JPH0217683B2 - - Google Patents

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JPH0217683B2
JPH0217683B2 JP3381084A JP3381084A JPH0217683B2 JP H0217683 B2 JPH0217683 B2 JP H0217683B2 JP 3381084 A JP3381084 A JP 3381084A JP 3381084 A JP3381084 A JP 3381084A JP H0217683 B2 JPH0217683 B2 JP H0217683B2
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JP
Japan
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vibration
earthquake
turbine
signal
limit value
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Application number
JP3381084A
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Japanese (ja)
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JPS60178905A (en
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Eiji Tsunoda
Hiroshi Mimuro
Katsuro Momoeda
Shoichi Hisa
Osamu Kitamura
Shigeru Takamya
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP3381084A priority Critical patent/JPS60178905A/en
Publication of JPS60178905A publication Critical patent/JPS60178905A/en
Publication of JPH0217683B2 publication Critical patent/JPH0217683B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/003Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F01D21/14Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for responsive to other specific conditions

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、蒸気タービン・発電機のような高速
回転機械の軸振動を測定監視する振動監視装置に
係り、特に地震発生時において不必要にタービン
トリツプ等が起らないようにしたタービン振動監
視装置に関する。
Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a vibration monitoring device that measures and monitors the shaft vibration of high-speed rotating machines such as steam turbines and generators. This invention relates to a turbine vibration monitoring device that prevents trips and the like from occurring.

〔発明の技術的背景〕[Technical background of the invention]

発電プラント等で使用される蒸気タービン等の
高速回転機械の運転において最も重要なことは、
その軸振動を全ての運転状態において適正なレベ
ルに抑えることである。
The most important thing in the operation of high-speed rotating machinery such as steam turbines used in power generation plants is:
The aim is to suppress the shaft vibration to an appropriate level under all operating conditions.

ところで、軸振動過大の徴候は、タービン起動
時や負荷変化時に現われることが多く、振動は一
般的な数多くの運転監視項目のなかでも特に厳重
な監視が要求されているものの一つである。
By the way, signs of excessive shaft vibration often appear when the turbine is started or when the load changes, and vibration is one of the many general operational monitoring items that requires particularly strict monitoring.

また、原子力発電プラントは大容量化の進展と
ともに、日本国内のベースロードとしての重要な
役割を担つているため、その主要機器であるター
ビン・発電機等の回転機械の信頼性向上が一段と
強く要求されるに至つている。したがつて、回転
機械の信頼性の指標である振動の計測は極めて重
要であり、そこで使用される振動計も信頼性の高
いものでなくてはならない。同様に振動計をセン
サーとする振動監視装置も高信頼性を有するもの
でなくてはならず、例えば振動計の誤動作等で蒸
気タービンが緊急停止するようなことがあれば、
社会生活に困難を与えることは必至であり、振動
監視装置の構成には十分な注意が必要である。
In addition, as nuclear power plants continue to increase in capacity and play an important role as base load in Japan, there is a strong demand for improved reliability of rotating machinery such as turbines and generators, which are the main equipment of nuclear power plants. It has come to be. Therefore, measurement of vibration, which is an indicator of the reliability of rotating machinery, is extremely important, and the vibration meter used therein must also be highly reliable. Similarly, a vibration monitoring device that uses a vibration meter as a sensor must also be highly reliable.For example, if a malfunction of the vibration meter causes an emergency stop of the steam turbine,
It is inevitable that this will cause difficulties in social life, and sufficient care must be taken when configuring the vibration monitoring device.

このような観点から、火力発電プラントおよび
原子力発電プラントで用いられている蒸気タービ
ン発電機には、タービンロータ、発電機ロータの
軸振動を常時監視し、その振動振幅値が或値以上
になると警報を発して運転員にその異常を知らせ
る自動警報装置、或は振動振幅値がさらに大きく
なつて設定値以上になると、蒸気タービンの入口
蒸気止め弁を急閉させることによつて自動的にト
リツプ(運転停止)させる自動トリツプ装置が安
全上設置されている。
From this point of view, steam turbine generators used in thermal power plants and nuclear power plants are constantly monitored for shaft vibration of the turbine rotor and generator rotor, and an alarm is issued when the vibration amplitude value exceeds a certain value. An automatic alarm system that notifies the operator of the abnormality by emitting an alarm, or when the vibration amplitude increases further and exceeds a set value, automatically trips the steam turbine by rapidly closing the inlet steam stop valve. An automatic trip device is installed for safety reasons.

第1図は、タービン発電機の一般的な振動計測
点を示す図であつて、高圧タービンロータ1、低
圧タービンロータ2、および発電機ロータ3は、
一本の軸系としてフランジ結合され、各ロータ胴
部の前後のジヤーナル部4において軸受5によつ
て支承されている。
FIG. 1 is a diagram showing general vibration measurement points of a turbine generator, and the high pressure turbine rotor 1, the low pressure turbine rotor 2, and the generator rotor 3 are
It is flange-coupled as a single shaft system, and is supported by bearings 5 at the front and rear journal parts 4 of each rotor body.

