JPH05149782A

JPH05149782A - 回転体の捩り振動監視装置

Info

Publication number: JPH05149782A
Application number: JP31225391A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Kawamoto; 和夫川本; Yuuichi Minote; 裕一箕手; Ryoji Ito; 良二伊藤; Daisaku Hirata; 大作平田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1993-06-15

Abstract

(57)【要約】【目的】故障発生時点における情報を得て捩り振動の
実態を確実に把握できると共に、ＣＰＵに対する起動、
停止時の擾乱の介入を防止して計測精度を向上する。【構成】回転体の捩り振動監視装置において、捩り計
測信号をＡ／Ｄ変換部２０に入力すると共にモニタ２１
及びアラーム／トリガ回路２２に入力する。モニタ２１
は、捩り計測信号から故障発生を検出してアラーム信号
及びトリガ信号を発生する。Ａ／Ｄ変換部２０は、Ａ／
Ｄ変換器９及びバッファメモリ２３を連設し、捩り角変
位と捩り角速度に係る計測データを一旦バッファメモリ
２３に記憶させ、アラーム／トリガ回路２２からの指令
によってバッファメモリ２３の記憶情報をアラーム時か
ら故障発生時に遡ってＣＰＵ１０で演算処理し、その振
動波形を表示装置１１に表示すると共にハードディスク
１２等に記録する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蒸気タービンロータ、
ガスタービンロータ等の回転体の捩り振動監視装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】現代の電力系統には種々の電気的擾乱が
あり、発電機ロータ胴部に励振電気トルクが加わる。更
に火力、原子力発電用蒸気タービンでは、発電機ロータ
の慣性モーメントに比べて、長翼を装備した低圧タービ
ンロータの慣性モーメントが遥かに大きいため、タービ
ン・発電機軸系は捩り振動を起こし易い現状下にある。

【０００３】図３は、回転体軸系における捩り振動発生
の原理図を示したものである。同図に示すような回転体
軸系において、慣性モーメントＩ₁に衝撃制動のような
トルク変動Ｔ₁が作動した場合、慣性モーメントＩ₁が
トルク変化を吸収するに足る程十分大きくなく、慣性モ
ーメントＩ₁以外の残余の慣性モーメントＩ₂が十分大
きく、かつ軸剛性Ｋ₂₁が小さいと、軸系の捩り振動が励
起される。

【０００４】タービン・発電機軸系では、主として曲げ
振動と捩り振動が問題となる。曲げ振動に対しては、通
常タービン・発電機を運転するため重要指標であるジヤ
ーナル部の軸振動が直接監視されているが、捩り振動に
対しては、これまで通常は軸系のいかなる箇所の振動も
監視されていなかった。しかし、近年では下記のような
要因で、捩り振動が発生する機会が増えてきている。

【０００５】１．現代の電力系統には、高速再閉路（Hi
gh Speed Reclosing：ＨＳＲと言う）を伴う落雷、三相
定常不平衡、線路開閉など多くの電気擾乱があり、それ
らはタービン・発電機軸系の捩り振動を励振する。

【０００６】２．送電容量アップを目的として送電線に
直列キャパシタを投入する場合があるが、このとき「電
力系統の電気的固有振動数」と「タービン・発電機軸系
の捩り固有振動数」の和が系統周波数の瞬時値に一致す
ると、サブシンクロナスレゾナンス（Sub-Synchronous
Resonance ：ＳＳＲと言う）が発生する。これは電力系
統の電気的振動と軸系の捩り振動とが２重共振するため
に起きる自励振動である。

【０００７】近年、このような捩り振動に起因するトラ
ブルが発生するようになり、破損やそれにより惹起され
る事故を防止するため、捩り振動監視装置を設置する発
電プラントが逐次増えつつある。図４は従来の捩り振動
監視装置のブロック図であり、６００ＭＷ級タンデムコ
ンパウンド３車室４分流排気式火力タービンを例として
示したものである。

【０００８】図４において、高圧・中圧タービン１、低
圧第１タービン２及び低圧第２タービン３が軸継手部４
を介して発電機（ＧＥＮ）５に連結される。各軸継手部
４の軸受台及び軸端部４ａ，４ｂには、電磁式ピックア
ップ（図示せず）が設けられ、この電磁式ピックアップ
の検知信号がプリアンプＰＡを介して捩り角変位計（Ｔ
ＡＭ）６ａ〜６ｃ及び捩り角速度計（ＡＶＭ）７に入力
される。なお、図４では、１系統の予備のプリアンプＰ
Ａが設けられている。上記捩り角変位計６ａ〜６ｃ及び
捩り角速度計７のクロック端子には、軸端部４ａに設け
た電磁式ピックアップからプリアンプ８を介して送られ
てくる信号が入力される。このプリアンプ８の系統は、
タービンが例えば１回転する毎に１パルスの信号を取り
込むためのもので、この信号により捩り角変位計６ａ〜
６ｃ及び捩り角速度計７への信号取り込みの同期をとる
と共に、キアのピッチムラの補正を行なっている。

