JP4452053B2 - 軸ずれ測定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、クラッチが嵌合された２つの軸の軸ずれを測定する軸ずれ測定装置に関する。
近年、高効率で且つＮＯｘなどの有害物質の排出量が少なく、又、一日の消費電力量のの変化に柔軟に対応可能なコンバインドプラントとして、ガスタービンと蒸気タービンとを一本の軸で直結した一軸コンバインドプラントが用いられている。このような一軸コンバインドプラントでは、従来、起動時にガスタービンと蒸気タービンとを同時に起動するものであった。そのため、両方のタービンを同時に起動するために必要な起動トルクを大きくなり、この巨大な起動トルクを発生させることが可能なサイリスタ（起動装置）が必要となる。
又、蒸気タービンの翼が風損によって過度に温度上昇しないように蒸気タービンに冷却蒸気を供給する必要がある。しかしながら、ガスタービンによる発電機出力が上昇するまでは、ガスタービンの排ガスにより蒸気を生成する排ガスボイラにおいて蒸気タービンに投入可能な蒸気が生成できない。そのため、蒸気タービンに十分な冷却蒸気を送るための容量を備えた補助ボイラが必要となる。更に、従来の一軸コンバインドプラントにおいては、ガスタービン及び蒸気タービン及び発電機を並べて設置する必要があるとともに、軸流排気型の蒸気タービンが適用できない。そのため、復水器を蒸気タービンの下側に設置しなければならず、結果的に、ガスタービン及び蒸気タービン及び発電機を高所に設置する必要があり、プラント建家を複数階層の建家とする必要がある。
これらの課題を解決するために、図１１に示すようなガスタービン２０１と蒸気タービン２０２との間にクラッチ２０４を適用した一軸コンバインドプラントが提案されている（特許文献１参照）。又、図１１の一軸コンバインドプラントは、ガスタービン２０１とクラッチ２０４との間に発電機２０３が設置されている。このようにクラッチ２０４を適用することで、ガスタービン２０１及び発電機２０３と蒸気タービン２０２との間での結合及び切り離しを可能とする。よって、起動時において、まず、クラッチ２０４によってガスタービン２０１及び発電機２０３と蒸気タービン２０２が切り離された状態で、ガスタービン２０１と発電機２０３のみを起動する。そして、排ガスボイラ（不図示）から発生する蒸気が蒸気タービン２０２に投入可能となると、蒸気を蒸気タービン２０２に投入して蒸気タービン２０２を起動する。その後、蒸気タービン２０２が定格回転数に到達すると、クラッチ２０４によってガスタービン２０１及び発電機２０３と蒸気タービン２０２とを結合して、蒸気タービン２０２のトルクを発電機２０３に伝達させる。
このクラッチ２０４を適用した一軸コンバインドプラントは、起動時において最初にガスタービン２０１と発電機２０３のみを起動するのみでよいため、起動に必要なサイリスタの容量を小さくすることができる。又、ガスタービン２０１と発電機２０３のみが起動している間は、蒸気タービン２０２は低速回転で回転しており、冷却蒸気が不要であり、補助ボイラの容量を小さくすることができる。更に、蒸気タービン２０２の熱伸びがクラッチ２０４において吸収できるため、図１１のようにガスタービン２０１、発電機２０３、蒸気タービン２０２の順で一軸コンバインドプラントを構成して、蒸気タービン２０２を端側に設置することができる。よって、蒸気タービン２０２を軸流排気型とすることができるため、軸流排気復水器を使用することができ、タービン軸を従来のように高い位置に設置する必要がなくなる。
特開２００３−１３７０９号公報
図１１のようにクラッチ２０４を備えた一軸コンバインドプラントは、上述したように、起動時において、先にガスタービン２０１を起動させた後に蒸気タービン２０２を起動させるため、蒸気タービン２０２の起動前の段階で、ガスタービン２０１が長時間定格回転数で回転していることとなる。よって、クラッチ２０４のガスタービン２０１側の軸受支持台が高温の軸受排油温度によって伸びているのに対して、クラッチ２０４の蒸気タービン２０２側の軸受支持台は、蒸気タービン２０２の状態に応じてその伸び率が異なる。
即ち、復水器を真空に保って蒸気タービン２０２を停止させた場合は、蒸気タービン２０２の軸受に長時間グランド蒸気が流れるため、蒸気タービン２０２側の軸受支持台が若干伸びるが、復水器の真空を破壊して蒸気タービン２０２を停止させた場合は、蒸気タービン２０２の軸受けにグランド蒸気が流れないため、蒸気タービン２０２側の軸受支持台はほぼ初期状態で伸びていない。更に、蒸気タービン２０２の起動前においては、蒸気タービン２０２はほとんど回転していないため、蒸気タービン２０２側の軸受支持台は、ガスタービン２０１側の軸受支持台ほど伸び率が大きくない。
このように、クラッチ２０４を備えた一軸コンバインドプラントは、その起動時においてガスタービン２０１側の軸受支持台と蒸気タービン２０２側の軸受支持台の伸び率が異なるとともに、その伸び率の差異が蒸気タービン２０２の状態によって異なるものとなる。更に、このガスタービン２０１側の軸受支持台と蒸気タービン２０２側の軸受支持台の伸び率の差異以外に、ガスタービン２０１側の軸と蒸気タービン２０２側の軸の浮き上がり量の差や傾きの差なども発生するため、ガスタービン２０１側の軸の中心と蒸気タービン２０２側の軸の中心との間にずれが生じる。
このガスタービン２０１側の軸の中心と蒸気タービン２０２側の軸の中心との間のずれ量は、起動時にクラッチ２０４を嵌合してガスタービン２０１及び発電機２０３と蒸気タービン２０２とを結合するときにおいて影響を与える。即ち、ガスタービン２０１側の軸の中心と蒸気タービン２０２側の軸の中心との間のずれ量が所定の規定値よりも大きな値となるとき、ガスタービン２０１及び発電機２０３と蒸気タービン２０２とがともに定格回転数付近で回転した状態でクラッチ２０４が嵌合されるため、クラッチ２０４に過大な応力がかかり、結果的にクラッチ２０４を破損する恐れがある。
このような問題を鑑みて、本発明は、クラッチ嵌合時の２つの軸の軸ずれを測定する軸ずれ測定装置及び軸ずれ測定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に、本発明の軸ずれ測定装置は、第１回転体〔３〕の第１軸〔３ａ〕と、前記第１回転体〔３〕に遅れて起動され、第１回転体〔３〕の第１軸〔３ａ〕にクラッチ〔７〕を介して連結される第２回転体〔５〕の第２軸〔５ａ〕との間の軸ずれを測定する軸ずれ測定装置において、第１回転体〔３〕の第１軸〔３ａ〕が挿入される第１軸受〔７１〕を支持する第１軸受支持台〔７２〕の温度を測定する第１温度センサ〔５１〕と、第２回転体〔５〕の第２軸〔５ａ〕が挿入される第２軸受〔７３〕を支持する第２軸受支持台〔７４〕の温度を測定する第２温度センサ〔５２〕と、前記第１温度センサで測定された温度より前記第１軸受支持台の温度による変位量〔Δｈｉ１〕を求めるとともに、前記第２温度センサで測定された温度より前記第２軸受支持台の温度による変位量〔Δｈｉ２〕を求め、前記第１及び第２軸受支持台の温度による変位量に基づいて前記第１及び第２軸の軸ずれ量〔Δｄ１、Δｄ２〕を求める軸ずれ演算部〔１０１〕と、を備えることを特徴とする。
また、前記第１及び第２軸受支持台〔７２、７４〕の温度による変位量〔Δｈｉ１、Δｈｉ２〕の差を用いて、前記第１及び第２軸〔３ａ、５ａ〕の温度による変位量（Δｄ１、Δｄ２）を求めることを特徴とする。
また、第１回転体の第１軸と一体に回転するフランジ〔３ｃ〕の側面における上側の被測定点である第１定点〔ｕ〕との軸方向への距離を測定する第１軸方向ギャップ計測センサ〔５５ｕ〕と、前記第１定点の下方位置において前記第１軸と一体に回転するフランジ〔３ｃ〕の側面における下側の被測定点である第２定点〔ｄ〕との距離を測定する第２軸方向ギャップ計測センサ〔５５ｄ〕と、第２回転体の第２軸と一体に回転するフランジ〔５ｃ〕の側面における上側の被測定点である第３定点〔ｕ〕との軸方向への距離を測定する第３軸方向ギャップ計測センサ〔５６ｕ〕と、前記第３定点の下方位置において前記第２軸と一体に回転するフランジ〔５ｃ〕の側面における下側の被測定点である第４定点〔ｄ〕との距離を測定する第４軸方向ギャップ計測センサ〔５６ｄ〕と、前記第１及び第２軸方向ギャップ計測センサそれぞれで測定された前記第１及び第２定点との距離〔Ｇｕ１、Ｇｄ１〕より前記第１軸の傾き〔ΔＳ１〕を求めるとともに、前記第３及び第４軸方向ギャップ計測センサそれぞれで測定された前記第３及び第４定点との距離〔Ｇｕ２、Ｇｄ２〕より前記第２軸の傾き〔ΔＳ２〕を求め、前記第１及び第２軸の傾きに基づいて前記第１及び第２軸の軸ずれ量（Δｄ１、Δｄ２）を求める軸ずれ演算部〔１０１〕と、を備えることを特徴とする。