ところで、上記軸受5に第2図に示すように通
常振動計6が装着されている。すなわち、基礎台
7上に設置された軸受台8に上記振動計6の外筒
9が固着されている。上記外筒9内にはバネ10
によつて軸受5内に付勢された検出杆11が同心
状に設けられ、その検出杆11の先端がジヤーナ
ル部4に圧接され、さらに上記検出杆11の基端
に検出器12が装着されている。
By the way, a vibration meter 6 is usually attached to the bearing 5 as shown in FIG. That is, the outer cylinder 9 of the vibration meter 6 is fixed to a bearing stand 8 installed on a foundation stand 7. A spring 10 is placed inside the outer cylinder 9.
A detection rod 11 is provided concentrically within the bearing 5, and the tip of the detection rod 11 is pressed against the journal portion 4, and a detector 12 is attached to the base end of the detection rod 11. ing.

しかして、ジヤーナル部4が振動すると、それ
に接触している検出杆11によりその振動が検出
器12に伝達される。上述の如き接触型の振動計
6では、検出器12は普通速度計或は加速度計で
構成されているため、ジヤーナル部4の絶対振動
を検出杆11を介して速度或は加速度として検出
することができる。そこで、上記振動計6からの
出力は積分器13により積分され変位信号に変換
される。なお、振動計6の型式としては軸受台8
とジヤーナル部4との相対変位の変化を直接検出
できる変位計を使つた非接触型のものもある。と
ころで、上記変位信号は整流器14により整流さ
れ、変位の絶対値である振動振幅変化に変化され
た後比較判断装置15に入力される。
Thus, when the journal section 4 vibrates, the vibration is transmitted to the detector 12 by the detection rod 11 that is in contact with it. In the contact-type vibrometer 6 as described above, the detector 12 is usually composed of a velocity meter or an accelerometer, so the absolute vibration of the journal section 4 can be detected as velocity or acceleration via the detection rod 11. Can be done. Therefore, the output from the vibrometer 6 is integrated by an integrator 13 and converted into a displacement signal. The model of the vibration meter 6 is the bearing stand 8.
There is also a non-contact type that uses a displacement meter that can directly detect changes in the relative displacement between the shaft and the journal section 4. By the way, the displacement signal is rectified by the rectifier 14 and is input to the comparison/judgment device 15 after being changed into a vibration amplitude change which is the absolute value of the displacement.

上記比較判断装置15には振幅信号を予め定め
られた振動制限値すなわち警報値或は停止値と比
較する演算回路が組込まれており、ジヤーナル部
4の振動振幅が警報値以上になると、警報装置1
6に警報信号を出力し、さらに振動が増大し停止
値以上になると、トリツプ装置17に停止信号を
出力する。そこで警報装置16或はトリツプ装置
17は、それぞれ上記比較判断装置15の出力に
応じて警報を発して運転員に異常を知らせ、或は
タービン発電機をトリツプさせる。
The comparison/judgment device 15 has a built-in arithmetic circuit that compares the amplitude signal with a predetermined vibration limit value, that is, an alarm value or a stop value, and when the vibration amplitude of the journal section 4 exceeds the alarm value, the alarm device is activated. 1
An alarm signal is output to the trip device 6, and when the vibration increases further and exceeds the stop value, a stop signal is output to the trip device 17. Therefore, the alarm device 16 or the trip device 17 issues an alarm depending on the output of the comparison/judgment device 15 to inform the operator of the abnormality or trip the turbine generator.

上記比較判断装置15は、各軸受5に装着され
た振動計6に対応して設けられており、各比較判
断装置15の出力信号が第3図に示すようにそれ
ぞれ共通の警報装置16およびトリツプ装置17
に入力されるようにしてあり、一つの振動監視装
置が構成されている。
The comparison/judgment device 15 is provided corresponding to the vibration meter 6 mounted on each bearing 5, and the output signal of each comparison/judgment device 15 is transmitted to a common alarm device 16 and a trip, respectively, as shown in FIG. Device 17
One vibration monitoring device is configured.

このようなタービンにおける振動監視装置は、
ロータの不釣合振動、ラビング、オイルホイツ
プ、スチームホワール等のタービン発電機自身の
内的要因に起因して発生する振動に対して、ター
ビン発電機を保護し、安全性を向上させることが
主目的となつている。ところが、振動計6は第2
図のように取付けられた絶対振動計であるため
に、ジヤーナル部4が振動したときのみならず、
軸受台8を含めた全体が振動しても、その振動を
感知することになる。このような現象は相当に大
きな外力が作用しない限り発生しないけれども、
無視し得ない場合として地震時等がある。
Vibration monitoring equipment in such turbines is
The main purpose is to protect the turbine generator from vibrations caused by internal factors of the turbine generator itself, such as unbalanced vibration of the rotor, rubbing, oil whip, and steam whirl, and to improve safety. ing. However, the vibration meter 6
Since it is an absolute vibration meter installed as shown in the figure, it can be used not only when the journal section 4 vibrates, but also when the journal part 4 vibrates.
Even if the entire body including the bearing stand 8 vibrates, the vibration will be sensed. Although such a phenomenon does not occur unless a considerable external force is applied,
There are cases such as earthquakes that cannot be ignored.

