JPH03194426A

JPH03194426A - 振動位相角検出装置

Info

Publication number: JPH03194426A
Application number: JP1331202A
Authority: JP
Inventors: Chiaki Okamura; 千秋岡村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1991-08-26

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）本考案は、タービン監視装置に係わり、特にタービン発
電機の車軸の振動位相角の測定装置に関する。

（従来の技術）周知のようにタービン発電機は、タービンを蒸気で高速
回転させ、タービンに接続された発電機を回転させるこ
とにより発電を行っている。

タービンには高圧羽根、低圧羽根等が設けられており、
この羽根に蒸気を当てタービンを回転させて発電機を回
転させるようになっている。

ところが、車軸に取り付けられた羽根にアンバランスが
発生するとタービン車軸の振動が大きくなり、発電に支
障を来すばかりでなく、タービンを壊したりする可能性
がある。

従って、振動が大きい時にはタービンの羽根にバランス
ウェイトというものを取付け、羽根のバランスを取った
後、タービンを回転させ、振動がある一定値以下であり
、タービンが安全である事を確認した後、発電に入る。

タービンの羽根のバランスを取る時に必要になるのはタ
ービン車軸の振動位相角である。この振動位相角により
どの位置にバランスウェイトをつけるかを判断するため
である。従って、タービン起動時にはタービン車軸の振
動位相角は重要な位置付けとなる。

また、振動位相角の測定は、低回転から定格回転数まで
測定することが必要である。

従来は、定格回転時において、中心周波数が定格周波数
のバンドパスフィルタに振動振幅信号を通過させ、この
振動振幅信号から定格回転数信号を取り出す。次に定格
回転数のときの振動位相角を測定してバランスウェイト
を取り付けるポイントを求めていた。

第３図及び第４図を参照して従来の振動位相角検出装置
について説明する。

第３図において、振動検出器１は、タービンの所定か所
に取付けられた振動センサであり、タービンの回転速度
に比例した振動検出信号は、振動計アンプ２へ出力され
ている。

振動計アンプ２は、振動検出信号を入力して変位に比例
した定格回転数振動信号Ｓｌ（第４図（Ａ））に変換し
てバンドパスフィルタ３へ出力する。

バンドパスフィルタ３は、中心周波数が定格周波数に設
定され、定格回転数振動信号Ｓ１を通過させて同期成分
信号Ｓ２（同図（Ｂ））を抽出する。

この同期成分信号Ｓ２から、振動位相角計アンプ４で正
側のゼロクロス点信号Ｓ３が抽出される。

一方、基準器５は、例えば、タービンの回転軸等に設け
られた基準点を検出するセンサで、第４図（Ｄ）に示す
ように回転軸一回転で一パルスを基準パルスＳ４として
出力するようになっている。

そして、前記振動位相角針アンプ４内のフリップフロッ
プ（Ｆ／Ｆ）回路を基準器５からの前記基準パルスＳ４
でセットし、前記ゼロクロス点信号Ｓ３でリセットする
と、第４図（Ｅ）に示すように、基準点からの位相角に
比例した電圧信号（位相角信号）Ｓ５が得られる。

この電圧信号Ｓ５にゼロクロス点からハイスポット点ま
での位相＋９０度を補正して、基準点からハイスポット
点までの位相が求められる。さらに振動検出器１と基準
器５との取付は位置の角度を補正すれは、振動位相角が
求められる。

求められた振動位相角は、最大振動位置を示しており、
この振動位相角に基づいて振動が出来るだけ滑らかにな
るようにバランスウェイトを取付ける。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記従来の振動位相角検出装置では、定
格回転時に振動振幅信号を、中心周波数が定格周波数の
バンドパスフィルタ３を通過させ振動振幅信号から定格
回転数信号を取り出し、定格回転数のときの振動位相角
を測定してバランスウェイトを取り付けるポイントを求
めていたが、この方法だと回転数を上昇させる段階で振
動が大きくても定格回転数まで回転を上げなければ、バ
ランスウェイトを取付ける位置が分からない等の欠点が
あった。また、定格回転数まで回転上昇させる段階で振
動が大きくなり、タービン本体を傷付ける等の欠点があ
った。

また、低回転数の場合、固定バンドパスフィルタの中心
周波数の関係で、振動振幅信号が第４図（Ｆ）に示す様
な場合、ゼロクロス点信号が第４図（Ｇ）に示す様に不
規則に発生しＦ／Ｆ回路のリセット信号に成り位相角の
測定が出来なかったり、測定誤差が大きくなるなどの欠
点があった。

