JP2018173297A - Blade vibration monitoring apparatus, rotation machine system, and blade vibration monitoring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、翼振動監視装置、回転機械システム及び翼振動監視方法に関する。 The present invention relates to a blade vibration monitoring device, a rotary machine system, and a blade vibration monitoring 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.
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振動監視装置、回転機械システム及び翼振動監視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 problems, and an object of the present invention is to provide a blade vibration monitoring device, a rotating machine system, and a blade vibration monitoring method capable of easily grasping 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、本発明の第一の態様に係る翼振動監視装置は、軸線回りに回転する回転軸の外周に前記軸線方向に間隔をあけて設けられた複数の動翼列からなる動翼列群を有するロータ、前記動翼列群を前記軸線方向から挟むように前記回転軸を前記軸線回りに回転可能に支持する一対の軸受、これら軸受をそれぞれ支持する一対の軸受台、及び、前記ロータを囲うステータ、を有する回転機械の翼振動監視装置であって、前記回転機械の外面に前記軸線方向に離間して配置された少なくとも二つの加速度センサと、複数の前記加速度センサからそれぞれ入力される加速度応答レベルの差分を演算するレベル差演算部、及び、前記レベル差演算部が演算した前記差分に基づいて複数の前記動翼列のうち異常が発生した前記動翼列を特定する動翼列特定部を有する翼振動監視装置本体と、を備える。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
That is, the blade vibration monitoring device according to the first aspect of the present invention includes a blade group composed of a plurality of blade arrays arranged at intervals in the axial direction on the outer periphery of a rotating shaft that rotates around the axis. A pair of bearings that support the rotary shaft so as to be rotatable about the axis so as to sandwich the blade row group from the axial direction, a pair of bearing bases that respectively support the bearings, and the rotor A blade vibration monitoring apparatus for a rotary machine having a stator, wherein the acceleration response is input from at least two acceleration sensors arranged on the outer surface of the rotary machine and spaced apart from each other in the axial direction, and a plurality of acceleration sensors. A level difference calculation unit that calculates a level difference, and a blade row specification that specifies the blade row in which an abnormality has occurred among a plurality of blade rows based on the difference calculated by the level difference calculation unit And a blade vibration monitoring device body having a.
本発明の第二の態様に係る回転機械の翼振動監視方法は、軸線回りに回転する回転軸の外周に前記軸線方向に間隔をあけて設けられた複数の動翼列からなる動翼列群を有するロータ、前記動翼列群を前記軸線方向から挟むように前記回転軸を前記軸線回りに回転可能に支持する一対の軸受、これら軸受をそれぞれ支持する一対の軸受台、及び、前記ロータを囲うステータ、を有する回転機械の翼振動監視方法であって、前記回転機械に前記軸線方向に離間して配置された複数の加速度センサが検出する加速度応答レベルを取得する振動数取得工程と、振動数取得工程が取得した複数の前記加速度センサの加速度応答レベルの差分を演算するレベル差演算工程と、前記レベル差演算部が演算した前記差分に基づいて複数の前記動翼列のうち異常が発生した前記動翼列を特定する動翼列特定工程と、を含む。 A blade vibration monitoring method for a rotary machine according to a second aspect of the present invention includes a blade row group composed of a plurality of blade rows arranged at intervals in the axial direction on the outer periphery of a rotating shaft that rotates about an axis. A pair of bearings that rotatably support the rotating shaft around the axis so as to sandwich the rotor blade row group from the axial direction, a pair of bearing bases that respectively support these bearings, and the rotor A blade vibration monitoring method for a rotary machine having an enclosing stator, wherein the vibration frequency acquisition step acquires an acceleration response level detected by a plurality of acceleration sensors arranged apart from the rotary machine in the axial direction, and vibration A level difference calculation step of calculating a difference in acceleration response levels of the plurality of acceleration sensors acquired by the number acquisition step, and an abnormality among the plurality of moving blade rows based on the difference calculated by the level difference calculation unit Comprising a rotor blade row specifying step of specifying the rotor blade train generated, the.