ところで、一般に軸受台8は、第4図に示すよ
うに、基礎台7に固定されており、その基礎台7
はマツト18上に据付けられ、さらにそのマツト
18は地盤19上に載置されている。したがつ
て、地震が発生すると、その振動は地盤19より
マツト18に伝わり、さらに基礎台7を介して軸
受台8およびジヤーナル部4が加振される。
By the way, the bearing stand 8 is generally fixed to the foundation stand 7, as shown in FIG.
is installed on a mat 18, and the mat 18 is further placed on the ground 19. Therefore, when an earthquake occurs, the vibration is transmitted from the ground 19 to the mat 18, and furthermore, the bearing stand 8 and the journal section 4 are vibrated via the foundation stand 7.

このタービン・発電機とタービン基礎台からな
る振動系をモデル化すると、第5図に示すよう
に、第1図における高圧タービンロータ1、低圧
タービンロータ2、および発電機ロータ3の合計
質量に相当する質量20と、タービン・発電機基
礎台7の剛性に相当するバネ21と、減衰項を代
表するダンパー22とからなる一般的なバネ質量
系に置きかえることができる。上記ロータの合計
質量に相当する質量をM、バネ21のバネ定数を
K、ダンパー22のダンピング係数をDとする
と、マツト18に付加される外力x1=A0sinωtに
対するタービン。発電機の応答は、入力振幅A0
に対する応答振幅A2の比率で表わすと、次に示
すようになる。
When this vibration system consisting of the turbine/generator and the turbine foundation is modeled, as shown in Fig. 5, it corresponds to the total mass of the high-pressure turbine rotor 1, low-pressure turbine rotor 2, and generator rotor 3 in Fig. 1. It can be replaced with a general spring mass system consisting of a mass 20, a spring 21 corresponding to the rigidity of the turbine/generator base 7, and a damper 22 representing a damping term. Assuming that the mass corresponding to the total mass of the rotor is M, the spring constant of the spring 21 is K, and the damping coefficient of the damper 22 is D, the turbine for the external force x 1 =A 0 sinωt applied to the mat 18. The response of the generator is the input amplitude A 0
When expressed as a ratio of response amplitude A 2 to A 2 , it becomes as shown below.

ここで、η=ω0/ω ω0:タービン発電機を含む基礎台系の固有振動
数 減衰が小さい系であると、地震波が有する周波
数成分と基礎台系の固有振動数が一致した場合、
すなわちη=1の場合、基礎台の上に載つている
タービン発電機の振動は大きくなる。その加振力
は、基礎台7の振動特性に依つても異なるが、マ
ツト18での加振力の2〜5倍程度にまで達する
ことがある。また、振動計6は軸受台8全体が振
動しても、その振動変位を感知するようになつて
いるため、地震のような外力が基礎台に働いて
も、その振動変位量が停止値に達した時には、や
はりトリツプ装置17に停止信号を出し蒸気ター
ビンがトリツプすることになる。
Here, η=ω 0 /ω ω 0 : Natural frequency of the foundation system including the turbine generator If the damping is small, if the frequency component of the seismic wave and the natural frequency of the foundation system match,
That is, when η=1, the vibration of the turbine generator placed on the foundation becomes large. Although the excitation force varies depending on the vibration characteristics of the base 7, it may reach about 2 to 5 times the excitation force at the mat 18. In addition, the vibration meter 6 is designed to sense the vibration displacement even if the entire bearing pedestal 8 vibrates, so even if an external force such as an earthquake acts on the foundation pedestal, the amount of vibration displacement will reach the stopping value. When this point is reached, a stop signal is also issued to the trip device 17, causing the steam turbine to trip.

振動変位と加速度の関係は次式で表わされる。 The relationship between vibration displacement and acceleration is expressed by the following equation.

δ=α×9800/(2πf)2 ………(2) ここで、 δ:振動変位 α:加速度 f:周波数 この式からわかるように、小さい加速度であつ
ても周波数が低い場合には大きな変位が生じる。
例えば、加速度が0.05G、周波数が5Hzとすると
その変位は0.5mmとなる。前述のように、基礎台
を伝わることによつて地震波は増幅されて軸受台
7に入力されるが、例えばその振動応答倍率が2
であると、マツト18が0.025Gの地震動で加振
されるとき、軸受台7は0.05Gで加振され、その
変位が0.5mmまで増幅されることになる。したが
つて、これが停止値を越えていれば、比較判断装
置15は停止信号を出力し、蒸気タービンはトリ
ツプしてしまう。地震波には多くの周波数が含ま
れ、(1)式からわかるようにそれぞれの周波数によ
つて振幅応答倍率も異なるため、このような単純
な計算では十分ではないが、この検討結果は少な
くとも0.025G程度の小さな地震が生じても蒸気
タービンがトリツプし、プラントからの送電が停
止するという可能性を示すものである。
δ=α×9800/(2πf) 2 ………(2) Here, δ: Vibration displacement α: Acceleration f: Frequency As you can see from this equation, even if the acceleration is small, if the frequency is low, the displacement will be large. occurs.
For example, if the acceleration is 0.05G and the frequency is 5Hz, the displacement will be 0.5mm. As mentioned above, seismic waves are amplified by propagating through the foundation and input to the bearing pedestal 7, but for example, if the vibration response magnification is 2.
Therefore, when the mat 18 is vibrated by an earthquake motion of 0.025G, the bearing stand 7 is vibrated by 0.05G, and the displacement is amplified to 0.5mm. Therefore, if this exceeds the stop value, the comparator 15 outputs a stop signal and the steam turbine trips. Seismic waves include many frequencies, and as can be seen from equation (1), the amplitude response magnification differs depending on each frequency, so such a simple calculation is not sufficient, but the results of this study indicate that at least 0.025G This indicates the possibility that even a small earthquake could cause the steam turbine to trip and stop power transmission from the plant.

