JPH04246207A - 既知のタービン翼振動情報を含むシミレーション信号発生装置 - Google Patents
既知のタービン翼振動情報を含むシミレーション信号発生装置Info
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- JPH04246207A JPH04246207A JP3244671A JP24467191A JPH04246207A JP H04246207 A JPH04246207 A JP H04246207A JP 3244671 A JP3244671 A JP 3244671A JP 24467191 A JP24467191 A JP 24467191A JP H04246207 A JPH04246207 A JP H04246207A
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
作パラメータの分析に関し、さらに詳細には、タービン
発電機の状態を表わすデータのシミレーションに関する
。
回転軸部材に連結した放射状に延びる複数の翼よりなる
1つまたは2以上の翼列が設けられている。翼は複雑な
設計形状を有するのが普通であり、このため複数の振動
モードが発生する。これらの振動モードの1つまたは2
以上で作用する翼の固有共振振動数がその機械の定格回
転速度或いはその調波に一致すると、その翼がその常態
位置の周りで過度に振動する傾向がある。その振動の振
幅があるレベルを超えると、翼に望ましくない応力が生
じる。もしこの状態が検知または是正されない場合、翼
は最終的に破壊されて、非常に高いコストにつく機械の
運転停止が起こるため、この問題に対して補正措置を取
る必要がある。
ることは、圧力や温度の変化によりその翼の振動モード
が変化するため極めて重要なことである。翼の振動が過
大であるか否かをテストするためよく用いられている方
法の1つに、ひずみ計を回転翼に固着する方法がある。 センサーの情報はその機械の外側の分析装置へ、機械の
回転軸の種々の場所に固着した小型送信機により送られ
る。
るが、その機械の内側に収容可能な送信機の数には限り
があるため、任意の時間にある特定の数の翼についての
みテスト可能であるという意味で制約があると言える。 かくして、全ての翼をテストするには、テストする新し
い群の翼ごとに必ずその機械を停止させてセンサーを正
しく固着させる必要がある。これらの送信機はタービン
内部の極めて過酷な環境に耐えるよう特殊な設計になっ
ているため、そのコスト及びバッテリーのコストは極め
て高いものである。これら装置の高いコストだけでなく
テストを行う人員のコストが、多くの発電所にとってこ
のテスト方法を採用する際の阻害要因となる。
を感知する永久取り付け型非接触近接センサーを用いる
別のテスト方法が開発されている。かかる装置の一例が
米国特許第4,573,358号に記載されている。こ
の装置では、翼列の周縁部の周りに複数のセンサーが等
しい間隔で配置されている。各センサーは、それを翼が
通過すると出力信号を発生するタイプのものである。各
センサーには、その出力信号を対応する狭いパルス信号
に変換するための信号調整手段が設けられている。モニ
ターすべき特定の翼がオペレーターにより翼選択回路に
入力される一方、別の回路によりセンサー出力パルスが
全て結合される。この結合された出力信号は翼振動モニ
ター(BVM)へ入力される。この翼振動モニターはセ
ンサー信号を分析して翼の振動を判定する。
年発行、American Society of
Mechanical EngineersのD
.M.Rasmussen編集のLatest Ad
vances In Steam Turbin
e Design, Blading, Rep
airs,Assessment And Con
denser Interactionに発表された
論文“Development And Appl
icationOfA Blabe Vibrat
ion Monitorに記載されている。この論文
は、各列たった2つのセンサーから得られる情報から翼
振動モニターを構成できることを示している。
発生するセンサーの数とは無関係に、全ての翼振動モニ
ターは複雑で精巧であるという特徴がある。そのため、
工場から出荷される前に翼振動モニターが正しい動作を
するか否かを評価する装置及び方法が必要である。さら
に、設置後翼振動モニターをテストし校正する簡単な方
