(57)【要約】【課題】経験則に依存せず、タービンの回転数を検出して回転数検出モジュールを安定して動作すること。【解決手段】タービンロータの周方向に均一なピッチで凹凸を設けた歯車と、歯車の周面との間に所定のギャップ長を設けて配置され、歯車が回転して歯車の歯が通過することにより検出された電圧信号を出力する電磁ピックアップとを備えたタービン回転数検出装置に入力される電圧信号を予測する電圧予測装置であって、歯車の歯車径毎に、ギャップ長に対する電磁ピックアップから出力される電圧信号の値が関連付けられた情報のうち、タービン回転数検出装置に入力が許容される電圧値である入力許容電圧から、歯車の回転数に係わらず回転数検出モジュールで検出可能な電圧である精度管理下限電圧までの区間の値に基づいて、電磁ピックアップから出力する電圧信号を予測する予測部７０を備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータの回転位置を検出するために前記タービンロータの周方向に均一なピッチで凹凸が設けられた歯車と、前記歯車の周面との間に所定のギャップ長を設けて配置され、前記歯車が回転して前記歯車の歯が通過することにより検出された電圧信号を出力する電磁ピックアップと、前記電圧信号に基づいて回転数信号に変換する回転数検出モジュールとを備えたタービン回転数検出装置の前記回転数検出モジュールに入力される前記電圧信号を予測する電圧予測装置であって、
前記歯車の歯車径毎に、前記ギャップ長に対する、前記電磁ピックアップから出力される前記電圧信号の値が関連付けられた情報のうち、前記歯車の回転数に係わらず前記回転数検出モジュールで検出可能な電圧である精度管理下限電圧から前記回転数検出モジュールに入力が許容される電圧値である入力許容電圧までの区間の値に基づいて、前記歯車径に応じた、前記電磁ピックアップから出力する前記電圧信号を予測する予測手段を具備する出力予測装置。
【請求項２】
前記歯車の定格回転数、前記定格回転数より高速な回転数であるオーバースピード回転数、前記電磁ピックアップから出力される定格電圧、及び前記電磁ピックアップから出力される前記入力許容電圧に基づいて決定された前記関連付けられた情報を生成する関連情報生成手段を具備する請求項１に記載の出力予測装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の出力予測装置と、
前記タービンロータの周方向に設けられる前記歯車と、
前記歯車の周面に前記ギャップ長を設けて配置され前記歯車が回転して前記歯車の歯が通過することにより検出された前記電圧信号を出力する前記電磁ピックアップと、
を備えた出力予測システム。
【請求項４】
請求項３に記載の出力予測システムを備えた発電システム。
【請求項５】
タービンロータの回転位置を検出するために前記タービンロータの周方向に均一なピッチで凹凸が設けられた歯車と、前記歯車の周面との間に所定のギャップ長を設けて配置され、前記歯車が回転して前記歯車の歯が通過することにより検出された電圧信号を出力する電磁ピックアップと、前記電圧信号に基づいて回転数信号に変換する回転数検出モジュールとを備えたタービン回転数検出装置の前記回転数検出モジュールに入力される前記電圧信号を予測する電圧予測方法であって、
前記歯車の歯車径毎に、前記ギャップ長に対する、前記電磁ピックアップから出力される前記電圧信号の値が関連付けられた情報のうち、前記歯車の回転数に係わらず前記回転数検出モジュールで検出可能な電圧である精度管理下限電圧から前記回転数検出モジュールに入力が許容される電圧値である入力許容電圧までの区間の値に基づいて、前記歯車径に応じた、前記電磁ピックアップから出力する前記電圧信号を予測する出力予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力予測装置、及びそれを備えた出力予測システム、発電システム並びに出力予測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、発電システム等で主機となるタービンは、タービン回転数検出器によって回転数信号が検出され、検出された回転数信号の情報がタービンのプロセス信号の１つとしてネットワークを介して回転数検出モジュールで回転数に変換されて制御装置に入力され、制御装置によってタービンの回転数制御が行われていて、回転数の検出には精度と信頼性の高いものが要求されている。
タービン回転数検出器としては、タービンのロータ軸の周囲に取り付けられた回転速度検出用歯車と、回転速度検出用歯車に所定のギャップ長を隔てて配設した電磁ピックアップとを備えており、電磁ピックアップと回転速度検出用歯車とで形成される磁界が回転速度検出用歯車の回転に伴って変化することによって、電磁ピックアップ側に設けられるコイルに誘導起電力を生じさせ、生じた誘導起電力に基づいて、回転数信号を得るものが知られている。
【０００３】
特許文献１には、磁極ロータとピックアップコイルとでなる回転検出器において、ロータ外周部に埋設固定した磁石部材とロータ外周面との間にピックアップコイルとの最小ギャップを与え、規定寸法を確保するものが記載されている。
特許文献２には、回転体の周方向に所定の間隔を存した磁性体からなる複数の突起を、突起が遠心力を受けてばねに抗して引込むように支持し、突起に対向してピックアップを固定部に配置した電磁ピックアップ型回転数検出装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−９４７６９号公報