いずれかの動翼列の動翼に異常が生じた場合(例えば動翼に変形が発生した場合やき裂が発生した場合)には、複数の加速度センサが検出する加速度応答レベルが、異常が発生していない正常時と比較して異なるものとなる。また、この際、軸線方向に離間して配置された複数の加速度センサが検出する加速度応答レベルは、互いに異なるものとなる。即ち、いずれかの動翼列の動翼に異常が発生すれば、当該動翼列を基点に異常振動が伝搬することになる。当該異常振動は、基点から離れる程に減衰する。したがって、基点に近接して配置された加速度センサが検出する加速度応答レベルは、基点に離間して配置された加速度センサが検出する加速度応答レベルよりも大きくなる。 When an abnormality occurs in any of the blades (for example, when the blade is deformed or cracked), the acceleration response level detected by multiple acceleration sensors is abnormal. It will be different compared to normal time. At this time, the acceleration response levels detected by the plurality of acceleration sensors arranged apart from each other in the axial direction are different from each other. That is, if an abnormality occurs in the moving blade row of any of the moving blade rows, the abnormal vibration propagates from the moving blade row as a base point. The abnormal vibration attenuates as the distance from the base point increases. Therefore, the acceleration response level detected by the acceleration sensor arranged close to the base point is higher than the acceleration response level detected by the acceleration sensor arranged apart from the base point.
本態様では、当該事象を利用して、軸線方向に離間して配置された複数の加速度センサが検出する加速度応答レベルの差分から、異常が発生した動翼を有する動翼列を特定する。即ち、例えば一方の加速度センサが検出する加速度応答レベルの値の方が他方の加速度センサが検出する加速度応答レベルよりも大きければ、一方の加速度センサに近接して配置された動翼列が異常振動の基点であると推定できる。また、加速度応答レベルの差分が大きければ大きい程、一方の加速度センサにより近接した動翼列が異常振動の基点であると推定できる。一方、例えば一方の加速度センサが検出する加速度応答レベルと他方の加速度センサが検出する加速度応答レベルの大きさが近似していれば、これら加速度センサの中央に位置する動翼列が異常振動の基点であるとして推定できる。
したがって、異常が発生した動翼を有する動翼列を容易に特定することができる。
In this aspect, using the event, a moving blade row having a moving blade in which an abnormality has occurred is identified from the difference in acceleration response levels detected by a plurality of acceleration sensors arranged apart from each other in the axial direction. That is, for example, if the value of the acceleration response level detected by one of the acceleration sensors is greater than the acceleration response level detected by the other acceleration sensor, the rotor blade row arranged close to one of the acceleration sensors is abnormally vibrated. It can be estimated that this is the base point. Further, as the difference in acceleration response level is larger, it can be estimated that the moving blade row closer to one acceleration sensor is the base point of abnormal vibration. On the other hand, for example, if the acceleration response level detected by one acceleration sensor and the acceleration response level detected by the other acceleration sensor are close, the moving blade row located at the center of these acceleration sensors is the base point of abnormal vibration. Can be estimated.
Therefore, it is possible to easily identify the moving blade row having the moving blade in which the abnormality has occurred.
上記態様では、前記加速度センサは、一対の前記軸受台にそれぞれ設けられていることが好ましい。 In the above aspect, the acceleration sensor is preferably provided on each of the pair of bearing bases.
いずれかの動翼列の動翼の異常による異常振動は、回転軸及び軸受を介して軸線方向両側の軸受台に伝搬する。本態様では、軸受台の加速度応答レベルを加速度センサで検出することで、上記同様、異常が発生した動翼を有する動翼列を容易に特定することができる。 Abnormal vibrations due to the abnormalities of the moving blades in any of the moving blade rows propagate to the bearing bases on both sides in the axial direction via the rotating shaft and the bearings. In this aspect, by detecting the acceleration response level of the bearing stand by the acceleration sensor, the moving blade row having the moving blade in which an abnormality has occurred can be easily identified as described above.
