TWI824332B - 旋轉機械的監視裝置、監視程式、監視方法、及旋轉機械設備 - Google Patents

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Abstract

旋轉機械的監視裝置，是用來監視旋轉機械的餘隙，上述旋轉機械包含用來收容旋轉部及靜止部的艙室，上述旋轉機械的監視裝置具備有：至少一個位置感應器、及預測部；上述至少一個位置感應器，設置在上述艙室外，且用來檢測上述艙室相對於上述旋轉部在徑向的相對位置；上述預測部，根據藉由上述至少一個位置感應器所檢測出的測量值，來獲得在上述艙室內的上述旋轉部與上述靜止部之間的內部餘隙的預測值。

Description

旋轉機械的監視裝置、監視程式、監視方法、及旋轉機械設備
本發明是關於旋轉機械的監視裝置、監視程式、監視方法、及旋轉機械設備。 本申請基於2020年11月10日向日本特許廳申請的日本特願第2020-186961號要求優先權，這裡沿用其內容。
在渦輪發動機等旋轉機械中，為了防止旋轉部(轉子)與靜止部(殼罩等)接觸，需要適當地監視旋轉部與靜止部之間的餘隙。
專利文獻1揭示了一種摩擦維護裝置，上述裝置包含了間隙感應器，上述間隙感應器設置在蒸氣渦輪機的壓蓋部的轉子外周的四個部位。在該裝置，根據間隙感應器的檢測結果，運算間隙感應器的設置位置(壓蓋部)的最小半徑方向間隙，使用該運算結果來監視壓蓋部的轉子與靜止部的接觸。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平7-54606號公報
[發明欲解決的課題]
為了適當抑制旋轉機械的艙室內的旋轉部與靜止部的接觸，需要監視艙室內部的旋轉部與靜止部的餘隙(以下也稱為內部餘隙)。可是在專利文獻1記載的裝置，由於並不是監視內部餘隙，所以有時無法適當抑制艙室內的旋轉部與靜止部的接觸。另一方面，可使用在艙室的內部設置的餘隙感應器來測量內部餘隙。可是在該情況，每次為了設置或維修餘隙感應器都需要打開艙室，所以增加了設置或維修的成本。而且艙室內部為高溫高壓環境，餘隙感應器容易發生故障，無法適當監視餘隙。
鑒於上述情形，本發明的至少一種實施方式，其目的要提供旋轉機械的監視裝置、監視程式、監視方法、及旋轉機械設備，可同時達成：容易設置及管理感應器、及適當地監視旋轉機械的內部餘隙。 [用以解決課題的手段]
本發明的至少一種實施方式的旋轉機械的監視裝置， 是用來監視旋轉機械的餘隙的監視裝置，上述旋轉機械包含用來收容旋轉部及靜止部的艙室；具備有：至少一個位置感應器、預測部； 上述至少一個位置感應器，設置在上述艙室外，且用來檢測上述艙室相對於上述旋轉部在徑向的相對位置； 上述預測部，根據藉由上述至少一個位置感應器所檢測出的測量值，來獲得在上述艙室內的上述旋轉部與上述靜止部之間的內部餘隙的預測值。
本發明的至少一種實施方式的旋轉機械設備，具備有：旋轉機械、上述監視裝置； 旋轉機械包含用來收容旋轉部及靜止部的艙室； 上述監視裝置用來監視上述旋轉機械的餘隙。
本發明的至少一種實施方式的旋轉機械的監視程式， 是用來監視旋轉機械的餘隙的監視程式，上述旋轉機械包含用來收容旋轉部及靜止部的艙室； 上述監視程式使電腦執行： 接收訊號的程序，上述訊號表示：藉由設置在上述艙室外的位置感應器所檢測的上述艙室相對於上述旋轉部在徑向的相對位置的測量值； 根據上述測量值來獲得預測值的程序，上述預測值是上述艙室內的上述旋轉部與上述靜止部之間的內部餘隙的預測值。
本發明的至少一種實施方式的旋轉機械的監視方法， 是用來監視旋轉機械的餘隙的監視方法，上述旋轉機械包含用來收容旋轉部及靜止部的艙室；具備有： 使用設置在上述艙室外的位置感應器，來檢測上述艙室相對於上述旋轉部在徑向的相對位置的步驟、 及根據藉由上述位置感應器所檢測出的測量值，來獲得在上述艙室內的上述旋轉部與上述靜止部之間的內部餘隙的預測值的步驟。 [發明效果]
藉由本發明的至少一種實施方式，來提供旋轉機械的監視裝置、監視程式、監視方法、及旋轉機械設備，可同時達成：容易設置及管理感應器、及適當地監視旋轉機械的內部餘隙。
以下參考附圖，說明本發明的一些實施方式。實施方式記載或圖面顯示的構成構件的尺寸、材質、形狀、其相對配置等，並非將本發明範圍限定於此，只是說明的例子。