【特許文献２】特開昭６０−８２９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電磁ピックアップ型のタービン回転数検出器は、回転速度検出用歯車の半径と回転速度の積で算出される歯車の周速、回転速度検出用歯車と電磁ピックアップ間のギャップ長、及び回転速度検出用歯車の歯型等によって、回転数信号として得られる電圧のピーク値が変動するものである。また、近年、タービンが大型化することにより、ロータの口径が大きくなり、それにより回転速度検出用歯車も大径化しているため歯車の周速が大きくなっている。そうすると、回転数信号としての電圧値が大きくなり、回転速度検出用歯車と電磁ピックアップ間のギャップ長が不適切な場合には、回転数信号の電圧のピーク値が上昇する。回転数信号の電圧のピーク値が上昇した結果、許容電圧を超えた電圧が回転数検出モジュールに入力され、回転数検出モジュールの動作に支障を生じたり回転数検出モジュールの回路を破損する虞がある。
【０００６】
従来、回転速度検出用歯車と電磁ピックアップ間のギャップ長は過去の実績や経験に基づいて設定していたため、例えばタービンの大型化に伴って過去に経験のないタービン径を用いる場合には、ギャップ長が適切に設定されていない場合があった。
また、蒸気タービンでは過熱蒸気を導入するタービン通気後に、許容電圧を超えた高い電圧が回転数検出モジュールに入力されることが発覚すると、回転数信号を適切に検出するためにはギャップ長を再調整する必要がある。この際、電磁ピックアップが例えば軸受け台でブラケット等にねじ込まれる態様で取り付けられて固定されている場合には、タービンを停止して軸受け台上半をクレーンで取り外してギャップ長の再調整をすることになり、ギャップ長の再調整には大掛かりな工事が必要となるので作業工程や費用の増加となる。そのため、ギャップ長の設定は、タービンの通気前の電磁ピックアップの取り付け段階から適切な間隔を設け、タービン通気後の再調整がないように検討されることが望ましい。
【０００７】
また、上記特許文献１の方法では、ギャップ長を最小ギャップに設定することが記載されているものの、ギャップ長を調整することについては検討されていないので、回転速度検出用歯車の径が大きくなったとしても、電圧のピーク値を調整することができず、回転数検出モジュールの破損を防ぐことはできない。また、上記特許文献２の方法においては、内側の電磁ピックアップが固定されており、外側の回転体の径が大きくなった場合には、ギャップ長が大きくなることからピックアップ電圧は小さくなり、適切な回転数検出を行うことができなくなる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、経験則に依存せず、タービンの回転数を検出して回転数検出モジュールが安定して動作することができる出力予測装置、及びそれを備えた出力予測システム、発電システム並びに出力予測方法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】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、タービンロータの回転位置を検出するために前記タービンロータの周方向に均一なピッチで凹凸が設けられた歯車と、前記歯車の周面との間に所定のギャップ長を設けて配置され、前記歯車が回転して前記歯車の歯が通過することにより検出された電圧信号を出力する電磁ピックアップと、前記電圧信号に基づいて回転数信号に変換する回転数検出モジュールとを備えたタービン回転数検出装置の前記回転数検出モジュールに入力される前記電圧信号を予測する電圧予測装置であって、前記歯車の歯車径毎に、前記ギャップ長に対する、前記電磁ピックアップから出力される前記電圧信号の値が関連付けられた情報のうち、前記歯車の回転数に係わらず前記回転数検出モジュールで検出可能な電圧である精度管理下限電圧から前記回転数検出モジュールに入力が許容される電圧値である入力許容電圧までの区間の値に基づいて、前記歯車径に応じた、前記電磁ピックアップから出力する前記電圧信号を予測する予測手段を具備する出力予測装置を提供する。
【００１０】
本発明の構成によれば、タービンロータの正確な回転位置を検出するためにタービンロータの周方向に均一なピッチで凹凸が設けられた歯車の歯車径毎に対して、歯車と電磁ピックアップとの間に設けられるギャップ長に対する、電磁ピックアップから出力される電圧信号の値が関連付けられた情報があり、関連付けられた情報の精度管理下限電圧から入力許容電圧までの区間で、歯車径に応じた、電磁ピックアップから出力される電圧信号が予測される。歯車の歯が通過することにより電磁ピックアップから出力される電圧信号は、歯車の形状、歯車と電磁ピックアップとのギャップ長、及び歯車の半径と回転速度の積で算出される歯車の周速に応じて変化するものである。また、タービンロータに大型ロータが用いられる場合には、ロータの周方向に設けられる歯車径も大型化する。本発明によれば、歯車径毎に、ギャップ長に対する電磁ピックアップから出力される電圧信号の値が関連付けられた情報に基づいて、歯車径に応じた、電磁ピックアップから出力する電圧信号を予測する。これにより、タービンロータに過去に導入実績のないサイズのロータや大型ロータが用いられるような場合であっても、経験則に依存せず、電磁ピックアップから出力される電圧信号が、回転数検出モジュールに検出時の精度管理下限電圧から許容電圧までの間の異常を来さない値に関連付けられたギャップ長を選定することができる。これにより、回転数検出モジュールに許容電圧を超える電圧が入力されることがなくなり、タービン回転数検出装置の回転数検出モジュールを安定した動作で、使用することができる。
