JPWO2018221577A1 - 翼振動監視装置、翼振動監視システム、動翼、及び回転機械 - Google Patents

翼振動監視装置、翼振動監視システム、動翼、及び回転機械 Download PDF

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Abstract

軸線に沿って延びる回転軸と、複数の動翼であって、回転軸から径方向外側に放射状に延びる動翼本体、及び、動翼本体の先端に設けられて互いに周方向に接触するシュラウドを有する複数の動翼と、を備える回転機械と、シュラウドの径方向外側にシュラウドに対向して設けられてシュラウドの外周面の変化を検出するセンサと、を備え、シュラウドの外周面が、第一表面と、第一表面に周方向両側から挟まれるように配置されて、センサによる検出信号が第一表面とは異なる第二表面と、を有する翼振動監視装置。

Description

本発明は、翼振動監視装置、翼振動監視システム、動翼、及び回転機械に関する。
本願は、２０１７年５月３１日に出願された特願２０１７−１０７６６３号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
例えば、タービンなどの回転機械の管理者は、翼振動監視装置を用いてタービン運転中に動翼に発生する振動の監視を行う。管理者は、このような監視を行うことにより動翼の振動特性が設計計画通りであるか否かを検証する。また、管理者はこのような監視を行い、運転条件の変化による動翼の振動特性の変化を確認し、タービンの信頼性の向上を図る。
日本国特許第３０３８３８２号公報
ところで、上記した非接触翼振動計測技術を径方向外側の端部にシュラウド（チップシュラウド）を有する動翼に適用する場合がある。このように、シュラウドを介して動翼の振動を分析する場合、シュラウドの外周面が平坦であることから、センサに周方向に隣り合うシュラウド間の隙間（図３における符号Ｇ）の通過を検出させる必要がある。しかしながら、シュラウド間の隙間は非常に小さいため、この隙間の通過を表す検出信号をセンサが明瞭に取得することが困難であるという課題がある。
この発明は、シュラウドを有する動翼の振動の計測を安定して行うことができる翼振動監視装置、翼振動監視システム、動翼、及び回転機械を提供することを目的とする。
本発明の第一の態様によれば、翼振動監視装置は、軸線に沿って延びる回転軸と、複数の動翼であって、前記回転軸から径方向外側に放射状に延びる動翼本体、及び、前記動翼本体の先端に設けられて互いに周方向に接触するシュラウドを有する複数の動翼と、を備える回転機械と、前記シュラウドの径方向外側に前記シュラウドに対向して設けられて前記シュラウドの外周面の変化を検出するセンサと、を備え、前記シュラウドの外周面が、第一表面と、前記第一表面に周方向両側から挟まれるように配置されて、前記センサによる検出信号が前記第一表面とは異なる第二表面と、を有する。
このような構成によれば、センサによって検出される検出信号がシュラウドの第一表面と第二表面とで異なるものとなるため、シュラウド間の隙間を検出する方法と比較して、シュラウドを有する動翼の振動の計測を安定して行うことができる。
上記翼振動監視装置において、前記第二表面は、軸線方向の上流側及び下流側の少なくとも一方に向かうに従って漸次周方向の幅が増加するように形成されてよい。
このような構成によれば、センサの径方向内側を第二表面が通過する時間の長さに基づいて、シュラウドの軸線方向の位置を特定することができる。
上記翼振動監視装置において、前記第二表面は、軸線方向の上流側及び下流側の少なくとも一方に向かうに従って段階的に周方向の幅が増加するように形成されてよい。
このような構成によれば、センサの径方向内側を第二表面が通過する時間の長さに基づいて、シュラウドの軸線方向の位置を特定することができる。また、センサの径方向内側を第二表面が通過する時間の長さを離散的に変化させることができる。