在以下的一些實施方式雖然說明構成旋轉機械設備的旋轉機械為蒸氣渦輪發動機，而本發明的旋轉機械並不限定為蒸氣渦輪發動機，也可是其他的旋轉機械(例如氣體渦輪發動機)。
(旋轉機械設備的構造)
圖1是一實施方式的包含蒸氣渦輪發動機的旋轉機械設備的概略圖，圖2是圖1所示的蒸氣渦輪發動機的概略剖面圖。圖3A及圖3B分別是一實施方式的構成旋轉機械設備的蒸氣渦輪發動機的艙室的軸方向端部的概略剖面圖。圖3A是圖2的局部放大圖，圖3B是其他一實施方式的蒸氣渦輪發動機的概略剖面圖。圖4是一實施方式的監視/控制裝置的概略構造圖。
一些實施方式的旋轉機械設備100，具備有：蒸氣渦輪發動機(旋轉機械)1(參考圖1至圖3B)、及用來監視及/或控制蒸氣渦輪發動機1的旋轉部與靜止部的餘隙的監視/控制裝置90(參考圖4)。
(蒸氣渦輪發動機(旋轉機械)的構造)
如圖1及圖2所示，蒸氣渦輪發動機1具備有：可繞中心軸O旋轉的轉子12(在圖1未圖示)、及用來收容包含轉子12的旋轉部及靜止部的外側艙室(艙室)2。
外側艙室2用來分隔：大氣壓力的空間、與較大氣壓力更高壓或更低壓的空間。外側艙室2包含：在上下方向(也就是鉛直方向)位於上側的艙室上半部2A、及位於下側的車是下半部2B；且藉由螺栓緊固著：設置在艙室上半部2A的上側凸緣部3A、與設置在艙室下半部2B的下側凸緣部3B。
外側艙室2以艙室支承部8所支承，艙室支承部8固定於基座10。在圖示的實施方式，艙室上半部2A具有朝軸方向(轉子的中心軸O的方向)突出的彎腿部4，經由該彎腿部4支承於艙室支承部8。在圖1所示的外側艙室2，在艙室上半部2A，分別在軸方向的兩端部，從俯視方向觀察在中心軸O的兩側設置有一對彎腿部4，也就是說，總共設置有四個彎腿部4。
如圖2所示，收容於外側艙室2的旋轉部，包含：藉由軸承(未圖示)可旋轉地支承的轉子12、及設置在轉子12且從轉子12朝徑向突出的複數的動翼片14。如圖2所示，轉子12設置成貫穿外側艙室2。在圖2所示的舉例的實施方式，在轉子12設置有：在軸方向位置分離的複數段的動翼片14。
如圖2所示，收容於外側艙室2的靜止部，包含：以外側艙室2所支承的內側艙室16、以內側艙室16所 支承的翼環18、靜翼片19及暫置環20、及在軸方向設置在外側艙室2的兩端部的內壓蓋部22。靜翼片19，經由翼環18被支承於內側艙室16，在軸方向設置成位於各段的動翼片14的上游側。
在外側艙室2的內部，在徑向的旋轉部與靜止部之間存在有餘隙。在本說明書，在外側艙室2(艙室)的內部的旋轉部與靜止部之間的在徑向的餘隙被稱為內部餘隙。內部餘隙，例如是動翼片14的前端與翼環18之間的餘隙、轉子12與靜翼片19的前端之間的餘隙、或轉子12與設置在暫置環20的密封葉片(未圖示)之間的餘隙等。
如圖2至圖3B所示，在外側艙室2的軸方向的端部設置有外壓蓋部24，外壓蓋部24用來抑制流體從外側艙室2的內部洩漏到外部、或用來抑制空氣從外側艙室2的外部侵入到內部。外壓蓋部24安裝於外側艙室2的軸方向端面2a，藉此將外側艙室2的軸方向端部的開放部封閉。外壓蓋部24包含：供給壓蓋蒸氣的蒸氣室26、及設置成面對轉子12的壓蓋襯墊28。
在一些實施方式，旋轉機械設備100包含溫度調節部60，溫度調節部60用來將外側艙室2或艙室支承部8的至少一部分進行加熱或冷卻。藉由以溫度調節部60將外側艙室2或艙室支承部8的至少一部分進行加熱或冷卻，可調節外側艙室2或艙室支承部8的熱伸長量，藉此可調節外側艙室2的形狀或位置。於是藉由以溫度調節部60適當地調節外側艙室2的形狀或位置，則可將蒸氣渦輪發 動機1的內部餘隙維持在適當的範圍。
在一實施方式，例如如圖1所示，溫度調節部60包含：用來將支承外側艙室2的艙室支承部8加熱的加熱部62、與將外側艙室2的彎腿部4冷卻的冷卻部64。在該情況，藉由以加熱部62將艙室支承部8加熱，艙室支承部8朝鉛直方向熱伸長，讓外側艙室2抬起而變更外側艙室2的位置。另一方面，藉由以冷卻部將彎腿部4冷卻，讓外側艙室2變形沉入。
加熱部62也可是使用電能發熱的加熱器。在圖1所示的舉例的實施方式，加熱部62包含：在用來支承彎腿部4的艙室支承部8的表面設置的面板狀的加熱器。
冷卻部64也可作成將冷卻流體供給到彎腿部4。在圖1所示的舉例的實施方式，冷卻部64包含噴嘴，噴嘴用來將作為冷卻流體的空氣朝向彎腿部4噴出。
