blade 7 at an arbitrary time can be derived based on the peak. In the blade specifying step S6, the moving blade 7 in which an abnormality has occurred is specified by matching the acceleration signal and the rotational position signal at the time of abnormality. That is, the moving blade 7 that is in the state of being close to the vicinity of the steam inlet 26 when the peak appears in the acceleration is specified.
In the warning step S <b> 7, an alarm is output based on the calculation result of the blade specifying unit 57, similarly to the processing in the warning unit 58.

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2の全負荷時には、複数の導入口26に対応する開閉弁28の全てが開状態とされることで、全ての導入口26から作動流体が導入される。一方、蒸気タービン2の部分負荷時には、複数の導入口26のうちの一部の導入口26に対応する開閉弁28のみが開状態とされ、残りの開閉弁28は閉状態とされる。これによって部分負荷時には、一部の導入口26のみから作動流体が導入されることになる。
Next, the effect of the steam turbine system 1 of this embodiment is demonstrated.
When the steam turbine 2 is fully loaded, all of the on-off valves 28 corresponding to the plurality of inlets 26 are opened, so that the working fluid is introduced from all the inlets 26. On the other hand, when the steam turbine 2 is partially loaded, only the on-off valves 28 corresponding to some of the plurality of inlets 26 are opened, and the remaining on-off valves 28 are closed. Thereby, at the time of partial load, the working fluid is introduced from only some of the inlets 26.

このような部分負荷時には、一段目の動翼列6の複数の動翼7は、周方向の領域のうち蒸気が導入される導入口26付近を通過する際にのみ、該蒸気による加振力を受けることになる。即ち、一段目の動翼7は、蒸気が導入される導入口26に対応する周方向に到達した際に振動する。   Under such partial load, the plurality of moving blades 7 of the first-stage moving blade row 6 vibrate only when passing through the vicinity of the inlet 26 into which steam is introduced in the circumferential region. Will receive. That is, the first stage blade 7 vibrates when it reaches the circumferential direction corresponding to the inlet 26 into which the steam is introduced.

ここで、一段目の動翼列6の全ての動翼7に変形・損傷等が生じていない正常時には、蒸気が導入される導入口26付近を通過する動翼7は、蒸気による加振力によってほぼ同様に振動する。即ち、全ての動翼7の剛性がほぼ等しいため、これら動翼7はそれぞれ同様の振動態様を示す。
一方、一段目の動翼列6のうちいずれかの動翼7に変形・損傷が生じた異常時には、当該動翼7の剛性のみが他の動翼7に比べて低下することになる。この剛性の低下により、異常が生じた動翼7のみが他の動翼7に比べて大きく振動することになる。したがって、蒸気タービン2全体としては、蒸気が導入される導入口26付近を異常が生じた動翼7が通過する際にのみ、大きく振動することになる。その結果、加速度センサ40では、一回転前にピークを示す加速度情報が検出される。
Here, at normal time when all the moving blades 7 in the first stage moving blade row 6 are not deformed or damaged, the moving blade 7 passing near the inlet 26 into which the steam is introduced is excited by the vibration force of the steam. Vibrate almost the same way. That is, since the rigidity of all the moving blades 7 is substantially equal, each of the moving blades 7 exhibits the same vibration mode.
On the other hand, at the time of abnormality where any one of the moving blades 7 in the first row of moving blades 6 is deformed or damaged, only the rigidity of the moving blades 7 is lower than that of the other moving blades 7. Due to the decrease in rigidity, only the moving blade 7 in which an abnormality has occurred vibrates greatly as compared with the other moving blades 7. Therefore, the steam turbine 2 as a whole vibrates greatly only when the moving blade 7 having an abnormality passes through the vicinity of the inlet 26 where the steam is introduced. As a result, the acceleration sensor 40 detects acceleration information indicating a peak before one rotation.