上記態様では、前記翼振動監視装置本体は、複数の前記加速度センサからそれぞれ入力される加速度応答レベルの大きさに基づいて、前記動翼列群に異常が発生したか否かを判定する異常判定部を有し、前記動翼列特定部は、前記異常判定部が異常と判定した場合に、前記動翼列を特定してもよい。 In the above aspect, the blade vibration monitoring apparatus main body determines whether or not an abnormality has occurred in the moving blade row group based on the magnitude of the acceleration response level input from each of the plurality of acceleration sensors. The moving blade row specifying unit may specify the moving blade row when the abnormality determining unit determines that the abnormality is present.
いずれかの動翼列の動翼に異常が生じた場合には、複数の加速度センサが検出する加速度応答レベルが、異常が発生していない正常時と比較して大きくなる傾向がある。本態様では、例えば加速度センサが検出する加速度応答レベルが正常時を基準とした閾値以上となった場合に、いずれかの動翼列の動翼で異常が発生したと判定する。さらに、このように判定された場合にのみ、動翼特定部が複数の加速度センサの加速度応答レベルの差分に基づいて異常が発生した動翼列を特定する。これによって、動翼の異常、及び、異常が発生した動翼列の特定を効率的に行うことができる。 When an abnormality occurs in the moving blades of any of the moving blade rows, the acceleration response level detected by the plurality of acceleration sensors tends to be larger than in a normal state where no abnormality has occurred. In this aspect, for example, when the acceleration response level detected by the acceleration sensor is equal to or higher than a threshold value based on the normal time, it is determined that an abnormality has occurred in the moving blades of one of the moving blade rows. Furthermore, only when the determination is made in this way, the moving blade specifying unit specifies the moving blade row in which an abnormality has occurred based on the difference between the acceleration response levels of the plurality of acceleration sensors. Thereby, it is possible to efficiently identify the moving blade abnormality and the moving blade row in which the abnormality has occurred.
本発明の第三の態様に係る回転機械システムは、前記回転機械と、上記いずれかの翼振動監視装置と、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 vibration monitoring devices described above.
これによって上記同様、異常が発生した動翼を有する動翼列を容易に特定することができる。 As a result, similarly to the above, it is possible to easily identify the moving blade row having the moving blade in which the abnormality has occurred.
本発明の翼振動監視装置、回転機械システム及び翼振動監視方法によれば、動翼の異常を容易に把握することができる。 According to the blade vibration monitoring device, the rotating machine system, and the blade vibration monitoring method of the present invention, it is possible to easily grasp the abnormality of the moving blade.
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)及び翼振動監視装置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
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
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
The rotating shaft 4 has a cylindrical shape extending about an axis O along the horizontal direction. A
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
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。
The thrust bearing 8 supports the
