JPH0555681B2 - - Google Patents
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- JPH0555681B2 JPH0555681B2 JP8066984A JP8066984A JPH0555681B2 JP H0555681 B2 JPH0555681 B2 JP H0555681B2 JP 8066984 A JP8066984 A JP 8066984A JP 8066984 A JP8066984 A JP 8066984A JP H0555681 B2 JPH0555681 B2 JP H0555681B2
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- vibration
- turbine
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- monitoring device
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
- F01D21/16—Trip gear
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、蒸気タービン・発電機のような高速
回転機械の軸振動を測定監視する振動監視装置に
係り、特に地震発生時において不必要にタービン
トリツプ等が起らないようにしたタービン振動監
視装置に関する。
回転機械の軸振動を測定監視する振動監視装置に
係り、特に地震発生時において不必要にタービン
トリツプ等が起らないようにしたタービン振動監
視装置に関する。
発電プラント等で使用される蒸気タービン等の
高速回転機械の運転において最も重要なことは、
その軸振動を全ての運転状態において適正なレベ
ルに抑えることである。
高速回転機械の運転において最も重要なことは、
その軸振動を全ての運転状態において適正なレベ
ルに抑えることである。
ところで、軸振動過大の徴候は、タービン起動
時や負荷変化時に現われることが多く、振動は一
般的な数多くの運転監視項目の中でも特に厳重な
監視が要求されているものの一つである。
時や負荷変化時に現われることが多く、振動は一
般的な数多くの運転監視項目の中でも特に厳重な
監視が要求されているものの一つである。
また、原子力発電プラントは大容量化の進展と
ともに、日本国内のベースロードとしての重要な
役割を担つているため、その主要機器であるター
ビン・発電機等の回転機械の信頼性向上が一段と
強く要求されるに至つている。したがつて、回転
機械の信頼性の指標である振動の計測は極めて重
要であり、そこで使用される振動計も信頼性の高
いものでなくてはならない。同様に振動計をセン
サーとする振動監視装置も高信頼性を有するもの
でなくてはならず、例えば振動計の誤動作等で蒸
気タービンが緊急停止するようなことがあれば、
社会生活に困難を与えることは必至であり、振動
監視装置の構成には十分な注意が必要である。
ともに、日本国内のベースロードとしての重要な
役割を担つているため、その主要機器であるター
ビン・発電機等の回転機械の信頼性向上が一段と
強く要求されるに至つている。したがつて、回転
機械の信頼性の指標である振動の計測は極めて重
要であり、そこで使用される振動計も信頼性の高
いものでなくてはならない。同様に振動計をセン
サーとする振動監視装置も高信頼性を有するもの
でなくてはならず、例えば振動計の誤動作等で蒸
気タービンが緊急停止するようなことがあれば、
社会生活に困難を与えることは必至であり、振動
監視装置の構成には十分な注意が必要である。
このような観点から、火力発電プラントおよび
原子力発電プラントで用いられている蒸タービン
発電機には、タービンロータ、発電機ロータの軸
振動を常時監視し、その振動振幅値が或値以上に
なると警報を発して運転員にその異常を知らせる
自動警報装置、或は振動振幅値がさらに大きくな
つて設定値以上になると、蒸気タービンの入口蒸
気止め弁を急閉させることによつて自動的にトリ
ツプ(運転停止)させる自動トリツプ装置が安全
上設置されている。
原子力発電プラントで用いられている蒸タービン
発電機には、タービンロータ、発電機ロータの軸
振動を常時監視し、その振動振幅値が或値以上に
なると警報を発して運転員にその異常を知らせる
自動警報装置、或は振動振幅値がさらに大きくな
つて設定値以上になると、蒸気タービンの入口蒸
気止め弁を急閉させることによつて自動的にトリ
ツプ(運転停止)させる自動トリツプ装置が安全
上設置されている。
第1図は、タービン発電機の一般的な振動計測
点を示す図であつて、高圧タービンロータ1、低
圧タービンロータ2、および発電機ロータ3は、
一本の軸系としてフランジ結合され、各ロータ胴
部の前後のジヤーナル部4において軸受5によつ
て支承されている。
点を示す図であつて、高圧タービンロータ1、低
圧タービンロータ2、および発電機ロータ3は、
一本の軸系としてフランジ結合され、各ロータ胴
部の前後のジヤーナル部4において軸受5によつ
て支承されている。
ところで、上記軸受5に第2図に示すように通
常振動計6が装着されている。すなわち、基礎台
7上に設置された軸受台8に上記振動計6の外筒
9が固着されている。上記外筒9内にはバネ10
によつて軸受5内に付勢された検出杆11が同心
状に設けられ、その検出杆11の先端がジヤーナ
ル部4に圧接され、さらに上記検出杆11の基端
に検出器12が装着されている。
常振動計6が装着されている。すなわち、基礎台
7上に設置された軸受台8に上記振動計6の外筒
9が固着されている。上記外筒9内にはバネ10
によつて軸受5内に付勢された検出杆11が同心
状に設けられ、その検出杆11の先端がジヤーナ
ル部4に圧接され、さらに上記検出杆11の基端
に検出器12が装着されている。
しかして、ジヤーナル部4が振動すると、それ
に接触している検出杆11によりその振動が検出
器12に伝達される。上述の如き接触型の振動計
6では、検出器12は普通速度計或は加速度計で
構成されているため、ジヤーナル4の絶対振動を
検出杆11を介して速度或は加速度として検出す