また、前記第１及び第２軸方向ギャップ計測センサ〔５５ｕ、５５ｄ〕間の距離をｄ１とし、前記第１及び第２軸方向ギャップ計測センサにより測定された前記第１及び第２定点〔ｕ、ｄ〕それぞれへの距離をｄｕ１，ｄｄ１とし、前記第１軸が支持されている支持点〔Ａ〜Ｄ〕から前記第１及び第２軸が結合される結合点までの距離をＤ１とし、前記第３及び第４軸方向ギャップ計測センサ〔５６ｕ、５６ｄ〕間の距離をｄ２とし、前記第３及び第４軸方向ギャップ計測センサにより測定された前記第３及び第４定点〔ｕ、ｄ〕それぞれへの距離をｄｕ２，ｄｄ２とし、前記第２軸が支持されている支持点〔Ａ〜Ｄ〕から前記第１及び第２軸が結合される結合点までの距離をＤ２としたとき、Ｄ１×（ｄｕ１−ｄｄ１）／ｄ１＋Ｄ２×（ｄｕ２− ｄｄ２）／ｄ２となる値を、前記第１及び第２軸の軸ずれ量（Δｄ１、Δｄ２）とすることを特徴とする。
また、第１回転体〔３〕の第１軸〔３ａ〕が挿入される第１軸受〔７１〕の周方向の複数点に設けられた複数の第１径方向ギャップ計測センサ〔53A~D〕と、第２回転体〔５〕の第２軸〔５ａ〕が挿入される第２軸受〔７３〕の周方向の複数点に設けられた複数の第２径方向ギャップ計測センサ〔54A~D〕と、前記第１径方向ギャップ計測センサ〔53A~D〕で測定された前記第１軸受の周方向の複数点から前記第１軸までの距離より前記第１軸受の中心からの前記第１軸の軸心のずれ〔Δｄ１〕を求めるとともに、前記第２径方向ギャップ計測センサ〔54A~D〕で測定された前記第２軸受の周方向の複数点から前記第２軸までの距離より前記第２軸受の中心からの前記第２軸の軸心のずれ〔Δｄ２〕を求め、前記第１及び第２軸の軸心のずれに基づいて前記第１及び第２軸の軸ずれ量〔do〕を求める軸ずれ演算部〔１０１〕と、を備えることを特徴とする。
また、前記第１径方向ギャップ計測センサ〔53A〜D〕が、前記第１軸受〔７１〕の軸方向に垂直な断面における水平面に対して垂直な直線に対して線対称となるとともに、前記第１軸受の中心に対して点対称となるように配置され、前記第２径方向ギャップ計測センサ〔54A〜D〕が、前記第２軸受〔７３〕の軸方向に垂直な断面における水平面に対して垂直な直線に対して線対称となるとともに、前記第２軸受の中心に対して点対称となるように配置されることを特徴とする。
また、前記軸ずれ測定装置において、点対称となる２つの前記第１径方向ギャップ計測センサ〔53A~D〕毎に、測定された前記第１軸〔３ａ〕との距離の差を求めた後、当該点対称となる２つの前記第１径方向ギャップ計測センサ毎に求められた前記第１軸との距離の差の平均を、前記第１軸受の中心からの前記第１軸の軸心のずれ〔Δｄ１〕とし、点対称となる２つの前記第２径方向ギャップ計測センサ〔54A~D〕毎に、測定された前記第２軸〔５ａ〕との距離の差を求めた後、当該点対称となる２つの前記第２径方向ギャップ計測センサ毎に求められた前記第２軸との距離の差の平均を、前記第２軸受の中心からの前記第２軸の軸心のずれ〔Δｄ２〕とし、当該第１及び第２軸それぞれの軸心のずれの差を、前記第１及び第２軸の軸ずれ量〔ｄo〕とすることを特徴とする。
また、前記第１軸〔３ａ〕の上側の第１定点〔ｕ〕との距離を測定する第1軸方向ギャップ計測センサ〔５５ｕ〕と、前記第１定点と同一面において前記第１軸の下側となる第２定点〔ｄ〕との距離を測定する第２軸方向ギャップ計測センサ〔５５ｄ〕と、前記第２軸の上側の第３定点〔ｕ〕との距離を測定する第３軸方向ギャップ計測センサ〔５６ｕ〕と、前記第３定点と同一面において前記第２軸の下側となる第４定点〔ｄ〕との距離を測定する第４軸方向ギャップ計測センサ〔５６ｄ〕と、を更に備え、前記軸ずれ演算部において、前記第1及び第２軸方向ギャップ計測センサそれぞれで測定され前記第１及び第２定点との距離より前記第１軸の傾き〔ΔＳ１〕を求めるとともに、前記第３及び第4軸方向ギャップ計測センサそれぞれで測定された前記第３及び第４定点との距離より前記第２軸の傾き〔ΔＳ２〕を求め、前記第１及び第２軸の傾きに基づいて前記第１及び第２軸の軸ずれ量〔ｄo〕を求めることを特徴とする。
また、前記第１及び第２軸方向ギャップ計測センサ〔５５ｕ、５５ｄ〕間の距離をｄ１とし、前記第1及び第２軸方向ギャップ計測センサにより測定された前記第１及び第２定点〔ｕ、ｄ〕それぞれへの距離をｄｕ１，ｄｄ１とし、前記第１軸が支持されている支持点から前記第１及び第２軸が結合される結合点までの距離をＤ１とし、前記第３及び第４軸方向ギャップ計測センサ〔５６ｕ、５６ｄ〕間の距離をｄ２とし、前記第３及び第４軸方向ギャップ計測センサにより測定された前記第３及び第４定点〔ｕ、ｄ〕それぞれへの距離をｄｕ２，ｄｄ２とし、前記第２軸が支持されている支持点から前記第１及び第２軸が結合される結合点までの距離をＤ２としたとき、Ｄ１×（ｄｕ１−ｄｄ１）／ｄ１＋Ｄ２×（ｄｕ２−ｄｄ２）／ｄ２となる値に基づいて、前記第１及び第２軸の軸ずれ量〔do〕を求めることを特徴とする。
また、前記第１軸〔３ａ〕が挿入される第１軸受〔７１〕を支持する第１軸受支持台〔７２〕の温度を測定する第１温度センサ〔５１〕と、前記第２軸〔５ａ〕が挿入される第２軸受〔７３〕を支持する第２軸受支持台〔７４〕の温度を測定する第２温度センサ〔５２〕と、を更に備え、前記軸ずれ演算部〔１０１〕において、前記第１温度センサで測定された温度より前記第１軸受支持台の伸び量〔Δｈｉ１〕を求めるとともに、前記第２温度センサで測定された温度より前記第２軸受支持台の伸び量〔Δｈｉ２〕を求め、前記第１及び第２軸受支持台の伸び量に基づいて前記第１及び第２軸の軸ずれ量〔do〕を求めることを特徴とする。
また、前記第１及び第２軸受支持台〔７２、７４〕の垂直変位量〔Δｈｉ１、Δｈｉ２〕の差を、前記第１及び第２軸〔３ａ、５ａ〕の軸ずれ量〔do〕の一部とすることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明の軸ずれ測定装置は、第１回転体〔３〕の第１軸〔３ａ〕と、前記第１回転体〔３〕に遅れて起動され、第１回転体〔３〕の第１軸〔３ａ〕にクラッチ〔７〕を介して連結される第２回転体〔５〕の第２軸〔５ａ〕との間の軸ずれを測定する軸ずれ測定方法において、第１回転体〔３〕の第１軸〔３ａ〕が挿入される第１軸受〔７１〕を支持する第１軸受支持台〔７２〕の伸び量〔Δｈｉ１〕と、第２回転体〔５〕の第２軸〔５ａ〕が挿入される第２軸受〔７３〕を支持する第２軸受支持台〔７４〕の伸び量〔Δｈｉ２〕と、を求める第１ステップと、前記第１軸受の中心からの前記第１軸の軸心のずれ〔Δｄ１〕と、前記第２軸受の中心からの前記第２軸の軸心のずれ〔Δｄ２〕と、を求める第２ステップと、前記第１軸の傾き〔ΔＳ１〕と、前記第２軸の傾き〔ΔＳ２〕と、を求める第３ステップと、前記第１及び第２軸受支持台の伸び量の差と、前記第１軸受の中心からの前記第１軸の軸心のずれと前記第２軸受の中心からの前記第２軸の軸心のずれとの差と、前記第１及び第２軸の傾きと、に基づいて、前記第１及び第２軸の軸ずれ量〔ｄ ０ 〕を求める第４ステップと、を備えることを特徴とする。
また、前記第１ステップにおいて、前記第１及び第２軸受支持台〔７２、７４〕それぞれの温度より前記第１及び第２軸受支持台それぞれの伸び量〔Δｈｉ１、Δｈｉ２〕を求めることを特徴とする。
また、前記第２ステップにおいて、前記第１軸受〔７１〕の周方向の複数点からの前記第１軸〔３ａ〕への距離より前記第１軸受の中心からの前記第１軸の軸心のずれ〔Δｄ１〕を求め、前記第２軸受〔７３〕の周方向の複数点からの前記第２軸〔５ａ〕への距離より前記第２軸受の中心からの前記第２軸の軸心のずれ〔Δｄ２〕を求めることを特徴とする。