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。即ち、一対のジャーナル軸受9は、動翼列群5を軸線O方向から挟むように回転軸4を軸線O回りに回転可能に支持している。
A pair of
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
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。即ち、軸受台15は、ジャーナル軸受9同様に、動翼列群5を軸線O方向から挟むように配置されている。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。
The bearing stand 15 is provided with a pair so as to support the pair of
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
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
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
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
次に翼振動監視装置30について説明する。
翼振動監視装置30は、図1及び図2に示すように、一対の加速度センサ40A,40B及び翼振動監視装置本体50を備えている。
一対の加速度センサ40A,40Bは、それぞれ軸受台15に設けられている。即ち、一対の加速度センサ40A,40Bのうちの一方の加速度センサ40A(以下、第一加速度センサ40Aと称する)は、一対の軸受台15のうちの軸線O方向一方側(図1、2の右側)の軸受台15に設けられている。他方の加速度センサ40B(以下、第二加速度センサ40Bと称する)は、一対の軸受台15のうちの軸線O方向他方側(図1、2の左側)の軸受台15に設けられている。このように一対の加速度センサ40A,40Bは、互いに軸線O方向に離間して蒸気タービン2に取り付けられている。
Next, the blade
The blade
The pair of
本実施形態では、第一加速度センサ40A及び第二加速度センサ40Bは、それぞれ軸受台15のうち水平面に沿って延びる上面に設けられている。第一加速度センサ40A及び第二加速度センサ40Bは、例えば、蒸気タービン2が運転されている状態における軸受台15の上下方向の加速度応答を検出する。より詳細には第一加速度センサ40A及び第二加速度センサ40Bの感度軸は軸受台15の上面に対して直交する方向に一致している。そのため、上記タービンの運転時にロータ3が回転すると、ジャーナル軸受9を介して軸受台15に伝達される振動に基づく該軸受台15の加速度応答を検出する。
In the present embodiment, the first acceleration sensor 40 </ b> A and the second acceleration sensor 40 </ b> B are provided on the upper surface of the bearing
第一加速度センサ40A及び第二加速度センサ40B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40A,40Bの出力となる。軸受台15の加速度応答は、加速度センサ40A,40Bによって検出され、当該加速度応答に基づく電荷信号が出力される。加速度センサ40A,40Bは翼振動監視装置本体50と電気的に接続されている。第一加速度センサ40A及び第二加速度センサ40Bの信号は、翼振動監視装置本体50に入力される。
For example, piezoelectric sensors are employed as the
なお、第一加速度センサ40A及び第二加速度センサ40Bと翼振動監視装置本体50との間にチャージアンプが介装されていてもよい。この場合、チャージアンプに第一加速度センサ40A及び第二加速度センサ40Bの出力としての電荷信号が入力される。チャージアンプは外部電源に接続されている。チャージアンプは外部電源から供給される電力に基づいて、第一加速度センサ40A及び第二加速度センサ40Bから入力される電荷信号を電圧信号に変換して出力する。チャージアンプは、複数の第一加速度センサ40A及び第二加速度センサ40Bに応じたチャンネル数をもっており、複数の加速度センサ40A,40Bの電荷信号を別々に電圧信号に変換して出力できる構成であってもよい。
A charge amplifier may be interposed between the
翼振動監視装置本体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40A,40Bからの信号を受信する。
As shown in FIG. 3, the blade vibration monitoring apparatus
図4に示すように、翼振動監視装置本体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、振動数取得部72、異常判定部73、レベル差演算部74、動翼列特定部75及び警報部76との各構成を備える。
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. 4, the
The control unit 71 controls other functional units provided in the analysis apparatus.
振動数取得部72は、第一加速度センサ40A、第二加速度センサ40Bからの信号、即ち、各軸受台15の加速度応答情報を時間とともに取得する。
異常判定部73は、振動数取得部72が取得した各軸受台15の速度応答情報に基づいて、動翼列群5におけるいずれかの動翼列6の動翼7で異常が発生したか否かを判定する。
The frequency acquisition unit 72 acquires signals from the
The abnormality determination unit 73 determines whether or not an abnormality has occurred in the moving
レベル差演算部74は、異常判定部73が異常の発生を判定した場合に、第一加速度センサ40A及び第二加速度センサ40Bの加速度応答レベルの差分を演算する。
