(57)【要約】【課題】蒸気タービンなどのような回転機械について、動翼のランダム振動の確実な回避を可能としつつ、運転制限の最適化を図る。【解決手段】翼ランダム振動監視システム１１は、圧力計測装置１５と警報装置１６を備えている。圧力計測装置は、圧力センサ１７により監視位置変動圧力を計測して実測圧力値Ｐｉの時刻歴波形を出力する。警報装置１６は、監視対象の動翼のランダム振動域入りを判定し、ランダム振動域に入ると判定されたら警報を発する。動翼のランダム振動域入りの判定は、実測圧力値Ｐｉの標準偏差σｐｉを指標とし、運転制限値σｐｉ＿threについてσｐｉ≧σｐｉ＿threを判定することで行う。そして運転制限値σｐｉ＿threは、環帯速度-振動応力特性曲線と環帯速度-変動圧力特性曲線の高い相関性を利用して求める。【選択図】  図２
2010019228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動翼と静翼で構成される段落が軸方向で複数設けられた回転機械について、前記動翼に生じる可能性のあるランダム振動を任意の前記段落における前記動翼を対象として監視するための翼ランダム振動監視システムにおいて、
監視対象動翼に隣接する上流側又は下流側におけるダイアフラムと静翼で囲まれた流路での変動圧力である監視位置変動圧力を当該監視位置変動圧力に関して予め設定してある運転制限値に基づいて判定し、前記監視位置変動圧力が前記運転制限値を超えた場合に警報を発するようにされており、
前記運転制限値は、環帯速度を一方の軸とし振動応力を他方の軸とする環帯速度-振動応力座標系上で、前記監視対象動翼の振動応力を監視対象動翼段落の出口における環帯速度である監視位置環帯速度に対応させてプロットして得られる環帯速度-振動応力特性曲線、及び環帯速度を一方の軸とし、変動圧力を他方の軸とする環帯速度-変動圧力座標系上で、前記監視位置変動圧力を前記監視位置環帯速度に対応させてプロットして得られる環帯速度-変動圧力特性曲線に基づいて求めるものとし、
そして前記監視対象動翼に関する前記環帯速度-振動応力特性曲線と振動応力制限値の前記環帯速度-振動応力座標系上での交点を求めるとともに、その交点に対応する環帯速度を前記環帯速度-振動応力座標系上で求め、さらにその環帯速度に対応する変動圧力を前記環帯速度-変動圧力座標系上で求め、その変動圧力を前記運転制限値とするようにされていることを特徴とする翼ランダム振動監視システム。
【請求項２】
動翼と静翼で構成される段落が軸方向で複数設けられた回転機械について、前記動翼に生じる可能性のあるランダム振動を任意の前記段落における前記動翼を対象として監視するための翼ランダム振動監視システムにおいて、
監視対象動翼に隣接する上流側又は下流側におけるダイアフラムと静翼で囲まれた流路での変動圧力である監視位置変動圧力を当該監視位置変動圧力に関して予め設定してある運転制限値に基づいて判定し、前記監視位置変動圧力が前記運転制限値を超えた場合に警報を発するようにされており、
前記運転制限値は、体積流量を一方の軸とし振動応力を他方の軸とする体積流量-振動応力座標系上で、前記監視対象動翼の振動応力を監視対象動翼段落の出口における体積流量である監視位置体積流量に対応させてプロットして得られる体積流量-振動応力特性曲線、及び体積流量を一方の軸とし、変動圧力を他方の軸とする体積流量-変動圧力座標系上で、前記監視位置変動圧力を前記監視位置体積流量に対応させてプロットして得られる体積流量-変動圧力特性曲線に基づいて求めるものとし、
そして前記監視対象動翼に関する前記体積流量-振動応力特性曲線と振動応力制限値の前記体積流量-振動応力座標系上での交点を求めるとともに、その交点に対応する体積流量を前記体積流量-振動応力座標系上で求め、さらにその体積流量に対応する変動圧力を前記体積流量-変動圧力座標系上で求め、その変動圧力を前記運転制限値とするようにされていることを特徴とする翼ランダム振動監視システム。
【請求項３】
前記ダイアフラム壁面又は静翼の翼面に設けた圧力センサを介して前記監視位置変動圧力の計測をなすようにされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の翼ランダム振動監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動翼と静翼で構成される段落が軸方向で複数設けられてなる回転機械について動翼に生じる可能性のあるランダム振動を監視する翼ランダム振動監視システムに関し、特に発電プラントにおける蒸気タービンなどに好適な翼ランダム振動監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば蒸気タービン、ガスタービンあるいは軸流圧縮機などのような翼を有する回転機械は、動翼と静翼で構成される段落を軸方向で複数設けた構造とされるのが通常である。こうした回転機械では、動翼に振動が生じるのを避けられず、特に低負荷領域においては振動監視が求められる。
【０００３】
ランダム振動は、動翼に大きな損傷や破壊をもたらすおそれのあるような大きな振動応力を伴う振動で、例えば一般的な発電プラントで用いられている蒸気タービンでは、負荷変化が大きいためランダム振動に対する対策が特に必要である。
【０００４】
発電業界では、原子力発電プラントをベースロード運転とし、負荷側の電力需要に応じた供給調整は火力発電プラントで行うという体制が一般的に採られている。このような場合、火力発電プラントの蒸気タービンには、負荷追従運転のために広い負荷範囲が求められることから、大きな負荷変動が避けられず、ランダム振動域に入るおそれのあるような負荷での運転の可能性が少なからずあり、しかも火力発電プラント向け蒸気タービンでは、車室数を減らして長翼化させる傾向により、こうしたランダム振動問題がさらに助長される可能性がある。
【０００５】
また原子力発電プラントについても、原子力発電の割合が増加して電力供給調整を火力発電プラントだけに頼ることが困難となった場合、広い範囲での出力調整が求められるようになる可能性がある。この場合、原子力発電プラントの蒸気タービンは、火力発電プラントの蒸気タービンより出力が大きく体積流量が大きいのが一般的で、大容量機ほど低圧タービン後方段が長翼化してランダム振動を生じ易くなる傾向にあり、負荷追従運転により、ランダム振動域に入るおそれのある負荷で蒸気タービンを運転する可能性が高くなる。
【０００６】
さらに発電プラントでは、試運転期間中に通常運転時よりも幅の広い負荷範囲で調整運転を行うことが少なからずあり、その場合にもランダム振動域に入るおそれのあるような負荷で蒸気タービンが運転される可能性がある。
【０００７】
こうしたことから発電プラントにおける蒸気タービンでは動翼のランダム振動についての監視、つまりランダム振動の発生を事前に判定できるようにし、ランダム振動が発生するような状態になったら、蒸気タービンの運転制限に関する警報を発してランダム振動の発生を回避できるように、翼ランダム振動監視を任意の段落における動翼を監視対象として行なえるようにするのが重要となる。
【０００８】
翼ランダム振動監視は、原理的には動翼における実際の振動応力をランダム振動域入りについての指標として行うことが可能で、そのようにすることで最も精度の高い監視を行うことができる。しかし、動翼が回転する要素であることから、動翼振動応力の直接計測を実機に適用することは実際的には困難である。そのため翼ランダム振動監視を実用的に行えるようにするには、振動応力以外をランダム振動域入りについての指標とする必要がある。
【０００９】
そうした翼ランダム振動監視としては、例えば特許文献１〜特許文献３に開示の各技術が知られている。これら従来技術では、監視対象とする段落における動翼の近傍における変動圧力（時間的に大きさが変化する圧力）を計測し、その変動圧力計測値に基づいてランダム振動発生の事前判定を行えるようにし（特許文献１や特許文献２）、また軸流マッハ数と排気圧力を用いてランダム振動発生の事前判定を行えるようにしている（特許文献３）。
【００１０】
【特許文献１】特開昭６２−１８２４０２号公報
【特許文献２】特開２００４−２１１７０４号公報
【特許文献３】特開昭６２−８２２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のような翼ランダム振動監視には、例えば特許文献３にも説明されているように、ランダム振動の発生ありと判定された場合に必要となる運転制限に関する問題が伴う。すなわち運転制限をできるだけ少なくするように運転制限の最適化を図り、しかもランダム振動の発生を確実に回避できるようにしなければならないという問題である。こうした運転制限問題は、上述のようにランダム振動域に入る可能性のあるような低負荷運転の機会が増える傾向にある電力プラントにおける蒸気タービンではますます重要になってきているが、これについて従来の技術は必ずしも十分な解決を与えているとはいえない。
【００１２】
例えば特許文献３の場合、軸流マッハ数と排気圧力を用いてランダム振動発生の事前判定を行うようにすることで、運転制限領域を狭めることができるようにしている。しかし軸流マッハ数や排気圧力は動翼の振動に相関するとしても、振動応力との高い相関性に基づく指標を用いていないので、その精度は必ずしも高くないし、また安定的なものでなく、運転制限警報の発報に関する制限値がある程度大まかになるのを避けられず、それに応じて不要な運転制限がなされる可能性が大きくなる。
【００１３】
また変動圧力を指標とする特許文献１や特許文献２の技術にも同様のことがいえる。すなわち変動圧力に基づいてランダム振動の発生を事前に判定する手法で運転制限の最適化とランダム振動の確実回避を達成するには、変動圧力について設定する制限値と実際に動翼に損傷や破壊をもたらす振動応力の制限値との対応に直接的な言及がみられないなど、特許文献１や特許文献２の技術は必ずしも十分とはいえない。
【００１４】
本発明は以上のような事情を背景になされたものであり、その課題は、蒸気タービンなどのような回転機械について、動翼のランダム振動の確実な回避を可能としつつ、運転制限の最適化を図ることのできる翼ランダム振動監視システムの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願発明の発明者等は、動翼における振動応力と動翼近傍における変動圧力の相関性に着目し、タービンモデルによる試験と解析を様々な角度から行ってきた。その結果得られた知見によると、環帯速度（環帯流速とも呼ばれる）を介した振動応力と変動圧力の間に相関性があることである。具体的には以下の通りである。
【００１６】
変動圧力としては、特定の部位における変動圧力である監視位置変動圧力を用いる。具体的には、監視対象動翼に隣接する上流側又は下流側におけるダイアフラム（外部ダイアフラム）と静翼で囲まれた流路での変動圧力を監視位置変動圧力として用いる。そしてその監視位置変動圧力について、環帯速度を一方の軸（通常は横軸）とし、変動圧力を他方の軸（通常は縦軸）とする環帯速度-変動圧力座標系上で監視位置変動圧力を監視対象動翼段落の出口における環帯速度である監視位置環帯速度に対応させてプロットすることにより環帯速度-変動圧力特性曲線を求める。その一方で、環帯速度を一方の軸とし振動応力を他方の軸とする環帯速度-振動応力座標系上で監視対象動翼の振動応力を監視位置環帯速度に対応させてプロットすることにより環帯速度-振動応力特性曲線を求める。
【００１７】
これらの環帯速度-変動圧力特性曲線と環帯速度-振動応力特性曲線にはきわめて高い正の相関性がある。そのため監視対象の動翼に関する環帯速度-振動応力特性曲線と当該動翼における振動応力制限値（これは材料強度などに基づいた動翼の疲労限度などとして決定される）の環帯速度-振動応力座標系上での交点を求めるとともに、その交点に対応する環帯速度を環帯速度-振動応力座標系上で求め、そしてその環帯速度に対応する変動圧力を環帯速度-変動圧力座標系上で求める。すると、その変動圧力は、監視位置変動圧力をランダム振動域入りについての指標としてランダム振動発生の事前判定を行うについての制限値としてきわめて精度の高いものとなり、運転制限を最小限として運転制限の最適化を図りつつ、ランダム振動の確実回避を可能とする運転制限値になる。
【００１８】
本発明では以上のような知見に基づいて上記課題を解決する。したがって本発明は、動翼と静翼で構成される段落が軸方向で複数設けられた回転機械について、前記動翼に生じる可能性のあるランダム振動を任意の前記段落における前記動翼を対象として監視するための翼ランダム振動監視システムにおいて、監視対象動翼に隣接する上流側又は下流側におけるダイアフラムと静翼で囲まれた流路での変動圧力である監視位置変動圧力を当該監視位置変動圧力に関して予め設定してある運転制限値に基づいて判定し、前記監視位置変動圧力が前記運転制限値を超えた場合に警報を発するようにされており、前記運転制限値は、環帯速度を一方の軸とし振動応力を他方の軸とする環帯速度-振動応力座標系上で、前記監視対象動翼の振動応力を監視対象動翼段落の出口における環帯速度である監視位置環帯速度に対応させてプロットして得られる環帯速度-振動応力特性曲線、及び環帯速度を一方の軸とし、変動圧力を他方の軸とする環帯速度-変動圧力座標系上で、前記監視位置変動圧力を前記監視位置環帯速度に対応させてプロットして得られる環帯速度-変動圧力特性曲線に基づいて求めるものとし、そして前記監視対象動翼に関する前記環帯速度-振動応力特性曲線と振動応力制限値の前記環帯速度-振動応力座標系上での交点を求めるとともに、その交点に対応する環帯速度を前記環帯速度-振動応力座標系上で求め、さらにその環帯速度に対応する変動圧力を前記環帯速度-変動圧力座標系上で求め、その変動圧力を前記運転制限値とするようにされていることを特徴としている。
【００１９】
以上のような翼ランダム振動監視システムにおける監視位置環帯速度は監視対象動翼段落の出口の体積流量、つまり監視位置体積流量で置き換えることができる。したがって本発明は、動翼と静翼で構成される段落が軸方向で複数設けられた回転機械について、前記動翼に生じる可能性のあるランダム振動を任意の前記段落における前記動翼を対象として監視するための翼ランダム振動監視システムにおいて、監視対象動翼に隣接する上流側又は下流側におけるダイアフラムと静翼で囲まれた流路での変動圧力である監視位置変動圧力を当該監視位置変動圧力に関して予め設定してある運転制限値に基づいて判定し、前記監視位置変動圧力が前記運転制限値を超えた場合に警報を発するようにされており、前記運転制限値は、体積流量を一方の軸とし振動応力を他方の軸とする体積流量-振動応力座標系上で、前記監視対象動翼の振動応力を監視対象動翼段落の出口における体積流量である監視位置体積流量に対応させてプロットして得られる体積流量-振動応力特性曲線、及び体積流量を一方の軸とし、変動圧力を他方の軸とする体積流量-変動圧力座標系上で、前記監視位置変動圧力を前記監視位置体積流量に対応させてプロットして得られる体積流量-変動圧力特性曲線に基づいて求めるものとし、そして前記監視対象動翼に関する前記体積流量-振動応力特性曲線と振動応力制限値の前記体積流量-振動応力座標系上での交点を求めるとともに、その交点に対応する体積流量を前記体積流量-振動応力座標系上で求め、さらにその体積流量に対応する変動圧力を前記体積流量-変動圧力座標系上で求め、その変動圧力を前記運転制限値とするようにされていることを特徴としている。
【００２０】
また本発明では、上記のような翼ランダム振動監視システムについて、前記ダイアフラム壁面又は静翼の翼面に設けた圧力センサを介して前記監視位置変動圧力の計測をなすようにするのを好ましい形態としている。
【発明の効果】
【００２１】
以上のような本発明によれば、蒸気タービンなどのような回転機械について、動翼のランダム振動の確実な回避をなしつつ、運転制限の最適化を図ることのできるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明による翼ランダム振動監視システムは、一例として、図１に示すような原子力発電プラントに適用される。図１の原子力発電プラントは沸騰水型の典型的な例で、原子炉圧力容器１の炉心２における核分裂反応で発生する熱を用いて水を沸騰させることで高温高圧の蒸気を発生させる。発生させた蒸気は、主蒸気配管３を流下して高圧タービン４に流入する。高圧タービン４で仕事をした蒸気は、図示を省略の湿分分離過熱器を通って低圧タービン５に流入する。低圧タービン５はロータ６を介して発電機７に回転動力を伝え、それにより発電機７が回転駆動して発電がなされる。低圧タービン５で仕事をした蒸気は、低圧タービン出口から復水器８へ導かれ、そこで凝縮されて復水となる。そして復水器８で生成された復水は、復水ポンプ９で昇圧されて、図示しない給水加熱器および給水ポンプなどを経て、原子炉圧力容器１に戻される。
【００２３】
以上のような原子力発電プラントにあって、本発明による翼ランダム振動監視システムは、例えば低圧タービン５に適用される。図２に、低圧タービン５に適用した場合の第１の実施形態による翼ランダム振動監視システム１１の構成を低圧タービン５に対する関係とともに模式化して示す。翼ランダム振動監視システム１１は、上記のように低圧タービン５に適用される。したがって翼ランダム振動監視システム１１は、翼ランダム振動の監視対象とする回転機械が蒸気タービンの場合の例となる。
【００２４】
低圧タービン５は、複流型であり、対称的な左右の各タービン部５Ｌ、５Ｒを有している。各タービン部５Ｌ、５Ｒは、ダイアフラムに固定的に支持されて静止状態にある静翼１２とロータ６に植え込まれて回転可能な状態にある動翼１３で構成される段落を複数、図の例では下流側から上流側に向かってＬ-０段、Ｌ-１段、Ｌ-２段、Ｌ-３段として４段、設けて構成され、高圧タービン４からの蒸気１４が左右に分流してそれぞれに流入するようにされている。なお、このような複流型の場合、翼ランダム振動監視は各タービン部５Ｌ、５Ｒについてなされることになるが、図２では翼ランダム振動監視システム１１の構成を左側タービン部５Ｌに関する部分だけを示し、右側タービン部５Ｒについては同一の構成であるとして図示を省略してある。なお、以下ではＬ-０段、Ｌ-１段、Ｌ-２段、Ｌ-３段それぞれにおける段落番号０〜３に対応させてｉ＝０〜３を各段落に関するデータなどの区別に用いるものとする。
【００２５】
翼ランダム振動監視システム１１は、動翼１３に生じる可能性のあるランダム振動を任意の段落について監視するのに機能し、そのために圧力計測装置１５と警報装置１６を備えている。
【００２６】
圧力計測装置１５は、ランダム振動監視でランダム振動域についての指標とする監視位置変動圧力、つまり監視対象の動翼（図の例では翼長の長いＬ-０段、Ｌ-１段、Ｌ-２段それぞれにおける動翼が監視対象とされている）に隣接する上流側又は下流側におけるダイアフラムと静翼で囲まれた蒸気流路（流体流路）での変動圧力を計測する。圧力計測装置１５による監視位置変動圧力の計測は、監視位置変動圧力を検出できるようにして低圧タービン５に設けられる圧力センサ１７により電圧信号として得られる圧力検出信号Ｖｉを変換して実測圧力値Ｐｉを求めることでなされる。したがって圧力計測装置１５からは、監視対象の動翼に対応する各段落について、監視位置変動圧力に関する実測圧力値Ｐｉが時刻歴波形として出力される。図３に、実測圧力値Ｐｉの時刻歴波形の一例を示す。この時刻歴波形は試験的に生じさせたランダム振動状態時のものである。
【００２７】
図４と図５に圧力センサ１７の設置構造の例を示す。ここで、内周および外周という用語は、蒸気流路でみた場合の内周および外周を指す。図４は、静翼１２を固定的に支持する要素であるダイアフラム１８を内周側から外周壁面をみた状態を模式化して示しており、図５は、Ｌ-０、Ｌ-１、Ｌ-２の各段落について子午面で断面した状態を模式化して示している。図４と図５の例では、監視対象の動翼（例えばＬ-０段の動翼１３）の直近の静翼（例えばＬ-０段の静翼１２）を支持しているダイアフラム１８の外周壁面および下流側排気部の外周壁面にそれぞれ圧力センサ１７を設けており、これにより監視対象の動翼に隣接する上流側または下流側におけるダイアフラムと静翼で囲まれた蒸気流路での変動圧力を監視位置変動圧力として計測できるようにしている。なお監視対象がＬ-０段の場合は、Ｌ-０段動翼下流側にダイアフラムおよび静翼は通常存在しないので、ダイアフラムと静翼で囲まれた蒸気流路という表現は、Ｌ-０段排気部の内・外周壁面で囲まれた蒸気通路に置き換えることができる。ここで、圧力センサ１７には、半導体型圧力センサなど、例えば共振周波数が数１０ｋ〜数１００ｋＨｚといったように周波数応答範囲が広いものを用いるのが望ましい。
【００２８】
警報装置１６は、監視対象の動翼がランダム振動域に入るのを判定し、ランダム振動域に入ると判定されたら運転制限についての警報を発する。動翼のランダム振動域入りの判定は、実測圧力値Ｐｉの変動成分として得られる監視位置変動圧力を指標として行う。ここで、変動成分として実測圧力値Ｐｉの標準偏差を用いるのが好ましく、本実施形態でもそのようにしている。そのために警報装置１６は、標準偏差演算部２１、制限値データベース２２、及び警報部２３を備えている。
【００２９】
標準偏差演算部２１は、圧力計測装置１５から提供される実測圧力値Ｐｉについて、適宜なサンプリング間隔での標準偏差σｐｉ（実測変動圧力標準偏差σｐｉ）を求める。
【００３０】
制限値データベース２２は、ランダム振動域についての指標とする監視位置変動圧力に関して後述するようにして求められる運転制限値σｐｉ＿threを監視対象の動翼に対応する段落ごとに格納するのに用いられる。
【００３１】
警報部２３は、判定部２４を備えており、標準偏差演算部２１から提供される実測変動圧力標準偏差σｐｉと制限値データベース２２から取り込む運転制限値σｐｉ＿threについてσｐｉ≧σｐｉ＿threを判定し、その判定の結果が肯定的になった場合に警報を発する。
【００３２】
以下では運転制限値σｐｉ＿threの求め方について説明する。運転制限値σｐｉ＿threは、図６の（ａ）に示すような環帯速度-振動応力特性曲線Ｃｖｉと図６の（ｂ）に示すような環帯速度-変動圧力特性曲線Ｃｐｉを用いて求める。ここで、環帯速度-振動応力特性曲線Ｃｖｉは、環帯速度を横軸とし振動応力を縦軸とする環帯速度-振動応力座標系上で得られる曲線であり、監視対象動翼の振動応力を監視位置環帯速度、つまり監視対象動翼段落の出口における環帯速度に対応させてプロットすることで得られる。一方、環帯速度-変動圧力特性曲線Ｃｐｉは、環帯速度を横軸とし変動圧力、具体的には変動圧力の標準偏差を縦軸とする環帯速度-変動圧力座標系上で得られる曲線であり、監視位置変動圧力を監視位置環帯速度に対応させてプロットして得られる。
【００３３】
これら環帯速度-振動応力特性曲線Ｃｖｉと環帯速度-変動圧力特性曲線Ｃｐｉには、図６にみられるように、きわめて高い正の相関性がある。こうした相関性を利用して運転制限値σｐｉ＿threを求める。具体的には、まず材料強度などに基づいた動翼の疲労限度など(適宜安全率を考慮したもの)として監視対象の動翼の振動応力制限値Ｓｉ＿threを求め、この振動応力制限値Ｓｉ＿threと監視対象の動翼に関する環帯速度-振動応力特性曲線Ｃｖｉの交点Ｔａを環帯速度-振動応力座標系上で求める。なお、振動応力制限値Ｓｉ＿threの環帯速度-振動応力特性曲線Ｃｖｉに対する交点は２つあるが、環帯速度の大きい側の交点を交点Ｔａとする。それから交点Ｔａに対応する環帯速度Ｕｉ＿threを環帯速度-変動圧力座標系上で求め、そしてその環帯速度Ｕｉ＿threに対応する変動圧力、つまり環帯速度Ｕｉ＿threと環帯速度-変動圧力特性曲線Ｃｐｉの交点Ｔｂに対応する変動圧力（変動圧力の標準偏差）として変動圧力制限値σｐｉ＿threを求め、これを運転制限値σｐｉ＿threとし、運転制限値σｐｉ＿threより変動圧力の大きい範囲（図におけるハッチング部分）を運転制限について警報を発する範囲とする。
【００３４】
以上のように求められる運転制限値σｐｉ＿threは、監視位置変動圧力をランダム振動域入りについての指標として動翼のランダム振動発生の事前判定を行って運転制限警報を発するについての制限値としてきわめて精度の高いものとなる。つまり運転制限値σｐｉ＿threは、運転制限を最小限として運転制限の最適化を図りつつ、ランダム振動を確実に回避することを可能とする運転制限値になるということである。
【００３５】
ここで、環帯速度-振動応力特性曲線Ｃｖｉと環帯速度-変動圧力特性曲線Ｃｐｉは、翼ランダム振動について監視対象とする蒸気タービンと同様な構成のモデル蒸気タービンについて実機運転条件に基づいた試験を行うことで求めることになる。またその試験では、監視対象動翼に対応する段落（段落番号ｉ＝０〜ｎ）ごとに環帯速度-振動応力特性曲線Ｃｖｉと環帯速度-変動圧力特性曲線Ｃｐｉ求め、それらから得られる監視対象動翼ごとの運転制限値σｐｉ＿threを制限値データベース２２に格納して用いる。
【００３６】
以上のような翼ランダム振動監視システム１１における監視位置環帯速度は、監視対象の動翼に対応する段落における段落出口の体積流量で置き換えることができる。そのようにする場合には、監視対象の動翼に対応する段落における段落出口の体積流量である監視位置体積流量を監視位置環帯速度に代えて用い、また環帯速度-振動応力特性曲線に代えて体積流量-振動応力特性曲線を用い、環帯速度-変動圧力特性曲線に代えて体積流量-変動圧力特性曲線を用いることになる。
【００３７】
図７に、第２の実施形態による翼ランダム振動監視システム３１の構成を低圧タービン５に対する関係とともに模式化して示す。本実施形態の翼ランダム振動監視システム３１は、基本的には図２の翼ランダム振動監視システム１１と同様で、トレンド作成装置３２を備えている点に特徴がある。したがって以下では翼ランダム振動監視システム３１に特徴的な構成について主に説明し、翼ランダム振動監視システム１１と共通する構成については上での説明を援用するものとする。なお、図７では警報装置１６を簡略化して示してあるが、その詳細構成は上で説明したのと同様である。
【００３８】
トレンド作成装置３２は、環帯速度算出部３３、特性曲線データベース３４、及びトレンド作成部３５を備えている。環帯速度算出部３３は、監視中の低圧タービン５における監視対象の動翼に対応する段落のそれぞれについて実際の環帯速度を算出する。環帯速度算出部３３による環帯速度算出処理は、一例として、図８に示す流れにしたがってなされる。すなわち低圧タービン５に接続する発電機の出力、低圧タービン５における各段落の入口・出口や抽気段落の圧力及び温度などの実測データを取得し、それから熱・流量バランス計算により各監視対象段落の段落質量流量や抽気段落抽気量などを求める。そして監視対象段落の段落質量流量、実測圧力値Ｐｉ（これは適宜なサンプリング間隔での平均値として用いる）、比体積、及び環状流路面積などから環帯速度を算出する。
【００３９】
環帯速度算出については、以上の方法の他に、必要な個所に直接的にセンサ類を設置してデータを取得する方法を用いることもできる。ただ、熱・流量バランス計算を利用する上記の方法は、低圧タービン５への各種センサ類の配設に伴うタービンケーシングの加工などを必要とせず、それだけ簡便であり、しかも適度な精度を確保できるという点で優れている。
【００４０】
特性曲線データベース３４は、上述のようにして得られる環帯速度-変動圧力特性曲線を低圧タービン５における監視対象の動翼に対応する段落ごとに格納するのに用いられる。
【００４１】
トレンド作成部３５は、環帯速度-変動圧力特性曲線上での実測圧力値トレンドを作成する。具体的には、図９に示すように、特性曲線データベース３４から得られる環帯速度-変動圧力特性曲線Ｃｐｉ上に実測圧力値Ｐｉの標準偏差σｐｉを環帯速度算出部３３から得られる実環帯速度とともにプロットすることで実測圧力値トレンドを作成する。この場合、プロットの時間間隔は、サンプリング間隔に依存することになるが、そのサンプリング間隔の設定として任意に設定することができる。
【００４２】
トレンド作成装置３２が作成した実測圧力値トレンドは、例えばモニタ装置などに表示される。したがって翼ランダム振動監視システム３１では、環帯速度-変動圧力特性曲線上で実測圧力値のトレンドを監視しながら低圧タービン５の運転を行うことが可能となる。
【００４３】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、これらは代表的な例に過ぎず、本発明はその趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。例えば上記実施形態では、圧力センサをダイアフラムの外周壁面に設けるようにしていたが、このようにする必要は必ずしもない。要は、監視位置変動圧力、つまり監視対象動翼に隣接する上流側又は下流側におけるダイアフラムと静翼で囲まれた流路での変動圧力を適切に検出できるように圧力センサを設置すればよく、例えば監視対象の動翼に隣接する静翼の翼面上、あるいはその静翼の近傍の流路側壁面などに設けるようにしてもよい。また圧力センサについては、監視対象の段落ごとに複数設けるようにしてもよく、そのようにする場合には、圧力センサの設置位置ごとに環帯速度-変動圧力特性曲線と環帯速度-振動応力特性曲線を求め、それにより得られる圧力センサの設置位置ごとの変動圧力制限値を運転制限値として用いるようにすることもできる。
【００４４】
また上記実施形態では、Ｌ-０段からＬ-２段までを監視対象としていたが、今後さらに長翼化が進むと、さらに上流側でもランダム振動が問題になる可能性もある。そのように場合は、Ｌ-２段より上流側の段落も対象とすることになる。
【００４５】
また上記実施形態では、蒸気タービンを対象としていたが、動翼にランダム振動が発生する可能性のある回転機械であれば、その種類を問わずに本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による翼ランダム振動監視システムが適用される原子力発電プラントの構成を模式化して示す図である。
【図２】第１の実施形態による翼ランダム振動監視システムの構成を示す図である。
【図３】実測圧力値の時刻歴波形の一例を示す図である。
【図４】圧力センサが設置されたダイアフラムを内周側から外周壁面をみた状態を模式化して示す図である。
【図５】一部の段落を断面した状態で模式化して示す図である。
【図６】環帯速度-振動応力特性曲線と環帯速度-変動圧力特性曲線の相関性を示す図である。
【図７】第２の実施形態による翼ランダム振動監視システムの構成を示す図である。
【図８】環帯速度算出処理の流れを示す図である。
【図９】実測圧力値トレンドの作成について説明する図である。
【符号の説明】
【００４７】
５    低圧タービン（回転機械）
１１、３１    翼ランダム振動監視システム
１２    静翼
１３    動翼
１７    圧力センサ
１８    ダイアフラム
Ｃｖｉ    環帯速度-振動応力特性曲線
Ｃｐｉ    環帯速度-変動圧力特性曲線
Ｌ-０〜Ｌ-３    段落
Ｔａ    交点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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