JP3133069B2 - タービンの構造部品における変化を検出しその位置を決定する方法と装置 - Google Patents

タービンの構造部品における変化を検出しその位置を決定する方法と装置

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JP3133069B2 JP05504008A JP50400893A JP3133069B2 JP 3133069 B2 JP3133069 B2 JP 3133069B2 JP 05504008 A JP05504008 A JP 05504008A JP 50400893 A JP50400893 A JP 50400893A JP 3133069 B2 JP3133069 B2 JP 3133069B2
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    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/14—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object using acoustic emission techniques
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    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、タービンの構造部品、特にタービン翼にお
ける変化を検出しその位置を決定する方法に関する。本
発明は更にこの方法を実施するための装置に関する。
タービン例えば蒸気タービンを運転する際、個々の構
造部品特にタービン翼が種々の荷重に反応するために、
測定可能な音あるいは音響スペクトル（固体伝播音）が
発生される。この種の荷重は例えば作動媒体が膨張する
際に生じる力および温度差である。更にタービン内にお
けるエネルギー変換によって圧力変動が生じ、これは同
様に構造部品に特徴のある音響を生じさせ、いわゆる翼
回転音として現れる。例えばタービンの動翼のハウジン
グあるいは隣接する静翼との軽い接触あるいは緩んだタ
ービン翼のようなタービンの運転中における不規則性
も、故障を特徴づける広い音響スペクトルの音を発生さ
せる。この音響スペクトルにおける信号成分は周波数お
よび放射された音響エネルギーの強さに関して異なって
おり、通常運転即ち欠陥のない運転におけるタービンに
対して特徴づけられ、その場合音響スペクトルは不可聴
音から超音波までに及ぶ。
1989年９月発行の文献「ファウゲーベー・クラフトウ
エルクテヒニク」第９号、第899頁〜第907頁において、
この種の音発生の検出および解析方法が知られている。
例えばタービンハウジングにおいて測定される代表的な
音響スペクトルおよびそれに対応した基準スペクトル
は、その第４図および第５図に概略的に示されている。
タービンの通常運転においていわゆる固体伝播音におけ
る特徴的な信号、例えばその第５図に示されている基準
スペクトルから明らかな種々の強さＩの所定の調和振動
あるいは翼回転音の周波数ｆが生ずる。その第４図に示
されている音響スペクトルの場合、種々の強さＩの種々
の周波数ｆにおける別の追加的な信号が存在している。
この信号は所定の変化例えばタービン翼の欠陥あるいは
タービンと発電機との間に配置されている歯車伝動装置
の歯の欠損を特徴づけている。
この公知の方法の場合、タービンの運転中にタービン
ハウジングにおける固体伝播音あるいは翼回転音の測定
の他に、別の測定値例えばタービン内部における圧力お
よび温度が検出され、タービンの欠陥のない運転中に求
められた基準値あるいは目標値と比較される。目標値と
の偏差が生じた場合、経験的に得られた欠陥あるいは故
障との比較によって、既存の粗い変化の特徴づけを可能
にする。しかしタービンの所定の構造部品におけるゆっ
くり進行する変化の早期の検出およびその正確な位置決
定はこの方法ではできない。従って従来においてはしば
しば、既に重大な損傷が生じてしまっており、従って直
ちにタービンの停止が必要であるときに、はじめて損傷
が検出された。かかるタービンの緊急停止およびそれに
続くタービンハウジングを開いて経費のかかる欠陥検査
は極めて望ましくない停止時間を生じるおそれがある。
本発明の課題は、確実で早期に欠陥が検出できるよう
な方法を得ることにある。更にこれを非常に僅かな技術
的経費に関して特に適した装置によって達成しようとす
るものである。
この課題は方法に関しては本発明に基づいて、タービ
ンの運転中に得られた少なくとも一つの測定値がその基
準値から偏移した場合に、構造部品で発生された音響ス