動翼列特定部75は、レベル差演算部74が演算した差分に基づいて、動翼列6を構成する複数の動翼列6のいずれの動翼7に異常が発生したか否かを判定する。
警報部76は、翼列特定部の演算結果に基づいて警報を出力する。即ち、警報部76は、翼列特定部が動翼列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76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 level difference calculation unit 74 calculates the difference between the acceleration response levels of the
Based on the difference calculated by the level difference calculation unit 74, the moving blade row specifying unit 75 determines whether any of the moving
The warning unit 76 outputs a warning based on the calculation result of the blade row specifying unit. That is, when the blade row specifying unit specifies the moving
次に、図5に示すフローチャートを用いて、本実施形態の翼振動監視装置30の処理の手順である翼振動監視方法について説明する。翼振動監視方法は、振動数取得工程S1、異常判定工程S2、レベル差演算工程S3、動翼列特定工程S4の各工程を含む。
Next, a blade vibration monitoring method, which is a processing procedure of the blade
振動数取得工程S1は、振動数取得部72によって第一加速度センサ40A、第二加速度センサ40Bからの各軸受台15の加速度応答情報を取得する工程である。振動数取得工程S1では、第一加速度センサ40A、第二加速度センサ40Bからの加速度応答情報を時間とともに取得する。振動数取得工程S1では、各軸受台15の加速度応答の波形の時刻歴、即ち、振動波形の時刻歴を取得することになる。
The frequency acquisition step S1 is a step of acquiring acceleration response information of each bearing stand 15 from the
異常判定工程S2は、異常判定部73で各軸受台15の加速度応答情報に基づいて、ロータ3の動翼7群で異常が生じているか否かを判定する工程である。異常判定工程S2では、振動数取得工程S1で取得した各軸受台15の加速度応答から、これら加速度応答に応じた各軸受台15の加速度応答レベル(振動加速度レベル)を求める。当該加速度応答レベルは、各軸受台15の加速度応答の単位時間当たりの平均値に基づいて求めてもよい。
The abnormality determination step S <b> 2 is a step in which the abnormality determination unit 73 determines whether an abnormality has occurred in the moving
ここで、いずれかの動翼列6の動翼7に異常が生じた場合(例えば動翼7に変形が発生した場合やき裂が発生した場合)には、軸受台15の加速度応答レベルが、異常が発生していない正常時(いずれの動翼列6でも動翼7が変形・損傷していない状態時)と比較して異なるものとなり、特に、異常が発生していない正常時と比較して大きくなる傾向がある。
そのため、異常判定工程S2では、各軸受台15の加速度応答レベルと、正常時に予め取得した各軸受台15の加速度応答レベルとを比較する。そして、各軸受台15の加速度応答レベルが、正常時の加速度応答レベルよりも十分に大きい場合、例えば、正常時の加速度応答レベルを基準とした閾値を超える場合には、動翼列群5で異常が生じていると判定する。
Here, when an abnormality occurs in the moving
Therefore, in the abnormality determination step S2, the acceleration response level of each bearing
レベル差演算工程S3は、異常判定工程S2で異常と判定された場合に行われる。レベル差演算工程S3は、レベル差演算部74で、各軸受台15の加速度応答レベルの差分を演算する工程である。即ち、レベル差演算工程S3では、振動数取得工程S1で取得した各軸受台15の加速度応答に基づいて、各軸受台15の加速度応答レベルを求める。そして、各軸受台15の加速度応答レベルの差分を演算する。
The level difference calculation step S3 is performed when it is determined that there is an abnormality in the abnormality determination step S2. The level difference calculation step S3 is a step in which the level difference calculation unit 74 calculates the difference between the acceleration response levels of the respective bearing bases 15. That is, in the level difference calculation step S3, the acceleration response level of each bearing
動翼列特定工程S4は、動翼列特定部75で、複数の動翼列6のうち異常が発生した動翼7を有する動翼列6を特定する工程である。動翼列特定工程S4では、上記加速度応答レベルの差分に基づいて異常が発生した動翼列6を特定する。
In the moving blade row specifying step S4, the moving blade row specifying unit 75 specifies the moving
