JPH0460176A

JPH0460176A - 立軸水力機械の異常検出装置

Info

Publication number: JPH0460176A
Application number: JP2171486A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Arai; 武新井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 1992-02-26

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）本発明は立軸水力機械の異常検出装置に係り、特に水車
主軸回転時の軸振れにより軸受とのクリアランスか過少
になった場合に異常を検出するようにした立軸水力機械
の異常検出装置に関する。

（従来の技術）一般に、立軸水力機械の水車主軸は複数のガイド軸受に
より軸支されており、この水車主軸とガイド軸受との間
には接触による摩滅防止のために所定寸法のクリアラン
スか設定されている。このため上記水車主軸では回転す
る際に微小な軸振れを生じることが知られている。この
軸振れか過大になると軸受の焼損やシール部の破損が生
しるおそれがあるので、この種の立軸水力機械では水車
主軸の回転時の軸受部等で異常を検出する装置が備えら
れている。

第５図（ａ）、（ｂ）には従来の立軸水力機械の異常検
出装置の一例が示されている。

第５図（ａ）において、図中符号２０は水車主軸を示し
ており、この水車主軸２０の下端にはランナ２１か固着
されている。このランナ２１には流路２２より流入した
流水により回転力が発生し、上記水車主軸２０を所定速
度で回転させることができる。このとき上記水車主軸２
０は上部軸受２３、下部軸受２４及び水車軸受２５の３
か所で軸支されており、上記水車主軸２０と各軸受２３
．２４．２５との間には所定寸法の微小クリアランス２
３ａ、２４ａ、　２５ａが形成されている。また、上記
ランナ２１の直上の上カバー２６には軸シール部２７が
突設されており、この軸シール部２７と上記水車主軸２
０との間にも微小クリアランス２７ａが形成されている
。さらに上記ランナ２１の外周位置のランナバンド２１
ａと下カバー２８との間にも微小間隙２８ａか存在する
。

一方、上記水車主軸２０の上部には発電機ロータ２９が
嵌着されている。この発電機ロータ２９は相当の重量を
有し、回転時には水平方向に大きな回転慣性力やアンバ
ランス力を発生させる。この回転慣性力やアンバランス
力が水平力として上記軸受部やシール部に作用して上記
水車主軸は軸振れを起こす。

このため通常は上記水車主軸の軸振れか過大にならない
ように第５図（ｂ）に示したように軸受の近傍に複数の
ギャップ検出センサ３０，３０・・・を配置し、各位置
の偏心量を検出し、回転時の軸振れ量を監視している。

上記軸振れ量は第５図（ｂ）に示したように連続波形で
検出され、この値が設定許容値より大きくなったときに
異常を判定していた。

また、第６図に示したように偏心量を直接検知したい軸
受部やシール部に上記ギャップ検出センサ３０，３０・
・・を配置した異常検出装置もある。

この装置によれば当該位置の偏心量を正確に監視するこ
とができる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述の異常検出装置では監視てきる範囲
が限られ、軸振れ量が検知できない部分で軸受の焼損や
水車主軸とシール部との接触やがしり等が発生するおそ
れがある。

また、軸受部やシール部に上記ギャップ検出センサを配
置すれば上述のような問題は解消するか、上記軸受部や
シール部は一般に高温高圧に晒されたり、異物等の混入
したりするおそれのある部位であり、上記センサの破損
や故障が生しやすく長期間にわたる安定した状態監視を
継続することか困難である。また、監視したいすべての
部位についてギャップ検出センサをあらかじめ配置しな
ければならず、その際、監視箇所を新たに設けることは
困難である。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する
問題点を解消し、水車主軸の軸方向の任意の部位におけ
るギャップ量を近似的に算出してその位置での偏心状態
を把握できる立軸水力機械の異常検出装置を提供するこ
とにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、水車主軸の静止時の軸心位
置と回転時の軸心位置との偏心距離を検出する上記水車
主軸の軸方向に間隔をあけて備えられたｎ個の位置検出
手段と、この位置検出手段により求められたｎ個の偏心
距離データを上記軸方向に補間し、上記水車主軸の軸方
向変形モードを（ｎ　−１）次曲線で近似する変形モー
ド補間手段と、上記水車主軸の所定位置でのクリアラン
スと上記変形モード補間値との偏差を算出し、この偏差
が設定許容値より小さい場合に異常を判別する偏差判別
手段とを備えたことを特徴とするものである。