上記翼振動監視装置において、前記第二表面は、前記第一表面と径方向の高さが異なるように形成されてよい。
このような構成によれば、センサによる検出信号が第一表面と異なる第二表面とで異なる構造を、より容易に形成することができる。
上記翼振動監視装置において、前記第二表面は、前記第一表面と異なる金属によって形成されてよい。
このような構成によれば、シュラウドの外周面を平坦にすることができる。これにより、作動流体の乱れを抑制することができる。また、電界を発生させることによって、電界内の物体を検出することができるセンサを用いて第二表面を検出することができる。
本発明の第二の態様によれば、翼振動監視システムは、軸線に沿って延びる回転軸と、複数の動翼であって、前記回転軸から径方向外側に放射状に延びる複数の動翼本体、及び、前記動翼本体の先端に設けられて互いに周方向に接触するシュラウドを有する複数の動翼と、を備える回転機械と、前記シュラウドの径方向外側に前記シュラウドに対向して設けられて前記シュラウドの外周面の変化を検出するセンサと、前記センサの検出信号に基づいて、前記シュラウドの振動量を演算する演算部と、を備え、前記シュラウドの外周面が、第一表面と、前記第一表面に周方向両側から挟まれるように配置されて、前記センサによる検出信号が前記第一表面とは異なる第二表面と、を有し、前記演算部は、前記センサの径方向内側を前記第一表面が通過する時間の長さに基づいて前記シュラウドの周方向の振動量を演算する。
上記翼振動監視システムにおいて、前記第二表面は、軸線方向の一方側に向かうに従って漸次周方向の幅が増加するように形成され、前記演算部は、前記センサの径方向内側を前記第二表面が通過する時間の長さに基づいて前記シュラウドの軸線方向の振動量を演算してよい。
本発明の第三の態様によれば、動翼は、軸線に沿って延びる回転軸と、複数の動翼と、を備える回転機械の動翼であって、前記回転軸から径方向外側に放射状に延びる動翼本体と、前記動翼本体の先端に設けられて互いに周方向に接触するシュラウドと、を有し、前記シュラウドの外周面が、第一表面と、前記第一表面に周方向両側から挟まれるように配置されて、前記第一表面との境界は軸線方向の上流側及び下流側の少なくともいずれかに傾斜している第二表面と、を有する。
上記動翼において、前記第二表面は、軸線方向の上流側及び下流側の少なくとも一方に向かうに従って漸次周方向の幅が増加するように形成されてよい。
上記動翼において、前記第二表面は、軸線方向の上流側及び下流側の少なくとも一方に向かうに従って段階的に周方向の幅が増加するように形成されてよい。
上記動翼において、前記第二表面は、前記第一表面と径方向の高さが異なるように形成されてよい。
上記動翼において、前記第二表面は、前記第一表面と異なる金属によって形成されてよい。
本発明の第四の態様によれば、回転機械は、軸線に沿って延びる回転軸と、複数の動翼であって、前記回転軸から径方向外側に放射状に延びる動翼本体、及び、前記動翼本体の先端に設けられて互いに周方向に接触するシュラウドを有する複数の動翼と、前記シュラウドの径方向外側に前記シュラウドに対向して設けられて前記シュラウドの外周面の変化を検出するセンサと、を備え、前記シュラウドの外周面が、第一表面と、前記第一表面に周方向両側から挟まれるように配置されて、前記センサによる検出信号が前記第一表面とは異なる第二表面と、を有する翼振動監視装置を備える。
本発明によれば、センサによって検出される検出信号がシュラウドの第一表面と第二表面とで異なるものとなるため、シュラウド間の隙間を検出する方法と比較して、シュラウドを有する動翼の振動の計測を安定して行うことができる。