(監視/控制裝置的構造)
監視/控制裝置(監視裝置)90，包含：設置在外側艙室的外部的至少一個位置感應器30、與接收來自位置感應器30的訊號進行處理的處理部50。監視/控制裝置90，也可進一步包含：用來測量顯示蒸氣渦輪發動機1的狀態的狀態量的狀態量感應器40(在圖1至圖3B未圖示)。
位置感應器30，在外側艙室2的外部的位置，用來檢測外側艙室2相對於蒸氣渦輪發動機1的旋轉部在徑向的相對位置。
設置有位置感應器30的外側艙室2的外部位置(也就是外壓蓋部24附近的位置)的溫度為100℃左右。相對的外側艙室2的內部，大致為300℃~500℃較高溫。而外壓蓋部24是藉由壓蓋蒸氣所冷卻，所以外側艙室2的外部的溫度相對恆定。
在一些實施方式，例如如圖3A所示，位置感應器30也可設置成與大氣壓力相接。
在一些實施方式，例如如圖3A及圖3B所示，位置感應器30設置成：以外側艙室2或在外側艙室2所安裝的構件支承，並且在外側艙室2的外部位置與轉子12相對向。
在圖3A所示的舉例的實施方式，位置感應器30，設置在外壓蓋部24的外部且經由支承構件32以外壓蓋部24所支承。在該情況，位置感應器30與大氣壓相接。在圖3B所示的舉例的實施方式，位置感應器30，設置在外壓蓋部24之內且經由支承構件32以外壓蓋部24所支承。在該情況，位置感應器30相接於壓蓋蒸氣壓力與大氣壓力之間的壓力。
位置感應器30用來檢測位置感應器30、及與該位置感應器30相對向的轉子12在徑向上的距離G(參考圖3A及圖3B)。以該方式檢測出位置感應器30的安裝位置(在外側艙室2的外部的位置)的外側艙室2相對於轉子12(旋轉部)在徑向的相對位置。
位置感應器30，也可是非接觸式的間隙感應器，例如，也可以是電渦流式感應器、靜電容量式感應器或光學式感應器。
在一實施方式，與位置感應器30相對向的轉子12的面部，涵蓋該轉子12的周方向全區域具有相同直徑。在一實施方式，與位置感應器30相對向的轉子12的直徑，與外壓蓋部24的轉子12的直徑相同。
以下方便起見，將藉由位置感應器30所檢測的上述相對位置(或距離G)稱為外部餘隙。
在圖2所示的舉例的實施方式，至少一個位置感應器30，包含：用來檢測轉子12的最上部的上述相對位置(外部餘隙)的上側感應器30A、與用來檢測轉子12的最下部的上述相對位置(外部餘隙)的下側感應器30B。藉由使用轉子12的最上部及最下部所設置的上側感應器30A及下側感應器30B的個別的上述相對位置(外部餘隙)的檢測結果，可提升在後述的預測部54(處理部50)所預測的內部餘隙的預測精確度。
在一些實施方式，至少一個位置感應器30，包含在軸方向設置在外側艙室2的兩側的一對位置感應器30。在圖2所示的舉例的實施方式，至少一個位置感應器30，包含在軸方向設置在外側艙室2的兩側的一對上側感應器30A及一對下側感應器30B。藉由使用轉子12的軸方向的兩側所設置的一對位置感應器30的個別的上述相對位置(外部餘隙)的檢測結果，可提升在後述的預測部54(處理部50)所預測的內部餘隙的預測精確度。
狀態量感應器40的狀態量的檢測結果，使用於在後述的預測部54(處理部50)的內部餘隙的預測值的計算。狀態量感應器40，例如也可包含：用來測量蒸氣渦輪發動機1的入口蒸氣溫度的溫度感應器、用來測量入口壓力的壓力感應器、用來測量出口蒸氣溫度的溫度感應器、用來測量出口壓力的壓力感應器、用來測量轉子12的轉數的轉數感應器、用來測量轉子12的表面溫度的溫度感應器、或用來測量艙室(外側艙室2等)的溫度的溫度感應器之中至少一種。
處理部50，用來接收來自位置感應器30及/或狀態量感應器40的訊號進行處理。如圖4所示，處理部50具備有：感應器資料取得部52、預測部54、判斷部56、控制部58。
感應器資料取得部52，從位置感應器30及/或狀態量感應器40接收顯示各感應器的測量值的訊號。
預測部54，根據藉由位置感應器30所檢測的測量值(在感應器資料取得部52所接收的訊號)，來獲得在外側艙室2內的旋轉部與靜止部之間的內部餘隙的預測值。
判斷部56，根據預測部54的內部餘隙的預測值，判斷是否要進行外側艙室2的形狀或位置變更。
控制部58，當藉由判斷部56判斷需要進行外側艙室2的形狀或位置變更時，將外側艙室2的形狀或位置進行變更讓內部餘隙成為在限定範圍內。控制部58也可例 如控制溫度調節部60讓上述的內部餘隙成為在限定範圍內。