ペクトルがタービンの内部で検出され、基準スペクトル
と比較されることによって解決される。例えば圧力、温
度あるいは運転上生じる音響スペクトルの対応した基準
値からの測定値の偏差は一方ではまず粗い変化の検出あ
るいは認識を可能にし、他方では考え得る欠陥構造部品
の数の限定を可能にする。更にタービンの内部における
音響スペクトルの検出即ち構造部品における直接的な音
の発生の測定は詳細な欠陥の認識を可能にする。
タービンの内部において検出された音響スペクトルの
信号強さを増大するために、構造部品がタービンの所定
の運転状態において例えば音あるいは音響発生器による
タービン翼のいわゆるリンギング試験の形で音を発生す
るために外部から励振される。続いてタービンの内部に
おいて直接検出されるか励振によって発生された音響ス
ペクトルをタービンの初期状態の基準スペクトルと比較
することによって、関与する構造部品の正確な位置決定
が達成される。更に変化あるいは損傷の度合特に既に存
在する亀裂の広がりも早期に検出されるので、時間的に
当該構造部品が完全に損傷する前にその損傷を時間的に
僅かなエネルギー消費で除去することができる。
本発明に基づく方法の有利な実施態様においては、構
造部品の表面がストロボスコープ的に照らされ、その際
に発生された画像が撮影され、その場合ストロボスコー
プ的な照明は好適にはタービンの適当な回転数と同期さ
れる。その場合に撮影された画像はその構造部品の基準
画像と比較される。この処置は特に、構造部品を予め励
振することにより、構造部品の視覚的にアクセス可能な
範囲において変化が生じた場合に適している。
例えば構造部品を予め励振することにより、構造部品
の視覚的にアクセスできない範囲に変化が存在し例えば
タービン翼あるいは翼脚に亀裂が存在していることが判
明したとき、本発明に基づく方法の好適な実施態様にお
いては、可動の超音波発信器が構造部品のその範囲に繰
り出され、そこで構造部品の円周の少なくとも一部分に
沿って導かれる。
タービンの運転パラメータを検出するために測定値処
理装置に接続されている多数のセンサを有しているよう
な本発明の方法を実施するための装置に関して、本発明
の課題を本発明に基づいて、外部からタービンの内部に
挿入できる音検出用プローブが測定値処理装置に接続さ
れることによって解決される。
プローブは好適には調整装置に接続され、これによっ
て垂直に移動且つ回転できるようにされる。
タービン翼を励振するために、本発明に基づく装置の
有利な実施態様においてはプローブの自由端に回転翼と
接触させられる可撓性のヘッドが設けられている。
以下図面に示した実施例を参照して本発明を詳細に説
明する。なお図面において、 第１図は本発明に基づく方法を実施するための装置の
概略構成図、 第２図はタービンに挿入されているプローブについて
の第１図において実施例の一部拡大断面図、 第３図はタービンに挿入されている超音波発信器につ
いての第２図に相応した一部断面図、および 第４図および第５図はそれぞれタービンハウジングに
おいてあるいはタービンの内部で測定された音響スペク
トルの概略線図である。
すべての図面において互いに対応した部分には同一符
号が付されている。
第１図に示されているタービン２は軸４上に固定され
た動翼６およびタービンハウジング８に結合された静翼
10を有している。
タービンハウジング８には、運転中にタービン２によ
って発生される音響（いわゆる固体伝播音あるいは翼回
転音）を検出するためのセンサ12が取り付けられてい
る。このセンサ12は配線14を介して測定値処理装置16に
接続されている。
測定値処理装置16には更に、温度センサ20によって検
出された測定値が配線18を介して、圧力センサ24を介し
て測定された測定値が配線22を介して、およびひずみセ
ンサ28を介して測定された測定値が配線28を介してそれ
ぞれ導かれている。ひずみセンサ28によって軸４の軸方
向ひずみが検出される。この軸方向ひずみは、センサ12
によって同時に翼回転音の変化が検出された場合には軽
い接触現象を知らせ、即ち動翼６が静翼10あるいはハウ
ジング８に接触していることを知らせる。このような二
つの標準値偏差のコヒーレントによって高い測定精度が
得られる。
センサ20、24、28で求められた測定値の偏差に基づい
てタービン２の構造部品特に動翼列、静翼列あるいは第
２図および第３図に示すランナ30における変化が検出さ
れたとき、まず故障の種類並びにおそらく関与している
と思われる構造部品６、10、30の数の限定についての推
定が可能となる。即ち例えばセンサ12で得られた第５図
の音響スペクトルと測定値処理装置16に記憶されている
第４図の基準スペクトルとを比較することによって、動
翼６あるいは静翼10における破損が検出される。この種