本発明の第一実施形態のタービンの構成を示す図である。 本発明の第一実施形態の翼振動監視システムを示す図である。 本発明の第一実施形態の動翼段を径方向外側から見た図である。 本発明の第一実施形態のシュラウドを、径方向外側から見た図である。 図４のＶ−Ｖ断面図であり、本発明の第一実施形態のシュラウドの断面図である。 横軸を時間、縦軸を変位センサの検出信号とした図である。 動翼段を径方向外側から見た図であり、シュラウドが軸線方向に振動した場合の信号幅について説明する図である。 シュラウドが軸線方向に振動した場合の信号幅について説明する図である。 本発明の第二実施形態のシュラウドの断面図である。 本発明の第三実施形態のシュラウドを、径方向外側から見た図である。 本発明の第四実施形態の翼振動監視システムを軸線方向から見た図である。
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態の翼振動監視装置及び翼振動監視システムを図面を参照して説明する。翼振動監視装置は、例えば、タービンなどの回転機械と、動翼の振動を監視するのに必要なセンサを含む装置であり、翼振動監視システムは、翼振動監視装置１００に解析装置を加えたシステムである。
図１に示すように、本実施形態の翼振動監視装置１００は、回転機械であるタービン１と、複数の変位センサ１４と、を備えている。
タービン１は、回転軸２と、ケーシング３と、複数の静翼５を備える静翼段４と、複数の動翼７を備える動翼段６と、を備えている。
図２に示すように、本実施形態の翼振動監視システム１０１は、翼振動監視装置１００に加えて、解析装置１１を備えている。
回転軸２は、軸線Ａに沿って延びる円柱状をなしている。回転軸２は、軸線Ａに沿った軸線方向Ｄａの両端部が、軸受装置８によって軸線回りに回転自在に支持されている。
なお、以下の説明において、回転軸２の軸線Ａが延びている方向を軸線方向Ｄａとする。また、軸線Ａに直交する方向を径方向とし、この径方向で軸線Ａから遠ざかる側を径方向外側と言い、この径方向で軸線Ａに近づく側を径方向内側と言う。
軸受装置８は、回転軸２の軸線方向Ｄａの両側に一つずつ設けられたジャーナル軸受８Ａと、軸線方向Ｄａの片側のみに設けられたスラスト軸受８Ｂと、を有している。ジャーナル軸受８Ａは、回転軸２による径方向への荷重を支持する。スラスト軸受８Ｂは、回転軸２による軸線方向Ｄａへの荷重を支持する。
ケーシング３は、軸線方向Ｄａに延びる筒状をなしている。ケーシング３は、回転軸２を外周側から覆う。
ケーシング３は、吸気口９と、排気口１０と、を備えている。吸気口９は、ケーシング３の軸線方向Ｄａの上流側（図１の右側）に形成され、外部からケーシング３内に蒸気（作動流体）を取り入れる。排気口１０は、ケーシング３の軸線方向Ｄａの下流側に形成され、ケーシング３内を通過した蒸気を外部に排気する。
以下の説明では、軸線方向Ｄａにおいて、排気口１０から見て吸気口９が位置する側を上流側と言い、吸気口９から見て排気口１０が位置する側を下流側と言う。
静翼段４は、ケーシング３の内周面３ａに、軸線方向Ｄａに沿って間隔をあけて、複数段が設けられている。各々の静翼段４は、各々の動翼段６の上流側に配置されている。各々の静翼段４は、軸線Ａの周方向に間隔をあけて配列され、回転軸２から径方向外側に放射状に延びる複数の静翼５を有している。
静翼５は、ケーシング３の内周面３ａから径方向内側に向かって延びるよう設けられている。静翼５は、径方向から見て翼型の断面を有している。
動翼段６は、回転軸２の外周面２ａに、軸線方向Ｄａに間隔をあけて、複数段が設けられている。各々の動翼段６は、回転軸２の外周面２ａ上で、軸線の周方向に間隔をあけて配列された複数の動翼７を有している。
図２に示すように、複数の動翼段６のうち、少なくとも一段の動翼段６を構成する複数の動翼７の各々は、動翼本体１２と、動翼本体１２の翼端に固定されたシュラウド１３（チップシュラウド）と、を有している。
動翼本体１２は、回転軸２から径方向外側に向かって延びるよう形成されている。動翼本体１２は、径方向から見て翼型の断面を有している。
