(57)【要約】【課題】動翼列群の振動を容易かつ低コストで監視する。【解決手段】軸線回りに回転する回転軸の外周に軸線方向に間隔をあけて設けられた複数の動翼列からなる動翼列群を有するロータ、回転軸を軸線回りに回転可能に支持する軸受、該軸受を支持する軸受台、及び、ロータを囲うステータを有する蒸気タービンの翼振動監視装置３０であって、蒸気タービンの外面に一端が接続された基部４２、及び、該基部４２の他端にそれぞれ接続された互いに固有振動数の異なる複数の振動体４５を有する共振部４１と、基部４２に設けられた加速度センサ４８と、を有する振動検出部を備える。【選択図】図２
2018145866.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転する回転軸の外周に前記軸線方向に間隔をあけて設けられた複数の動翼列からなる動翼列群を有するロータ、前記回転軸を前記軸線回りに回転可能に支持する軸受、該軸受を支持する軸受台、及び、前記ロータを囲うステータを有する回転機械の翼振動監視装置であって、
前記回転機械の外面に一端が接続された基部、及び、該基部の他端にそれぞれ接続された互いに固有振動数の異なる複数の振動体を有する共振部と、
前記基部に設けられた振動検出素子と、
を有する振動検出部を備える回転機械の翼振動監視装置。
【請求項２】
各前記振動体の固有振動数は、基準回転数における前記動翼列群の複数の振動モードの固有振動数にそれぞれ対応しており、対応する前記振動モードの固有振動数から所定の値だけ異なっている請求項１に記載の翼振動監視装置。
【請求項３】
各前記振動体の固有振動数は、対応する前記振動モードの固有振動数から所定の値だけ低い請求項２に記載の翼振動監視装置。
【請求項４】
前記基準回転数は、前記回転機械の定格回転数である請求項２又は３に記載の翼振動監視装置。
【請求項５】
前記振動体は、可撓性を有するとともに、一端が前記基部に固定された固定端とされ他端が自由端とされた片持ち梁である請求項１から４のいずれか一項に記載の翼振動監視装置。
【請求項６】
前記回転機械の外面は、前記軸受台の外面である請求項１から５のいずれか一項に記載の翼振動監視装置。
【請求項７】
前記振動検出素子は、前記振動体の振動に応じて電荷信号を出力する加速度センサであって、
前記加速度センサから入力された前記電荷信号を電圧信号に変換して出力するチャージアンプと、
前記チャージアンプから入力される前記電圧信号が予め定めた閾値を超えたか否かを判定する判定部、及び、該判定部の判定結果に基づいて警報を出力する警報部を有する翼振動監視装置本体と、
をさらに備える請求項１から６のいずれか一項に記載の翼振動監視装置。
【請求項８】
前記振動検出素子は、前記振動体の振動に応じて発電して電気信号を出力する振動発電素子であって、
前記振動発電素子から入力される前記電気信号を電力として警報を発する警報装置をさらに備える請求項１から６のいずれか一項に記載の翼振動監視装置。
【請求項９】
前記回転機械と、
請求項１から８のいずれか一項に記載の翼振動監視装置と、
を備える回転機械システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、翼振動監視装置及び回転機械システムに関する。
【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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７７０５９号公報
【特許文献２】特開昭５３−２８８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
さらに、動翼列群は複数の振動モードを有するため、各振動モードについて異常を監視できることが好ましい。しかしながら、複数の振動モードに対応して複数のセンサを用いればコストが増大してしまう。
【０００８】
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、動翼列群の振動を容易かつ低コストで監視することができる翼振動監視装置及び回転機械システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
