[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP6811134B2 - Wing abnormality detection device, wing abnormality detection system, rotary mechanical system and wing abnormality detection method - Google Patents

Wing abnormality detection device, wing abnormality detection system, rotary mechanical system and wing abnormality detection method Download PDF

Info

Publication number
JP6811134B2
JP6811134B2 JP2017062718A JP2017062718A JP6811134B2 JP 6811134 B2 JP6811134 B2 JP 6811134B2 JP 2017062718 A JP2017062718 A JP 2017062718A JP 2017062718 A JP2017062718 A JP 2017062718A JP 6811134 B2 JP6811134 B2 JP 6811134B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
blade
abnormality
valve
acceleration
wing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2017062718A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018165653A (en
Inventor
誠司 佐部利
誠司 佐部利
中庭 彰宏
彰宏 中庭
佐藤 隆
隆 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2017062718A priority Critical patent/JP6811134B2/en
Publication of JP2018165653A publication Critical patent/JP2018165653A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6811134B2 publication Critical patent/JP6811134B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Description

本発明は、翼異常検出装置、翼異常検出システム、回転機械システム及び翼異常検出方法に関する。 The present invention relates to a blade abnormality detection device, a blade abnormality detection system, a rotary mechanical system, and a blade abnormality detection method.

例えば蒸気タービン、ガスタービン等の回転機械は、回転軸と、該回転軸の外周に設けられた複数の動翼列からなる動翼列群とを有している。回転機械の運転時には、回転する動翼列の振動を計測している。このような計測を行うことにより、動翼列の振動特性が設計計画通りであるか否かを検証することができる。また、運転条件の変化による動翼の振動特性の変化を確認し、タービン製品の信頼性の向上を図ることができる。 For example, a rotating machine such as a steam turbine or a gas turbine has a rotating shaft and a group of moving blade rows composed of a plurality of moving blade rows provided on the outer periphery of the rotating shaft. When the rotating machine is operated, the vibration of the rotating blade train is measured. By performing such measurement, it is possible to verify whether or not the vibration characteristics of the rotor blade train are as designed. In addition, changes in the vibration characteristics of the moving blades due to changes in operating conditions can be confirmed, and the reliability of turbine products can be improved.

例えば特許文献1には、動翼に接触しない静止部に変位センサを設け、該変位センサによって動翼の振動を監視する技術が開示されている。
特に、動翼の翼高さが大きい低圧段では、静止側から各動翼の通過時間を計測し、その結果を演算して動翼の振動形態および振動量を算出する非接触モニタが適用されることが多い。
For example, Patent Document 1 discloses a technique in which a displacement sensor is provided in a stationary portion that does not come into contact with the moving blade, and the vibration of the moving blade is monitored by the displacement sensor.
In particular, in the low-pressure stage where the blade height of the moving blade is large, a non-contact monitor that measures the passing time of each moving blade from the stationary side and calculates the result to calculate the vibration form and vibration amount of the moving blade is applied. Often.

また特許文献2には、ロータに摺動接触する静止部に振動検出部を設ける技術が開示されている。例えば振動検出部としての加速度計を軸受箱に設置することで、該軸受箱に伝達される翼列群からの振動を該加速度計によって検出する。 Further, Patent Document 2 discloses a technique of providing a vibration detection unit in a stationary portion that is in sliding contact with a rotor. For example, by installing an accelerometer as a vibration detection unit in the bearing box, the vibration from the blade train group transmitted to the bearing box is detected by the accelerometer.

特開2003−177059号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-177059 特開昭53−28806号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 53-28806

ところで、上記特許文献1に記載の技術では、特に動翼の翼高さが小さい高圧段では、変位センサの設置環境が悪く、さらに動翼の振動振幅が小さいため、適切に振動を監視することができない。また、蒸気や燃焼ガス等の作動流体の性状によっては、変位センサの検出値に誤差が生じ、適切に振動を検出できない場合がある。 By the way, in the technique described in Patent Document 1, especially in a high-pressure stage where the blade height of the moving blade is small, the installation environment of the displacement sensor is bad and the vibration amplitude of the moving blade is small, so that the vibration is appropriately monitored. I can't. Further, depending on the properties of the working fluid such as steam or combustion gas, an error may occur in the detection value of the displacement sensor, and vibration may not be detected appropriately.

また、上記特許文献2に記載の技術では、動翼列群から軸受箱まで振動が伝達するために、軸受油膜、軸受、軸受ハウジング等の振動減衰要素を経由する必要がある。そのため、信号自体の品質が悪化し、また、暗振動により信号がマスキングされる可能性が高い。
よって、いずれの技術であっても動翼の異常を容易に検出することは困難である。
Further, in the technique described in Patent Document 2, in order to transmit vibration from the moving blade row group to the bearing box, it is necessary to pass through vibration damping elements such as a bearing oil film, a bearing, and a bearing housing. Therefore, the quality of the signal itself deteriorates, and there is a high possibility that the signal will be masked by dark vibration.
Therefore, it is difficult to easily detect the abnormality of the moving blade by any of the techniques.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、動翼の異常を容易に把握することができる翼異常検出装置、翼異常検出システム、回転機械システム及び翼異常検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and provides a blade abnormality detection device, a blade abnormality detection system, a rotary mechanical system, and a blade abnormality detection method capable of easily grasping an abnormality of a moving blade. The purpose is.

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から放射状に延びる複数の動翼を有する動翼列が作動流体の流通方向である前記軸線方向に複数段設けられてなる動翼列群と、前記動翼列群を外周側から囲うとともに、一段目の前記動翼列に作動流体を導入する導入口が前記軸線の周方向に複数配列されたステータと、各前記導入口に対応して複数設けられて、それぞれ前記導入口に供給される前記作動流体の流路を開閉する開閉弁と、を備える回転機械の翼異常検出装置であって、前記回転機械の加速度情報を取得する加速度情報取得部と、前記回転軸の回転位置情報を取得する回転位置情報取得部と、複数の前記開閉弁の開閉状態を示す弁情報を取得する弁情報取得部と前記弁情報に基づいて、複数の前記開閉弁のうち一部の前記開閉弁のみが開状態とされた部分負荷状態であるか否かを判断する部分負荷判断部と、該部分負荷判断部が、前記部分負荷状態であると判断した場合に、前記加速度情報の時系列に基づいて一段目の前記動翼列の異常の有無を判断する判断する翼異常判断部と、一段目の前記動翼列が異常であると判断された場合に、前記回転位置情報に基づいて一段目の前記動翼列から異常が発生した前記動翼を特定する翼特定部と、を備える。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems. A group of rotor blades having a rotary shaft rotating around an axis and a plurality of blade rows having a plurality of rotor blades extending radially from the rotary shaft are provided in a plurality of stages in the axial direction, which is the flow direction of the working fluid. A plurality of introduction ports for introducing the working fluid into the first stage rotor blade row are provided in the circumferential direction of the axis, and a plurality of introduction ports are provided corresponding to the respective introduction ports while surrounding the rotor blade row group from the outer peripheral side. An acceleration information acquisition unit that is a blade abnormality detection device for a rotating machine, including an on-off valve that opens and closes a flow path of the working fluid supplied to the introduction port, and acquires acceleration information of the rotating machine. Based on the rotation position information acquisition unit that acquires the rotation position information of the rotation shaft, the valve information acquisition unit that acquires the valve information indicating the open / closed state of the plurality of on-off valves, and the valve information, a plurality of the open / close valves. When the partial load determination unit for determining whether or not only a part of the on-off valves in the valve is in the open state and the partial load determination unit determine that the partial load state is present. In addition, when it is determined that the blade abnormality determination unit for determining the presence or absence of an abnormality in the moving blade row in the first stage based on the time series of the acceleration information and the moving blade row in the first stage are abnormal. A blade specifying portion that identifies the moving blade in which an abnormality has occurred from the moving blade row in the first stage based on the rotation position information is provided.

上記回転機械では、全負荷時には複数の導入口の開閉弁の全てが開状態とされることで、全ての導入口から作動流体が導入される。一方、部分負荷時には、一部の導入口の開閉弁のみが開状態とされ残りの開閉弁は閉状態とされることで、一部の導入口のみから作動流体が導入されることになる。
このような部分負荷時には、一段目の動翼列における回転する複数の動翼は、作動流体が導入される導入口の周方向位置付近を通過する際にのみ、該作動流体によって加振されることになる。
In the rotary machine, the working fluid is introduced from all the introduction ports by opening all the on-off valves of the plurality of introduction ports at the time of full load. On the other hand, at the time of partial load, only the on-off valve of a part of the introduction ports is opened and the remaining on-off valve is closed, so that the working fluid is introduced only from a part of the introduction ports.
During such a partial load, the plurality of rotating blades in the first stage rotor blades are vibrated by the working fluid only when it passes near the circumferential position of the inlet where the working fluid is introduced. It will be.