處理部50包含：處理器(CPU(中央處理器)等)、儲存裝置(儲存設備；RAM(隨機存取記憶體)等)、輔助儲存部、介面等。處理部50，經由介面來接收來自上述位置感應器30及/或狀態量感應器40的訊號。處理器用來處理所接收的訊號。處理器用於處理以儲存裝置打開的程式。藉此達成上述各功能部(預測部54等)的功能。
處理部50中的處理內容安裝為藉由處理器執行的程式。程式也可儲存於輔助儲存部。在執行程式時，該程式以儲存裝置打開。處理器從儲存裝置讀取程式，執行程式所包含的指令。
在具有上述構造的監視/控制裝置(監視裝置)90，是在蒸氣渦輪發動機(旋轉機械)1的外側艙室2外，設置有用來檢測艙室相對於旋轉部在徑向的相對位置的位置感應器30，所以相較於在外側艙室2內設置位置感應器的情況，更容易進行位置感應器30的設置或管理。也就是說，不用打開外側艙室2，就能進行位置感應器30的設置、更換，或進行位置感應器30的精確度確認。相較於在高溫高壓環境下將位置感應器設置在外側艙室2內部的情況，位置感應器30不太可能發生故障。在具有上述構造的監視/控制裝置(監視裝置)90，是根據位置感應器30的上述相對位置(外部餘隙)的檢測結果來得到蒸氣渦輪發動機1的內部餘隙的預測值，所以根據該預測值可適當地監視蒸氣渦輪發動機1的內部餘隙。藉此可有效地抑制例如旋轉部與靜止部的接觸。因此藉由上述監視/控制裝置(監視裝置)90，能同時達成：容易設置及管理位置感應器30、及適當地監視蒸氣渦輪發動機1的內部餘隙。
(旋轉機械的監視/控制流程) 接著針對一些實施方式的蒸氣渦輪發動機(旋轉機械)1的監視/控制方法的流程加以說明。以下雖然針對使用上述監視/控制裝置90來進行旋轉機械的監視/控制的情況來說明，而也能以手動方式進行以下說明的步驟的局部或全部。
圖5是一實施方式的旋轉機械的監視/控制方法的流程圖。在一實施方式，首先使用上述位置感應器30，來測量(S102)外側艙室2相對於蒸氣渦輪發動機1的旋轉部在徑向的相對位置(外部)餘隙。而且使用上述狀態量感應器40來獲得(S104)表示蒸氣渦輪發動機1的狀態的狀態量。這裡的狀態量例如包含：蒸氣渦輪發動機1的入口蒸氣溫度、入口壓力、出口蒸氣溫度、出口壓力、轉子12的轉數、轉子12的表面溫度、或艙室(外側艙室2等)的溫度的至少一種。
上述步驟S102及步驟S104的執行順序沒有限定。也就是說，步驟S102與步驟S104也可以任意順序進行，或者也可同時進行步驟S102與S104。
接著，預測部54，根據在步驟S102獲得的外部餘隙的測量值，來計算出(S106)外側艙室2內的旋轉部與靜止部之間的內部餘隙的預測值。在步驟S106，也可根據在步驟S102所得到的外部餘隙的測量值、及在步驟S104得到的狀態量的測量值，來計算出上述的內部餘隙的預測值。
在步驟S106，也可計算出在周方向的複數的位置的各內部餘隙的預測值。例如也可獲得轉子12的最上部的內部餘隙的預測值、及/或轉子12的最下部的內部餘隙的預測值。
在步驟S106，也可計算出軸方向的複數的位置的各內部餘隙的預測值。例如也可分別計算出：複數段的動翼片14的各前端與翼環18之間的餘隙、及/或複數段的靜翼片19的各前端與轉子12之間的餘隙、及/或設置在暫置環20的複數的各密封葉片與轉子12之間的餘隙的預測值。
後面敘述步驟S106的內部餘隙的預測方法的幾個例子。
接著，判斷部56，根據在步驟S106獲得的內部餘隙的預測值，判斷是否要進行外側艙室2的形狀或位置變更(S108)。
在步驟S108，例如當內部餘隙的預測值在限定範圍內(適當範圍內)時，則判斷不需要變更外側艙室2的形狀或位置(在S108為是)。在該情況則結束該流程。另一方面，當內部餘隙的預測值在限定範圍外(適當範圍外)時，則判斷需要變更外側艙室2的形狀或位置(在S108為否)。在該情況則轉往步驟S110。
在步驟S110，將外側艙室2的形狀或位置變更讓內部餘隙成為在限定範圍內。在步驟S110，也可藉由控制部58適當地控制溫度調節部60(加熱部62及冷卻部64)，讓外側艙室2成為所需要的形狀或位置。
