JPH0364630A - ガスタービンエンジンにおけるタービンブレードの異常検出装置 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ガスタービンエンジンにおいて、タービンブ
レードの異常を検出する装置に関する。

〈従来の技術） ガスタービンエンジンの従来例として、以下のようなも
のがある（特開昭６０−１０４７２９号公報参照）。

すなわち、コンプレッサインペラとコンプレッサタービ
ンとが回転軸により軸結されている。そして、コンプレ
ッサインペラにより導入された空気を燃焼器にて燃料と
混合燃焼させて高温高圧ガスを形威し、この高温高圧ガ
スによりコンプレッサタービンと出力タービンとを回転
駆動する。そして、コンプレッサタービンにより前記コ
ンプレッサインペラを回転させて空気を加圧する一方、
出力タービンの回転によりエンジン出力を確保するよう
にしている。

また、前記回転軸近傍に振動センサが設けられ、この振
動センサの検出信号に基づいてサージングの発生を検出
するようにしている。

また、昭和６１年１２月５日付ターボ機械協会主催の第
１３回セミナー「ターボ機械設計・解析におけるコンピ
ュータ応用」における刊行物には、回転軸の振動を振動
センサにより検出するものが開示されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、このような従来のものは、サージングの
発生を検出したり、回転軸の振動を検出するようにして
いるので、コンプレッサタービンのブレードの劣化を検
出できずブレードの点検のために必要以上の工数、コス
トがかかるという不具合がある。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたもので、コ
ンプレッサタービンのブレードの劣化等による異常を検
出するタービンブレードの異常検出装置を提供すること
を目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 このため、本発明は、コンプレッサインペラとコンプレ
ッサタービンとを軸結する回転軸を軸受を介して支持す
る支持部材に取付けられる振動検出手段と、前記回転軸
の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記振動検
出手段の検出信号の特定振動成分を抽出する特定成分抽
出手段と、抽出された特定振動成分と前記検出された回
転速度とに基づいて前記コンプレッサタービンのブレー
ドの異常を判定する異常判定手段と、を備えるようにし
た。

〈作用〉 このようにして、振動検出手段により検出された検出信
号から特定振動成分を抽出し、この成分と回転軸の回転
速度とに基づいてコンプレッサタービンのブレードの異
常を判定するようにした。

〈実施例〉 以下に、本発明の一実施例を第１図〜第５図に基づいて
説明する。

第１図において、空気を加圧するコンプレッサインペラ
１とコンプレッサタービン２とが回転軸３により軸結さ
れ、回転軸３はインペラ側軸受４及びタービン側軸受５
を介して支持部材としての軸受箱６に回転自由に支持さ
れている。

前記コンプレッサタービン２のブレード２Ａは高温ガス
通路７に臨ませられている。高温ガス通路７には前記コ
ンプレッサインペラ１により加圧された空気が燃焼器（
図示せず）にて燃料と混合燃焼されて高温高圧されたガ
ス（燃焼ガス）が流通するようになっており、高温高圧
ガスにより前記コンプレッサタービン２と出力タービン
とを回転駆動するようになっている。前記高温ガス通路
７にはタービンノズル８が設けられている。

前記軸受箱６には孔９が周方向の一箇所に形成され、こ
の孔９の底壁には振動検出手段としての加速度センサ１
０がボルト締めされている。前記加速度センサ１０の検
出信号はケーブル１１を介して第２図に示すようにチャ
ージアンプ１２に入力されている。２０は断熱材、１３
Ａ、１３Ｂはシール部材である。

前記チャージアンプ１２は加速度センサ１０の検出信号
を増幅してトラッキングフィルタム３に出力する。トラ
ッキングフィルタ１３は前記検出信号の特定振動成分の
みを通過させて二乗平均回路１４に出力する。二乗平均
回路１４は、特定振動成分の実効値を演算しその演算結
果をＡ／Ｄ変換器１５を介してパーソナルコンピュータ
等のミニコンピユータ１６に出力する。

また、前記回転軸３の回転速度を検出する光学式の回転
速度センサ１７のパルス信号は増幅器１８に出力されて
いる。増幅器１８はパルス信号を増幅してＦ−Ｖ変換器
１９と前記トラッキングフィルタ１３とに出力する。Ｆ
−Ｖ変換器１９は、パルス信号のパルス周期を電圧に変
換してＡ／Ｄ変換′２″ｊｔ１５を介して旦ニコンピー
タ１６に出力する。前記ミニコンピユータ１６は、前記
特定振動数の実効値と回転速度とに基づいて後述するよ
うに前記コンプレッサタービン２のブレード２Ａの異常
を判定すると共にその判定結果をデイスプレィに表示さ
せるようになっている。したがって、ミニコンピユータ
１６が異常判定手段を構成する。

次に作用を説明する。

エンジンの起動後回転軸３は回転上昇して定格回転速度
に到達し定常運転に入る。この期間の燃焼器への燃料供
給量等は専用のコントローラ（図示せず）で制御させる
ため、常に略同様な起動。

回転上昇のパターンとなる。

ところで、ブレード２Ａは固有振動数を幾つか持ってお
り、通常の設計においては、定格回転速度やその近傍で
ブレード２Ａが外的加振力に共振しないように考慮して
いる。しかし、定格回転速度より低い回転域で共振状態
を通過するような場合がある。この−例を第５図に示す
。

すなわち、アイドル回転速度と定格回転速度との間で、
ブレード２Ａの一次の曲げ固有振動数と一次の捩れ固有
振動数とがタービンノズル８の枚数分（本実施例では２
３枚）のウェイタによる加振力と共振状態になる（第５
図中Ａ、Ｂ点）。このときにブレード２Ａに発生する応
力を正確に把握することは非常に高温部でもあるので難
しく、最悪のときには疲労によりクランクが発生、進行
し最終的にはブレード２Ａの破損に到りエンジンの致命
傷となる。したがって、このクラックの発生。

進行を可能な限り早期に検出すれば未然に破損による損
害を防げるばかりでなく、いたずらに多くの分解点検を
行うことなく安心して運転することができる。

このため、本実施例においては、回転上昇時の共振状態
の検出を行うことにより、ブレード２Ａの異常を検出す
るようにしている。

すなわち、軸受箱６に取付けられた加速度センサ１０に
より検出された特定振動成分と、回転速度センサ１７に
より検出された回転軸３の回転速度と、に基づいてブレ
ード２Ａの異常を検出する。

これを具体的に説明すると、ブレード２Ａの主たる加振
力は、タービンノズル８の回転２３次であるので、トラ
ッキングフィルタ１３においては振動成分の回転２３次
成分のみを抽出する。したがって、トランキングフィル
タ１３が特定成分抽出手段を構成する。このようにして
、実験的に得られた特性を第３図に示す。

これは、３回の回転上昇時における特性Ｃ−Ｅであり、
横軸は回転２３次成分が顕著に出る回転速度域のみを表
示している。ここで、特性Ｃ−Ｅは、正規分布的な形状
を有するが、これはブレードが複数枚（例えば２０〜７
０枚）ありかつ各ブレード２４の固有振動数がばらつき
をもっているので、最多の固有振動数を中心とする正規
分布的形状をなすのである。すなわち、共振状態にある
ブレード２Ａ−（７）枚数が多い回転速度域はど振動レ
ベルが高くなるのである。尚、第３図は一次の曲げ固有
振動数（第５図参照）の共振状態を表したものであり、
これは−次の捩れ固有振動数での共振状態についても同
様に表すことができる。

また、エンジンの起動１回転速度の上昇は同一のパター
ンで制御されるが、運転される日の気温。

油温の条件によって振動パターンも少しばらつく。

このため、本実施例では、３つの特性Ｃ−Ｅを重ねてこ
のばらつき範囲を考慮し、統計的処理により例えば９５
％以上の信頼区間を許容範囲Ｆとする。

この許容範囲Ｆは、エンジンの初期の正常状態を表すも
のである。

そして、何回も運転が行われてブレード２４が共振、異
物の衝突、高温腐食等により損傷、劣化すると、ブレー
ド２Ａの固有振動数が変化するので、特性が第４図中Ｇ
に示すように前記許容範囲Ｆから外れる。これにより、
ブレード２への異常を検出できるので、早期に異常を検
出でき、大事に至る前に点検、整備交換等を行うことが
できる。

〈発明の効果〉 本発明は、以上説明したように、回転軸を支持する支持
部材に設けられた振動検出手段の検出信号から特定振動
成分を抽出し、この成分と回転軸の回転速度とに基づい
てコンプレッサタービンのブレードの劣化等の異常を判
定するようにしたので、ブレードの異常を早期に検出で
き、もって分解１点検等に要するコストの低減を図れる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第２図は
同上のブロック図、第３図〜第５図は同上の作用を説明
するための図である。 １・・・コンプレッサインペラ　　２・・・コンプレッ
サタービン　　２人・・・ブレード　　３・・・回転軸
４・・・軸受箱 ７・・・高温ガス通路 １０・・・加速度 センサ １３・・・トラッキングフィルタ １６・・・ξ ニコンピュータ １７・・・回転速度センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コンプレッサインペラとコンプレッサタービンとを回転
   軸により軸結すると共に、前記回転軸を軸受を介して支
   持部材により回転自由に支持し、前記コンプレッサイン
   ペラにより加圧された空気を燃焼器にて燃料と混合燃焼
   させた後前記コンプレッサタービンに導入するようにし
   たガスタービンエンジンにおいて、前記支持部材に取付
   けられる振動検出手段と、前記回転軸の回転速度を検出
   する回転速度検出手段と、前記振動検出手段の検出信号
   の特定振動成分を抽出する特定成分抽出手段と、抽出さ
   れた特定振動成分と前記検出された回転速度とに基づい
   て前記コンプレッサタービンのブレードの異常を判定す
   る異常判定手段と、を備えたことを特徴とするガスター
   ビンエンジンにおけるタービンブレードの異常検出装置
   。