本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、簡単
な構成で回転機械の振動位相角を低回転数域から定格回
転数まで連続して測定できる振動位相角ＩＪ定装置を提
供することを目的とする。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明は、回転機械の回転軸の振動量を検出するセンサ部及びこの
センサ出力を積分して振動信号を生成する振動信号検出
手段と、前記回転軸に設定された基準点を検出する毎に検出信号
を出力する基準器と、前記基準点検出信号をゲートとしてクロック発生器から
のクロック数を計数する計数手段と、計数されたクロッ
ク数から前記回転軸の現在回転数を演算する回転数演算
手段と、演算された回転数を中心周波数としてセットし、前記振
動信号から同期成分信号を生成するディジタルセットバ
ンドパスフィルタと、前記同期成分信号の１周期単位でそのゼロクロス点を検
出し、検出されたゼロクロス点と前記基準点との位相を
演算する位相演算手段と、前記位相に対して前記ゼロク
ロス点と前記同期成分信号のハイスポット点との位相及
び振動検出器と基準器との取付位置に基づく位相を加算
して補正された位相角を生成する振動位相角演算手段と
、を具備して成ることを特徴とする。

（作用）上記構成によれば、基準器からの基準点検出信号をゲー
トとしてクロック発生器のクロック数をカウントするこ
とにより、回転軸の現在回転数を求め、この回転周波数
をディジタルセットバンドパスフィルタの中心周波数と
して設定する。

そして、検出された振動信号から現在回転周波数に同期
した同期成分信号が抽出され、その１周期単位で求めら
れたゼロクロス点と前記基準点との位相に対してゼロク
ロス点とハイスポット点との位相等を加算することによ
り、振動位相角が求められている。

従って、回転軸の回転周波数に応じて連続した振動位相
角検出が可能となる。

（実施例）第１図は本発明に係る振動位相角検出装置の一実施例の
構成を示すブロック図である。

振動検出器１で検出された速度比例信号は、インピーダ
ンス変換用のバッファ回路６を経て積分回路７により変
位に比例した信号に変換される。

この積分回路７の出力信号はバイパスフィルタ（地震波
カットフィルタ：ＨＰＦ）８、整流回路９及びＶ／Ｉ変
換回路１０を介して振動振幅に比例した直流電圧に変換
され、計算機等の外部計器に対し振動信号として出力さ
れる。

また、積分回路７の出力信号は、その中心周波数を回転
数に応じて連続して可変できるディジタルセットバンド
パスフィルタ１１へも供給され、このディジタルセット
バンドパスフィルタ１１を通過した信号は位相角測定回
路１２へ供給されて振動位相角が求められる。

一方、基準器５からの基準点検出信号は、絶縁波形整形
回路１３を介して基準パルス発生回路１４及びプログラ
マブルカウンタ１５へ供給されている。

このプログラマブルカウンタ１５へはクロックパルス発
生器１６からのクロックが供給されており、ＣＰ　Ｕ　
１７の制御の下に、基準点検出信号をゲートとしてクロ
ックパルス発生器１６がらのクロック信号をカウントす
る。

ＣＰＵ１７は、プログラマブルカウンタ１５を制御する
とともに、プログラマブルカウンタ１５で求められた回
転周波数を出力ポート１８にセットする。

出力ポート１８は、セットされた回転周波数をディジタ
ルセットバンドパスフィルタ１１へ供給し、これによっ
てディジタルセットバンドパスフィルタ１１の中心周波
数が回転軸の回転周波数と一致する。

前記位相角測定回路１２は、ディジタルセットバンドパ
スフィルタ１１を通過した同期成分信号から正側のゼロ
クロス点を検出して検出パルスを生成するゼロクロス点
検出部１つと、前記基準パルス発生回路１４からの基準
パルスによりセットされ、ゼロクロス点検出パルスによ
りリセットされるフリップフロップ（Ｆ／Ｆ）回路２０
と、Ｆ／Ｆ回路２０の出力から振動位相角を求める位相
角演算部２１とから構成されている。

次に本実施例の作用を第２図のタイムチャートを参照し
て説明する。

タービン発電機が回転を開始すると、振動検出器１はタ
ービン車軸の振動を検出して、第２図（Ａ）に示すよう
に、高調波成分を含んだ振動検出信号Ｓ１をバッファ回
路６へ出力する。

