JPS5960006A - タ−ビン羽根の監視装置 - Google Patents

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】 ３ｙＩυＥ」 本発明は一般に回転機械の監視装置に係シ、特にタービ
ンに設けられている羽根配列の監視装置に関する。

従来技術の説明 タービン発電機システムにおける予定されていない出力
の減少または停止を低減し且つ設備の使用寿命を長くす
るために、監視装Ｒを用いて異常な運転状態を検出し矯
正することができる。

このような監視装置においては、運転状態下でタービン
羽根とその隣接のハウジングとの間の間隔もしくは距離
を知るのが有用であろう。

このような情報が得られれは、起り得るハウジングの歪
に関する指示もしくは表示が与えられるはかりではなく
、例えばタービン羽根の振動、由々しい速度での軸の振
動および亀裂発生の可能性等のような他の起シ得る故障
源に関する徴候もしくはきっかけが与えられる。

多段タービンにおいては、一般には最後の列である選択
された羽根列を監視の目的のために選ぶことができ、そ
して羽根−ノｈウジング間間隔を求めるために桐数個の
ノ・ウジングに取付けられた近接もしくは接近センサ（
検知器）を設けることができる。一般に用いられている
型のセンサの１つとして、導電性部材に対するセンサの
接近に応答し変化する成るインピダンスを有する渦電流
型のセンサが挙げられる。このセンサはＡＣ励起コイル
を有１７ており、そのインダクタンスおよび抵抗は該コ
イルが金属物体に椿く接近した時に変化する。しかし々
から、コイルのインダクタンスおよび抵抗は、また温度
で誘起されろ導電率および透磁率の変化にも応答して変
動し得るので、温度で誘起されるコイルのインピーダン
スの変化の効果全相殺して、センサ出力信号に接近に関
係のない信号成分が含まれないようにする目的で、多く
のセンサには、特殊なブリッジ形態で接続された双対コ
イルが用いられている。

しかしながらタービンの運転環境においては、例えば計
器への接近が不可能であるとか実質的に定常的な較正が
要求されるとかが原因で、その作用全無効もしくは抑圧
するのが田作ｔであったり非常に面倒であるような非常
に大きな温度変化が生ずるところから、問題が起きてい
る。

本発明は極めて精度の高いタービン羽根監視装置に対す
る需要を満そうとするものである。

発明の梗概 本発明によるタービン羽根監視装置は、導電性部材に対
するセンサの接近に応じて変化する成るインピダンスを
有する型の複数の七ンサ全備えている。これらセンサは
、タービン羽根の周辺を取巻いてそれぞれの半径方向位
置に配設され、各センサはタービン羽根の接近もしくは
近接を表わす出力信号を発生する。しかし２ながら、各
センサ信号は、上記の接近には関係がなく例えばタービ
ン温度の極端な値に起因し得る不所望な成分を含み得る
。この理由から、センサからの出力信号を処理して各検
出センサ信号を発生するための回路手段と、これら検出
信号に応答して接近もしくは近接表示を発生する制御手
段が設けられる。さらに、平衡化信号を発生してセンサ
出力信号と結合し、それにより信号の不所望な成分の作
用を除去もしくは最小にするための補正回路手段が設け
られる。平衡化は予め定められた正または負の電圧閾値
を越える検出信号に応答して実施することができる。

好ましい実施例においては、センサの信号は、別々に検
出される同相および直角位相成分に分解され、そしてそ
れぞれの同相および直角位相補正信号は必要に応じて発
生される。

よシ正確な読出しｉｌヲ確保するために、１つのセンサ
は、タービン回転子軸線に平行な方向における羽根の運
動を測定するように配置され、それによシ他のセンサか
らの読出し量を相応に修正することができるようにする
３、 以下添付図面を参照し本発明の好ましい実施例に関して
説明する。

さて第１図を参照するに、この図には、それぞれ半径方
向位置でタービン羽根ｌθに隣接して配設された複数の
センサＳ／ないしＳｌｌ　を有するタービン羽根監視装
置が示されている。所望ならば、ｌ′）または一つ以上
のセンサは、例えばセンサＳ／のための支援センサとし
て動作するセンサＳ／’のような冗長部を有することが
できる、 センサの出力信号は、各信号処理回路７．２に供給され
る。これら信号処理回路は極めて正確な復調センサ信号
を発生するように動作する。

これら復調されたセンサ信号は、中央制御装置／４（に
よって受けられる。この中央制御装置はマイクロコンピ
ュータを備えているものであって、受信したデータから
所望の結果を算出してその結果を表示装置もしくはディ
スプレイ／／。

に供給するように動作可能である。所望ならば、このよ
うな結果はまた、タービン監視および（またはＪ制御装
置２０に供給してもよい。

タービンの環境もしくは周囲温度が高い場合には、金属
部材の膨張に起因して、羽根／θが連結されている軸、
ｌユは軸方向運動を行う。装置の精度をさらに高めるた
めに、センサＳ！ｒが設けられておって、センサＳ／な
いしＳｌ／−に対する羽根１０の軸方向位置を検出し、
センサの出力信号を相応に補正することができる。なお
、センサＳ、ｉの信号処理回路は他のセンサのための信
号処理回路ｌλと同じ構成であってよい。