全ての動翼に変形・損傷等が生じていない正常時には、作用流体が導入される導入口付近を通過する動翼は、作動流体による加振力によってほぼ同様に振動する。一方、いずれかの動翼に変形・損傷が生じた異常時には、当該動翼の剛性のみが他の動翼に比べて低下するため、異常が生じた動翼のみが他の動翼に比べて大きく振動することになる。したがって、回転機械全体としては、作用流体が導入される導入口付近を異常が生じた動翼が通過する際にのみ、振動による加速度が大きな値を示す。 In the normal state where all the moving blades are not deformed or damaged, the moving blades passing near the introduction port into which the working fluid is introduced vibrate in almost the same manner due to the exciting force of the working fluid. On the other hand, in the event of an abnormality in which one of the rotor blades is deformed or damaged, only the rigidity of the rotor blade is lower than that of the other rotor blades, so only the rotor blade with the abnormality is compared with the other rotor blades. It will vibrate greatly. Therefore, as a whole rotating machine, the acceleration due to vibration shows a large value only when the abnormal moving blade passes near the introduction port where the working fluid is introduced.

本態様では、上記知見に基づいて、第一段目の動翼列における異常が生じた動翼を特定する。即ち、部分負荷判断部によって、いずれかの導入口からのみ作用流体が導入されている部分負荷時と判断された際には、回転機械の加速度にもとづいて、一段目の動翼列に異常が生じたか否かを判断する。次いで、異常が生じたと判断された場合には、回転軸の回転位置に基づいて複数の動翼から異常が生じた動翼を特定する。これによって、動翼の異常を容易に特定することができる。 In this aspect, based on the above findings, a moving blade in which an abnormality has occurred in the moving blade row of the first stage is specified. That is, when the partial load determination unit determines that the working fluid is being introduced only from one of the inlets at the time of partial load, an abnormality is found in the first stage rotor blade array based on the acceleration of the rotating machine. Determine if it has occurred. Next, when it is determined that an abnormality has occurred, the moving blades in which the abnormality has occurred are identified from the plurality of moving blades based on the rotation positions of the rotating shafts. Thereby, the abnormality of the moving blade can be easily identified.

上記の翼異常検出装置では、前記翼異常判断部は、一段目の前記動翼列に異常が生じていない正常時における前記回転機械の加速度情報の時系列と、前記加速度情報取得部が取得した前記加速度情報の時系列とを比較して、一段目の前記動翼列が異常か否かを判断することが好ましい。 In the above-mentioned blade abnormality detection device, the blade abnormality determination unit has acquired the time series of the acceleration information of the rotating machine at the normal time when no abnormality has occurred in the moving blade row in the first stage and the acceleration information acquisition unit. It is preferable to compare with the time series of the acceleration information to determine whether or not the moving blade train in the first stage is abnormal.

予め取得した正常時の加速度情報と加速度情報取得部が取得した実際の加速度情報とを比較することで、正常時の加速度情報から実際の加速度情報が大きく異なる場合には異常と判断することができる。 By comparing the normal acceleration information acquired in advance with the actual acceleration information acquired by the acceleration information acquisition unit, it can be determined that an abnormality occurs when the actual acceleration information differs significantly from the normal acceleration information. ..

本発明の第二態様に係る翼異常検出システムは、上記の翼異常検出装置と、前記回転機械の加速度を検出して前記翼異常検出装置に出力する加速度センサと、前記回転軸の回転位置を検出して前記翼異常検出装置に出力する回転センサと、を備える。 The blade abnormality detection system according to the second aspect of the present invention detects the above-mentioned blade abnormality detection device, the acceleration sensor that detects the acceleration of the rotating machine and outputs it to the blade abnormality detection device, and the rotation position of the rotation shaft. It includes a rotation sensor that detects and outputs the blade abnormality detection device.

加速度センサによる加速度情報及び回転センサによる回転位置情報を用いることで、上記の通り、動翼の異常を容易に検出することができる。 As described above, the abnormality of the moving blade can be easily detected by using the acceleration information by the acceleration sensor and the rotation position information by the rotation sensor.

本発明の第三態様に係る回転機械システムは、前記回転機械と、上記の翼異常検出システムと、を備え、前記回転機械は、各前記開閉弁を制御するとともに前記翼異常検出装置に弁情報を出力する開閉弁制御部を有する。
これによって、動翼の異常を容易に検出することができる。
The rotary machine system according to the third aspect of the present invention includes the rotary machine and the blade abnormality detection system, and the rotary machine controls each on-off valve and informs the blade abnormality detection device of valve information. It has an on-off valve control unit that outputs.
As a result, the abnormality of the moving blade can be easily detected.

上記回転機械システムでは、前記回転機械は、前記回転軸を前記軸線回りに回転可能に支持する軸受と、該軸受を下方から支持する軸受台と、を備え、前記加速度センサは、前記軸受台に設けられていることが好ましい。 In the rotary machine system, the rotary machine includes a bearing that rotatably supports the rotary shaft around the axis, and a bearing base that supports the bearing from below, and the acceleration sensor is attached to the bearing base. It is preferable that it is provided.

回転機械の振動を検出する加速度センサが回転機械の外面に設けられているため、作動流体の性状等の影響を受けずに加速度情報を取得することができる。 Since an acceleration sensor for detecting the vibration of the rotating machine is provided on the outer surface of the rotating machine, acceleration information can be acquired without being affected by the properties of the working fluid or the like.

本発明の第四態様の翼異常検出方法は、軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から放射状に延びる複数の動翼を有する動翼列が作動流体の流通方向である前記軸線方向に複数段設けられてなる動翼列群と、前記動翼列群を外周側から囲うとともに、一段目の前記動翼列に作動流体を導入する導入口が前記軸線の周方向に複数配列されたステータと、各前記導入口に対応して複数設けられて、それぞれ前記導入口に供給される前記作動流体の流路を開閉する開閉弁と、を備える回転機械の翼異常検出方法であって、前記回転機械の加速度情報を取得する加速度情報取得工程と、前記回転軸の回転位置情報を取得する回転位置情報取得工程と、複数の前記開閉弁の開閉状態を示す弁情報を取得する弁情報取得工程と前記弁情報に基づいて、複数の前記開閉弁のうち一部の前記開閉弁のみが開状態とされた部分負荷状態であるか否かを判断する部分負荷判断工程と、該部分負荷判断部が、前記部分負荷状態であると判断した場合に、前記加速度情報の時系列に基づいて一段目の前記動翼列の異常の有無を判断する判断する翼異常判断工程と、一段目の前記動翼列が異常であると判断された場合に、前記回転位置情報に基づいて一段目の前記動翼列から異常が発生した前記動翼を特定する翼特定工程と、を含む。 In the wing abnormality detection method of the fourth aspect of the present invention, the rotor blades rotating around the axis and the rotor blades having a plurality of rotor blades radially extending from the rotor blades are in the axial direction in which the working fluid flows. A plurality of blade rows provided in a plurality of stages and a plurality of introduction ports for introducing the working fluid into the first stage of the blade rows are arranged in the circumferential direction of the axis while surrounding the blade rows from the outer peripheral side. A method for detecting blade abnormality of a rotating machine, comprising a stator and an on-off valve that is provided in plurality corresponding to each of the introduction ports and opens and closes a flow path of the working fluid supplied to the introduction port. An acceleration information acquisition process for acquiring acceleration information of the rotating machine, a rotation position information acquisition process for acquiring rotation position information of the rotating shaft, and valve information acquisition for acquiring valve information indicating an open / closed state of a plurality of the on-off valves. A partial load determination step of determining whether or not only a part of the on-off valves among the plurality of on-off valves is in the open state based on the process and the valve information, and the partial load determination. When the unit determines that the partial load state is present, the blade abnormality determination step of determining whether or not there is an abnormality in the moving blade train in the first stage based on the time series of the acceleration information, and the first stage of the above. When it is determined that the rotor blades are abnormal, the blade identification step of identifying the rotor blades in which the abnormality has occurred from the first-stage rotor blades based on the rotation position information is included.

本発明の翼異常検出装置、翼異常検出システム、回転機械システム及び翼異常検出方法
によれば、動翼の異常を容易に検出することができる。
According to the blade abnormality detection device, the blade abnormality detection system, the rotary mechanical system, and the blade abnormality detection method of the present invention, the abnormality of the moving blade can be easily detected.

実施形態に係る蒸気タービンシステム(回転機械システム)の模式的な縦断面図である。It is a schematic vertical sectional view of the steam turbine system (rotary mechanical system) which concerns on embodiment. 実施形態に係る蒸気タービンシステム(回転機械システム)の軸線に直交する模式的な断面図である。It is a schematic cross-sectional view orthogonal to the axis of the steam turbine system (rotary mechanical system) which concerns on embodiment. 実施形態に翼監視装置における翼監視装置本体のハードウェア構成を示す図である。It is a figure which shows the hardware composition of the wing monitoring apparatus main body in the wing monitoring apparatus in embodiment. 実施形態に係る翼監視装置における翼監視装置本体の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the wing monitoring apparatus main body in the wing monitoring apparatus which concerns on embodiment. (a)は正常時における回転位置情報と加速度情報との時系列を示すグラフであって、(b)は異常時における回転位置情報と加速度情報との時系列を示すグラフである。(a) is a graph showing a time series of rotation position information and acceleration information in a normal state, and (b) is a graph showing a time series of rotation position information and acceleration information in an abnormal time. 実施形態に係る翼異常検出方法のフローチャートである。It is a flowchart of the wing abnormality detection method which concerns on embodiment.