（作　用）本発明によれば、水車主軸の軸方向に間隔をあけて備え
られたｎ個の位置検出手段により水車主軸の静止時の軸
心位置と回転時の軸心位置との偏心距離を検出し、この
位置検出手段により求められたｎ個の偏心距離データを
変形モード補間手段により上記軸方向に補間して上記水
車主軸の軸方向変形モードを（ｎ−１）次曲線で近似し
、偏差判別手段により上記水車主軸の所定位置でのクリ
アランスと上記変形モード補間値との偏差を算出し、こ
の偏差か設定許容値より小さい場合に異常を判別するよ
うにしたので、水車主軸の軸り向の監視したい任意位置
での偏心距離を検出でき、直接偏心量を検出できない軸
受部やシール部の偏心状態を正確に把握できる。

（実施例）以下本発明による立軸水力機械の異常検出装置の一実施
例を第１図及び第２図を参照して説明する。本実施例で
は水車主軸の軸方向に３個の位置センサが設けられてい
る。

以後、第５図に示した従来例と同等の構成については同
一の符号を付して説明する。

第１図において、図中符号２０は水車主軸を示しており
、この水車主軸２０の下端にはランナ２］が固着されて
いる。この水車主軸２０は」二部軸受２３、下部軸受２
４及び水車軸受２５の３か所で軸支されており、上記水
車主軸２１と各軸受２３．２４．２５との間には所定寸
法の微小クリアランス２３ａ、２４ａ、　２５ａが形成
されている。さら５に上記軸受２３．２４．２５の近傍
には位置検出センサー、２．３か配置されており、この
位置センサー、２．３の設置高さは上記ランナ２１の水
平方向中心線位置４を水平基準線として設定した上記水
車主軸の軸方向（Ｚ軸方向う座標Ｚ、（ｉ＝１〜３）で
求められている。また、上記位置センサー、２．３は上
Ｊ己設置高さにおける水車主軸静止時の軸心位置と回転
時の軸心位置との偏心距離を検出できるようになってい
る。さらに上記位置センサー、２．３は演算部５に接続
されている。この演算部５ては第１図に示したように各
位置センサの位置Ｚ　での上記軸方向と直角をなす平面
内で静止時の水車主軸の軸心位置を原点とした偏心座標
（Ｘ、、Ｙ、）が算出される。

なお、図中（Ｘ、、Ｙ、）座標とともに示されたノー上記原点を中心とした円は各部位でのクリアランス量を
表示している。さらに上記演算部５では−ＬＪ己Ｘ、　
　（ｉ＝］〜３）、Ｙ、　　（ｉ＝１〜３）をもとにそ
れぞれＺ軸方向に座標データを補間［７、以下の２次曲
線Ｘ＝ａ　　Ｚ２＋ｂ　　Ｚ＋ｃＸ　　　　　　　　　　Ｘ　　　　　　　　ＸＹ−ａ　
　Ｚ２＋ｂ　　Ｚ＋ｃｙ　　　　　　　　ｙ　　　　　　ｙで表されたＸ方向変形モード曲線とＹ方向変形モード曲
線とが設定される。

第１図において、符号６は模式的に水車主軸に重ね書き
したＸ方向変形モード曲線を示しており、第２図におい
て符号７はＸ方向の変形モード曲線を、符号８はＹ方向
の変形モード曲線を示したちのである。

このＸ方向変形モード曲線７とＹ方向変形モート曲線８
とにより上記水車主軸の軸方向の任意位置での偏心距離
を近似的に算出することができる。

すなわち、上記水車主軸の軸振れの影響を大きく受ける
ような各軸受部Ａ、Ｂ、Ｃ１軸シール部り及びランナシ
ール部Ｅての偏心座標Ａ　（Ｘ。

Ｙ　　）　、Ｂ　（Ｘ６．　　Ｙ、）・を得ることがで
き、この偏心座標データは判別部９に出力される。この
とき、判別部９には上記各部位のクリアランスｍδ８、
δｂ・・・かＳ己憶されている。