また、前記第軸受〔７３〕の周方向の複数点が、前記第２軸受〔７４〕の軸方向に垂直な断面における水平面に対して垂直な直線に対して線対称となるとともに、前記第２軸受の中心に対して点対称となるように配置され、前記第２ステップにおいて、前記第１軸受〔７１〕の周方向の複数点に対して、点対称となる２つの点毎に、測定された前記第１軸〔３ａ〕との距離の差を求めた後、当該点対称となる２つの前記点毎に求められた前記第１軸との距離の差の平均を、前記第１軸受の中心からの前記第１軸の軸心のずれ〔Δｄ１〕とし、前記第２軸受〔７３〕の周方向の複数点に対して、点対称となる２つの点毎に、測定された前記第２軸〔５ａ〕との距離の差を求めた後、当該点対称となる２つの前記点毎に求められた前記第２軸との距離の差の平均を、前記第２軸受の中心からの前記第２軸の軸心のずれ〔Δｄ２〕とすることを特徴とする。
前記第３ステップにおいて、前記第１軸〔３ａ〕の上側の第１定点〔ｕ〕との距離と、前記第１定点の下方位置において前記第１軸の下側となる第２定点〔ｄ〕との距離とに基づいて、前記第１軸の傾きを求め、前記第２軸〔５ａ〕の上側の第３定点〔ｕ〕との距離と、前記第３定点の下方位置において前記第２軸の下側となる第４定点〔ｄ〕との距離とに基づいて、前記第２軸の傾きを求めることを特徴とする。
前記第１定点〔ｕ〕への距離の測定点と前記第２定点〔ｄ〕への距離の測定点との間の距離をｄ１とし、前記第１及び第２定点それぞれとの距離をｄｕ１，ｄｄ１とし、前記第１軸が支持されている支持点〔Ａ〜Ｄ〕から前記第１及び第２軸が結合される結合点までの距離をＤ１とし、前記第３定点〔ｕ〕への距離の測定点と前記第４定点〔ｄ〕への距離の測定点との間の距離をｄ２とし、前記第３及び第４定点それぞれとの距離をｄｕ２，ｄｄ２とし、前記第２軸が支持されている支持点〔Ａ〜Ｄ〕から前記第１及び第２軸が結合される結合点までの距離をＤ２としたとき、前記第４ステップにおいて、Ｄ１×（ｄｕ１−ｄｄ１）／ｄ１＋Ｄ２×（ｄｕ２−ｄｄ２）／ｄ２となる値を、前記第１及び第２軸の軸ずれ量〔ｄ ０ 〕とすることを特徴とする。
本発明によると、軸受支持台の伸び量より第１軸と第２軸の軸ずれを測定することができるため、第１軸と第２軸とを結合させるクラッチなどにおいて、第１軸と第２軸とを結合させるときに、その軸ずれが許容範囲内にあるか否かを確認することができる。又、ギャップ計測センサによって非接触で測定された情報より第１軸と第２軸の軸ずれを測定することができるため、回転体の軸ずれを測定する際、その回転を妨げることなく測定することができる。又、このようにして軸ずれを測定することができるため、クラッチによって第１軸と第２軸とを結合させるときに、その軸ずれが許容範囲外である場合、結合を禁止して、クラッチの破損を防ぐことができる。又、一軸コンバインドプラントにおいて、軸ずれ量に応じて蒸気タービンの駆動方法を変更することができるため、蒸気タービンの軸受支持台を流れる排油温度を十分に高くして、ガスタービンの軸受支持台と同等の伸び量とすることができる。よって、ガスタービンの軸と蒸気タービンの軸をクラッチで結合させるとき、軸ずれ量を許容範囲内に抑えることができ、クラッチの破損を防ぐことができる。
本発明の実施形態について、図面を参照して以下に説明する。図１は、一軸コンバインドプラントの構成を示すブロック図である。
図１の一軸コンバインドプラントは、外気を圧縮する圧縮機１と、圧縮機１からの圧縮空気により燃料を燃焼して燃焼ガスを供給する燃焼器２と、燃焼器２から供給される燃焼ガスにより回転するガスタービン３と、ガスタービン３からの排ガスにより蒸気を発生する排ガスボイラ（ＨＲＳＧ）４と、ＨＲＳＧ４からの蒸気により回転する蒸気タービン５と、ガスタービン３及び蒸気タービン５とによって回転して発電する発電機６と、ガスタービン３の軸３ａと蒸気タービン５の軸５ａとを結合又は切り離しを行うクラッチ７と、蒸気タービン５から排出される蒸気を回収するとともに回収した蒸気をＨＲＳＧ４に供給する復水器８と、ＨＲＳＧ４からの排出されるガスタービン３からの排ガスを排出する煙突９と、各ブロックの動作制御を行う制御装置１０と、を備える。
又、この一軸コンバインドプラントは、燃焼器２に供給する燃料の燃料流量を調整する燃料制御弁２ｂと、ＨＲＳＧ４で発生された蒸気の蒸気タービン５への供給量を制御する蒸気加減弁５ｂと、圧縮機１の第１段静翼であるとともに圧縮機１に供給される空気の流量を調整する入口案内翼（ＩＧＶ）１ａと、を備える。この燃料制御弁２ｂ及び蒸気加減弁５ｂ及びＩＧＶ１ａはそれぞれ制御装置１０より信号が与えられて、その開度が制御されることによって、ガスタービン３及び蒸気タービン５の回転速度が制御される。又、圧縮機１及び発電機６の軸は、ガスタービン３と同一の軸３ａである。
このような構成の一軸コンバインドプラントは、クラッチ７によって軸３ａ及び軸５ａが嵌合されるまでは、蒸気タービン５が切り離された状態であり、軸３ａによって回転する圧縮機１及びガスタービン３及び発電機６と別に、軸５ａによって蒸気タービン５が回転する。そして、ガスタービン３と蒸気タービン５の回転速度が略等しくなると、クラッチ７が自動的に嵌合する。このように、クラッチ７によって軸３ａ及び軸５ａが結合されると、同一軸となる軸３ａ及び軸５ａによって、圧縮機１及びガスタービン３及び蒸気タービン５及び発電機６が同一軸で回転する。このように動作するとき、圧縮機１によって圧縮された空気が燃焼器２に与えられる燃料が燃焼されると、燃焼器２からの燃焼ガスによってガスタービン３が回転するとともに、ＨＲＳＧ４でガスタービン３からの排ガスによって生成された蒸気が蒸気タービン５に供給されて蒸気タービン５が回転する。
１．軸ずれ測定
図１のように構成される一軸コンバインドプラントにおいて、軸３ａ及び軸５ａそれぞれの中心位置のずれを測定するための軸ずれ測定装置が、クラッチ７周辺に設置された後述する各種センサと制御装置１０内の軸ずれ演算部１０１（図５）とによって構成される。図２に、クラッチ７周辺に設置される各種センサの設置位置を示す。
図２に示すように、軸３ａが挿入される軸受７１と、軸受７１を支持する軸受支持台７２とが、クラッチ７のガスタービン３側に設けられるとともに、軸５ａが挿入される軸受７３と、軸受７３を支持する軸受支持台７４とが、クラッチ７の蒸気タービン５側に設けられる。即ち、軸受７１，７３の間にクラッチ７が設けられた構成となる。更に、軸受３ａ，５ａそれぞれにフランジ３ｃ，５ｃが設置されている。
図２のようにクラッチ７及び軸３ａ，５ａが構成されるとき、軸受支持台７２，７４それぞれの温度を計測するための温度センサ５１，５２が軸受支持台７２，７４それぞれに設置され、又、軸３ａ，５ａの径方向のギャップを計測して軸３ａ，５ａそれぞれの中心位置を測定する径方向ギャップ計測センサ５３，５４がそれぞれ軸受７１，７３に設置される。又、フランジ３ｃ，５ｃとの軸方向の距離を測定して軸３ａ，５ａそれぞれの傾きを測定する軸方向ギャップ計測センサ５５ｕ，５５ｄ，５６ｕ，５６ｄがそれぞれフランジ３ｃ，５ｃ近傍に設置される。このとき、温度センサ５１，５２として、例えば、熱電対を適用する。又、軸方向ギャップ計測センサ５３，５４，５５ｕ，５５ｄ，５６ｕ，５６ｄについては、回転する軸３ａ，５ａの状態を確認するための非接触センサを適用し、例えば、渦電流式ギャップセンサ又はＣＣＤレーザセンサを適用する。
このように各種センサが設置されるとき、温度センサ５１，５２で計測された軸受支持台７２，７４それぞれの温度が軸ずれ演算部１０１に与えられると、軸受支持台７２，７４それぞれの伸び量（すなわち温度による変位量）が求められる。即ち、温度センサ５１によって軸受支持台７２の温度Ｔｉ１が計測されるとともに、温度センサ５２によって軸受支持台７４の温度Ｔｉ２が計測されると、（１）式より軸受支持台７２の伸び量Δｈｉ１が求められるとともに、（２）式より軸受支持台７４の伸び量Δｈｉ２が求められる。尚、ｈ０が軸受支持台７２，７４の高さを、τが線膨張係数を、Ｔｏ１が軸受支持台７２設置時の温度（オフセット温度）を、Ｔｏ２が軸受支持台７４設置時の温度（オフセット温度）を、それぞれ表す。