【００１１】
また、現地据え付け調整時に電磁ピックアップのギャップ長を再調整する必要がなくなるので、従来、ギャップ長を再調整するために必要とされていたタービンを停止して軸受け台を取り外した後にブラケットとの取り付け位置の再調整等を含めたギャップ長を再調整するための追加工程の影響による現地据え付け調整作業の工程の延期やコストアップがなくなる。
さらに、タービン回転数検出装置からタービン回転数を取得してタービンを制御する制御装置は複数種類あり複数の製造メーカの仕様も異なるので、回転数検出モジュールが規定する許容電圧は異なるものが存在する。本発明によれば、複数種類のタービン回転数検出装置の仕様を考慮したギャップ長の設定が可能となり、例えば発電システムの現地試運転時に好適に整合させることができる。
【００１２】
上記出力予測装置において、前記歯車の定格回転数、前記定格回転数より高速な回転数であるオーバースピード回転数、前記電磁ピックアップから出力される定格電圧、及び前記電磁ピックアップから出力される前記入力許容電圧に基づいて決定された前記関連付けられた情報を生成する関連情報生成手段を備えてもよい。
【００１３】
これにより、タービン回転数検出装置の回転数検出モジュールに入力させる電圧信号を、入力許容電圧を超えない値に速やかに設定することができる。
オーバースピード回転数は、安全性を確保できる上限回転数であり、例えば、定格回転数より約１０％高い回転数である。
【００１４】
本発明は、上記いずれかの出力予測装置と、タービンロータの周方向に設けられる歯車と、前記歯車の周面にギャップ長を設けて配置され前記歯車が回転して前記歯車の歯が通過することにより検出された電圧信号を出力する電磁ピックアップと、を備えた出力予測システムを提供する。
【００１５】
本発明は、上記出力予測システムを備えた発電システムを提供する。
【００１６】
本発明は、タービンロータの回転位置を検出するために前記タービンロータの周方向に均一なピッチで凹凸が設けられた歯車と、前記歯車の周面との間に所定のギャップ長を設けて配置され、前記歯車が回転して前記歯車の歯が通過することにより検出された電圧信号を出力する電磁ピックアップと、前記電圧信号に基づいて回転数信号に変換する回転数検出モジュールとを備えたタービン回転数検出装置の前記回転数検出モジュールに入力される前記電圧信号を予測する電圧予測方法であって、前記歯車の歯車径毎に、前記ギャップ長に対する、前記電磁ピックアップから出力される前記電圧信号の値が関連付けられた情報のうち、前記歯車の回転数に係わらず前記回転数検出モジュールで検出可能な電圧である精度管理下限電圧から前記回転数検出モジュールに入力が許容される電圧値である入力許容電圧までの区間の値に基づいて、前記歯車径に応じた、前記電磁ピックアップから出力する前記電圧信号を予測する出力予測方法を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、経験則に依存せず、タービンの回転数を検出して回転数検出モジュールが安定して動作することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るガスタービンコンバインドサイクルプラントの概略構成図である。
【図２】本発明に係るガスタービンコンバインドサイクルプラントの蒸気タービンの回転軸周りの拡大概略図である。
【図３】本発明に係る蒸気タービンの歯車と電磁ピックアップの近傍を拡大した斜視図である。
【図４】本発明に係る歯車の回転数を検出する仕組みを説明するための図である。
【図５】出力電圧波形から回転数を得ることを説明するための図である。
【図６】電磁ピックアップをブラケットに固定した図の一例である。
【図７】本発明に係るガスタービンコンバインドサイクルプラントの制御系を示す概略構成図である。
【図８】回転軸の回転数と、対応する出力電圧との関係を図示したものである。
【図９】回転数が４０００ｒｐｍである場合のギャップ長と出力電圧との関係の図の一例を示している。
【図１０】図１１を片対数に変換した図の一例である。
【図１１】歯車径毎のギャップ長と出力電圧との関係を示した図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る出力予測装置、及びそれを備えた出力予測システム、発電システム並びに出力予測方法について、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１に、本実施形態に係るガスタービンコンバインドサイクル（以下「ＧＴＣＣ」という：Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｃｏｍｂｉｎｅｄ  Ｃｙｃｌｅ）プラント１０の構成を示す。
ＧＴＣＣプラント１０は、複合発電システムであり、ガスタービン２と、蒸気タービン３と、排ガスボイラ２０と、発電機２８とを備える。