シュラウド１３は、動翼本体１２の径方向外側の端部に設けられている。シュラウド１３は、径方向に所定の厚みを有する板状をなしている。シュラウド１３は、動翼本体１２の径方向外側において周方向に張り出すように動翼本体１２に対して一体に固定されている。シュラウド１３における径方向外側を向く面は、シュラウド１３の外周面１３ａとされている。
図３に示すように、各々のシュラウド１３は、軸線Ａ（図２参照）の周方向Ｄｃに隣接するとともに一部が当接するように配置されている。即ち、シュラウド１３は、周方向Ｄｃに隣接する他の動翼７のシュラウド１３と互いに押圧しあっている。
シュラウド１３においては、上流側を向き周方向Ｄｃに沿って延びる面が上流側端面１９とされ、下流側を向き周方向Ｄｃに沿って延びる面が下流側端面２０とされている。
また、シュラウド１３における周方向Ｄｃの一方側であって回転方向Ｒ前方側を向く面が第一周方向端面２１とされ、周方向Ｄｃの他方側であって回転方向Ｒ後方側を向く面が第二周方向端面２２とされている。
第一周方向端面２１には、凸部２３が形成されている。第二周方向端面２２には、第一周方向端面２１に形成されている凸部２３に対応する凹部２４が形成されている。
隣接するシュラウド１３同士の間には、運転時におけるシュラウド１３の変形を考慮して設けられた隙間Ｇが設けられている。
図２に示すように、変位センサ１４は、シュラウド１３の径方向外側に、シュラウド１３に対向して設けられている。変位センサ１４は、静止側であるケーシング３（図１参照）に固定されている。変位センサ１４の数は、動翼７の数と同じであるが、これに限ることはない。
変位センサ１４は、測定対象物であるシュラウド１３との距離を測定する渦電流式変位センサである。変位センサ１４としては、渦電流式に限らず、レーザー式、超音波式など、非接触で変位を測定することができるセンサを採用することができる。
図２には、一の動翼段６に対して配置されている変位センサ１４を示すが、他の動翼段６に対しても同様に変位センサ１４が配置されてよい。変位センサ１４は翼振動監視システム１０１の解析装置１１と電気信号ケーブルを介して接続されている。
翼振動監視装置１００は、回転軸２の一回転を検出する回転センサ１７を備えている。回転センサ１７は、回転軸２の一回転を検出して、その検出時を示す所定のパルス波を出力する。
次に、本実施形態のシュラウド１３の詳細形状について説明する。
図４に示すように、シュラウド１３の外周面１３ａは、第一表面２５と、第一表面２５に周方向Ｄｃ両側から挟まれるように配置されている第二表面２６とを有している。第二表面２６は、シュラウド１３における周方向Ｄｃの中央近傍にて、軸線方向Ｄａに延在する帯状をなしている。第二表面２６は、シュラウド１３の上流側端面１９から下流側端面２０まで延在している。
第二表面２６は、軸線方向Ｄａの一方側（下流側）に向かうに従って漸次周方向Ｄｃの幅が増加するように形成されている。換言すれば、第一表面２５と第二表面２６との間の一対の境界線２７は直線であり、一対の境界線２７は、軸線方向Ｄａの一方側に向かうに従って互いに離間するように傾斜している。第二表面２６は、一対の境界線２７同士の周方向Ｄｃの間隔（以下、第二表面幅Ｗと呼ぶ。）が所定の長さ以上となるように形成されている。
図５に示すように、第二表面２６は、第一表面２５と径方向Ｄｒの高さが異なるように形成されている。本実施形態の第二表面２６は、径方向Ｄｒの高さが第一表面２５よりも低い。換言すれば、第二表面２６の厚さは、第一表面２５の厚さよりも薄い。即ち、第二表面２６は、変位センサ１４による検出信号が第一表面２５とは異なるように形成されている。
一の動翼段６を構成する全てのシュラウド１３の第一表面２５及び第二表面２６は、同形状をなしている。
解析装置１１は、記憶部１１ａと、変位センサ１４による検出信号、即ち、変位センサ１４とシュラウド１３との距離に基づいて、シュラウド１３の振動量を演算する演算部１１ｂと、を有している。
解析装置１１の記憶部１１ａには、変位センサ１４の径方向内側を通過する第二表面２６の周方向Ｄｃの長さ（第二表面幅Ｗ）と、シュラウド１３の軸線方向Ｄａの位置との関係が記憶されている。