監視装置の動作中、特定の時点でどの羽根が選ばれたセ
ンサを通過するかを知る必要がある。

このような決定を行うための装置は、タービンの技術分
野でよく知られているところであり、−例として、羽根
１０の３６００回転毎回転力基準信号を発生するように
配置された検出器、！４７のような検出器を用いる方法
を挙げることができる。この情報で、中央制御装置／４
’は、タービン羽根の回転中、タービン羽根の走行を計
数するの會続けることができ、そして付加的にタービン
の回転速度の表示を得ることができる。

本装置は、いろいろな回転羽根構造に適用可能であるが
、ここでは−例として、第２図に一部分が示されている
低圧蒸気タービンにおける最終羽根車段の監視と関連し
て説明することにする。

タービンは、複数のタービン羽根３０なイシ３７を有し
ており、そのうち偶数番の羽根は回転子円板ダｌないし
ｑｌ／−により回転子ダＯに連結されている。これら偶
数番の羽根は回転子を中心に対称的に各羽根列に延びて
いる。なお、これら偶数番の羽根は回転子羽根と称する
。奇数番の羽根は内側のタービン・シリンダに連結され
て該シリンダの周りに延在しており、固定の羽根である
。

典型的な動作においては、過熱された乾燥蒸気はく羽根
３ｇおよび３９によって構成される）第１の段に流入し
、そして次の段を通る際に膨張ならびに温度および圧力
変化が生ずる。蒸気は流れ案内部ダｔ、ｆｃ経て（羽根
３０および３１によシ構成される）最終段を去る。

羽根３０ならびに当該羽根列の全ての他の羽根は自由に
林立している羽根であって、センサは、羽根の先端に隣
接するように流れ案内部に形成された開口内に配置され
ている。第２図は、このように配置された典型的なセン
サＳ／を示している。一方センサＳ５は、回転子の軸方
向運動を測定するために設けられるものであり、従って
図示のように円板ｌＩｌに隣接して取付けるだけでこの
目的に沿う働きをする。このような蒸気タービンの内部
の苛酷な条件に耐えることができるセンサの１つとして
、本発明と同じ出願人に譲渡されている特許願明細書に
記述されているセンサを挙げることができる。

第一図において監視される羽根は、上述のように自由支
持型のものであるが、本発明はさらにまた第３図に示す
ようなシュラウド羽根にも適用可能である。シュラウド
構造の場合には、羽根５０はシュラウド群に分けられ、
各群の羽根先端が参照数字５２およびＳ３で示すような
シュラウド片に固定される。羽根先端はシュラウド片に
リベット固定することができ、そしてリベットｔ＋（ま
たは他の付加的なマーク）を複数の半径方向に配設され
たセンサで検出することができる４、 再び第２図を参照するに、流れ案内部ダ６は軸方向横断
面が円形であって、羽根先端は流れ案内部ｌＩ６と共に
小さなギャップもしくは空隙を形成する。通常の運転に
おいては、このギャップの距離もしくは大きさは、流れ
案内部の周囲Ｊ６θ０に渡り一定である。本発明の１つ
の適用例においては、複数のセンサ位置におけるギャッ
プ距離が測定される。この距離の読出し量は同じである
べきであるので、偏差が生ずると、これは、異った運転
条件でタービン流れ案内部が受ける歪もしくは楕円変形
の表示となる。さらに、読出し量における偏差はまた、
軸の振動の表示ともなり得る。第３図に示すようなシュ
ラウド構造が用いられる場合には、監視装置はまた、弛
緩したシュラウド片の指示を与えることができる。

第９図の機能ブロック・ダイアグラムは、典型的な信号
処理回路／：１．を聯か詳細に図解する図である。信号
源６０が設けられており、その１つの機能は渦電流型の
ものとすることができるＳ／のようなセンサに対し高周
波信号を供給することである。タービン羽根がこのセン
サを通過する際に該センサは増幅器Ａ２に出力信号を供
給する。センサの出力信号には誤差が存在し得るので、
信号源４０ならびに自動平衡化回路６ケにより補正信号
が増幅器Ａ２に供給される。

周知のようにＡＣ信号は同相成分（１）および直角位相
成分（Ｑ）に分解することができる。信号処理回路は、
これら同相および直角位相成分を検出するように適応さ
れており、この目的で位相検出器ＡＡおよび６りが設け
られ、これら検出器の各々は信号源６０から同相および
直角位相基準信号をそれぞれ受ける。装置６６および６
７は、当該技術分野の専門家にはよく知られている同ピ
構造の同期復調器とすることができる。

位相検出器Ａ４および／、７の出力は、センサ信号の検
出された工およびＱ（同相および直角位相）成分を表す
。

これら検出された信号は、爾後の信号処理の目的で中央
制御装置／４（に供給されるばかりではなく、ピーク検
出器６１！：および６９にもそれぞれ供給され、該検出
器の各々は、その入力信号のピーク値の包絡線全表す公
称Ｄｏ　％圧を出力する。検出器６ｇおよび６９からの
ピーク検出信号は、上記の自動平衡化回路Ａグに供給さ
れ、そこでこれら信号は後述するように補正信号の発生
に用いられる。

第５図は、第９図に対応する図であって信号源６θおよ
びセンサＳｌをさらに詳細に説明する図である。信号源
６０の発振器ざθは、例えば／　ＭＨ２の高周波信号を
、バッファ増幅器ｇｓを介して、三本巻き変成器Ｔ／の
一次巻線ざｌに供給する。該変成器Ｔ／は中心タップ形
態で接続された二次巻線ｇ５およびｇｔを有しており、
該中心タップは接地されている。巻線ｔ！および８：Ａ
の他の２つのリード線端は、三線シールド・ケーブルｇ
ｇによりセンサＳ／に接続されている。

