JPS618631A - タ−ビン振動監視装置 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、タービンの軸振動を監視するタービン振動監
視装置に係シ、特に地震の影響によって振動監視に誤判
断が生ずることがないようにしたタービン振動監視装置
に関する。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕一般に、タービ
ン特に発電用蒸気タービンは１５００〜３６００　ｒｐ
ｍ　（２５〜６０Ｈｚ）の高速で運転されている。した
がって、タービンに例えば羽根の破損、羽根とケーシン
グとのこすれ（ラビングＸ或は軸受のオイルホイップ等
の異常が発生すると、タービンに異常軸振動が発生する
。そこで、従来タービンの軸に異常振動が発生し、その
振動値が制限値を逸脱した場合には、何らかの異常がタ
ービンに発生したものとしてタービンをトリップさせる
ような処置が取られている。

ところで、原子力発電用のタービンのケースを考えてみ
ると、発電機は４極機で譲り、タービンの定格回転速度
は、５０Ｈｚ地域の場合は１５００　ｒｐｍ（２５Ｈｚ
　）であり、６０Ｈｚ地域の場合は１８００　ｒｐｍ　
（３０Ｈｚ）である。一方、羽根の破損、ラビング等が
生じた時のタービン振動周波数は、回転周波数でおり、
またオイルホイップが生じ九時のタービン振動周波数は
タービン軸の固有周波数であって、原子力タービンの場
合は概略１０〜２０１１ｚのところにある。このような
ことから、タービンに異常が発生した場合に発生するタ
ービン振動の周波数は概ねｌＯ〜３０１１ｚのところに
ある。他方、地震の周波数については、一般的に２〜１
０　Ｈｚにあるといわれているが、これまでの地震の記
録を調査してみると、１０１１ｚ以上の周波数成分をか
なり有するものである。

しかも、地震時には、地震の影響によって、タービン振
動検出器の出力には本来のタービン振動と地震振動が重
畳して出てくる。

そこで、タービン振動監視装置が地震の影響を受けない
ようにするために、振動検出器の出力に地震、の周波数
範囲をカットするようなフィルタをつけることも考えら
れている。しかしながら、上述のように、地震の周波数
範囲とタービン異常によるタービン振動の周波数範囲が
戒程度ラップしているため、地震の影響を完全に排除し
、かつタービンの異常によるタービン振動を完全にピッ
クアップするようなフィルタの製作は非常に困難である
。

〔発明の目的〕

本発明はこのような点に鑑み、地震発生時、にはタービ
ン振動検出器の出力から地震の影響を完全に除去すると
ともに、地震周波数成分以外の振動を完全に捕捉して、
タービンの異常判断を確実に行なう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。

〔発明の概要〕

本発明は、タービンの振動を検出°する振動検出器と、
地震を検出する地震検出器と、上記振動検出器および地
震検出器の出力を周波数分析する高速フーリエ変換器と
、周波数領域においてタービン振動の周波数成分から地
震の有する周波数成分を除去する演算器と、その演算器
から算出された地震の有する周波数成分が除去されたタ
ービン振動の周波数成分値にもとずいて、タービンの異
常判断を行なう異常判断装置とを有することを特徴とす
る。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明
する。

第１図において符号１はタービン軸であって、そのター
ビン軸１には、そのタービン軸ｌの機械的変位を電気信
号に変換するタービン振動検出器２が設けられており、
そのタービン振動検出器２の出力信号がタービン振動監
視装置における入力装置３に入力される。上記入力装置
３には、タービンが設置されている地殻の機械的変位を
電気信号に変換する地震検出器４からの信号も入力され
、そこで高速フーリエ変換器５で処理できるようなサン
プリングデータに変えて出力する。

