JP2022066735A - タービンロータの曲がり検出装置及びタービンロータの曲がり検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タービンロータの曲がりの発生有無を高感度で検出することができるタービンロータの曲がり検出装置及びタービンロータの曲がり検出方法を提供する。【解決手段】動翼列の一方側に位置する第１軸受、及び動翼列の他方側に位置する第２軸受のそれぞれによって回転可能に支持されるタービンロータの曲がりを検出するタービンロータの曲がり検出装置は、タービンロータのうち第１軸受によって支持される第１支持部よりタービンロータの一端側に位置する第１位置における変位を取得する第１変位取得部と、タービンロータのうち動翼列の一方側に位置するとともに第１位置より第１軸受側に位置する第２位置における変位を取得する第２変位取得部と、第１変位取得部が取得する変位と第２変位取得部が取得する変位との差分を算出する演算部と、を備える。【選択図】 図２

Description

本開示は、タービンロータの曲がり検出装置及びタービンロータの曲がり検出方法に関する。

タービンロータの異常を検出する技術として、例えば、特許文献１には、軸受部に対するタービンロータの変位とタービンロータの回転数とに基づいて、タービンロータの偏心率を演算することが開示されている。

特開２０１７－０４４５７２号公報

タービンロータは、車室の変形や冷却蒸気による急激な冷却などによって曲がってしまう場合がある。タービンロータが曲がっていると、タービンロータの回転によって発生する振動が大きくなり、タービンの信頼性を低下させる虞がある。このため、タービンロータの曲がりを高精度に検出可能であることが望まれる。しかしながら、特許文献１は、軸受部に対するタービンロータの偏心率を演算するものであって、運転中、タービンロータの曲がりの発生有無を高感度で検出することについては何ら開示されていない。

本開示は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、タービンロータの曲がりの発生有無を高感度で検出することができるタービンロータの曲がり検出装置及びタービンロータの曲がり検出方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本開示に係るタービンロータの曲がり検出装置は、動翼列の一方側に位置する第１軸受、及び前記動翼列の他方側に位置する第２軸受のそれぞれによって回転可能に支持されるタービンロータの曲がりを検出するタービンロータの曲がり検出装置であって、前記タービンロータのうち前記第１軸受によって支持される第１支持部より前記タービンロータの一端側に位置する第１位置における変位を取得する第１変位取得部と、前記タービンロータのうち前記動翼列の一方側に位置するとともに前記第１位置より前記第１軸受側に位置する第２位置における変位を取得する第２変位取得部と、前記第１変位取得部が取得する前記変位と前記第２変位取得部が取得する前記変位との差分を算出する演算部と、を備える。

上記目的を達成するため、本開示に係るタービンロータの曲がり検出方法は、動翼列の一方側に位置する第１軸受、及び前記動翼列の他方側に位置する第２軸受のそれぞれによって回転可能に支持されるタービンロータの曲がりを検出するタービンロータの曲がり検出方法であって、前記タービンロータのうち前記第１軸受によって支持される第１支持部より前記タービンロータの一端側に位置する第１位置における変位を取得するステップと、前記タービンロータのうち前記動翼列の一方側に位置するとともに前記第１位置より前記第１軸受側に位置する第２位置における変位を取得するステップと、前記第１位置における前記変位と前記第２位置における前記変位との差分を算出するステップと、を備える。

本開示のタービンロータの曲がり検出装置及びタービンロータの曲がり検出方法によれば、タービンロータの曲がりの発生有無を高感度で検出することができる。

第１実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置を適用したタービンの概略構成図である。 第１実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置の概略構成図である。 第２実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置を適用したタービンの概略構成図である。 第２実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置の概略構成図である。 第２実施形態に係る第１回転波形生成部が生成する第１回転波形の一例である。 第２実施形態に係る第２回転波形生成部が生成する第２回転波形の一例である。 第２実施形態に係る位相基準取得部が取得する位相基準信号の一例である。 第３実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置の概略構成図である。 第３実施形態に係る表示装置によって表示される極座標の一例である。 第４実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置を適用したタービンの概略構成図である。 第４実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置の概略構成図である。 一実施形態に係るタービンロータの曲がり検出方法を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態によるタービンロータの曲がり検出装置及びタービンロータの曲がり検出方法について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本開示の一態様を示すものであり、この開示を限定するものではなく、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置１（以下、曲がり検出装置１とする）を適用したタービン１００の概略構成図である。図１に示すように、タービン１００は、タービンロータ１０２と、タービンロータ１０２に設けられた動翼列１０４と、タービンロータ１０２を回転可能に支持する第１軸受１０６と、動翼列１０４を挟んで第１軸受１０６とは反対側に位置し、タービンロータ１０２を回転可能に支持する第２軸受１０８と、を含む。このようなタービン１００は、例えば、蒸気のエネルギーを回転エネルギーに変換する蒸気タービンである。