ることができる。そこで、上記振動計6からの出
力は積分器13により積分され変位信号に変換さ
れる。なお、振動計6の型式としては軸受台8と
ジヤーナル部4との相対変位の変化を直接検出で
きる変位計を使つた非接触型のものもある。とこ
ろで、上記変位信号は整流器14により整流さ
れ、変位の絶対値である振動振幅変化に変化され
た後比較判断装置15に入力される。
に接触している検出杆11によりその振動が検出
器12に伝達される。上述の如き接触型の振動計
6では、検出器12は普通速度計或は加速度計で
構成されているため、ジヤーナル4の絶対振動を
検出杆11を介して速度或は加速度として検出す
ることができる。そこで、上記振動計6からの出
力は積分器13により積分され変位信号に変換さ
れる。なお、振動計6の型式としては軸受台8と
ジヤーナル部4との相対変位の変化を直接検出で
きる変位計を使つた非接触型のものもある。とこ
ろで、上記変位信号は整流器14により整流さ
れ、変位の絶対値である振動振幅変化に変化され
た後比較判断装置15に入力される。
上記比較判断装置15には振幅信号を予め定め
られた振動制限値すなわち警報値或は停止値と比
較する演算回路が組込まれており、ジヤーナル部
4の振動振幅が警報値以上になると、警報装置1
6に警報信号を出力し、さらに振幅が増大し停止
値以上になると、トリツプ装置17に停止信号を
出力する。そこで警報装置16或はトリツプ装置
17は、それぞれ上記比較判断装置15の出力に
応じて警報を発して運転員に異常を知らせ、或は
タービン発電機をトリツプさせる。
られた振動制限値すなわち警報値或は停止値と比
較する演算回路が組込まれており、ジヤーナル部
4の振動振幅が警報値以上になると、警報装置1
6に警報信号を出力し、さらに振幅が増大し停止
値以上になると、トリツプ装置17に停止信号を
出力する。そこで警報装置16或はトリツプ装置
17は、それぞれ上記比較判断装置15の出力に
応じて警報を発して運転員に異常を知らせ、或は
タービン発電機をトリツプさせる。
上記比較装置15は、各軸受5に装着された振
動計6に対応して設けられており、各比較判断装
置15の出力信号が第3図に示すようにそれぞれ
共通の警報装置16およびトリツプ装置17に入
力されるようにしてあり、一つの振動監視装置が
構成されている。
動計6に対応して設けられており、各比較判断装
置15の出力信号が第3図に示すようにそれぞれ
共通の警報装置16およびトリツプ装置17に入
力されるようにしてあり、一つの振動監視装置が
構成されている。
このようなタービンにおける振動監視装置は、
ロータの不釣合振動、ラビング、オイルホイツ
プ、スチームホワール等のタービン発電機自身の
内的要因に起因して発生する振動に対して、ター
ビン発電機を保護し、安全性を向上させることが
主目的となつている。ところが、振動計6は第2
図のように取付けられた絶対振動計であるため
に、ジヤーナル部4が振動したときのみならず、
軸受台8を含めた全体が振動しても、その振動を
感知することになる。このような現象は相当に大
きな外力が作用しない限り発生しないけれども、
無視し得ない場合として地震時等がある。
ロータの不釣合振動、ラビング、オイルホイツ
プ、スチームホワール等のタービン発電機自身の
内的要因に起因して発生する振動に対して、ター
ビン発電機を保護し、安全性を向上させることが
主目的となつている。ところが、振動計6は第2
図のように取付けられた絶対振動計であるため
に、ジヤーナル部4が振動したときのみならず、
軸受台8を含めた全体が振動しても、その振動を
感知することになる。このような現象は相当に大
きな外力が作用しない限り発生しないけれども、
無視し得ない場合として地震時等がある。
ところで、一般に軸受台8は、第4図に示すよ
うに、基礎台7に固定されており、その基礎台7
はマツト18上に据付けられ、さらにそのマツト
18は地盤19上に載置されている。したがつ
て、地震が発生すると、その振動は地盤19より
マツト18に伝わり、さらに基礎台7を介して軸
受台8およびジヤーナル部4が加振される。
うに、基礎台7に固定されており、その基礎台7
はマツト18上に据付けられ、さらにそのマツト
18は地盤19上に載置されている。したがつ
て、地震が発生すると、その振動は地盤19より
マツト18に伝わり、さらに基礎台7を介して軸
受台8およびジヤーナル部4が加振される。
このタービン・発電機とタービン基礎台からな
る振動系をモデル化すると、第5図に示すよう
に、第1図における高圧タービンロータ1、低圧
タービンロータ2、および発電機ロータ3の合計
質量に相当する質量20と、タービン・発電機基
礎台7の剛性に相当するバネ21と、減衰項を代
表するダンパー22とからなる一般的なバネ質量
系に置きかえることができる。上記ロータの合計
質量に相当する質量をM、バネ21のバネ定数を
K、ダンパー22のダンピング係数をDとする
と、マツト18に付加される外力X1=A0sin〓t
に対するタービン・発電機の応答は、入力振幅
A0に対する応答振幅A2の比率で表わすと、次に
示すようになる。
る振動系をモデル化すると、第5図に示すよう
に、第1図における高圧タービンロータ1、低圧
タービンロータ2、および発電機ロータ3の合計
質量に相当する質量20と、タービン・発電機基
礎台7の剛性に相当するバネ21と、減衰項を代
表するダンパー22とからなる一般的なバネ質量
系に置きかえることができる。上記ロータの合計
質量に相当する質量をM、バネ21のバネ定数を
K、ダンパー22のダンピング係数をDとする
と、マツト18に付加される外力X1=A0sin〓t
に対するタービン・発電機の応答は、入力振幅
A0に対する応答振幅A2の比率で表わすと、次に
示すようになる。
A2/A0=1+(2D〓)2/(1−〓)+(2D〓)……(
1) ここで、〓=〓0/〓 〓0:タービン発電機を含む基礎台系の固有
振動数 減衰が小さい系であると、地震波が有する周波
数成分と基礎台系の固有振動数が一致した場合、
すなわち〓=1の場合、基礎台の上に載つている
タービン発電機の振動は大きくなる。その加振力
は、基礎台7の振動特性に依つても異なるが、マ
ツト18での加振力の2〜5倍程度にまで達する