Δｈｉ１＝ｈ０×τ×（Ｔｉ１−Ｔｏ１） …（１）
Δｈｉ２＝ｈ０×τ×（Ｔｉ２−Ｔｏ２） …（２）
このように、軸ずれ演算部１０１によって温度センサ５１での計測値に基づいて演算することで、図３（ａ）に示すように、軸３ａを支持する軸受支持台７２の高さがΔｈｉ１だけ伸びたことが確認される。又、軸ずれ演算部１０１によって温度センサ５２での計測値に基づいて演算することで、図３（ａ）に示すように、軸５ａを支持する軸受支持台７４の高さがΔｈｉ２だけ伸びたことが確認される。尚、図３は、軸３ａ，５ａの軸ずれ状態を示すための模式図である。
又、軸受７１，７３に設置される径方向ギャップ計測センサ５３，５４は、図４のように、軸受７１，７３が備える軸受支持環７１ａ，７３ａの周方向の４点Ａ〜Ｄに設けられる。このとき、軸受支持環７１ａ，７３ａの中心Ｏと４点Ａ〜Ｄそれぞれとを結ぶ直線が、軸受支持環７１ａ，７３ａの中心Ｏを通る水平面Ｘに対して４５°となるとともに、点Ａ，Ｃ及び点Ｂ，Ｄそれぞれが対角線上にある。即ち、点Ａ，Ｃを結ぶ直線と点Ｂ，Ｄを結ぶ直線が垂直な関係となるとともに、水平面Ｘに対して４５°となる。このように径方向ギャップ計測センサ５３，５４が、軸受支持環７１ａ，７３ａの４点Ａ〜Ｄに設置され、軸３ａ，５ａの４方向のギャップ変化を計測する。
このとき、軸受支持環７１ａ，７３ａの点Ａ〜Ｄそれぞれの径方向ギャップ計測センサ５３，５４で計測された軸３ａ，５ａの側壁との距離（ギャップ）が軸ずれ演算部１０１に与えられると、軸３ａ，５ａの軸心位置の変位量（垂直方向変位量）が求められる。即ち、軸受支持環７１ａの点Ａ〜Ｄそれぞれの径方向ギャップ計測センサ５３で軸３ａの側壁とのギャップＧＡ１〜ＧＤ１が計測されるとともに、軸受支持環７３ａの点Ａ〜Ｄそれぞれの径方向ギャップ計測センサ５４で軸５ａの側壁とのギャップＧＡ２〜ＧＤ２が計測されると、（３）式より軸３ａの軸心位置の変位量Δｄ１が求められるとともに、（４）式より軸５ａの軸心位置の変位量Δｄ２が求められる。尚、変位量Δｄ１，ｄ２は水平面Ｘに対して垂直な方向の変位量である。
Δｄ１＝（（ＧＣ１−ＧＡ１）＋（ＧＢ１−ＧＤ１））／（２×２1/2） …（３）
Δｄ２＝（（ＧＣ２−ＧＡ２）＋（ＧＢ２−ＧＤ２））／（２×２1/2） …（４）
このように、軸ずれ演算部１０１によって径方向ギャップ計測センサ５３での計測値に基づいて演算することで、図３（ｂ）に示すように、軸受７１における軸３ａの軸心のずれがΔｄ１だけずれていることが確認される。又、軸ずれ演算部１０１によって径方向ギャップ計測センサ５４での計測値に基づいて演算することで、図３（ｂ）に示すように、軸受７３における軸５ａの軸心のずれがΔｄ２だけずれていることが確認される。
更に、図２のように、軸方向ギャップ計測センサ５５ｕ，５６ｕがそれぞれ、フランジ３ｃ，５ｃの軸３ａ，５ａよりも上側の点ｕとの距離（ギャップ）を測定するように、フランジ３ｃ，５ｃの点ｕ近傍に設置され、又、軸方向ギャップ計測センサ５５ｄ，５６ｄがそれぞれ、フランジ３ｃ，５ｃの軸３ａ，５ａよりも下側の点ｄとのギャップを測定するように、フランジ３ｃ，５ｃの点ｄ近傍に設置される。そして、フランジ３ｃの点ｕ，ｄに対して設置された軸方向ギャップ計測センサ５５ｕ，５５ｄで計測されたギャップの変化量（すなわち計測された距離の変化量）と、フランジ５ｃの点ｕ，ｄに対して設置されたギャップ計測センサ５６ｕ，５６ｄで計測されたギャップの変化量とがそれぞれ軸ずれ演算部１０１に与えられると、軸３ａ，５ａの軸の傾きによる軸ずれ量（すなわち軸心変位量）が求められる。
即ち、軸方向ギャップ計測センサ５５ｕでフランジ３ｃの上側の点ｕとの距離（ギャップ）の変化量Ｇｕ１が、軸方向ギャップ計測センサ５５ｄでフランジ３ｃの下側の点ｄとのギャップの変化量Ｇｄ１が、軸方向ギャップ計測センサ５６ｕでフランジ５ｃの上側の点ｕとのギャップの変化量Ｇｕ２が、軸方向ギャップ計測センサ５６ｄでフランジ５ｃの下側の点ｄとのギャップの変化量Ｇｄ２が、それぞれ計測されると、（５）式より軸３ａの傾きによる軸ずれ量ΔＳ１が求められるとともに、（６）式より軸５ａの傾きによる軸ずれ量ΔＳ２が求められる。尚、ｄｓ１が軸方向ギャップ計測センサ５５ｕ，５５ｄの設置位置間距離を、ｄｓ２が軸方向ギャップ計測センサ５６ｕ，５６ｄの設置位置間距離を、それぞれ表す。又、ギャップの変化量Ｇｕ１，Ｇｄ１，Ｇｕ２，Ｇｄ２はそれぞれ、軸３ａ，５ａの傾きのない設置時の値が０となる。
ΔＳ１＝（Ｇｕ１−Ｇｄ１）／ｄｓ１ …（５）
ΔＳ２＝（Ｇｕ２−Ｇｄ２）／ｄｓ２ …（６）
このとき、図３（ｃ）に示すように、軸ずれ演算部１０１によって軸方向ギャップ計測センサ５５ｕ，５５ｄでの計測値Ｇｕ１，Ｇｄ１に基づいて演算することで、軸３ａの傾きΔθ１による軸ずれ量ΔＳ１（＝ｔａｎΔθ１）が確認される。又、図３（ｃ）に示すように、軸ずれ演算部１０１によって軸方向ギャップ計測センサ５６ｕ，５６ｄでの計測値Ｇｕ２，Ｇｄ２に基づいて演算することで、軸５ａの傾きΔθ２による軸ずれ量ΔＳ２（＝ｔａｎΔθ２）が確認される。
このようにして、軸ずれ演算部１０１において、軸受支持台７２，７４の伸び量Δｈｉ１，Δｈｉ２、軸３ａ，５ａの軸心位置の変位量Δｄ１，Δｄ２、及び、軸３ａ，５ａの傾きによる軸ずれ量ΔＳ１，ΔＳ２がそれぞれ求められると、（７）式より、図３（ｃ）に示す軸３ａ，５ａの軸ずれ量ｄｏが求められる。尚、ｄcが設置時の軸３ａ，５ａの軸ずれ量を、Ｌ１がクラッチ７の嵌合部７０と軸受支持台７２の中心との距離を、Ｌ２がクラッチ７の嵌合部７０と軸受支持台７４の中心との距離を、それぞれ表す。
ｄｏ＝ｄc＋（Δｈｉ１＋Δｄ１）＋ΔＳ１×Ｌ１
−（Δｈｉ２＋Δｄ２）＋ΔＳ２×Ｌ２ …（７）
２．制御装置におけるプラント起動制御部分の構成
次に、上述のように軸３ａ，５ａの軸ずれを測定する軸ずれ測定装置を備える一軸コンバインドプラントにおける制御装置１０の構成の一部について、以下に説明する。図５は、制御装置１０の構成の一部を示すブロック図である。
図５に示すように、制御装置１０は、軸３ａ，５ａの軸ずれ量ｄｏを求める軸ずれ演算部１０１と、軸ずれ演算部１０１で求められた軸ずれ量ｄｏ及び蒸気タービン５のロータメタル温度に基づいて起動時の動作モードを設定する起動時モード設定部１０２と、起動時モード設定部１０２で設定された動作モードに応じて蒸気タービン５の回転速度の昇速率を設定する昇速率設定部１０３と、起動時モード設定部１０２で設定された動作モードに応じて蒸気タービン５を安全な回転速度に保持して回転させるヒートソーク時間を設定するヒートソーク時間設定部１０４と、を備える。
又、起動時モード設定部１０２は、図６に示すように、軸ずれ演算部１０１で求められた軸ずれ量ｄｏを閾値ｄｔｈと比較する比較器１１１と、蒸気タービン５へのＨＲＳＧ４からの蒸気供給が開始されたときにパルス信号を発生するパルス発生回路１１２と、比較器１１１からの信号とパルス発生回路１１２からのパルス信号が入力されるＡＮＤ回路Ａ１と、比較器１１１からの信号を反転するインバータＩｎ１と、インバータＩｎ１からの信号とパルス発生回路１１２からのパルス信号が入力されるＡＮＤ回路Ａ２と、クラッチ７が正常に嵌合されたか否かを示す信号などが入力されるＯＲ回路Ｏ１と、ＡＮＤ回路Ａ１からの信号によってハイを出力するとともにＯＲ回路Ｏ１からの信号によってローを出力するＲＳ回路１１３と、ＡＮＤ回路Ａ２からの信号によってハイを出力するとともにＯＲ回路Ｏ１からの信号によってローを出力するＲＳ回路１１４と、蒸気タービン５の初段入口メタル温度であるロータメタル温度に関する温度情報が与えられ閾値ｔ１，ｔ２（ｔ２＞ｔ１）と比較する比較器１１５，１１６と、比較器１１６の信号を反転するインバータＩｎ２と、比較器１１５からの信号とインバータＩｎ２からの信号が入力されるＡＮＤ回路Ａ３と、蒸気タービン５が定格回転速度付近の所定の回転速度となったことを確認する回転速度確認部１１７と、比較器１１１及び回転速度確認部１１７それぞれからの信号が入力されるＡＮＤ回路Ａ４と、ＡＮＤ回路Ａ４からの信号によってハイを出力するとともにＯＲ回路Ｏ１からの信号によってローを出力するＲＳ回路１１８と、を備える。