以上のように構成されたタービン１の動作について説明する。
タービン１を運転するに当たっては、まずボイラ等の蒸気供給源（図示省略）から供給された高温高圧の蒸気が、吸気口９を通じてケーシング３の内部に導入される。ケーシング３内に導入された蒸気は、動翼７（動翼段６）、及び静翼５（静翼段４）に順次衝突する。
各々の静翼段４においては、上流側から流れてきた蒸気が静翼５に当たることで、この蒸気の流れに回転軸２周りの旋回成分が付与される。これにより、各々の静翼段４の下流側では、蒸気の流れは回転軸２周りに旋回している。各々の動翼段６は、上流側の静翼段４を経て回転軸２周りに旋回した蒸気の流れが到達する。この旋回した蒸気の流れが各々の動翼７に当たることで、回転軸２は回転エネルギーを得て、軸線回りに回転する。この回転軸２の回転運動は、軸端に連結された発電機等（図示省略）によって取り出される。
以上のサイクルが連続的に繰り返される。
タービン１の運転中に、変位センサ１４によって検出される検出信号は、解析装置１１に連続的に送信される。
図６は、横軸を時間、縦軸を変位センサ１４の検出信号の信号強度とした図である。図６に示すように、変位センサ１４によって検出された検出信号である変位センサ１４とシュラウド１３の外周面との距離は、変位センサ１４の径方向内側を第二表面２６が通過した際に大きくなる。動翼７が回転軸２の周方向Ｄｃに等間隔に設けられている場合には、第二表面２６の検出信号が定期的に現れる波形となる。第二表面２６と第一表面２５とは径方向の高さが異なるため、検出信号は明瞭に変化する。
動翼７（シュラウド１３）が周方向Ｄｃ及び軸線方向Ｄａに振動していない場合、第二表面２６の時間幅Ｔ１（変位センサ１４の径方向内側を第二表面２６が通過する時間の長さ）と、第一表面２５の時間幅Ｔ２（変位センサ１４の径方向内側を第一表面２５が通過する時間の長さ）とはそれぞれ一定である。
管理者は、時間幅Ｔ１、時間幅Ｔ２の変化に基づいて動翼７に発生する振動の監視を行うことができる。
動翼７が周方向Ｄｃに振動する場合、時間幅Ｔ２が変化する。
解析装置１１の演算部は、時間幅Ｔ２に基づいて、シュラウド１３の振動量を演算する。演算部は、シュラウド１３の周速Ｖｒと時間幅Ｔ２とからシュラウド１３の振動量を演算する。
動翼７が軸線方向Ｄａに振動する場合、時間幅Ｔ１が変化する。即ち、第二表面幅Ｗが軸線方向Ｄａの一方側に向かうに従って漸次増加するように形成されていることによって、シュラウド１３の軸線方向Ｄａの位置によって、時間幅Ｔ１が変化する。
解析装置１１の演算部は、時間幅Ｔ１に基づいて第二表面幅Ｗを演算する。シュラウド１３の周速をＶｒとすると、第二表面幅Ｗは、Ｖｒ×Ｔ１で算出することができる。次いで、記憶部１１ａに記憶されている第二表面幅Ｗとシュラウド１３の軸線方向Ｄａの位置との関係を用いて、シュラウド１３の軸線方向Ｄａの位置（軸線方向Ｄａの振動量）を特定することができる。
また、解析装置１１の記憶部１１ａには、事前に工場試験などによって取得されたキャリブレーション用のデータを記憶することができる。キャリブレーション用のデータは、例えば、所定の周速における測定された時間幅Ｔ１と変位センサ１４の径方向内側を通過した第二表面２６の周方向Ｄｃの長さとの関係である。
このように、キャリブレーション用のデータを記憶部に記憶することによって、センサの周波数特性が低いことにより、検出信号が不明瞭になった場合においても、キャリブレーション用のデータとの対比により振動量を予測することができる。
また、第一表面２５と第二表面２６との間の境界線２７を傾斜させることによって、シュラウド１３が軸線方向Ｄａに移動した際に変位センサ１４によって計測される時間幅を大きくして、感度の向上を図ることができる。
図７は、動翼段６を径方向外側から見た図であり、シュラウド１３が軸線方向Ｄａに振動した場合の信号幅について説明する図である。