以上は、振動計6が地震波或は増幅された地震
波を軸受台8を介して直接感知してトリツプに至
る場合であるが、このほかこの地震波が軸受台8
への加振力となり軸受5とロータジヤーナル4と
の間に強制外部変位を与えた結果として誘起され
る一時的な大振幅によりトリツプ値に至る場合が
ある。
The above is a case in which the vibration meter 6 directly senses seismic waves or amplified seismic waves via the bearing pedestal 8 and leads to a trip.
The temporary large amplitude induced as a result of applying a forced external displacement between the bearing 5 and the rotary journal 4 may lead to a trip value.

前者に対してはそれに対処するための技術が確
立されているが、後者の現象は最近の事例解析に
より明らかになつたものであり、前者に対する処
置が完全であつたとしても依然として地震による
不用意なタービントリツプの可能性が残つている
ことになる。一方、ベースロードを担つている大
容量タービン・発電機が不必要にトリツプした場
合には、電力系統に及ぼす影響が極めて大きく、
広域全停電事故に発展して、社会的混乱を招く。
Techniques have been established to deal with the former, but the latter phenomenon has been clarified through recent case analysis, and even if the former is completely addressed, carelessness due to earthquakes will still occur. This means that the possibility of a serious turbine trip remains. On the other hand, if the large-capacity turbines and generators responsible for the base load trip unnecessarily, the impact on the power system will be extremely large.
It develops into a wide-area power outage accident, causing social chaos.

したがつて、例え地震時といえどもそれによつ
て発生する軸振動現象に的確に対処できるような
タービン振動監視装置が要望されるようになつ
た。
Therefore, there has been a need for a turbine vibration monitoring system that can accurately deal with shaft vibration phenomena that occur even during an earthquake.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明はこのような点に鑑み、地震の発生によ
つて不必要にタービントリツプが生ずることがな
く、タービントリツプの機会を必要最小限にとど
めることができるようにしたタービン振動監視装
置を得ることを目的とする。
In view of these points, the present invention provides a turbine vibration monitoring device that prevents unnecessary turbine trips due to the occurrence of earthquakes and can minimize the chances of turbine trips. The purpose is to obtain.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は回転軸の振動を連続的に検出する振動
検出装置と、その振動検出装置より検出された振
動信号を予め定められた振動制限値と比較し、上
記振動信号が振動制限値を超えた場合に、ユニツ
トを自動的に停止させるためのトリツプ信号を出
力する比較判断装置と、そのトリツプ信号を入力
してユニツトを自動停止させる自動トリツプ装置
を有するタービン振動監視装置において、地震を
検知する装置を設けるとともに、上記比較判断装
置に、地震発生時に地震検知装置から出力される
地震信号によつて、上記振動制限値を通常運転用
の振動制限値からそれより高位の地震時振動制限
値に切替える切替手段を設けたことを特徴とする
ものであり、地震発生時に不必要なタービントリ
ツプが生じないようにしたものである。
The present invention includes a vibration detection device that continuously detects vibrations of a rotating shaft, and a vibration signal detected by the vibration detection device is compared with a predetermined vibration limit value, and when the vibration signal exceeds the vibration limit value, A device for detecting an earthquake in a turbine vibration monitoring system that has a comparison judgment device that outputs a trip signal to automatically stop the unit in case of an earthquake, and an automatic trip device that inputs the trip signal and automatically stops the unit. is provided, and the comparison judgment device is configured to switch the vibration limit value from the vibration limit value for normal operation to a higher earthquake vibration limit value based on the earthquake signal output from the earthquake detection device when an earthquake occurs. This is characterized by the provision of a switching means, which prevents unnecessary turbine trips from occurring in the event of an earthquake.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、第6図乃至第15図を参照して本発明の
実施例について説明する。なお、図中前記従来装
置と同一部分には同一符号を付しその詳細な説明
は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 6 to 15. In the drawings, the same parts as those of the conventional device are designated by the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.

第6図は本発明のタービン振動監視装置の概略
系統図であつて、各比較判断装置15には振動計
6からの信号ばかりでなく、別に併設された地震
検知装置23から出力された地震信号も入力され
るようにしてあり、上記地震信号によつて比較判
断装置15の振動制限値が、通常運転用振動制限
値から地震時振動制限値に切替わるようにしてあ
る。
FIG. 6 is a schematic system diagram of the turbine vibration monitoring device of the present invention, in which each comparison/judgment device 15 receives not only the signal from the vibration meter 6 but also the earthquake signal output from the earthquake detection device 23 installed separately. is also input, and the vibration limit value of the comparison/judgment device 15 is switched from the vibration limit value for normal operation to the earthquake vibration limit value in response to the earthquake signal.