このように起動時モード設定部１０２が設定されるとき、軸ずれ量ｄｏが閾値ｄｔｈより大きい場合、比較器１１１よりハイとなる信号が出力される。そして、蒸気タービン５へのＨＲＳＧ４からの蒸気供給が開始されて蒸気タービン５を起動することが確認されると、パルス発生回路１１２でパルス信号が発生されるため、ＡＮＤ回路Ａ１よりハイとなる信号がＲＳ回路１１３に与えられるとともに、ＡＮＤ回路Ａ２よりローとなる信号がＲＳ回路１１４に与えられる。よって、ＲＳ回路１１３からの信号がハイとなるとともに、ＲＳ回路１１４からの信号がローのままである。よって、クラッチ７における軸３ａ，５ａの軸ずれ量の大きい軸ずれ量大モードであることを表す信号Ｍ１がＲＳ回路１１３より出力される。
又、軸ずれ量ｄｏが閾値ｄｔｈ以下である場合、比較器１１１よりローとなる信号が出力される。そして、蒸気タービン５へのＨＲＳＧ４からの蒸気供給が開始されて蒸気タービン５を起動することが確認されると、パルス発生回路１１２でパルス信号が発生されるため、ＡＮＤ回路Ａ１よりローとなる信号がＲＳ回路１１３に与えられるとともに、ＡＮＤ回路Ａ２よりハイとなる信号がＲＳ回路１１４に与えられる。よって、ＲＳ回路１１３からの信号がローのままであるとともに、ＲＳ回路１１４からの信号がハイとなる。よって、クラッチ７における軸３ａ，５ａの軸ずれ量の小さい軸ずれ量小モードであることを表す信号Ｍ２がＲＳ回路１１４より出力される。この軸ずれ量小モードを表す信号Ｍ２が与えられたとき、制御装置１０において、クラッチ７での嵌合動作が安定して行えることが確認され、通常の起動動作が行われる。
又、蒸気タービン５のロータメタル温度が閾値ｔ１以下のとき、比較器１１５，１１６からローとなる信号が出力され、結果的に、比較器１１６及びＡＮＤ回路Ａ３からローとなる信号が出力され、コールドモードであることが示される。又、蒸気タービン５のロータメタル温度が閾値ｔ１より高く閾値ｔ２以下となるとき、比較器１１５からハイとなる信号が出力されるとともに１１６からローとなる信号が出力され、結果的に、比較器１１６からローとなる信号が出力されるとともにＡＮＤ回路Ａ３からハイとなる信号が出力され、ウォームモードであることが示される。又、蒸気タービン５のロータメタル温度が閾値ｔ２より高くなるとき、比較器１１５，１１６からハイとなる信号が出力され、結果的に、比較器１１６からハイとなる信号が出力されるとともにＡＮＤ回路Ａ３からローとなる信号が出力され、ホットモードであることが示される。
更に、蒸気タービン５の回転速度が定格回転速度よりも所定値分低い回転速度に達したことが確認されると、回転速度確認部１１７よりハイとなる信号が出力される。このとき、軸ずれ量ｄｏが閾値ｄｔｈ以下である場合、比較器１１１よりローとなる信号が出力されて、ＡＮＤ回路Ａ４よりローとなる信号がＲＳ回路１１８に与えられ、ＲＳ回路１１８からの出力がローとなる。又、軸ずれ量ｄｏが閾値ｄｔｈより大きい場合、比較器１１１よりハイとなる信号が出力されて、ＡＮＤ回路Ａ４よりハイとなる信号がＲＳ回路１１８に与えられ、ＲＳ回路１１８からの出力がハイとなり、クラッチ７での嵌合動作が禁止される。又、クラッチ７での嵌合動作が正常に行われたことを示す信号がＯＲ回路Ｏ１に与えられると、ＯＲ回路Ｏ１よりハイとなる信号がＲＳ回路１１３，１１４，１１８に与えられて、ＲＳ回路１１３，１１４，１１８の信号がローとなる。
又、昇速率設定部１０３は、図７に示すように、昇速率Ｒ１〜Ｒ１４［ｒｐｍ／ｍｉｎ］となる信号をそれぞれ出力する信号発生器ＳＧ１〜ＳＧ１４と、信号発生器ＳＧ１，ＳＧ２それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ１と、セレクタＳ１及び信号発生器ＳＧ３それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ２と、信号発生器ＳＧ４，ＳＧ５それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ３と、セレクタＳ３及び信号発生器ＳＧ６それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ４と、信号発生器ＳＧ７，ＳＧ８それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ５と、セレクタＳ５及び信号発生器ＳＧ９それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ６と、信号発生器ＳＧ１０，ＳＧ１１それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ７と、セレクタＳ７及び信号発生器ＳＧ１２それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ８と、セレクタＳ２及び信号発生器ＳＧ１３それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ９と、セレクタＳ４，Ｓ９それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ１０と、セレクタＳ６及び信号発生器ＳＧ１４それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ１１と、セレクタＳ８，Ｓ１１それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ１２と、セレクタＳ１０，Ｓ１２それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ１３と、信号Ｍ１，Ｍ２が入力されるＯＲ回路Ｏ１１と、ＯＲ回路Ｏ１１からの出力により制御されるスイッチＳＷ１と、蒸気タービン５の目標回転速度がＲａ以上であるとき信号Ｍ５を出力する比較器１２１と、蒸気タービン５の目標回転速度がＲｂ以上であるとき信号Ｍ６を出力する比較器１２２と、を備える。
このとき、ＡＮＤ回路Ａ３からの信号Ｍ３がセレクタＳ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７に入力され、信号Ｍ３がローのとき、セレクタＳ１が信号発生器ＳＧ１の信号を、セレクタＳ３が信号発生器ＳＧ４の信号を、セレクタＳ５が信号発生器ＳＧ７の信号を、セレクタＳ７が信号発生器ＳＧ１０の信号を、それぞれ選択し、又、信号Ｍ３がハイのとき、セレクタＳ１が信号発生器ＳＧ２の信号を、セレクタＳ３が信号発生器ＳＧ５の信号を、セレクタＳ５が信号発生器ＳＧ８の信号を、セレクタＳ７が信号発生器ＳＧ１１の信号を、それぞれ選択する。又、比較器１１６からの信号Ｍ４がセレクタＳ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８に入力され、信号Ｍ４がローのとき、セレクタＳ２がセレクタＳ１の信号を、セレクタＳ４がセレクタＳ３の信号を、セレクタＳ６がセレクタＳ５の信号を、セレクタＳ８がセレクタＳ７の信号を、それぞれ選択し、又、信号Ｍ３がハイのとき、セレクタＳ２が信号発生器ＳＧ３の信号を、セレクタＳ４が信号発生器ＳＧ６の信号を、セレクタＳ６が信号発生器ＳＧ９の信号を、セレクタＳ８が信号発生器ＳＧ１２の信号を、それぞれ選択する。
又、蒸気タービン５の目標回転速度がＲａ以上であることを示す信号Ｍ５が比較器１２１からセレクタＳ９，Ｓ１１に入力され、信号Ｍ５がローのとき、セレクタＳ９が信号発生器ＳＧ１３の信号を、セレクタＳ１１が信号発生器ＳＧ１４の信号を、それぞれ選択し、又、信号Ｍ５がハイのとき、セレクタＳ９がセレクタＳ２の信号を、セレクタＳ１１がセレクタＳ６の信号を、それぞれ選択する。又、蒸気タービン５の目標回転速度がＲｂ以上であることを示す信号Ｍ６が比較器１２２からセレクタＳ１０，Ｓ１２に入力され、信号Ｍ６がローのとき、セレクタＳ１０がセレクタＳ９の信号を、セレクタＳ１２がセレクタＳ１１の信号を、それぞれ選択し、又、信号Ｍ６がハイのとき、セレクタＳ１０がセレクタＳ４の信号を、セレクタＳ１２がセレクタＳ８の信号を、それぞれ選択する。又、ＲＳ回路１１３からの信号Ｍ１がセレクタ１３に入力され、信号Ｍ１がローのとき、セレクタＳ１３がセレクタ１０の信号を、選択し、又、信号Ｍ１がハイのとき、セレクタＳ１３がセレクタＳ１２の信号を選択する。