以下、本発明の実施形態に係る蒸気タービンシステム(回転機械システム)について図1〜図6を参照して説明する。
図1及び図2に示すように、蒸気タービンシステム1は、蒸気タービン2(回転機械)及び翼異常検出システム30を備える。
Hereinafter, the steam turbine system (rotary mechanical system) according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
As shown in FIGS. 1 and 2, the steam turbine system 1 includes a steam turbine 2 (rotary machine) and a blade abnormality detection system 30.

蒸気タービン2は、蒸気のエネルギーを回転動力として取り出す外燃機関であって、発電所における発電機等に用いられるものである。蒸気タービン2は、ロータ3、スラスト軸受8、ジャーナル軸受9(軸受)、軸受台15、ステータ20、開閉弁及び開閉弁制御部を備えている。 The steam turbine 2 is an external combustion engine that extracts steam energy as rotational power, and is used for a generator or the like in a power plant. The steam turbine 2 includes a rotor 3, a thrust bearing 8, a journal bearing 9 (bearing), a bearing base 15, a stator 20, an on-off valve, and an on-off valve control unit.

ロータ3は、回転軸4と動翼列群5とを備えている。
回転軸4は、水平方向に沿う軸線Oを中心として延びる円柱形状をなしている。回転軸4の一部には、スラストカラー4aが形成されている。スラストカラー4aは、軸線Oを中心として円板形状をなしており、フランジ状をなすように回転軸4の本体から回転軸4の径方向外側に一体的に張り出している。
The rotor 3 includes a rotating shaft 4 and a rotor blade row group 5.
The rotating shaft 4 has a cylindrical shape extending around an axis O along the horizontal direction. A thrust collar 4a is formed on a part of the rotating shaft 4. The thrust collar 4a has a disk shape centered on the axis O, and integrally projects outward from the main body of the rotating shaft 4 in the radial direction so as to form a flange.

動翼列群5は、回転軸4の外周に軸線O方向に間隔をあけて設けられた複数の動翼列6によって構成されている。各動翼列6は、回転軸4の外周面から径方向外側に向かって延びる動翼7が周方向に間隔をあけて複数配列されることで構成されている。即ち、各動翼列6は、回転軸4の同一の軸線O方向位置に放射状に設けられた複数の動翼7によって構成されている。 The rotor blade row group 5 is composed of a plurality of rotor blade rows 6 provided on the outer periphery of the rotating shaft 4 at intervals in the axis O direction. Each rotor blade row 6 is configured by arranging a plurality of rotor blades 7 extending radially outward from the outer peripheral surface of the rotating shaft 4 at intervals in the circumferential direction. That is, each rotor blade row 6 is composed of a plurality of rotor blades 7 radially provided at the same axis O direction position of the rotating shaft 4.

スラスト軸受8は、スラストカラー4aを軸線O方向両側から摺動可能に支持している。これによって、回転軸4の軸線O方向の移動を規制している。
ジャーナル軸受9は、回転軸4の両端側で該回転軸4を軸線O回りに回転可能に下方から支持するように一対が設けられている。ジャーナル軸受9は、軸受本体10及び軸受ハウジング11を有する。軸受本体10は、回転軸4の外周面を、油膜を介して摺動可能に支持する軸受パッドを有する。該軸受パッドを揺動可能に外周側から支持するピボット等を有する。軸受ハウジング11は、回転軸4を外周側から囲うとともに、内周側に上記軸受本体10を支持している。軸受ハウジング11は、内周面にピボットが固定されており、該ピボットを介して軸受パッドを支持している。なお、軸受ハウジング11の内側にガイドリング等の他の部材があってもよい。
The thrust bearing 8 slidably supports the thrust collar 4a from both sides in the axis O direction. As a result, the movement of the rotating shaft 4 in the axis O direction is restricted.
A pair of journal bearings 9 are provided on both ends of the rotating shaft 4 so as to rotatably support the rotating shaft 4 around the axis O from below. The journal bearing 9 has a bearing body 10 and a bearing housing 11. The bearing body 10 has a bearing pad that slidably supports the outer peripheral surface of the rotating shaft 4 via an oil film. It has a pivot or the like that swingably supports the bearing pad from the outer peripheral side. The bearing housing 11 surrounds the rotating shaft 4 from the outer peripheral side and supports the bearing body 10 on the inner peripheral side. A pivot is fixed to the inner peripheral surface of the bearing housing 11, and the bearing pad is supported via the pivot. There may be other members such as a guide ring inside the bearing housing 11.

軸受台15は、一対のジャーナル軸受9を下方から支持するように一対が設けられている。これら軸受台15は、それぞれ対応するジャーナル軸受9の下半部を支持している。
一対の軸受台15のうちの一方の軸受台15(図1における右側の軸受台15)は、詳しくは図2に示すように、蒸気タービン2の側方に延びる上面16を有している。
A pair of bearing bases 15 are provided so as to support the pair of journal bearings 9 from below. Each of these bearing bases 15 supports the lower half of the corresponding journal bearing 9.
One of the pair of bearing bases 15 (the bearing base 15 on the right side in FIG. 1) has an upper surface 16 extending to the side of the steam turbine 2 as shown in FIG. 2 in detail.

ステータ20は、図1に示すように、ケーシング21及び静翼列群22を備えている。
ケーシング21は、ロータ3の一部と外周側から囲うように設けられている。ロータ3の回転軸4は、ケーシング21を軸線O方向に貫通している。回転軸4の両端は、ケーシング21外に位置しており、該ケーシング21の外側でスラスト軸受8及びジャーナル軸受9に支持されている。ロータ3の動翼列群5は、ケーシング21の内側に配置されている。
As shown in FIG. 1, the stator 20 includes a casing 21 and a vane row group 22.
The casing 21 is provided so as to surround a part of the rotor 3 from the outer peripheral side. The rotating shaft 4 of the rotor 3 penetrates the casing 21 in the axis O direction. Both ends of the rotating shaft 4 are located outside the casing 21, and are supported by the thrust bearing 8 and the journal bearing 9 outside the casing 21. The rotor blade row group 5 of the rotor 3 is arranged inside the casing 21.

静翼列群22は、ケーシング21の内周に軸線O方向に間隔をあけて設けられた複数の静翼列23によって構成されている。各静翼列23は、ケーシング21の内周面から径方向内側に向かって延びる静翼24が周方向に間隔をあけて複数配列されることで構成されている。即ち、各静翼列23は、回転軸4の同一の軸線O方向位置に放射状に設けられた複数の静翼24によって構成されている。静翼列23は、ロータ3の動翼列6と軸線O方向に交互に配置されている。 The stationary blade row group 22 is composed of a plurality of stationary blade rows 23 provided on the inner circumference of the casing 21 at intervals in the axis O direction. Each of the stationary blade rows 23 is configured by arranging a plurality of stationary blades 24 extending radially inward from the inner peripheral surface of the casing 21 at intervals in the circumferential direction. That is, each stationary blade row 23 is composed of a plurality of stationary blades 24 provided radially at the same axis O direction position of the rotating shaft 4. The blade rows 23 are alternately arranged in the rotor blade rows 6 and the axis O direction of the rotor 3.

図1に示すように、ケーシング21における第一段目の動翼列6及び静翼列23の上流側には、ケーシング21内部に作動流体としての蒸気を導入するための蒸気導入部25が形成されている。
蒸気導入部25は、複数(本実施形態では4つ)の導入口26を有している。各導入口26は、ケーシング21の外周側から内部に向かって蒸気を導入可能なように、ケーシング21の内外を貫通している。各導入口26は、ケーシング21の外周面から突出する筒状をなしており、該筒状の外周側の先端はフランジ状に形成されている。複数の導入口26は、軸線Oの周方向に間隔をあけて形成されている。本実施形態では、4つの導入口26のうちの2つがケーシング21の上部に形成されており、残りの2つがケーシング21の下部に形成されている。また、ケーシング21内における各導入口26の内側の部分は、互いに周方向に隔てられた室に区画されている。
As shown in FIG. 1, a steam introduction portion 25 for introducing steam as a working fluid is formed inside the casing 21 on the upstream side of the first stage rotor blade row 6 and the stationary blade row 23 in the casing 21. Has been done.
The steam introduction unit 25 has a plurality of (four in this embodiment) introduction ports 26. Each introduction port 26 penetrates the inside and outside of the casing 21 so that steam can be introduced from the outer peripheral side of the casing 21 toward the inside. Each introduction port 26 has a tubular shape protruding from the outer peripheral surface of the casing 21, and the tip of the tubular outer peripheral side is formed in a flange shape. The plurality of introduction ports 26 are formed at intervals in the circumferential direction of the axis O. In the present embodiment, two of the four inlets 26 are formed in the upper part of the casing 21, and the remaining two are formed in the lower part of the casing 21. Further, the inner portion of each introduction port 26 in the casing 21 is partitioned into chambers separated from each other in the circumferential direction.