例如，在步驟S108，在判斷轉子12的最上部的內部餘隙的預測值小於限定範圍的情況，在步驟S110，也可藉由以加熱部62加熱艙室支承部8，調節艙室支承部8的熱伸長量，將外側艙室2抬起而變更外側艙室2的位置。或者，在步驟S108，在判斷轉子12的最下部的內部餘隙的預測值小於限定範圍的情況，在步驟S110，也可藉由以冷卻部64將冷卻流體供給到彎腿部4，讓外側艙室2變形下沉。
在內部餘隙的預測值成為限定範圍之前，也可反覆進行步驟S102~S110的步驟。
(內部餘隙的預測方法) 在步驟S106，例如也可藉由以下所述的方法，使用外部餘隙的測量值，來獲得內部餘隙的預測值。
例如，在步驟S106，也可藉由根據蒸氣渦輪發動機1的狀態量簡單推測，來獲得內部餘隙的預測值。在該情況，首先根據在步驟S104所獲得的蒸氣渦輪發動機1的狀態量的測量值，藉由使用預先取得的推測式子等進行簡單推測，計算出內部餘隙及外部餘隙的暫定預測值(暫時的預測值)。上述的推測式子，是用來表現蒸氣渦輪發動機1的狀態量與內部/外部餘隙的關係的式子。藉由根據在步驟S102獲得的外部餘隙的測量值、及上述外部餘隙的暫定預測值，來修正上述內部餘隙的暫定預測值，來獲得內部餘隙的預測值。例如也可獲得外部餘隙的測量值與外部餘隙的暫定預測值的差值，藉由將該差值加入到上述內部餘隙的暫定預測值，來獲得內部餘隙的預測值。
或者在步驟S106，也可使用有限元素法(Finite Element Method; FEM)的數值分析，或將有限元素法的模型簡化的解析方法(Model Order Reduction; MOR)，來獲得內部餘隙的預測值。在該情況，首先將在步驟S104所獲得的蒸氣渦輪發動機1的狀態量的測量值當作輸入值(邊界條件)，藉由FEM或MOR的方法，計算出內部餘隙及外部餘隙的暫定預測值(暫時的預測值)。藉由根據在步驟S102獲得的外部餘隙的測量值、及上述外部餘隙的暫定預測值，來修正上述內部餘隙的暫定預測值，來獲得內部餘隙的預測值。例如也可獲得外部餘隙的測量值與外部餘隙的暫定預測值的差值，藉由將該差值加入到上述內部餘隙的暫定預測值，來獲得內部餘隙的預測值。
或者在步驟S106，也藉由可使用機械學習等的AI(artificial intelligence)(人工智慧)的分析，使用預測模型，來獲得內部餘隙的預測值。在該預測模型，是將蒸氣渦輪發動機1的狀態量及外部餘隙當作輸入值，將蒸氣渦輪發動機1的內部餘隙當作輸出值的預測模型。在該情況，是將在步驟S102獲得的外部餘隙的測量值、及在步驟S104獲得的蒸氣渦輪發動機1的狀態量的測量值，使用作為上述的預測模型的輸入值，將使用預測模型的運算結果當作輸出值，來獲得內部餘隙的預測值。而上述預測模型，也可以是已經使用教師資料進行過機器學習的經過學習的預測模型。
上述各實施方式中記載的內容例如如下所述。
(1)本發明的至少一種實施方式的旋轉機械(例如上述蒸氣渦輪發動機1)的監視裝置(例如上述監視/控制裝置90)， 是用來監視旋轉機械的餘隙的監視裝置，上述旋轉機械包含用來收容旋轉部及靜止部的艙室(例如上述外側艙室2)；具備有：至少一個位置感應器(30)、預測部(54)； 上述至少一個位置感應器(30)，設置在上述艙室外，且用來檢測上述艙室相對於上述旋轉部在徑向的相對位置； 上述預測部(54)，根據藉由上述至少一個位置感應器所檢測出的測量值，來獲得在上述艙室內的上述旋轉部與上述靜止部之間的內部餘隙的預測值。
在上述(1)的構造，是在旋轉機械的艙室外，設置有用來檢測艙室相對於旋轉部在徑向的相對位置的位置感應器，所以相較於在艙室內設置位置感應器的情況，更容易進行位置感應器的設置或管理。在上述(1)的構造，是根據位置感應器的上述相對位置的檢測結果來得到旋轉機械的內部餘隙的預測值，所以根據該預測值可適當地監視旋轉機械的內部餘隙。藉此可有效地抑制例如旋轉部與靜止部的接觸。因此藉由上述(1)的構造，能同時達成：容易設置及管理位置感應器、及適當地監視旋轉機械的內部餘隙。
(2)在一些實施方式，在上述(1)的構造， 上述旋轉機械，包含外壓蓋部，上述外壓蓋部設置在上述艙室的軸方向的端部， 上述位置感應器以上述外壓蓋部所支承。
藉由上述(2)的構造，將位置感應器設置成以外壓蓋部支承，能較容易設置或管理位置感應器。
(3)在一些實施方式，在上述(1)或(2)的構造， 上述至少一個位置感應器，包含在軸方向設置在上述艙室的兩側的一對位置感應器。