センサＳ／は、第１の巻線９０と温度補償に用いられる
第２の巻線９／とを有しており、これら巻線間の接続点
からセンサ出力信号が増幅器６．２に与えられる。成る
種の理想的な運転条件下では、温度により誘起されるコ
イルもしくは巻線インピダンスの変化を零化するのに巻
線９７をブリッジ形態の回路で用いるだけで十分である
。しかしながら蒸気タービンの苛酷外環境下では、温度
変化が非常に極端であって、その結果タービン羽根の通
過により変調されるセンサ出力信号には、羽根の接近に
関する所望の成分ばかシではなく、羽根の接近に関係が
なくしかも一般に単純な双対コイル温度補償装置では消
去できず常に手動調整を必要とするような不所望な成分
が含まれている。本発明においては、センナ出力信号は
、このような不所望な成分全自動的に零もしくは相当に
減少するように補正される。

既に述べたように、センサ出力信号は、工（同相）およ
びＱ（ｉ！角角位相酸成分分割される。

これら成分は復調の目的で工およびＱ基準信号が与えら
れる位相検出器６６および６７によって検出される、こ
れら工およびＱ信号はバッファ増幅器９１および９６に
よって供給されるものであり、バッファ増幅器ｑ４’は
バッファ増幅器ｇ−を介して発振器出力を受は工基準信
号を供給するように接続されており、他方、バッファ増
幅器り６は移相器９ｇによるｑｏ０移相後に信号を受け
てＱ基準信号を供給するように接続されている。

バッファ増幅器９４’からの工基準信号は三本巻き変成
器Ｔ、２の一次巻線ｌθＯに印加される。

該変成器Ｔ２は、接地中心タップ形態で接続された二次
巻線ｌθｌおよび１０２を有しており、巻線の端はそれ
ぞれポテンショメータｌθダの端に接続されている。

同様にしてバッファ増幅器９ｔから供給されろＱ基準信
号は三本巻き変成器Ｔ３の一次巻線／１０に供給される
。該変成器Ｔ３は接地中心タップ形態で接続された二次
巻線Ｉｆ／および／／、２ｆ有しており、二次巻線の端
は、それぞれポテンショメータ／／’ｌの両端に接続さ
れている。

ポテンショメータ１０ダおよびｔｔｑのワイパ・アーム
は、各直列抵抗器／／Ａおよび／／７を介して増幅器Ａ
Ｊの加算点ｌ−〇に接続されており、そしてこの加算点
にはセンサＳ／からの出力信号ガらびに自動平衡化回路
６りからの補正信号が印加される。ポテンショメータの
ワイパ・アームは手動で動かして、センサ信号の初期補
正を行い、他方、自動平衡化回路４＋で動的補正を行う
補正信号を合成することができる。この動的補正信号の
発生においては、自動平衡化回路Ａ’ｌは、変成器Ｔ、
２およびＴ３の巻線ｌθλおよび／／、２の接地されて
いない方の端から派生される信号源６０からの工および
Ｑ（位相および直角位相）基準信号を用いる。次ｒシ に、センサ信号の不所望へ成分の消去ならびに第Ｓ図の
回路の動作に関し第６Ａ図ないし第ＡＯ図を参照し説明
する。

第１１図において、矢印■、は正弦波信号を表わすベク
トルである。周知のようにベクトルｖＲは、同相および
直角位相成分金それぞれ表わす■　および■、で示した
２つの互いに垂直な成分■ に分解することができる。■、の大きさおよび位相が変
化すると、■□およびｖ８の振幅も変化する。

１つのコイルが他方のコイルの後方側に配設されている
典型的な双対もしくは複コイル構造においては、これら
コイルに正確に同じ環境条件が作用することはなく、シ
たがって一方のコイルは他方のコイルよりも温度変化の
影響を強く受ける。温度が変化するとコイルならびにそ
れを取巻く材料の透磁率および導電率が変化し、それに
よシコイルのインピーダンスが変化する。

第ＡＢ図において、ベクトル■ｕｎｂａよけ、タービン
羽根の接近によって発生されるのではかく環へ境位置に
依存し室温でセンサにより発生され得る不平衡電圧を表
わす。第Ｓ図の装置において、ベクトルｖｂａ□で示し
た同等で反対の極性の電圧が不平衡成分を消去するため
にセンサ出力信号に加算される。ベクトルｖｂａ□は、
同相成分Ｖよりａ□および直角位相成分ｖＱｂａ□から
なり、そのうち同相成分Ｖよりａ□はポテンショメータ
ｉｏ４！の手動調節で加算点／ユＯに印加され、他方Ｖ
ＱＩ）ａ□はポテンショメータ／／’Ｉの手動調節で加
算点ｌコＯに供給される。

タービンが動作中である時に極めて高い温度に遭遇する
と、センサ出力信号にはさらに動的不平衡が生ずる。こ
の情況は第６Ｃ図に示されテイル。第ＡＣ図は第ＡＢ図
のベクトルを示すものであって、第ＡＢ図のベクトルに
、ベクトル”ｕｎｂａ□　で表わされろ動的不平衡が加
算され、その結果生ずる不平衡は■″ｕｎｂａ工で表わ
しである。

