JPH041401A - 蒸気加減弁振動診断装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は特に蒸気タービンの蒸気加減弁の異常を診断す
る蒸気加減弁振動診断装置に関する。

（従来の技術） 蒸気タービンの回転数あるいは出力を所定値に制御する
為、蒸気タービンに流入する高温・高圧の蒸気な常時蒸
気加減弁により制御している。

従って、蒸気加減弁は常に過酷な状態で使用されること
になる。

第５図に蒸気タービンの簡単な蒸気サイクルを示すが、
ボイラ１１にて発生した主蒸気は、主蒸気止弁１２、そ
して上記の蒸気加減弁１を経て高圧タービン１３に流入
する。さらにボイラ１１に戻されて、再び高温に加熱さ
れ、再熱蒸気として再熱蒸気比メ弁１４、インタセプト
弁１５を経て中圧タービン１６に流入し、さらに低圧タ
ービン１７に流入して復水器１８に至る。ここで復水に
還元されて、再び給水ポンプ１９にてボイラ１１へ給水
が送られ上記のサイクルを繰り返す閉すイルクが構成さ
れている。

このサイクルにおいて主蒸気止弁１２と再熱蒸気止弁１
４は、タービンの危急時に蒸気の流入を遮断する保安弁
で、またインターセプト弁１５はタービンの回転数が所
定値以上に過速した時にのみ閉じて蒸気の流入を遮断す
るものであり、前記主蒸気止弁１２や再熱気止弁１４等
が閉じるより先に作動するいわゆる先行非常装置である
。従って１通常のタービン制御は蒸気加減弁１によって
いるので、重要な機器であると言える。

この蒸気加減弁の故障の例として、弁棒の折損、弁棒や
ブツシュの摩耗、弁棒のスティック、弁体の脱落等があ
るが、弁棒折損や弁体脱落といった重大な故障の場合に
は、蒸気タービンの運転制限やさらには停止といった事
態に至る可能性がある。

従来から、これらの蒸気、加減弁の故障を前もって検知
する為に蒸気加減弁の振動を計測していた。

ここで、蒸気加減弁の振動は、第３図に一例を示す様に
正常な状態であっても１例えば負荷等のプラント運転状
態値が変化する時に過渡的に大きな振動が発生する場合
がある。

従って、蒸気加減弁の異常を検知するためにしきい値Ｓ
、を第３図の様に設定すると、過渡的な振動が発生した
時は常に異常と誤判定し、また過渡的な振動レベルに合
わせてしきい値Ｓ２のように設定すると、通常の振動に
対しては判定が甘くなり、異常の発生を見逃す結果とな
ってしまう。

（発明が解決しようとする課題） 従って、蒸気加減弁の振動を常時監視し、プラント運転
状態の変化による過渡的な振動を自動的に認識して、通
常時と過渡時とでそれぞれ適切な異常判定を用いる事に
より、蒸気加減弁の異常を早期にかつ精度良く検知可能
な装置が切望されている。

本発明の目的は、蒸気加減弁より発生する振動を常時監
視し、どの様なプラント運転状態であっても、異常現象
の発生を検知可能にして、重大な故障に至るのを防ぐ蒸
気加減弁振動診断装置を提供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の蒸気加減弁振動診断装置は、蒸気タービンの流
量制御を行う複数個の蒸気加減弁において、この蒸気加
減弁に取付けた振動検出器と、この出力信号を各種振動
信号に変換する信号変換器と、これら振動信号の周波数
による特徴を解析するための周波数分析器、入力した振
動値データや振動周波数分析結果等の傾向を監視する為
のデータ保存部、負荷や蒸気加減弁開度等のプラント運
転状態値を入力するためのプラントデータ入力部、振動
トレンドや異常検知結果等を表示する表示部及びこれら
の装置を制御して入力したデータから蒸気加減弁の異常
を判定する制御・演算部を有する信号処理・演算装置と
から構成したことを特徴とするものである。