ことがある。また、振動計6は軸受台8全体が振
動しても、その振動変位を感知するようになつて
いるため、地震のような外力が基礎台に働いて
も、その振動変位量が停止値に達した時には、や
はりトリツプ装置117に停止信号を出し蒸気タ
ービンがトリツプすることになる。
1) ここで、〓=〓0/〓 〓0:タービン発電機を含む基礎台系の固有
振動数 減衰が小さい系であると、地震波が有する周波
数成分と基礎台系の固有振動数が一致した場合、
すなわち〓=1の場合、基礎台の上に載つている
タービン発電機の振動は大きくなる。その加振力
は、基礎台7の振動特性に依つても異なるが、マ
ツト18での加振力の2〜5倍程度にまで達する
ことがある。また、振動計6は軸受台8全体が振
動しても、その振動変位を感知するようになつて
いるため、地震のような外力が基礎台に働いて
も、その振動変位量が停止値に達した時には、や
はりトリツプ装置117に停止信号を出し蒸気タ
ービンがトリツプすることになる。
振動変位と加速度の関係は次式で表わされる。
〓=〓×9800/(2〓)2 ……(2)
ここで、〓:振動変位
〓:加速度
:周波数
この式からわかるように小さい加速度であつて
も周波数が低い場合には大きな変位が生じる。例
えば、加速度が0.05G、周波数が5Hzとするとそ
の変位は0.5mmとなる。前述のように、基礎台を
伝わることによつて地震波は増幅されて軸受台7
に入力されるが、例えばその振動応答倍率が2で
あると、マツト18が0.025Gの地震動で加振さ
れるとき、軸受台7は0.05Gで加振され、その変
位が0.5mmまで増幅されることになる。したがつ、
これが停止値を越えていれば、比較判断装置15
は停止信号を出力し、蒸気タービンはトリツプし
てしまう。地震波には多くの周波数が含まれ、(1)
式からわかるようにそれぞれの周波数によつて振
幅応答倍率も異なるため、このような単純な計算
では十分ではないが、この検討結果は少なくとも
0.025G程度の小さな地震が生じても蒸気タービ
ンがトリツプし、プラントからの送電が停止する
という可能性を示すものである。
も周波数が低い場合には大きな変位が生じる。例
えば、加速度が0.05G、周波数が5Hzとするとそ
の変位は0.5mmとなる。前述のように、基礎台を
伝わることによつて地震波は増幅されて軸受台7
に入力されるが、例えばその振動応答倍率が2で
あると、マツト18が0.025Gの地震動で加振さ
れるとき、軸受台7は0.05Gで加振され、その変
位が0.5mmまで増幅されることになる。したがつ、
これが停止値を越えていれば、比較判断装置15
は停止信号を出力し、蒸気タービンはトリツプし
てしまう。地震波には多くの周波数が含まれ、(1)
式からわかるようにそれぞれの周波数によつて振
幅応答倍率も異なるため、このような単純な計算
では十分ではないが、この検討結果は少なくとも
0.025G程度の小さな地震が生じても蒸気タービ
ンがトリツプし、プラントからの送電が停止する
という可能性を示すものである。
以上は、振動計6が地震波或は増幅された地震
波を軸受台8を介して直接感知してトリツプに至
る場合であるが、このほかこの地震波が軸受台8
への加振力となり軸受5とロータジヤーナル4と
の間に強制外部変位を与えた結果として誘起され
る一時的な大振幅によりトリツプ値に至る場合が
ある。
波を軸受台8を介して直接感知してトリツプに至
る場合であるが、このほかこの地震波が軸受台8
への加振力となり軸受5とロータジヤーナル4と
の間に強制外部変位を与えた結果として誘起され
る一時的な大振幅によりトリツプ値に至る場合が
ある。
前者に対してはそれに対処するための技術が確
立されているが、後者の現象は最近の事例解析に
より明らかになつたものであり、前者に対する処
置が完全であつたとしても依然として地震による
不用意なタービントリツプの可能性が残つている
ことになる。一方、ベースロードを担つている大
容量タービン・発電機が不必要にトリツプした場
合には、電力系統に及ぼす影響が極めて大きく、
広域全停電事故に発展して、社会的混乱を招く。
立されているが、後者の現象は最近の事例解析に
より明らかになつたものであり、前者に対する処
置が完全であつたとしても依然として地震による
不用意なタービントリツプの可能性が残つている
ことになる。一方、ベースロードを担つている大
容量タービン・発電機が不必要にトリツプした場
合には、電力系統に及ぼす影響が極めて大きく、
広域全停電事故に発展して、社会的混乱を招く。
したがつて、例え地震時といえどもそれによつ
て発生する軸振動現象に的確に対処できるような
タービン振動監視装置が要望されるようになつ
た。
て発生する軸振動現象に的確に対処できるような
タービン振動監視装置が要望されるようになつ
た。
本発明はこのような点に鑑み、地震の発生によ
つて不必要にタービントリツプが生ずることがな
く、タービントリツプの機会を必要最小限にとど
めることができるようにしたタービン振動監視装
置を得ることを目的とする。
つて不必要にタービントリツプが生ずることがな
く、タービントリツプの機会を必要最小限にとど
めることができるようにしたタービン振動監視装
置を得ることを目的とする。
本発明は、回転軸の振動を連続的に検出する振
動検出装置と、その振動検出装置より検出された
振動信号を予め定められた振動制限値と比較し、
蒸気振動信号が振動制限値を超えた場合に、ユニ
ツトを自動的に停止させるためのトリツプ信号を
出力する比較判断装置と、そのトリツプ信号を入
力してユニツトを自動的に停止させる自動トリツ
プ装置を有するタービン振動監視装置において、
振動検出回路に、地震波の卓越周波数を超える周
波数の振動信号のみを通すフイルターを有するフ
イルター回路が介挿されていることを特徴とする
ものであつて、地震動による軸振動増加に対して
不用意なトリツプ作動が防止され、ちよつとした
地震でタービン発電機がトリツプするようなこと
がないようにしたものである。
動検出装置と、その振動検出装置より検出された
振動信号を予め定められた振動制限値と比較し、
蒸気振動信号が振動制限値を超えた場合に、ユニ
ツトを自動的に停止させるためのトリツプ信号を
出力する比較判断装置と、そのトリツプ信号を入