藉由上述(3)的構造，由於在軸方向的艙室的兩側設置有一對位置感應器，所以與僅在艙室的其中一側設置位置感應器的情況相比，能更適當地預測內部餘隙。
(4)在一些實施方式，在上述(1)至(3)的任一構造， 上述預測部，根據表示上述旋轉機械的狀態的狀態量、及藉由上述位置感應器所獲得的上述測量值，計算出上述內部餘隙的上述預測值。
藉由上述(4)的構造，能根據表示旋轉機械的狀態的狀態量、及藉由位置感應器所獲得的測量值，計算出內部餘隙的預測值。因此能根據計算出的預測值，適當地監視旋轉機械的內部餘隙。
(5)在一些實施方式，在上述(1)至(3)的任一構造， 上述預測部，使用將表示上述旋轉機械的狀態的狀態量、及藉由上述位置感應器所獲得的上述測量值當作輸入值的預測模型，計算出上述內部餘隙的上述預測值。
藉由上述(5)的構造，能使用表示旋轉機械的狀態的狀態量、及藉由位置感應器所獲得的測量值當作輸入值的預測模型，適當地計算出內部餘隙的預測值。因此能根據計算出的預測值，適當地監視旋轉機械的內部餘隙。
(6)在一些實施方式，在上述(4)或(5)的構造， 上述預測部，從表示上述旋轉機械的狀態的狀態量計算出上述內部餘隙的暫定預測值及上述相對位置的暫定預測值，藉由將以上述位置感應器所獲得的上述測量值與上述相對位置的上述暫定預測值的差值加入到上述內部餘隙的上述暫定預測值，來獲得上述內部餘隙的上述預測值。
藉由上述(6)的構造，由於將艙室相對於旋轉部在徑向的相對位置(也就是外部餘隙)的測量值與暫定預測值的差值，加入到內部餘隙的暫定預測值，來獲得內部餘隙的預測值，所以能適當地計算出內部餘隙的預測值。因此能根據計算出的預測值，適當地監視旋轉機械的內部餘隙。
(7)在一些實施方式，在上述(1)至(6)的任一構造， 上述旋轉機械的監視裝置，具備有判斷部(56)； 上述判斷部(56)，根據上述預測部的上述預測值，判斷是否要進行上述艙室的形狀或位置變更。
藉由上述(7)的構造，可根據內部餘隙的預測值，判斷是否要進行艙室的形狀或位置變更。例如，當內部餘隙的預測值在限定範圍外時，則判斷要變更艙室的形狀或位置。因此藉由該判斷結果適當地變更艙室的形狀或位置，則能有效地抑制旋轉部與靜止部的接觸。
(8)本發明的至少一種實施方式的旋轉機械設備(100)，具備有：旋轉機械(例如上述蒸氣渦輪發動機1)、監視裝置(例如上述監視/控制裝置90)； 上述旋轉機械(例如上述蒸氣渦輪發動機1)包含用來收容旋轉部及靜止部的艙室； 上述監視裝置(例如上述監視/控制裝置90)，是用來監視上述旋轉機械的餘隙的上述(1)至(7)中任一項的監視裝置。
在上述(8)的構造，是在旋轉機械的艙室外，設置有用來檢測艙室相對於旋轉部在徑向的相對位置的位置感應器，所以相較於在艙室內設置位置感應器的情況，更容易進行位置感應器的設置或管理。在上述(8)的構造，是根據位置感應器的上述相對位置的檢測結果來得到旋轉機械的內部餘隙的預測值，所以根據該預測值可適當地監視旋轉機械的內部餘隙。藉此可有效地抑制例如旋轉部與靜止部的接觸。因此藉由上述(8)的構造，能同時達成：容易設置及管理位置感應器、及適當地監視旋轉機械的內部餘隙。
(9)在一些實施方式，在上述(8)的構造， 上述監視裝置包含判斷部(56)，上述判斷部(56)，根據上述內部餘隙的上述預測值，判斷是否要進行上述艙室的形狀或位置變更； 上述旋轉機械設備， 具備有控制部(58)，上述控制部(58)，當藉由上述判斷部判斷需要進行上述艙室的形狀或位置變更時，將上述艙室的形狀或位置進行變更讓上述內部餘隙成為在限定範圍內。
藉由上述(9)的構造，當藉由判斷部判斷需要進行艙室的形狀或位置變更時，可藉由控制部將艙室的形狀或位置進行變更讓內部餘隙成為在限定範圍內。因此藉由判斷部的判斷結果適當地變更艙室的形狀或位置，則能有效地抑制旋轉部與靜止部的接觸。
(10)在一些實施方式，在上述(9)的構造， 上述控制部控制溫度調節部(60)，上述溫度調節部(60)，將上述艙室或支承上述艙室的艙室支承部的至少一部分加熱或冷卻，讓上述內部餘隙成為在限定範圍內。
藉由上述(10)的構造，當藉由判斷部判斷需要進行艙室的形狀或位置變更時，控制溫度調節部將艙室的至少一部分加熱或冷卻，讓內部餘隙成為在限定範圍內。藉此可有效地抑制旋轉部與靜止部的接觸。