タービンロータ１０２は、棒形状を有し、回転軸線Ｏに沿って延びている。タービンロータ１０２は、動翼列１０４が蒸気のような流体から力を受けることで、回転軸線Ｏを中心として回転する。以下では、回転軸線Ｏが延びる方向を単に「軸線方向」とする。本開示では、第１軸受１０６は動翼列１０４の軸線方向の一方側に位置し、第２軸受１０８は動翼列１０４の軸線方向の他方側に位置している。このようなタービンロータ１０２は、特に限定されないが、例えば、焼鈍による曲げ直しを実施されたタービンロータ１０２である。

図１に例示する形態では、タービン１００は、曲がり検出装置１がタービンロータ１０２の曲がりを検出するための検出端として、第１変位センサ１１２と、第２変位センサ１１４と、を含む。

第１変位センサ１１２は、タービンロータ１０２のうち第１軸受１０６によって支持される第１支持部１１８よりタービンロータ１０２の一端１２０側に位置する第１位置Ｐ１におけるタービンロータ１０２の径方向の第１変位ｘ１を検出する。以下では、タービンロータ１０２の径方向を単に「径方向」とする。

第２変位センサ１１４は、タービンロータ１０２のうち動翼列１０４の軸線方向の一方側に位置するとともに第１位置Ｐ１より第１軸受１０６側に位置する第２位置Ｐ２における径方向の第２変位ｘ２を検出する。図１に例示する形態では、第２位置Ｐ２は、第１位置Ｐ１と第１支持部１１８との間に位置している。

第１変位センサ１１２及び第２変位センサ１１４のそれぞれは、特に限定されないが、例えば、高周波磁界を利用して、その磁束密度の変化が変位に比例から該測定対象物表面との距離を非接触で検出する渦電流式変位センサで構成される。

第１変位センサ１１２及び第２変位センサ１１４のそれぞれは、曲がり検出装置１と電気的に接続されている。曲がり検出装置１は、第１変位センサ１１２及び第２変位センサ１１４のそれぞれで検出した検出値を取得できるようになっている。

（第１実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置の構成）
第１実施形態に係る曲がり検出装置１の構成について説明する。曲がり検出装置１は、電子制御装置などのコンピュータであって、図示しないＣＰＵやＧＰＵといったプロセッサ、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリ、及びＩ／Ｏインターフェイスなどを備える。曲がり検出装置１は、メモリにロードされたプログラムの命令に従ってプロセッサが動作（演算等）することで、曲がり検出装置１が備える各機能部を実現する。図２を参照して、曲がり検出装置１の各機能部について説明する。

図２は、一実施形態に係る曲がり検出装置１の概略構成図である。図２に示すように、曲がり検出装置１は、第１変位取得部２と、第２変位取得部４と、演算部６と、を含む。

第１変位取得部２は、第１変位センサ１１２が検出した第１変位ｘ１を取得する。第２変位取得部４は、第２変位センサ１１４が検出した第２変位ｘ２を取得する。演算部６は、第１変位ｘ１と第２変位ｘ２との第１差分Δｘａを算出する。第１実施形態では、タービンロータ１０２の第２位置Ｐ２はタービンロータ１０２の第１位置Ｐ１より第１軸受１０６側に位置しているので、タービンロータ１０２の曲がりが発生した際に、第２変位ｘ２は第１変位ｘ１より小さい値で推移する。

（第１実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置の作用・効果）
タービンロータ１０２は、第１軸受１０６と第２軸受１０８との間の領域（中央部１１１）で曲がることがある。例えば、タービンロータ１０２の中央部１１１は、Ｕ字形状となるように径方向に凹む。このタービンロータ１０２の曲がりを、タービンロータ１０２の第１位置Ｐ１における第１変位ｘ１だけ、又は第２位置Ｐ２における第２変位ｘ２だけで検出しようとしても、検出値の変化量自体が小さく、タービンロータ１０２の曲がりの発生有無を検出することができない虞がある。

これに対して、第１実施形態によれば、曲がり検出装置１の演算部６は、タービンロータ１０２の第１位置Ｐ１における径方向の第１変位ｘ１と、タービンロータ１０２の第１位置Ｐ１とは軸線方向における位置が異なる（第１位置Ｐ１とは第１軸受１０６から異なる距離に位置する）タービンロータ１０２の第２位置Ｐ２における径方向の第２変位ｘ２との第１差分Δｘａを算出する。

第１変位ｘ１及び第２変位ｘ２は、例えば、雑音やドリフトによって生じる共通のばらつきを含む。このため、第１変位ｘ１だけや第２変位ｘ２だけを監視しても、タービンロータ１０２の曲がりの発生有無を高感度に検出することができない虞がある。これに対して、第１差分Δｘａは第１変位ｘ１と第２変位ｘ２との差分であるので、第１差分Δｘａに共通のばらつきが含まれないようにする、又は、第１差分Δｘａに含まれる共通のばらつきを非常に小さくすることができる。よって、第１差分Δｘａを監視することで、タービンロータ１０２の曲がりの発生有無を高感度で検出することができる。また、曲がり検出装置１の演算部６によって第１差分Δｘａをリアルタイムで算出し、タービンロータ１０２の曲がりの発生有無をリアルタイムで監視することができる。