の破損は圧力変化あるいは温度変化にも反映される。こ
れに対して或る構造部品に疑いがかけられ例えば動翼６
あるいは静翼10あるいは第２図および第３図に示す翼脚
34、36に亀裂の疑いがかけられるようなほんの僅かな変
化が検出されるとき、後述するようにまずタービン２の
内部における音響の検出が行われ、必要な場合には、音
を発生させるために動翼６を外部から励振することによ
りリンギング試験が行われる。しばしばゆっくり広がる
この種の破損あるいは亀裂は例えば応力腐食割れによっ
てあるいは軽い接触現象において生じる。その場合まず
センサ12によって得られた音響スペクトルにおいて軽い
接触現象だけが検出されるが、おそらく後で重大損傷に
発展してしまうような僅かな損傷は検出されない。
タービン翼６、10、翼脚34、36あるいは動翼６が翼列
の形で取り付けられているランナ30におけるこのような
ごく小さな変化を検出するために、所定の回転数でター
ビン２を運転している間、音検出用プローブ40が外部か
らハウジング８を貫通してタービン２の中に導入され
る。そのためにプローブ40は移動調整装置42に結合され
ており、この調整装置42によって（矢印44、46で示され
ているように）プローブ40は垂直移動ないし回転運動を
実施できる。
第２図には、ハウジング８における開口50を通ってタ
ービン２の一つの段の動翼６と静翼10との間に存在する
間隙52の中に挿入されているプローブ40が示されてい
る。プローブ40は隣接するタービン段の翼６、10にも図
示していない同様の方式で挿入でき、その場合そこにも
対応したハウジング開口が設けられる。
プローブ40の自由端には、タービン２の回転する動翼
６に接触させられる可撓性のヘッド54が取り付けられて
いる。この経過はリンギング試験と呼ばれる。その際発
生された音響スペクトルは音検出に適したプローブ40で
検出され、配線56を介して装置16に伝達される。励振に
よって発生した音響スペクトルの信号成分は、運転上発
生しセンサ12でハウジング８において測定される音響ス
ペクトルにも十分な強さで存在する。
装置16において、構造部品６、10によって直接あるい
はリンギング試験によって発生された音響スペクトルが
例えばコンピュータによってタービン２に記憶された初
期状態の基準スペクトルと比較される。その場合音響ス
ペクトル内に含まれ基準スペクトルには無い信号は、例
えば構造部品例えば動翼６における経験的に求められた
特徴的変化に相応している。検出された音響スペクトル
から周期的に繰り返される信号に基づいて、どの動翼６
が変化を示しているかを確定できる。その場合各動翼６
に対して特徴づけられた信号も同様に周期的に生じ、こ
れによって各動翼６は音響スペクトルを参照してそれぞ
れ固定することができる。同じようにして動翼６にヘッ
ド54あるいはこれに類似した音響発生器を設置すること
によって、静翼10における変化を確定でき、その場合動
翼６と一緒に回転するヘッド54は静翼10に接触し、音を
発生するために励振させられる。
このようなリンギング試験の場合即ち音を発生するた
めにタービン翼６、10を励振することにより、構造部品
例えば所定の静翼10の視覚的にアクセス可能な範囲にお
ける変化が確定された場合、音検出用のプローブ40の代
わりに、ガラス繊維ケーブル60に配置されているプロー
ブヘッド62が光を伝達するために間隙52の中に挿入さ
れ、移動調整装置42によってタービン２の選択された回
転数範囲において動翼６に沿って案内される。その場
合、動翼６の表面は光発生器あるいはストロボスコープ
64で発生されガラス繊維ケーブル60を通って導かれる光
パルスで照らされ、その場合光パルスの周波数はタービ
ン２の回転数と同期されている。そのためにストロボス
コープ64は配線66を介してタコメータ67に接続されてい
る。同期に関しては各所望の動翼６が選択され照らされ
る。その場合に作られた動翼６の表面の画像はプローブ
ヘッド62およびガラス繊維ケーブル60を介して焦点70付
きカメラ68に伝達される。カメラ68で撮影された画像は
記憶された基準画像と比較するために測定値処理装置16
に伝達される。
動翼６の励振に基づいて視覚的にアクセスできない範
囲特に翼脚34に変化が存在することが判明したときに
は、タービン２を停止した状態においてプローブヘッド
62付きのガラス繊維ケーブル60の代わりに、第３図に示
されているように可撓性ケーブル72に固定された超音波
発信器74が間隙52を通って翼脚34に繰り出される。そこ
で亀裂を発見するために超音波発信器74が翼脚の周囲に
沿って案内される。
タービン２の内部で検出された音響スペクトルは変化
の種類および大きさに応じて種々の信号を有する。それ
らは第４図および第５図に概略的に示されている音響ス