(11)本發明的至少一種實施方式的旋轉機械(例如上述蒸氣渦輪發動機1)的監視程式裝置， 是用來監視旋轉機械的餘隙的監視程式，上述旋轉機械包含用來收容旋轉部及靜止部的艙室(例如上述外側艙室2)； 上述監視程式在電腦(例如上述處理部50)執行： 接收訊號的程序，上述訊號表示：藉由設置在上述艙室外的位置感應器所檢測的上述艙室相對於上述旋轉部在徑向的相對位置的測量值； 根據上述測量值來獲得預測值的程序，上述預測值是上述艙室內的上述旋轉部與上述靜止部之間的內部餘隙的預測值。
在上述(11)的程式，是在旋轉機械的艙室外，設置有用來檢測艙室相對於旋轉部在徑向的相對位置的位置感應器，所以相較於在艙室內設置位置感應器的情況，更容易進行位置感應器的設置或管理。在上述(11)的程式，是根據位置感應器的上述相對位置的檢測結果來得到旋轉機械的內部餘隙的預測值，所以根據該預測值可適當地監視旋轉機械的內部餘隙。藉此可有效地抑制例如旋轉部與靜止部的接觸。因此藉由上述(11)的程式，能同時達成：容易設置及管理位置感應器、及適當地監視旋轉機械的內部餘隙。
(12)本發明的至少一種實施方式的旋轉機械(例如上述蒸氣渦輪發動機1)的監視方法， 是用來監視旋轉機械的餘隙的監視方法，上述旋轉機械包含用來收容旋轉部及靜止部的艙室(例如上述外側艙室2)；具備有： 使用設置在上述艙室外的位置感應器，來檢測上述艙室相對於上述旋轉部在徑向的相對位置的步驟(S102)、 及根據藉由上述位置感應器所檢測出的測量值，來獲得在上述艙室內的上述旋轉部與上述靜止部之間的內部餘隙的預測值的步驟(S106)。
在上述(12)的方法，是在旋轉機械的艙室外，設置有用來檢測艙室相對於旋轉部在徑向的相對位置的位置感應器，所以相較於在艙室內設置位置感應器的情況，更容易進行位置感應器的設置或管理。在上述(12)的方法，是根據位置感應器的上述相對位置的檢測結果來得到旋轉機械的內部餘隙的預測值，所以根據該預測值可適當地監視旋轉機械的內部餘隙。藉此可有效地抑制例如旋轉部與靜止部的接觸。因此藉由上述(12)的方法，能同時達成：容易設置及管理位置感應器、及適當地監視旋轉機械的內部餘隙。
以上雖然說明本發明的實施方式，而本發明並不限定於上述實施方式，也包含在上述實施方式增加變形的型態，或將這些型態適當組合的型態。
在本說明書中，表示相對或絕對配置的表現方式，例如「沿某個方向」、「沿某個方向」、「平行」、「正交」、「中心」、「同心」或「同軸」，表示的不僅是嚴格這樣的配置方式，也表示具有公差或者能得到相同功能的具有某程度的角度或距離的相對移位的狀態。 例如，表示事物處於相同狀態的「相同」、「相等」、「同質」等的表現方式，表示的不僅是嚴格這樣的配置方式，也表示具有公差或者具有能得到相同功能的程度的差異的狀態。 在本說明書中，表現四角形或圓筒形狀等形狀的表現方式，述不僅表示幾何學上嚴格意義上的四角形或圓筒形狀等形狀，也表示在獲得相同效果的範圍的包含凹凸部或倒角部等的形狀。 在本說明書中，將一組成元件稱為「具備」、「包含」、或「具有」這樣的表現方式，並不是排除其他組成元件的存在的排他性表現方式。
1:蒸氣渦輪發動機 2:外側艙室 2A:艙室上半部 2B:艙室下半部 2a:軸方向端面 3A:上側凸緣部 3B:下側凸緣部 4:彎腿部 8:艙室支承部 10:基座 12:轉子 14:動翼片 16:內側艙室 18:翼環 19:靜翼片 20:暫置環 22:內壓蓋部 24:外壓蓋部 26:蒸氣室 28:壓蓋襯墊 30:位置感應器 30A:上側感應器 30B:下側感應器 32:支承構件 40:狀態量感應器 50:處理部 52:感應器資料取得部 54:預測部 56:判斷部 58:控制部 60:溫度調節部 62:加熱部 64:冷卻部 90:監視/控制裝置 100:旋轉機械設備 O:中心軸
[圖1]是包含一種實施方式的蒸氣渦輪發動機的旋轉機械設備的概略圖。 [圖2]是圖1顯示的蒸氣渦輪發動機的概略剖面圖。 [圖3A]是圖2的局部放大圖。 [圖3B]是其他一實施方式的蒸氣渦輪發動機的局部剖面圖。 [圖4]是一實施方式的監視/控制裝置的概略構造圖。 [圖5]是一實施方式的旋轉機械的監視/控制方法的流程圖。
1:蒸氣渦輪發動機
2:外側艙室
2A:艙室上半部
2B:艙室下半部
12:轉子
14:動翼片
16:內側艙室
18:翼環
19:靜翼片
20:暫置環
22:內壓蓋部
24:外壓蓋部