第１実施形態では、タービンロータ１０２の第２位置Ｐ２は第１位置Ｐ１と第１支持部１１８との間に位置しているが、本開示はこの実施形態に限定されない。一実施形態では、タービンロータ１０２の第２位置Ｐ２は第１支持部１１８に位置する。つまり、第２変位取得部４は第１支持部１１８の径方向の第２変位ｘ２を取得する。第１支持部１１８は、第１軸受１０６によって回転可能に支持されている部分なので、タービンロータ１０２の曲がりが発生しても、第２変位ｘ２が非常に小さい値で推移する部分である。このため、タービンロータ１０２の曲がりが発生した際に、第１差分Δｘａの変化量が大きくなり、タービンロータ１０２の曲がりの発生有無をさらに高感度で検出することができる。

このように第１差分Δｘａの変化量が大きくなるように、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２が設定されることが望ましい。一実施形態では、第１位置Ｐ１は、第１支持部１１８とタービンロータ１０２の一端１２０との間において、タービンロータ１０２の一端１２０側に位置する。タービンロータ１０２が曲がっていると、第１変位ｘ１は第１支持部１１８から一端１２０に向かうにつれて大きくなることがある。特に、タービンロータ１０２の一端１２０がタービンロータの１０２の先端のうち発電機のような別の装置と連結されるタービンロータ１０２の他端１２２とは反対側に位置する場合、タービンロータ１０２の曲がりが発生すると、第１変位ｘ１が大きい値で推移する。このため、第１位置Ｐ１を第１支持部１１８よりもタービンロータ１０２の一端１２０に近い側に位置させることで、タービンロータ１０２の曲がりが発生した際に、第１差分Δｘａの変化量を大きくすることができる。よって、タービンロータ１０２の曲がりの発生有無をさらに高感度で検出することができる。一実施形態では、第１差分Δｘａが予め定められた値より大きくなるように、タービンロータ１０２の第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２のそれぞれが設定される。このような構成によれば、第１差分Δｘａの監視を容易化することができる。

タービン１００の運転中にタービンロータ１０２が曲がると、焼鈍による曲げ直しを実施し、再びタービン１００を運転させることがある。この曲げ直しを受けたタービンロータ１０２は、タービン１００の再運転中に高温・高圧の蒸気によって曲がり戻りを起こすことがある。タービンロータ１０２が曲がり戻ると、タービンロータ１０２の振動が急激に増加する。第１実施形態によれば、タービンロータ１０２は、焼鈍による曲げ直しを実施されたタービンロータ１０２を含むので、タービン１００の運転中にタービンロータ１０２の曲がりを検出し、タービンロータ１０２の振動の急激な増加を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
本開示の第２実施形態に係る曲がり検出装置１について説明する。第２実施形態は、第１回転波形生成部８、第２回転波形生成部１０、及び位相基準取得部１２をさらに備えている点で第１実施形態とは異なるが、それ以外の構成は第１実施形態で説明した構成と同じである。第２実施形態において、第１実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図３は、第２実施形態に係る曲がり検出装置１を適用したタービン１００の概略構成図である。図３に示すように、タービン１００は、タービンロータ１０２の回転を検出するための検出端として、回転パルスセンサ１１６をさらに含む。

回転パルスセンサ１１６は、タービンロータ１０２の回転を検出してパルス信号を出力するためのセンサである。このような回転パルスセンサ１１６は、例えば、第１位置Ｐ１よりも軸線方向の一方側に位置するパルス位置Ｐ０における径方向のパルス変位ｘ０を検出する変位センサである。図３に例示する形態では、パルス位置Ｐ０は、タービンロータ１０２の回転によってタービンロータ１０２の外周面に形成されるキー溝１１０が通過する位置に設定されている。パルス変位ｘ０は回転パルスセンサ１１６によってリアルタイムで検出され、この検出されるパルス変位ｘ０はリアルタイムで曲がり検出装置１の位相基準取得部１２に送信される。

（第２実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置の構成）
図４は、第２実施形態に係る曲がり検出装置１の概略構成図である。図４に示すように、曲がり検出装置１は、第１回転波形生成部８、第２回転波形生成部１０と、位相基準取得部１２と、をさらに含む。

第１回転波形生成部８は、第１変位取得部２が取得する第１変位ｘ１に基づいて第１回転波形１４を生成する。第２回転波形生成部１０は、第２変位取得部４が取得する第２変位ｘ２に基づいて第２回転波形１６を生成する。位相基準取得部１２は、回転中のタービンロータ１０２の位相基準信号１８を取得する。

図５Ａ～図５Ｃを参照して、第１回転波形１４、第２回転波形１６、及び位相基準信号１８のそれぞれについて説明する。図５Ａは、第１回転波形１４の一例である。図５Ｂは、第２回転波形１６の一例である。図５Ｃは、位相基準信号１８の一例である。

