JPH051630Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、燃焼ガスでタービンを回転駆動する
デイーゼル機関の過給機やガスタービンなどのタ
ーボ機械の診断装置に関する。

〈従来の技術〉 この種のターボ機械の一つであるデイーゼル機
関の過給機は、デイーゼル機関のシリンダ容積当
たりの出力を増大させ、燃料消費率や熱効率を向
上させるために設けられる。そして、機関の排気
で駆動される排気タービン過給機は、機関負荷の
上昇につれ風量が増大して機械効率が良く、冷却
器の併用により平均有効圧力を著しく上昇できる
ので過給機の主流となつている。

このような重要な役割をもつ排気タービン過給
機には、従来、タービン回転数を検出する回転数
センサが取り付けられている。そして、回転数セ
ンサからの検出信号は、回転計や記録計に入力さ
れて測定値として表示、記録され、運転者は、巡
回監視や定期点検の際、上記測定値と機関負荷等
から過給機の動作異常の有無を判断している。

〈考案が解決しようとする課題〉 ところが、上記従来の過給機の異常診断方式
は、熟練した運転者が、回転計の指針が示す回転
数や記録紙上のデータと機関の負荷状態に基づい
て長年の経験やノウハウによつて判断しており、
例えば軸受部の摩耗や潤滑不良等の異常は、回転
数のみならず過給機が発する振動、音、温度も考
慮して判断される。そのため、従来のデイーゼル
エンジンでは、熟練した運転者を配置して頻繁に
過給機の異常をチエツクさせる必要があり、機関
運転の省力・省人化を図れないという欠点があ
る。また、目視や経験による判断のため、誤認が
避けられないうえ、機関負荷に対応した適切なタ
ービン回転数にあるか否かを回転数変動の履歴も
考慮して正確に判断するのは殆ど不可能である。
そして、誤認や僅かな異常の見落しが、機関の燃
焼悪化ひいては機関の重大な故障や損傷につなが
る。

そこで、本考案の目的は、従来の経験や実験デ
ータに基づく新規な異常判別手段を備えることに
よつて、過給機等のターボ機械の異常をその回転
数センサからの検出信号に基づいて判別し、判別
結果を異常情報として出力でき、ターボ機械の運
転や保全の省力化および能率化に貢献できるター
ボ機械の診断装置を提供することである。

〈課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、本考案のターボ機械
の診断装置は、燃焼ガスで駆動されるタービンの
回転数を検出する回転数センサと、この回転数セ
ンサの検出信号に基づいて、燃焼ガス供給停止時
からタービンが第１基準回転数に達するまでの第
１減速時間およびタービンが第２基準回転数に達
してから第３基準回転数に達するまでの第２減速
時間を計測する計時手段と、この計時手段からの
計時信号に基づいて、上記第１減速時間が所定の
許容下限値以上かつ所定の許容上限値以下である
か否かを判別する第１判別手段と、上記第２減速
時間が所定の許容下限値以上であるか否かを判別
する第２判別手段とを備えて、上記第１，第２判
別手段の判別結果によつてタービンの回転部や軸
受部および燃焼ガス供給系の異常を燃焼ガス供給
停止時において診断し得るようにしたことを特徴
とする。

〈作用〉 ターボ機械への燃焼ガスの供給が停止され、停
止動作が始まると、減速するタービンの回転数
は、回転数センサで検出され、検出信号として計
時手段に入力される。計時手段は、上記検出信号
に基づいて、燃焼ガス供給停止時からタービンが
第１基準回転数に達するまでの第１減速時間およ
びタービンが第２基準回転数に達してから第３基
準回転数に達するまでの第２減速時間を計測す
る。次に、第１判別手段は、計時手段が計測した
上記第１減速時間が所定の許容下限値以上かつ所
定の許容上限値以下であるか否かを判別する。そ
して、第１減速時間が許容下限値未満と判別すれ
ば、例えばタービン回転部摺動抵抗大と指摘する
一方、許容上限値過超と判別すれば、例えば燃焼
ガス停止系異常と指摘する。さらに、第２判別手
段は、計時手段が計測した上記第２減速時間が許
容下限値以上であるか否か判別する。そして、第
２減速時間が許容下限値未満と判別すれば、例え
ばタービン軸受部の潤滑不良や損傷を指摘する。

〈実施例〉 以下、本考案を図示の実施例により詳細に説明
する。

第１図は本考案のターボ機械の診断装置を備え
たデイーゼルエンジンの模式図であり、１はデイ
ーゼルエンジン、２はこのデイーゼルエンジン１
の排気で駆動され、シリンダに圧縮空気を過給す
るターボ機械としての過給機、３はこの過給機２
の回転数を検出する回転数センサ、４は後述する
計時手段と第１、第２判別手段を備え、上記回転
数センサ３から入力される検出信号に基づいて所
定の演算を行なう過給機診断装置としてのコンピ
ユータ、５はこのコンピユータ４から出力される
判別結果や異常部分に関する情報を表示する表示
装置である。

第２図は、デイーゼルエンジン停止時における
過給機回転数Ｎの時間変化を示す図である。上記
回転数センサ３によつて検出される実測回転数Ｎ
(t)は、図中の実線Ａで示すように、時刻t₀でエン
ジンへの燃料供給が遮断されると、定常回転数n₀
から漸減し、時刻tsで０となつて、過給機２は完
全に停止する。上記コンピユータ４の計時手段
は、過給機２の標準減速曲線上での特徴的な回転
数として第２図の縦軸に示す第１，第２，第３基
準回転数n₁，n₂，n₃を予め記憶しており、回転数
センサ３からの検出信号が表わす過給機の実測回
転数が、上記各基準回転数n₁，n₂，n₃に達する時
刻t₁，t₂、t₃を計測し、上記時刻t₀とこれらの時
刻から第１減速時間（t₁−t₀）および第２減速時
間（t₃−t₂）を算出するようになつている。な
お、上記第１，第２基準回転数n₁，n₂の間は、標
準減速曲線が急勾配から緩勾配へ移行する遷移領
域であるため、減速時間算出の対象外としてい
る。

一方、上記コンピユータ４の第１判別手段は、
計時手段が算出した上記第１減速時間（t₁−t₀）
が、実験結果から得られ、予め与えられた所定の
許容下限値δ₂以上かつ所定の許容上限値δ₁以下で
あるか否かを判別し、許容範囲内（δ₁≦（t₁−t₀）
≦δ₂）ならば正常と、そうでなければ異常と判定
する（第３図のステツプS2，S3参照）。そして、
第１減速時間（t₁−t₀）が長すぎる場合、燃料ラ
ツクの摺動不良等で燃料切れが悪いとして、「燃
料停止系異常」を表わす信号を表示装置５に出力
し、第１減速時間（t₁−t₀）が短かすぎる場合、
タービンブレードとケーシングの接触や回転軸の
偏心等による回転不良として、「回転部摺動抵抗、
偏心あり」を表わす信号を出力する（第３図のス
テツプＳ５，Ｓ６参照）。また、上記コンピユー
タ４の第２判別手段は、計時手段が算出した上記
第２減速時間（t₃−t₂）が、所定の許容下限値δ₃
以上であるか否かを判別し、以上（（t₃−t₂）≧δ₃）
ならば正常と、そうでなければ異常と判定する
（第３図のステツプS4参照）。そして、第２減速
時間（t₃−t₂）が短かすぎる場合、減速曲線の緩
勾配領域における異常なので、「軸受部の潤滑不
良や損傷」を表わす信号を表示装置５に出力する
（第３図のステツプS7参照）。

上記構成のコンピユータ４の診断動作につい
て、第３図のフローチヤートを参照しつつ次に述
べる。

いま、デイーゼルエンジン１への燃料供給が時
刻t₀で遮断されると、過給機２の回転数を検出す
る回転数センサ３は、第２図の曲線Ａの如き実測
回転数Ｎ(t)に関する時刻データをステツプS1で
コンピユータ４に入力する。そうすると、コンピ
ユータ４の計時手段は、上記曲線Ａが第１、第
２、第３基準回転数n₁，n₂，n₃に達する時刻を逐
時計測し、第１減速時間（t₁−t₀）と第２減速時
間（t₃−t₂）を算出する。

コンピユータ４の第１判別手段は、ステツプ
S2で、上記第１減速時間（t₁−t₀）が許容上限値
δ₁以下であるか否かを判別し、δ₁以下と判別すれ
ば正常としてステツプS3に進む一方、δ₁を超える
と判別すれば長時間すぎるのでステツプS5へ進
んで、表示装置５に「燃料停止系異常」を表示せ
しめる。ステツプS3では、さらに上記第１減速
時間（t₁−t₀）が許容下限値δ₂以上であるか否か
を判別し、δ₂以上と判別すれば正常としてステツ
プS4に進む一方、δ₂未満と判別すれば短時間すぎ
るのでステツプS6へ進んで、表示装置５に「回
転部摺動抵抗、偏心あり」を表示せしめる。次に
ステツプS4で、コンピユータ４の第２判別手段
は、上記第２減速時間（t₃−t₂）が許容下限値δ₃
以上であるか否かを判別し、δ₃以上と判別すれば
正常として診断を終了する一方、δ₃未満と判別す
れば短時間すぎるのでステツプS7へ進んで、表
示装置５に「軸受部潤滑不良、損傷」を表示せし
める。

このように、上記実施例では、通常転がり軸受
で支承されて回転抵抗が小さく、従つて僅かな異
常も鋭敏に反映する過給機２の回転軸に回転数セ
ンサ３を設け、回転数の漸減で異常が発見しやす
い機関停止時に、上記回転数センサからの検出信
号をコンピユータ４で解析しているので、燃料供
給系の遮断不良、過給機の回転不良および軸受部
の潤滑不良や損傷を正確かつ確実に発見できると
いう利点がある。さらに、燃料供給遮断から早期
あるいは急激に現れる遮断不良や過給機の回転不
良などの異常は、減速曲線Ａの最初の急勾配部に
おける第１減速時間（t₁−t₀）の過大または過小
で、緩慢に現れる潤滑不良等の異常は、減速曲線
Ａの遷移領域以降の緩勾配部における第２減速時
間（t₃−t₂）の過小で夫々判定するようにしてい
るので、異常の発見がより確実になる。また、コ
ンピユータ４による診断結果が全て表示装置５に
表示されるから、機関を監視する運転者の労力が
軽減でき、異常の見落しも減少する。

なお、上記第１、第２、第３基準回転数n₁，
n₂，n₃や許容上，下限値δ₁，δ₂，δ₃は、運転者が
その機関について実験で得られたデータに基づい
てコンピユータ４に任意に設定できるのはいうま
でもない。

なお、上記実施例は、ターボ機械の一例として
デイーゼルエンジンの過給機について説明した
が、本考案の診断装置がガスタービン等にも適用
できることは勿論である。

〈考案の効果〉 以上の説明で明らかなように、本考案のターボ
機械の診断装置は、燃焼ガスで駆動されるタービ
ンの回転数を回転数センサで検出し、燃焼ガス供
給停止時からタービンが第１基準回転数に達する
までの第１減速時間および第２基準回転数に達し
てから第３基準回転数に達するまでの第２減速時
間を計時手段で計測し、上記第１減速時間が所定
の許容下限値以上かつ所定の許容上限値以下であ
るか否かを第１判別手段で判別するとともに、上
記第２減速時間が所定の許容下限値以下であるか
否かを第２判別手段で判別して、上記第１、第２
判別手段の判別結果によつてタービンの回転部や
軸受部および燃焼ガス供給系の異常を機関停止時
において診断し得るようにしているので、熟練運
転者によらずとも、ターボ機械の軸受部の潤滑不
良、損傷、回転部の接触や燃焼ガス供給系の遮断
不良による回転数の僅かな異常も正確かつ確実に
発見でき、これらの異常によるターボ機械の重大
な故障や損傷を未然に防止でき、機械運転や保全
の省力化、能率化に大きく貢献する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の診断装置付の過給機を備えた
デイーゼルエンジンの模式図、第２図は上記デイ
ーゼルエンジン停止時における過給機回転数の時
間変化を示す図、第３図は上記診断装置の処理の
流れを示すフローチヤートである。 １……デイーゼルエンジン、２……過給機、３
……回転数センサ、４……コンピユータ、５……
表示装置。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 燃焼ガスでタービンを回転駆動するターボ機械
   の診断装置であつて、 上記タービンの回転数を検出する回転数センサ
   と、この回転数センサの検出信号に基づいて、燃
   焼ガス供給停止時からタービンが第１基準回転数
   に達するまでの第１減速時間およびタービンが第
   ２基準回転数に達してから第３基準回転数に達す
   るまでの第２減速時間を計測する計時手段と、こ
   の計時手段からの計時信号に基づいて、上記第１
   減速時間が所定の許容下限値以上かつ所定の許容
   上限値以下であるか否かを判別する第１判別手段
   と、上記第２減速時間が所定の許容下限値以上で
   あるか否かを判別する第２判別手段とを備えて、
   上記第１，第２判別手段の判別結果によつてター
   ビンの回転部や軸受部および燃焼ガス供給系の異
   常を燃焼ガス供給停止時において診断し得るよう
   にしたことを特徴とするターボ機械の診断装置。