【０００９】上記捩り角変位計６ａ〜６ｃから出力され
る捩り角変位信号及び捩り角速度計７から出力される捩
り角速度信号は、プリアンプ８から出力される同期用パ
ルス信号と共にＡ／Ｄ変換器９へ送られる。更に、この
Ａ／Ｄ変換器９には、発電機（ＧＥＮ）５の電圧を計測
する電圧計測器（図示せず）からの電圧計測信号ＰＴ、
及び電流を計測する電流計測器（図示せず）からの電流
計測信号ＣＴが入力される。

【００１０】Ａ／Ｄ変換器９は、上記各計測信号をデジ
タル信号に変換してＣＰＵ（Central Processing Unit
：中央演算処理装置）１０に出力する。このＣＰＵ１
０には、表示装置（ＣＲＴ）１１、ハードディスク１
２、磁気テープ（ＣＭＴ）１３、プリンタ１４等が接続
される。

【００１１】図５は上記捩り振動監視装置の原理説明図
である。各軸継手部４の捩れ角は、捩り角変位計６ａ〜
６ｃ及び捩り角速度計７により計測され（ステップＡ1
）、Ａ／Ｄ変換器９によりデジタルデータに変換され
てＣＰＵ１０へ送られる。このＣＰＵ１０は、上記計測
された捩り角の波形信号をモード波形に分解し（ステッ
プＡ2 ）、これに各固有振動形で定まる計数を乗じて、
監視点応力波形を演算する（ステップＡ3 ）。そして、
この応力値を予め設定されている閾値と比較し（ステッ
プＡ5 ）、応力値が閾値以上のレベルに達すると、警報
（アラーム）を発すると共に、一連の波形信号をハード
ディスク１２及び磁気テープ１３に記憶し、更に、表示
装置１１に表示すると共にプリンタ１４により印字記録
する（ステップＡ6 ）。また、ＣＰＵ１０は、電圧計測
信号ＰＴ、電流計測信号ＣＴ等に基づいて、電力系と軸
系の共振による自励振動解析を行なう。更に、ＣＰＵ１
０は、最後に記憶したデータを基に監視点の寿命消費量
を演算により求めて設定値と比較し（ステップＡ4 ，Ａ
5 ）、設定値を越えると警報等の発生処理を行なう（ス
テップＡ6 ）。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにして回転
体の捩り振動を監視することができるが、監視点振動応
力は図６に示すように故障発生と共に最大となるもので
はなく、若干の時間Ｔ秒経過後に最大となる。図６の場
合はｔ秒経過後に設定応力に達し、この時点で警報が発
せられると共に捩り振動の記録が開始される。このため
故障発生時点での情報が得られず、振動の実体を確実に
把握することができなかった。

【００１３】また、従来の捩り振動監視装置は、タービ
ンの起動時から停止に至るまで作動している。一方、タ
ービン・発電機軸系の捩り振動は、上記したように送電
系統に発電機が接続されているときに送電系統への落雷
や系統の切替等によって発生する。従って、起動から電
力系統に接続されるまで、あるいは解列から停止までは
無効な信号で、ＣＰＵ１０を常時稼働させるこの種無効
信号間の微小な偏差は信号系に擾乱を招き、振動計測精
度を低下させている。

【００１４】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、故障発生時点における情報を得て捩り振動の実態を
確実に把握でき、また、ＣＰＵに対する起動、停止時の
擾乱の介入を防止して計測精度を向上し得る回転体の捩
り振動監視装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明は、回転体の捩り振動監視装置におい
て、回転軸の捩り状態を計測する捩り計測手段と、この
手段により計測された信号を監視し、故障の発生を検出
してアラーム信号を出力するモニタ手段と、上記捩り計
測手段により計測された信号を一定期間記憶するバッフ
ァメモリと、上記モニタ手段からアラーム信号が出力さ
れた際、上記バッファメモリの記憶情報をアラーム時か
ら故障発生時に遡って演算処理し、振動波形を表示装置
に表示するＣＰＵとを備えたことを特徴とするものであ
る。