力してユニツトを自動的に停止させる自動トリツ
プ装置を有するタービン振動監視装置において、
振動検出回路に、地震波の卓越周波数を超える周
波数の振動信号のみを通すフイルターを有するフ
イルター回路が介挿されていることを特徴とする
ものであつて、地震動による軸振動増加に対して
不用意なトリツプ作動が防止され、ちよつとした
地震でタービン発電機がトリツプするようなこと
がないようにしたものである。
以下、第6図乃至第20図を参照して本発明の
実施例について説明する。
実施例について説明する。
ところで、一般に振動監視装置に要求される特
性は、できるだけ実際の振動波形に近いすべての
周波数領域の振動信号を正確に検出して監視する
ことである。したがつて、この特性をそのまゝ振
動監視装置に実現させると、前述の如く地震時に
おいては検出器そのものが地震波を直接検出する
か、或はこの地震波に応答して発生するロータ軸
系の一時的な大振幅を検出することによつて振動
大トリツプに至ることになる。
性は、できるだけ実際の振動波形に近いすべての
周波数領域の振動信号を正確に検出して監視する
ことである。したがつて、この特性をそのまゝ振
動監視装置に実現させると、前述の如く地震時に
おいては検出器そのものが地震波を直接検出する
か、或はこの地震波に応答して発生するロータ軸
系の一時的な大振幅を検出することによつて振動
大トリツプに至ることになる。
そこで、本発明は、第6図に示すように、振動
計6と積分器13との間に地震波の卓越周波数成
分以下をカツトできるフイルタ(以下地震フイル
タという)30を介装したものである。なお、そ
の他の点は従来の振動監視装置と全く同一であ
る。
計6と積分器13との間に地震波の卓越周波数成
分以下をカツトできるフイルタ(以下地震フイル
タという)30を介装したものである。なお、そ
の他の点は従来の振動監視装置と全く同一であ
る。
しかして、中程度以下の地震が発生した場合に
は、振動検出回路が地震波に対して殆ど不感状態
となり、タービン発電機の地震動による直接的な
トリツプの機会が減少せしめられる。
は、振動検出回路が地震波に対して殆ど不感状態
となり、タービン発電機の地震動による直接的な
トリツプの機会が減少せしめられる。
ところで、振動監視装置としては、この地震フ
イルタ30を設けたことによつて機械自身から異
常を知らせる異常振動そのものの監視を妨げては
ならず、この地震フイルタ30の特性すなわちど
の周波数以下を除去するかが問題となつてくる。
これらを決定するためには、地震波の特性のみな
らず一般的な或は地震波に応答して回転機械に現
われる振動の性質、特にそれらの周波数成分を知
る必要がある。
イルタ30を設けたことによつて機械自身から異
常を知らせる異常振動そのものの監視を妨げては
ならず、この地震フイルタ30の特性すなわちど
の周波数以下を除去するかが問題となつてくる。
これらを決定するためには、地震波の特性のみな
らず一般的な或は地震波に応答して回転機械に現
われる振動の性質、特にそれらの周波数成分を知
る必要がある。
このうち地震波は、タービン・発電機が設置さ
れている地盤の構造や地震波の発生位置(深さ、
距離)等の種々の要因に影響を受けるが、現在ま
で経験された地震波は第7図に示すようにだいた
い0〜20Hzの周波数範囲にあり、この中で3〜8
Hz程度の低周波成分〓0が卓越していることが一
般的に認識されている。
れている地盤の構造や地震波の発生位置(深さ、
距離)等の種々の要因に影響を受けるが、現在ま
で経験された地震波は第7図に示すようにだいた
い0〜20Hzの周波数範囲にあり、この中で3〜8
Hz程度の低周波成分〓0が卓越していることが一
般的に認識されている。
一方、タービン・発電機に発生する機械自身に
起因する振動の大部分は何らかの原因によつてロ
ータに発生したアンバランス量に起因する振動と
自励振動である。前者は機械の運転回転数と同一
の周波数をもつた回転同期成分が主体となつてお
り、火力タービンでは50Hz、60Hzであり、原子力
タービンでは通常4極機を採用することから25
Hz、30Hzである。この振動は羽根の飛散、或はロ
ータの曲り、アライメントの変化、静止部との接
触等機械の異常が敏感に現われるもので、振動監
視上重要な因子である。また、自励振動で代表的
な例は軸受の油膜特性に起因するオイルホイツプ
現象で、一度発生すると持続する特性があり、ま
た振幅の烈しい振動で時には軸受の損傷や軸自身
の破壊に至る恐れがある。第8図はこの現象が発
生したときの振動の周周波数分析を示す図であ
り、この軸受の最低次危険速度〓oで振動する性
質をもつている。すなわち、現在使用されている
タービン・発電機の最低次危険速度は原子力ター
ビンでは10Hz近傍、火力タービンで20Hz以上であ
ることから、それぞれ上記周波数で振れ回ること
になる。
起因する振動の大部分は何らかの原因によつてロ
ータに発生したアンバランス量に起因する振動と
自励振動である。前者は機械の運転回転数と同一
の周波数をもつた回転同期成分が主体となつてお
り、火力タービンでは50Hz、60Hzであり、原子力
タービンでは通常4極機を採用することから25
Hz、30Hzである。この振動は羽根の飛散、或はロ
ータの曲り、アライメントの変化、静止部との接
触等機械の異常が敏感に現われるもので、振動監
視上重要な因子である。また、自励振動で代表的
な例は軸受の油膜特性に起因するオイルホイツプ
現象で、一度発生すると持続する特性があり、ま
た振幅の烈しい振動で時には軸受の損傷や軸自身
の破壊に至る恐れがある。第8図はこの現象が発
生したときの振動の周周波数分析を示す図であ
り、この軸受の最低次危険速度〓oで振動する性
質をもつている。すなわち、現在使用されている
タービン・発電機の最低次危険速度は原子力ター
ビンでは10Hz近傍、火力タービンで20Hz以上であ
ることから、それぞれ上記周波数で振れ回ること
になる。
これに対し、地震時における軸の承動を解明す
ることは、実機計測が極めて困難であるから制度
の高いシユミレーシヨン試験が必要となる。第9
図はこのような解析結果の一例であり、地震波が
軸の直角方向から入力してきたときのロータの振
動応答を理論的に求めた応答波形dを示したもの
であつて、縦軸がジヤーナル部4と軸受5との相
対変位、すなわちロータの振動値を表わし、横軸
は時間を示している。また、第10図はこの応答
波形dの周波数分析値を示したものである。
ることは、実機計測が極めて困難であるから制度
の高いシユミレーシヨン試験が必要となる。第9
図はこのような解析結果の一例であり、地震波が
軸の直角方向から入力してきたときのロータの振
動応答を理論的に求めた応答波形dを示したもの
であつて、縦軸がジヤーナル部4と軸受5との相
対変位、すなわちロータの振動値を表わし、横軸
は時間を示している。また、第10図はこの応答
波形dの周波数分析値を示したものである。
この図から地震時には、定常時のアンバランス
振動である回転同期成分〓cに、この〓cより遥か
に振動が大きくかつ地震が持つている卓越周波数
〓0に近い低周波成分〓1と、これに軸の固有振動
数〓oと応答している成分〓2が現われることがわ
かる。そして、一般的に〓1〓0、〓2D〓oの
関係が成り立つ。
振動である回転同期成分〓cに、この〓cより遥か
に振動が大きくかつ地震が持つている卓越周波数
〓0に近い低周波成分〓1と、これに軸の固有振動
数〓oと応答している成分〓2が現われることがわ
かる。そして、一般的に〓1〓0、〓2D〓oの
関係が成り立つ。
以上の解析結果から、タービン・発電機として
常時監視すべき周波数は対象とするロータ系の最
低次固有振動数以上であるということができる。
すなわち、第8図において自励振動周波数である
〓oと回転周期成分である〓c、さらには第10図
における地震応答振動周波数〓2 〓oが監視でき
れば、定常運転中の振動監視は十分であることに
なる。
常時監視すべき周波数は対象とするロータ系の最
低次固有振動数以上であるということができる。
すなわち、第8図において自励振動周波数である
〓oと回転周期成分である〓c、さらには第10図
における地震応答振動周波数〓2 〓oが監視でき
れば、定常運転中の振動監視は十分であることに
なる。
以上の解析結果から、タービン・発電機として
常時監視すべき周波数は対象とするロータ系の最
低次固有振動数以上であることができる。すなわ
ち、第8図において自励振動周波数である〓oと
回転周期成分である〓c、さらには第10図にお
ける地震応答振動周波数〓2 〓oが監視できれ
ば、定常運転中の振動監視は十分であることにな
る。
常時監視すべき周波数は対象とするロータ系の最
低次固有振動数以上であることができる。すなわ
ち、第8図において自励振動周波数である〓oと
回転周期成分である〓c、さらには第10図にお
ける地震応答振動周波数〓2 〓oが監視できれ
ば、定常運転中の振動監視は十分であることにな
る。
これを第11図で説明すると、斜線部Xは領域
が軸振動計として常時監視する必要がある領域
で、実線fが地震波に一般的に含まれている周波
数ごとの強さを描いたもので、この図から明らか
なように、機械地震に起因する振動の監視を妨げ
ないで、かつ地震によつて発生する低周波数成分
の軸振動〓1を除去する方策としては、対象とな
るロータ系の最低次固有振動数〓oにできるだけ
近い周波数以下を除去するフイルターが一番良い
ということになる。
が軸振動計として常時監視する必要がある領域
で、実線fが地震波に一般的に含まれている周波
数ごとの強さを描いたもので、この図から明らか
なように、機械地震に起因する振動の監視を妨げ
ないで、かつ地震によつて発生する低周波数成分
の軸振動〓1を除去する方策としては、対象とな
るロータ系の最低次固有振動数〓oにできるだけ
近い周波数以下を除去するフイルターが一番良い
ということになる。
しかしながら、フイルターの特性をこのように
設定すると、起動時の如くタービン発電機の回転
上昇の際に運転回転数がフイルターで除去した周
波数域にある場合に、ロータの振動が検出できな
いいわゆる盲運転におちいることになる。特に火
力プラントの蒸気タービンのようにロータ系の最
低次固有振動数が高い機械では、この状態が高回
転数まで続くことになり好ましいことではない。
設定すると、起動時の如くタービン発電機の回転
上昇の際に運転回転数がフイルターで除去した周
波数域にある場合に、ロータの振動が検出できな
いいわゆる盲運転におちいることになる。特に火
力プラントの蒸気タービンのようにロータ系の最
低次固有振動数が高い機械では、この状態が高回
転数まで続くことになり好ましいことではない。
この矛盾した要求を満足させるようにしたもの
が本発明であり、前記実施例においては第11図
における斜線部Yだけをカツトするフイルターす
なわち第12図に示すような感度を持つフイルタ
ー(地震フイルター)30を振動計6と積分器1
3の間に介装したものであつて、このようにする
ことによつて地震波そのものおよびその影響をで
きるだけ少なくし、かつ振動エネルギが大きくな
る600rpm(10Hz)付近以上の回転数では軸振動値
をほぼ完全に監視することが可能となる。
が本発明であり、前記実施例においては第11図
における斜線部Yだけをカツトするフイルターす
なわち第12図に示すような感度を持つフイルタ
ー(地震フイルター)30を振動計6と積分器1
3の間に介装したものであつて、このようにする
ことによつて地震波そのものおよびその影響をで
きるだけ少なくし、かつ振動エネルギが大きくな
る600rpm(10Hz)付近以上の回転数では軸振動値
をほぼ完全に監視することが可能となる。
この場合、600rpm(10Hz)以下では軸振動の監
視が不完全になるため、第13図のように構成す
ることによつて上記不都合を解消することもでき
る。
視が不完全になるため、第13図のように構成す
ることによつて上記不都合を解消することもでき
る。
すなわち、第13図に示すように、振動計6と
積分器13との間に介装された地震フイルター3
0を有する地震フイルター回路31には、上記地
震フイルター30と並列にフイルターが入れられ
ていない回路32が接続されており、この2つの
回路がタービン・発電機の運転条件等の外部信号
33に基づき作動する切替器34によつて切替え
られるようにしてある。
積分器13との間に介装された地震フイルター3
0を有する地震フイルター回路31には、上記地
震フイルター30と並列にフイルターが入れられ
ていない回路32が接続されており、この2つの
回路がタービン・発電機の運転条件等の外部信号
33に基づき作動する切替器34によつて切替え
られるようにしてある。
しかして、タービン・発電機の回転上昇時はフ
イルターを介さない回路32を使用し、定格回転
数到達域は発電機の系統への併入等のタイミング
を切替器34に取り込み、地震フイルター回路3
1に切替えるようにすることによつて、回転上昇
中の軸振動を全周波数域にわたつて完全に監視す
ることができるばかりでなく、切替後においては
地震が発生してもその影響をほぼ完全に除去する
ことができ、不必要なユニツトトリツプを防止す
ることができる。
イルターを介さない回路32を使用し、定格回転
数到達域は発電機の系統への併入等のタイミング
を切替器34に取り込み、地震フイルター回路3
1に切替えるようにすることによつて、回転上昇
中の軸振動を全周波数域にわたつて完全に監視す
ることができるばかりでなく、切替後においては
地震が発生してもその影響をほぼ完全に除去する
ことができ、不必要なユニツトトリツプを防止す
ることができる。
この第2実施例は起動時或は発電機併入までは
地震の発生による自動停止を許容するが、併入以
降系統送電を開始したら不必要に停止させないと
いう考え方に基づくものであり、安定した電力を
供給するという発電プラントの社会的使命を満た
すものである。ところで、前記回路の切替えのタ
イミングは運転上の便宜を考慮し適当に選定する
余地を残している。すなわち、例えば或程度回転
上昇してしまつたならばなるべく停止させたくな
いとすれば、第11図のX部に入つたときすなわ
ちロータ系の最低次固有振動数〓nに到達したと
いう外部信号33で切替えるようにし、また定格
回転数到達までは地震による自動停止を許容する
こととすれば、定格回転数到達による外部信号で
切替器34を作動させ、地震フイルター30が作
動するようにしてもよい。なお、地震対策用回路
から通常監視用回路への逆切替は、上述の正切替
のタイミングの逆のタイミングをとればよく、そ
れぞれ正切替のタイミングに応じて発電機の系統
からの離脱、定格回転数からの回転降下開始、回
転降下にあたりロータ系の最低次固有振動数通過
時等を採用し、次回の起動に対処するようにして
おくことができる。
地震の発生による自動停止を許容するが、併入以
降系統送電を開始したら不必要に停止させないと
いう考え方に基づくものであり、安定した電力を
供給するという発電プラントの社会的使命を満た
すものである。ところで、前記回路の切替えのタ
イミングは運転上の便宜を考慮し適当に選定する
余地を残している。すなわち、例えば或程度回転
上昇してしまつたならばなるべく停止させたくな
いとすれば、第11図のX部に入つたときすなわ
ちロータ系の最低次固有振動数〓nに到達したと
いう外部信号33で切替えるようにし、また定格
回転数到達までは地震による自動停止を許容する
こととすれば、定格回転数到達による外部信号で
切替器34を作動させ、地震フイルター30が作
動するようにしてもよい。なお、地震対策用回路
から通常監視用回路への逆切替は、上述の正切替
のタイミングの逆のタイミングをとればよく、そ
れぞれ正切替のタイミングに応じて発電機の系統
からの離脱、定格回転数からの回転降下開始、回
転降下にあたりロータ系の最低次固有振動数通過
時等を採用し、次回の起動に対処するようにして
おくことができる。
第14図は本発明の他の実施例であつて、第1
3図における地震フイルタ30の代りに、第15
図の点線で示す特性を有するフイルタすなわちロ
ータ系の最低次固有振動数〓o以上を通すフイル
タ(以下低周波カツトフイルタ)35が設けられ
ている。
3図における地震フイルタ30の代りに、第15
図の点線で示す特性を有するフイルタすなわちロ
ータ系の最低次固有振動数〓o以上を通すフイル
タ(以下低周波カツトフイルタ)35が設けられ
ている。
また、上記第14図で示す実施例においては、
起動時には全周波数域の振動を監視するようにし
たのに対し、600rpm(10Hz)未満の極低回転数域
においては振動エネルギが極めて小さく、たとえ
振動が直接的に監視できなくても起動操作のチエ
ツク等によつてカバーできるとの理由によつて、
第16図に示すように、起動用に地震フイルタ3
0を有する地震フイルタ回路31を使用するよう
にしてもよい。
起動時には全周波数域の振動を監視するようにし
たのに対し、600rpm(10Hz)未満の極低回転数域
においては振動エネルギが極めて小さく、たとえ
振動が直接的に監視できなくても起動操作のチエ
ツク等によつてカバーできるとの理由によつて、
第16図に示すように、起動用に地震フイルタ3
0を有する地震フイルタ回路31を使用するよう
にしてもよい。
しかして、第14図に示す構成では、フイルタ
なし回路32から低周波カツトフイルタ回路36
へ、また第16図に示す構成では、地震フイルタ
回路31から低周波カツトフイルタ回路36へそ
れぞれ外部信号33により切替器34で切替えら
れ、一方第15図でみた場合、前者の場合はフイ
ルタなしの状態aから低周波カツトの状態bへ、
また後者においては地震波カツトの状態cから低
周波カツトの状態bへそれぞれ切替えられること
になる。したがつてこれらの場合にはロータ系の
固有振動数成分〓2以上のみを監視し、地震波応
答成分〓1およびその高周波よりその部分をカツ
トできるために、第1および第2の実施例におけ
るよりも完全に地震の影響を除去することができ
る。しかも、これらの場合検出器6が第10図の
ような振動スペクトルを検出するのに対し、比較
判断装置15に入る振動スペクトルは第17図の
ようになり、振動監視が極めて効果的であること
がわかる。
なし回路32から低周波カツトフイルタ回路36
へ、また第16図に示す構成では、地震フイルタ
回路31から低周波カツトフイルタ回路36へそ
れぞれ外部信号33により切替器34で切替えら
れ、一方第15図でみた場合、前者の場合はフイ
ルタなしの状態aから低周波カツトの状態bへ、
また後者においては地震波カツトの状態cから低
周波カツトの状態bへそれぞれ切替えられること
になる。したがつてこれらの場合にはロータ系の