更に、ＲＳ回路１１３，１１４から信号Ｍ１，Ｍ２がＯＲ回路Ｏ１１に入力されるため、信号Ｍ１，Ｍ２のいずれかがハイとなったとき、ＯＲ回路Ｏ１１からの信号がハイとなってスイッチＳＷ１をＯＮとし、セレクタＳ１３で選択された信号が蒸気タービン５の昇速率の値を設定する信号として出力される。又、信号Ｍ１，Ｍ２がともにローとなったとき、ＯＲ回路Ｏ１１からの信号がローとなってスイッチＳＷ１をＯＦＦとし、セレクタＳ１３で選択された信号の出力が禁止される。このように昇速率設定部１０３が構成されるとき、各種モードにおける動作が以下のようになる。
（１）軸ずれ量小モード
ａ．目標回転速度がＲａより低いとき
信号Ｍ２がハイとなるとともに、信号Ｍ１，Ｍ３〜Ｍ６がローとなるため、セレクタＳ９，Ｓ１０，Ｓ１３によって、信号発生器ＳＧ１３の昇速率Ｒ１３が選択され、スイッチＳＷ１を介して出力される。
ｂ．目標回転速度がＲａ以上且つＲｂより低いとき
ｂ−１．コールドモード
信号Ｍ２，Ｍ５がハイとなるとともに、信号Ｍ１，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ６がローとなるため、セレクタＳ１，Ｓ２，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１３によって、信号発生器ＳＧ１の昇速率Ｒ１が選択され、スイッチＳＷ１を介して出力される。
ｂ−２．ウォームモード
信号Ｍ２，Ｍ３，Ｍ５がハイとなるとともに、信号Ｍ１，Ｍ４，Ｍ６がローとなるため、セレクタＳ１，Ｓ２，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１３によって、信号発生器ＳＧ２の昇速率Ｒ２が選択され、スイッチＳＷ１を介して出力される。
ｂ−３．ホットモード
信号Ｍ２，Ｍ４，Ｍ５がハイとなるとともに、信号Ｍ１，Ｍ３，Ｍ６がローとなるため、セレクタＳ２，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１３によって、信号発生器ＳＧ３の昇速率Ｒ３が選択され、スイッチＳＷ１を介して出力される。
ｃ．目標回転速度がＲｂ以上のとき
ｃ−１．コールドモード
信号Ｍ２，Ｍ５，Ｍ６がハイとなるとともに、信号Ｍ１，Ｍ３，Ｍ４がローとなるため、セレクタＳ３，Ｓ４，Ｓ１０，Ｓ１３によって、信号発生器ＳＧ４の昇速率Ｒ４が選択され、スイッチＳＷ１を介して出力される。
ｃ−２．ウォームモード
信号Ｍ２，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ６がハイとなるとともに、信号Ｍ１，Ｍ４がローとなるため、セレクタＳ３，Ｓ４，Ｓ１０，Ｓ１３によって、信号発生器ＳＧ５の昇速率Ｒ５が選択され、スイッチＳＷ１を介して出力される。
ｃ−３．ホットモード
信号Ｍ２，Ｍ４〜Ｍ６がハイとなるとともに、信号Ｍ１，Ｍ３がローとなるため、セレクタＳ４，Ｓ１０，Ｓ１３によって、信号発生器ＳＧ６の昇速率Ｒ６が選択され、スイッチＳＷ１を介して出力される。
（２）軸ずれ量大モード
ａ．目標回転速度がＲａより低いとき
信号Ｍ１がハイとなるとともに、信号Ｍ２〜Ｍ６がローとなるため、セレクタＳ１１〜Ｓ１３によって、信号発生器ＳＧ１４の昇速率Ｒ１４が選択され、スイッチＳＷ１を介して出力される。
ｂ．目標回転速度がＲａ以上且つＲｂより低いとき
ｂ−１．コールドモード
信号Ｍ１，Ｍ５がハイとなるとともに、信号Ｍ２〜Ｍ４，Ｍ６がローとなるため、セレクタＳ５，Ｓ６，Ｓ１１〜Ｓ１３によって、信号発生器ＳＧ７の昇速率Ｒ７が選択され、スイッチＳＷ１を介して出力される。
ｂ−２．ウォームモード
信号Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５がハイとなるとともに、信号Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６がローとなるため、セレクタＳ５，Ｓ６，Ｓ１１〜Ｓ１３によって、信号発生器ＳＧ８の昇速率Ｒ８が選択され、スイッチＳＷ１を介して出力される。
ｂ−３．ホットモード
信号Ｍ１，Ｍ４，Ｍ５がハイとなるとともに、信号Ｍ２，Ｍ３，Ｍ６がローとなるため、セレクタＳ６，Ｓ１１〜Ｓ１３によって、信号発生器ＳＧ９の昇速率Ｒ９が選択され、スイッチＳＷ１を介して出力される。
ｃ．目標回転速度がＲｂ以上のとき
ｃ−１．コールドモード
信号Ｍ１，Ｍ５，Ｍ６がハイとなるとともに、信号Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４がローとなるため、セレクタＳ７，Ｓ８，Ｓ１２，Ｓ１３によって、信号発生器ＳＧ１０の昇速率Ｒ１０が選択され、スイッチＳＷ１を介して出力される。
ｃ−２．ウォームモード
信号Ｍ１，Ｍ３，Ｍ５，Ｍ６がハイとなるとともに、信号Ｍ２，Ｍ４がローとなるため、セレクタＳ７，Ｓ８，Ｓ１２，Ｓ１３によって、信号発生器ＳＧ１１の昇速率Ｒ１１が選択され、スイッチＳＷ１を介して出力される。
ｃ−３．ホットモード
信号Ｍ１，Ｍ４〜Ｍ６がハイとなるとともに、信号Ｍ２，Ｍ３がローとなるため、セレクタＳ８，Ｓ１２，Ｓ１３によって、信号発生器ＳＧ１２の昇速率Ｒ１２が選択され、スイッチＳＷ１を介して出力される。
このとき、昇速率Ｒ１〜Ｒ３の関係をＲ１≦Ｒ２≦Ｒ３とし、昇速率Ｒ４〜Ｒ６の関係をＲ４≦Ｒ５≦Ｒ６とし、昇速率Ｒ７〜Ｒ９の関係をＲ７≦Ｒ８≦Ｒ９とし、昇速率Ｒ１０〜Ｒ１２の関係をＲ１０≦Ｒ１１≦Ｒ１２とすることによって、蒸気タービン５のロータメタル温度が低いコールドモードにおいては昇速率を小さい値とするとともに、蒸気タービン５のロータメタル温度が高いコールドモードにおいては昇速率を大きい値とする。このようにすることで、クラッチ７において嵌合するように蒸気タービン５が定格回転速度となったときに、蒸気タービン５のロータメタル温度が十分高くなるようにすることができる。
又、昇速率Ｒ１，Ｒ７の関係をＲ１≧Ｒ７とし、昇速率Ｒ４，Ｒ１０の関係をＲ４≧Ｒ１０とすることによって、軸３ａ，５ａの軸ずれが所定範囲となる軸ずれ小モードにおいては昇速率を大きい値とするとともに、軸３ａ，５ａの軸ずれが所定範囲より大きくなる軸ずれ大モードにおいては昇速率を小さい値とする。このようにすることで、蒸気タービン５起動時の軸ずれが大きいときは、蒸気タービン５の回転速度を徐々に昇速させて軸受７３からの排油温度を高くして、高温の排油を軸受支持台７４に流すことで、軸受支持台７４の伸び量を変化させ、軸３ａ，５ａの軸ずれを小さくすることができる。又、蒸気タービン５起動時の軸ずれが小さいときは、蒸気タービン５の回転速度を早く昇速させて、早いタイミングでクラッチ７を嵌合して発電機６からの発電出力が早く得られるようにする。
又、ヒートソーク時間設定部１０４は、図８に示すように、ヒートソーク時間Ｔ１〜Ｔ６となる信号をそれぞれ出力する信号発生器ＳＧ２１〜ＳＧ２６と、信号発生器ＳＧ２１，ＳＧ２２それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ２１と、セレクタＳ２１及び信号発生器ＳＧ２３それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ２２と、信号発生器ＳＧ２４，ＳＧ２５それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ２３と、セレクタＳ２３及び信号発生器ＳＧ２６それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ２４と、セレクタＳ２２，Ｓ２４それぞれからの信号から１つの信号を選択するセレクタＳ２５と、信号Ｍ１，Ｍ２が入力されるＯＲ回路Ｏ２１と、ＯＲ回路Ｏ２１からの出力により制御されるスイッチＳＷ２と、を備える。