ここで、いずれかの動翼列6の動翼7に異常が生じた場合には、軸線O方向に離間して配置された第一加速度センサ40A、第二加速度センサ40Bが検出する加速度応答レベルは、互いに異なるものとなる。即ち、いずれかの動翼列6の動翼7に異常が発生すれば、当該動翼列6を基点に異常振動が伝搬することになる。当該異常振動は、基点から離れる程に減衰する。したがって、第一加速度センサ40A及び第二加速度センサ40Bのうち、基点に近接して配置された一方が検出する加速度応答レベルは、基点に離間して配置された他方が検出する加速度応答レベルよりも大きくなる。
Here, when an abnormality occurs in the moving
動翼列特定工程S4では当該事象を利用して、軸線O方向に離間して配置された第一加速度センサ40A及び第二加速度センサ40Bが検出する加速度応答レベルの差分から、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、例えば図6(a)に示すように、第一加速度センサ40Aが検出する加速度応答レベルR1の値の方が、第二加速度センサ40Bが検出する加速度応答レベルR2よりも大きければ、第一加速度センサ40Aに近接して配置された動翼列6が異常振動の基点であると推定できる。
In the moving blade row specifying step S4, using this event, the motion in which an abnormality has occurred is determined from the difference in the acceleration response levels detected by the
That is, for example, as shown in FIG. 6A, if the acceleration response level R1 detected by the
一方、例えば図6(b)に示すように、第一加速度センサ40Aが検出する加速度応答レベルR1と第二加速度センサ40Bが検出する加速度応答レベルR2の大きさが近似していれば、これら加速度センサ40A,40Bの中央に位置する動翼列6が異常振動の基点であるとして推定できる。
On the other hand, as shown in FIG. 6B, if the magnitudes of the acceleration response level R1 detected by the
さらに、例えば図6(c)に示すように、第二加速度センサ40Bが検出する加速度応答レベルR1の値の方が、第一加速度センサ40Aが検出する加速度応答レベルR2よりも大きければ、第二加速度センサ40Bに近接して配置された動翼列6が異常振動の基点であると推定できる。
Further, as shown in FIG. 6C, for example, if the acceleration response level R1 detected by the
ここで、例えば蒸気タービン2が4つ以上の多数の動翼列6を備えることを想定すると、例えば第一加速度センサ40Aの加速度応答レベルの方が大きい場合には、加速度応答レベルの差分が大きい程、第一加速度センサ40Aにより近接した動翼列6が異常振動の基点であると推定できる。反対に、例えば第二加速度センサ40Bの加速度応答レベルの方が大きい場合には、加速度応答レベルの差分が大きい程、第二加速度センサ40Bにより近接した動翼列6が異常振動の基点であると推定できる。したがって、動翼列特定工程S4では、第一加速度センサ40A、第二加速度センサ40Bの加速度応答レベルの差分に基づいて、異常が発生した動翼7を有する動翼列6を特定することができる。
なお、例えば予め上記差分と異常が生じた動翼列6との関係のテーブルを記憶しておき、演算された差分と当該テーブルから、異常が生じた動翼列6を特定してもよい。
Here, for example, assuming that the steam turbine 2 includes four or more
For example, a table of the relationship between the difference and the moving
以上のように本実施形態によれば、第一加速度センサ40A、第二加速度センサ40Bが各軸受台15から取得した加速度応答レベルの差分に基づいて、異常が発生した動翼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, according to the present embodiment, the moving blade having the moving
当該動翼列6の特定は、各軸受台15に設置した加速度センサ40A,40Bの検出に基づくため、複雑なシステム構成を構築する必要はない。また、例えば蒸気タービン2のケーシング21内で動翼7の振動を直接検出する場合のように、センサを過酷な環境に設置しなくてもよい。さらに、軸受台15の上面に第一加速度センサ40A、第二加速度センサ40Bを設置さえすればよいので、システム構築時の施工が容易であるとともにこれら第一加速度センサ40A、第二加速度センサ40Bのメンテナンスを容易に行うことができる。
Since the specification of the moving
また、いずれかの動翼列6の動翼7の異常による異常振動は、回転軸4及びジャーナル軸受9を介して軸線O方向両側の軸受台15に伝搬するため、軸受台15の加速度応答レベルを加速度センサ40A,40Bで検出することで、異常が発生した動翼7を有する動翼列6を容易に特定することができる。
In addition, abnormal vibration due to abnormality of the
さらに、本実施形態では、例えば加速度センサ40A,40Bが検出する加速度応答レベルが正常時を基準とした閾値を超えた場合に、いずれかの動翼列6の動翼7で異常が発生したと判定する。さらに、このように判定された場合にのみ、動翼7特定部が複数の加速度センサ40A,40Bの加速度応答レベルの差分に基づいて異常が発生した動翼列6を特定する。これによって、動翼7の異常、及び、異常が発生した動翼列6の特定を効率的に行うことができる。
Further, in the present embodiment, for example, when the acceleration response level detected by the
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.