図７において、一点鎖線で示すシュラウドＦ２は、基準となるシュラウドＦ１に対して軸線方向Ｄａに振動していない。実線で示すシュラウドＦ３は、基準となるシュラウドＦ１に対して軸線方向Ｄａに振動している。場合のシュラウドの位置である。なお、図７においては、効果を明瞭にするために、第二表面２６の形状及びシュラウドの振動量を誇張している。
ここで、シュラウドの実振幅は、線分ａｂの距離であるが、変位センサ１４によって計測されるセンサ計測振幅は、線分ａａ’の距離である。図８に示すように、線分ａａ’は、以下の数式（１）によって算出することができる。θは、第一表面２５と第二表面２６との間の境界線２７の軸線Ａに対する角度である。Ｘ，Ｙはシュラウド１３の実振幅の成分である。
ａａ’ ＝ Ｙ ＋ Ｘｔａｎθ ・・・（１）
このように、境界線２７を軸線Ａに対して傾斜させることにより、変位センサ１４によって計測されるセンサ計測振幅ａａ’を実振幅ａｂよりも大きくすることができる。これにより、翼振動監視装置１００の感度の向上を図ることができる。
上記実施形態によれば、変位センサ１４によって検出される検出信号がシュラウド１３の第一表面２５と第二表面２６とで異なるものとなるため、シュラウド１３間の隙間Ｇを検出する方法と比較して、シュラウド１３を有する動翼７の振動の計測を安定して行うことができる。
また、本実施形態のシュラウド１３は、第一表面２５と第二表面２６との径方向の高さを異ならせることで、変位センサ１４による検出信号を第一表面２５と第二表面２６とで異ならせるようにした。これにより、変位センサ１４による検出信号が第一表面２５と第二表面２６とで異なる構造を、より容易に形成することができる。
また、変位センサ１４の径方向内側を第一表面２５が通過する時間の長さに基づいて、シュラウド１３の周方向Ｄｃの振動量を演算することができる。
また、第二表面２６が軸線方向Ｄａの一方側に向かうに従って漸次周方向Ｄｃの幅が増加するように形成されていることによって、変位センサ１４の径方向内側を第二表面２６が通過する時間の長さに基づいて、シュラウド１３の軸線方向Ｄａの振動量を演算することができる。
また、第二表面幅Ｗに基づいて、変位センサ１４によるシュラウド１３の測定位置が把握できるため、翼振動監視における制限値や安全率の見直しにも反映させることができる。
〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態の翼振動監視装置について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図９に示すように、本実施形態のシュラウド１３Ｂは、シュラウド本体３０と、シュラウド本体３０に埋め込まれている異種金属部３１と、を有している。径方向外側から見た異種金属部３１の形状は、第一実施形態の第二表面２６の形状と同一である。本実施形態の第二表面２６は、シュラウド本体３０に埋め込まれている異種金属部３１の表面である。シュラウド１３Ｂの外周面は、第一表面２５と第二表面２６とが同一平面上（同一曲面上）となるように形成されている。
本実施形態のセンサは、電界を発生させることによって、非接触で、電界内の物体を検出することができる電界センサである。これにより、センサによる検出信号が第一表面２５と第二表面２６とで異なるものとなる。
上記実施形態によれば、シュラウド１３Ｂの外周面１３ａを平坦にすることができる。これにより、作動流体の乱れを抑制することができる。また、電界を発生させることによって電界内の物体を検出することができるセンサを用いて第二表面２６を検出することができる。
なお、上記実施形態では、所定の厚さを有する異種金属部３１を埋め込む構成としたがこれに限ることはなく、シュラウド本体３０の材料とは異なる金属材料によって形成されたテープを貼ってもよい。
〔第三実施形態〕