固有振動数成分〓2以上のみを監視し、地震波応
答成分〓1およびその高周波よりその部分をカツ
トできるために、第1および第2の実施例におけ
るよりも完全に地震の影響を除去することができ
る。しかも、これらの場合検出器6が第10図の
ような振動スペクトルを検出するのに対し、比較
判断装置15に入る振動スペクトルは第17図の
ようになり、振動監視が極めて効果的であること
がわかる。
第18図および第19図は本発明のさらに他の
実施例であつて、それぞれ第14図および第16
図における低周波カツトフイルタ35を有する低
周波カツトフイルタ回路36の代りに、定格回転
数成分のみを通すフイルタ37を有する定格回転
数成分カツト回路(バンドパスフイルタ回路)3
8が設けられており、その他の点は第14図或は
第16図の実施例と同一である。
実施例であつて、それぞれ第14図および第16
図における低周波カツトフイルタ35を有する低
周波カツトフイルタ回路36の代りに、定格回転
数成分のみを通すフイルタ37を有する定格回転
数成分カツト回路(バンドパスフイルタ回路)3
8が設けられており、その他の点は第14図或は
第16図の実施例と同一である。
しかして、この場合比較判断装置15への入力
は第20図のようになつて、地震対策としてはよ
り効果的となる。ところで、この場合の欠点は、
通常運用時に発生するかも知れない第8図のよう
な自励振動に対して固有振動成分〓oが検出でき
ず比較的無防備になることがあが、機械の破壊に
つながるような大振動は、いずれ定格回転数成分
〓cの増加を伴なうという事実から、若干危険予
知に対する感度が損なわれる程度にすぎず問題は
ない。またこのような欠点を完全に補うために
は、切替器34への外部信号33としてタービン
基礎台7或は地盤19に設けられた地震検知手段
からの地震信号を使用し、地震継続時のみ地震用
回路を使用すればよい。
は第20図のようになつて、地震対策としてはよ
り効果的となる。ところで、この場合の欠点は、
通常運用時に発生するかも知れない第8図のよう
な自励振動に対して固有振動成分〓oが検出でき
ず比較的無防備になることがあが、機械の破壊に
つながるような大振動は、いずれ定格回転数成分
〓cの増加を伴なうという事実から、若干危険予
知に対する感度が損なわれる程度にすぎず問題は
ない。またこのような欠点を完全に補うために
は、切替器34への外部信号33としてタービン
基礎台7或は地盤19に設けられた地震検知手段
からの地震信号を使用し、地震継続時のみ地震用
回路を使用すればよい。
なお、上記地震検知手段は地震計を使用し、或
一定振幅以上の地震で地震信号を出力するように
してもよいし、感度計を使用し、一定強度の地震
で地震信号を得るようにしてもよい。この場合、
地盤19上のマツト18上に地震系を設置すれ
ば、発生する地震の強度そのものにより切替える
ことになるが、基礎台7に設置した場合には振動
応答特性を考慮することとなり、タービン・発電
機に直接的に作用する地震の影響の大きさで切替
えることとなる。
一定振幅以上の地震で地震信号を出力するように
してもよいし、感度計を使用し、一定強度の地震
で地震信号を得るようにしてもよい。この場合、
地盤19上のマツト18上に地震系を設置すれ
ば、発生する地震の強度そのものにより切替える
ことになるが、基礎台7に設置した場合には振動
応答特性を考慮することとなり、タービン・発電
機に直接的に作用する地震の影響の大きさで切替
えることとなる。
以上説明したように、本発明においては高速回
転機械における振動検出回路に、地震波の卓越周
波数を超える周波数の振動信号のみを通すフイル
ターを設けたので、地震動による軸振動増加に対
して不用意なトリツプ作動が防止され、機器の強
度上の設計限界近くまで運転を継続することがで
きる。したがつて、ほんのちよつとした地震でタ
ービン発電機がトリツプするようなことがなく、
運転耐用性を著るしく向上させ、より一層安定し
た電力供給を行なうことができる。しかも、万一
地震動の最中に発散性の振動に発展することがあ
つたとしても、このような振動は遅かれ早かれ定
格周波数成分の増大を伴なうため、その時点でそ
の振動が検出され自動トリツプ装置が作動し、そ
れ以上の振動増大は防止され、機器本体に損傷が
及ぼされる恐れは全くない。
転機械における振動検出回路に、地震波の卓越周
波数を超える周波数の振動信号のみを通すフイル
ターを設けたので、地震動による軸振動増加に対
して不用意なトリツプ作動が防止され、機器の強
度上の設計限界近くまで運転を継続することがで
きる。したがつて、ほんのちよつとした地震でタ
ービン発電機がトリツプするようなことがなく、
運転耐用性を著るしく向上させ、より一層安定し
た電力供給を行なうことができる。しかも、万一
地震動の最中に発散性の振動に発展することがあ
つたとしても、このような振動は遅かれ早かれ定
格周波数成分の増大を伴なうため、その時点でそ
の振動が検出され自動トリツプ装置が作動し、そ
れ以上の振動増大は防止され、機器本体に損傷が
及ぼされる恐れは全くない。
第1図はタービンの軸系説明図、第2図は振動
監視装置の振動計の軸受への取付構造説明図、第
3図は従来のタービン振動監視装置の概略系統
図、第4図は基礎台を含めたタービン発電機の軸
受部における縦断面図、第5図は第4図の装置の
振動系をモデル化した図、第6図は本発明のター
ビン振動監視装置の概略系統図、第7図は地震波
の周波数成分を示す図、第8図はタービン・発電
機のロータ系の振動特性線図、第9図は地震波形
を示す図、第10図は地震波の影響を受けたター
ビン・発電機のロータ系の振動特性を示す図、第
11図は本発明による振動監視の考え方の説明
図、第12図は本発明の一実施例におけるフイル
タの特性線図、第13図、第14図、第16図、
第18図および第19図はそれぞれ本発明の他の
実施例の概略系統図、第15図は本発明における
フイルタの特性線図、第17図および第20図は
それぞれフイルタを通過後の振動特性を示す図で
ある。 6……振動計、13……積分器、15……比較
判断装置、30……地震フイルター、31……地
震フイルター回路、34……切替器、35……低
周波カツトフイルター、37……定格回転数成分
のみを通すフイルター。