法が必要となる。
む信号を発生する装置及び方法に関する。この装置及び
方法は、翼振動モニターの工場出荷前にそれが正しい動
作をするか否かを検証し且つ現場取付け後においてその
翼振動モニターをテストし且つ校正するために使用可能
である。
えるコンピュータ或いはプロセッサを有し、不連続値の
各シリーズは正弦波信号を近似する。Nはテストすべき
翼振動モニターとともに通常動作時用いるセンサーの数
である。かくして、本発明の装置は、検査中の翼振動モ
ニターへ入力する正しい数のセンサー信号を発生する。 N個のデジタル−アナログコンバータが設けられるが、
これらはそれぞれNシリーズの不連続値の1つのシリー
ズを受信してそれからアナログ信号を発生させる。この
アナログ信号は、既知のタービン翼振動情報を含む零交
差を有する。N個のフィルターが設けられるが、それら
はそれぞれ1つのコンバータに応答してそのアナログ信
号をフィルタする。1回転ごとに1つのパルスをシミレ
ーションする出力パルス発生回路が設けられるが、この
パルスは普通、翼振動モニターへ入力される別の信号で
ある。クロック回路がクロックパルスを発生し、これら
のクロックパルスがN個のコンバータ及び出力パルスを
発生する前記回路に入力されて1回転に1つのパルスを
シミレーションする。クロックパルスの目的は、コンバ
ータの動作を、シミレーションされる1回転に1つのパ
ルスを発生する回路の動作と同期させることである。
を含んだ情報を発生する方法に関する。この方法は、各
シリーズが正弦波信号を近似するNシリーズの不連続値
を与え、Nシリーズの不連続値のそれぞれを既知のター
ビン翼振動情報を含んだ零交差を有するアナログ信号へ
変換し、そのアナログ信号をフィルターし、1回転に1
つのパルスをシミレーションする出力パルスを発生させ
、前記変換及び出力パルス発生ステップを同期させるこ
とよりなる。
が必要とする全ての入力信号をシミレーションするため
に使用可能である。翼振動モニターへの信号入力に既知
のタービン翼振動情報を取り込むことにより、その翼振
動モニターが正しく動作しているか否か判定することが
できる。既知のタービン翼振動情報を取り込んだ情報の
シミレーションもまた、翼振動モニターを校正する目的
で使用することができる。本発明の装置及び方法はまた
、翼振動モニターのマーケティングツールとして用いる
こともできる。本発明の上述のまたはその他の利点及び
長所は、以下の本発明の実施例についての説明から明ら
かになるであろう。
翼列の単純化した軸方向図である。図示のタービン翼列
では、タービン翼列の典型的には120の翼のうち7個
の翼B1−B5、B119、B120を図示してある。 この翼列の全ての翼は公知の態様でディスク12により
回転軸10に連結してある。図示の翼列は120個の翼
よりなるが、かかる数は典型的な例についてのものであ
るにすぎない。
の周りに配置され、各センサーは各翼がそのセンサーを
通過すると公知の態様で出力信号を与えるように作動す
る。図1の例では、NはセンサーS1−S12を表わす
12に等しく、各センサーがそれぞれセンサー信号V1
−V12を発生する。これらのセンサーは翼列の周囲に
亘り等しく離隔してある。センサーS1−S12は保持
手段14によりそれぞれの位置に剛性的に保持されてお
り、この保持手段14は特定の機械につき特注したもの
か或いはタービンケーシングのようにその機械の一部で
ある。
このセンサーR1は回転軸10上の標識16と協働して
回転軸10の1回転につき1個のパルス15、即ちOP
Rパルス15を有する出力信号を発生するよう作動する
。図示しないが、60個の歯を有する歯付きウィールと
共に作動する別のセンサーを設けて軸の1回転につき6
0個のパルスよりなる出力信号を発生させるようにする
のも公知である。出力信号Vout及び1回転につき6
0個のパルスを有する出力信号は、多くのタービン装置
に普通用いられているものであり、それは制御の目的に
利用される。
12からの予想センサー信号V1−V12は時間の関数
として以下の式で表わされる。
rは1回転にかかる時間または周期(秒)、φiはOP
Rパルス15発生時におけるモニター中の翼の位置に関
するセンサーの位置である。
)の実際の零交差時間は予想される零交差時間から小さ
な量Δtだけ変わる。かくして、式(1)は振動が存在
するとき下式のようになる。
0の中心から翼先端までの測定半径、k=調波の指標、
M=考慮する調波の数、d2k、d2k−1=それぞれ
k番目及びk−1番目の調波の二次翼先端変位量(ミル
)、hk=k番目の調波、d2M+1=静的先端変位量
(ミル)である。
間を下記の式が成立するように変動することにより制御
できる。
プル期間である。
に、連続時間の指標tは下記の式を用いて変換される。
(5)からt=jTsであることを知ると、式(2)の
t/Toprはj/Lに等しいことが示される。式(2
)及び式(3)において代入を行い、Δtの不連続時間
バージョンとしてΔt(j)を導入すると、センサー信
号V(t)の不連続時間バージョンV(j)は以下のよ
うになる。
の項t/Toprは式(8)のj/Lで置き換えられて
いる。
いてのΔt(j)の計算は、変位量の項d2k−1、d
2k、d2M+1に値を与え、1回転ごとのサンプル数
(L)を与えることによって実行できることが分かる。 Δt(j)の値を計算すると、V(j)の値は式(6)
より翼数(B)及びOPRパルス15発生時の翼位置に
関するセンサー位置を知ることによって計算可能である
。
述した動作原理を実行するためのもので図2に示す。こ
の装置18は、マイクロプロセッサまたはパーソナルコ
ンピュータ20により制御される。マイクロプロセッサ
20は、式(6)及び(7)を解くプログラムの蓄積に
適当なタイプのメモリー22を有する。かかるプログラ
ムの作成には公知のプログラミング技術以上のものは必
要とされないので、さらに詳しい説明は省く。またこの
マイクロプロセッサ20にはキーボード及びCRTのよ
うな標準型入出力装置60が結合されている。N個のバ
ッファ24、26、28が設けられており、これらはマ
イクロプロセッサ20に応答する。Nは診断装置18が
信号をシミレーションするセンサーの数に等しい。N個
のバッファ24、26、28はそれぞれ関連のデジタル
/アナログコンバータ34、36、38を有し、それら
は16ビットのデジタル/アナログコンバータである。 各デジタル/アナログコンバータ34、36、38は、
それに応答するローパスフィルタ44、46、48を有
する。各ローパスフィルタ44、46、48は(BxR
PS)Hzで始まるカットオフ周波数を有し、1/(2
Ts)Hzにおいて16ビットのデジタル/アナログコ
ンバータに対しストップバンド減衰が96dBである。
状態と高い状態の間でトグルすることができる。ピン5
0が高い状態をとる時間を制御することにより、ピン5
0で得られる出力信号がOPRパルス15をシミレーシ
ョンする出力パルス52を含む。マイクロプロセッサ2
0は、サンプル指標をモニターするプログラムによりピ
ン50で得られる出力信号を制御できる。例えば、サン
プル数(L)が1200の場合、ピン50の出力はサン
プル指標が1200になると高いレベルにセットされ、
サンプル指標が1にリセットされると低い値にセットさ
れる。しかしながら、如何にして出力パルス52が発生
するかは本発明の重要な特徴ではない。従って、ピン5
0をトグルする任意の公知の方法を用いることができる
。出力パルス52は、フリップフロップ(双安定マルチ
バイブレータ)54へ入力される。マイクロプロセッサ
20により制御されるクロック56は、周波数が1回転
ごとのサンプル数(L)と毎秒の回転数(RPS)とを
掛け合わせた値であるクロックパルス58を発生する。 このクロックパルス58は、各デジタル/アナログコン
バータ34、36、38とフリップフロップ54へ入力
される。クロックパルス58の目的は、デジタル/アナ
ログコンバータ34、36、38の動作をフリップフロ
ップ54の動作と同期させることにある。従って、出力
パルス52がフリップフロップ54の入力端子に現れる
のであるが、それはフリップフロップ54がクロックパ
ルス58を受信するまではそれからの出力ではない。こ
のようにして、同期が行われる。その後、出力パルス5
2はフリップフロップ54をリセットするために用いら
れる。
断装置18が2つのセンサーが発生する信号を受信する
よう設計した翼振動モニターと共に用いられるものと仮
定する。さらに、これらのセンサーは図1に示したS2
とS6であり、検査する翼はB1であると仮定する。
蓄積した式(6)及び(7)を解くプログラムにより、
ユーザーは入出力装置60を介して以下の情報をマイク
ロプロセッサ20へ入力する。
50°(センサーS6に対応する)M=1 h1=3(考慮する調波は第3調波であると仮定する)
RPS=60 ユーザーが入出力装置60を介して既知の翼振動情報を
