KR20200002952A

KR20200002952A - 블레이드 진동 감시 장치, 블레이드 진동 감시 시스템, 동익, 및 회전 기계

Info

Publication number: KR20200002952A
Application number: KR1020197034354A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 야마시타; 가즈히로 다무라; 게이이치로 미야지마
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2020-01-08
Also published as: CN110662948A; US20210131861A1; JPWO2018221577A1; DE112018002812T5; CN110662948B; JP7065844B2; US12092511B2; WO2018221577A1

Abstract

축선을 따라 연장되는 회전축과, 복수의 동익이며, 회전축으로부터 직경 방향 외측으로 방사형으로 연장되는 동익 본체, 및 동익 본체의 선단에 마련되어 서로 둘레 방향으로 접촉하는 슈라우드를 갖는 복수의 동익을 구비하는 회전 기계와, 슈라우드의 직경 방향 외측에 슈라우드에 대향하여 마련되어 슈라우드의 외주면의 변화를 검출하는 센서를 구비하고, 슈라우드의 외주면이, 제1 표면과, 제1 표면에 둘레 방향 양측으로부터 집히듯이 배치되고, 센서에 의한 검출 신호가 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖는 블레이드 진동 감시 장치.

Description

블레이드 진동 감시 장치, 블레이드 진동 감시 시스템, 동익, 및 회전 기계

본 발명은 블레이드 진동 감시 장치, 블레이드 진동 감시 시스템, 동익, 및 회전 기계에 관한 것이다.

본원은, 2017년 5월 31일에 출원된 일본 특허출원 제2017-107663호에 대하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

예를 들어, 터빈 등의 회전 기계의 관리자는, 블레이드 진동 감시 장치를 사용하여 터빈 운전 중에 동익에 발생하는 진동의 감시를 행한다. 관리자는, 이러한 감시를 행함으로써 동익의 진동 특성이 설계 계획대로인지 여부를 검증한다. 또한, 관리자는 이러한 감시를 행하여, 운전 조건의 변화에 의한 동익의 진동 특성의 변화를 확인하고, 터빈의 신뢰성의 향상을 도모한다.

일본 특허 제3038382호 공보

그런데, 상기한 비접촉 블레이드 진동의 계측 기술을 직경 방향 외측의 단부에 슈라우드(팁 슈라우드)를 갖는 동익에 적용하는 경우가 있다. 이와 같이, 슈라우드를 통해 동익의 진동을 분석하는 경우, 슈라우드의 외주면이 평탄한 점에서, 센서에 둘레 방향으로 인접하는 슈라우드 간의 간극(도 3에 있어서의 부호 G)의 통과를 검출시킬 필요가 있다. 그러나, 슈라우드 간의 간극은 매우 작기 때문에, 이 간극의 통과를 나타내는 검출 신호를 센서가 명료하게 취득하는 것이 곤란하다는 과제가 있다.

본 발명은, 슈라우드를 갖는 동익의 진동의 계측을 안정적으로 행할 수 있는 블레이드 진동 감시 장치, 블레이드 진동 감시 시스템, 동익, 및 회전 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 양태에 의하면, 블레이드 진동 감시 장치는, 축선을 따라 연장되는 회전축과, 복수의 동익이며, 상기 회전축으로부터 직경 방향 외측으로 방사형으로 연장되는 동익 본체, 및 상기 동익 본체의 선단에 마련되어 서로 둘레 방향으로 접촉하는 슈라우드를 갖는 복수의 동익을 구비하는 회전 기계와, 상기 슈라우드의 직경 방향 외측에 상기 슈라우드에 대향하여 마련되어 상기 슈라우드의 외주면의 변화를 검출하는 센서를 구비하고, 상기 슈라우드의 외주면이, 제1 표면과, 상기 제1 표면에 둘레 방향 양측으로부터 집히듯이 배치되어, 상기 센서에 의한 검출 신호가 상기 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖는다.

이와 같은 구성에 의하면, 센서에 의해 검출되는 검출 신호가 슈라우드의 제1 표면과 제2 표면에서 다른 것으로 되기 때문에, 슈라우드 간의 간극을 검출하는 방법과 비교하여, 슈라우드를 갖는 동익의 진동의 계측을 안정적으로 행할 수 있다.

상기 블레이드 진동 감시 장치에 있어서, 상기 제2 표면은, 축선 방향의 상류측 및 하류측의 적어도 한쪽을 향함에 따라서 점차 둘레 방향의 폭이 증가되도록 형성되어도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 센서의 직경 방향 내측을 제2 표면이 통과하는 시간의 길이에 기초하여, 슈라우드의 축선 방향의 위치를 특정할 수 있다.

상기 블레이드 진동 감시 장치에 있어서, 상기 제2 표면은, 축선 방향의 상류측 및 하류측의 적어도 한쪽을 향함에 따라서 단계적으로 둘레 방향의 폭이 증가되도록 형성되어도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 센서의 직경 방향 내측을 제2 표면이 통과하는 시간의 길이에 기초하여, 슈라우드의 축선 방향의 위치를 특정할 수 있다. 또한, 센서의 직경 방향 내측을 제2 표면이 통과하는 시간의 길이를 이산적으로 변화시킬 수 있다.

상기 블레이드 진동 감시 장치에 있어서, 상기 제2 표면은, 상기 제1 표면과 직경 방향의 높이가 다르게 형성되어도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 센서에 의한 검출 신호가 제1 표면과 다른 제2 표면에서 다른 구조를, 보다 용이하게 형성할 수 있다.

상기 블레이드 진동 감시 장치에 있어서, 상기 제2 표면은, 상기 제1 표면과 다른 금속에 의해 형성되어도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 슈라우드의 외주면을 평탄하게 할 수 있다. 이에 의해, 작동 유체의 혼란을 억제할 수 있다. 또한, 전계를 발생시킴으로써 전계 내의 물체를 검출할 수 있는 센서를 사용하여 제2 표면을 검출할 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 의하면, 블레이드 진동 감시 시스템은, 축선을 따라 연장되는 회전축과, 복수의 동익이며, 상기 회전축으로부터 직경 방향 외측으로 방사형으로 연장되는 복수의 동익 본체, 및 상기 동익 본체의 선단에 마련되어 서로 둘레 방향으로 접촉하는 슈라우드를 갖는 복수의 동익을 구비하는 회전 기계와, 상기 슈라우드의 직경 방향 외측에 상기 슈라우드에 대향하여 마련되어 상기 슈라우드의 외주면의 변화를 검출하는 센서와, 상기 센서의 검출 신호에 기초하여, 상기 슈라우드의 진동량을 연산하는 연산부를 구비하고, 상기 슈라우드의 외주면이, 제1 표면과, 상기 제1 표면에 둘레 방향 양측으로부터 집히듯이 배치되어, 상기 센서에 의한 검출 신호가 상기 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖고, 상기 연산부는, 상기 센서의 직경 방향 내측을 상기 제1 표면이 통과하는 시간의 길이에 기초하여 상기 슈라우드의 둘레 방향의 진동량을 연산한다.

상기 블레이드 진동 감시 시스템에 있어서, 상기 제2 표면은, 축선 방향의 일방측을 향함에 따라서 점차 둘레 방향의 폭이 증가되도록 형성되고, 상기 연산부는, 상기 센서의 직경 방향 내측을 상기 제2 표면이 통과하는 시간의 길이에 기초하여 상기 슈라우드의 축선 방향의 진동량을 연산해도 된다.

본 발명의 제3 양태에 의하면, 동익은, 축선을 따라 연장되는 회전축과, 복수의 동익을 구비하는 회전 기계의 동익이며, 상기 회전축으로부터 직경 방향 외측으로 방사형으로 연장되는 동익 본체와, 상기 동익 본체의 선단에 마련되어 서로 둘레 방향으로 접촉하는 슈라우드를 갖고, 상기 슈라우드의 외주면이, 제1 표면과, 상기 제1 표면에 둘레 방향 양측으로부터 집히듯이 배치되고, 상기 제1 표면과의 경계는 축선 방향의 상류측 및 하류측의 적어도 어느 것으로 경사져 있는 제2 표면을 갖는다.

상기 동익에 있어서, 상기 제2 표면은, 축선 방향의 상류측 및 하류측의 적어도 한쪽을 향함에 따라서 점차 둘레 방향의 폭이 증가되도록 형성되어도 된다.

상기 동익에 있어서, 상기 제2 표면은, 축선 방향의 상류측 및 하류측의 적어도 한쪽을 향함에 따라서 단계적으로 둘레 방향의 폭이 증가되도록 형성되어도 된다.

상기 동익에 있어서, 상기 제2 표면은, 상기 제1 표면과 직경 방향의 높이가 다르게 형성되어도 된다.

상기 동익에 있어서, 상기 제2 표면은, 상기 제1 표면과 다른 금속에 의해 형성되어도 된다.

본 발명의 제4 양태에 의하면, 회전 기계는, 축선을 따라 연장되는 회전축과, 복수의 동익이며, 상기 회전축으로부터 직경 방향 외측으로 방사형으로 연장되는 동익 본체, 및 상기 동익 본체의 선단에 마련되어 서로 둘레 방향으로 접촉하는 슈라우드를 갖는 복수의 동익과, 상기 슈라우드의 직경 방향 외측에 상기 슈라우드에 대향하여 마련되어 상기 슈라우드의 외주면의 변화를 검출하는 센서를 구비하고, 상기 슈라우드의 외주면이, 제1 표면과, 상기 제1 표면에 둘레 방향 양측으로부터 집히듯이 배치되어, 상기 센서에 의한 검출 신호가 상기 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖는 블레이드 진동 감시 장치를 구비한다.

본 발명에 따르면, 센서에 의해 검출되는 검출 신호가 슈라우드의 제1 표면과 제2 표면에서 다른 것으로 되기 때문에, 슈라우드 간의 간극을 검출하는 방법과 비교하여, 슈라우드를 갖는 동익의 진동의 계측을 안정적으로 행할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태의 터빈 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태의 블레이드 진동 감시 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태의 동익단을 직경 방향 외측에서 본 도면이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태의 슈라우드를, 직경 방향 외측에서 본 도면이다.
도 5는, 도 4의 V-V 단면도이며, 본 발명의 제1 실시 형태의 슈라우드의 단면도이다.
도 6은, 횡축을 시간, 종축을 변위 센서의 검출 신호로 한 도면이다.
도 7은, 동익단을 직경 방향 외측에서 본 도면이며, 슈라우드가 축선 방향으로 진동한 경우의 신호 폭에 대하여 설명하는 도면이다.
도 8은, 슈라우드가 축선 방향으로 진동한 경우의 신호 폭에 대하여 설명하는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시 형태의 슈라우드의 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 제3 실시 형태의 슈라우드를, 직경 방향 외측에서 본 도면이다.
도 11은, 본 발명의 제4 실시 형태의 블레이드 진동 감시 시스템을 축선 방향에서 본 도면이다.

〔제1 실시 형태〕

이하, 본 발명의 제1 실시 형태의 블레이드 진동 감시 장치 및 블레이드 진동 감시 시스템을 도면을 참조하여 설명한다. 블레이드 진동 감시 장치는, 예를 들어 터빈 등의 회전 기계와, 동익의 진동을 감시하는 데 필요한 센서를 포함하는 장치이며, 블레이드 진동 감시 시스템은, 블레이드 진동 감시 장치(100)에 해석 장치를 추가한 시스템이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 블레이드 진동 감시 장치(100)는, 회전 기계인 터빈(1)과, 복수의 변위 센서(14)를 구비하고 있다.

터빈(1)은, 회전축(2)과, 케이싱(3)과, 복수의 정익(5)을 구비하는 정익단(4)과, 복수의 동익(7)을 구비하는 동익단(6)을 구비하고 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 블레이드 진동 감시 시스템(101)은, 블레이드 진동 감시 장치(100) 외에, 해석 장치(11)를 구비하고 있다.

회전축(2)은, 축선 A를 따라 연장되는 원기둥 형상을 이루고 있다. 회전축(2)은, 축선 A를 따른 축선 방향 Da의 양단부가, 베어링 장치(8)에 의해 축선 주위에 회전 가능하게 지지되어 있다.

또한, 이하의 설명에 있어서, 회전축(2)의 축선 A가 연장되어 있는 방향을 축선 방향 Da라 한다. 또한, 축선 A에 직교하는 방향을 직경 방향이라 하고, 이 직경 방향에서 축선 A로부터 멀어지는 측을 직경 방향 외측이라 하며, 이 직경 방향에서 축선 A에 가까워지는 측을 직경 방향 내측이라 한다.

베어링 장치(8)는, 회전축(2)의 축선 방향 Da의 양측에 하나씩 마련된 저널 베어링(8A)과, 축선 방향 Da의 편측에만 마련된 스러스트 베어링(8B)을 갖고 있다. 저널 베어링(8A)은, 회전축(2)에 의한 직경 방향으로의 하중을 지지한다. 스러스트 베어링(8B)은, 회전축(2)에 의한 축선 방향 Da로의 하중을 지지한다.

케이싱(3)은, 축선 방향 Da로 연장되는 통 형상을 이루고 있다. 케이싱(3)은, 회전축(2)을 외주측으로부터 덮는다.

케이싱(3)은, 흡기구(9)와, 배기구(10)를 구비하고 있다. 흡기구(9)는, 케이싱(3)의 축선 방향 Da의 상류측(도 1의 우측)에 형성되고, 외부로부터 케이싱(3) 내에 증기(작동 유체)를 도입한다. 배기구(10)는, 케이싱(3)의 축선 방향 Da의 하류측에 형성되고, 케이싱(3) 내를 통과한 증기를 외부로 배기한다.

이하의 설명에서는, 축선 방향 Da에 있어서, 배기구(10)에서 볼 때 흡기구(9)가 위치하는 측을 상류측이라 하고, 흡기구(9)에서 볼 때 배기구(10)가 위치 하는 측을 하류측이라 한다.

정익단(4)은, 케이싱(3)의 내주면(3a)에, 축선 방향 Da를 따라 간격을 두고, 복수 단이 마련되어 있다. 각각의 정익단(4)은, 각각의 동익단(6)의 상류측에 배치되어 있다. 각각의 정익단(4)은, 축선 A의 둘레 방향으로 간격을 두고 배열되고, 회전축(2)으로부터 직경 방향 외측으로 방사형으로 연장되는 복수의 정익(5)을 갖고 있다.

정익(5)은, 케이싱(3)의 내주면(3a)으로부터 직경 방향 내측을 향해서 연장되도록 마련되어 있다. 정익(5)은, 직경 방향에서 볼 때 블레이드형의 단면을 갖고 있다.

동익단(6)은, 회전축(2)의 외주면(2a)에, 축선 방향 Da에 간격을 두고, 복수단이 마련되어 있다. 각각의 동익단(6)은, 회전축(2)의 외주면(2a) 위에서, 축선의 둘레 방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 동익(7)을 갖고 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 복수의 동익단(6) 중 적어도 일단의 동익단(6)을 구성하는 복수의 동익(7)의 각각은, 동익 본체(12)와, 동익 본체(12)의 익단에 고정된 슈라우드(13)(팁 슈라우드)를 갖고 있다.

동익 본체(12)는, 회전축(2)으로부터 직경 방향 외측을 향해서 연장되도록 형성되어 있다. 동익 본체(12)는, 직경 방향에서 볼 때 블레이드형의 단면을 갖고 있다.

슈라우드(13)는, 동익 본체(12)의 직경 방향 외측의 단부에 마련되어 있다. 슈라우드(13)는, 직경 방향으로 소정의 두께를 갖는 판 형상을 이루고 있다. 슈라우드(13)는, 동익 본체(12)의 직경 방향 외측에 있어서 둘레 방향으로 돌출되도록 동익 본체(12)에 대해서 일체로 고정되어 있다. 슈라우드(13)에 있어서의 직경 방향 외측을 향하는 면은, 슈라우드(13)의 외주면(13a)으로 되어 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 각각의 슈라우드(13)는, 축선 A(도 2 참조)의 둘레 방향 Dc에 인접함과 함께 일부가 맞닿도록 배치되어 있다. 즉, 슈라우드(13)는, 둘레 방향 Dc에 인접하는 다른 동익(7)의 슈라우드(13)와 서로 압박하고 있다.

슈라우드(13)에 있어서는, 상류측을 향해 둘레 방향 Dc를 따라 연장되는 면이 상류측 단부면(19)으로 되고, 하류측을 향해 둘레 방향 Dc를 따라 연장되는 면이 하류측 단부면(20)으로 되어 있다.

또한, 슈라우드(13)에 있어서의 둘레 방향 Dc의 일방측이며 회전 방향 R 전방측을 향하는 면이 제1 둘레 방향 단부면(21)으로 되고, 둘레 방향 Dc의 타방측이며 회전 방향 R 후방측을 향하는 면이 제2 둘레 방향 단부면(22)으로 되어 있다.

제1 둘레 방향 단부면(21)에는, 볼록부(23)가 형성되어 있다. 제2 둘레 방향 단부면(22)에는, 제1 둘레 방향 단부면(21)에 형성되어 있는 볼록부(23)에 대응하는 오목부(24)가 형성되어 있다.

인접하는 슈라우드(13)끼리의 사이에는, 운전 시에 있어서의 슈라우드(13)의 변형을 고려하여 형성된 간극 G가 마련되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 변위 센서(14)는, 슈라우드(13)의 직경 방향 외측에, 슈라우드(13)에 대향하여 마련되어 있다. 변위 센서(14)는, 정지측인 케이싱(3)(도 1 참조)에 고정되어 있다. 변위 센서(14)의 수는, 동익(7)의 수와 동일하지만, 이것으로 한정되지는 않는다.

변위 센서(14)는, 측정 대상물인 슈라우드(13)와의 거리를 측정하는 와전류식 변위 센서이다. 변위 센서(14)로서는, 와전류식으로 한정되지 않고, 레이저식, 초음파식 등 비접촉으로 변위를 측정할 수 있는 센서를 채용할 수 있다.

도 2에는, 하나의 동익단(6)에 대해서 배치되어 있는 변위 센서(14)를 나타내지만, 다른 동익단(6)에 대해서도 마찬가지로 변위 센서(14)가 배치되어도 된다. 변위 센서(14)는 블레이드 진동 감시 시스템(101)의 해석 장치(11)와 전기 신호 케이블을 통해 접속되어 있다.

블레이드 진동 감시 장치(100)는, 회전축(2)의 1회전을 검출하는 회전 센서(17)를 구비하고 있다. 회전 센서(17)는, 회전축(2)의 1회전을 검출하고, 그 검출 시를 나타내는 소정의 펄스파를 출력한다.

다음으로, 본 실시 형태의 슈라우드(13)의 상세 형상에 대하여 설명한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 슈라우드(13)의 외주면(13a)은, 제1 표면(25)과, 제1 표면(25)에 둘레 방향 Dc 양측으로부터 집히듯이 배치되어 있는 제2 표면(26)을 갖고 있다. 제2 표면(26)은, 슈라우드(13)에 있어서의 둘레 방향 Dc의 중앙 근방에서, 축선 방향 Da로 연장되는 띠 형상을 이루고 있다. 제2 표면(26)은, 슈라우드(13)의 상류측 단부면(19)으로부터 하류측 단부면(20)까지 연장되어 있다.

제2 표면(26)은, 축선 방향 Da의 일방측(하류측)을 향함에 따라서 점차 둘레 방향 Dc의 폭이 증가되도록 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 제1 표면(25)과 제2 표면(26) 사이의 한 쌍의 경계선(27)은 직선이며, 한 쌍의 경계선(27)은, 축선 방향 Da의 일방측을 향함에 따라서 서로 이격되도록 경사져 있다. 제2 표면(26)은, 한 쌍의 경계선(27)끼리의 둘레 방향 Dc의 간격(이하, '제2 표면 폭 W'라 칭함)이 소정의 길이 이상이 되도록 형성되어 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 제2 표면(26)은, 제1 표면(25)과 직경 방향 Dr의 높이가 다르게 형성되어 있다. 본 실시 형태의 제2 표면(26)은, 직경 방향 Dr의 높이가 제1 표면(25)보다도 낮다. 바꾸어 말하면, 제2 표면(26)의 두께는, 제1 표면(25)의 두께보다도 얇다. 즉, 제2 표면(26)은, 변위 센서(14)에 의한 검출 신호가 제1 표면(25)과는 다르게 형성되어 있다.

하나의 동익단(6)을 구성하는 모든 슈라우드(13)의 제1 표면(25) 및 제 2 표면(26)은, 동일 형상을 이루고 있다.

해석 장치(11)는, 기억부(11a)와, 변위 센서(14)에 의한 검출 신호, 즉, 변위 센서(14)와 슈라우드(13)의 거리에 기초하여, 슈라우드(13)의 진동량을 연산하는 연산부(11b)를 갖고 있다.

해석 장치(11)의 기억부(11a)에는, 변위 센서(14)의 직경 방향 내측을 통과하는 제2 표면(26)의 둘레 방향 Dc의 길이(제2 표면 폭 W)와, 슈라우드(13)의 축선 방향 Da의 위치 사이의 관계가 기억되어 있다.

이상과 같이 구성된 터빈(1)의 동작에 대하여 설명한다.

터빈(1)을 운전하는 데 있어서는, 우선 보일러 등의 증기 공급원(도시 생략)으로부터 공급된 고온 고압의 증기가, 흡기구(9)를 통하여 케이싱(3)의 내부에 도입된다. 케이싱(3) 내에 도입된 증기는 동익(7)(동익단(6)), 및 정익(5)(정익단(4))에 순차 충돌한다.

각각의 정익단(4)에 있어서는, 상류측으로부터 흘러 온 증기가 정익(5)에 닿음으로써, 이 증기의 흐름에 회전축(2) 둘레의 선회 성분이 부여된다. 이에 의해, 각각의 정익단(4)의 하류측에서는, 증기의 흐름은 회전축(2) 둘레로 선회하고 있다. 각각의 동익단(6)은, 상류측의 정익단(4)을 거쳐 회전축(2) 둘레로 선회한 증기의 흐름이 도달한다. 이 선회한 증기의 흐름이 각각의 동익(7)에 닿음으로써, 회전축(2)은 회전 에너지를 얻어, 축선 주위로 회전한다. 이 회전축(2)의 회전 운동은, 축단에 연결된 발전기 등(도시생략)에 의해 취출된다.

이상의 사이클이 연속적으로 반복된다.

터빈(1)의 운전 중에, 변위 센서(14)에 의해 검출되는 검출 신호는, 해석 장치(11)에 연속적으로 송신된다.

도 6은, 횡축을 시간, 종축을 변위 센서(14)의 검출 신호의 신호 강도로 한 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 변위 센서(14)에 의해 검출된 검출 신호인 변위 센서(14)와 슈라우드(13)의 외주면 사이의 거리는, 변위 센서(14)의 직경 방향 내측을 제2 표면(26)이 통과했을 때 커진다. 동익(7)이 회전축(2)의 둘레 방향 Dc로 등간격으로 마련되어 있는 경우에는, 제2 표면(26)의 검출 신호가 정기적으로 나타나는 파형으로 된다. 제2 표면(26)과 제1 표면(25)은 직경 방향의 높이가 다르기 때문에, 검출 신호는 명료하게 변화한다.

동익(7)(슈라우드(13))이 둘레 방향 Dc 및 축선 방향 Da로 진동하고 있지 않은 경우, 제2 표면(26)의 시간 폭 T1(변위 센서(14)의 직경 방향 내측을 제2 표면(26)이 통과하는 시간의 길이)과, 제1 표면(25)의 시간 폭 T2(변위 센서(14)의 직경 방향 내측을 제1 표면(25)이 통과하는 시간의 길이)는 각각 일정하다.

관리자는, 시간 폭 T1, 시간 폭 T2의 변화에 기초하여 동익(7)에 발생하는 진동의 감시를 행할 수 있다.

동익(7)이 둘레 방향 Dc로 진동하는 경우, 시간 폭 T2가 변화한다.

해석 장치(11)의 연산부는, 시간 폭 T2에 기초하여, 슈라우드(13)의 진동량을 연산한다. 연산부는, 슈라우드(13)의 주속 Vr과 시간 폭 T2로부터 슈라우드(13)의 진동량을 연산한다.

동익(7)이 축선 방향 Da로 진동하는 경우, 시간 폭 T1이 변화한다. 즉, 제2 표면 폭 W가 축선 방향 Da의 일방측을 향함에 따라서 점차 증가되도록 형성되어 있음으로써, 슈라우드(13)의 축선 방향 Da의 위치에 의해, 시간 폭 T1이 변화한다.

해석 장치(11)의 연산부는, 시간 폭 T1에 기초하여 제2 표면 폭 W를 연산한다. 슈라우드(13)의 주속을 Vr이라 하면, 제2 표면 폭 W는, Vr×T1로 산출할 수 있다. 이어서, 기억부(11a)에 기억되어 있는 제2 표면 폭 W와 슈라우드(13)의 축선 방향 Da의 위치 사이의 관계를 이용하여, 슈라우드(13)의 축선 방향 Da의 위치(축선 방향 Da의 진동량)를 특정할 수 있다.