監視装置の振動計の軸受への取付構造説明図、第
3図は従来のタービン振動監視装置の概略系統
図、第4図は基礎台を含めたタービン発電機の軸
受部における縦断面図、第5図は第4図の装置の
振動系をモデル化した図、第6図は本発明のター
ビン振動監視装置の概略系統図、第7図は地震波
の周波数成分を示す図、第8図はタービン・発電
機のロータ系の振動特性線図、第9図は地震波形
を示す図、第10図は地震波の影響を受けたター
ビン・発電機のロータ系の振動特性を示す図、第
11図は本発明による振動監視の考え方の説明
図、第12図は本発明の一実施例におけるフイル
タの特性線図、第13図、第14図、第16図、
第18図および第19図はそれぞれ本発明の他の
実施例の概略系統図、第15図は本発明における
フイルタの特性線図、第17図および第20図は
それぞれフイルタを通過後の振動特性を示す図で
ある。 6……振動計、13……積分器、15……比較
判断装置、30……地震フイルター、31……地
震フイルター回路、34……切替器、35……低
周波カツトフイルター、37……定格回転数成分
のみを通すフイルター。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 回転軸の振動を連続的に検出する振動検出装
置と、その振動検出装置より検出された振動信号
を予め定められた振動制限値と比較し、上記振動
信号が振動制限値を超えた場合に、ユニツトを自
動的に停止させるためのトリツプ信号を出力する
比較判断装置と、そのトリツプ信号を入力してユ
ニツトを自動的に停止させる自動トリツプ装置を
有するタービン振動監視装置において、振動検出
回路に、地震波の卓越周波数を超える周波数の振
動信号のみを通すフイルターを有するフイルター
回路が介挿されていることを特徴とする、タービ
ン振動監視装置。 2 フイルター回路は、フイルターを有せず振動
信号をそのまま通す回路に並列に接続され、2個
の回路がタービンの運転条件によつて切替えられ
るようにしたことを特徴とする、特許請求の範囲
第1項記載のタービン振動監視装置。 3 フイルター回路は、振動信号の低周波域をカ
ツトする第1のフイルターを有する第1のフイル
ター回路と、それより高次の周波数域以下をカツ
トする第2のフイルターを有する第2のフイルタ
ー回路との並列回路からなり、両回路がタービン
の運転条件によつて切替えられるようにしたこと
を特徴とする、特許請求の範囲第1項記載のター
ビン振動監視装置。 4 第1のフイルターが地震波の卓越周波数を超
える周波数の振動信号のみを通すフフイルターで
あることを特徴とする、特許請求の範囲第3項記
載のタービン振動監視装置。 5 第2のフイルターが、振動検出の対象となる
軸系の最低次数の危険速度以上の周波数を通す特
性を有することを特徴とする、特許請求の範囲第
3項記載のタービン振動監視装置。 6 第2のフイルターが、振動検出の対象となる
軸系の定格回転数同期成分のみを通すフイルター
であることを特徴とする、特許請求の範囲第3項
記載のタービン振動監視装置。 7 両回路の切替えが振動監視の対象であるター
ビン、発電機の系統の併入或いは離脱の条件で行
なわれることを特徴とする、特許請求の範囲第2
項乃至第6項のいずれかに記載のタービン振動監
視装置。 8 両回路の切替え時を、定格速度域到達時或は
速度降下開始時としたことを特徴とする、特許請
求の範囲第2項乃至第6項のいずれかに記載のタ
ービン振動監視装置。 9 両回路の切替え時を、軸系統の最低次数の危
険速度を基準とし、それぞれタービン回転数が下
から上へ或は上から下へ通過した時点とすること
を特徴とする、特許請求の範囲第2項乃至第6項
のいずれかに記載のタービン振動監視装置。 10 両回路の切替えが、地震検知手段からの地
震信号によつて行なわれるようにしたことを特徴
とする、特許請求の範囲第2項乃至第6項のいず
れかに記載のタービン振動監視装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8066984A JPS60224904A (ja) | 1984-04-21 | 1984-04-21 | タ−ビン振動監視装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8066984A JPS60224904A (ja) | 1984-04-21 | 1984-04-21 | タ−ビン振動監視装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60224904A JPS60224904A (ja) | 1985-11-09 |
| JPH0555681B2 true JPH0555681B2 (ja) | 1993-08-17 |
Family
ID=13724764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8066984A Granted JPS60224904A (ja) | 1984-04-21 | 1984-04-21 | タ−ビン振動監視装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60224904A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5222008B2 (ja) * | 2008-04-10 | 2013-06-26 | 三菱重工業株式会社 | 一軸コンバインドプラントの再起動方法及び再起動装置 |
| CN109404066B (zh) * | 2018-12-05 | 2021-12-17 | 华能国际电力股份有限公司大连电厂 | 一种汽轮发电机组监视与保护tsi系统及其革新优化方法 |
-
1984
- 1984-04-21 JP JP8066984A patent/JPS60224904A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60224904A (ja) | 1985-11-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |