JPH02283865A

JPH02283865A - 水力機械の異状監視装置

Info

Publication number: JPH02283865A
Application number: JP1103087A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kanebako; 金箱　隆; Hiroshi Honma; 本間　啓; Shunzo Watanabe; 渡辺　俊三; Fumio Nakamura; 中村　二三男; Tetsuya Noguchi; 野口　哲哉
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 1989-04-21
Filing date: 1989-04-21
Publication date: 1990-11-21
Anticipated expiration: 2013-06-11
Also published as: JP2763132B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、水車やポンプ水車等の水力機械における運転
状態の異状を、より早くかつ確実に検出するようにした
水力機械の異状監視装置に関する。

（従来の技術）近年、一般産業のプラントの規模は、大型化の一途を辿
り、これに伴い水力機械も大型化するとともにその設備
も増大する傾向にある。従って、特にこのような大型の
水力機械においては、高い信頼性が要求され、保守及び
点検を確実に行って事故の発生を未然に防止する必要が
ある。

この要請に答えるため、水力機械にはこの運転状態の異
状を検出するための異状監視装置が一般に備えられてい
る。

従来のこの種の一般的な異状監視装置を第５図乃至第７
図に基づいて説明する。

第５図は、一般的なポンプ水車の断面図を示もので、渦
巻きケーシング１内の圧力水は、ステーベーン２及びガ
イドベーン３を通過してランナ４に向かって流れ、この
ランナ４を回転させた後、吸出管５に吐出するようなさ
れている。

この間、流れの一部は、ランナ４と上カバー６との間の
背圧室７及びランナ４と下カバー８との間の側圧室９に
流入する。

ここに、ランナ４には、ガイドベーン３からの圧力水に
よるラジアルスラストが作用し、これと固有の軸系モー
ド及びアンバランス量によって１回転に１回の周期的な
軸振れ（軸振動）が発生し、かつランナ４とガイドベー
ン３との干渉等による水圧脈動に起因して、上記１回転
に１回の低周波の軸振れの中に、この水圧脈動に起因す
る高周波を含んだ軸振れ（軸振動）が発生する。

上記水圧脈動は、ガイドベーン３を通過する流量によっ
て大きく左右され、無負荷時のように流量が設計流量に
比べて非常に小さい場合には、ランナ４内に流入した水
の流れの剥離や逆流によって、相対的に大きな水圧脈動
となる。

また、ランナ４から吸出管５へ流出した水は、一般に設
計流量以上ではランナ４の回転方向と逆方向に、設計流
量以下ではランナ４の回転方向と同方向に夫々旋回する
ことになるが、この旋回によって吸出管５の中心部に生
じるセンタホワールは、１／２負荷近傍の時に最も大き
く暴れてポンプ水車を揺さぶることになる。

更に、これらの水圧脈動は、ランナ４の特性上の設計点
から遠ざかる程大きくなり、通常は低落差より高落差の
方がこの特性上の設計点に近くなるよう設計されている
ため、一般には高落差の方が水圧脈動は小さい。

このため、ポンプ水車等の水力機械の正常な運転状態に
おけるこれらの水圧脈動、これに起因する軸振れ又は振
動値（以下、総称して軸振動値という）δと有効電力Ｐ
との関係は第７図に示すように、無負荷時近傍が最も大
きく、１／２負荷時近傍はセンタホワールによる山が存
在し、しかも水の落差によって異なることになる。

ここに、Ａは低落差の正常運転時の軸振動曲線を、Ｂは
中薄差の正常運転時の軸振動曲線を、Ｃは高落差の正常
運転時の軸振動曲線を夫々示す。

第６図に従来の一般的な異状監視装置のブロック図を示
す。

第５図には図示していないが、ポンプ水車等の水力機械
には、上記水脈振動、軸振れ及び振動を個々に測定する
センサ１０が備えられ、このセンサ１０により検出され
た水脈振動、軸振れ及び振動の各信号ａ１は、演算回路
１１に入力され、ここで絶対値や振幅値等の実際の運転
における軸振動値が算出されてこの信号Ｘ１が比較器１
２に入力される。

一方、この比較器１２には、第７図に示すように、常に
一定で単一の判定値ａ。が予め設定されて入力されてい
る。この判定値ａ。は、異状運転設定レベルとなるもの
であり、例えば正常な運転状態における上記軸振動値δ
の最大値Ａ　ＩＩａＸの１．２〜２倍程度に通常設定さ
れている。

そして、上記比較器１２において、ここに入力された上
記実際の運転における軸振動値の信号ｘ１と上記判定値
ａ。との比較が行われ、この信号Ｘ　が判定値ａ。を超
えた時に異状信号Ｙ　が出力される。

この比較器１２から出力された異状信号Ｙ１は、警報回
路１３に入力され、この警報回路１３からの警報信号Ｚ
１が異状表示器１４及びブザー等の警報機１５に入力さ
れて、異状運転状態の判定と警告が行われる。

更に、上記各信号ａ　１ｒ　Ｘ　１．　Ｙ　１及びｚ、
は、夫々記録装置１６に入力されて記録されるようなさ
れていた。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記従来例においては、有効電力や落差
等の相違に関係なく、実際に測定された軸振動値が第７
図に示す一定の判定値ａ。を超えた時に異状運転異状と
判定するため、この判定値ａ　とある有効電力Ｐ。に対
する正常運転状態ににおける軸振動値δとの間隔は、同
図１こ示すように低落差運転時Ａの時にはＸｌ、中薄差
運転時Ｂの時にはＸ２、高落差運転時Ｃの時にはＸ３と
、水の落差の相違によって相違゛し、しかも有効電力Ｐ
の相違（例えば、無負荷時の場合と最大出力時の場合）
によっても相違する。

このため、例えば低落差運転時で無負荷時（Ｐ−〇）の
点Ａ。における正常運転時の軸振動値δと判定値ａ。と
の差Ｘと、高落差運転時でＰが最大出力である点Ｃ８に
おける正常運転時の軸振動値δと判定値ａ。との差Ｘ′
とは、かなり相違し、この点Ｃ８における運転時には、
正常の運転の５〜１０倍の大きな振動状態となった時に
始めて異状を検出し、このため、正常の運転状態の２倍
程度の振動が発生しても異状運転を検出することができ
ないといった問題点があった。

このように、異状運転の検出がなされずに運転が継続さ
れてしまうと、軸受の焼き付けやパツキンの損傷、更に
は水力機械の寿命の低下や重大な事故に繋がってしまう
。

本発明は上記に鑑み、水力機械の運転状態の異状を、よ
り早くかく確実に検出できるようにしたものを提供する
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明にかかる水力機械の異
状監視装置は、水力機械の実際の軸振動を検出し、この
検出された軸振動値が予め設定された判定値を超えた時
に異状運転状態と判定するようにした水力機械の異状監
視装置において、水力機械の正常運転時における有効電
力に対する軸振動値の変化に倣って変化し、かつ水の落
差の相違に対応させた複数の判定値特性カーブを予め設
定しておき、実際の運転状態からこの判定値特性カーブ
の一つを選択するとともに、この判定値特性カーブとこ
の時の有効電力の交点により判定値を選定し、水力機械
から検出された実際の軸振動値がこの判定値を超えた時
に異状運転状態と判定するようにしたものである。

（作　用）上記のように構成した本発明によれば、低落差運転状態
、中落差運転状態又は高落差運転状態といった水の落差
の異なる運転状態、及び有効電力の異なる運転状態に夫
々に対応させて、正常運転時における軸振動値と判定値
との間隔をより一定となし、これによって、実際の運転
状態における異状運転設定レベルのより均一化を図って
、全運転領域において水力機械の運転状態の異状をより
早くかく確実に検出して、これに対処するようにするこ
とができる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図に基づいて
説明する。

第２図は異状監視装置のブロック図を示し、上記第６図
に示す従来例と異なる点は、判定値算出回路１７を備え
、実際の運転状態における水の落差信号ａ２と有効電力
信号ａ３を記録装置１６に入力して記録するとともに、
この両信号ａ　２　。

ａ３をこの判定値算出回路１７に入力し、この信号ａ２
．ａａに基づき該判定値算出回路１７によって選定され
た判定値信号ａ４を比較器１２に人力するようにした点
にある。

この判定値算出回路１７の詳細を第３図に示す。

即ち、この判定値算出回路１７には、第１図に示す３種
類の落差判定値特性カーブＦＬ　（Ｐ）Ｆ　　（Ｐ）及
びＦ、、（Ｐ）とが予め設定されて入力されている。

この判定値特性カーブＦＬ　（Ｐ）は、低落差運転時の
判定値に適するよう、有効電力Ｐの変化に伴う低落差の
正常運転時の軸振動曲線Ａに沿って、該曲１１ｉ１Ａと
所定間隔をもって階段状に設定され、判定値特性カーブ
ＦＭ　（Ｐ）は、中落差運転時の判定値に適するよう、
有効電力Ｐの変化に伴う中低落差の正常運転時の軸振動
曲線Ｂに沿って、該曲線Ｂと所定間隔をもって階段状に
設定され、更に判定値特性カーブＦＨ（Ｐ）は、高落差
運転時の判定値に適するよう、有効電力Ｐの変化に伴う
高落差の正常運転時の軸振動曲線Ｃに沿って、該曲線Ｃ
と所定間隔をもって階段状に設定されている。

この階段状の各判定値特性カーブＦＬ　（Ｐ）。

ＦＭ　（Ｐ）及びＦ　ｎ　　（Ｐ　）は、第４図に示す
ように、各軸振動曲線Ａ、Ｂ及びＣの傾斜に沿って連続
した折り線状に設定しても良い。

なお、この実施例においては、判定値特性カーブを低落
差用、中落差用及び高落差用の３種類設定した例を示し
ているが、２種類或いはこれ以上としても良いことな勿
論である。

そして、この判定値算出回路１７には、予め設定された
上記各判定値特性カーブＦＬ　（Ｐ）。

Ｆ　　（Ｐ）、ＦＨ（Ｐ）を夫々記憶する記憶回路１８
．１９．２０がスイッチ２１，２２．２３を介して上記
有効電力信号ａ３に並列して設けられ、このスイッチ２
１．２２又は２３の一つがオン状態となることにより、
この判定値特性カーブＦ　　（Ｐ）、Ｆ　　（Ｐ）又は
Ｆ、（Ｐ）の一つがＬ　　　　　　Ｍ選択されて、判定値信号ａ４として出力されるようなさ
れている。

また、上記落差信号ａ２は、２つの並列した選択回路２
４．２５に入力され、この一方の選択回路２４には、中
落差下限値Ｗ１が、他方の選択回路２５には、中落差上
限値Ｗ２が夫々予め入力されて記憶されており、ここに
入力された落差信号ａ２とこの中落差下限値Ｗ１及び中
落差上限値Ｗ２とが比較されて上記スイッチ２１．２２
又は２３の作動が選択されるようなされている。

即ち、選択回路２４においては、中落差下限値Ｗ１より
落差信号ａ２の方が小さければ信号Ｗａが、大きければ
信号ｗｂが夫々出力され、また選択回路２５においては
、中落差上限値Ｗ２より落差信号ａ２の方が小さければ
信号Ｗｃが、大きければ信号Ｗｄが夫々出力され、この
信号Ｗｂ。

Ｗｃはアンド回路２６に結ばれ、両信号Ｗｂ。

Ｗｅがアンド回路２６に入力された時にこのアンド回路
２６から信号Ｗｅが出力されるようなされている。

そして、この信号Ｗａによってスイッチ２１が、アンド
回路からの信号Ｗｅによってスイッチ２２が、信号Ｗｄ
のよってスイッチ２３が夫々作動してオン状態となり、
これによって実際の水力機械の運転が低落差の場合には
判定値特性カーブＦ、（Ｐ）が、中落差運転の場合には
判定値特性カーブＦＭ　（Ｐ）が、高落差運転の場合に
は判定値特性カーブＦ、、　　（Ｐ）が、が夫々選択さ
れるようなされている。

そして、この選択された判定値特性カーブＦ　　（Ｐ）
、ＦＭ　（Ｐ）又はＦＨ（Ｐ）と有効型り力信号ａ３との交点が、判定値信号ａ４として比較器１
２に入力され、一方センサー０で検知され演算回路１１
で演算された実際の軸振動値信号Ｘ　もこの比較器１２
に入力され、この信号Ｘ１が信号ａ４より大きい時に異
状と判定して、異状信号Ｙ１が出力されて、警報回路１
３に入力され、この警報回路１３からの警報信号Ｚ１が
異状表示器１４及びブザー等の警報機１５に入力されて
、異状運転状態の判定と警告が行われるのである。

これにより、低落差運転状態、中落差運転状態又は高落
差運転状態といった水の落差の異なる運転状態、及び有
効電力の異なる運転状態に夫々に対応させて、正常運転
時における軸振動値と判定値との間隔をより一定となし
、これによって、実際の運転状態における異状運転設定
レベルのより均一化を図って、全運転領域において水力
機械の運転状態の異状をより早くかく確実に検出するよ
うにすることができる。

〔発明の効果〕

本発明は上記のような構成であるので、水力機械の全運
転領域において、正常運転時における軸振動値と判定値
との間隔をより一定となして、運転状態の異状をより早
くかく確実に検出することができ、これによって、水力
機械の運転を停止させて保守点検を行う等の対策を施す
ことにより、軸受の焼き付けやパツキンの損傷を防止し
、水力機械の寿命の向上及び重大事故の未然防止を図る
ことができるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は
有効電力に対する異なる落差の正常運転時の軸振動曲線
と判定値特性カーブとの関係を示すグラフ、第２図は異
状監視装置のブロック図、第３図は判定値算出回路を拡
大して示すブロック図、第４図は他の実施例を示す第１
図相当図、第５図はポンプ水車の概略断面図、第６図及
び第７図は従来例を示し、第６図は第２図相当図、第７
図は第１図相当図である。１０・・・センサ、１１・・・演算回路、１２・・・比
較器、１３・・・警報回路、１６・・・記録装置、１７
・・・判定値算出回路、１８．１９．２０・・・記憶回
路、２４゜２５・・・選択回路、Ａ、Ｂ、Ｃ・・・正常
運転時の軸振動曲線、Ｆ　　（Ｐ）、Ｆ　　（Ｐ）、Ｆ
Ｈ（Ｐ）・・・Ｌ　　　　　　Ｈ判定値特性カーブ、ａ　・・・落差信号、ａ３・・・有
効電力信号、ａ４・・・判定値信号、Ｗｌ・・・中落差
下限値、Ｗ２・・・中落差上限値。

Claims

【特許請求の範囲】

水力機械の実際の軸振動を検出し、この検出された軸振
動値が予め設定された判定値を超えた時に異状運転状態
と判定するようにした水力機械の異状監視装置において
、水力機械の正常運転時における有効電力に対する軸振
動値の変化に倣って変化し、かつ水の落差の相違に対応
させた複数の判定値特性カーブを予め設定しておき、実
際の運転状態からこの判定値特性カーブの一つを選択す
るとともに、この判定値特性カーブとこの時の有効電力
の交点により判定値を選定し、水力機械から検出された
実際の軸振動値がこの判定値を超えた時に異状運転状態
と判定するようにしたことを特徴とする水力機械の異状
監視装置。