第１回転波形生成部８は、第１変位取得部２から第１変位ｘ１をリアルタイムで取得し、図５Ａに示すような第１回転波形１４を生成する。第１回転波形１４は、タービンロータ１０２の曲がりによって発生するタービンロータ１０２の振動に起因する。タービンロータ１０２の曲がりが大きくなると、タービンロータ１０２の第１位置Ｐ１における振れ回りも大きくなる。

第２回転波形生成部１０は、第２変位取得部４から第２変位ｘ２をリアルタイムで取得し、図５Ｂに示すような第２回転波形１６を生成する。第２回転波形１６は、タービンロータ１０２の曲がりによって発生するタービンロータ１０２の振動に起因する。タービンロータ１０２の曲がりが大きくなると、タービンロータ１０２の第２位置Ｐ２における振れ回りも大きくなる。

位相基準取得部１２は、回転パルスセンサ１１６が検出するパルス変位ｘ０をリアルタイムで取得し、図５Ｃに示すような、タービンロータ１０２の回転に伴って生じるパルス波形を決定する。このパルス波形は、上述したキー溝１１０に起因する。即ち、タービンロータ１０２が回転すると、タービンロータ１０２の外周面に形成されたキー溝１１０の部分においてパルス変位ｘ０が大きく変化する。このパルス変位ｘ０が大きく変化した部分が、第１回転波形１４及び第２回転波形１６のそれぞれに対する位相基準２０となる。つまり、位相基準取得部１２は、第１回転波形１４及び第２回転波形１６のそれぞれにおける位相角の位相基準信号１８となるパルス波形を決定する。

演算部６は、第１回転波形１４の第１振幅Ａ１と第２回転波形１６の第２振幅Ａ２との振幅差分ΔＡを算出する。第２実施形態では、図５Ａに示すように、第１回転波形１４の第１振幅Ａ１は第１回転波形１４の振幅の最大値と最小値との差である。より具体的には、第１回転波形１４の第１振幅Ａ１は、タービンロータ１０２の１回転中における第１回転波形１４の振幅の最大値と最小値との差である。同様に、図５Ｂに示すように、第２回転波形１６の第２振幅Ａ２は、第２回転波形１６の振幅の最大値と最小値との差である。より具体的には、第２回転波形１６の第２振幅Ａ２は、タービンロータ１０２の１回転中における第２回転波形１６の振幅の最大値と最小値との差である。尚、タービンロータ１０２の１回転に要する時間は、位相基準２０から次の位相基準２０が検出されるまでの時間に相当する。

演算部６は、位相基準信号１８に対する第１回転波形１４の第１位相角θ１、及び位相基準信号１８に対する第２回転波形１６の第２位相角θ２を算出する。図５Ａ及び図５Ｂを参照して、第１位相角θ１及び第２位相角θ２の算出について説明する。尚、説明のため、図５Ａ及び図５Ｂのそれぞれには、位相基準信号１８（パルス波形）が点線で重畳されている。

第１回転波形１４の第１位相角θ１は、位相基準２０が検出されるタイミングと第１変位ｘ１（第１回転波形１４の振幅）が最大値となるタイミングとの時間差（角度差）である。第１変位ｘ１が最大となるタイミングとは、例えば、タービンロータ１０２の振れ回りにより第１位置Ｐ１が第１変位センサ１１２に最も近づいたタイミングである。同様に、第２回転波形１６の第２位相角θ２は、位相基準２０が検出されるタイミングと第２変位ｘ２（第２回転波形１６の振幅）が最大値となるタイミングとの時間差（角度差）である。第２変位ｘ２が最大となるタイミングとは、例えば、タービンロータ１０２の振れ回りにより第２位置Ｐ２が第２変位センサ１１４に最も近づいたタイミングである。

（第２実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置の作用・効果）
曲がりが発生しているタービンロータ１０２を回転させると、第１回転波形１４の振幅は大きく変化するのに対して、第２回転波形１６の振幅は僅かに変化する。第２実施形態によれば、演算部６は第１回転波形１４の第１振幅Ａ１と第２回転波形１６の第２振幅Ａ２との振幅差分ΔＡを算出する。

第１振幅Ａ１及び第２振幅Ａ２は、例えば、雑音やドリフトによって生じる共通のばらつきを含む。このため、第１振幅Ａ１だけや第２振幅Ａ２だけを監視しても、タービンロータ１０２の曲がりの発生有無を高感度に検出することができない虞がある。これに対して、振幅差分ΔＡは第１振幅Ａ１と第２振幅Ａ２との差分であるので、振幅差分ΔＡに共通のばらつきが含まれないようにする、又は、振幅差分ΔＡに含まれる共通のばらつきを非常に小さくすることができる。よって、振幅差分ΔＡを監視することで、タービンロータ１０２の曲がりの発生有無を高感度で検出することができる。

曲がりが発生しているタービンロータ１０２を回転させると、第１回転波形１４の第１位相角θ１及び第２回転波形１６の第２位相角θ２のぞれぞれも変化する。曲がりが大きくなると、第１位相角θ１と第２位相角θ２との位相角差分Δθが大きくなる。第２実施形態によれば、演算部６は、第１回転波形１４の第１振幅Ａ１と第２回転波形１６の第２振幅Ａ２との振幅差分ΔＡに加え、第１回転波形１４の第１位相角θ１及び第２回転波形１６の第２位相角θ２を算出し、第１位相角θ１と第２位相角θ２との位相角差分Δθを監視することで、タービンロータ１０２の曲がりの発生有無をさらに高感度で検出することができる。