各導入口26には、例えばボイラ等の蒸気供給源27aから供給される蒸気が流通する蒸気ライン27b(流路)が接続されている。蒸気供給源27aで生成された蒸気は蒸気ライン27b及び複数の導入口26を介してケーシング21内に導入される。 A steam line 27b (flow path) through which steam supplied from a steam supply source 27a such as a boiler flows is connected to each introduction port 26. The steam generated by the steam supply source 27a is introduced into the casing 21 via the steam line 27b and the plurality of introduction ports 26.

開閉弁28は、それぞれ各導入口26に対応するように設けられて、該導入口26に蒸気を導入する蒸気ライン27bを開閉する。開閉弁28が開状態の際には、当該開閉弁28に対応する導入口26を介してケーシング21内に蒸気が導入される。開閉弁28が閉状態の際には、当該開閉弁28に対応する導入口26は蒸気が流通せず、当該導入口26を介してケーシング21内に蒸気が導入されることはない。導入口26に流入する上記は、一段目の静翼列23を介して一段目の動翼列6に導入される。 The on-off valve 28 is provided so as to correspond to each introduction port 26, and opens and closes the steam line 27b for introducing steam into the introduction port 26. When the on-off valve 28 is in the open state, steam is introduced into the casing 21 through the introduction port 26 corresponding to the on-off valve 28. When the on-off valve 28 is in the closed state, steam does not flow through the introduction port 26 corresponding to the on-off valve 28, and steam is not introduced into the casing 21 through the introduction port 26. The above that flows into the introduction port 26 is introduced into the first stage rotor blade row 6 via the first stage stationary blade row 23.

開閉弁制御部29は、複数の開閉弁28の開閉状態を制御している。開閉弁制御部29は、複数の開閉弁28の開閉状態を、複数の開閉弁28毎に独立して制御可能とされている。
開閉弁制御部29は、負荷の程度に応じて各開閉弁28の開閉状態を制御する。例えば全負荷時には、全ての開閉弁28を開状態とすることで全ての導入口26を介してケーシング21内に蒸気を導入させる。一方、部分負荷時には、複数の開閉弁28のうちの少なくとも一つの開閉弁28を閉状態とし、ケーシング21内に導入される蒸気の流量を減少させる。この際、閉状態とする開閉弁28の数は、部分負荷の程度に応じて決定される。全負荷時には、ケーシング21内に周方向の広範囲の領域から蒸気が導入される。一方、部分負荷時には、ケーシング21内に周方向の一部のみから蒸気が導入される。
The on-off valve control unit 29 controls the open / closed state of the plurality of on-off valves 28. The on-off valve control unit 29 can independently control the open / closed state of the plurality of on-off valves 28 for each of the plurality of on-off valves 28.
The on-off valve control unit 29 controls the open / closed state of each on-off valve 28 according to the degree of load. For example, when the load is full, all the on-off valves 28 are opened so that steam is introduced into the casing 21 through all the introduction ports 26. On the other hand, at the time of partial load, at least one on-off valve 28 among the plurality of on-off valves 28 is closed to reduce the flow rate of steam introduced into the casing 21. At this time, the number of on-off valves 28 to be closed is determined according to the degree of partial load. At full load, steam is introduced into the casing 21 from a wide area in the circumferential direction. On the other hand, at the time of partial load, steam is introduced into the casing 21 from only a part in the circumferential direction.

このような蒸気タービン2では、ケーシング21内に導入される蒸気が静翼列23及び動翼列6の間の流路を通過する。この際、蒸気が動翼7を回転させることで該動翼7に伴って回転軸4が回転し、該回転軸4に接続された発電機等の機械に動力(回転エネルギー)が伝達される。 In such a steam turbine 2, the steam introduced into the casing 21 passes through the flow path between the stationary blade row 23 and the moving blade row 6. At this time, when the steam rotates the moving blade 7, the rotating shaft 4 rotates with the moving blade 7, and power (rotational energy) is transmitted to a machine such as a generator connected to the rotating shaft 4. ..

次に翼異常検出システム30について説明する。
翼異常検出システム30は、図2に示すように、加速度センサ40、回転センサ41及び翼異常検出装置50を備えている。
Next, the wing abnormality detection system 30 will be described.
As shown in FIG. 2, the wing abnormality detection system 30 includes an acceleration sensor 40, a rotation sensor 41, and a wing abnormality detection device 50.

加速度センサ40は、蒸気タービン2の軸受台15に設けられている。蒸気タービン2の動翼列6で発生する振動は、回転軸4、ジャーナル軸受9の軸受本体10及び軸受ハウジング11を介して軸受台15に伝搬する。加速度センサ40は、このように伝搬された振動を加速度として検出する。 The acceleration sensor 40 is provided on the bearing base 15 of the steam turbine 2. The vibration generated in the moving blade row 6 of the steam turbine 2 propagates to the bearing base 15 via the rotating shaft 4, the bearing body 10 of the journal bearing 9, and the bearing housing 11. The acceleration sensor 40 detects the vibration propagated in this way as acceleration.

加速度センサ40としては、例えば圧電式センサが採用されている。当該圧電式センサは圧電効果を利用したものである。圧電式センサに加速度が作用すると、その際の応力に基づいて電荷が発生する。このように発生した電荷が加速度センサ40の出力となる。ロータの動翼列6の振動は軸受台15に伝搬され、当該振動が加速度として加速度センサ40に検出されて加速度信号として翼異常検出装置50に出力される。加速度信号は、回転機械の振動(加速度)に応じた波形を示す。
なお、加速度センサ40としては、圧電式センサ以外のものを用いてもよい。
As the acceleration sensor 40, for example, a piezoelectric sensor is adopted. The piezoelectric sensor utilizes the piezoelectric effect. When acceleration acts on the piezoelectric sensor, an electric charge is generated based on the stress at that time. The electric charge generated in this way becomes the output of the acceleration sensor 40. The vibration of the rotor blade row 6 is propagated to the bearing base 15, and the vibration is detected by the acceleration sensor 40 as acceleration and output to the blade abnormality detecting device 50 as an acceleration signal. The acceleration signal shows a waveform corresponding to the vibration (acceleration) of the rotating machine.
As the acceleration sensor 40, a sensor other than the piezoelectric sensor may be used.

回転センサ41は、回転軸4の回転位置を検出する。即ち、回転センサ41は、軸線O回りに回転する回転軸4の回転角度(回転位相)を検出する。本実施形態では、回転センサ41は、光学式回転センサを用いている。該光学式回転センサは、回転軸4の外周面に向かって光を照射し、該外周面から反射する反射光を受光する。回転軸4の外周面の周方向の一部には、反射材が設けられている。これにより、回転軸4の反射材が、光学式回転センサの光照射位置に到達した際にのみ、反射光の強度が大きくなる。これにより、反射光の強度は、回転軸4が一回転毎にピークを示すことになる。回転センサ41の出力である回転位置信号は、同様に、回転軸4一回転毎にピークを示す波形を示す。なお、回転センサ41は、ケーシング21の内部で回転軸4の回転位置を検出してもよいし、ケーシング21の外部で回転軸4の回転位置を検出してもよい。
なお、回転センサ41としては、上記態様以外のものを用いてもよい。
The rotation sensor 41 detects the rotation position of the rotation shaft 4. That is, the rotation sensor 41 detects the rotation angle (rotation phase) of the rotation shaft 4 that rotates around the axis O. In the present embodiment, the rotation sensor 41 uses an optical rotation sensor. The optical rotation sensor irradiates light toward the outer peripheral surface of the rotating shaft 4 and receives the reflected light reflected from the outer peripheral surface. A reflective material is provided on a part of the outer peripheral surface of the rotating shaft 4 in the circumferential direction. As a result, the intensity of the reflected light increases only when the reflective material of the rotating shaft 4 reaches the light irradiation position of the optical rotation sensor. As a result, the intensity of the reflected light peaks with each rotation of the rotating shaft 4. Similarly, the rotation position signal, which is the output of the rotation sensor 41, shows a waveform showing a peak for each rotation of the rotation shaft 4. The rotation sensor 41 may detect the rotation position of the rotation shaft 4 inside the casing 21 or may detect the rotation position of the rotation shaft 4 outside the casing 21.
As the rotation sensor 41, a sensor other than the above aspect may be used.

翼異常検出装置50は、図3に示すように、CPU61(Central Processing Unit)、ROM62(Read Only Memory)、RAM63(Random Access Memory)、HDD64(Hard Disk Drive)、信号受信モジュール65(受信機)を備えるコンピュータである。信号受信モジュール65は、加速度センサ40から出力される加速度信号(加速度情報)、回転センサ41から出力される回転位置信号(回転位置情報)を受信する。また、信号受信モジュール65は、開閉弁制御部29から複数の開閉弁28の開閉状態を示す弁情報を受信する。即ち、開閉弁制御部29は、各開閉弁28の開閉を制御するとともに翼異常検出装置50に蒸気弁情報を出力する。
なお、加速度センサ40から出力される加速度信号及び回転センサ41から出力される回転位置信号を増幅器で増幅して、信号受信モジュール65に入力される構成であってもよい。
As shown in FIG. 3, the wing abnormality detection device 50 includes a CPU 61 (Central Processing Unit), a ROM 62 (Read Only Memory), a RAM 63 (Random Access Memory), an HDD 64 (Hard Disk Drive), and a signal receiving module 65 (receiver). It is a computer equipped with. The signal receiving module 65 receives the acceleration signal (acceleration information) output from the acceleration sensor 40 and the rotation position signal (rotation position information) output from the rotation sensor 41. Further, the signal receiving module 65 receives valve information indicating the open / closed state of the plurality of on-off valves 28 from the on-off valve control unit 29. That is, the on-off valve control unit 29 controls the opening and closing of each on-off valve 28 and outputs steam valve information to the blade abnormality detection device 50.
The acceleration signal output from the acceleration sensor 40 and the rotation position signal output from the rotation sensor 41 may be amplified by an amplifier and input to the signal receiving module 65.

図4に示すように、翼異常検出装置50のCPU61は予め自装置で記憶するプログラムを実行することにより、制御部51、弁情報取得部52、加速度情報取得部53、回転位置情報取得部54、部分負荷判断部55、翼異常判断部56、翼特定部57及び警報部58の各構成を備える。
制御部51は解析装置に備わる他の機能部を制御する。
As shown in FIG. 4, the CPU 61 of the wing abnormality detection device 50 executes a program stored in its own device in advance to execute a control unit 51, a valve information acquisition unit 52, an acceleration information acquisition unit 53, and a rotation position information acquisition unit 54. , Partial load determination unit 55, wing abnormality determination unit 56, wing identification unit 57, and alarm unit 58.
The control unit 51 controls other functional units provided in the analysis device.

弁情報取得部52は、信号受信モジュール65で受信した弁情報を取得する。即ち、弁情報取得部52は、複数の開閉弁28がそれぞれ開状態か閉状態化の情報を取得する。
加速度情報取得部53は、信号受信モジュール65で受信した加速度情報を時刻とともに取得する。即ち、加速度情報取得部53は、加速度情報の時系列を取得する。
回転位置情報取得部54は、信号受信モジュール65で受信した回転位置情報を時刻とともに取得する。即ち、回転位置情報取得部54は、回転位置情報の時系列を取得する。
The valve information acquisition unit 52 acquires the valve information received by the signal receiving module 65. That is, the valve information acquisition unit 52 acquires information on whether the plurality of on-off valves 28 are in the open state or the closed state, respectively.
The acceleration information acquisition unit 53 acquires the acceleration information received by the signal receiving module 65 together with the time. That is, the acceleration information acquisition unit 53 acquires a time series of acceleration information.
The rotation position information acquisition unit 54 acquires the rotation position information received by the signal receiving module 65 together with the time. That is, the rotation position information acquisition unit 54 acquires a time series of rotation position information.

部分負荷判断部55は、弁情報取得部52が取得した弁情報に基づいて、部分負荷状態であるか否かを判断する。
具体的には、部分負荷判断部55は、複数の開閉弁28の全てが開状態である弁情報を取得した場合には、蒸気タービン2が全負荷状態であると判断する。一方、部分負荷判断部55は、複数の開閉弁28の一部(少なくとも一つ)が閉状態である場合には、蒸気タービン2が部分負荷状態であると判断する。なお、部分負荷判断部55は、複数の開閉弁28のうち、一の開閉弁28のみが開状態で残りの開閉弁28が閉状態である場合のみを、翼の異常を判定可能な部分負荷状態と判断することが好ましい。一の開閉弁28のみ(例えば図2の右上の開閉弁28)が開状態の場合、ケーシング21の内部の周方向の一部室に図2に示す蒸気流入領域Sが形成される。
The partial load determination unit 55 determines whether or not the vehicle is in the partial load state based on the valve information acquired by the valve information acquisition unit 52.
Specifically, when the partial load determination unit 55 acquires valve information in which all of the plurality of on-off valves 28 are in the open state, the partial load determination unit 55 determines that the steam turbine 2 is in the full load state. On the other hand, the partial load determination unit 55 determines that the steam turbine 2 is in the partial load state when a part (at least one) of the plurality of on-off valves 28 is in the closed state. The partial load determination unit 55 can determine a wing abnormality only when only one on-off valve 28 is open and the remaining on-off valve 28 is closed among the plurality of on-off valves 28. It is preferable to judge it as a state. When only one on-off valve 28 (for example, the on-off valve 28 on the upper right of FIG. 2) is in the open state, the steam inflow region S shown in FIG. 2 is formed in a partial chamber in the circumferential direction inside the casing 21.

翼異常判断部56は、蒸気タービン2が部分負荷状態にあると部分負荷判断部55が判断した際に、加速度情報取得部53が取得した加速度情報の時系列に基づいて、一段目の動翼列6の異常の有無を判断する。 When the partial load determination unit 55 determines that the steam turbine 2 is in a partial load state, the blade abnormality determination unit 56 determines that the first stage rotor blade is based on the time series of acceleration information acquired by the acceleration information acquisition unit 53. Determine if there is an abnormality in column 6.

即ち、異常判断部は、一段目の動翼列6に異常が生じていない正常時における蒸気タービン2の加速度情報の時系列と、加速度情報取得部53が取得した加速度情報の時系列とを比較して、一段目の前記動翼列6が異常か否かを判断する。正常時の加速度情報は、正常時に予め検出した蒸気タービン2の加速度情報である。異常判断部では、取得した加速度情報が正常時の加速度情報と比較して大きく逸脱する場合には、一段目の動翼列6で異常が生じていると判断する。異常判断部は、例えば正常時の加速度情報を基準として予め閾値を決めておき、取得した加速度情報が当該閾値を超えた場合に、一段目の動翼列6で異常が生じていると判断してもよい。 That is, the abnormality determination unit compares the time series of the acceleration information of the steam turbine 2 in the normal state when no abnormality has occurred in the first stage rotor blade row 6 with the time series of the acceleration information acquired by the acceleration information acquisition unit 53. Then, it is determined whether or not the moving blade row 6 in the first stage is abnormal. The acceleration information in the normal state is the acceleration information of the steam turbine 2 detected in advance in the normal state. When the acquired acceleration information deviates significantly from the normal acceleration information, the abnormality determination unit determines that an abnormality has occurred in the first stage rotor blade row 6. For example, the abnormality determination unit determines a threshold value in advance based on the normal acceleration information, and when the acquired acceleration information exceeds the threshold value, determines that an abnormality has occurred in the first stage rotor blade row 6. You may.

翼特定部57は、翼異常判断部56によって一段目の動翼列6が異常であると判断された場合に、回転位置情報取得部54が取得する回転位置情報に基づいて一段目の動翼列6から異常が発生した動翼7を特定する。即ち、翼特定部57は、加速度情報の時系列と回転位置情報の時系列とをマッチングさせる。これにより、加速度情報の加速度の値が大きく逸脱した時点で、導入口26に最も近接する状態にあった動翼7(図2に示す蒸気流入領域Sに位置する動翼7)を特定する演算を行う。当該演算の際には、開閉弁制御部29から出力された弁情報に基づいて、いずれの開閉弁28が開状態であったかの情報を用いてもよい。また、部分負荷時にいずれの開閉弁28が開状態であるかが定まっていれば、部分負荷時に特定の導入口26から蒸気が導入されるとして、上記動翼7を特定する演算を行ってもよい。 When the blade abnormality determination unit 56 determines that the first stage rotor blade row 6 is abnormal, the blade identification unit 57 is the first stage rotor blade based on the rotation position information acquired by the rotation position information acquisition unit 54. The moving blade 7 in which the abnormality has occurred is identified from the row 6. That is, the blade identification unit 57 matches the time series of acceleration information with the time series of rotation position information. As a result, when the acceleration value of the acceleration information greatly deviates, the rotor blade 7 (the rotor blade 7 located in the steam inflow region S shown in FIG. 2) that is closest to the introduction port 26 is specified. I do. At the time of the calculation, information on which on-off valve 28 was in the open state may be used based on the valve information output from the on-off valve control unit 29. Further, if it is determined which on-off valve 28 is in the open state at the time of partial load, it is assumed that steam is introduced from the specific introduction port 26 at the time of partial load, and the calculation for specifying the moving blade 7 may be performed. Good.