この振動検出信号は、積分回路７、バイパスフィルタ８
、整流回路９及びＶ／Ｉ変換回路１０を介して振動振幅
に比例した直流電圧信号を振動信号として外部計器に出
力する。

一方、基準器５からの信号は、絶縁・波形整形回路１３
を通りプログラマブルカウンタ１５に入力し、ＣＰＵ１
７を介してプログラマブルカウンタ１５のゲートをコン
トロールし、ゲートがロジックレベル１の間、ある一定
周波数のパルスを通過させる。

このパルス数からタービン車軸の回転周波数が求められ
、出力ボート１８に周波数がセットされ、これによって
バンドパスフィルタ１１にこの周波数がセットされる。

従って、ディジタルセットバンドパスフィルタ１１の出
力は常に、積分回路７の出力信号中から第２図（Ｃ）に
示すように回転数に同期した同期成分の信号Ｓ２を取り
出せる。

ゼロクロス点検出部１９では、第２図（Ｃ）に示す同期
成分信号Ｓ２から正側のゼロクロス点を求め、検出パル
スＳ３を求める。

Ｆ／Ｆ回路２０は基準パルス発生回路１４がらの基準パ
ルスＳ４（第２図（Ｂ））をセット信号として、前記ゼ
ロクロス検出パルスパルスＳ３をリセット信号として、
基準点からゼロクロス点までの位相φＭを求める。

そして位相角演算部２１では、この位相φＭにゼロクロ
ス点からハイスポット点までの位相＋９０度及び振動検
出器ｌと基準器５との取付角度を加算して振動位相角信
号が求められる。

従って、この振動位相角が求められれば、どの位置とバ
ランスウェイトを取り付ければよいかがわかる。

しかも、本実施例では、回転開始から定格周波数に至る
までのどの時点においても振動位相角信号を求めること
ができるので、定格周波数に至るまでに振動が大きくな
れば、その時点でバランスウェイトを取付けることがで
き、タービン本体を傷付けるといった事態の発生を未然
に防止できる。

また、常に回転数に同期した同期成分信号を取り出せる
ので、従来例のようにゼロクロス点が不規則に発生する
ことがなく、測定不能、測定誤差の増大等を防止できる
。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、回転数が変化して
も常に正確な位相測定ができる。

また、簡単な回路構成でもって低回転数から定格回転数
まで連続的に位相測定が出来るため、車軸の振動位相角
信号がリアルタイムに測定できるので、回転上昇段階で
振動が大きいときのタービンバランスウェイト取り付は
位置が正確に判定できる。

このため、定格回転数までタービンを回す必要がなく、
定格回転数までタービンを回したときに生じるタービン
の傷つき等の不具合を未然に防止でき、また、運転員の
監視労力が軽減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る振動位相角検出装置の一実施例構
成を示すブロック図、第２図は同実施例の作用説明用の
タイムチャート、第３図は従来の振動位相角検出装置の
構成を示すブロック図、第４図は同従来例の作用説明用
のタイムチャートである。１・・・振動検出器５・・・基準器６・・・バッファ回路７・・・積分回路１１・・・ディジタルセットバンドパスフィルタ１２・
・・位相角測定回路１５・・・プログラマブルカウンタ１６・・・クロックパルス発生器１７・・・ＣＰＵ１９・・・ゼロクロス点検出部０・・・フリツブフロップ回路・・・位相角演算部

Claims

【特許請求の範囲】回転機械の回転軸の振動量を検出するセンサ部及びこの
センサ出力を積分して振動信号を生成する振動信号検出
手段と、前記回転軸に設定された基準点を検出する毎に検出信号
を出力する基準器と、前記基準点検出信号をゲートとしてクロック発生器から
のクロック数を計数する計数手段と、計数されたクロッ
ク数から前記回転軸の現在回転数を演算する回転数演算
手段と、演算された回転数を中心周波数としてセットし、前記振
動信号から同期成分信号を生成するディジタルセットバ
ンドパスフィルタと、前記同期成分信号の１周期単位でそのゼロクロス点を検
出し、検出されたゼロクロス点と前記基準点との位相を
演算する位相演算手段と、前記位相に対して前記ゼロクロス点と前記同期成分信号
のハイスポット点との位相及び振動検出器と基準器との
取付位置に基づく位相を加算して補正された位相角を生
成する振動位相角演算手段と、を具備して成ることを特徴とする振動位相角検出装置。