例えば、実施形態では、第一加速度センサ40Aと第二加速度センサ40Bの二つを用いた例について説明したが、互いに軸線O方向に離間する加速度センサを複数設けてもよい。動翼列6に異常が発生した際には、3つ以上の各加速度センサの加速度応答レベルのうち、任意の2つの加速度応答レベル同士を比較することで、より精度高く、異常が発生した動翼列6を特定することができる。
For example, in the embodiment, an example using two of the
また、例えば、実施形態では、一対の軸受台15に、それぞれ第一加速度センサ40A、第二加速度センサ40Bを一つずつ設置した例について説明したが、各軸受台15にそれぞれ複数の加速度センサを設けてもよい。この場合、一の軸受台15の一つの加速度センサが故障した場合であっても、当該一の軸受台15に設置された他の加速度センサによって軸受台15の加速度応答を取得することで、異常が発生した動翼列6を特定することができる。また、各軸受台15の加速度応答を複数の加速度センサで取得することで、より精度高く異常が生じた動翼列6を特定することができる。
For example, in the embodiment, an example in which the first acceleration sensor 40 </ b> A and the second acceleration sensor 40 </ b> B are respectively installed on the pair of bearing
さらに、実施形態では、軸受台15に第一加速度センサ40A、第二加速度センサ40Bを設けたが、設置箇所は軸受台15に限られない。複数の加速度センサ40A,40Bを例えば回転機械のケーシング21、ロータ3、ジャーナル軸受9等の他の部分に設けてもよい。この場合であっても、動翼列6に異常が発生した際に第一加速度センサ40A、第二加速度センサ40Bに異常振動が伝搬するのならば、実施形態同様に、異常が発生した動翼列6を特定できる。
Furthermore, in the embodiment, the first acceleration sensor 40 </ b> A and the second acceleration sensor 40 </ b> B are provided on the
また、例えば第一加速度センサ40A、第二加速度センサ40Bが検出する加速度応答に対して周波数解析を施して、複数の振動モードのうち最も卓越する振動モードのみから加速度応答レベルを求めてもよい。この場合であっても、実施形態同様、異常が発生した動翼列6を推定できる。
Further, for example, frequency analysis may be performed on the acceleration responses detected by the
さらに、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. However, 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
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
10 軸受本体
11 軸受ハウジング
15 軸受台
20 ステータ
21 ケーシング
22 静翼列群
23 静翼列
24 静翼
30 翼振動監視装置
40A 第一加速度センサ
40B 第二加速度センサ
50 翼振動監視装置本体
61 CPU
62 ROM
63 RAM
64 HDD
65 信号受信モジュール
71 制御部
72 振動取得部
73 異常判定部
74 レベル差演算部
75 動翼列特定部
76 警報部
S1 振動数取得工程
S2 異常判定工程
S3 レベル差演算工程
S4 動翼列特定工程
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steam turbine system 2 Steam turbine 3 Rotor 4
62 ROM
63 RAM
64 HDD
65 Signal Receiving Module 71 Control Unit 72 Vibration Acquisition Unit 73 Abnormality Determination Unit 74 Level Difference Calculation Unit 75 Rotor Blade Row Identification Unit 76 Alarm Unit S1 Frequency Acquisition Step S2 Abnormality Determination Step S3 Level Difference Calculation Step S4 Rotor Blade Row Identification Step
Claims (5)
前記動翼列群を前記軸線方向から挟むように前記回転軸を前記軸線回りに回転可能に支持する一対の軸受、
これら軸受をそれぞれ支持する一対の軸受台、
及び、前記ロータを囲うステータ、を有する回転機械の翼振動監視装置であって、
前記回転機械に前記軸線方向に離間して配置された複数の加速度センサと、
複数の前記加速度センサからそれぞれ入力される加速度応答レベルの差分を演算するレベル差演算部、及び、前記レベル差演算部が演算した前記差分に基づいて複数の前記動翼列のうち異常が発生した前記動翼列を特定する動翼列特定部を有する翼振動監視装置本体と、
を備える翼振動監視装置。 A rotor having a moving blade row group consisting of a plurality of moving blade rows provided at intervals in the axial direction on the outer periphery of a rotating shaft that rotates around an axis;
A pair of bearings that rotatably support the rotary shaft around the axis so as to sandwich the blade row group from the axial direction;
A pair of bearing stands for supporting these bearings,
And a blade vibration monitoring device for a rotary machine having a stator surrounding the rotor,