30:位置感應器
30A:上側感應器
30B:下側感應器
100:旋轉機械設備
O:中心軸

Claims (12)

  1. 一種旋轉機械的監視裝置，是用來監視旋轉機械的餘隙，上述旋轉機械包含用來收容旋轉部及靜止部的艙室，上述旋轉機械的監視裝置具備有：至少一個位置感應器、及預測部；上述至少一個位置感應器，設置在上述艙室外並且以上述艙室的軸方向端面所支承，且用來檢測上述艙室相對於上述旋轉部在徑向的相對位置；上述預測部，根據藉由上述至少一個位置感應器所檢測出的測量值，來獲得在上述艙室內的上述旋轉部與上述靜止部之間的內部餘隙的預測值；上述至少一個位置感應器，在軸方向的上述艙室的外側的位置，用來檢測：上述至少一個位置感應器、及與上述至少一個位置感應器相對向的上述旋轉部在徑向上的距離。
  2. 如請求項1的旋轉機械的監視裝置，其中，上述旋轉機械包含外壓蓋部，上述外壓蓋部設置在上述艙室的軸方向的端部，上述位置感應器經由上述外壓蓋部以上述艙室的上述軸方向端面所支承。
  3. 如請求項1或2的旋轉機械的監視裝置，其中，上述至少一個位置感應器包含：在軸方向設置在上述艙室的兩側的一對位置感應器。
  4. 如請求項1或2的旋轉機械的監視裝置，其中，上述預測部，根據表示上述旋轉機械的狀態的狀態量、及藉由上述位置感應器所獲得的上述測量值，計算出上述內部餘隙的上述預測值。
  5. 如請求項1或2的旋轉機械的監視裝置，其中，上述預測部，使用將表示上述旋轉機械的狀態的狀態量、及藉由上述位置感應器所獲得的上述測量值當作輸入值的預測模型，計算出上述內部餘隙的上述預測值。
  6. 如請求項4的旋轉機械的監視裝置，其中，上述預測部，從表示上述旋轉機械的狀態的狀態量計算出上述內部餘隙的暫定預測值及上述相對位置的暫定預測值，藉由將以上述位置感應器所獲得的上述測量值與上述相對位置的上述暫定預測值的差值，加入到上述內部餘隙的上述暫定預測值，來獲得上述內部餘隙的上述預測值。
  7. 如請求項1或2的旋轉機械的監視裝置，其中，具備有判斷部，上述判斷部，根據上述內部餘隙的上述預測值，判斷是否要進行上述艙室的形狀或位置的變更。
  8. 一種旋轉機械設備，具備有：旋轉機械、請求項1至7中任一項的監視裝置；上述旋轉機械包含用來收容旋轉部及靜止部的艙室；上述監視裝置用來監視上述旋轉機械的餘隙。
  9. 如請求項8的旋轉機械設備，其中，上述 監視裝置包含判斷部，上述判斷部，根據上述內部餘隙的上述預測值，判斷是否要進行上述艙室的形狀或位置的變更；上述旋轉機械設備具備有控制部，上述控制部，當藉由上述判斷部判斷需要進行上述艙室的形狀或位置的變更時，將上述艙室的形狀或位置進行變更讓上述內部餘隙成為在限定範圍內。
  10. 如請求項9的旋轉機械設備，其中，上述控制部控制溫度調節部，上述溫度調節部，將上述艙室或支承上述艙室的艙室支承部的至少一部分加熱或冷卻，讓上述內部餘隙成為在限定範圍內。
  11. 一種旋轉機械的監視程式，是用來監視旋轉機械的餘隙的監視程式，上述旋轉機械包含用來收容旋轉部及靜止部的艙室；上述監視程式使電腦執行：接收訊號的程序，上述訊號表示：藉由設置在上述艙室外並且以上述艙室的軸方向端面所支承的位置感應器所檢測的上述艙室相對於上述旋轉部在徑向的相對位置的測量值；及根據上述測量值來獲得上述艙室內的上述旋轉部與上述靜止部之間的內部餘隙的預測值的程序；上述至少一個位置感應器，在軸方向的上述艙室的外側的位置，用來檢測：上述至少一個位置感應器、及與上 述至少一個位置感應器相對向的上述旋轉部在徑向上的距離。
  12. 一種旋轉機械的監視方法，是用來監視旋轉機械的餘隙的監視方法，上述旋轉機械包含用來收容旋轉部及靜止部的艙室；上述旋轉機械的監視方法，具備有：使用設置在上述艙室外並且以上述艙室的軸方向端面所支承的位置感應器，來檢測上述艙室相對於上述旋轉部在徑向的相對位置的步驟、及根據藉由上述位置感應器所檢測出的測量值，來獲得在上述艙室內的上述旋轉部與上述靜止部之間的內部餘隙的預測值的步驟；上述至少一個位置感應器，在軸方向的上述艙室的外側的位置，用來檢測：上述至少一個位置感應器、及與上述至少一個位置感應器相對向的上述旋轉部在徑向上的距離。
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