与える。例えば、 d1=300ミル d2=0ミル(第3調波) d3=400ミル(先端の静的撓曲) 式(6)及び(7)を評価するに必要な情報が与えられ
ると、マイクロプロセッサ20は第1のセンサーS2に
関して式(7)を評価してΔt(j)の値を得、この値
を用いて式(6)を評価することによりV(j)の値を
得る。jはサンプルの指標である。このプロセスは、(
j)の各値に対して各々がセンサーー信号V2を表わす
第1のシリーズの不連続な値をマイクロプロセッサ20
が出力するように繰り返される。このシリーズの不連続
値はバッファ24に蓄積される。そして、このプロセス
は第2のセンサーS6に付き繰り返され、jの種々の値
につき信号V6を表わす第2のシリーズの不連続値が発
生されてバッファ26に蓄積される。
タル/アナログコンバータ34及びデジタル/アナログ
コンバータ36は、不連続なデジタル値をそれぞれ対応
のアナログ値に変換する。この各アナログ値は連続信号
V2またはV6の一部をそれぞれ表わす。各デジタル/
アナログコンバータ34,36の出力はその関連のロー
パスフィルタ44,46へ入力され、このフィルタがア
ナログ値をそれぞれ連続正弦波信号V2,V6を与える
よう平滑する。信号V2及びV6は零交差を有し、これ
らの零交差に既知の翼振動情報が取り込まれている。こ
れらの信号は翼振動モニターへ入力される。
ロプロセッサ20はOPRパルス52を有する出力信号
を発生し、このOPRパルスが上述したようにフリップ
フロップ54により同期された後、翼振動モニターへ入
力される。このOPRパルス52は、センサーR1によ
り発生されるOPRパルス15をシミレーションする。 この翼振動モニタは、もし正しく機能しているなら、そ
れへの入力信号を評価して信号V2及びV6に取り込ま
れている既知の振動情報に相当する振動をその翼が経験
していることを示す。
のセンサーからの入力信号を必要とする翼振動モニタに
当てはまるように拡張可能なことが明らかである。
能を有する構成要素には同一の参照番号を付してある。 図2の実施例と図3の実施例との主要な相違は、OPR
パルス52の発生についてである。図3の実施例では、
マイクロプロセッサ20が、サンプルの指標をモニター
してその指標が1200に達した時、蓄積のためOPR
バッファ62へ“1”を出力するプログラムを有してい
る。OPRバッファ62に蓄積されるこの情報はデジタ
ル/アナログコンバータ64へ入力されるが、このコン
バータにはそれに応答するローパスフィルタ66が接続
されている。OPRバッファ62、デジタル/アナログ
コンバータ64及びローパスフィルタ66は、前述した
のと同じ態様で機能する。しかしながら、データが処理
される結果、シミレーションされるセンサー信号でなく
てOPRパルスが発生する。本発明のテストは図3に示
した診断装置18を構成し作動させることによる済んで
いるが、図2の実施例の図3の実施例に対する利点は、
OPR信号52が高価なデジタル/アナログコンバータ
64でなくてコストの低いフリップフロップ54により
発生されるという点にある。
を取り込んだ信号を発生する方法に関する。この方法は
、各シリーズが正弦波信号を近似するNシリーズの不連
続値を与えるステップを含む。各Nシリーズの不連続値
はアナログ信号へ変換される。このアナログ信号は既知
のタービン翼振動情報を取り込んだ零交差を有する。 アナログ信号はその波形を平滑化するためフィルタにか
けられる。一回転につき1個のパルスをシミレーション
するパルスを有する信号が発生される。不連続値のそれ
らの対応アナログ値への変換を、一回転に1個のパルス
をシミレーションする前記出力パルスの発生と同期させ
るため、クロック信号が用いられる。その後、このアナ
ログ信号と一回転につき1回のパルスをシミレーション
する前記信号が翼振動モニタへ入力されて、翼振動モニ
ターの正しい動作の確認及び校正が行われる。
したが、当業者には別の変形例や設計変更が容易に想倒
されるであろうことが明らかである。かかる変形例及び
設計変更は本明細書及び頭書した特許請求の範囲に包含
されるよう意図されている。
純化した軸方向図である。
ク図である。
施例を示すブロック図である。
ータ 22 メモリー 24,26,28 バッファ 34,36,38 デジタル/アナログコンバータ4
4,46,48 ローパスフィルタ50 ピン 54 フリップフロップ 56 クロック 58 クロックパルス 60 入力/出力装置 62 OPRバッファ 64 デジタル/アナログコンバータ66 ローパ