以下、本発明の第三実施形態の翼振動監視装置について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図１０に示すように、本実施形態の第二表面２６Ｃは、軸線方向Ｄａの一方側に向かうに従って段階的に周方向Ｄｃの幅が増加するように形成されている。換言すれば、第一表面２５と第二表面２６Ｃとの間の境界線２７Ｃは階段状に形成されている。
このような構成によれば、センサの径方向内側を第二表面２６が通過する時間の長さに基づいて、シュラウド１３Ｃの軸線方向Ｄａの位置を特定することができる。また、センサの径方向内側を第二表面２６Ｃが通過する時間の長さを離散的に変化させることができる。
〔第四実施形態〕
以下、本発明の第四実施形態の翼振動監視装置について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図１１に示すように、本実施形態の翼振動監視装置１００Ｄは、変位センサ１４と同じ軸線方向の位置に配置されたレーザーセンサ１５と、レーザーセンサ１５の先端を洗浄するパージエア供給装置１６と、を有している。レーザーセンサ１５は、レーザー光を照射して、レーザー光がシュラウド１３の外周面において反射した反射光を検出する光学式センサである。
レーザーセンサ１５は、周波数特性が高いため、渦電流式変位センサなどと比較して高速で通過するシュラウド１３の第二表面幅Ｗ（図４参照）を正確に計測することが可能となる。
レーザーセンサ１５は蒸気タービンの環境では蒸気の影響を受けてしまい信号不良となる可能性があるが、レーザーセンサ１５は第二表面幅Ｗを検出することが目的であるため、常時安定して計測できることはそれほど重要とはならない。即ち、短時間計測できればよく、全ての動翼７（シュラウド１３）ではなく、数枚の検出信号だけでも良好に取得出来れば一定の評価が可能となる。よって、レーザーセンサ１５の信号が不調になった時のみ、センサ先端にパージエアを吹き込みセンサ先端を洗浄し、短期間だけでも信号が取得できる構造を持ち合わせることが理想である。パージエアは短時間のみの吹き込みであるためタービン１への影響は最小限に留めることができる。
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、第二表面２６が軸線方向の下流側に向かうに従って漸次周方向の幅が増加するように形成されているがこれに限ることはなく、軸線方向の下流側に向かうに従って漸次周方向の幅が減少するように形成してもよい。
上記実施形態の翼振動監視装置及び翼振動監視システムは、蒸気タービンやガスタービンなどの回転機械に区別なく使用できる技術である。
１ タービン
２ 回転軸
３ ケーシング
４ 静翼段
５ 静翼
６ 動翼段
７ 動翼
８ 軸受装置
９ 吸気口
１０ 排気口
１１ 解析装置
１２ 動翼本体
１３ シュラウド
１３ａ 外周面
１４ 変位センサ
１５ レーザーセンサ
１６ パージエア供給装置
１７ 回転センサ
１９ 上流側端面
２０ 下流側端面
２１ 第一周方向端面
２２ 第二周方向端面
２３ 凸部
２４ 凹部
２５ 第一表面
２６ 第二表面
２７ 境界線
３０ シュラウド本体
３１ 異種金属部
１００ 翼振動監視装置
１０１ 翼振動監視システム
Ａ 軸線
Ｄａ 軸方向
Ｄｃ 周方向
Ｄｒ 径方向
Ｇ 隙間

Claims (13)

  1. 軸線に沿って延びる回転軸と、複数の動翼であって、前記回転軸から径方向外側に放射状に延びる動翼本体、及び、前記動翼本体の先端に設けられて互いに周方向に接触するシュラウドを有する複数の動翼と、を備える回転機械と、
    前記シュラウドの径方向外側に前記シュラウドに対向して設けられて前記シュラウドの外周面の変化を検出するセンサと、を備え、
    前記シュラウドの外周面が、
    第一表面と、
    前記第一表面に周方向両側から挟まれるように配置されて、前記センサによる検出信号が前記第一表面とは異なる第二表面と、を有する翼振動監視装置。
  2. 前記第二表面は、軸線方向の上流側及び下流側の少なくとも一方に向かうに従って漸次周方向の幅が増加するように形成されている請求項１に記載の翼振動監視装置。