このとき、ＡＮＤ回路Ａ３からの信号Ｍ３がセレクタＳ２１，Ｓ２３に入力され、信号Ｍ３がローのとき、セレクタＳ２１が信号発生器ＳＧ２１の信号を、セレクタＳ２３が信号発生器ＳＧ２４の信号を、それぞれ選択し、又、信号Ｍ３がハイのとき、セレクタＳ２１が信号発生器ＳＧ２２の信号を、セレクタＳ２３が信号発生器ＳＧ２５の信号を、それぞれ選択する。又、比較器１１６からの信号Ｍ４がセレクタＳ２２，Ｓ２４に入力され、信号Ｍ４がローのとき、セレクタＳ２２がセレクタＳ２１の信号を、セレクタＳ２４がセレクタＳ２３の信号を、それぞれ選択し、又、信号Ｍ４がハイのとき、セレクタＳ２２が信号発生器ＳＧ２３の信号を、セレクタＳ２４が信号発生器ＳＧ２６の信号を、それぞれ選択する。
又、ＲＳ回路１１３からの信号Ｍ１がセレクタ２５に入力され、信号Ｍ１がローのとき、セレクタＳ２５がセレクタ２２の信号を、選択し、又、信号Ｍ１がハイのとき、セレクタＳ２５がセレクタＳ２４の信号を選択する。更に、ＲＳ回路１１３，１１４から信号Ｍ１，Ｍ２がＯＲ回路Ｏ２１に入力されるため、信号Ｍ１，Ｍ２のいずれかがハイとなったとき、ＯＲ回路Ｏ２１からの信号がハイとなってスイッチＳＷ２をＯＮとし、セレクタＳ２５で選択された信号が蒸気タービン５の昇速率の値を設定する信号として出力される。又、信号Ｍ１，Ｍ２がともにローとなったとき、ＯＲ回路Ｏ２１からの信号がローとなってスイッチＳＷ２をＯＦＦとし、セレクタＳ２５で選択された信号の出力が禁止される。
（１）軸ずれ量小モード
ａ．コールドモード
信号Ｍ２がハイとなるとともに、信号Ｍ１，Ｍ３，Ｍ４がローとなるため、セレクタＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２５によって、信号発生器ＳＧ２１のヒートソーク時間Ｔ１が選択され、スイッチＳＷ２を介して出力される。
ｂ．ウォームモード
信号Ｍ２，Ｍ３がハイとなるとともに、信号Ｍ１，Ｍ４がローとなるため、セレクタＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２５によって、信号発生器ＳＧ２２のヒートソーク時間Ｔ２が選択され、スイッチＳＷ２を介して出力される。
ｃ．ホットモード
信号Ｍ２，Ｍ４がハイとなるとともに、信号Ｍ１，Ｍ３がローとなるため、セレクタＳ２２，Ｓ２５によって、信号発生器ＳＧ２３のヒートソーク時間Ｔ３が選択され、スイッチＳＷ２を介して出力される。
（２）軸ずれ量大モード
ａ．コールドモード
信号Ｍ１がハイとなるとともに、信号Ｍ２〜Ｍ４がローとなるため、セレクタＳ２３，Ｓ２４，Ｓ２５によって、信号発生器ＳＧ２４のヒートソーク時間Ｔ４が選択され、スイッチＳＷ２を介して出力される。
ｂ．ウォームモード
信号Ｍ１，Ｍ３がハイとなるとともに、信号Ｍ２，Ｍ４がローとなるため、セレクタＳ２３，Ｓ２４，Ｓ２５によって、信号発生器ＳＧ２５のヒートソーク時間Ｔ５が選択され、スイッチＳＷ２を介して出力される。
ｃ．ホットモード
信号Ｍ１，Ｍ４がハイとなるとともに、信号Ｍ２，Ｍ３がローとなるため、セレクタＳ２４，Ｓ２５によって、信号発生器ＳＧ２６のヒートソーク時間Ｔ６が選択され、スイッチＳＷ２を介して出力される。
このとき、ヒートソーク時間Ｔ１〜Ｔ３の関係をＴ１≧Ｔ２≧Ｔ３とし、ヒートソーク時間Ｔ４〜Ｔ６の関係をＴ４≧Ｔ５≧Ｔ６とすることによって、蒸気タービン５のロータメタル温度が低いコールドモードにおいてはヒートソーク時間を大きい値とするとともに、蒸気タービン５のロータメタル温度が高いホットモードにおいてはヒートソーク時間Ｔを小さい値とする。このようにすることで、蒸気タービン５のロータメタル温度が低いときはヒートソーク時間を長くするとともに、蒸気タービン５のロータメタル温度が高いときはヒートソーク時間を短くして、ヒートソーク時間終了後において、蒸気タービン５のロータメタル温度が十分高くなるようにすることができる。
又、ヒートソーク時間Ｔ１，Ｔ４の関係をＴ１≦Ｔ４とすることによって、軸３ａ，５ａの軸ずれが所定範囲となる軸ずれ小モードにおいてはヒートソーク時間を小さい値とするとともに、軸３ａ，５ａの軸ずれが所定範囲より大きくなる軸ずれ大モードにおいてはヒートソーク時間を大きい値とする。このようにすることで、蒸気タービン５起動時の軸ずれが大きいときは、ヒートソーク時間を長くして蒸気タービン５が定格回転速度となるまでの時間を長くし、軸受７３からの排油温度を高くして、高温の排油を軸受支持台７４に流すことで、軸受支持台７４の伸び量を変化させ、軸３ａ，５ａの軸ずれを小さくすることができる。又、蒸気タービン５起動時の軸ずれが小さいときは、ヒートソーク時間を短くして蒸気タービン５が定格回転速度となるまでの時間を短くし、早いタイミングでクラッチ７を嵌合して発電機６からの発電出力が早く得られるようにする。
３．プラント起動動作
次に、図１に示す一軸コンバインドプラントの起動時の動作について、以下に説明する。図９は、一軸コンバインドプラントの起動時におけるプラント全体及びガスタービン３及び蒸気タービン５それぞれの負荷の値の変遷を表すタイミングチャートである。尚、図９において、実線がプラント全体の負荷を、一点鎖線がガスタービン３の負荷を、点線が蒸気タービン５の負荷を、それぞれ表す。
まず、発電機６をサイリスタとして駆動し、ガスタービン３を回転させる。そして、時刻ｔａにおいて、燃焼器２に燃料が供給されるとともに圧縮機１で圧縮された空気が供給されて燃焼ガスが生成され、この燃焼ガスがガスタービン３に供給される。このようにして、ガスタービン３が燃焼ガスによって回転されると、発電機６が発電機として動作し、その負荷（プラント全体の負荷）がガスタービン３の負荷と等しい値となる。その後、燃料制御弁２ｂによって燃焼器２への燃料流量を調整するとともにＩＧＢ１ａによって圧縮機１への空気流量を調整して、ガスタービン３及び発電機６の負荷を上昇させる。
そして、時刻ｔｂにおいて、ＨＲＳＧ４から蒸気タービン５を駆動させるのに十分な蒸気が発生すると、蒸気タービン５へ蒸気を供給し駆動開始させる。このとき、クラッチ７によって軸３ａ，５ａが切り離された状態であるため、蒸気タービン５による回転が発電機６に伝えられない。よって、蒸気タービン５による負荷は現れない。このように蒸気タービン５の回転を開始すると、制御装置１０では、上述したように、蒸気タービン５のロータメタル温度及び軸３ａ，５ａの軸ずれ量及び蒸気タービン５の目標回転速度を確認する。そして、確認した蒸気タービン５のロータメタル温度及び軸３ａ，５ａの軸ずれ量及び蒸気タービン５の目標回転速度に応じた昇速率とヒートソーク時間とを設定する。
このように蒸気タービン５の昇速率とヒートソーク時間が設定されると、図１０のように、まず、蒸気加減弁５ｂで蒸気タービン５へ供給する蒸気流量を調整して、ヒートソークさせるための所定回転速度Ｒｘまで、設定された昇速率で回転速度を昇速させる。そして、蒸気タービン５の回転速度が所定回転速度Ｒｘに達すると、この所定回転速度Ｒｘで設定されたヒートソーク時間の間回転させる。その後、再び、設定された昇速率で蒸気タービン５の回転速度を昇速させる。そして、蒸気タービン５の回転速度がガスタービン３の回転速度（上述の定格回転速度）Ｒｙに近づくと、クラッチ７が嵌合することで、軸３ａ，５ａが結合される。尚、このとき、制御装置１０において軸３ａ，５ａの軸ずれ量が大きいと判断したとき、クラッチ７による嵌合動作が禁止される。
このように動作するとき、図９に示すように、時刻ｔｃにおいて、蒸気タービン５の回転速度がガスタービン３の回転速度に近づいて、クラッチ７により軸３ａ，５ａが結合され、蒸気タービン５による回転も軸３ａ，５ａにより発電機６に伝達される。又、ガスタービン３は、蒸気タービン５が結合される時刻ｔｃ付近では、一定の負荷が出力されるように、その回転速度も一定とされる。よって、時刻ｔｄまで、蒸気タービン５の負荷に応じて発電機６の負荷が大きくなる。そして、時刻ｔｄとなると、ガスタービン３及び蒸気タービン５両方の負荷を上昇させるようにＩＧＶ１ａ及び燃料制御弁２ｂ及び蒸気加減弁５ｂの開度を調節する。このようにして、発電機６の負荷が目標負荷となるように、発電機６の負荷を設定された変化率で上昇させる。