ガスタービン２は、回転軸（タービンロータ）１２により駆動されることで、空気を圧縮し圧縮空気を生成する圧縮機１４と、燃料と圧縮機１４によって生成された圧縮空気とを燃焼させ、高温・高圧の燃焼ガスを生成する燃焼器１６と、燃焼器１６によって生成された高温・高圧の燃焼ガスが供給され、燃焼ガスを断熱膨張させて回転動力を出力するタービン１８とを備える。タービン１８で仕事をした排ガスは、タービン１８の排気口から排気され、排ガスボイラ２０に導入される。
【００２１】
排ガスボイラ２０は、タービン１８の排ガスの熱エネルギを熱源として用いることによって、排ガスボイラ２０への給水と該排ガスとを図示しない熱交換器で熱回収して過熱蒸気を生成し、生成した過熱蒸気を蒸気タービン３に供給する。
蒸気タービン３は、高圧蒸気タービン２２と、中圧蒸気タービン２４と、低圧蒸気タービン２６と、復水器２９とを備えている。高圧蒸気タービン２２、中圧蒸気タービン２４、低圧蒸気タービン２６のそれぞれは、過熱蒸気を利用して回転動力を出力する。
復水器２９は、低圧蒸気タービン２６から排気される水蒸気を復水して、排ガスボイラ２０に給水として供給する。
【００２２】
本実施形態の例では、圧縮機１４、タービン１８、高圧蒸気タービン２２、中圧蒸気タービン２４、低圧蒸気タービン２６、及び発電機２８は、回転軸１２によって連結され、タービン１８、高圧蒸気タービン２２、中圧蒸気タービン２４、及び低圧蒸気タービン２６に生じる回転駆動力は、回転軸１２によって圧縮機１４及び発電機２８に伝達される。これにより、発電機２８は、タービン１８、高圧蒸気タービン２２、中圧蒸気タービン２４、低圧蒸気タービン２６の回転駆動力によって発電する。
【００２３】
図２は、蒸気タービン３の回転軸１２に回転速度を検出するための歯車４１が設けられた例として、スラスト軸受３６とラジアル軸受３７を設置する軸受台（図示略）付近の回転軸１２周りの拡大概略図を示している。
回転軸１２は、軸受台（図示略）内に設けたスラスト軸受３６によってスラスト方向が支持されており、左右両側のラジアル軸受３７により回転自在に支持されている。
回転軸１２には、周方向に、回転軸１２の回転速度を正確に検出するための歯車４１が設けられている。すなわち回転軸１２が周方向に回転する正確な回転位置を検出するために、周方向に均一なピッチで凹凸が設けられた歯車４１が設けられている。また、歯車４１と所定間隔離された位置に、歯車４１が回転して歯車４１の歯が通過することにより電圧信号を検出する電磁ピックアップ４２が設けられている。
本実施形態においては、歯車４１の回転数を計測するにあたり、電磁ピックアップ型の回転数検出装置を用いることにする。例えば、他の回転数検出装置としては、渦電流型のものもあるが、電磁ピックアップ型は、センサまでの電力供給が不要であるため、渦電流型と比較して構造が簡素化できる。
【００２４】
図３は、歯車４１と電磁ピックアップ４２の近傍を拡大した斜視図を示している。
歯車４１の周方向には、電磁ピックアップ４２をねじ込み固定したブラケット４３が設けられ、ブラケット４３は図示しない軸受台での支持構造で固定されていて、一定の位置を維持する。回転軸１２が回転方向Ｑに回転すると、回転軸１２に設けられた歯車４１は回転するが、ブラケット４３は移動することなくブラケット４３に固定された電磁ピックアップ４２は、固定位置で歯車４１の歯による誘導起電力を検出する。本実施形態においては、電磁ピックアップ４２は信頼性向上のためにブラケット４３に回転軸１２の周方向に複数個（例えば３個から６個）設けてあり、タービン車室軸受台内に収納されている。なお、電磁ピックアップ４２が設けられる個数は一例であり、適宜設定されることとする。
【００２５】
図４及び図５を用いて、タービン回転数検出装置について説明する。
タービン回転数検出装置は、歯車４１と、電磁ピックアップ４２と、速度検出モジュール（回転数検出モジュール）４８（図５参照）を備えている。
図４は、電磁ピックアップ４２による歯車４１の回転数を検出する仕組みを説明するための図である。
電磁ピックアップ４２は、センサであり、具体的な例としては、電磁コイル４５と、マグネット４６と、ボールピース４７とを備えている。図４に示すように、回転軸１２の歯車４１に、所定間隔のギャップ長δを離してボールピース４７が設けられた検出面を歯車４１の歯先に対向するようにして設ける。
歯車４１は、磁性体で構成されており、歯の山の部分とボールピース４７との間には磁路が形成される。歯車４１が回転すると、歯車４１の歯（山）の部分がボールピース４７に近づいたり、離れたりすることにより磁路の状態が変化するので、歯車４１の周方向への回転に伴って電磁コイル４５を貫通する磁束が変化して磁束が増減する。その場合に、誘導起電力が発生するので、電磁ピックアップ４２は、磁束を微分したものに比例して生じた誘導起電力に基づいて、回転数信号を得て、出力する。
【００２６】
図５は、電磁ピックアップ４２から検出された出力電圧から回転数を得ることを説明するための図である。
図５の紙面左側には、電磁ピックアップ４２から出力される出力電圧波形（回転数信号）を示しており、歯車４１が回転して歯車４１の山が電磁ピックアップ４２に近づいたり離れたりすることによる磁束変化に応じて、極性を変えて増減を繰り返している。図５に示されるように、回転数信号は、出力電圧波形の形状が歯車４１の歯（山）の形状などで多少変わりがあるが、例えば正弦波として検出され、蒸気タービン３のプロセス信号の１つとしてネットワークを経由して速度検出モジュール４８に入力される。速度検出モジュール４８は、取得した回転数信号をパルス化し、カウントして回転数に変換し、蒸気タービン３のＳＴ制御装置５に出力する。
【００２７】
図６は、歯車４１に対し、ギャップ長δを設け、電磁ピックアップ４２をブラケット４３に固定した図の一例を示している。電磁ピックアップ４２は、複数個（例えば、信頼性向上のため最小３個から６個程度）用いることとし、各電磁ピックアップ４２相互における電磁場の影響を受けない間隔（例えば、θ≒２０°から４５°）を離して、ブラケット４３にねじ込み固定ナット５０で固定して設置する。
ギャップ長δは、ミリ単位で設定してもよいが、回転数信号電圧への影響が大きいので、０．１ミリ単位で管理及び調整するのがより好ましい。ギャップ長δの間隔は、例えば、スキミゲージにより計測し、シム板で微調整して、固定ナット５０を締め込んでブラケット４３に固定する。
【００２８】
図７は、ＧＴＣＣプラント１０の制御系を示す概略構成図であり、ＧＴ制御装置４とＳＴ制御装置５を備えている。
ＧＴ制御装置４は、例えば、ＣＰＵ（中央演算装置）、メモリ、補助記憶装置等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で補助記憶装置に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがメモリに読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。具体的には、ＧＴ制御装置４は、ガスタービン２のローカル計器（ガスタービン２の各所や機器に配置、測定する）の信号を取得し、取得した信号或いは取得した信号に基づく情報をＧＴＣＣプラント１０の中央操作室等に設けられる中央制御装置６に出力する。
ＳＴ制御装置５は、例えば、ＣＰＵ（中央演算装置）、メモリ、補助記憶装置等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で補助記憶装置に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがメモリに読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。また、ＳＴ制御装置５は、記憶装置８と接続されている。
【００２９】
具体的な例としては、ＳＴ制御装置５は、蒸気タービン３のローカル計器の信号を取得し、取得した信号或いは取得した信号に基づく情報をＧＴＣＣプラント１０の中央操作室等に設けられる中央制御装置６に出力する。例えば、ＳＴ制御装置５は、プロテクションパネル３１、蒸気タービン監視計器３２、コントロールパネル３３、及び出力予測装置７等を備えており、それぞれにローカル計器（蒸気タービン３の各所や機器に配置、測定する）の信号が入力されるようになっている。また、コントロールパネル３３から中央制御装置６に蒸気タービン３のローカル計器の信号を出力する。本実施形態においては、蒸気タービン３のローカル計器として、電磁ピックアップ４２とし、ローカル計器の信号として、電磁ピックアップ４２から検出された回転数信号を例に挙げて説明する。
【００３０】
中央制御装置６は、例えば、ＣＰＵ（中央演算装置）、メモリ、補助記憶装置等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で補助記憶装置に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがメモリに読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。
具体的には、中央制御装置６は、ガスタービン２及び蒸気タービン３の運転により収集されたローカル計器の信号を取得するとともに、中央制御装置６に設けられる表示装置（図示略）等に各ローカル計器の信号に基づくガスタービン２及び蒸気タービン３の運転状態を提示し、中央制御装置６に設けられる入力装置（図示略）から制御指令を取得する。ＧＴＣＣプラント１０の監視員は、表示装置に提示されたガスタービン２及び蒸気タービン３の運転状態を監視するとともに、入力装置を介して適宜制御指令を入力する。
【００３１】
例えば、中央制御装置６は、蒸気タービン３の運転により得られた回転軸１２の回転数の情報を表示装置に提示するとともに、蒸気タービン３の回転軸１２の回転数の制御指令が入力装置を介して取得され、ガスタービン２及び蒸気タービン３の運転が行われる。
【００３２】
一方、蒸気タービン３の新規設置や改造工事後などの、蒸気タービン３の立上時において、歯車４１の歯車径Ｄに対して、電磁ピックアップ４２のギャップ長δを適切に設定して、速度検出モジュール４８に入力する電圧値が適切な入力許容電圧の区間の値である必要がある。ギャップ長δの再調整には大掛かりな工事が必要となり作業工程や費用の増加となるため、ギャップ長δの設定は、タービンの通気前の電磁ピックアップ４２の取り付け段階から適切な間隔を設けるようにする。
本実施形態では、このギャップ長δの適正な数値を設定するに当たり、中央制御装置６に記憶した情報を用いることを説明する。記憶した情報は、別に設置した制御装置を用いてもよく、特に限定するものではない。