尚、第２実施形態では、演算部６は、第１回転波形１４の第１振幅Ａ１と第２回転波形１６の第２振幅Ａ２との振幅差分ΔＡ、第１回転波形１４の第１位相角θ１、及び第２回転波形１６の第２位相角θ２を算出していたが、本開示はこの形態に限定されない。例えば、演算部６は、振幅差分ΔＡを算出するが、第１位相角θ１及び第２位相角θ２のそれぞれを算出しないように構成されてもよい。

＜第３実施形態＞
本開示の第３実施形態に係る曲がり検出装置１について説明する。第３実施形態は、表示装置２２をさらに備えている点で第２実施形態とは異なるが、それ以外の構成は第２実施形態で説明した構成と同じである。第３実施形態において、第２実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。

（第３実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置の構成）
図６は、第３実施形態に係る曲がり検出装置１の概略構成図である。図６に示すように、曲がり検出装置１は表示装置２２をさらに備える。

表示装置２２は、タービンロータ１０２の回転ごとに、第１回転波形１４の第１振幅Ａ１と第１位相角θ１とを含む第１振動ベクトル２４、及び第２回転波形１６の第２振幅Ａ２と第２位相角θ２とを含む第２振動ベクトル２６、のそれぞれを極座標２８に表示する。

ここで、表示装置２２によって表示される第１振動ベクトル２４及び第２振動ベクトル２６について説明する。図７は、第３実施形態に係る表示装置２２によって表示される第１振動ベクトル２４及び第２振動ベクトル２６の一例である。

図７に例示する形態では、極座標２８は回転軸線Ｏを原点として形成されている。この極座標２８は、タービンロータ１０２の位相基準２０を０°として形成されている。また、この極座標２８は、第１振動ベクトル２４及び第２振動ベクトル２６のそれぞれのプロット位置が回転軸線Ｏからずれた状態として表示可能となっている。極座標２８には回転軸線Ｏから１０ミクロン離れるごとに円形の目盛りが図示されている。

表示装置２２は、このような極座標２８に、タービンロータ１０２の１回転ごとに第１振動ベクトル２４及び第２振動ベクトル２６のそれぞれをプロットする。図７に例示する形態では、表示装置２２は、第１振動ベクトル２４を極座標２８に複数回プロットすることで形成される第１領域３０と、第２振動ベクトル２６を極座標２８に複数回プロットすることで形成される第２領域３２と、をさらに表示している。

（第３実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置の作用・効果）
第３実施形態によれば、表示装置２２を介して、第１振動ベクトル２４及び第２振動ベクトル２６のそれぞれがプロットされた極座標２８を視認し、振幅差分ΔＡ及び位相角差分Δθからタービンロータ１０２の曲がりの発生有無を知ることができる。

＜第４実施形態＞
本開示の第４実施形態に係る曲がり検出装置１について説明する。第４実施形態は、第３変位取得部３４及び判定装置３６をさらに備えている点で第１実施形態とは異なるが、それ以外の構成は第１実施形態で説明した構成と同じである。第４実施形態において、第１実施形態の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。別の一実施形態では、第２実施形態に係る検出装置１が、第３変位取得部３４及び判定装置３６をさらに備える。別の一実施形態では、第３実施形態に係る検出装置１が、第３変位取得部３４及び判定装置３６をさらに備える。

（第４実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置の構成）
図８は、第４実施形態に係る曲がり検出装置１を適用したタービン１００の概略構成図である。図４に例示する形態では、タービン１００は、タービンロータ１０２の曲がりを検出するための検出端として、第３変位センサ１２４をさらに含む。

第３変位センサ１２４は、タービンロータ１０２のうち動翼列１０４の軸線方向の他方側に位置する第３位置Ｐ３における径方向の第３変位ｘ３を検出する。図８に例示する形態では、第３位置Ｐ３は、タービンロータ１０２のうち第２軸受１０８によって支持される第２支持部１２６よりタービンロータ１０２の他端１２２側に位置している。別の一実施形態では、タービンロータ１０２の第３位置Ｐ３は第２支持部１２６に位置している。

図９は、第４実施形態に係る曲がり検出装置１の概略構成図である。図４に示すように曲がり検出装置１は、第３変位取得部３４と、判定装置３６と、をさらに備える。

第３変位取得部３４は、第３変位センサ１２４が検出した第３変位ｘ３を取得する。そして、演算部６は、第２変位ｘ２と第３変位ｘ３との第２差分Δｘｂを算出する。

判定装置３６は、第１差分Δｘａが予め定められた第１閾値より大きくなり、且つ、第２差分Δｘｂが予め定められた第２閾値より大きくなった場合に、タービンロータ１０２が曲がり状態にあると判定する。判定装置３６は、第１差分Δｘａが第１閾値以下である、又は、第２差分Δｘｂが第２閾値以下であると、タービンロータ１０２は曲がり状態ではないと判定する。