또한, 해석 장치(11)의 기억부(11a)에는, 사전에 공장 시험 등에 의해 취득된 캘리브레이션용 데이터를 기억할 수 있다. 캘리브레이션용 데이터는, 예를 들어 소정의 주속에 있어서의 측정된 시간 폭 T1과 변위 센서(14)의 직경 방향 내측을 통과한 제2 표면(26)의 둘레 방향 Dc의 길이와의 관계이다.

이와 같이, 캘리브레이션용 데이터를 기억부에 기억함으로써, 센서의 주파수 특성이 낮음으로써, 검출 신호가 불명료해진 경우에 있어서도, 캘리브레이션용 데이터와의 대비에 의해 진동량을 예측할 수 있다.

또한, 제1 표면(25)과 제2 표면(26) 사이의 경계선(27)을 경사시킴으로써, 슈라우드(13)이 축선 방향 Da로 이동했을 때 변위 센서(14)에 의해 계측되는 시간 폭을 크게 하여, 감도의 향상을 도모할 수 있다.

도 7은, 동익단(6)을 직경 방향 외측에서 본 도면이며, 슈라우드(13)가 축선 방향 Da로 진동한 경우의 신호 폭에 대하여 설명하는 도면이다.

도 7에 있어서, 일점쇄선으로 나타내는 슈라우드 F2는, 기준으로 되는 슈라우드 F1에 대하여 축선 방향 Da로 진동되지 않는다. 실선으로 나타내는 슈라우드 F3은, 기준으로 되는 슈라우드 F1에 대하여 축선 방향 Da로 진동하고 있다. 경우의 슈라우드 위치이다. 또한, 도 7에 있어서는, 효과를 명료하게 하기 위해서, 제2 표면(26)의 형상 및 슈라우드의 진동량을 과장하고 있다.

여기서, 슈라우드의 실제 진폭은, 선분 ab의 거리이지만, 변위 센서(14)에 의해 계측되는 센서 계측 진폭은, 선분 aa'의 거리이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 선분 aa'은, 이하의 수식 (1)에 의해 산출할 수 있다. θ는, 제1 표면(25)과 제2 표면(26) 사이의 경계선(27)의 축선 A에 대한 각도이다. X, Y는 슈라우드(13)의 실제 진폭의 성분이다.

ａａ'　＝　Ｙ　＋　Ｘｔａｎθ　…（１）

이와 같이, 경계선(27)을 축선 A에 대해서 경사시킴으로써, 변위 센서(14)에 의해 계측되는 센서 계측 진폭 aa'를 실제 진폭 ab보다도 크게 할 수 있다. 이에 의해, 블레이드 진동 감시 장치(100)의 감도의 향상을 도모할 수 있다.

상기 실시 형태에 따르면, 변위 센서(14)에 의해 검출되는 검출 신호가 슈라우드(13)의 제1 표면(25)과 제2 표면(26)에서 다른 것으로 되기 때문에, 슈라우드(13) 사이의 간극 G를 검출하는 방법과 비교하여, 슈라우드(13)를 갖는 동익(7)의 진동의 계측을 안정적으로 행할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 슈라우드(13)는, 제1 표면(25)과 제2 표면(26)의 직경 방향의 높이를 다르게 함으로써, 변위 센서(14)에 의한 검출 신호를 제1 표면(25)과 제2 표면(26)에서 다르게 하도록 하였다. 이에 의해, 변위 센서(14)에 의한 검출 신호가 제1 표면(25)과 제2 표면(26)에서 다른 구조를, 보다 용이하게 형성할 수 있다.

또한, 변위 센서(14)의 직경 방향 내측을 제1 표면(25)이 통과하는 시간의 길이에 기초하여, 슈라우드(13)의 둘레 방향 Dc의 진동량을 연산할 수 있다.

또한, 제2 표면(26)이 축선 방향 Da의 일방측을 향함에 따라서 점차 둘레 방향 Dc의 폭이 증가되도록 형성되어 있음으로써, 변위 센서(14)의 직경 방향 내측을 제2 표면(26)이 통과하는 시간의 길이에 기초하여, 슈라우드(13)의 축선 방향 Da의 진동량을 연산할 수 있다.

또한, 제2 표면 폭 W에 기초하여, 변위 센서(14)에 의한 슈라우드(13)의 측정 위치를 파악할 수 있기 때문에, 블레이드 진동 감시에 있어서의 제한값이나 안전율의 재검토에도 반영시킬 수 있다.

〔제2 실시 형태〕

이하, 본 발명의 제2 실시 형태의 블레이드 진동 감시 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략한다.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 슈라우드(13B)는, 슈라우드 본체(30)와, 슈라우드 본체(30)에 묻혀 있는 이종 금속부(31)를 갖고 있다. 직경 방향 외측에서 본 이종 금속부(31)의 형상은, 제1 실시 형태의 제2 표면(26)의 형상과 동일하다. 본 실시 형태의 제2 표면(26)은, 슈라우드 본체(30)에 묻혀 있는 이종 금속부(31)의 표면이다. 슈라우드(13B)의 외주면은, 제1 표면(25)과 제2 표면(26)이 동일 평면상(동일 곡면상)으로 되도록 형성되어 있다.

본 실시 형태의 센서는, 전계를 발생시킴으로써 비접촉으로, 전계 내의 물체를 검출할 수 있는 전계 센서이다. 이에 의해, 센서에 의한 검출 신호가 제1 표면(25)과 제2 표면(26)에서 다른 것이 된다.

상기 실시 형태에 따르면, 슈라우드(13B)의 외주면(13a)을 평탄하게 할 수 있다. 이에 의해, 작동 유체의 혼란을 억제할 수 있다. 또한, 전계를 발생시킴으로써 전계 내의 물체를 검출할 수 있는 센서를 사용하여 제2 표면(26)을 검출할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 소정의 두께를 갖는 이종 금속부(31)를 묻는 구성으로 하였지만 이것으로 한정되지 않고, 슈라우드 본체(30)의 재료와는 다른 금속 재료에 의해 형성된 테이프를 붙여도 된다.

〔제3 실시 형태〕

이하, 본 발명의 제3 실시 형태의 블레이드 진동 감시 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략한다.

도 10에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 제2 표면(26C)은, 축선 방향 Da의 일방측을 향함에 따라서 단계적으로 둘레 방향 Dc의 폭이 증가되도록 형성되어 있다. 바꾸어 말하면, 제1 표면(25)과 제2 표면(26C) 사이의 경계선(27C)은 계단 형상으로 형성되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 센서의 직경 방향 내측을 제2 표면(26)이 통과하는 시간의 길이에 기초하여, 슈라우드(13C)의 축선 방향 Da의 위치를 특정할 수 있다. 또한, 센서의 직경 방향 내측을 제2 표면(26C)이 통과하는 시간의 길이를 이산적으로 변화시킬 수 있다.

〔제4 실시 형태〕

이하, 본 발명의 제4 실시 형태의 블레이드 진동 감시 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태와의 상이점을 중심으로 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략한다.

도 11에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 블레이드 진동 감시 장치(100D)는, 변위 센서(14)와 동일한 축선 방향의 위치에 배치된 레이저 센서(15)와, 레이저 센서(15)의 선단을 세정하는 퍼지 에어 공급 장치(16)를 갖고 있다. 레이저 센서(15)는, 레이저광을 조사하고, 레이저광이 슈라우드(13)의 외주면에 있어서 반사한 반사광을 검출하는 광학식 센서이다.

레이저 센서(15)는, 주파수 특성이 높기 때문에, 와전류식 변위 센서 등과 비교하여 고속으로 통과하는 슈라우드(13)의 제2 표면 폭 W(도 4 참조)를 정확하게 계측하는 것이 가능해진다.

레이저 센서(15)는 증기 터빈의 환경에서는 증기의 영향을 받아버려 신호 불량으로 될 가능성이 있지만, 레이저 센서(15)는 제2 표면 폭 W를 검출하는 것이 목적이기 때문에, 상시 안정적으로 계측할 수 있는 점은 그다지 중요하지는 않다. 즉, 단시간 계측할 수 있으면 되며, 모든 동익(7)(슈라우드(13))이 아니라, 여러 장의 검출 신호만이라도 양호하게 취득할 수 있으면 일정한 평가가 가능해진다. 따라서, 레이저 센서(15)의 신호 상태가 좋지 않게 되었을 때에만, 센서 선단에 퍼지 에어를 불어 넣어 센서 선단을 세정하고, 단기간만이라도 신호를 취득할 수 있는 구조를 갖추게 하는 것이 이상적이다. 퍼지 에어는 단시간만의 흡입이기 때문에 터빈(1)에 대한 영향은 최소한에 그치게 할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하였지만, 구체적인 구성은 이 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 변경 등도 포함된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 제2 표면(26)이 축선 방향의 하류측을 향함에 따라서 점차 둘레 방향의 폭이 증가되도록 형성되어 있지만 이것으로 한정되지 않고, 축선 방향의 하류측을 향함에 따라서 점차 둘레 방향의 폭이 감소하도록 형성해도 된다.

상기 실시 형태의 블레이드 진동 감시 장치 및 블레이드 진동 감시 시스템은, 증기 터빈이나 가스 터빈 등의 회전 기계에 구별없이 사용할 수 있는 기술이다.

1: 터빈
2: 회전축
3: 케이싱
4: 정익단
5: 정익
6: 동익단
7: 동익
8: 베어링 장치
9: 흡기구
10: 배기구
11: 해석 장치
12: 동익 본체
13: 슈라우드
13a: 외주면
14: 변위 센서
15: 레이저 센서
16: 퍼지 에어 공급 장치
17: 회전 센서
19: 상류측 단부면
20: 하류측 단부면
21: 제1 둘레 방향 단부면
22: 제2 둘레 방향 단부면
23: 볼록부
24: 오목부
25: 제1 표면
26: 제2 표면
27: 경계선
30: 슈라우드 본체
31: 이종 금속부
100: 블레이드 진동 감시 장치
101: 블레이드 진동 감시 시스템
A: 축선
Da: 축 방향
Dc: 둘레 방향
Dr: 직경 방향
G: 간극