高速フーリエ変換器５は入力装置３から送られてくる時
刻ｔと時刻ｔ＋Δｔの間のタービン振動信号ｖ（ｔ）お
よび地震信号、（１）を周波数分析して、その結果を演
算器６へ送る。演算器６は地震信号ｅ（ｔ）の周波数分
析結果Ｃｅ（ｆ）が設定値Ｃｅｏを越えるような周波数
領域におけるタービン振動信号ｖ（ｔ）の周波数分析結
果Ｃｖ（ｆ）？強制的に０とし、タービン振動信号ｖ　
（ｔ）の周波数分析結果Ｃｖ（、ｆ）を修正周波数分析
結果ＣｖｒＩｔ（ｆ）へと修正する。この演算器６で修
正された修正周波数分析結果ＣｖＩＩ１１（ｆ）は、高
速フーリエ逆変換器７で再び実時間領域における修正タ
ービン振動信号ｖｆｎ（ｔ）へとフーリエ逆変換され、
この修正タービン振動信号ｖｍ（ｔ）を判断処理装置θ
であらかじめ記憶装置９に保存され九制限値と比較し、
タービンが異常であるか否かの判断を行なう。

その判断処理装置８においてタービンの振動が異常であ
ると判断された場合は、警報出力装置１０を介して警報
が出され、或はタービントリップ信号が出される。また
、上記判断処理装置８におけるタービン振動の周波数分
析結果Ｃｖ（ｆ）、地震の周波数分析結果Ｃ６（ｆ）、
タービン振動の修正周波数分析結果Ｃｖ□（ｆ）などは
必要に応じて出力装置１１を介して出力されるとともに
、必要に応じて記憶装置９に保存される。

すなわち、第２図はタービン振動検出器２により検出さ
れたタービン振動値ｖ（ｔ）の変化線図であり、第３図
は地震検出器４によって検出された地震振動値ｅ　（ｔ
）の変化線図であり、このタービン振動値Ｙ（ｔ）およ
び地震振動値ｅ（ｔ）が、入力装Δを 置３で周期−７（ｋは正の整数）でスキャンされ、高速
フーリエ変換器５で周期Δｔで周波数分析される。

ところで、今フーリエ展開の理論によれば、時刻ｔと時
刻ｔ＋Δｔの間のマ（’Ｌ　ｅ（ｔ）をフーリエ展開す
ることによって、ｖ（ｔｈ　ｅ（ｔ）は（１）式、（２
）式のように表現することができる。

・・・（１） ・・・Ｃ） ここで、ａｖＱｆ　ａｖｎ（ｎ＝＝１　＋”ｌ＋　ｋ）
　＋　ｂｙｅ（ｎ”１　ｔ…＋　ｋ　）　＋　＆、０＋
　＆＠Ｈ（ｎ＝１　ｔ…＊ｋ）ｅｂ６１（ｎ＝１＋”・
＋ｋ）はそれぞれ（３）弐〜（８）式のように求められ
る。

１ｋ　　　２π　　　ｎ ’ｖＯ”−Σｖ（−（ｔ＋−Δ１））　　　　　　　　
　・・・（３）ｋ　ｎ＝１　　　Δｔｋ ２に２ｆｆｎ　　　　　　　２πｎＢ ’ｖｎ”−Σｖ（−（１←Δｔ　）　）ｃｏＰ−司ｔ＋
−Δｔ）　　・（４）ｋ　ｎ＝１　　　Δｔｋ　　　　
　　　　Δｔｋ２ｋ　　　２ｙｒ　　　　ｎ　　　　　
　、２πｎ　　　　ｎｂｖｎ＝−Σｖ（−（ｔ＋−Δｔ
）　）ｓｌｎｗ（ｔ＋；Δｔ）　・（５）ｋ　ｎ＝１　
　Δｔｋ １ｋ　　　２π　　　ｎ ”ｅｏ＝；ｎ：１ａ（７ｖ（ｔ＋＝Δ１））　　　　　
　　・・・（６）（１）式および（２）式を変形すると
、（９）式および（１Ｇ式が得られる。

ある。

（９）式およびａｅ式より、タービン振動値ｖ（ｔ）お
よび地震振動値ｅ（ｔ）ｆｔ入力装置３によって一〇−
毎にに スキャンし、それを急速フーリエ変換器５によつＸ　を
有する正弦波の和として周波数分析できることがわよる
。