（第４実施形態に係るタービンロータの曲がり検出装置の作用・効果）
第４実施形態によれば、タービンロータ１０２の第１位置Ｐ１における第１変位ｘ１と第２位置Ｐ２における第２変位ｘ２との第１差分Δｘａに加え、タービンロータ１０２の第２位置Ｐ２における第２変位ｘ２と第３位置Ｐ３における第３変位ｘ３との第２差分Δｘｂも算出する。このため、第１差分Δｘａだけを監視する場合と比較して、タービンロータ１０２の曲がりの発生有無を高信頼度で検出することができる。

また、タービンロータ１０２が曲がった状態で回転すると、第１位置Ｐ１及び第２位置Ｐ２と第３位置Ｐ３とが互いに逆相で振動することがある。言い換えると、タービンロータは２次モードの振動モードで振動することがある。このため、第１差分Δｘａ、及び第２差分Δｘｂの両方を監視することで、タービンロータ１０２の曲がりの発生有無を高信頼度で検出することができる。

第４実施形態によれば、判定装置３６は、第１差分Δｘａが第１閾値より大きくなり、且つ、第２差分Δｘｂが第２閾値より大きくなると、タービンロータ１０２が曲がり状態であると判定する。つまり、判定装置３６は、第１閾値及び第２閾値の両方の判定基準に基づいて、タービンロータ１０２の曲がり状態を判定するので、タービンロータ１０２の曲がりの誤判定を抑制することができる。

不図示であるが、一実施形態では、曲がり検出装置１は、判定装置３６によってタービンロータ１０２が曲がり状態であると判定されると報知する報知装置をさらに含む。このような構成によれば、タービンロータ１０２が曲がり状態であることを速やかに知ることができる。

図１０は、一実施形態に係るタービンロータの曲がり検出方法を示すフローチャートである。図１０に示すように、タービンロータの曲がり検出方法は、第１変位取得ステップＳ１と、第２変位取得ステップＳ２と、第１差分算出ステップＳ３と、を含む。

第１変位取得ステップＳ１は、タービンロータ１０２の第１位置Ｐ１における第１変位ｘ１を取得する。第２変位取得ステップＳ２は、タービンロータ１０２の第２位置Ｐ２における第２変位ｘ２を取得する。第１差分算出ステップＳ３は、第１変位ｘ１と第２変位ｘ２との第１差分Δｘａを算出する。

上述したように、第１変位ｘ１及び第２変位ｘ２は、例えば、雑音やドリフトによって生じる共通のばらつきを含む。しかしながら、このような方法によれば、第１差分Δｘａは第１変位ｘ１と第２変位ｘ２との差分であるので、第１差分Δｘａに共通のばらつきが含まれないようにする、又は、第１差分Δｘａに含まれる共通のばらつきを非常に小さくすることができる。よって、タービンロータ１０２の曲がりの発生有無を高感度で検出することができる。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

［１］本開示に係るタービンロータの曲がり検出装置（１）は、
動翼列（１０４）の一方側に位置する第１軸受（１０６）、及び前記動翼列の他方側に位置する第２軸受（１０８）のそれぞれによって回転可能に支持されるタービンロータ（１０２）の曲がりを検出するタービンロータの曲がり検出装置であって、
前記タービンロータのうち前記第１軸受によって支持される第１支持部（１１８）より前記タービンロータの一端側に位置する第１位置（Ｐ１）における変位（ｘ１）を取得する第１変位取得部（２）と、
前記タービンロータのうち前記動翼列の一方側に位置するとともに前記第１位置より前記第１軸受側に位置する第２位置（Ｐ２）における変位（ｘ２）を取得する第２変位取得部（４）と、
前記第１変位取得部が取得する前記変位と前記第２変位取得部が取得する前記変位との差分（Δｘａ）を算出する演算部（６）と、を備える。

タービンロータは、第１軸受と第２軸受との間の領域（中央部）で曲がることがある。このタービンロータの曲がりを、タービンロータの第１位置における変位だけ、又は第２位置における変位だけで検出しようとしても、タービンロータの曲がりの発生有無を高感度で検出することができない虞がある。これは、第１変位ｘ１及び第２変位ｘ２は、例えば、雑音やドリフトによって生じる共通のばらつきを含むためである。これに対して、上記［１］に記載の構成によれば、タービンロータの曲がり検出装置の演算部は、タービンロータの第１位置における変位と第２位置における変位との差分を算出するので、この算出された差分に共通のばらつきが含まれないようにする、又は、この算出された差分に含まれる共通のばらつきを非常に小さくすることができる。よって、演算部が算出する差分を監視することで、タービンロータの曲がりの発生有無を高感度で検出することができる。

［２］幾つかの実施形態では、上記［１］に記載の構成において、
前記第１変位取得部が取得する前記変位に基づいて第１回転波形（１４）を生成する第１回転波形生成部（８）と、
前記第２変位取得部が取得する前記変位に基づいて第２回転波形（１６）を生成する第２回転波形生成部（１０）と、をさらに備え、
前記演算部は、前記第１回転波形の振幅（Ａ１）と前記第２回転波形の振幅（Ａ２）との差分を算出する。

曲がりが発生しているタービンロータが回転すると、第１回転波形の振幅及び第２回転波形の振幅のそれぞれは変化するが、例えば、雑音やドリフトによって生じる共通のばらつきを含む。このため、第１回転波形の振幅だけや第２回転波形の振幅だけを監視しても、タービンロータの曲がりの発生有無を高感度に検出できない虞がある。これに対して、上記［２］に記載の構成によれば、第１回転波形の振幅と第２回転波形の振幅との差分を算出するので、この算出された差分に共通のばらつきが含まれないようにする、又は、この算出された差分に含まれる共通のばらつきを非常に小さくすることができる。よって、この差分を監視することで、タービンロータの曲がりの発生有無を高感度で検出することができる。

［３］幾つかの実施形態では、上記［２］に記載の構成において、
回転中の前記タービンロータの位相基準信号（１８）を取得する位相基準取得部（１２）をさらに備え、
前記演算部は、前記位相基準信号に対する前記第１回転波形の第１位相角（θ１）、及び前記位相基準信号に対する前記第２回転波形の第２位相角（θ２）を算出する。

曲がりが発生しているタービンロータが回転すると、第１回転波形の位相角及び第２回転波形の位相角のぞれぞれも変化する。上記［３］に記載の構成によれば、演算部は、第１回転波形の振幅と第２回転波形の振幅との差分に加え、第１回転波形の位相角及び第２回転波形の位相角を算出するので、タービンロータの曲がりの発生有無をさらに高感度で検出することができる。

［４］幾つかの実施形態では、上記［３］に記載の構成において、
前記タービンロータの回転ごとに、前記第１回転波形の振幅と前記第１位相角とを含む第１振動ベクトル（２４）、及び前記第２回転波形の振幅と前記第２位相角とを含む第２振動ベクトル（２６）、のそれぞれを極座標（２８）に表示する表示装置（２２）をさらに備える。

上記［４］に記載の構成によれば、表示装置を介して、第１振動ベクトル及び第２振動ベクトルのそれぞれを視認し、タービンロータの曲がりの発生有無を知ることができる。

［５］幾つかの実施形態では、上記［１］から［４］の何れか１つに記載の構成において、
前記タービンロータのうち前記動翼列の他方側に位置する第３位置（Ｐ３）の変位（ｘ３）を取得する第３変位取得部（３４）をさらに備え、
前記演算部は、前記第２変位取得部が取得する前記変位と前記第３変位取得部が取得する前記変位との差分（Δｘｂ）を算出する。

上記［５］に記載の構成によれば、演算部は、タービンロータの第１位置における変位と第２位置における変位との差分に加え、第２位置における変位と第３位置における変位との差分も算出する。このため、タービンロータの曲がりの発生有無を高信頼度で検出することができる。

［６］幾つかの実施形態では、上記［５］に記載の構成において、
前記第１変位取得部が取得する前記変位と前記第２変位取得部が取得する前記変位との差分が予め定められた第１閾値より大きくなり、且つ、前記第３変位取得部が取得する前記変位と前記第２変位取得部が取得する前記変位との差分が予め定められた第２閾値より大きくなった場合に、前記タービンロータが曲がり状態にあると判定する判定装置（３６）をさらに備える。

上記［６］に記載の構成によれば、判定装置は、第１位置における変位と第２位置における変位との差分が第１閾値より大きくなり、且つ、第３位置における変位と第２位置における変位との差分が第２閾値より大きくなると、タービンロータが曲がり状態であると判定する。つまり、判定装置は、第１閾値及び第２閾値の両方の判定基準に基づいて、タービンロータの曲がり状態を判定するので、タービンロータの曲がりの誤判定を抑制することができる。

［７］幾つかの実施形態では、上記［１］から［６］の何れか１つに記載の構成において、
タービンロータは、焼鈍による曲げ直しを実施されたタービンロータである。

タービンの運転中にタービンロータが曲がると、焼鈍による曲げ直しを実施し、再びタービンを運転させることがある。この曲げ直しを受けたタービンロータは、タービンの再運転中に高温・高圧の蒸気によって曲がり戻りを起こすことがある。タービンロータが曲がり戻ると、タービンロータの振動が急激に増加する。上記［７］に記載の構成によれば、タービンロータは焼鈍による曲げ直しを実施されたタービンロータであるので、本開示にかかるタービンロータの曲がり検出装置によってタービンの運転中にタービンロータの曲がりの発生有無を検出し、タービンロータの振動の急激な増加を抑制することができる。