【００１６】（２）上記計測信号を監視するモニタ手
段は、発電機が電力系統に接続されたことを示す信号が
入力された時に動作状態となるインターロック機能を備
えたことを特徴とするものである。

【００１７】

【作用】計測手段により計測された信号は、常に一定期
間バッファメモリに貯えられる。一方、モニタ手段は、
計測信号から故障の発生の有無を監視し、故障発生を検
出するとアラーム信号を出力する。このアラーム信号が
出力された際、ＣＰＵはバッファメモリに記憶された情
報により、時間を遡って故障発生の時点からの捩り振動
を演算処理により求めて表示装置に表示する。

【００１８】上記のように計測信号は、常に一定期間バ
ッファメモリに貯えることにより、アラーム発生時点か
ら故障発生時点に遡ってモード波形の分解や、監視点応
力波形を求めることができ、捩り振動の実態を把握する
ことができる。

【００１９】また、モニタ手段にインターロック機能を
備えることにより、ＣＰＵは発電機が電力系統に接続さ
れている間のみ稼働する。従って、ＣＰＵには、起動、
停止時の擾乱が介入せず、計測精度を向上することがで
きる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１は本発明の一実施例に係る回転体の捩り振
動監視装置のブロック図、図４に示した従来の捩り振動
監視装置と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は
省略する。図１に示すように捩り角変位計（ＴＡＭ）６
ａ〜６ｃから出力される捩り角変位信号及び捩り角速度
計（ＡＶＭ）７から出力される捩り角速度信号は、Ａ／
Ｄ変換２０に送られると共に、分岐してモニタ２１及び
アラームトリガ回路２２に送られる。このモニタ２１及
びアラーム／トリガ回路２２には、発電所内の他の制御
装置から発電機が電力系統に接続されたことを示す並列
信号ＰＳが入力される。上記モニタ２１は、捩り角変位
計６ａ〜６ｃ及び捩り角速度計７からの信号により異常
検知動作を行なっており、異常を検知するとアラーム／
トリガ回路２２を動作させてアラームを発生させると共
に、トリガ信号をＣＰＵ稼働指令としてＡ／Ｄ変換部２
０に出力する。この場合、モニタ２１及びアラーム／ト
リガ回路２２には、インターロック機能が設けられてお
り、並列信号ＰＳが与えられることによって動作状態と
なる。

【００２１】また、上記Ａ／Ｄ変換部２０には、上記捩
り計測信号の他、電圧計測器及び電流計測器（図示せ
ず）で計測された発電機５に対する電気トルク信号（電
圧計測信号ＰＴ及び電流計測信号ＣＴ）が入力される。
Ａ／Ｄ変換部２０は、Ａ／Ｄ変換器９に対してバッファ
メモリ２３が並置される。このバッファメモリ２３は、
Ａ／Ｄ変換器９によりデジタル信号に変換された捩り計
測信号及び電気トルク信号を記憶するもので、想定され
る故障発生からアラームに至るまでの情報量が十分に収
容できる容量を有している。Ａ／Ｄ変換部２０は、通常
時は入力される計測データをＡ／Ｄ変換器９によりデジ
タル信号に変換してバッファメモリ２３に書込んでいる
が、アラーム／トリガ回路２２からトリガ信号が与えら
れると、バッファメモリ２３の記憶データを読出してＣ
ＰＵ１０に出力するように構成されている。このＣＰＵ
１０には、表示装置（ＣＲＴ）１１、ハードディスク１
２、磁気テープ（ＣＭＴ）１３、プリンタ１４等が接続
される。次に上記実施例の動作を図２の流れ図を参照し
て説明する。

【００２２】各軸継手部４の捩れ角は、捩り角変位計６
ａ〜６ｃ及び捩り角速度計７により計測され（ステップ
Ｂ1 ）、Ａ／Ｄ変換部２０に送られると共に、分岐して
モニタ２１、アラーム／トリガ回路２２へ送られる。

【００２３】Ａ／Ｄ変換部２０は、上記捩り角変位計６
ａ〜６ｃ及び捩り角速度計７により計測された捩り計測
信号及び電気トルク信号（電圧計測信号ＰＴ、電流計測
信号ＣＴ）をデジタル信号に変換してバッファメモリ２
３に書込んで保持している（ステップＢ2 ）。この場
合、バッファメモリ２３は、想定される故障発生からア
ラーム発生に至るまでの情報量が十分に収容できる容量
を有しており、それ以前の情報は自動的に消去される。

【００２４】一方、モニタ２１は、発電機が電力系統に
接続されたことを示す並列信号ＰＳが入力されることに
よって動作状態となり、上記計測器から送られてくる捩
り計測信号を捩り角の波形信号をモード波形に分解し
（ステップＢ3 ）、これに各固有振動形で定まる計数を
乗じて監視点応力波形を求める（ステップＢ4 ）。この
モニタ２１においては、例えばＣＰＵ１０に比較して簡
易的な手法を用いて監視点応力波形を求めている。そし
て、モニタ２１は、捩り計測信号に基づいて求めた応力
値を予め設定されている閾値と比較し（ステップＢ6
）、応力値が閾値以上のレベルに達すると、アラーム
／トリガ回路２２を動作させ、捩り振動発生の警報（ア
ラーム）を発すると共に、Ａ／Ｄ変換部２０へＣＰＵ稼
働指令としてのトリガ信号を出力する（ステップＢ7
）。

【００２５】Ａ／Ｄ変換部２０は、上記アラーム／トリ
ガ回路２２からトリガ信号が送られてくると、バッファ
メモリ２３に保持されているデータを読出してＣＰＵ１
０へ出力する。ＣＰＵ１０は、Ａ／Ｄ変換部２０から送
られてくるデータに基づいて異常処理を行ない、故障発
生時に遡ってモード波形の分解や、監視点応力波形を演
算により求め、一連の波形信号をハードディスク１２及
び磁気テープ１３に記憶し、更に、表示装置１１に表示
すると共にプリンタ１４により印字記録する（ステップ
Ｂ8 ，Ｂ9 ）。このように故障発生を示すアラーム信号
が出力された際に、バッファメモリ２３に保持されてい
るデータにより、故障発生時に遡ってモード波形の分解
や、監視点応力波形を行なうことにより、捩り振動の実
態把握が可能となる。

【００２６】また、ＣＰＵ１０は、デジタル信号に変換
された電圧計測信号ＰＴ、電流計測信号ＣＴ等に基づい
て、電力系と軸系の共振による自励振動解析を行なう。
更に、ＣＰＵ１０は、最後に記憶したデータを基に監視
点の寿命消費量を演算により求めて設定値と比較し（ス
テップＢ5 ，Ｂ6 ）、設定値を越えると装置異常警報等
の発生処理を行なう。

【００２７】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、バ
ッファメモリを設けて捩り計測信号を常に一定期間保持
するようにしているので、故障発生のアラーム報知が成
された際、アラーム発生時点から故障発生時点に遡って
モード波形の分解や、監視点応力波形を求めることがで
き、捩り振動の実態把握が可能となる。また、ＣＰＵは
並列から解列に至る間のみ稼働し、起動、停止時の擾乱
が介入せず、計測精度が向上する。従って、タービンロ
ータの信頼性の向上に顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る捩り振動監視装置の構
成を示すブロック図。

【図２】同実施例における動作説明図。

【図３】捩り振動の原理説明図。

【図４】従来の捩り振動監視装置を構成を示すブロック
図。

【図５】従来の捩り振動監視装置の動作説明図。

【図６】振動応力の波形図。

【符号の説明】

１…高圧・中圧タービン、２…低圧第１タービン，３…
低圧第２タービン、４…軸継手部、４ａ，４ｂ…軸端
部、５…発電機、６ａ〜６ｃ…捩り角変位計、７…捩り
角速度計、９…Ａ／Ｄ変換器、１０…ＣＰＵ、１１…表
示装置、１２…ハードディスク、１３…磁気テープ、１
４…プリンタ、２０…Ａ／Ｄ変換部、２１…モニタ、２
２…アラーム／トリガ回路、２３…バッファメモリ。

フロントページの続き (72)発明者平田大作兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体の捩り振動監視装置において、回
転軸の捩り状態を計測する捩り計測手段と、この手段に
より計測された信号を監視し、故障の発生を検出してア
ラーム信号を出力するモニタ手段と、上記捩り計測手段
により計測された信号を一定期間記憶するバッファメモ
リと、上記モニタ手段からアラーム信号が出力された
際、上記バッファメモリの記憶情報をアラーム時から故
障発生時に遡って演算処理し、振動波形を表示装置に表
示するＣＰＵとを具備したことを特徴とする回転体の捩
り振動監視装置。
【請求項２】上記計測信号を監視するモニタ手段は、
発電機が電力系統に接続されたことを示す信号が入力さ
れた時に動作状態となるインターロック機能を備えたこ
とを特徴とする請求項１記載の回転体の捩り振動監視装
置。