この不平衡成分の効果全零または最小にするために同等
で反対の信号Ｖ“°あ、が発生される。この信号Ｖ“　
はＶ　　と第λの平衡化成分”ｂａ□とｂａｄ　　　　
　ｂａ’１ からなるものと考えてよい。第６Ｂ図を参照して既述し
た”ｂａｌ成分は手動で選択される。Ｖ□ゎう、成分は
、同相および直角位相成分ｖｌ、工、およびｖ′ヲ結合
することにより自動平衡化回路ｂａ１ ６４Ｉにより発生される。なおこの発生に関しては以下
に第７図ヲ診照して説明する。

第７図は第４図に対応する図であって、自動平衡化回路
ｘｐを詳細に示す図である。１つの実施例による回路は
補正もしくは平衡仕Ｉ信号の発生に用いられる乗算型デ
ィジタル−アナログ変換器（ＭＤＡＯと略称する）／３
０ならびに補正Ｑ信号の発生に用いられる第スのＭＤＡ
Ｏ／　Ｊ　／を備えている１、信号源６０により供給さ
れる■およびＱ基準信号に加えて、各ＭＤＡＯはそれぞ
れの計数器１３１Ｉおよび１３Ｓの出力を受ける。

これら計数器は、中央純御装置ｌｌＩからの指令によっ
て可能化された場合に一定周波数のクロツク７３ｇによ
って駆動される。計数器の可能化ならびにアップまたは
ダウン（Ｕ／Ｄ　）計数方向は、双対の限界値比較器ｌ
ダθおよびｌダｌによって制御される。比較器ｌダＯは
、ピーク検出器Ａｇからのエビーク検出信号の値を上限
値ＶＨおよび下限値ＶＬと比較する。エピーク検出信号
が、これら上下限値ｖｉ（およびＶＬで定まる領域もし
くはウィンドウ内に在る限りにおいて計数器／３’ｌは
休止状態に留まる。上限値かまたは下限値のいずれかが
越えられると、出力リード線／９１ａおよび／４’、ｔ
に適当な論理信号が発生されて、オア・ゲー）／１Ｉ４
ｉ介し計数器／３１１は可能化される。なお線路／４’
＆上の信号がアップまたはダウン計数方向を定める。同
様にして、比較器ｌダｌは、ピーク検出器６ｑからのＱ
ビーク検出信号の値が上限値または下限値ｖＨまたは■
、を越えた場合に出力線路／’Ｉｔおよび／ｌＩ９に適
当ガ論理信号を発生する。計数器７３！の可能化は、オ
ア・ゲート／りθに与えられる適当な出力信号によって
行なわれ、この場合アップ゛ｆたけダウン計数方向は線
路／’！？上の信号によって規定される。

さらに第ざへ図ないし第ｔＯ亀１５！’を参照すること
により典型的な比較器の動作に関し良き理解が得られる
であろう。第ｇＡ図においてセンサＳ７は図示のように
タービンの流れ案内部／Ｉ６内に設けられておって、タ
ービン羽根は連続的にこのセンサの下側全通過する−５
一連の一点鎖線ＩＳＯは、センサの下方を通過する羽根
の軸線を表わす。第ｇＡ図から明らかなように、１つの
タービン羽根がセンサの直ぐ下に【１γ置しており、そ
の結果最大出力信号が発生されている。

第＆Ｂ図の例では、センサは羽根間に位置しておシ、出
力信号は最小となる。

周知の回路設計技術に従がい、位相検出器（６６または
６り）は差動または平衡出力を発生する型のものである
。第９図の波形ｌｓ２は出力の１つに表われる検出セン
サ信号を図解するルのであって、これから明らかなよう
に偶数番電圧Ｖｒ　、　％　、　Ｖ６等々で示した比較
的に鋭い負のピークは、個々の羽根が第ざＡ図に示すよ
うにセンサの直ぐ下を通過することから発生されるもの
であシ、他方、奇数番電圧Ｖ、、Ｖ３．Ｖ、！ｒ。

等々で示したやや平坦な正のピークは第ｔＢ図に示すよ
うにセンサの下側に断続する空間が存在することがら生
ずるものである。

波形ｔＳＳの正ビーク−負ピーク電圧は、それぞれセン
サー羽根間の間隔もしくは距離に関係する。本発明にお
いては、特定の羽根に帰属するピーク−ピーク電圧が、
該羽根によって発生される負ピーク信号の直前直後の正
のピーク信号を用いて導出され、しかる後に該負ピーク
電圧全減算する。詳しく述べると、■がピーク信号を表
わし、ｎが奇数を表わすものとすると、導出されるピー
ク−ピーク信号は次式で表わされる。

ｖｎ十ｖｎ＋２ −　ｖｎ＋＋　・・・・０） コ 通常のタービン運転中は、第９図の波形は温度変動で昇
降し得る。

センサー羽根間距離に変化が生じない限りこのピーク−
ピーク値は波形の正方向および（！ｆ、たは）負方向遷
移中に変化することはなく、シたがって正確な出力信号
が得られる。しかしながら波形が許容限界を越えてドリ
フトすると、信号処理回路は飽和となり、そのために真
のピーク−ピーク値が歪められ誤った出力が生じ得る。

したがって本発明の一実施例においては、中央制御装置
は波形／！２ｆ監視して、その正のピーク値が予め定め
られた範囲を表わすウィンドウ／ｇ’ｌの外側にドリフ
トしたかどうか？判定し、そうである場合には第７図の
自動平衡化回路Ａ’ｌによる補正作用を起動する。次に
この動作について、さらに第１θ〜義いビ１去丑ｌちの
１つ、例えばピーク検出器６ｑの出力を表わす。したが
って波形／６０は、実質的に、期間上〇ないしｔ、中の
タービン羽根の複数回転中に生ずるピークＶ、　、　Ｖ
、７およびそれに続くＱ信（ならびに比較器／ｌｌθン
に与えられる電圧上限値および下限値を表わす一時点ｔ
。とｔ、との間では、波形／６０は、これら上下限電圧
値間のウィンドウ／６コ内に留ま理状態をとる。したが
って時点ｔ。からｔ、の期間中は、計数器／３Ｓは加算
計数を行なうべきところであるが、その様に可能化され
ないばかりではなく、クロック／３ｇによりクロック・
パルスも与えられないのである。

ア・ゲートｉｓｏから論理「／」出力が発生される。そ
こで計数器１３Ｓは減算計数を行ない得る状態となるが
、しかしながらクロック／　、７　ｇによってクロック
・パルスが未だ供給されていない。そこで、第７図に示
すよりなＱ波形が、中央制御装置によって検出センサ信
号がその正常範囲外にあると判定されるまで、その上方
向遷移もｌ〜〈はドリフトに続けるものと仮クロック１
３Ｓをしてその出力クロック信号全発生せしめる。そこ
で、ＭＤＡＣ／　３　／の動作と関連の計数器１３Ｓは
、加算点ｌλＯに印加される信号の値を減少することに
よりｑ信号の大きさを減少せしめる。この減少は時点ｔ
、で開始され、そしてクロック／３ｇへの可能化信号は
Ｘに等しい期間与えられるが、補正作用でピーク信号は
時点ｔ３で許容範囲内に丁げられ、その時点で線路ｌダ
ブの電圧は、オア・ゲート／！ｒθの出力と同様に論理
ｒｏＪ状態に戻り１それによシ、クロック・パルスが印
加されていても計ｔ４まで許容範囲内に維持されるが、
波形／６θは下限値■１よシも小さくなシ、その結果、
線路ｌダｇには論理「ｌ」信号が出力され、オア・ゲー
ト／ｊθからの出力は論理「ｌ」となシ、計数器が可能
化される。時点ｔ５で中央制御装置は、クロック１３ｇ
に可能化信号を与え、その結果、計数器１３夕は加算計
数を行なって補正信号を加算点／、２θに加える。この
計数器は、補正作用で再び波形が許容範囲内に戻された
時点ｔ６でその計数動作を停止する。

第７図の比較器／ｌＩＯは、ピーク検出器６ｇからのエ
ピーク信号が監視される点を除いて比較器ｌｌ／ｌの動
作と同じ仕方で動作する。ピーク波形は、波形／乙θと
は異なった電圧値をとり得るが、動作は、ウィンドウ１
６．２を画定する閾値が横切られた場合に計数器／３’
ｌおよびＭＤＡＯ／、７（１；ｌが動作して加算点ｌコ
Ｏに補正工信号を与える点で同じである。したがって、
ＭＤＡＯ／３０および／３／により供給される補正信号
は、第６Ｃ図で述べた信号ｖｌ　　　およびＶ′Ｑｂａ
よｂａｌ であって、その結合で大きさが不平衡電圧”ｕｎあ□に
等しいが位相が反対である補正電圧”ｂａｌが得られる
。

ピーク−ピーク信号の計算ならびに永示および（または
）制御目的のためのデータの発生は、中央制御装置／り
によって達成される。この装置ｌｌｌの詳細は第１／図
に示しである。中央制御装置ｌダは、コンピュータを有
しておシ、その機能は、検出器、２ダから１回転当り１
回の信号を受けそれに基づき表示および制御の目的でＲ
ＰＭ速度（回転速度）信号′ｆ：算出するマイクロコン
ピュータ／７０によって実施することができる。被監視
下の羽根列内の羽４艮は連続的に番号が付けられておシ
、計算したＲＰＭ　＠と共に１回転毎に１回発生される
信号の供給で、マイクロコンピュータは、例えば番号ｌ
の羽根のような基準の羽根として指定された任意の羽根
の瞬時位置を追跡することができる。既に述べたように
、羽根毎に１つの信号を発生する装置のような他の羽根
追跡手段をも用いることができよう。

マイクロコンピュータは、信号処理回路１２の出力を選
択的に標本化するように動作可能なアナログ標本化スイ
ッチ７７．２を制御する。例えば、センサＳ、（または
Ｓ：）は、先ず番号ｌの羽根から始めて標本化され、し
かもこの標本化は全ての羽根のｌ完全回転中連続して行
なわれるものと仮定する。この場合、高周波雑音やスパ
イクを減少するために、標本化スイッチ１７コを通る信
号をろ波する目的で低域フィルタ／’ＤＩ・が用いられ
ている。好ましい実施例において、このフィルタは、特
定のタービン速度もしくは速度範囲に従がってマイクロ
コンピュータ／７０によシ指示されるフィルタ特性を変
化することができる能動形のものもすることができる。

次いで、処理されろ波されたセンサ信号は同時に正およ
び負ピーク検出器ｉｑｔ、およびｌククならびに正およ
び負の標本化保持（サンプル・ホールド）回路／７１お
よび／７９に供給される。

正の信号ビークに達すると、正ピーク検出器／？Ａがそ
のことをマイクロコンピュータに通報し、そこで正の標
本化保持回路１７ｇはこのビーク信号の値をマイクロコ
ンピュータに供給する。負ピーク検出器／７７は負の標
本化保持回路／？？と共に、信号の負のピーク値に関し
同じ仕方で機能する。電圧値ｖ／’　■２’　ｖＪｌ・
・・等（第ヂ図参照］に対するピーク信号は、マイクロ
コンピュータ／７０でディジタル形態に変換されて適当
な記憶場所にロードされる。所望ならばマイクロコンピ
ュータの動作速度にもよるが、七ンサＳ、全通過する全
てのタービン羽根に対するビーク−ピーク信号を算出し
たシ、あるいはまた別法としてこの計算を、残シのセン
サからのデータが処理され記憶されるまで待機状態に保
持することも可能である。

記憶過程中、マイクロコンピュータは、正のピーク信号
をチェックして、該ピーク信号が第７図と関連して述べ
た範囲確定ウィンドウ／、ｔ４’外にドリフトした場合
に、自動平衡化回路Ａ４ｉのクロックｔ３ｇ　（第７図
）に可能化信号を供給するように動作可能である。

典型的な信号処理回路１２の位相検出器６６および６り
は、それぞれ工およびＱ検出センサ信号を発生する。こ
れらセンサ信号は、双方共に補正信号の発生に利用する
ことができるが、距離もしくは間隔測定のためのビーク
−ビーク電圧の計算においては、一方の信号を用いるだ
けで良い。一般に、タービン羽根が例えば鋼のような磁
性材料から形成されている場合には、センサ信号のＱ成
分の方が工成分よりも大きいビーク−ピーク値を有し、
従がって、より大きなダイナミック・レンジ（動的範囲
）を与え、で′ステムのよシ高い精度を可能にする。そ
して例えばチタンのような非磁性材料の羽根の場合には
逆の事が当嵌る。この場合には、ビーク−ピーク値とし
て工成分の選択を指示するのが好ましい。

羽根先端に対するセンナの間隔は、一定に留まるが、検
出センサ信号のビーク−ピーク値は、羽根の前縁および
後縁間におけるセンサの位置に依存して変動し得る。回
転子は軸方向運動を（２ｇ） 受は得るし、そして羽根は回転子に連結されているので
、羽根の前縁および後縁に対するセンサの位置は変動し
得る。そしてこのように変動した場合には、実際のセン
サー羽根先端間間隔もしくは距離が変化しなくてもビー
ク−ピーク値は異ってくる。

例えば、第７．２Ａ図には、センサの中心軸線Ａが羽根
の前縁および後縁間の成る任意点で基準位置の直上とな
るように、タービン羽根／ｑθの前後縁ｌざｇおよび１
ｇｑに対しセンサＳ／が位置決めされる模様が示されて
いる。円板したがってまた羽根の軸方向運動は矢印タコ
および９３で示されている。

矢印９２の方向において１つの限界にまで運動するとセ
ンサは第１コＢ図に示すように前縁ｉｇｇに接近する。

この位置は、基準位置から距離＋ｄだけ変位している。

しかしながら、センサが出合う金属質量は基準位置にお
けるものと大体同じであるので、第７．２Ｂ図に示した
状況を表すビーク−ビーク間隔表示信号は、センサが第
１２Ａ図に示す基準位置にあるときに発生される信号と
僅かに異なるだけに過ぎない。

これに対し、矢印ｑ３で示す方向に極限まで運動すると
、センサは第１２０図に示す後縁／ｇ９に近く、基準位
置から−ｄだけ変位する。

この位置においては、センサが遭遇する金属の質量は他
のλつの位置の場合よシも小さく、従がって発生される
ピーク−ピーク信号の大きさは、同じセンサー羽根間距
離に対し小さくなる。

したがって、ピーク−ピーク・センサ信号が変化した場
合、その変化が軸方向運動によるものか！、たはセンサ
ー羽根間距離によるものかは判らない。これに対処する
ために、本発明の監視装置は、この軸方向運動を識別し
て、それに応じてピーク−ピーク導出値を変更し、より
正確な出力の読みを発生するための手段を備えている。

１つの実施例において、回転子の軸方向運動の検出は第
１図および第２図に図示した軸方向センサＳｔによって
達成される。センサｓｓに対面する円板表面が変化しな
い性質のものであれば、センサは一足の出力信号全発生
することになる。距離は、波形のピーク−ピーク間隔も
しくは距離全分析することによって測定されるので、円
板に単一のノツチ（切欠き）を形成し、第１３図の波形
／９Ａで示すような検出出力信号をセンサが発生するよ
うにすることができる。

１回転中の円板の殆んどの回転期間、波形１９Ａは実質
的に水平の部分ｔｔｉ’ｔを有し、それに続いてノツチ
によって生せしめられる負のピーク部分１９ｇが現れる
。波形／９６の信号処理は実質的に、他のセンサについ
て既に述べた処理と類似である。しかしながら、負のピ
ーク／９ｇは良く画定されているので、ピーク検出器は
、既に述べた補正信号の発生に用いられる負のピーク信
号を発生するように動作する。

第７４’図の曲線２００は、垂直方向に軸方向センサの
ピーク−ピーク電圧を採シ、水平方向に軸方向距離をと
って、ピーク−ピーク電圧と軸方向距離もしくは間隔と
の間の典型的な関係を示す。さらに第１２Ａ図ないし１
００図を参照するに、値ｖＡのピーク−ピーク電圧は、
Ｓ／のようなセンサが第１２に図に示すように基準位置
の直上に位置する時の軸方向距離を表す。

また、それより低い値■□のピーク−ピーク電圧は、セ
ンサを第１コＣ図に示す位置にするーｄに等価な変位を
表し、他方、高い値のピーク−ピーク電圧Ｖ。は第１２
Ｂ図に示した位置にセンサを位置付ける＋ｄの軸方向運
動を表示する。

曲線、２Ｏ，Ｏを作図する上で用いられている値は、タ
ービンの使用に先立って、センサ８！ｒを円板に対し既
知の距離だけ物理的に移動して、その運動中に得られる
ピーク−ピーク値を記録することによ勺実験的に導出す
ることができる。

次いで求められた値をマイクロコンピュータのメモリに
記憶するか、あるいは曲線−〇〇のような曲線を発生し
てこの曲線を定義する数式を用い対応のピーク−ピーク
電圧から距離もしくは間隔の値を導出することができる
。

同様にして、第１コＡ図ないし第１コＣ図と関連して説
明したタービン羽根先端における基準位置に対するセン
サ位置に対応する軸方向センサ８／ないしＳダに対し、
複数のピーク−ピーク電圧対距離（間隔）曲線を発生す
る。より具体的に述べると、曲線λθＯには、センサが
零基準位置にある時のピーク−ビーク電圧対距離（間隔
）関係を表し、他方、曲線２０３およびｘｏｌＩはそれ
ぞれλつの変位極限＋ｄおよび−ｄにおける関係を表す
。さらに第１５図には、＋／／Ｊ＋１および＋２／３ｄ
の変位を表す曲線ＸＯＳおよびコ０６で他の典型的な関
係が示されており、さらに曲線２０りおよびコＯｔで−
／／、７（１および−ユ／３６　の変位に対する関係が
それぞれ表わされている。

ｆｉｇ／！図に示したような典型的な曲線の値はマイク
ロコンピュータのメモリに入れておいてもよいし、ある
いはまた別法としてこれら曲線を記述する数式を用いて
も良い。動作において、軸方向距離が基準位置で正確に
決定される場合には、ピーク−ピーク電圧に応答しセン
サー羽根先端間距離（間隔）を発生するのに曲ｍａｏ：
ｉが用いられる。また、例えば、センサが−ｄの極端位
置にある場合には、曲線−〇ａを用いて距離の値を発生
する。一般に、センサが計算機のメモリに格納された対
応の曲線を有する位置・にある場合には、該曲線から値
を取出すことができる。センサ変位が記憶された曲線に
よって定義される変位間の中間の位置にある時には、単
純な解釈を行って出力距離読出し量を求めることができ
るし、また別法として最近の曲線値を用い許容し得る精
度を確保することができる。

計算機が各羽根および各センサに対しセンサー羽根先端
間距離を決定したならば、その結果を表示装＃／ｌに供
給することができる。装置ｌ乙の一実施例が第１６図に
示しである。表示装置／Ａは複数の読出しデバイス２１
０ないし：）、／３ｆ備えている。これらデバイスは、
例えばセンサの読取シから導出される距離を表示するた
めのＬＣＤまたはＩＪＤ類のものとすることができる。

半径方向センナは、実際、流れ案内部の凹部内に配置面
されているので　訪１出しデバイス、２１０ないし２／
３がセンサＳ／ないしｓｌＩのそれぞれの位置における
羽根先端・−流れ案内部間距離を表示するために適当な
オフセット量を算出された距離から減することができる
。別法として、曲線、２０２ないし２０ｇ金オフセット
蓋全考慮して発生しても良い、３ 読出しデバイス２１０は、センサ日ｌ筐たは冗長センサ
Ｓ／’のいずれかを利用して結果を表示するように動作
可能である。なお、これらセンサの選択はスイッチコ２
０ｆ作動することにより手動で行うことができる。

計算した軸方向位置およびタービン速＆（ＲＰＭ）をそ
れぞれ表示するために一つの追加の読出しデバイス、２
２．２および、２　：１．７が設けられている。

監視装置の動作中、マイクロコンピュータは羽根の位置
を追跡すると共に、それに加えて各羽根毎の羽根先端距
離を計算する。羽根項にＮ個の羽根が存在する場合には
、オペレータＦｉ、Ｎ個の羽根の内の任意のものを番号
位置の羽根として恣意的に指示することができる。この
選択は、第１番目の羽根全指示するためにオペレータが
／ないしＮ間の任意数をダイヤル設定することを可能に
するダイヤル・スイッチコ２６を設けることで達成され
る。１つの動作モードにおいては、Ｍ個の羽根（ここで
Ｍ（ｄｌとＮとの間の任意数）の平均距離を計算し表示
することができる。数Ｍの選択はダイヤル・スイッチコ
ックを用いて達成される。即ち、ホイール・スイッチ２
コクｆｉに設定すると、読出しデバイス２１０ｆｌいし
２／３は該スイッチ、２２乙によって指定された羽根の
交互の羽根先端距離を表示する。ホイール・スイッチ：
１２７を２に設定すると、読出しデバイスは選択された
第１の羽根と回転方向でそれに続く次の羽根との平均距
離を表示する。数３をホイール・スイッチ：２２７で入
力すると、その場合には選択された第１番目の羽根と回
転方向に見てそれに続く一つの羽根の平均距離が表示さ
れ、以下同様にして、数Ｎがスイッチ、２：ｌりで選択
された時には、読出しデバイスは各グつの位置において
羽根列内の全ての羽根の平均距離を表示する。