警報部58は、翼特定部57の演算結果に基づいて警報を出力する。即ち、警報部58は、翼特定部57が異常である動翼7を特定した場合には、異常が発生した旨及び異常が発生した動翼7を特定する警報を出力する処理を行う。警報部58は、警報情報をモニタに表示する処理を行ってもよいし、警報としてのアラームを鳴らす処理を行ってもよい。 The alarm unit 58 outputs an alarm based on the calculation result of the blade identification unit 57. That is, when the blade specifying unit 57 identifies the moving blade 7 that is abnormal, the alarm unit 58 performs a process of outputting an alarm indicating that the abnormality has occurred and identifying the moving blade 7 in which the abnormality has occurred. The alarm unit 58 may perform a process of displaying the alarm information on the monitor, or may perform a process of sounding an alarm as an alarm.

次に、図6に示すフローチャートを用いて本実施形態の蒸気タービンシステム1における翼異常検出方法について説明する。翼異常検出方法は、弁情報取得工程S1、加速度情報取得工程S2、回転位置情報取得工程S3、部分負荷判断工程S4、翼異常判断工程S5、翼特定工程S6及び警報工程S7の各工程を実行する。 Next, a blade abnormality detection method in the steam turbine system 1 of the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The blade abnormality detection method executes each of the valve information acquisition process S1, the acceleration information acquisition process S2, the rotation position information acquisition process S3, the partial load determination process S4, the blade abnormality determination process S5, the blade identification process S6, and the alarm process S7. To do.

弁情報取得工程S1では、弁情報を取得する。加速度情報取得工程S2では、加速度情報を時刻とともに取得する。回転位置情報取得工程S3は、回転位置情報を時刻とともに取得する。これら3つの工程は同時に行われてもよい。 In the valve information acquisition step S1, valve information is acquired. In the acceleration information acquisition step S2, acceleration information is acquired together with the time. The rotation position information acquisition step S3 acquires the rotation position information together with the time. These three steps may be performed at the same time.

部分負荷判断工程S4は、弁情報取得工程S1の後に行われる。
部分負荷判断工程S4では、上記部分負荷判断部55での処理の通り、前記開閉弁28のうち一の前記開閉弁28のみが開状態とされた部分負荷状態であるか否かを判断する。
The partial load determination step S4 is performed after the valve information acquisition step S1.
In the partial load determination step S4, as in the process of the partial load determination unit 55, it is determined whether or not only one of the on-off valves 28 is in the open state.

翼異常判断工程S5は、部分負荷判断工程S4及び加速度取得工程S2の後に行われる。
翼異常判断工程S5では、上記翼異常判断部56での処理の通り、蒸気タービン2が部分負荷状態にあると部分負荷判断部55が判断した際に、加速度情報取得部53が取得した加速度情報の時系列に基づいて、一段目の動翼列6の異常の有無を判断する。
The blade abnormality determination step S5 is performed after the partial load determination step S4 and the acceleration acquisition step S2.
In the blade abnormality determination step S5, the acceleration information acquired by the acceleration information acquisition unit 53 when the partial load determination unit 55 determines that the steam turbine 2 is in the partial load state as described in the processing by the blade abnormality determination unit 56. Based on the time series of, it is determined whether or not there is an abnormality in the first stage rotor blade row 6.

翼特定工程S6では、翼異常判断工程S5及び回転位置情報取得工程S3の後に行われる。
翼特定工程S6では、上記翼特定部57の処理の通り、一段目の動翼列6が異常であると判断された場合に、回転位置情報取得部54が取得する回転位置情報に基づいて一段目の動翼列6から異常が発生した動翼7を特定する。
The blade identification step S6 is performed after the blade abnormality determination step S5 and the rotation position information acquisition step S3.
In the blade identification step S6, as in the process of the blade identification unit 57, when it is determined that the first stage rotor blade row 6 is abnormal, the first stage is based on the rotation position information acquired by the rotation position information acquisition unit 54. The moving blade 7 in which the abnormality has occurred is identified from the moving blade row 6 of the eye.

ここで、図5に正常時及び異常時の加速度信号及び回転位置信号の波形の時系列を示す。正常時、異常時のいずれであっても、加速度信号は、蒸気が導入される導入口26を動翼7が通過する毎に振動する波形を示している。正常時には、図5(a)に示すように、波形の振幅の変化は少ないが、異常時には、図5(b)に示すように、波形の一部の振幅のみが他の振幅に比べて大きく逸脱する。これは、蒸気が導入される導入口26付近を異常が生じた動翼7が通過したことに起因する。翼異常判断工程S5では、図5(a)の正常時の加速度の波形を基準として、図5(b)のように波形の一部の振幅が大きく変化した場合には、一段目の動翼列6のいずれかに異常が生じたと判断する。なお、例えば正常時の加速度の波形を基準として閾値を超えた振幅が生じた場合に異常と判断してもよい。また、振幅毎の標準偏差を求め、当該標準偏差が閾値を超えた場合に異常と判断してもよい。 Here, FIG. 5 shows a time series of waveforms of acceleration signals and rotation position signals during normal and abnormal conditions. Regardless of whether it is normal or abnormal, the acceleration signal shows a waveform that vibrates each time the rotor blade 7 passes through the introduction port 26 into which steam is introduced. In the normal state, as shown in FIG. 5A, the change in the amplitude of the waveform is small, but in the abnormal state, as shown in FIG. 5B, only a part of the amplitude of the waveform is larger than the other amplitudes. Deviate. This is because the abnormal moving blade 7 passed near the introduction port 26 into which steam was introduced. In the blade abnormality determination step S5, when the amplitude of a part of the waveform changes significantly as shown in FIG. 5 (b) with reference to the waveform of the normal acceleration in FIG. 5 (a), the first stage moving blade It is determined that an abnormality has occurred in any of columns 6. In addition, for example, when an amplitude exceeding the threshold value occurs with reference to the waveform of the acceleration at the normal time, it may be determined as abnormal. Further, the standard deviation for each amplitude may be obtained, and if the standard deviation exceeds the threshold value, it may be determined as abnormal.

また、正常時、異常時のいずれであっても、回転位置信号は、同様の波形を示す。即ち、回転位置信号は、一回転毎に強度のピークが出現する。動翼7は周方向に均等に設けられているため、上記ピークに基づいて任意の時点での各動翼7の回転位置を導出することができる。翼特定工程S6では、異常時における加速度信号と回転位置信号をマッチングすることで、異常が生じた動翼7を特定する。即ち、加速度にピークが現れた時点で、蒸気の導入口26付近に近接する状態にあった動翼7を特定する。
警報工程S7では、上記警報部58での処理と同様に、翼特定部57の演算結果に基づいて警報を出力する。
Further, the rotation position signal shows the same waveform regardless of whether it is normal or abnormal. That is, the intensity peak of the rotation position signal appears for each rotation. Since the moving blades 7 are evenly provided in the circumferential direction, the rotational position of each moving blade 7 at an arbitrary time point can be derived based on the peak. In the blade identification step S6, the moving blade 7 in which the abnormality has occurred is specified by matching the acceleration signal and the rotation position signal at the time of abnormality. That is, when the peak appears in the acceleration, the moving blade 7 that is in a state close to the vicinity of the steam introduction port 26 is specified.
In the alarm step S7, an alarm is output based on the calculation result of the blade specifying unit 57, as in the process of the alarm unit 58.

次に本実施形態の蒸気タービンシステム1の作用効果について説明する。
蒸気タービン2の全負荷時には、複数の導入口26に対応する開閉弁28の全てが開状態とされることで、全ての導入口26から作動流体が導入される。一方、蒸気タービン2の部分負荷時には、複数の導入口26のうちの一部の導入口26に対応する開閉弁28のみが開状態とされ、残りの開閉弁28は閉状態とされる。これによって部分負荷時には、一部の導入口26のみから作動流体が導入されることになる。
Next, the operation and effect of the steam turbine system 1 of the present embodiment will be described.
When the steam turbine 2 is fully loaded, all the on-off valves 28 corresponding to the plurality of introduction ports 26 are opened, so that the working fluid is introduced from all the introduction ports 26. On the other hand, when the steam turbine 2 is partially loaded, only the on-off valve 28 corresponding to a part of the introduction ports 26 among the plurality of introduction ports 26 is opened, and the remaining on-off valve 28 is closed. As a result, at the time of partial load, the working fluid is introduced only from a part of the introduction ports 26.

このような部分負荷時には、一段目の動翼列6の複数の動翼7は、周方向の領域のうち蒸気が導入される導入口26付近を通過する際にのみ、該蒸気による加振力を受けることになる。即ち、一段目の動翼7は、蒸気が導入される導入口26に対応する周方向に到達した際に振動する。 At the time of such a partial load, the plurality of rotor blades 7 of the first stage rotor blade row 6 pass through the vicinity of the introduction port 26 into which steam is introduced in the circumferential region, and the exciting force due to the steam is generated. Will receive. That is, the first stage rotor blade 7 vibrates when it reaches the circumferential direction corresponding to the introduction port 26 into which steam is introduced.