尚、本実施形態において、制御装置１０の起動時モード設定部１０２において、軸３ａ，５ａの軸ずれ量に対して軸ずれ小モードと軸ずれ大モードの２つの動作状態が設定されるものとしたが、閾値２つ以上とし、その動作状態を３つ以上設定されるものとしても構わない。又、制御装置１０を図５〜図８のようなブロックで構成されるものとしたが、このような構成に限らず、軸ずれ量が大きくなると昇速率を小さくするとともにヒートソーク時間を長く設定し、又、軸ずれ量が小さくなると昇速率を大きくするとともにヒートソーク時間を短く設定するようなソフトウェアを備えた装置としても構わない。このとき、更に、本実施形態で示したように、軸３ａ，５ａの軸ずれ量による各動作状態とともに蒸気タービン５のロータメタル温度に基づいて昇速率及びヒートソーク時間を設定するソフトウェアを、制御装置１０が備えるものとしても構わない。
は、本発明の一軸コンバインドプラントの構成を示すブロック図である。 は、軸ずれ測定装置を構成する各種センサの設置位置を示す図である。 は、蒸気タービン及びガスタービンの軸ずれ状態を示すための模式図である。 は、軸受におけるギャップ計測センサの設置位置を示す図である。 は、図１の一軸コンバインドプラントに設けられる制御装置の内部構成を示すブロック図である。 は、図５の制御装置内の起動時モード設定部の内部構成を示すブロック図である。 は、図５の制御装置内の昇速率設定部の内部構成を示すブロック図である。 は、図５の制御装置内のヒートソーク時間設定部の内部構成を示すブロック図である。 は、一軸コンバインドプラントの起動時におけるプラント全体及びガスタービン及び蒸気タービンそれぞれの負荷の値の変遷を表すタイミングチャートである。 は、蒸気タービンの回転速度の変遷を表すタイミングチャートである。 は、従来の一軸コンバインドプラントの構成を示すブロック図である。
符号の説明
１ 圧縮機
２ 燃焼器
３ ガスタービン
４ ＨＲＳＧ
５ 蒸気タービン
６ 発電機
７ クラッチ
８ 復水器
９ 煙突
１０ 制御装置

Claims (1)

  1. 第１回転体〔３〕の第１軸〔３ａ〕が挿入される第１軸受〔７１〕の周方向の複数点に設けられた複数の第１径方向ギャップ計測センサ〔53A〜D〕と、
    第２回転体〔５〕の第２軸〔５ａ〕が挿入される第２軸受〔７３〕の周方向の複数点に設けられた複数の第２径方向ギャップ計測センサ〔54A〜D〕と、
    前記第１径方向ギャップ計測センサ〔53A〜D〕で測定された前記第１軸受の周方向の複数点から前記第１軸までの距離より前記第１軸受の中心からの前記第１軸の軸心のずれ〔Δｄ１〕を求めるとともに、前記第２径方向ギャップ計測センサ〔54A〜D〕で測定された前記第２軸受の周方向の複数点から前記第２軸までの距離より前記第２軸受の中心からの前記第２軸の軸心のずれ〔Δｄ２〕を求め、前記第１及び第２軸の軸心のずれに基づいて前記第１及び第２軸の偏心軸ずれ量〔Δｄ１−Δｄ２〕を求める軸ずれ演算部〔１０１〕と、
    を備え、
    前記第１径方向ギャップ計測センサ〔53A〜D〕が、前記第１軸受〔７１〕の軸方向に垂直な断面における水平面に対して垂直な直線に対して線対称となるとともに、前記第１軸受の中心に対して点対称となるように配置され、
    前記第２径方向ギャップ計測センサ〔54A〜D〕が、前記第２軸受〔７３〕の軸方向に垂直な断面における水平面に対して垂直な直線に対して線対称となるとともに、前記第２軸受の中心に対して点対称となるように配置され、
    点対称となる２つの前記第１径方向ギャップ計測センサ〔53A〜D〕毎に、測定された前記第１軸〔３ａ〕との距離の差を求めた後、当該点対称となる２つの前記第１径方向ギャップ計測センサ毎に求められた前記第１軸との距離の差の平均を、前記第１軸受の中心からの前記第１軸の軸心のずれ〔Δｄ１〕とし、
    点対称となる２つの前記第２径方向ギャップ計測センサ〔54A〜D〕毎に、測定された前記第２軸〔５ａ〕との距離の差を求めた後、当該点対称となる２つの前記第２径方向ギャップ計測センサ毎に求められた前記第２軸との距離の差の平均を、前記第２軸受の中心からの前記第２軸の軸心のずれ〔Δｄ２〕とし、
    当該第１及び第２軸それぞれの軸心のずれの差を、前記第１及び第２軸の偏心軸ずれ量〔Δｄ１−Δｄ２〕とし、
    更に、
    前記第１軸〔３ａ〕の上側の第１定点〔ｕ〕との距離を測定する第１軸方向ギャップ計測センサ〔５５ｕ〕と、
    前記第１定点と同一面において前記第１軸の下側となる第２定点〔ｄ〕との距離を測定する第２軸方向ギャップ計測センサ〔５５ｄ〕と、
    前記第２軸の上側の第３定点〔ｕ〕との距離を測定する第３軸方向ギャップ計測センサ〔５６ｕ〕と、
    前記第３定点と同一面において前記第２軸の下側となる第４定点〔ｄ〕との距離を測定する第４軸方向ギャップ計測センサ〔５６ｄ〕と、
    を備え、
    前記軸ずれ演算部において、前記第１及び第２軸方向ギャップ計測センサそれぞれで測定され前記第１及び第２定点との距離より前記第１軸の傾き〔ΔＳ１〕を求めるとともに、前記第３及び第４軸方向ギャップ計測センサそれぞれで測定された前記第３及び第４定点との距離より前記第２軸の傾き〔ΔＳ２〕を求め、前記第１及び第２軸の傾きに基づいて前記第１及び第２軸の傾き軸ずれ量〔ΔS1×L1＋ΔS2×L2〕を求め、
    前記第１及び第２軸方向ギャップ計測センサ〔５５ｕ、５５ｄ〕間の距離をｄ１とし、
    前記第１及び第２軸方向ギャップ計測センサにより測定された前記第１及び第２定点〔ｕ、ｄ〕それぞれへの距離をｄｕ１，ｄｄ１とし、
    前記第１軸が支持されている支持点から前記第１及び第２軸が結合される結合点までの距離をＤ１とし、
    前記第３及び第４軸方向ギャップ計測センサ〔５６ｕ、５６ｄ〕間の距離をｄ２とし、
    前記第３及び第４軸方向ギャップ計測センサにより測定された前記第３及び第４定点〔ｕ、ｄ〕それぞれへの距離をｄｕ２，ｄｄ２とし、
    前記第２軸が支持されている支持点から前記第１及び第２軸が結合される結合点までの距離をＤ２としたとき、
    Ｄ１×（ｄｕ１−ｄｄ１）／ｄ１＋Ｄ２×（ｄｕ２−ｄｄ２）／ｄ２となる値に基づいて、前記第１及び第２軸の傾き軸ずれ量〔ΔS1×L1＋ΔS2×L2〕を求め、
    更に、
    前記第１軸〔３ａ〕が挿入される第１軸受〔７１〕を支持する第１軸受支持台〔７２〕の温度を測定する第１温度センサ〔５１〕と、
    前記第２軸〔５ａ〕が挿入される第２軸受〔７３〕を支持する第２軸受支持台〔７４〕の温度を測定する第２温度センサ〔５２〕と、
    を備え、
    前記軸ずれ演算部〔１０１〕において、前記第１温度センサで測定された温度より前記第１軸受支持台の伸び量〔Δｈｉ１〕を求めるとともに、前記第２温度センサで測定された温度より前記第２軸受支持台の伸び量〔Δｈｉ２〕を求め、前記第１及び第２軸受支持台の伸び量に基づいて前記第１及び第２軸の支持台軸ずれ量〔Δｈｉ１−Δｈｉ２〕を求め、
    前記第１及び第２軸受支持台〔７２、７４〕の垂直変位量〔Δｈｉ１、Δｈｉ２〕の差を、前記第１及び第２軸〔３ａ、５ａ〕の総軸ずれ量〔ｄ ０ 〕の一部とし、
    前記第１及び第２軸の総軸ずれ量は、前記第１回転体となるガスタービンと、前記第２回転体となる蒸気タービンと、これらの結合及び切り離しを行うクラッチとを制御する制御部へ供給されており、該制御部により、
    起動時において、前記第１軸と前記第２軸とを前記クラッチで切り離した状態として、前記ガスタービンを起動させた後に前記蒸気タービンを起動させたとき、前記第１及び第２軸の軸ずれ量に基づいて、前記蒸気タービンのヒートソーク時間を設定し、
    前記第１及び第２軸の軸ずれ量が大きいほど、前記蒸気タービンのヒートソーク時間の値を長くすることを特徴とする軸ずれ測定装置。
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