すなわち、第7図は比較判断装置に使用される
一般的な通常振動制限値の構成例を示す図であ
り、振動振幅値の或るレベルに対して異常状態の
発生を運転員に告げるための警報値24、異常の
進行によりユニツトを停止すべき振幅値に達した
ことを告げ自動トリツプ装置17にトリツプ信号
を出力するトリツプ値25、および場合によつて
は停止値に達してもトリツプ信号が出力しない誤
動作時に対処するためのバツクアツプトリツプ値
26から構成されている。そこで、振動振幅値が
大きくなりトリツプ値25以上になり、或はバツ
クアツプトリツプ値まで達すると、第8図a或は
第8図bに示すように、タイマー27を経てユニ
ツトトリツプ信号が出力されてユニツトのトリツ
プが行なわれる。
That is, FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of a general normal vibration limit value used in a comparison judgment device, and is used to notify an operator of the occurrence of an abnormal condition for a certain level of vibration amplitude value. an alarm value 24, a trip value 25 which outputs a trip signal to the automatic trip device 17 to signal that the amplitude has reached an amplitude value at which the unit should be stopped due to the progress of an abnormality; It consists of a backup trip value 26 for dealing with malfunctions in which no output occurs. Therefore, when the vibration amplitude value becomes large and exceeds the trip value 25, or reaches the backup trip value, a unit trip signal is outputted via the timer 27, as shown in FIG. 8a or FIG. 8b. The unit is then tripped.

これに対し、本発明においては第9図aおよび
bに示すように、地震検知装置23から発生され
た地震信号によつて、比較判断装置15の通常運
転制限値である振動大トリツプ値25が殺され、
それより高位のバツクアツプトリツプ値26のみ
が残される。しかして、地震が発生した場合にお
いても、振動振幅がバツクアツプトリツプ値以下
の場合には自動トリツプ装置17が作動すること
はなく、不必要なタービントリツプが生ずること
が防止される。
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. killed,
Only the higher backup trip values 26 remain. Therefore, even if an earthquake occurs, the automatic trip device 17 will not operate if the vibration amplitude is less than the backup trip value, thereby preventing unnecessary turbine trips from occurring.

また、第10図a,bに示すように、地震信号
によつて振動大トリツプ値25とバツクアツプト
リツプ値26の両方を殺し、それらより高位レベ
ルの地震時トリツプ値28に振動制限値を切替え
るようにしても、同様の効果を奏する。
In addition, as shown in Fig. 10a and b, both the large vibration trip value 25 and the backup trip value 26 are killed by the earthquake signal, and a vibration limit value is set for the seismic trip value 28 at a higher level. A similar effect can be obtained even if the switching is performed.

なお、上記のいずれの方式を採用するかは、バ
ツクアツプトリツプ値26の設定方法如何によつ
て決定すべきもので、それが振動大トリツプ値2
5の単純なバツクアツプとしてそれよりもわずか
に上のレベルに設定されるならば、第10図aの
ように、それよりも上位のタービン発電機軸受の
強度限界から定まる地震時トリツプ値28を設け
るべきである。一方、バツクアツプトリツプ値2
6が初めから軸受強度限界をベースに設定されて
いるならば、第9図aに示すように単純に通常運
転制限値である振動大トリツプ値25を殺すよう
にするだけでよい。
Which of the above methods to adopt should be determined depending on how the backup trip value 26 is set.
If it is set at a level slightly higher than that as a simple backup of 5, as shown in Figure 10a, an earthquake trip value of 28 determined from the strength limit of the upper turbine generator bearing is set. Should. On the other hand, backup trip value 2
6 is set based on the bearing strength limit from the beginning, it is sufficient to simply eliminate the vibration large trip value 25, which is the normal operation limit value, as shown in FIG. 9a.

ところで、上述の如き制限値の切替えは、上述
のように地震検出装置27からの地震信号で行な
つてよいが、第11図および第12図に示すよう
に、地震検知装置27からの地震信号と、振動計
6からの振動大信号の両方が出力されたときに制
限値の切替えを行なうようにしてもよい。この場
合の振動大の信号は振動大トリツプ値25よりも
低い任意の値が選定できるが、通常運転制限値で
ある振動大警報値24を使用することが最も実際
的である。しかして、振動が警報値以下に納まつ
た時点、或は地震が納まつた時点で、自動的に通
常運転用の制限値にもどることになるとともに、
地震検知装置の誤動作を防止することが可能とな
る。
Incidentally, the above-described switching of the limit values may be performed using the earthquake signal from the earthquake detection device 27 as described above, but as shown in FIGS. The limit value may be switched when both the vibration signal and the large vibration signal from the vibration meter 6 are output. Although any value lower than the large vibration trip value 25 can be selected as the large vibration signal in this case, it is most practical to use the large vibration alarm value 24, which is the normal operation limit value. As soon as the vibration falls below the alarm value or the earthquake subsides, the limit value for normal operation will be automatically returned.
It becomes possible to prevent malfunction of the earthquake detection device.