［８］本開示に係るタービンロータの曲がり検出方法は、
動翼列の一方側に位置する第１軸受、及び前記動翼列の他方側に位置する第２軸受のそれぞれによって回転可能に支持されるタービンロータの曲がりを検出するタービンロータの曲がり検出方法であって、
前記タービンロータのうち前記第１軸受によって支持される第１支持部より前記タービンロータの一端側に位置する第１位置における変位を取得するステップ（Ｓ１）と、
前記タービンロータのうち前記動翼列の一方側に位置するとともに前記第１位置より前記第１軸受側に位置する第２位置における変位を取得するステップ（Ｓ２）と、
前記第１位置における前記変位と前記第２位置における前記変位との差分を算出するステップ（Ｓ３）と、を備える。

上記［８］に記載の方法によれば、タービンロータの曲がりが発生した際に変位が大きい値で推移する第１位置における変位と変位が小さい値で推移する第２位置における変位との差分を算出するので、タービンロータの曲がりの発生有無を高感度で検出することができる。

１ 検出装置
２ 第１変位取得部
４ 第２変位取得部
６ 演算部
８ 第１回転波形生成部
１０ 第２回転波形生成部
１２ 位相基準取得部
１４ 第１回転波形
１６ 第２回転波形
１８ 位相基準信号
２０ 位相基準
２２ 表示装置
２４ 第１振動ベクトル
２６ 第２振動ベクトル
２８ 極座標
３４ 第３変位取得部
３６ 判定装置

１００ タービン
１０２ タービンロータ
１０４ 動翼列
１０６ 第１軸受
１０８ 第２軸受
１１２ 第１変位センサ
１１４ 第２変位センサ
１１６ 回転パルスセンサ
１１８ 第１支持部
１２４ 第３変位センサ

Ｓ１ 第１変位取得ステップ
Ｓ２ 第２変位取得ステップ
Ｓ３ 第１差分算出ステップ

Claims (8)

1. 動翼列の一方側に位置する第１軸受、及び前記動翼列の他方側に位置する第２軸受のそれぞれによって回転可能に支持されるタービンロータの曲がりを検出するタービンロータの曲がり検出装置であって、
   前記タービンロータのうち前記第１軸受によって支持される第１支持部より前記タービンロータの一端側に位置する第１位置における変位を取得する第１変位取得部と、
   前記タービンロータのうち前記動翼列の一方側に位置するとともに前記第１位置より前記第１軸受側に位置する第２位置における変位を取得する第２変位取得部と、
   前記第１変位取得部が取得する前記変位と前記第２変位取得部が取得する前記変位との差分を算出する演算部と、を備える、
   タービンロータの曲がり検出装置。
2. 前記第１変位取得部が取得する前記変位に基づいて第１回転波形を生成する第１回転波形生成部と、
   前記第２変位取得部が取得する前記変位に基づいて第２回転波形を生成する第２回転波形生成部と、をさらに備え、
   前記演算部は、前記第１回転波形の振幅と前記第２回転波形の振幅との差分を算出する、
   請求項１に記載のタービンロータの曲がり検出装置。
3. 回転中の前記タービンロータの位相基準信号を取得する位相基準取得部をさらに備え、
   前記演算部は、前記位相基準信号に対する前記第１回転波形の第１位相角、及び前記位相基準信号に対する前記第２回転波形の第２位相角を算出する、
   請求項２に記載のタービンロータの曲がり検出装置。
4. 前記タービンロータの回転ごとに、前記第１回転波形の振幅と前記第１位相角とを含む第１振動ベクトル、及び前記第２回転波形の振幅と前記第２位相角とを含む第２振動ベクトル、のそれぞれを極座標に表示する表示装置をさらに備える、
   請求項３に記載のタービンロータの曲がり検出装置。
5. 前記タービンロータのうち前記動翼列の他方側に位置する第３位置の変位を取得する第３変位取得部をさらに備え、
   前記演算部は、前記第２変位取得部が取得する前記変位と前記第３変位取得部が取得する前記変位との差分を算出する、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載のタービンロータの曲がり検出装置。
6. 前記第１変位取得部が取得する前記変位と前記第２変位取得部が取得する前記変位との差分が予め定められた第１閾値より大きくなり、且つ、前記第３変位取得部が取得する前記変位と前記第２変位取得部が取得する前記変位との差分が予め定められた第２閾値より大きくなった場合に、前記タービンロータが曲がり状態にあると判定する判定装置をさらに備える、
   請求項５に記載のタービンロータの曲がり検出装置。
7. 前記タービンロータは、焼鈍による曲げ直しを実施されたタービンロータである、
   請求項１乃至６の何れか１項に記載のタービンロータの曲がり検出装置。
8. 動翼列の一方側に位置する第１軸受、及び前記動翼列の他方側に位置する第２軸受のそれぞれによって回転可能に支持されるタービンロータの曲がりを検出するタービンロータの曲がり検出方法であって、
   前記タービンロータのうち前記第１軸受によって支持される第１支持部より前記タービンロータの一端側に位置する第１位置における変位を取得するステップと、
   前記タービンロータのうち前記動翼列の一方側に位置するとともに前記第１位置より前記第１軸受側に位置する第２位置における変位を取得するステップと、
   前記第１位置における前記変位と前記第２位置における前記変位との差分を算出するステップと、を備える、
   タービンロータの曲がり検出方法。

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