【００３３】
記憶装置８は、ローカル計器から計測された各種計測値と比較される、後述する参照値Ｒの情報や、「ギャップ長δ−出力電圧Ｖｐｐ」のマップを記憶しており、これらの記憶されている参照値Ｒやマップは、ＳＴ制御装置５から適宜読み出される。
出力予測装置７は、予測部（予測手段）７０と関連情報生成部（関連情報生成手段）７１とを備えている。
予測部７０は、歯車４１の歯車径Ｄ毎に、ギャップ長δに対する、電磁ピックアップ４２から出力される電圧信号の値が関連付けられた情報のうち、歯車の回転に関連なく、例えば歯車４１の回転が低い回転であっても速度検出モジュール４８で検出可能な電圧である精度管理下限電圧から、速度検出モジュール４８に入力が許容される電圧値である入力許容電圧までの区間の値に基づいて、歯車径Ｄに応じた、電磁ピックアップ４２から出力する電圧信号を予測する。具体的には、予測部７０は、歯車４１の歯車径Ｄの情報を取得すると、記憶装置８からマップ（詳細は後述する）を読み出し、取得した歯車径Ｄに応じて、精度管理下限電圧から入力許容電圧の区間で設定される電圧信号の情報を中央制御装置６に出力する。
【００３４】
関連情報生成部７１は、歯車４１の定格回転数、定格回転数より高速な回転数であるオーバースピード回転数、電磁ピックアップ４２から出力される定格電圧、及び電磁ピックアップ４２から出力される入力許容電圧に基づいて決定されたマップを生成する。関連情報生成部７１は、生成したマップを記憶装置８に記憶させる。
本実施形態においては、マップは生成して記憶装置に記憶させることとしていたが、これに限定されず、例えば、予め他の装置等で生成したマップを図示しない入力装置を介して記憶装置８に記憶させるようにしてもよい。
【００３５】
中央制御装置６は、入力された蒸気タービン３のタービンロータ径に応じた歯車径Ｄに応じた、精度管理下限電圧から入力許容電圧の区間で設定される電圧信号の情報を表示装置（図示略）を介して提示させる。
【００３６】
タービン回転数検出装置は、（ア）歯車４１の歯車の半径（Ｄ／２）と回転速度ωの積で算出される歯車４１の周速、（イ）歯車４１と電磁ピックアップ４２間のギャップ長δ、及び（ウ）歯車４１の歯型等を含むタービン回転数検出装置構成条件によって、回転数信号として得られる電圧のピーク値が変動するものである。
回転数信号は、出力電圧波形の形状が歯車４１の歯（山）の形状などで多少変化がある。例えば、歯型がインボリュート歯車は正弦波に近いが、歯型が矩形歯車は磁束変化が急になり波形が正弦波より歪む。
【００３７】
また、例えば、タービンが大型化することにより、歯車４１が大径化すると歯車４１の周速が大きくなり、回転数信号としての電圧値が大きくなる。歯車４１と電磁ピックアップ４２間のギャップ長δが不適切な場合には、回転数信号の電圧のピーク値（図５の出力電圧Ｖｐｐ）が上昇することになる。回転数信号の電圧のピーク値が上昇した結果、入力許容電圧を超えた電圧が速度検出モジュール４８に入力されると、速度検出モジュール４８が安定した動作に支障を生じたり、速度検出モジュール４８を破損するおそれがある。従来の歯車径Ｄは、φ２００程度だったが、近年は例えば、φ４５０からφ８００レベルへ大径化しているので、回転数信号の電圧のピーク値が上昇している。
【００３８】
また、例えば、歯車周速（＝Ｄ／２×ω）が増加し、磁束変化速度が上昇し、電圧（＝コイル巻き数×ｄφ／ｄｔ）が上昇している。回転数検出モジュールの入力許容電圧は、複数種類ある回転数検出モジュールの仕様により異なるが、一般的に０−２００Ｖｐｐから０−１５０Ｖｐｐであり、歯車径Ｄの増大でこの値を超える可能性が増加している。
本実施形態においては、速度検出モジュール４８に異常を来たすことがないようにタービン回転数検出装置構成条件に応じて、歯車４１と電磁ピックアップ４２のギャップ長δを調整して、回転数信号として得られる電磁ピックアップ４２からの電圧信号を調整することにした。
【００３９】
以下では、本実施形態に係るギャップ長δを適切値に調整する方法について説明する。なお、電磁ピックアップ４２からの電圧信号は、速度検出モジュール４８に異常を来さない回転数信号を適切値とし、速度検出モジュール４８に異常を来たす可能性がある、すなわち、速度検出モジュール４８の入力許容電圧を超える回転数信号を不適切値として説明する。
本実施形態においては、例えば、過去に導入の実績或いは経験のないタービンロータ径を用いる場合に備え、事前（例えば、タービンへの通気前であり、試運転時等）に各種データを収集して、歯車径Ｄ毎にギャップ長δと回転数信号の電圧のピーク値Ｖｐｐの関係（関連付けられた情報）を求める。
本実施形態において、例えば歯車径Ｄは、１５０ｍｍから８００ｍｍ程度とする。
【００４０】
ギャップ長δと回転数信号の電圧のピーク値Ｖｐｐの関係を求めるにあたり、歯車径Ｄ、ギャップ長δ、回転数ωとし、定格回転数を、例えば、３０００ｒｐｍ、３６００ｒｐｍとし、定格回転数より高い回転数のオーバースピード回転数を、例えば、４０００ｒｐｍとする。オーバースピード回転数は、安全性を確保できる上限回転数であり、例えば、定格回転数より約１０％高い回転数である。
回転数信号の電圧に関する制限としては、オーバースピード回転数となる場合の入力許容電圧（例えば、２００Ｖ）より小さくし、定格回転数となる場合には精度管理下限電圧（例えば、５０Ｖ）より大きくなるようにする。ここで、精度管理下限電圧とは、低回転（例えば、１０ｒｐｍ）であっても電磁ピックアップ４２にてセンシング可能な電圧値のことである。入力許容電圧及び精度管理下限電圧の情報は、記憶装置８に記憶されている。定格回転数を、例えば、３０００ｒｐｍ、３６００ｒｐｍとすれば、オーバースピード回転数は例えば、３５００ｒｐｍ、４０００ｒｐｍと設定する。
【００４１】
また、各歯車径Ｄにおけるギャップ長δは、例えば次のように予測して適切値を得る。
本実施形態では、このギャップ長δの適正な数値を設定するに当たり、中央制御装置６に記憶した情報を用いる。中央制御装置６は、歯車径Ｄを異ならせて運転させたときに得られた各種の試運転データを収集して情報として記憶している。試運転時にはギャップ長δを変更できないが、例えば製作工場においてのタービンロータの回転バランスを調整するハイスピード回転数における高速バランス試験を実施しているので、高速バランス試験時に所定のギャップ長δにおける回転数信号の電圧値を基準値として得ておくことができる。そして、実測で得られた回転数信号の電圧値が、予め高速バランス試験で得た回転数信号の電圧値の基準値に対し、何倍の電圧値であるかに応じてギャップ長の適切値を予測することができる。
例えば、回転軸１２の回転数（ｒｐｍ）に応じて得られた出力電圧Ｖｐｐを図示すると、図８が得られる。
また、図９は、図８に基づいて、回転数が４０００（ｒｐｍ）である場合における、横軸にギャップ長δ（ｍｍ）と、縦軸に出力電圧Ｖｐｐを示した図の一例を示している。これにより、ギャップ長δと、回転数信号の電圧のピーク値Ｖｐｐとは反比例することがわかった。
【００４２】
ここで、電圧Ｖと磁束φの関係は、以下の（１）式で示される。
Ｖ＝−Ｎｄφ／ｄｔ      （１）
磁束密度がＢ［Ｗｂ／ｍ２］の一様な磁場においてそれに垂直な面積Ｓ［ｍ２］の部分の磁束は、φはφ＝ＢＳとして表され、磁束密度Ｂは、さらにＢ＝μＨ（μ：透磁率、Ｈ：磁界の強さ）と表すことができ、Ｈは以下の（２）式で表せる。ｒは、二磁極間の距離を示す。
Ｈ＝（１／４πμ）（ｍ／ｒ２）    （２）
これらをまとめると、以下の（３）式が得られる。
Ｖ＝Ｎ／４πμｒ２×ｄ（ｍ、Ｓ）／ｄｔ    （３）
これらのことからも、Ｖ∝１／ｒ２の関係、即ち、電圧は二磁極間の距離ｒに反比例することがわかる。
【００４３】
そして、本実施形態においては、各回転数に応じたギャップ長δと出力電圧Ｖｐｐとの関係をプロットしたグラフ（例えば、図９）を片対数グラフに変換し、図１０を得た。
図１０は、歯車４１の歯車径Ｄごと（例えば、歯車径Ｄａ，歯車径Ｄｂ，歯車径Ｄｃ、Ｄａ≠Ｄｂ≠Ｄｃ）に、ギャップ長δと出力電圧Ｖｐｐが示されている。図１０に示されるように、歯車径Ｄの大きさが異なっていても、各種ロータの各歯車径Ｄに対して、ギャップ長δ−出力電圧Ｖｐｐの勾配は、ほぼ同じ傾向が示されたので、歯車径Ｄが変化してもギャップ長δ−出力電圧Ｖｐｐは同じ相関関係であることがわかった。特に、ギャップ長δが２ｍｍから４ｍｍの区間では相関関係が良いこともわかった。
つまり、歯車径Ｄをパラメータとしてマップ化することにより、適切なギャップ長δを予測できることがわかった。
なお、これらの傾向は、歯車の材質が異なっても同様の傾向となることを確認した。
【００４４】
図１１は、横軸にギャップ長δ（ｍｍ）を示し、縦軸に出力電圧Ｖｐｐを示し、歯車径Ｄごと（例えば、異なる歯車径を示すラインＤａ，Ｄｂ，Ｄｃ）にマップ化している。出力電圧Ｖｐｐのうち、速度検出モジュール４８へ入力に当たり、Ｖ１は入力許容電圧であり、Ｖ２は精度管理下限電圧を示している。
このように、歯車径Ｄが決まれば参照する歯車径のラインが決定され、このうち、精度管理下限電圧Ｖ２から入力許容電圧Ｖ１の区間の値に基づいて、ギャップ長δに対する電磁ピックアップ４２から出力する電圧信号を予測できる。
これにより、過去に導入の実績或いは経験のないタービンロータ径に応じた歯車径Ｄを用いる場合であっても、予め求められた「ギャップ長δ−出力電圧Ｖｐｐ」のマップに基づいて、ギャップ長δを適切値に設定できる。
【００４５】
以下に、本実施形態に係る出力予測装置７の作用について説明する。
〔初期仮調整〕
ＧＴＣＣプラント１０のギャップ長δの初期調整指令が入力されると、ＧＴＣＣプラント１０は試運転が開始される。このとき蒸気タービン３に用いられるタービンロータに取り付けた歯車径Ｄ´の歯車４１は、過去の実績・経験に基づいてギャップ長δの初期仮調整として仮取り付けが行われている。すなわち蒸気タービン３の通気が始まる前に、歯車径Ｄ´の歯車４１に対して近い値と想定する仮値のギャップ長δ´を設け、電磁ピックアップ４２をブラケット４３に仮固定をして組立が行われている。
【００４６】
本実施形態では、このギャップ長δの適正な数値を設定するに当たり、中央制御装置６に記憶したデータ情報を用いる。このデータ情報は、ＧＴＣＣプラント１０の試運転などにあたり、蒸気タービン３のローカル計器から各種信号とともに取得したものである。歯車径Ｄが異なる各種歯車４１が用いられた蒸気タービン３に対して、歯車径Ｄ、ギャップ長δ、回転数ωとし、定格回転数を、例えば、３０００ｒｐｍ、３６００ｒｐｍとし、定格回転数より高い回転数のオーバースピード回転数を、例えば、４０００ｒｐｍとする条件下で実行された各種試験での電磁ピックアップ４２の出力から取得したデータ情報である。
試験によって得られた情報は、各種歯車４１の歯車径Ｄをパラメータとして、ギャップ長δと回転数信号の電圧のピーク値Ｖｐｐとを関連付けたマップ（例えば、図１１）で示され、該マップが記憶装置８に記憶されている。
【００４７】
〔ギャップ長調整〕
ＧＴＣＣプラント１０の中央制御装置６から、今回の蒸気タービン３に使用される歯車径Ｄ´が指定されると、プラント調整員はタービン回転数検出装置の歯車４１と電磁ピックアップ４２間に設定するギャップ長δの適切値を、出力予測装置７より入手することができる。
この手順は、例えば、ギャップ長δの予測指令を出力予測装置７に入力すると、記憶装置８から歯車径Ｄをパラメータとして、ギャップ長δと回転数信号の電圧のピーク値Ｖｐｐとを関連付けたマップが読み出される。該マップから、指定された歯車径Ｄ´に相当する（或いは、近似した）歯車径Ｄのラインが選定され、中央制御装置６の表示装置に提示される。
【００４８】
プラント調整員は、表示装置に提示された選定された歯車径Ｄのラインのうち、精度管理下限電圧Ｖ２から入力許容電圧Ｖ１の区間におけるギャップ長δと出力電圧Ｖｐｐとの組み合わせを選定する。
選定されたギャップ長δを設定することにより、速度検出モジュール４８に入力される回転数信号は、入力許容電圧Ｖ１を超えることがなく、速度検出モジュール４８を安定した動作で使用することができる。
プラント調整員は、仮値のギャップ長δ´で仮固定していた電磁ピックアップ４２を、選定されたギャップ長δに再調整して、ブラケット４３に固定をして組立を終了する。
本実施形態では、このギャップ長δの設定に当たり、中央制御装置６に記憶した情報を用いたものを説明したが、記憶した情報は別に設置した制御装置を用いてもよく、特に限定するものではない。
【００４９】
上記説明してきたように、本実施形態に係る出力予測装置７、及びそれを備えた出力予測システム、ＧＴＣＣプラント１０並びに出力予測方法によれば、ＧＴＣＣプラント１０のタービンロータの周方向に設けられる歯車４１の歯車径Ｄ毎に、歯車４１と電磁ピックアップ４２と間に設けられるギャップ長δに対する、電磁ピックアップ４２から出力される電圧信号の値がマップ（関連付けられた情報）化されており、該マップの入力許容電圧から精度管理下限電圧までの区間で、電磁ピックアップから出力される電圧信号が予測される。
電磁ピックアップ４２から出力される電圧信号は、歯車４１の形状、歯車４１と電磁ピックアップ４２とのギャップ長δ、及び歯車４１の歯車半径（Ｄ／２）と回転速度ωの積で算出される歯車４１の周速に応じて変化するものである。また、タービンロータに大型ロータが用いられる場合には、ロータの周方向に設けられる歯車径Ｄも大型化する。
【００５０】
本発明によれば、歯車径Ｄ毎に、ギャップ長δに対する電磁ピックアップ４２から出力される電圧信号の値を対応付けたマップに基づいて電磁ピックアップ４２から出力する電圧信号を予測するので、蒸気タービンロータにおいて過去に導入実績のない大型ロータや異なるサイズの歯車４１が用いられるような場合であっても、経験則に依存せず、電磁ピックアップ４２から出力される電圧信号が、回転数検出モジュールに異常を来さない値に関連付けられたギャップ長δの適切値を選定することができる。これにより、速度検出モジュール４８に許容電圧を超える電圧（過大電圧）が入力されることがなくなり、タービン回転数検出装置を安定して動作させ、使用することができる。
【００５１】
また、ＧＴＣＣプラント１０の現地据え付け調整時に電磁ピックアップ４２のギャップ長δを再調整するリスクがなくなる。これにより、従来、ギャップ長δを再調整するために必要とされていた蒸気タービン３を停止して軸受け台等を取り外した後にブラケット４３とのギャップ長δの再調整をするため追加工程の影響による現地据え付け調整作業の工程の延期やコストアップがなくなり、試運転工程がスムーズに進む。
さらに、タービン回転数検出装置からタービン回転数を取得してタービンを制御する制御装置の仕様は複数種類あるが、タービン回転数検出装置が規定する許容電圧は異なるものが存在する。本発明によれば、各種類のタービン回転数検出装置の仕様を考慮したギャップ長δの設定が可能となり、発電システムの現地試運転時に好適に整合させることができる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、上記実施形態においては、歯車径Ｄをパラメータとしてマップ化することとして説明しているが、これに限定されず、例えば、チャートや数式等、他の形式によって表されていてもよく、予め収集されたデータに基づいて作成された参照情報であればよい。
【符号の説明】
【００５３】
２  ガスタービン
３  蒸気タービン
５  ＳＴ制御装置
１２  回転軸（タービンロータ）
４１  歯車
４２  電磁ピックアップ
４３  ブラケット
４８  速度検出モジュール
【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】
2018132495.tif 000009
【図８】
2018132495.tif 000010
【図９】
2018132495.tif 000011
【図１０】
2018132495.tif 000012
【図１１】
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