なお、前記地震検知装置23は地震計を使用
し、或一定振幅以上の地震で地震信号を出力する
ようにしてもよいし、感震計を使用して一定強度
の地震で地震信号を得るようにしてもよい。さら
にこれらの地震検知装置23は第13図の如くタ
ービン発電機基礎台7のマツト18に設置しても
よく、第14図に示すように上記基礎台7に設置
してもよい。第13図のようにマツト18に設置
すれば、発生する地震の強度に関係づけられた設
定が可能であるが、第14図のように基礎台7に
設置する場合には、振動応答倍率を考慮した設定
が必要になる。ただし、後者の場合軸受5の強度
に関連づけた設定値にできるという利点がある。
The earthquake detection device 23 may use a seismograph to output an earthquake signal when an earthquake has a certain amplitude or more, or it may use a seismometer to output an earthquake signal when an earthquake with a certain intensity occurs. You may also do so. Further, these earthquake detection devices 23 may be installed on the mat 18 of the turbine generator foundation 7 as shown in FIG. 13, or on the foundation 7 as shown in FIG. If it is installed on the mat 18 as shown in Figure 13, it is possible to make settings related to the intensity of the earthquake that occurs, but if it is installed on the foundation 7 as shown in Figure 14, the vibration response magnification can be adjusted. It is necessary to take the settings into consideration. However, in the latter case, there is an advantage that the set value can be related to the strength of the bearing 5.

また、上記実施例においては地震計等からなる
地震検知装置を設けたものを示したが、地震発生
時においては、タービン・発電機軸系の軸方向に
配設された複数個の軸受の振動計が特に遠く離れ
たものでも同時に振動大現象を示すことから、各
軸受にそれぞれ設けられた振動計により第15図
aのように2つの軸受の振動が振動大警報値に達
した時、或は第15図bのように3つの軸受の振
動が振動大警報値に達した時に信号が出力される
ようにし、これによつて地震発生を検知しその出
力信号を地震信号としてもよい。
In addition, although the above embodiments have been shown to be equipped with an earthquake detection device consisting of a seismometer, etc., in the event of an earthquake, a vibration meter of a plurality of bearings arranged in the axial direction of the turbine/generator shaft system is used. Since large vibrations occur at the same time even if the bearings are far apart, the vibration meter installed in each bearing indicates that when the vibrations of two bearings reach the large vibration alarm value as shown in Figure 15a, or As shown in FIG. 15b, a signal may be output when the vibrations of the three bearings reach a large vibration alarm value, thereby detecting the occurrence of an earthquake, and the output signal may be used as an earthquake signal.

ところで、比較判断装置における通常運転用振
動制限値は、前述の如くロータ系の不均合振動、
ラビング、オイルホイツプ、スチームホワール等
の内的要因に起因する振動増加に対して、蒸気タ
ービン・発電機を保護することを目的とし、通常
振動レベルからの上昇傾向をできる限り早期に発
見するために、ロータ系を支承する軸受の強度限
界よりもずつと低目に設定されるのが普通であ
る。すなわち、一般的に大振動の危険性は回転部
と静止部の接触にあり、ロータの局部加熱の結果
として生じるロータの熱曲り現象によつてその傾
向が発散性を帯びてくるため、通常運転用振動制
限値はできるだけ低く設定されている。
By the way, as mentioned above, the vibration limit value for normal operation in the comparison judgment device is based on the unbalanced vibration of the rotor system,
The purpose is to protect steam turbines and generators from increased vibration caused by internal factors such as rubbing, oil whip, and steam whirl, and to detect as early as possible an upward trend from normal vibration levels. Normally, the strength is set to be slightly lower than the strength limit of the bearings that support the rotor system. In other words, the risk of large vibrations generally lies in the contact between rotating parts and stationary parts, and the tendency for this to diverge due to the thermal bending phenomenon of the rotor that occurs as a result of local heating of the rotor. The vibration limit value is set as low as possible.

これに対し、地震時におけるロータ系の応答
は、第5図のような振動系が安定位置から強制外
部変位を与えられた場合に相当するが、通常の設
計によるタービン・発電機軸系の振動特性は剛性
が極めて高く、ロータ系と軸受および軸受台は一
体となつて動くことが解明されている。このよう
な場合には、振動計が地震動を検出しないように
振動計側で処置すればよいが、地震動がそのまま
ロータと軸受との相対振動として現われる場合
は、第5図で示される振動系の固有振動数が8〜
10Hzといわれる地震の卓越周波数に比較的近い場
合であり、このときロータは一時的ではあるが、
地震波と固有振動数に相当する周波数の重畳され
た波形を有し、通常運転用振動大トリツプ値を超
えるような大振動を惹き起すことになる。このよ
うな例は4極機の大容量蒸気タービン・発電機で
見られ、定格回転数が1500或は1800rpmのユニツ
トであることから、12〜15Hz近辺に固有振動数を
もつことが多く、したがつて地震の影響を大きく
受け易いことになる。
On the other hand, the response of the rotor system during an earthquake corresponds to the case where the vibration system is given forced external displacement from its stable position as shown in Figure 5, but the vibration characteristics of the turbine/generator shaft system due to normal design are similar to those shown in Figure 5. It has been clarified that the rotor system, bearing, and bearing stand move as one, with extremely high rigidity. In such a case, the vibration meter should take measures to prevent the seismic motion from being detected by the vibration meter, but if the seismic motion appears as a relative vibration between the rotor and the bearing, the vibration system shown in Figure 5 may be Natural frequency is 8~
This is a case that is relatively close to the predominant frequency of earthquakes, which is said to be 10 Hz, and at this time the rotor, although temporarily,
It has a waveform in which the seismic wave and the frequency corresponding to the natural frequency are superimposed, and it causes large vibrations that exceed the vibration large trip value for normal operation. Examples of this can be seen in large-capacity steam turbines/generators with four-pole machines, and because the rated rotational speed is 1500 or 1800 rpm, they often have a natural frequency around 12 to 15 Hz. As a result, it becomes highly susceptible to the effects of earthquakes.