A plurality of acceleration sensors spaced apart in the axial direction on the rotating machine;
A level difference calculation unit that calculates a difference between acceleration response levels respectively input from the plurality of acceleration sensors, and an abnormality has occurred in the plurality of moving blade rows based on the difference calculated by the level difference calculation unit A blade vibration monitoring device main body having a blade row specifying part for specifying the blade row;
Wing vibration monitoring device comprising:
複数の前記加速度センサからそれぞれ入力される加速度応答レベルの大きさに基づいて、前記動翼列群に異常が発生したか否かを判定する異常判定部を有し、
前記動翼列特定部は、前記異常判定部が異常と判定した場合に、前記動翼列を特定する請求項1又は2に記載の翼振動監視装置。 The blade vibration monitoring device body is
An abnormality determination unit that determines whether an abnormality has occurred in the moving blade row group based on the magnitude of the acceleration response level input from each of the plurality of acceleration sensors;
The blade vibration monitoring device according to claim 1 or 2, wherein the moving blade row specifying unit specifies the moving blade row when the abnormality determination unit determines that the abnormality is present.
請求項1から3のいずれか一項に記載の翼振動監視装置と、
を備える回転機械システム。 The rotating machine;
The blade vibration monitoring device according to any one of claims 1 to 3,
A rotating machine system comprising:
前記動翼列群を前記軸線方向から挟むように前記回転軸を前記軸線回りに回転可能に支持する一対の軸受、
これら軸受をそれぞれ支持する一対の軸受台、
及び、前記ロータを囲うステータ、を有する回転機械の翼振動監視方法であって、
前記回転機械に前記軸線方向に離間して配置された複数の加速度センサが検出する加速度応答レベルを取得する振動数取得工程と、
振動数取得工程が取得した複数の前記加速度センサの加速度応答レベルの差分を演算するレベル差演算工程と、
前記レベル差演算部が演算した前記差分に基づいて複数の前記動翼列のうち異常が発生した前記動翼列を特定する動翼列特定工程と、
を含む翼振動監視方法。
A rotor having a moving blade row group consisting of a plurality of moving blade rows provided at intervals in the axial direction on the outer periphery of a rotating shaft that rotates around an axis;
A pair of bearings that rotatably support the rotary shaft around the axis so as to sandwich the blade row group from the axial direction;
A pair of bearing stands for supporting these bearings,
And a blade vibration monitoring method for a rotary machine having a stator surrounding the rotor,
A frequency acquisition step of acquiring an acceleration response level detected by a plurality of acceleration sensors arranged apart from each other in the axial direction on the rotating machine;
A level difference calculation step of calculating a difference between acceleration response levels of the plurality of acceleration sensors acquired by the frequency acquisition step;
A blade row specifying step for specifying the blade row in which an abnormality has occurred among the plurality of blade rows based on the difference calculated by the level difference calculation unit;
Including blade vibration monitoring method.
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