  3. 前記第二表面は、軸線方向の上流側及び下流側の少なくとも一方に向かうに従って段階的に周方向の幅が増加するように形成されている請求項１に記載の翼振動監視装置。
  4. 前記第二表面は、前記第一表面と径方向の高さが異なるように形成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の翼振動監視装置。
  5. 前記第二表面は、前記第一表面と異なる金属によって形成されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の翼振動監視装置。
  6. 軸線に沿って延びる回転軸と、複数の動翼であって、前記回転軸から径方向外側に放射状に延びる複数の動翼本体、及び、前記動翼本体の先端に設けられて互いに周方向に接触するシュラウドを有する複数の動翼と、を備える回転機械と、
    前記シュラウドの径方向外側に前記シュラウドに対向して設けられて前記シュラウドの外周面の変化を検出するセンサと、
    前記センサの検出信号に基づいて、前記シュラウドの振動量を演算する演算部と、を備え、
    前記シュラウドの外周面が、
    第一表面と、
    前記第一表面に周方向両側から挟まれるように配置されて、前記センサによる検出信号が前記第一表面とは異なる第二表面と、を有し、
    前記演算部は、前記センサの径方向内側を前記第一表面が通過する時間の長さに基づいて前記シュラウドの周方向の振動量を演算する翼振動監視システム。
  7. 前記第二表面は、軸線方向の一方側に向かうに従って漸次周方向の幅が増加するように形成され、
    前記演算部は、前記センサの径方向内側を前記第二表面が通過する時間の長さに基づいて前記シュラウドの軸線方向の振動量を演算する請求項６に記載の翼振動監視システム。
  8. 軸線に沿って延びる回転軸と、複数の動翼と、を備える回転機械の動翼であって、
    前記回転軸から径方向外側に放射状に延びる動翼本体と、
    前記動翼本体の先端に設けられて互いに周方向に接触するシュラウドと、を有し、
    前記シュラウドの外周面が、
    第一表面と、
    前記第一表面に周方向両側から挟まれるように配置されて、前記第一表面との境界は軸線方向の上流側及び下流側の少なくともいずれかに傾斜している第二表面と、を有する動翼。
  9. 前記第二表面は、軸線方向の上流側及び下流側の少なくとも一方に向かうに従って漸次周方向の幅が増加するように形成されている請求項８に記載の動翼。
  10. 前記第二表面は、軸線方向の上流側及び下流側の少なくとも一方に向かうに従って段階的に周方向の幅が増加するように形成されている請求項９に記載の動翼。
  11. 前記第二表面は、前記第一表面と径方向の高さが異なるように形成されている請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の動翼。
  12. 前記第二表面は、前記第一表面と異なる金属によって形成されている請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の動翼。
  13. 軸線に沿って延びる回転軸と、
    複数の動翼であって、前記回転軸から径方向外側に放射状に延びる動翼本体、及び、前記動翼本体の先端に設けられて互いに周方向に接触するシュラウドを有する複数の動翼と、
    前記シュラウドの径方向外側に前記シュラウドに対向して設けられて前記シュラウドの外周面の変化を検出するセンサと、を備え、
    前記シュラウドの外周面が、第一表面と、前記第一表面に周方向両側から挟まれるように配置されて、前記センサによる検出信号が前記第一表面とは異なる第二表面と、を有する翼振動監視装置を備える回転機械。
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