ところが、地震時の大振動は、振幅値としては
軸受間隙に匹敵するほどの大きさになることもあ
るけれども、その周波数は地震波動の周波数ある
いは系の固有振動数であることから、定格回転周
波数よりも十分低いという特徴を有する。したが
つて、この振動によつてラビングを生じたとして
も、回転同期成分を有しないためにロータの局部
加熱には結びつかず、曲りには至らない。このよ
うに地震波によつて励起される大振動は、地震動
が収束すれば収束することとなり、発散性の振動
現象に発展する恐れは殆どなく、極めて安定な性
質を有するということができる。そのため、この
場合安全運転の限界を与えるものはロータ系を支
承する軸受側の強度で与えられ、それを基準とし
て設定された振動制限値で監視すればよいことと
なる。すなわち、地震波によつて起こされる大振
動に対して前述のように低い値に設定されている
通常運転用振動制限値を適用する必要はない。
However, although the amplitude of large vibrations caused by an earthquake can be as large as the bearing gap, the frequency is the frequency of the seismic wave or the natural frequency of the system, so the rated rotation frequency It has the characteristic of being sufficiently lower than Therefore, even if rubbing occurs due to this vibration, since there is no rotational synchronous component, it will not lead to local heating of the rotor and will not lead to bending. The large vibrations excited by seismic waves will converge once the seismic motion converges, and there is little risk of developing into a divergent vibration phenomenon, and it can be said to have extremely stable properties. Therefore, in this case, the limit for safe operation is given by the strength of the bearing that supports the rotor system, and it is sufficient to monitor the vibration limit value set based on this strength. That is, there is no need to apply the vibration limit value for normal operation, which is set to a low value as described above, to large vibrations caused by seismic waves.

このようなことから、本発明のように振動制限
値を地震発生に応じて地震時用振動制限値に切替
えてもその安全性には何ら問題はなく、この切替
によつて地震発生と同時にタービンがトリツプす
ることを防止でき、不必要なタービントリツプの
発生をなくすことができる。
For this reason, even if the vibration limit value is switched to the vibration limit value for earthquakes in response to the occurrence of an earthquake as in the present invention, there is no problem in terms of safety. can be prevented from tripping, and unnecessary turbine trips can be eliminated.

すなわち、今4極機ユニツトである大容量原子
力タービンの場合を考えると、通常運転用制限値
であるトリツプ値は25/100mmに設定されている
が、軸受強度限界からこれを定めると35/100mm或
はそれ以上の振幅値まで許容することができ、十
分余裕をもつて地震によるトリツプを避けること
が可能となる。また、万一、地震動の最中に発散
性の振動に発展することがあつたとしても、前述
の如く地震の収束に前後して地震時振動制限値が
通常運転用制限値に自動的に戻るために、その時
点で自動トリツプ装置が作動し、それ以上の振動
増大を防止することができ、機器本体に損傷を及
ぼす恐れは全く無い。
In other words, considering the case of a large-capacity nuclear turbine, which is currently a quadrupole unit, the trip value, which is the limit value for normal operation, is set at 25/100 mm, but if this is determined from the bearing strength limit, it is 35/100 mm. It is possible to tolerate an amplitude value of at least 100% or more, making it possible to avoid trips due to earthquakes with sufficient margin. In addition, even if the vibration develops into divergent vibration during an earthquake, the seismic vibration limit value will automatically return to the normal operation limit value around the time the earthquake converges, as mentioned above. Therefore, the automatic trip device is activated at that point, preventing further increase in vibration, and there is no risk of damaging the main body of the device.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明においては地震発
生時にその地震信号によつてタービン振動監視装
置における比較判断装置の振動制限値を通常運転
用の振動制限値からそれより高位の地震時振動制
限値に切替えるようにしたので、地震動による軸
振動増加に対して、不用意なトリツプ作動を防ぎ
機器の強度上の設計限界近くまで運転を継続する
ことができる。したがつて、ほんのちよつとした
地震でタービン発電機がトリツプすることがなく
なり、運転耐用性を著るしく向上させることがで
き、より一層安定した電力供給を行なうことがで
き、大電力ストツプによる混乱を未然に防止する
ことができる。
As explained above, in the present invention, when an earthquake occurs, the earthquake signal is used to change the vibration limit value of the comparison judgment device in the turbine vibration monitoring device from the vibration limit value for normal operation to a higher earthquake vibration limit value. Since the switch is made to switch, it is possible to prevent accidental tripping even when shaft vibration increases due to seismic motion, and to continue operation close to the design limit in terms of strength of the equipment. Therefore, the turbine generator will not trip due to even the slightest earthquake, significantly improving operational durability, providing a more stable power supply, and preventing disruptions caused by large power outages. can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はタービンの軸系の説明図、第2図は振
動監視装置の振動計の軸受への取付構造説明図、
第3図は従来のタービン振動監視装置の概略系統
図、第4図は基礎台を含めたタービン発電機の軸
受部における縦断面図、第5図は第4図の装置の
振動系をモデル化した図、第6図は本発明の振動
監視装置の概略系統図、第7図はタービン振動監
視装置の振動制限値の説明図、第8図aおよびb
はそれぞれ従来の振動監視の考え方を示すブロツ
ク図、第9図a、第10図a、第11図a、第1
2図aはそれぞれ本発明の作動説明図、第9図
b、第10図b、第11図b、第12図bはそれ
ぞれ本発明の振動監視の考え方を示すブロツク
図、第13図および第14図はそれぞれ地震検知
装置の設置状態説明図、第15図aおよびbはそ
れぞれ地震検知手段として振動計そのものを使用
する場合の考え方を示すブロツク図である。 1……高圧タービンロータ、2……低圧タービ
ンロータ、3……発電機ロータ、5……軸受、6
……振動計、7……基礎台、8……軸受台、15
……比較判断装置、16……警報装置、17……
トリツプ装置、23……地震検知装置。
Figure 1 is an explanatory diagram of the shaft system of the turbine, Figure 2 is an explanatory diagram of the mounting structure of the vibration meter of the vibration monitoring device on the bearing,
Figure 3 is a schematic system diagram of a conventional turbine vibration monitoring device, Figure 4 is a vertical cross-sectional view of the bearing section of the turbine generator including the foundation, and Figure 5 is a model of the vibration system of the device in Figure 4. FIG. 6 is a schematic system diagram of the vibration monitoring device of the present invention, FIG. 7 is an explanatory diagram of vibration limit values of the turbine vibration monitoring device, and FIG. 8 a and b
9A, 10A, 11A and 1 are block diagrams showing the concept of conventional vibration monitoring, respectively.
2a is an explanatory diagram of the operation of the present invention, FIGS. 9b, 10b, 11b, and 12b are block diagrams showing the concept of vibration monitoring of the present invention, and FIGS. FIG. 14 is an explanatory diagram of the installation state of the earthquake detection device, and FIGS. 15a and 15b are block diagrams showing the concept when using the vibration meter itself as earthquake detection means. 1... High pressure turbine rotor, 2... Low pressure turbine rotor, 3... Generator rotor, 5... Bearing, 6
... Vibration meter, 7 ... Foundation stand, 8 ... Bearing stand, 15
... Comparison and judgment device, 16 ... Alarm device, 17 ...
Trip device, 23...Earthquake detection device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 回転軸の振動を連続的に検出する振動検出装
置と、その振動検出装置により検出された振動信
号を予め定められた振動制限値と比較し、上記振
動信号が振動制限値を越えた場合にユニツトを自
動的に停止させるためのトリツプ信号を出力する
比較判断装置と、そのトリツプ信号を入力してユ
ニツトを自動停止させる自動トリツプ装置を有す
るタービン振動監視装置において、地震を検知す
る装置を設けるとともに、上記比較判断装置に、
地震発生時に地震検知装置から出力される地震信
号によつて、上記振動制限値を通常運転用の振動
制限値からそれより高位の地震時振動制限値に切
替える切替手段を設けたことを特徴とする、ター
ビン振動監視装置。 2 地震検知装置は、タービン基礎地盤或いはタ
ービン基礎台上に配置された地震計或いは感震計
であることを特徴とする、特許請求の範囲第1項
記載のタービン振動監視装置。 3 通常運転用振動制限値から地震時振動制限値
への切替えは、振動検出装置からの振動大信号
と、地震検知装置からの地震信号の両信号が出力
されている時に行われることを特徴とする、特許
請求の範囲第1項記載のタービン振動監視装置。 4 地震検知装置は、タービン発電機の複数の軸
受にそれぞれ装着された振動計からなり、複数の
振動計からの振動大信号をもつて地震信号とする
ことを特徴とする、特許請求の範囲第1項記載の
タービン振動監視装置。
[Claims] 1. A vibration detection device that continuously detects vibrations of a rotating shaft, and a vibration signal detected by the vibration detection device is compared with a predetermined vibration limit value, and the vibration signal is determined to be within the vibration limit value. A turbine vibration monitoring system that has a comparison judgment device that outputs a trip signal to automatically stop the unit when the value exceeds a value, and an automatic trip device that inputs that trip signal and automatically stops the unit, is designed to detect earthquakes. In addition to providing a detection device, the comparison judgment device is provided with:
The present invention is characterized by providing a switching means for switching the vibration limit value from a vibration limit value for normal operation to a higher earthquake vibration limit value in response to an earthquake signal output from an earthquake detection device when an earthquake occurs. , turbine vibration monitoring equipment. 2. The turbine vibration monitoring device according to claim 1, wherein the earthquake detection device is a seismometer or a seismometer placed on the turbine foundation ground or the turbine foundation. 3. The switching from the vibration limit value for normal operation to the seismic vibration limit value is performed when both the large vibration signal from the vibration detection device and the earthquake signal from the earthquake detection device are output. A turbine vibration monitoring device according to claim 1. 4. Claim No. 4, characterized in that the earthquake detection device consists of vibration meters each mounted on a plurality of bearings of a turbine generator, and uses large vibration signals from the plurality of vibration meters as an earthquake signal. The turbine vibration monitoring device according to item 1.
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