Claims

축선을 따라 연장되는 회전축과, 복수의 동익이며, 상기 회전축으로부터 직경 방향 외측으로 방사형으로 연장되는 동익 본체, 및 상기 동익 본체의 선단에 마련되어 서로 둘레 방향으로 접촉하는 슈라우드를 갖는 복수의 동익을 구비하는 회전 기계와,
상기 슈라우드의 직경 방향 외측에 상기 슈라우드에 대향하여 마련되어 상기 슈라우드의 외주면의 변화를 검출하는 센서를 구비하고,
상기 슈라우드의 외주면이,
제1 표면과,
상기 제1 표면에 둘레 방향 양측으로부터 집히듯이 배치되고, 상기 센서에 의한 검출 신호가 상기 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖는, 블레이드 진동 감시 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 표면은, 축선 방향의 상류측 및 하류측의 적어도 한쪽을 향함에 따라서 점차 둘레 방향의 폭이 증가되도록 형성되어 있는, 블레이드 진동 감시 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 표면은, 축선 방향의 상류측 및 하류측의 적어도 한쪽을 향함에 따라서 단계적으로 둘레 방향의 폭이 증가되도록 형성되어 있는, 블레이드 진동 감시 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 표면은, 상기 제1 표면과 직경 방향의 높이가 다르게 형성되어 있는, 블레이드 진동 감시 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 표면은, 상기 제1 표면과 다른 금속에 의해 형성되어 있는, 블레이드 진동 감시 장치.
축선을 따라 연장되는 회전축과, 복수의 동익이며, 상기 회전축으로부터 직경 방향 외측으로 방사형으로 연장되는 복수의 동익 본체, 및 상기 동익 본체의 선단에 마련되어 서로 둘레 방향으로 접촉하는 슈라우드를 갖는 복수의 동익을 구비하는 회전 기계와,
상기 슈라우드의 직경 방향 외측에 상기 슈라우드에 대향하여 마련되어 상기 슈라우드의 외주면의 변화를 검출하는 센서와,
상기 센서의 검출 신호에 기초하여, 상기 슈라우드의 진동량을 연산하는 연산부를 구비하고,
상기 슈라우드의 외주면이,
제1 표면과,
상기 제1 표면에 둘레 방향 양측으로부터 집히듯이 배치되고, 상기 센서에 의한 검출 신호가 상기 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖고,
상기 연산부는, 상기 센서의 직경 방향 내측을 상기 제1 표면이 통과하는 시간의 길이에 기초하여 상기 슈라우드의 둘레 방향의 진동량을 연산하는, 블레이드 진동 감시 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제2 표면은, 축선 방향의 일방측을 향함에 따라서 점차 둘레 방향의 폭이 증가되도록 형성되고,
상기 연산부는, 상기 센서의 직경 방향 내측을 상기 제2 표면이 통과하는 시간의 길이에 기초하여 상기 슈라우드의 축선 방향의 진동량을 연산하는, 블레이드 진동 감시 시스템.
축선을 따라 연장되는 회전축과, 복수의 동익을 구비하는 회전 기계의 동익이며,
상기 회전축으로부터 직경 방향 외측으로 방사형으로 연장되는 동익 본체와,
상기 동익 본체의 선단에 마련되어 서로 둘레 방향으로 접촉하는 슈라우드를 갖고,
상기 슈라우드의 외주면이,
제1 표면과,
상기 제1 표면에 둘레 방향 양측으로부터 집히듯이 배치되고, 상기 제1 표면과의 경계는 축선 방향의 상류측 및 하류측의 적어도 어느 것으로 경사져 있는 제2 표면을 갖는, 동익.
제8항에 있어서,
상기 제2 표면은, 축선 방향의 상류측 및 하류측의 적어도 한쪽을 향함에 따라서 점차 둘레 방향의 폭이 증가되도록 형성되어 있는, 동익.
제9항에 있어서,
상기 제2 표면은, 축선 방향의 상류측 및 하류측의 적어도 한쪽을 향함에 따라서 단계적으로 둘레 방향의 폭이 증가되도록 형성되어 있는, 동익.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 표면은, 상기 제1 표면과 직경 방향의 높이가 다르게 형성되어 있는, 동익.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 표면은, 상기 제1 표면과 다른 금속에 의해 형성되어 있는, 동익.
축선을 따라 연장되는 회전축과,
복수의 동익이며, 상기 회전축으로부터 직경 방향 외측으로 방사형으로 연장되는 동익 본체, 및 상기 동익 본체의 선단에 마련되어 서로 둘레 방향으로 접촉하는 슈라우드를 갖는 복수의 동익과,
상기 슈라우드의 직경 방향 외측에 상기 슈라우드에 대향하여 마련되어 상기 슈라우드의 외주면의 변화를 검출하는 센서를 구비하고,
상기 슈라우드의 외주면이, 제1 표면과, 상기 제1 표면에 둘레 방향 양측으로부터 집히듯이 배치되어, 상기 센서에 의한 검출 신호가 상기 제1 표면과는 다른 제2 표면을 갖는 블레이드 진동 감시 장치를 구비하는, 회전 기계.