第７６図の表示装置Ｈは、計算した情報全オペレータに
提供することができる１つの基本的な手段を示すに留ま
る。例えば、タービン羽根モニタに用いられるオペレー
タ交互作用ＣＲＴ端末あるいは大規模の総合的タービン
診断システムの一部とすることができるような他の形式
の表示装置を用いることもできる。本発明の装置は、流
れ案内部の歪または楕円変形を決定することができるデ
ータを発生するものである。加えて、成る期間に渡り集
収された検出センサ信号の分析および計算した距離もし
くは間隔データで、例えば羽根の振動とか軸の振動等の
ような他の診断測定に関する情報が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による監視装置の全体的構成を示すブロ
ック・ダイアグラム、第２図は本発明を用いることがで
きる蒸気タービンの横断面図、＃ＩＪ図はタービンのシ
ュラウド羽根構造を示す図、第７図は第１図に示した信
号処理回路をさらに詳細に示すブロック・ダイアグラム
、第Ｓ図は第７図の信号源を詳細に示す回路図、第６八
図ないし第６Ｃ図は発生される幾つかの電圧全図解する
ベクトル・ダイアグラム、第７図は第９図の自動平衡化
回路をさらに詳細に示すブロック・ダイアグラム、第ｇ
Ａ図および第ｆｆＢ図はタービン羽根に対する典型的な
センサの位置付けを図解する図、第９図は典型的な検出
センサ信号の波形図、第７０　％、図もＡ−韮日日ホは
第７図に示した自動平衡化回路の動作の理解の一助とし
て波形を示す図、第１／図は第１図に示した中央制御装
置をさらに詳細に示すブロック・ダイアグラム、第１　
’２　Ａ図ないし第１．１０図はタービン羽根先端に対
するセンサの相対位置を図解する図、第１３図はタービ
ン回転子の軸方向運動を求めるのに用いられるセンナに
よって発生される信号の波形図、第１ダ図は軸方向変位
を測定するセンサにおける測定電圧と距離（間隔）との
間の関係を図解する曲線図、第ｔＳ図は他の距離測定セ
ンサにおける複数の電圧−距離関係を示す図、そして第
１６図は第１図に示した表示装置を若干詳細に示す図で
ある。 ＩＯ・・タービン羽根、ｌコ・・信号処理回路、８／〜
Ｓ６・・センサ、ｌｌｌ・・中央制御装置１．２０・・
監視制御装置１．２ｑ・・検出器、３θ〜３９・・ター
ビン羽根、グＯ・・回転子、ｌ／−ｌ−！ＩＩＩ・・回
転子円板、Ｓ！Ｉ・・リベット、６θ・・信号源、６．
２・・増幅器、６ｔ・・自動平衡化回路ｊ　Ａ　、　Ａ
　？・・位相検出器、６ｇ。 ６ｑ・・ピーク検出器、ｇ２，９’ｌ、９４・・バッフ
ァ増幅器、９ｇ・・移相器、ＩＯダ、／／’ｌ・・ポテ
ンショメータ、Ｔ／、Ｔ、２．ＴＪ・・変成器、／／Ａ
、／／？・・直列抵抗器、１９０−・タービン羽根、２
１０〜．２／Ｊ　、ハｔ、ココ３　・・読出しデバイス
、１３θ、／３１・・ディジタル／アナログ変換器、１
３す、／３５・・計数器、　／３Ｋ・・クロック、１ｔ
Ｉｏ、ｔｑｔ・・比較器、　／、ｔ４’。 ／４：ｌ・・ウィンドウ、／’１０・・マイクロコンピ
ュータ、１７．２・・アナログ標本化スイッチ、／７’
ｌ・・低域フィルタ、１７ｇ、１７９・・標本化保持回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ａ）導電性部材への接近に応答して変化する成るインピ
   ーダンスを有する型の複数個のセンサを有し、 Ｂ）該センサはタービン羽根に隣接してそれぞれ半径方
   向位置に配設されておって、それぞれタービン羽根の接
   近に関連の成分と、タービン羽根の接近に関係のない不
   所望な成分を含み得る出力信号を発生し、 Ｃ）さらに、前記センサ出力信号に応答して検出セ／す
   信号？発生するための信号処理手段を有し、 Ｄ）また前記検出センサ信号に応答して接近表示を導出
   するためのコンピュータ手段を含む制御手段をも有し、 副　前記信号処理手段は、前記出力信号に含まれる前記
   不所望な成分の作用を最小にするためにそれぞれ平衡化
   信号を発生して該平衡化信号をそれぞれ前記出力信号の
   各々と結合するための回路手段を備えている、 タービン羽根監視装置。