このようにして、ｌｔ毎のタービン振動および地震振動
の周波数分析が得られ、これらを第４図および第５図に
示す。

次に、演算器６によって以下のような処理が行なわれる
。すなわち、地震動ｅ（ｔ）の周波数分析値ｃ＝、ム−
７〒７＝２が設定値ＣｅＱを超えるようなｎに対しては
、強制的にタービン振動の周波数分析値ＣＶ　＝　ｒを
Ｏとする。そのように修正したＣｖｌｃＣｖｍとする（
第６図）。

そして、高速フーリエ逆変換器７において、修正タービ
ン振動周波数分析値Ｃｖｍ−１）１１１０式にもとずい
て逆フーリエ変換されることによって、地震振動周波数
成分を除外したタービン振動値ｖｍ（ｔ）が得られる。

＆ｖＯｋ ｖ　（ｔ）＝→ΣＣｖｒｎｓ　ｉｎ　（刀ｎ　ｔ＋α、
）　　　−（１９ｍ２　　ｎ＝＊１ こうして得られたｖｒｎ（ｔ）を、判断処理装置８であ
らかじめ記憶装置９に保存した制限値と比較し、もしｖ
、ｎ（ｔ）が制限値を超えていたら、タービンが異常で
あると判断して警報出力装置ｌＯを介して警報或はトリ
ップ信号が出力される。

ま次、第７図は本発明の他の実施例を示す図であって、
地震波の周波数成分を除去したタービン振動修正周波数
分析結果Ｃｖｍ（ｆ）を演算器６から直接判断装置９に
入力し、そこで直接記憶装置９に保存された制限値Ｌ（
ｆ）と比較し、１つ以上の周波数域においてＣｖＩＴｌ
（ｆ）がＬ（ｆ）　を超えていたら、タービンが異常で
あるとして警報出力装置ｉｏを介して警報或はトリップ
信号が出力される。しかもこの場合、上記制限値Ｌ（ｆ
）を、第６図の点線で示すように周波数域に応じて階段
状に可変とし、振動エネルギが小さい低周波数域の振動
に対してきびしすぎる値とならないようにし、不要なト
リップを招くことがないようにしである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は上記構成によってターピ
ン振動より地震振動周波数成分を除去するようにしたの
で、タービンが正常であるにもかかわらず、地震の影響
でタービンが誤トリップするようなことを確実に防止で
き、しかもタービンの異常による振動の検出に悪影響を
及ぼすこともない。さらに地震時にタービントリップ機
能が除外されることもないので、タービンの自動保護機
能が損なわれることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のタービン振動監視装置の一実施例を示
す系統図、第２図はタービン振動検出器により検出され
るタービン振動値を示す図、第３図は地震検出器によシ
検出される地震振動値を示す図、第４図はタービン振動
値をフーリエ変換処理した周波数分析値を示す図、第５
図は地震振動値をフーリエ変換処理した周波数分析値を
示す図、第６図は本発明におけるタービン異常の判断方
法の説明図、第７図は本発明の他の実施例を示す系統図
である。 １・・・タービン軸、２・・・タービン振動検出器、３
・・・入力装置、４・・・地震検出器、５・・・急速フ
ーリエ変換器、６・・・演算器、７・・・急速フーリエ
逆変換器、８・・・判断処理装置、９・・・記憶装置、
１０・・・警報出力装置、１１・・・出力装置。 出願人代理人　　猪　　股　　　清　。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タービンの振動を検出する振動検出器と、地震を検
   出する地震検出器と、上記振動検出器および地震検出器
   の出力を周波数分析する高速フーリエ変換器と、周波数
   領域においてタービン振動の周波数成分から地震の有す
   る周波数成分を除去する演算器と、その演算器から算出
   された地震の有する周波数成分が除去されたタービン振
   動の周波数成分値にもとずいて、タービンの異常判断を
   行なう異常判断装置とを有することを特徴とする、ター
   ビン振動監視装置。 ２、異常判断装置は、地震の有する周波数成分が除去さ
   れたタービン振動の周波数成分値を高速フーリエ逆変換
   器によつてタービンの実振動値に変換し、その振動値に
   よつてタービン振動の異常を判断するようにしたもので
   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、異常判断装置は、地震の有する周波数成分が除去さ
   れたタービン振動の周波数成分値を所定制限値と比較す
   ることによりタービン振動の異常を判断するようにした
   もの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。