即ち、本発明の第一態様に係る翼振動監視装置は、軸線回りに回転する回転軸の外周に前記軸線方向に間隔をあけて設けられた複数の動翼列からなる動翼列群を有するロータ、前記回転軸を前記軸線回りに回転可能に支持する軸受、該軸受を支持する軸受台、及び、前記ロータを囲うステータを有する回転機械の翼振動監視装置であって、前記回転機械の外面に一端が接続された基部、及び、該基部の他端にそれぞれ接続された互いに固有振動数の異なる複数の振動体を有する共振部と、前記基部に設けられた振動検出素子と、を有する振動検出部を備える。
【００１０】
回転機械の外面では、動翼列群に起因する振動は伝達されにくく、振動レベルは小さい。本態様では、当該振動レベルが小さい場合であっても、共振部における各振動体の固有振動数の振動であれば、容易に検出することができる。即ち、いずれかの振動体が共振した際には、当該振動体の一端が接続されている基部も振動することになる。そして、当該基部の振動を単一の振動検出素子によって検出することで、間接的に動翼列群の振動を監視することができる。
また、各振動体は互いに異なる固有振動数を有しているため、動翼列群の複数の振動モードの振動を検出することができる。一方で振動検出素子が各振動体に設けられているのではなく、これら振動体が接続された基部に設けられているため、単一の振動検出素子で複数の振動モードに対応することができる。よって、コストの増大を抑えることができる。
【００１１】
上記翼振動監視装置では、各前記振動体の固有振動数は、基準回転数における前記動翼列群の複数の振動モードの固有振動数にそれぞれ対応しており、対応する前記振動モードの固有振動数から所定の値だけ異なっていることが好ましい。
【００１２】
動翼に異常が生じれば、動翼列群全体の複数の振動モードのうち少なくともいずれかの固有振動数が変化する。本態様では、動翼列群の特定の振動モードの固有振動数が通常時から所定の値だけ変化した際には、当該振動モードに対応する振動体が共振作用によって大きく振動することになる。基部を介して当該振動を検出することで、間接的に動翼列群の異常振動を検出することができる。なお、各振動体の固有振動数は、異常時における動翼列群の各モードの固有振動数に一致していることが好ましい。
【００１３】
上記翼振動監視装置では、各前記振動体の固有振動数は、対応する前記振動モードの固有振動数から所定の値だけ低くてもよい。
【００１４】
動翼に異常が生じた場合には、通常、動翼列群全体としての固有振動数は低下する。そのため、動翼列群の各振動モードに対応する振動体の固有振動数を、当該振動モードの固有振動数よりも小さく設定しておくことで、動翼の異常を精度高く検出することができる。
【００１５】
上記翼振動監視装置では、前記基準回転数は、前記回転機械の定格回転数であることが好ましい。
【００１６】
これにより回転機械が定格回転数で運転している際の動翼の異常を容易に検出することができる。
【００１７】
上記翼振動監視装置では、前記振動体は、可撓性を有するとともに、一端が前記基部に固定された固定端とされ他端が自由端とされた片持ち梁であることが好ましい。
【００１８】
これにより、各振動体が振られ易くなるため、動翼列群の振動を容易に検出することができる。
【００１９】
上記翼振動監視装置では、前記回転機械の外面は、前記軸受台の外面であることが好ましい。
【００２０】
回転機械の外面の中でも、軸受台の外面は動翼列群の振動が比較的伝達され易い。そのため、軸受台に伝達される振動を共振部の振動体で増幅することで、より精度高く動翼列群の振動を検出することができる。
【００２１】
上記翼振動監視装置では、前記振動検出素子は、前記振動体の振動に応じて電荷信号を出力する加速度センサであって、前記加速度センサから入力された前記電荷信号を電圧信号に変換して出力するチャージアンプと、前記チャージアンプから入力される前記電圧信号が予め定めた閾値を超えたか否かを判定する判定部、及び、該判定部の判定結果に基づいて警報を出力する警報部を有する翼振動監視装置本体と、をさらに備えていてもよい。
【００２２】
チャージアンプを介して出力される電圧信号にもとづいて判定部が閾値を超えたか否かを判定することで、動翼に異常が生じたか否かを検知できる。そして、閾値を超えた場合には警報が出力されるため、管理者が翼の異常を容易に把握することができる。
【００２３】
上記翼振動監視装置では、前記振動検出素子は、前記振動体の振動に応じて発電することで電気信号を出力する振動発電素子であって、前記振動発電素子から入力される電気信号を電力として警報を発する警報装置をさらに備えていてもよい。
【００２４】
この場合、チャージアンプが不要になるため、当該チャージアンプに常時通電しておく必要はない。また、振動発電素子からの電気信号を電力として警報が発されるため、最低限の給電状態で動翼の異常を監視することができる。
【００２５】
本発明の第二態様に係る回転機械システムは、前記回転機械と、上記いずれかの翼振動監視装置と、を備える。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の翼振動監視装置及び回転機械システムによれば、動翼列群の振動を容易かつ低コストで監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第一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。
【図２】第一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）の翼振動監視装置の模式的な平面図である。
【図３】第一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）の軸受台付近の斜視図である。
【図４】第一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）のキャンベル線図である。
【図５】第一実施形態に翼振動監視装置における翼振動監視装置本体のハードウェア構成を示す図である。
【図６】第一実施形態に係る翼振動監視装置における翼振動監視装置本体の機能ブロック図である。
【図７】第二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）の翼振動監視装置の模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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）及び翼振動監視装置３０を備える。
【００２９】
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を備えている。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。上面１６の側方には、該上面１６に接続されるとともに下方に延びる側面１７が形成されている。また、上面１６及び側面１７の軸線Ｏ方向両側には、軸線Ｏ方向を向く一対の端面１８が形成されている。
【００３４】
ステータ２０は、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
次に翼振動監視装置３０について説明する。
翼振動監視装置３０は、図２に示すように、振動検出部４０、チャージアンプ５０及び翼振動監視装置本体６０を備えている。
振動検出部４０は、蒸気タービン２の動翼列群５の振動を検出する。振動検出部４０は、図２及び図３に示すように、共振部４１と一つの加速度センサとを有している。
共振部４１は、金属や樹脂等の可撓性をなす材料から形成されており、水平方向に延在する板状をなしている。共振部４１は、基部４２と複数（本実施形態では３つ）の振動体４５を有している。
【００３８】
基部４２は、蒸気タービン２の外面に固定されている。本実施形態では、基部４２は蒸気タービン２の外面として軸受台１５の外面に固定されている。基部４２の一端は軸受台１５における上面１６と側面１７との稜線に固定されている。基部４２は、該一端から蒸気タービン２の側方に向かって突出している
【００３９】
基部４２における軸受台１５側の部分は、該基部４２の突出方向に直交する幅方向（基部４２の幅方向）の寸法が小さい根元部４３とされている。該基部４２における軸受台１５から離間した側の部分は、複数の振動体４５を接続するための接続部４４とされている。接続部４４は、根元部４３における軸受台１５から離間した側で、該基部４２の幅方向の両側に広がるように延びている。
基部４２は、根元部４３によって構成される一端が軸受台１５に固定された固定端とされ、接続部４４によって構成される他端が自由端とされている。そのため、基部４２は、一端を支点として他端が上下方向に揺動可能とされている。
【００４０】
複数の振動体４５は、基部４２の他端をなす接続部４４からさらに蒸気タービンの側方に向かって延びている。即ち、振動体４５の一端は接続部４４に一体に接続されている。また、振動体４５の他端は、他の構造物に固定されていない。したがって、振動体４５の一端は固定端とされ、他端は自由端とされている。即ち、振動体４５は一端を基端とした片持ち梁とされている。そのため振動体４５は、一端を支点として他端が上下方向に揺動可能とされている。これら振動体４５は、軸線Ｏ方向に互いに間隔をあけて、即ち、基部４２の幅方向に互いに間隔をあけて複数が配列されている。いずれかの振動体４５が振動すれば、これに伴って基部４２も振動することになる。
【００４１】
上記複数の振動体４５は、例えば一次モードの固有振動数が互いに異なる値に設定されている。本実施形態の振動体４５は、軸線Ｏ方向の寸法（振動体４５の延在方向に直交する水平方向の寸法、即ち、振動体４５の幅方向の寸法）は互いに同一とされており、延在方向の寸法が互いに異なる。これにより、各振動体４５は、互いに異なる固有振動数に設定されている。振動体４５は、延在方向の寸法が大きい程、固有振動数が小さい。振動体４５は、軸線Ｏ方向一方側（図２の右側）に位置するもの程、延在方向の寸法が大きい。
なお、これら振動体４５が接続された軸受台１５は剛性が高いため、各振動体４５の振動を互いに伝達することはない。
【００４２】
本実施形態では、各振動体４５の固有振動数は、図４に示す蒸気タービン２の動翼列群５のキャンベル線図に基づいて定められている。図４の横軸は蒸気タービン２の回転数（ｒｐｍ）、縦軸は振動数（Ｈｚ）を示している。また、斜軸は回転次数を示しており、傾きの大きい斜軸ほど回転次数が大きい。
【００４３】
図４における横軸方向に延びる実線のラインは、いずれの動翼７にも異常・損傷が発生していない正常時における動翼列群５の固有振動数を示す。また、複数の実線のラインは、動翼列群５におけるそれぞれ互いに異なる振動モードの固有振動数を示している。ここでは例えば最も下の実線のラインが正常時における動翼列群５の一次モードの固有振動数、中央の実線ラインが正常時における動翼列群５の二次モードの固有振動数、最も上の実線のラインが正常時における動翼列群５の三次モードの固有振動数を示している。これら動翼列群５の固有振動数は、回転数に応じて変化する。これら動翼列群５の固有振動数は、回転数に応じて変化する。このような正常時における動翼列群５の各モードの固有振動数は、実機での運転時の測定や運転実績を踏まえた経験則、シミュレーション等によって予め把握される。
【００４４】
さらに、図４における横軸方向に延びる破線のラインは、いずれかの動翼７に異常・損傷が発生した異常時における動翼列群５の固有振動数を示す。例えば最も下の破線のラインが異常時における動翼列群５の一次モードの固有振動数、中央の破線のラインが異常時における動翼列群５の二次モードの固有振動数、最も上の破線のラインが異常時における動翼列群５の三次モードの固有振動数を示している。このような異常時における動翼列群５の各モードの固有振動数は、想定される異常・損傷を踏まえたシミュレーションや、これまでの実機での実績を踏まえた経験則によって予め把握されている。
【００４５】
動翼７に異常・損傷が起きた場合には、各動翼列６の剛性が低下する傾向があり、そのため動翼列群５全体としての固有振動数は低下する。そのため、一次モード、二次モード、三次モードのいずれであっても、正常時より異常時の方が固有振動数が小さくなる。その結果として、図４では、各振動モードで、正常時のラインよりも異常時のラインの方が下に位置しており、即ち、振動数が低下している。
【００４６】
ここで、蒸気タービン２が定格回転数（基準回転数）で運転している場合の正常時における動翼列群５の固有振動数をｆＡ（一次モード）、ｆＢ（二次モード）、ｆＣ（三次モード）とする。また、蒸気タービン２が定格回転数で運転している場合の異常時における動翼列群５の固有振動数をｆ１（一次モード）、ｆ２（二次モード）、ｆ３（三次モード）とする。固有振動数ｆ１、ｆ２、ｆ３は、対応する振動モードの固有振動数ｆＡ、ｆＢ、ｆＣよりも所定の値だけ小さな値とされている。
【００４７】
これを踏まえて、本実施形態では３つの振動体４５の固有振動数は、互いに異なる値であるｆ１、ｆ２、ｆ３（ｆ１＞ｆ２＞ｆ３）に設定されている。即ち、各振動体４５の固有振動数は、定格回転数における動翼列群５の複数の振動モードのいずれかの固有振動数に対応しており、該対応する振動モードの固有振動数を基準として定められている。より詳細には、各振動体４５の固有振動数は、動翼列群５における対応する振動モードの固有振動数から所定の値だけ低い値に設定されている。より詳細には、各振動体４５の固有振動数は、動翼列群５における対応する振動モードの固有振動数から所定の値だけ低く設定されている。即ち、各振動体４５の固有振動数は、異常時の動翼列群５の各振動モードの固有振動数の値に設定されている。
【００４８】
加速度センサ４８は、共振部４１における基部４２に一つが設けられている。加速度センサ４８は、基部４２における根元部４３の上面に設けられている。加速度センサ４８は、上下方向の振動を検出する。より詳細には、加速度センサ４８の感度軸は基部４２の上面に直交する方向に一致している。いずれかの振動体４５が固定端、即ち、基部４２における接続部４４との接続箇所を支点として上下に振動すると、当該振動が接続部４４を介して根元部４３に伝達される。これによって根元部４３が上下に振動すると加速度センサ４８によって当該振動が検出される。
【００４９】
加速度センサ４８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４８の出力となる。いずれかの振動体４５が振動すれば、当該振動体４５に設けられた加速度センサ４８によって当該振動が加速度として検出され、当該加速度に基づく電荷信号が出力される。
【００５０】
チャージアンプ５０は、加速度センサ４８に接続されており、当該加速度センサ４８の出力である電荷信号が入力される。チャージアンプ５０は外部電源に接続されている。チャージアンプ５０は外部電源から供給される電力に基づいて、加速度センサ４８から入力される電荷信号を電圧信号に変換して出力する。
【００５１】
翼振動監視装置本体６０は、図５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を備えるコンピュータである。信号受信モジュール６５は、チャージアンプ５０からの電圧信号を受信する。
【００５２】
図６に示すように、翼振動監視装置本体６０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７１、判定部７２、警報部７３の各構成を備える。
制御部７１は解析装置に備わる他の機能部を制御する。
判定部７２は、信号受信モジュール６５で受信した電圧信号が、予め定めた閾値を超えたか否かを判定する。判定部７２は、例えば電圧信号の値が予め定めた閾値を超えたか否かを判定してもよいし、電圧信号の一定期間の平均値が予め定めた閾値を超えたか否かを判定してもよい。電圧信号が閾値を超えていれば、振動検出部４０のいずれかの振動体４５が、異常時の振動レベルで振動していることになる。
【００５３】
警報部７３は、判定部７２の判定結果に基づいて警報を出力する。即ち、警報部７３は、電圧信号が閾値を超えたと判定部７２が判定した場合には、警報を出力する処理を行う。警報部７３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。
【００５４】
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。
蒸気タービンシステム１の各動翼７に異常・損傷等が発生していない正常時であれば、動翼列群５の振動が回転軸４、ジャーナル軸受９を介して軸受台１５に伝達されても振動検出部４０の振動体４５は共振することないため、警報が出力されることはない。
【００５５】
一方で、各動翼７のいずれかに異常・損傷等が発生した場合には、動翼列群５の複数の振動モードの固有振動数のうち、少なくとも一つが低下することになる。即ち、動翼列群５の複数の振動モードのいずれかで、卓越する振動数が低下する。例えば、動翼列群５の一次モードの振動数がｆＡから低下してｆ１に達すると、複数の振動体４５のうちの固有振動数ｆ１の振動体４５が共振することになる。即ち、動翼列群５の振動が、回転軸４、ジャーナル軸受９、軸受台１５、基部４２を経由して振動体４５に伝達されるまでに減衰されようとも、共振作用によって固有振動数ｆ１の振動体４５が共振する。動翼列群５の二次モード、三次モードの振動数がｆ２、ｆ３低下した場合も同様に、共振作用によって固有振動数ｆ２、ｆ３の振動体４５が共振する。
【００５６】
そして、当該振動体４５の共振による振動は、加速度センサ４８によって検出され、当該振動の加速度に基づく電荷信号がチャージアンプ５０に出力される。次いで、チャージアンプ５０は入力された電荷信号を電圧信号に変換して翼振動監視装置本体６０に出力する。翼振動監視装置本体６０では、電圧信号が閾値を超えたか否かを判定し、超えたと判定された場合にのみ警報部７３が警報を発する。これによって、管理者は、いずれかの動翼７に異常・損傷が発生したことを認識することができる。
【００５７】
以上のように本実施形態によれば、動翼列群５の振動を容易に検出・監視することができる。
即ち、蒸気タービン２の外面では、動翼列群５に起因する振動は伝達されにくく、振動レベルは小さい。本実施形態では、当該振動レベルが小さい場合であっても、共振部４１の各振動体４５の固有振動数の振動であれば、容易に検出することができる。即ち、いずれかの振動体４５が共振した際には、当該振動体４５の一端が接続されている基部４２も振動することになる。そして、当該基部４２の振動を単一の加速度センサによって検出することで、間接的に動翼列群の振動を監視することができる。
また、振動体４５によって振動が増幅されることにより、それほど高感度の加速度センサ４８でなくても、動翼列群５の信号を監視することができる。
【００５８】
さらに、本実施形態では固有振動数の異なる複数の振動体４５を有しているため、動翼列群５の複数の振動モードの振動を別々に検出することができる。そのため、異常が生じた振動モードに基づいて、動翼列群５におけるいずれの動翼７で異常・損傷が生じているかの推定を行うこともできる。
一方で加速度センサ４８が各振動体４５に設けられているのではなく、これら振動体４５が接続された基部４２に設けられているため、単一の加速度センサ４８で複数の振動モードに対応することができる。よってコストの増大を抑えることができる。
【００５９】
上述したように動翼７に異常・損傷が生じれば、動翼列群５全体としての各振動モードの固有振動数が変化する。本実施形態では、動翼列群５の特定の振動モードの固有振動数が通常時から所定の値だけ変化した際には、当該振動モードに対応する振動体４５が共振作用によって大きく振動することになる。そして、当該振動を検出することで、間接的に動翼列群５の振動を監視することができる。
また、動翼列群５の各振動モードの固有振動数とこれら各振動モードに対応する振動体４５との固有振動数との差分を異常か否かの閾値として、動翼列群５の振動を監視することができる。よって、振動体４５の固有振動数を適宜選択することで、異常か否かの閾値を任意に定めることができる。
【００６０】
また、動翼７に異常が生じた場合には、通常、動翼列群５全体としての固有振動数は低下する。そのため、本実施形態のように、動翼列群５の各振動モードに対応する振動体４５の固有振動数を、動翼列群５における対応する振動モードの固有振動数よりも小さく設定しておくことで、より具体的には異常時の動翼列群５における各振動モードの固有振動数に設定しておくことで、動翼の異常を精度高く検出することができる。
【００６１】
さらに、各振動体４５の固有振動数は、定格運転時の動翼列群５の固有振動数を基準に定められているため、定格運転時での動翼７の異常を容易に検出することができる。
【００６２】
また、振動体４５は、可撓性を有するとともに、一端が基部４２の他端に固定された固定端とされ他端が自由端とされた片持ち梁であるため、蒸気タービン２の外面及び基部４２を介して伝達される振動を容易に増幅することができる。
【００６３】
さらに、本実施形態では、回転機械の外面の中でも動翼列群５の振動が比較的伝達され易い軸受台１５の外面に共振部４１が設けられている。そのため、より精度高く動翼列群５の振動を検出することができる。
【００６４】
次に本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態では第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第二実施形態の翼振動監視装置８０は、振動検出部９０及び警報装置１００を備える。
振動検出部９０は、第一実施形態と同様の共振部４１と、振動発電素子９２（振動検出素子）とを有している。
【００６５】
振動発電素子９２は、共振部４１における第一実施形態の加速度センサ４８と同様の箇所に設けられている。振動発電素子９２は、振動による振動面に発生する圧力を、圧電素子等を用いて電力に変換して出力する素子である。振動発電素子９２は、振動体４５が共振作用により振動する際に同様に振動することで発電し、電気信号を出力する。電気信号の大きさは、振動レベルに応じた値とされる。
【００６６】
警報装置１００は、振動発電素子９２から出力される電気信号を電力として駆動される。警報装置１００は、振動発電素子９２から出力される電気信号の大きさが閾値を超えた際に、アラーム音、アラーム表示等の警報を発する。
【００６７】
第二実施形態の翼振動監視装置８０も第一実施形態同様、動翼７に異常・損傷が発生した際にはいずれかの振動体４５が共振し、これに伴って基部４２振動する。この際、基部４２に設けられた振動発電素子９２が振動レベルに応じた電気信号を出力する。そして当該電気信号を電力として警報が発される構成とすることで、容易に動翼列群５の異常振動を検知することができる。
さらに、第一実施形態と異なり。チャージアンプ５０が不要になるため、当該チャージアンプ５０に常時通電しておく必要はない。また、警報装置１００では振動発電素子９２からの電気信号を電力として警報が発されるため、最低限の給電状態で動翼７の異常を監視することができる。
【００６８】
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。
実施形態では振動検出部４０，９０を軸受台１５の外面に設けた例について説明したが、これに限定されることはなく、例えばケーシング２１の外面、ジャーナル軸受９の外面等、蒸気タービン２の他の外面に設けてもよい。これによっても、当該外面が動翼列群５の振動が伝達される箇所ならば、実施形態同様、動翼７を監視することができる。
【００６９】
また、実施形態では、振動体４５の固有振動数を定格回転数の動翼列群５の振動モードを基準に設定した。しかしながらこれに限定されることはなく。ターゲットとする他の回転数を基準回転数として振動体４５の固有振動数を設定してもよい。この場合は、ターゲットとする回転数における動翼７の異常を検出することができる。
【００７０】
実施形態では、振動体４５の固有振動数を対応する振動モードの固有振動数よりも小さく設定したが、大きく設定してもよい。動翼７の異常・損傷パターンによっては、動翼列群５の固有振動数が増大する場合がある。このような場合には、振動体４５の固有振動数を対応する振動モードよりも大きくすることで、異常・損傷を容易に検出することができる。
【００７１】
実施形態の共振部４５は、基部４２及び振動体４５が一体形成されたものとして説明したが、基部４２に対して別途形成した振動体４５を固定することで共振部４５を構成してもよい。この際、基部４２と振動体４５とを別々の材料で形成してもよい。
【００７２】
振動体４５の形状は板状に限られることはなく、他の形状、例えばスプリングコイル状をなしていてもよい。
振動体４５は３つに限られず、二次モードまで対応するように２つであってもよいし、例えば四次モード以上に対応するように４つ以上であってもよい。この場合であっても各振動体４１の固有振動数は、異常時の動翼列群５の各振動モードの固有振動数の値に設定される。
【００７３】
例えば各振動体４１の材質を異ならせることで、互いに固有振動数を異なるものとしてもよい。
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。
【符号の説明】
【００７４】
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
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
１７  側面
１８  端面
２０  ステータ
２１  ケーシング
２２  静翼列群
２３  静翼列
２４  静翼
３０  翼振動監視装置
４０  振動検出部
４１  共振部
４２  基部
４３  根元部
４４  接続部
４５  振動体
４８  加速度センサ（振動検出素子）
５０  チャージアンプ
６０  翼振動監視装置本体
６１  ＣＰＵ
６２  ＲＯＭ
６３  ＲＡＭ
６４  ＨＤＤ
６５  信号受信モジュール
７１  制御部
７２  判定部
７３  警報部
８０  翼振動監視装置
９０  振動検出部
９２  振動発電素子（振動検出素子）
１００       警報装置
【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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