本実施形態では、上記知見に基づいて第一段目の動翼列6における異常が生じた動翼7を特定する。即ち、部分負荷判断部55によって、いずれかの導入口26からのみ蒸気が導入されている部分負荷時と判断された際には、蒸気タービン2の加速度にもとづいて、一段目の動翼列6に異常が生じたか否かを判断する。次いで、異常が生じたと判断された場合には、回転軸4の回転位置に基づいて複数の動翼7から異常が生じた動翼7を特定する。これによって、動翼7の異常を容易に特定することができる。   In the present embodiment, the moving blade 7 in which an abnormality has occurred in the first-stage moving blade row 6 is specified based on the above knowledge. That is, when it is determined by the partial load determination unit 55 that the partial load in which steam is introduced only from any one of the inlets 26 is performed, the first stage moving blade row 6 is based on the acceleration of the steam turbine 2. It is determined whether or not an abnormality has occurred. Next, when it is determined that an abnormality has occurred, the moving blade 7 in which an abnormality has occurred is identified from the plurality of moving blades 7 based on the rotational position of the rotating shaft 4. Thereby, the abnormality of the moving blade 7 can be specified easily.

また、加速度センサ40は蒸気タービン2の軸受台15に設けられており、即ち、蒸気タービン2の外面に設けられているため、作動流体の性状等の影響を受けずに加速度情報を取得することができる。また、上記のように一回転毎に示される加速度のピークに基づいて異常の有無が判断されるため、当該ピークが他の暗振動等によってマスキングされにくい。そのため、精度高く動翼7の異常を検出することができる。   Further, since the acceleration sensor 40 is provided on the bearing stand 15 of the steam turbine 2, that is, provided on the outer surface of the steam turbine 2, the acceleration sensor 40 can acquire acceleration information without being affected by the properties of the working fluid. Can do. In addition, since the presence or absence of abnormality is determined based on the acceleration peak indicated for each rotation as described above, the peak is not easily masked by other dark vibrations or the like. Therefore, the abnormality of the moving blade 7 can be detected with high accuracy.

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。
例えば、実施形態では加速度センサ40を軸受台15に設けたが、他の蒸気タービン2の外面、例えばジャーナル軸受9やケーシング21、ケーシング21の外部に露出する回転軸4に設けてもよい。またケーシング21の内部で回転軸4等に設けてもよい。
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.
For example, although the acceleration sensor 40 is provided on the bearing base 15 in the embodiment, it may be provided on the outer surface of another steam turbine 2, for example, the journal bearing 9, the casing 21, or the rotating shaft 4 exposed to the outside of the casing 21. Moreover, you may provide in the rotating shaft 4 grade | etc., Inside the casing 21. FIG.

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
5 動翼列群
6 動翼列
7 動翼
7a シュラウド
8 スラスト軸受
9 ジャーナル軸受
10 軸受本体
11 軸受ハウジング
15 軸受台
16 上面
20 ステータ
21 ケーシング
22 静翼列群
23 静翼列
24 静翼
25 蒸気導入部
26 導入口
27a 蒸気供給源
27b 蒸気ライン
28 開閉弁
29 開閉弁制御部
30 翼異常検出システム
40 加速度センサ
41 回転センサ
50 翼異常検出装置
51 制御部
52 弁情報取得部
53 加速度情報取得部
54 回転位置情報取得部
55 部分負荷判断部
56 翼異常判断部
57 翼特定部
58 警報部
61 CPU
62 ROM
63 RAM
64 HDD
65 信号受信モジュール
S1 弁情報取得工程
S2 加速度情報取得工程
S3 回転位置情報取得工程
S4 部分負荷判断工程
S5 翼異常判断工程
S6 翼特定工程
S7 警報工程
O 軸線
S 蒸気流入領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steam turbine system 2 Steam turbine 3 Rotor 4 Rotating shaft 5 Rotor blade group 6 Rotor blade row 7 Rotor blade 7a Shroud 8 Thrust bearing 9 Journal bearing 10 Bearing main body 11 Bearing housing 15 Bearing stand 16 Upper surface 20 Stator 21 Casing 22 Stator blade Row group 23 Stator blade row 24 Stator blade 25 Steam inlet 26 Inlet 27a Steam supply source 27b Steam line 28 On-off valve 29 On-off valve controller 30 Blade abnormality detection system 40 Acceleration sensor 41 Rotation sensor 50 Blade abnormality detector 51 Controller 52 Valve information acquisition unit 53 Acceleration information acquisition unit 54 Rotational position information acquisition unit 55 Partial load determination unit 56 Blade abnormality determination unit 57 Blade identification unit 58 Alarm unit 61 CPU
62 ROM
63 RAM
64 HDD
65 Signal receiving module S1 Valve information acquisition step S2 Acceleration information acquisition step S3 Rotational position information acquisition step S4 Partial load determination step S5 Blade abnormality determination step S6 Blade specification step S7 Alarm step O Axis S Steam inflow region

Claims (6)

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作動流体の流通方向である前記軸線方向に複数段設けられてなる動翼列群と、前記動翼列群を外周側から囲うとともに、一段目の前記動翼列に作動流体を導入する導入口が前記軸線の周方向に複数配列されたステータと、各前記導入口に対応して複数設けられて、それぞれ前記導入口に供給される前記作動流体の流路を開閉する開閉弁と、
を備える回転機械の翼異常検出装置であって、
前記回転機械の加速度情報を取得する加速度情報取得部と、
前記回転軸の回転位置情報を取得する回転位置情報取得部と、
複数の前記開閉弁の開閉状態を示す弁情報を取得する弁情報取得部と、
前記弁情報に基づいて、複数の前記開閉弁のうち一部の前記開閉弁のみが開状態とされた部分負荷状態であるか否かを判断する部分負荷判断部と、
該部分負荷判断部が、前記部分負荷状態であると判断した場合に、前記加速度情報の時系列に基づいて一段目の前記動翼列の異常の有無を判断する判断する翼異常判断部と、
一段目の前記動翼列が異常であると判断された場合に、前記回転位置情報に基づいて一段目の前記動翼列から異常が発生した前記動翼を特定する翼特定部と、
を備える翼異常検出装置。
A rotating shaft rotating around an axis, and a moving blade row group including a plurality of moving blade rows having a plurality of moving blades extending radially from the rotating shaft in the axial direction that is a flow direction of the working fluid; A plurality of inlets that surround the rotor blade row group from the outer peripheral side and introduce a plurality of inlets into the first row of rotor blade rows in the circumferential direction of the axis, and a plurality of inlets corresponding to the inlets are provided. An open / close valve that opens and closes the flow path of the working fluid supplied to the introduction port,
An apparatus for detecting an abnormality in a blade of a rotating machine comprising:
An acceleration information acquisition unit for acquiring acceleration information of the rotating machine;
A rotation position information acquisition unit for acquiring rotation position information of the rotation shaft;
A valve information acquisition unit that acquires valve information indicating an open / closed state of the plurality of on-off valves;
Based on the valve information, a partial load determination unit that determines whether or not only a part of the on / off valves among the plurality of on / off valves is in a partial load state;
When the partial load determination unit determines that the partial load state is present, a blade abnormality determination unit that determines whether or not there is an abnormality in the first row of moving blades based on the time series of the acceleration information;
When it is determined that the first row of moving blade rows is abnormal, a blade specifying unit that identifies the moving blade in which an abnormality has occurred from the first row of moving blade rows based on the rotational position information;
A wing abnormality detection device comprising:
前記翼異常判断部は、
一段目の前記動翼列に異常が生じていない正常時における前記回転機械の加速度情報の時系列と、前記加速度情報取得部が取得した前記加速度情報の時系列とを比較して、一段目の前記動翼列が異常か否かを判断する請求項1に記載の翼異常検出装置。
The wing abnormality determination unit
Comparing the time series of the acceleration information of the rotating machine in a normal state where no abnormality has occurred in the first row of moving blade rows and the time series of the acceleration information acquired by the acceleration information acquisition unit, The blade abnormality detection device according to claim 1, wherein it is determined whether or not the moving blade row is abnormal.
請求項1又は2に記載の翼異常検出装置と、
前記回転機械の加速度を検出して前記翼異常検出装置に出力する加速度センサと、
前記回転軸の回転位置を検出して前記翼異常検出装置に出力する回転センサと、
を備える翼異常検出システム。
The blade abnormality detection device according to claim 1 or 2,
An acceleration sensor that detects the acceleration of the rotating machine and outputs the detected acceleration to the blade abnormality detection device;
A rotation sensor that detects a rotation position of the rotation shaft and outputs the rotation position to the blade abnormality detection device;
Wing abnormality detection system comprising.
前記回転機械と、
請求項3に記載の翼異常検出システムと、を備え、
前記回転機械は、各前記開閉弁を制御するとともに前記翼異常検出装置に弁情報を出力する開閉弁制御部を有する回転機械システム。
The rotating machine;
A blade abnormality detection system according to claim 3,
The rotating machine system includes an on-off valve control unit that controls each on-off valve and outputs valve information to the blade abnormality detection device.
前記回転機械は、前記回転軸を前記軸線回りに回転可能に支持する軸受と、
該軸受を下方から支持する軸受台と、
を備え、
前記加速度センサは、前記軸受台に設けられている請求項4に記載の回転機械システム。
The rotating machine includes a bearing that rotatably supports the rotating shaft around the axis;
A bearing stand for supporting the bearing from below;
With
The rotary machine system according to claim 4, wherein the acceleration sensor is provided on the bearing base.
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作動流体の流通方向である前記軸線方向に複数段設けられてなる動翼列群と、前記動翼列群を外周側から囲うとともに、一段目の前記動翼列に作動流体を導入する導入口が前記軸線の周方向に複数配列されたステータと、各前記導入口に対応して複数設けられて、それぞれ前記導入口に供給される前記作動流体の流路を開閉する開閉弁と、
を備える回転機械の翼異常検出方法であって、
前記回転機械の加速度情報を取得する加速度情報取得工程と、
前記回転軸の回転位置情報を取得する回転位置情報取得工程と、
複数の前記開閉弁の開閉状態を示す弁情報を取得する弁情報取得工程と
前記弁情報に基づいて、複数の前記開閉弁のうち一部の前記開閉弁のみが開状態とされた部分負荷状態であるか否かを判断する部分負荷判断工程と、
該部分負荷判断工程が、前記部分負荷状態であると判断した場合に、前記加速度情報の時系列に基づいて一段目の前記動翼列の異常の有無を判断する判断する翼異常判断工程と、
一段目の前記動翼列が異常であると判断された場合に、前記回転位置情報に基づいて一段目の前記動翼列から異常が発生した前記動翼を特定する翼特定工程と、
を含む翼異常検出方法。
A rotating shaft rotating around an axis, and a moving blade row group including a plurality of moving blade rows having a plurality of moving blades extending radially from the rotating shaft in the axial direction that is a flow direction of the working fluid; A plurality of inlets that surround the rotor blade row group from the outer peripheral side and introduce a plurality of inlets into the first row of rotor blade rows in the circumferential direction of the axis, and a plurality of inlets corresponding to the inlets are provided. An open / close valve that opens and closes the flow path of the working fluid supplied to the introduction port,
A method for detecting an abnormality in a blade of a rotating machine comprising:
An acceleration information acquisition step of acquiring acceleration information of the rotating machine;
A rotation position information acquisition step of acquiring rotation position information of the rotation axis;
A valve information acquisition step for acquiring valve information indicating an open / closed state of the plurality of the open / close valves; and a partial load state in which only some of the open / close valves are open based on the valve information A partial load determination step for determining whether or not
A blade abnormality determination step for determining whether or not there is an abnormality in the first row of moving blades based on the time series of the acceleration information when the partial load determination step is determined to be in the partial load state;
When it is determined that the first row of moving blade rows is abnormal, a blade specifying step of specifying the moving blade in which an abnormality has occurred from the first row of moving blade rows based on the rotational position information;
A wing abnormality detection method including:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020261960A1 (en) * 2019-06-25 2020-12-30 住友電気工業株式会社 Monitoring system for concentrating photovoltaic power generation device, method for detecting tracking deviation, and program for detecting tracking deviation

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