（作　用） 本発明においては、異常の判定を常に精度よく行うため
、プラント運転状態が変化する時に発生する過渡的な振
動をその持続時間により認知して通常モードと過渡モー
ドに分け、それぞれのモードに適した検知手法によって
蒸気加減弁の異常を判定する。

（実施例） 以下、本発明の概要を第６図の本発明による蒸気加減弁
振動診断装置の機能を示した概念図を参照しながら説明
する。第６図において、振動データ部２１では、蒸気加
減弁で発生した振動を振動検出器で検出し、信号処理が
可能な形に変換して診断部２５へ送る。周波数分析部２
２では、入力した振動データをＦＦＴ処理して診断部２
５にデータを送る。プラントデータ部２３では、振動デ
ータの取り込みと同期してプラント運転状態値を入力し
て診断部２５に送る。データ保存部２４では、診断部２
５からの指令で振動データ、振動周波数分析結果及びプ
ラントデータを記録したり読み出したりする。

診断部２５ではこれらのデータのやりとりを制御してデ
ータから蒸気加減弁の異常の有無を判定する。

上記の通りに構成した装置において、診断部２５では、
振動値がしきい値以上に大きくなった持続時間で異常判
定モードを２つに分け、振動データ部２１から入力した
振動データとデータ保存部２４のデータを用いて傾向監
視を行うかまたはしきい値に対する比較を行う事により
あらかしめプラント運転状態において、蒸気加減弁の異
常を精度良く検知可能となる。

以下本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。第
１図は本発明による蒸気加減弁振動診断装置の一実施例
を示したものである。

第１図において、蒸気加減弁１で発生した振動を、蒸気
加減弁１に設置した振動検出器２で検出して電気信号に
変換する。振動検出器２は１機械的振動加速度を電気信
号に変換する高温にても使用可能な圧電素子等で構成そ
れていて、蒸気加減弁の振動を上下、前後及び左右方向
の３方向計測可能な様に素子が配置されている。もちろ
ん、これは一方向計測用の振動検出器を３個各々の方向
に設置しても良い。

振動検出器２から出力した電気信号は信号変換器３へ入
力され、後の信号処理に都合の良い電気信号レベルに詞
整し、余分な周波数成分を除くためフィルタリングされ
る。また、信号変換器３では、入力した蒸気加減弁の振
動加速度信号から振動速度及び振動振幅信号に変換し、
それぞれの信号の瞬時値及び実効値を出力する。

第１図には全部を記載していないが、各蒸気加減弁で発
生した振動の加速度、速度及び振幅信号がまとめて信号
処理・演算装置ｊＯの信号切換器４に入力する。これら
の信号は、制御・演算部９の制御に住い信号切換器４に
より、信号処理・演算装置［１０へ順次取り込まれる。

信号処理・演算部ｇｉｏの中では、信号の流れや各処理
は制御・演算部９により全てコントロールされる。この
うち、周波数分析器５では、制御・演算部９の指令によ
り、入力した各振動瞬時値のＦＦＴ処理を行い、その結
果を制御・演算部９へ送る。プラントデータ入力部７で
は、振動データ入力時における例えばプラントの負荷、
蒸気加減弁１の弁開度及び主蒸気圧力、温度といった蒸
気加減弁１の振動に影響を与えるプラント運転状態値を
入力し、制御・演算部９へ送る。

データ保存部６は、制御・演算部９より各振動の実効値
や周波数分析結果を時刻と前述のプラント運転状態値と
共に記録し、また必要に応じ各データを読み出し制御・
演算部９へ送る。

制御・演算部９では、前述の各信号を制御し。

これらのデータを用いて蒸気加減弁１の異常を診断する
ため、例えば、データ保存部７に記録された振動データ
の内必要なものだけ選び出し、振動トレンドカーブを作
成して傾向を監視したり、異常検知の為のしきい値を記
憶しこれとの比較を行う等の機能を有している。

表示部８は、ＣＲＴデイスプレィ等の画面表示装置及び
プリンタで構成されていて、振動値トレンドや振動の周
波数特性等のデータ分析結果及び蒸気加減弁の異常診断
結果を画面表示し、印刷を行う事も出来る。

次に上記の通り構成した蒸気加減弁振動診断装置により
蒸気加減弁の異常検知を行う過程について説明する。

蒸気加減弁１の振動は蒸気加減弁１に設置された振動検
出器２で電気信号に変換され、信号変換器３を通って常
に信号切換器４へ入力される。制御・演算部９の指令に
より、信号切換器４から振動値が取り込まれると同時に
、プラントデータ入力部７から負荷、蒸気加減弁開度、
主蒸気圧力。

温度等のプラント運転状態値を入力する。

制御・演算部９では、まず入力した振動値がこの時の負
荷帯における通常状態でのしきい値レベルを越えていな
いか調べる。もし、しきい値以下であれば通常モードで
の診断を行う６本モードでは、この負荷帯に相当する振
動データをデータ保存部から読み出し、第４図に示す様
な振動トレンドチャートを作成する。この振動トレンド
チャート上で現在の振動値がどの位置を占めるかで異常
の判定を行う。

即ち、振動値レベルがしきい値以下であっても、この振
動トレンドカーブの傾き１゛α”がこれまでよりさらに
増大する傾向にある場合には、振動による劣化現象がか
なり進んで来ていると考えられるので異常と判定する。

一方、振動トレンドカーブの傾きが小さい場合は注意は
要するが、例えば直ちに弁棒析損等の事故に至る事はな
いと考えられるので、そのまま監視を続ける。

次に、入力した振動値が通常モードでのしきい値レベル
を越えた場合には、この振動値が蒸気加減弁１の異常に
よるものか、またはプラント運転状態の変化により過渡
的に発生したものかを判定する必要がある。これが過渡
的な振動であれば、通常２〜３分で収束して通常レベル
に戻るが、蒸気加減弁１の異常によるものであれば大き
な振動が続くので、本実施例ではこの振動の接続時間の
長さによりどちらであるかの判定を行う。

即ち、振動値が通常モードでのしきい値レベルを越えた
時点から時間を計測し始め、例えば５分間のうちに振動
値がしきい値以下に下がるが監視を続け、この時間内に
振動値が小さくならなければ蒸気加減弁の異常であると
判定する。

この確認期間中には、振動値とプラント運転状態値を入
力し、振動値としきい値との比較と継続時間の計測及び
データの保存のみを行い、異常の診断は行わない。また
、異常振動と区別するための時間は、本実施例では５分
としたが１個々のプラントの特徴により変更することは
可能である。

５分間の確認期間中に振動値がしきい値以下になった場
合は２しきい値以下になった時点で、この期間中の振動
値に対する異常判定を行う。この過渡モードにおける振
動の異常判定方法は、この期間中の負荷や蒸気加減弁開
度等のプラント運転状態値の平均値を求め、予めプラン
ト運転状態値毎に設定した過渡モードにおけるしきい値
とその期間における振動のピーク値を比較し、しきい値
を越えた場合に異常と判定する。

さらに今回の過渡モードにおける振動パターンと同様な
パターンで発生した過去の振動ピーク値をデータ保存部
６から読み出し、今回の値が前回の値の例えば数倍にも
なった場合は異常とする。

ここで、同じパターンの振動と判定するには、この期間
中の負荷、蒸気加減弁開度及び主蒸気圧力等のプラント
運転状態値の平均的な値や振動値がしきい値を越えた時
間（持続時間）等により比較を行う。

負荷の場合を例にすると、例えば無負荷から定格負荷ま
で４段階の負荷帯に分割し、今回の振動がしきい値を越
えた期間中の負荷の平均値がこの２番目の負荷帯にあっ
たとすると、データ保存部６から過渡モードで、負荷の
平均値が同じ負荷帯にある例えば初期のデータを選び出
せば良い。また、同様にして同じパターンでの振動ピー
ク値の傾向を監視する事によっても異常を検知する事も
可能である。

また、過渡モードにおける振動値は比較的バラツキが大
きく、上記の様な診断に対し誤判定を下す可能性がある
ので、１回の診断で異常と判定してしまうのではなく、
数回の異常検知機最終的に異常であると診断する手法を
用いる事も出来る。

以上の様に、本発明の実施例は蒸気加減弁１の振動を２
つのモードに分け、それぞれのモードで適切な異常判定
方法を採用する事を特徴としている。

また、上記の異常判定に用いる振動値としては、蒸気加
減弁の３方向の振動及び振動加速度、振動速度、振動振
幅の３種類の信号あるいは、これら振動の周波数分析結
果による特定周波数成分データを用いる事が可能であり
、これらのうちの１つかまたは複数個のデータを組み合
せて判定することも出来る。これらのデータを用いる事
により、例えば異常の原因や異常の部位を診断する上で
の有効な情報を得る事が出来る。

このように、本発明の蒸気加減弁振動診断装置によれば
、蒸気加減弁で発生した振動をオンラインで常時監視し
、プラント運転状態によりモード２分し振動の状態に適
した異常検知アルゴリズムを設けて、異常を判定する事
により蒸気加減弁の異常を早期にかつ精度良く検知する
事が可能である。

なお、上記実施例では、信号変換器３は、各蒸気加減弁
１に取り付けられた振動検出器２がらの上下、左右２前
後の各振動信号に対応してそれぞれ１個づつ、即ち１弁
につき３個、４弁では計１２個の信号変換器３が必要と
なるが、第２図に示す実施例の様に構成し、信号切換器
４ａで蒸気加減弁と振動の方向を選択すれば、信号変換
器３は１個で代用することも可能となる。

また、特に図示しないが周波数分析器５を使用しないで
その機能を制御・演算部９の内部で計算により実現する
ことも可能である。これらの実施例においても、当初の
実施例と同様な効果が期待出来る事は言うまでも無い。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明の蒸気加減弁振動診断装置は、どの
ようなプラント運転状態でも、蒸気加減弁に重大な故障
が発生する前に異常の検出が可能となり、発電プラント
の予期せぬ停止を防ぎ電力の安定供給を図ることが出来
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である蒸気加減弁振動診断装
置の構成を示す説明図、第２図は本発明の他の実施例を
示す構成説明図、第３図は蒸気加減弁で発生する振動値
の一例を示す特性図、第４図は振動値のトレンドチャー
ト図、第５図は蒸気タービン発電ユニットの蒸気サイク
ルを示す構成説明図、第６図は本発明の構成を示す概念
図である。 １・・・蒸気加減弁 ３・・信号変換器 ５・・・周波数分析器 ７・・・プラントデータ入力部 ９・・制御・演算部 ２１・・・振動データ部 ２３・・プラントデータ部 ２５・・・診断部 （８７３３）　　代理人　弁理士 ２・・振動検出器 ４．４ａ、４ｂ・・・信号切換器 ６・・・データ保存部 ８・・・表示部 １０・・・信号処理・演算装置 ２２・・・周波数分析部 ２４・・・データ保存部 猪 股 祥 晃（ばか１名） 第１図 第 図 哨関 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蒸気タービンの流量制御を行う複数個の蒸気加減弁にお
   いて、この蒸気加減弁に取付けた振動検出器と、この出
   力信号を各種振動信号に変換する信号変換器と、これら
   振動信号の周波数による特徴を解析するための周波数分
   析器、入力した振動値データや振動周波数分析結果等の
   傾向を監視する為のデータ保存部、負荷や蒸気加減弁開
   度等のプラント運転状態値を入力するためのプラントデ
   ータ入力部、振動トレンドや異常検知結果等を表示する
   表示部及びこれらの装置を制御して入力したデータから
   蒸気加減弁の異常を判定する制御・演算部を有する信号
   処理・演算装置とから構成したことを特徴とする蒸気加
   減弁振動診断装置。