なお、このクリアランス量は第１図、第２図において、
軸心位置を中心とした円でその大きさが表示されている
。

上記判別部９ては前処理として、各部位の偏心座標とク
リアランス量とからその位置での偏差ｅａ、ｅｂ・・か
下式により算出される。

ｅ　　＝δ−Ｊ−７−２．Ｖ　２ａａ　　　　　　　　ａ　　　　　　　　ａさらに求め
られた上記偏差ｅ　、’、　ｅ　ｂ・・と上記判別部９
にあらかしめ設定されている許容値ε　、εｂ・・とを
比較し、上記偏差か上記許容値より小さい場合に異常を
判別するようになっている。

第３図は他の実施例として上記水車主軸の軸方向にｎ個
の位置センサか設けられている場合を示したものである
。このとき、演算部５において上記Ｘｉ　（ｉ＝１〜ｎ
）　、Ｙｉ　（ｉ−１〜ｎ）をもとにそれぞれＺ軸方向
に座標データを補間し、以下の＜ｎ−１）次曲線Ｘ−ａ　　Ｚ　　　十ｂ　　Ｚ”　”　＋−・−＋ｃ　
　Ｚ＋（］Ｘ　　　　　　　　　　Ｘ　　　　　　　　
　　　　　Ｘ　　　　　　　ＸＹ−ａ　　Ｚ　　　十ｂ
　　Ｚｎ−２＋−＋ｃ　　Ｚ十ｄｙ　　　　　　ｙ　　
　　　　　　ｙ　　　　ｙで表されたＸ方向変形モード
曲線１１とＹ方向変形モート曲線１２とか設定される。

次いで上記変形モード曲線を利用して判別部９て上述の
ような判別処理を行えば、さらに高い精度の偏心状態の
検出かり能となる。

また、本実施例では偏心距離から偏心座標（Ｘ、、Ｙ、
）を算出するようにしたか、第４図に示したように２つ
のギャップセンサ１３．１３とか直角をなすように設け
ることにより上記偏心座標（Ｘ、、Ｙ、）を直接検出す
ることかできる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば水車主
軸の軸方向に間隔をあけて備えられたｎ個の位置検出手
段により水車主軸の回転時の軸心の偏心距離を検出し、
変形モード補間手段により上記ｎ個の偏心距離データを
もとに軸方向に（ｎ−１）次の変形モード曲線を求め、
偏差判別手段により所定部位のクリアランスと上記変形
モード補間値との偏差を算出し、この偏差が設定許容値
より小さい場合に異常を判別するようにしたことにより
水車主軸の軸方向の任意位置での偏心状態を算出して主
軸の偏心による異常を正確に検出することができ、また
上記位置検出手段を過酷な環境下に設置することなく長
期間にわたる安定した状態監視を継続することかできる
等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による立軸水力機械の異常検出装置の一
実施例により水車主軸の偏位の検出状態を示した説明図
、第２図は本発明による立軸水力機械の異常検出装置に
より求めたＸ方向変形モード曲線とＸ方向変形モード曲
線の説明図、第３図は本発明による立軸水力機械の異常
検出装置の他の実施例により水車主軸の偏位の検出状態
を示した説明図、第４図は本発明による位置センサの一
実施例を示した平面図、第５図及び第６図は従来の立軸
水力機械の異常検出装置の一例を示した正面図である。１．２．３・・・位置センサ、５・・・演算部、６．７
．１１・・・Ｘ方向変形モード曲線、８．１２・・・Ｘ
方向変形モード曲線、９・・・判別部、１３・・・ギャ
ップセンサ。７（２次曲線）第１図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

水車主軸の静止時の軸心位置と回転時の軸心位置との偏
心距離を検出する上記水車主軸の軸方向に間隔をあけて
備えられたｎ個の位置検出手段と、この位置検出手段に
より求められたｎ個の偏心距離データを上記軸方向に補
間し、上記水車主軸の軸方向変形モードを（ｎ−１）次
曲線で近似する変形モード補間手段と、上記水車主軸の
所定位置でのクリアランスと上記変形モード補間値との
偏差を算出し、この偏差が設定許容値より小さい場合に
異常を判別する偏差判別手段とを備えたことを特徴とす
る立軸水力機械の異常検出装置。