ペクトルに非常に類似しているので、特に示されていな
い。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−90220（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−97033（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−222229（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−70126（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−53127（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−98327（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01H 17/00 G01M 19/00 ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】タービン（２）の構造部品（６、10、3
    0）、特にタービン翼（６、10）における変化を検出し
    その位置を決定する方法において、タービン（２）の運
    転中に得られた少なくとも一つの測定値がその基準値か
    ら偏移した場合に、構造部品（６、10、30）で発生され
    た音響スペクトルがタービン（２）の内部で検出され、
    基準スペクトルと比較されることを特徴とするタービン
    の構造部品における変化を検出しその位置を決定する方
    法。
  2. 【請求項２】タービン（２）の構造部品（６、10、3
    0）、特にタービン翼（６、10）における変化を検出し
    その位置を決定する方法において、タービン（２）の運
    転中に得られた少なくとも一つの測定値がその基準値か
    ら偏移した場合に、外部からの励振によって構造部品
    （６、10、30）で発生された音響スペクトルが基準スペ
    クトルと比較されることを特徴とするタービンの構造部
    品における変化を検出しその位置を決定する方法。
  3. 【請求項３】構造部品（６、10）の表面がストロボスコ
    ープ的に照らされ、その際に作られた画像が撮影され、
    その撮影された画像が基準画像と比較されることを特徴
    とする請求の範囲１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】運転上生じる音響スペクトルがタービンハ
    ウジング（８）において検出され、同様にタービンハウ
    ジング（８）で検出され記憶されている基準スペクトル
    と比較されることを特徴とする請求の範囲１ないし３の
    １つに記載の方法。
  5. 【請求項５】可動の超音波発信器（74）が構造部品（６
    ないし10）の視覚的にアクセス可能な範囲（34、36）に
    繰り出され、そこで構造部品（６、10）の円周の少なく
    とも一部に沿って導かれることを特徴とする請求の範囲
    １ないし４の１つに記載の方法。
  6. 【請求項６】タービン（２）の運転パラメータを検出す
    るために測定値処理装置（16）に接続されている多数の
    センサ（12、20、24、28、67）を有しているような請求
    の範囲１ないし５の１つに記載の方法を実施するための
    タービン（２）の構造部品（６、10、30）、特にタービ
    ン翼（６、10）における変化を検出しその位置を決定す
    る方法を実施するための装置において、外部からタービ
    ン（２）の内部に挿入できる音検出用プローブ（40）が
    測定値処理装置（16）に接続されていることを特徴とす
    るタービンの構造部品における変化を検出しその位置を
    決定する装置。
  7. 【請求項７】プローブ（40）が移動調整装置（42）によ
    って垂直に移動且つ回転できることを特徴とする請求の
    範囲６記載の装置。
  8. 【請求項８】プローブ（40）の自由端にタービン翼
    （６、10）を励振するための可撓性ヘッド（54）が設け
    られていることを特徴とする請求の範囲６又は７記載の
    装置。
JP05504008A 1991-08-19 1992-07-24 タービンの構造部品における変化を検出しその位置を決定する方法と装置 Expired - Lifetime JP3133069B2 (ja)

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