スフィルタ
Claims (8)
- 【請求項1】 既知のタービン翼振動情報を含んだ信
号を発生する装置であって、各シリーズが正弦波信号を
近似するNシリーズの不連続値を与える第1の手段と、
それぞれが前記Nシリーズ不連続値の1つのシリーズを
受けてその値から既知のタービン翼振動情報を含んだゼ
ロ交差を有するアナログ信号を発生するN個のコンバー
タ手段と、それぞれが前記N個のコンバータ手段の1つ
に応答して前記アナログ信号をフィルターするN個のフ
ィルター手段と、1回転ごとに1つのパルスをシミレー
ションする出力パルスを発生する第2の手段と、クロッ
クパルスを発生するクロック手段とよりなり、前記クロ
ックパルスは前記N個のコンバータ手段と第2の手段と
に入力されて前記N個のコンバータ手段の動作を第2の
手段の動作と同期させる出力パルスを発生することを特
徴とする装置。 - 【請求項2】 前記第1の手段は、プロセッサ手段と
、複数個の変数を有する方程式を解くプログラムを蓄積
した第1の部分を有するメモリー手段と、N個のバッフ
ァー手段とよりなり、前記プロセッサ手段は前記メモリ
ー手段の第1の部分に応答して前記プログラムを実行す
ることにより前記Nシリーズの不連続値を発生させ、前
記各シリーズが前記N個のバッファー手段の1つに蓄積
されることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項3】 出力パルスを発生する前記第2の手段
がマルチバイブレータ手段を含み、前記メモリー手段が
前記出力パルスを発生させるプログラムを蓄積する第2
の部分を有し、前記プロセッサ手段が前記メモリー手段
の第2の部分に応答して前記プログラムを実行すること
により前記出力パルスを発生させ、前記マルチバイブレ
ータ手段が前記出力パルスとクロックパルスとを受信す
ることを特徴とする請求項2に記載の装置。 - 【請求項4】 出力パルスを発生する前記第2の手段
が前記出力パルスを発生するプログラムを蓄積する前記
メモリー手段の第2の部分を含み、前記プロセッサ手段
が前記メモリー手段の前記第2の部分に応答して前記プ
ログラムを実行することにより前記出力パルスを発生さ
せ、出力パルスを発生する前記第2の手段がさらに前記
出力パルスを受信するOPRバッファー手段と、前記O
PRバッファー手段と前記クロックパルスとに応答して
前記出力パルスを同期させるOPRコンバータ手段と、
前記OPRコンバータ手段に応答して前記出力パルスを
フィルターするOPRフィルター手段とを含むことを特
徴とする請求項2に記載の装置。 - 【請求項5】 前記第1の手段が前記方程式のパラメ
ータの新しい値を前記メモリー手段に入力する入力手段
を含むことを特徴とする請求項2に記載の装置。 - 【請求項6】 前記クロックパルスの周波数が1回転
ごとのサンプル数に毎秒の回転数を掛けた値に等しいこ
とを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 【請求項7】 既知のタービン翼振動情報を含んだ信
号を発生する方法であって、各シリーズが正弦波信号を
近似するNシリーズの不連続値を与え、前記Nシリーズ
不連続値の各シリーズを既知のタービン翼振動情報を含
んだゼロ交差を有するアナログ信号に変換し、前記アナ
ログ信号をフィルターし、1回転に1つのパルスをシミ
レーションする出力パルスを発生させ、前記変換及び発
生ステップを同期させるステップよりなることを特徴と
する方法。 - 【請求項8】 不連続値を与える前記ステップが既知
のタービン翼振動情報を入力するステップを含み、前記
Nシリーズの不連続値が入力された既知のタービン翼振
動情報に応答することを特徴とする請求項7に記載の方
法。
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| JP03244671A Expired - Lifetime JP3073565B2 (ja) | 1990-08-30 | 1991-08-29 | 既知のタービン翼振動情報を含むシミレーション信号発生装置 |
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| JP (1) | JP3073565B2 (ja) |
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