ここで、一段目の動翼列6の全ての動翼7に変形・損傷等が生じていない正常時には、蒸気が導入される導入口26付近を通過する動翼7は、蒸気による加振力によってほぼ同様に振動する。即ち、全ての動翼7の剛性がほぼ等しいため、これら動翼7はそれぞれ同様の振動態様を示す。
一方、一段目の動翼列6のうちいずれかの動翼7に変形・損傷が生じた異常時には、当該動翼7の剛性のみが他の動翼7に比べて低下することになる。この剛性の低下により、異常が生じた動翼7のみが他の動翼7に比べて大きく振動することになる。したがって、蒸気タービン2全体としては、蒸気が導入される導入口26付近を異常が生じた動翼7が通過する際にのみ、大きく振動することになる。その結果、加速度センサ40では、一回転前にピークを示す加速度情報が検出される。
Here, in the normal state where all the moving blades 7 of the first-stage moving blade row 6 are not deformed or damaged, the moving blades 7 passing near the introduction port 26 into which steam is introduced have a vibrating force due to steam. Vibrates in much the same way. That is, since the rigidity of all the moving blades 7 is almost the same, these moving blades 7 show the same vibration mode.
On the other hand, when any of the moving blades 7 in the first stage moving blade row 6 is deformed or damaged, only the rigidity of the moving blades 7 is lower than that of the other moving blades 7. Due to this decrease in rigidity, only the abnormal moving blade 7 vibrates more than the other moving blades 7. Therefore, the steam turbine 2 as a whole vibrates significantly only when the abnormal moving blade 7 passes near the introduction port 26 into which steam is introduced. As a result, the acceleration sensor 40 detects acceleration information indicating a peak before one rotation.

本実施形態では、上記知見に基づいて第一段目の動翼列6における異常が生じた動翼7を特定する。即ち、部分負荷判断部55によって、いずれかの導入口26からのみ蒸気が導入されている部分負荷時と判断された際には、蒸気タービン2の加速度にもとづいて、一段目の動翼列6に異常が生じたか否かを判断する。次いで、異常が生じたと判断された場合には、回転軸4の回転位置に基づいて複数の動翼7から異常が生じた動翼7を特定する。これによって、動翼7の異常を容易に特定することができる。 In the present embodiment, based on the above findings, the moving blade 7 in which the abnormality occurs in the moving blade row 6 in the first stage is specified. That is, when the partial load determination unit 55 determines that the steam is introduced only from one of the introduction ports 26 at the time of partial load, the first stage rotor blade row 6 is based on the acceleration of the steam turbine 2. Judge whether or not an abnormality has occurred in. Next, when it is determined that an abnormality has occurred, the moving blade 7 in which the abnormality has occurred is specified from the plurality of moving blades 7 based on the rotation position of the rotating shaft 4. Thereby, the abnormality of the moving blade 7 can be easily identified.

また、加速度センサ40は蒸気タービン2の軸受台15に設けられており、即ち、蒸気タービン2の外面に設けられているため、作動流体の性状等の影響を受けずに加速度情報を取得することができる。また、上記のように一回転毎に示される加速度のピークに基づいて異常の有無が判断されるため、当該ピークが他の暗振動等によってマスキングされにくい。そのため、精度高く動翼7の異常を検出することができる。 Further, since the acceleration sensor 40 is provided on the bearing base 15 of the steam turbine 2, that is, on the outer surface of the steam turbine 2, acceleration information can be acquired without being affected by the properties of the working fluid or the like. Can be done. Further, since the presence or absence of an abnormality is determined based on the peak of the acceleration indicated for each rotation as described above, it is difficult for the peak to be masked by other dark vibrations or the like. Therefore, the abnormality of the moving blade 7 can be detected with high accuracy.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、実施形態では加速度センサ40を軸受台15に設けたが、他の蒸気タービン2の外面、例えばジャーナル軸受9やケーシング21、ケーシング21の外部に露出する回転軸4に設けてもよい。またケーシング21の内部で回転軸4等に設けてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to this, and can be appropriately modified without departing from the technical idea of the invention.
For example, although the acceleration sensor 40 is provided on the bearing base 15 in the embodiment, it may be provided on the outer surface of another steam turbine 2, for example, the journal bearing 9, the casing 21, or the rotating shaft 4 exposed to the outside of the casing 21. Further, it may be provided on the rotating shaft 4 or the like inside the casing 21.

また、例えば実施形態では本発明を蒸気タービン2に適用した例について説明したが、例えばガスタービン等の他の回転機械に適用してもよい。 Further, for example, in the embodiment, an example in which the present invention is applied to the steam turbine 2 has been described, but the present invention may be applied to other rotating machines such as a gas turbine.

1 蒸気タービンシステム
2 蒸気タービン
3 ロータ
4 回転軸
5 動翼列群
6 動翼列
7 動翼
7a シュラウド
8 スラスト軸受
9 ジャーナル軸受
10 軸受本体
11 軸受ハウジング
15 軸受台
16 上面
20 ステータ
21 ケーシング
22 静翼列群
23 静翼列
24 静翼
25 蒸気導入部
26 導入口
27a 蒸気供給源
27b 蒸気ライン
28 開閉弁
29 開閉弁制御部
30 翼異常検出システム
40 加速度センサ
41 回転センサ
50 翼異常検出装置
51 制御部
52 弁情報取得部
53 加速度情報取得部
54 回転位置情報取得部
55 部分負荷判断部
56 翼異常判断部
57 翼特定部
58 警報部
61 CPU
62 ROM
63 RAM
64 HDD
65 信号受信モジュール
S1 弁情報取得工程
S2 加速度情報取得工程
S3 回転位置情報取得工程
S4 部分負荷判断工程
S5 翼異常判断工程
S6 翼特定工程
S7 警報工程
O 軸線
S 蒸気流入領域
1 Steam turbine system 2 Steam turbine 3 Rotor 4 Rotating shaft 5 Moving blade row group 6 Moving blade row 7 Moving blade 7a Shroud 8 Thrust bearing 9 Journal bearing 10 Bearing body 11 Bearing housing 15 Bearing base 16 Top surface 20 Stator 21 Casing 22 Static wing Row group 23 Static blade row 24 Static blade 25 Steam introduction unit 26 Inlet 27a Steam supply source 27b Steam line 28 On-off valve 29 On-off valve control unit 30 Wing abnormality detection system 40 Acceleration sensor 41 Rotation sensor 50 Wing abnormality detection device 51 Control unit 52 Valve information acquisition unit 53 Acceleration information acquisition unit 54 Rotation position information acquisition unit 55 Partial load judgment unit 56 Bearing abnormality judgment unit 57 Bearing identification unit 58 Alarm unit 61 CPU
62 ROM
63 RAM
64 HDD
65 Signal receiving module S1 Valve information acquisition process S2 Acceleration information acquisition process S3 Rotation position information acquisition process S4 Partial load determination process S5 Blade abnormality determination process S6 Blade identification process S7 Alarm process O Axis line S Steam inflow area

Claims (6)

軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から放射状に延びる複数の動翼を有する動翼列が作動流体の流通方向である前記軸線方向に複数段設けられてなる動翼列群と、前記動翼列群を外周側から囲うとともに、一段目の前記動翼列に作動流体を導入する導入口が前記軸線の周方向に複数配列されたステータと、各前記導入口に対応して複数設けられて、それぞれ前記導入口に供給される前記作動流体の流路を開閉する開閉弁と、
を備える回転機械の翼異常検出装置であって、
前記回転機械の加速度情報を取得する加速度情報取得部と、
前記回転軸の回転位置情報を取得する回転位置情報取得部と、
複数の前記開閉弁の開閉状態を示す弁情報を取得する弁情報取得部と、
前記弁情報に基づいて、複数の前記開閉弁のうち一部の前記開閉弁のみが開状態とされた部分負荷状態であるか否かを判断する部分負荷判断部と、
該部分負荷判断部が、前記部分負荷状態であると判断した場合に、前記加速度情報の時系列に基づいて一段目の前記動翼列の異常の有無を判断する判断する翼異常判断部と、
一段目の前記動翼列が異常であると判断された場合に、前記回転位置情報に基づいて一段目の前記動翼列から異常が発生した前記動翼を特定する翼特定部と、
を備える翼異常検出装置。
A group of rotor blades having a rotating shaft rotating around an axis and a plurality of rotor blades extending radially from the rotating shaft in a plurality of stages in the axial direction, which is the flow direction of the working fluid, and the above. A plurality of introduction ports for introducing the working fluid into the first stage rotor blade row are provided in the circumferential direction of the axis, and a plurality of introduction ports are provided corresponding to each of the introduction ports while surrounding the rotor blade row group from the outer peripheral side. An on-off valve that opens and closes the flow path of the working fluid supplied to the introduction port, respectively.
It is a blade abnormality detection device of a rotating machine equipped with
An acceleration information acquisition unit that acquires acceleration information of the rotating machine,
A rotation position information acquisition unit that acquires rotation position information of the rotation axis,
A valve information acquisition unit that acquires valve information indicating the open / closed state of the plurality of on-off valves,
Based on the valve information, a partial load determination unit that determines whether or not only a part of the on-off valves out of the plurality of on-off valves is in the open state.
When the partial load determination unit determines that the partial load state is present, the blade abnormality determination unit determines whether or not there is an abnormality in the first stage rotor blade train based on the time series of the acceleration information.
When it is determined that the moving blades in the first stage are abnormal, a blade specifying portion that identifies the moving blades in which an abnormality has occurred from the moving blades in the first stage based on the rotation position information.
Wing anomaly detector with.
前記翼異常判断部は、
一段目の前記動翼列に異常が生じていない正常時における前記回転機械の加速度情報の時系列と、前記加速度情報取得部が取得した前記加速度情報の時系列とを比較して、一段目の前記動翼列が異常か否かを判断する請求項1に記載の翼異常検出装置。
The wing abnormality determination unit
Comparing the time series of the acceleration information of the rotating machine at the normal time when the moving blade row in the first stage is not abnormal and the time series of the acceleration information acquired by the acceleration information acquisition unit, the first stage The blade abnormality detecting device according to claim 1, wherein it is determined whether or not the moving blade train is abnormal.
請求項1又は2に記載の翼異常検出装置と、
前記回転機械の加速度を検出して前記翼異常検出装置に出力する加速度センサと、
前記回転軸の回転位置を検出して前記翼異常検出装置に出力する回転センサと、
を備える翼異常検出システム。
The wing abnormality detection device according to claim 1 or 2,
An acceleration sensor that detects the acceleration of the rotating machine and outputs it to the blade abnormality detection device,
A rotation sensor that detects the rotation position of the rotation shaft and outputs it to the blade abnormality detection device,
Wing anomaly detection system with.
前記回転機械と、
請求項3に記載の翼異常検出システムと、を備え、
前記回転機械は、各前記開閉弁を制御するとともに前記翼異常検出装置に弁情報を出力する開閉弁制御部を有する回転機械システム。
With the rotating machine
The wing abnormality detection system according to claim 3 is provided.
The rotary machine is a rotary machine system having an on-off valve control unit that controls each on-off valve and outputs valve information to the blade abnormality detection device.
前記回転機械は、前記回転軸を前記軸線回りに回転可能に支持する軸受と、
該軸受を下方から支持する軸受台と、
を備え、
前記加速度センサは、前記軸受台に設けられている請求項4に記載の回転機械システム。
The rotating machine includes bearings that rotatably support the rotating shaft around the axis.
A bearing base that supports the bearing from below,
With
The rotary mechanical system according to claim 4, wherein the acceleration sensor is provided on the bearing base.
軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から放射状に延びる複数の動翼を有する動翼列が作動流体の流通方向である前記軸線方向に複数段設けられてなる動翼列群と、前記動翼列群を外周側から囲うとともに、一段目の前記動翼列に作動流体を導入する導入口が前記軸線の周方向に複数配列されたステータと、各前記導入口に対応して複数設けられて、それぞれ前記導入口に供給される前記作動流体の流路を開閉する開閉弁と、
を備える回転機械の翼異常検出方法であって、
前記回転機械の加速度情報を取得する加速度情報取得工程と、
前記回転軸の回転位置情報を取得する回転位置情報取得工程と、
複数の前記開閉弁の開閉状態を示す弁情報を取得する弁情報取得工程と
前記弁情報に基づいて、複数の前記開閉弁のうち一部の前記開閉弁のみが開状態とされた部分負荷状態であるか否かを判断する部分負荷判断工程と、
該部分負荷判断工程が、前記部分負荷状態であると判断した場合に、前記加速度情報の時系列に基づいて一段目の前記動翼列の異常の有無を判断する判断する翼異常判断工程と、
一段目の前記動翼列が異常であると判断された場合に、前記回転位置情報に基づいて一段目の前記動翼列から異常が発生した前記動翼を特定する翼特定工程と、
を含む翼異常検出方法。
A group of rotor blades having a rotating shaft rotating around an axis and a plurality of rotor blades extending radially from the rotating shaft in a plurality of stages in the axial direction, which is the flow direction of the working fluid, and the above. A plurality of introduction ports for introducing the working fluid into the first stage rotor blade row are provided in the circumferential direction of the axis, and a plurality of introduction ports are provided corresponding to each of the introduction ports while surrounding the rotor blade row group from the outer peripheral side. An on-off valve that opens and closes the flow path of the working fluid supplied to the introduction port, respectively.
It is a method for detecting blade anomalies of rotary machines equipped with
Acceleration information acquisition process for acquiring acceleration information of the rotating machine, and
The rotation position information acquisition process for acquiring the rotation position information of the rotation axis, and
A partial load state in which only some of the on-off valves out of the plurality of on-off valves are in the open state based on the valve information acquisition process for acquiring valve information indicating the open / closed state of the plurality of on-off valves and the valve information. Partial load judgment process to judge whether or not
When the partial load determination step determines that the partial load state is present, the blade abnormality determination step of determining whether or not there is an abnormality in the first stage rotor blade train based on the time series of the acceleration information, and the blade abnormality determination step.
When it is determined that the first-stage rotor blades are abnormal, a blade identification step of identifying the rotor blades in which an abnormality has occurred from the first-stage rotor blades based on the rotation position information, and
Wing anomaly detection method including.
JP2017062718A 2017-03-28 2017-03-28 Wing abnormality detection device, wing abnormality detection system, rotary mechanical system and wing abnormality detection method Expired - Fee Related JP6811134B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017062718A JP6811134B2 (en) 2017-03-28 2017-03-28 Wing abnormality detection device, wing abnormality detection system, rotary mechanical system and wing abnormality detection method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017062718A JP6811134B2 (en) 2017-03-28 2017-03-28 Wing abnormality detection device, wing abnormality detection system, rotary mechanical system and wing abnormality detection method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018165653A JP2018165653A (en) 2018-10-25
JP6811134B2 true JP6811134B2 (en) 2021-01-13

Family

ID=63922835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017062718A Expired - Fee Related JP6811134B2 (en) 2017-03-28 2017-03-28 Wing abnormality detection device, wing abnormality detection system, rotary mechanical system and wing abnormality detection method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6811134B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020261960A1 (en) * 2019-06-25 2020-12-30 住友電気工業株式会社 Monitoring system for concentrating photovoltaic power generation device, method for detecting tracking deviation, and program for detecting tracking deviation
JP2024155171A (en) * 2023-04-20 2024-10-31 三菱重工業株式会社 Clinker fall detection device and clinker fall detection system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018165653A (en) 2018-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Weimin et al. A novel none once per revolution blade tip timing based blade vibration parameters identification method
ES2927373T3 (en) Torsion and angular vibration control of rotor dynamics systems
JP5827492B2 (en) Vibration characteristic measuring apparatus and vibration characteristic measuring method
WO2018180764A1 (en) Blade abnormality detecting device, blade abnormality detecting system, rotary machine system, and blade abnormality detecting method
US4776216A (en) Programmable jet blade excitation system
JP2009506261A (en) Method and apparatus for monitoring the dynamic behavior of a rotating shaft of a turbine
CzmoChowski et al. Tests of rotary machines vibrations in steady and unsteady states on the basis of large diameter centrifugal fans
JP6811134B2 (en) Wing abnormality detection device, wing abnormality detection system, rotary mechanical system and wing abnormality detection method
JP7163218B2 (en) MONITORING DEVICE, MONITORING METHOD, SHAFT VIBRATION DETERMINATION MODEL CREATION METHOD AND PROGRAM
Liu et al. Improved blade tip timing in blade vibration monitoring with torsional vibration of the rotor
EP2312410A1 (en) Method of contactless monitoring of turbines, particularly the individual blades of a steam or gas turbine in an electric generating station, and a system for carrying out that method
Krause et al. Asynchronous response analysis of non-contact vibration measurements on compressor rotor blades
JP2018145866A (en) Blade vibration monitoring device and rotary machine system
RU2759651C1 (en) Method and apparatus for balancing a rotor
JP4253104B2 (en) Abnormal diagnosis method for rotating machinery
JP2018141751A (en) Blade vibration monitoring device and rotary machinery system
KR20190037643A (en) Apparatus for appreciating state of moving vane and method thereof
Rao et al. In situ detection of turbine blade vibration and prevention
JP6846953B2 (en) Wing monitoring device and rotating mechanical system
JP2019100210A (en) Rotor blade monitoring system, rotor blade monitoring device, rotor blade monitoring method, program
US10533530B2 (en) Rotating machine and installation for converting energy comprising such a machine
Grądzki et al. Rotor blades diagnosis method based on differences in phase shifts
Maywald et al. Vacuum spin test series of a turbine impeller with focus on mistuning and damping by comparing tip timing and strain gauge results
JP2018173297A (en) Blade vibration monitoring apparatus, rotation machine system, and blade vibration monitoring method
JP2016045060A (en) Vibration measuring method and device of rotor

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20170329

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20181109

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200128

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201111

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201117

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201214

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6811134

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees