(57)【要約】【課題】既存ブレードにも適用でき、タービンの異常を早期に検出できるタービンブレード振動変位評価方法及び装置を提供する。【解決手段】翼先端カバーと対向するように、かつロータ軸方向において互いに所定の間隔を隔てて取付けられた２つ以上の磁場式変位センサの出力電圧を計測する第１処理Ｓ１００と、前記第１処理で計測した出力電圧から前記２つ以上の磁場式変位センサと前記翼先端カバーとのギャップを特定する第２処理Ｓ２００と、前記第２処理で特定したギャップに対応する軸方向変位−出力電圧検量線を特定する第３処理Ｓ３００と、前記第３処理で特定した軸方向変位−出力電圧検量線に基づいて前記第１処理で計測した出力電圧から軸方向変位を特定する第４処理Ｓ４００とを備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接するブレードの先端部に設けられた翼先端カバーがロータ回転時に互いに連結するように構成されたブレードのロータ軸方向における振動変位を評価するタービンブレード振動変位評価方法において、
前記翼先端カバーと対向するように、かつロータ軸方向において互いに所定の間隔を隔てて取付けられた２つ以上の磁場式変位センサの出力電圧を計測する第１処理と、
前記第１処理で計測した出力電圧から前記２つ以上の磁場式変位センサと前記翼先端カバーとのギャップを特定する第２処理と、
前記第２処理で特定したギャップに対応する軸方向変位−出力電圧検量線を特定する第３処理と、
前記第３処理で特定した軸方向変位−出力電圧検量線に基づいて前記第１処理で計測した出力電圧から軸方向変位を特定する第４処理と
を備えたことを特徴とするタービンブレード振動変位評価方法。
【請求項２】
請求項１記載のタービンブレード振動変位評価方法において、
前記第２処理は、前記第１処理で計測した出力電圧の差分電圧を求め、前記第２つの磁場式変位センサの出力電圧のうち高い方の出力電圧に対応するギャップ−差分電圧検量線を特定し、この特定されたギャップ−差分電圧検量線に基づいて前記差分電圧からギャップを特定することを特徴とするタービンブレード振動変位評価方法。
【請求項３】
請求項１記載のタービンブレード振動変位評価方法において、
前記第２処理は、前記第１処理で計測した前記２つの磁場式変位センサの出力電圧波形から最小出力電圧を求め、ギャップ−最小出力電圧検量線に基づいて前記最小出力電圧からギャップを特定することを特徴とするタービンブレード振動変位評価方法。
【請求項４】
請求項１記載のタービンブレード振動変位評価方法において、
前記第２処理は、前記第２センサの出力電圧波形の振動１周期内に極大値及び極小値が合計で３個以上あるか否かを判定し、３個以上ないと判定された場合は、前記第１処理で検出した出力電圧の差分電圧を求め、前記第１センサの出力電圧に対応するギャップ−差分電圧検量線に基づいて前記差分電圧からギャップを特定し、３個以上あると判定された場合は、前記第１処理で計測した前記第２センサの出力電圧波形から最小出力電圧を特定し、ギャップ−最小出力電圧検量線に基づいて前記最小出力電圧からギャップを特定することを特徴とするタービンブレード振動変位評価方法。
【請求項５】
隣接するブレードの翼先端カバーがロータ回転時に互いに連結するように構成されたブレードの軸方向振動変位を評価するタービンブレード振動変位評価装置において、
前記翼先端カバーと対向するように、かつロータ軸方向において互いに所定の間隔を隔てて取付けられた少なくとも２つの磁場式変位センサと、
前記２つの磁場式変位センサの出力電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置と、
前記２つの磁場式変位センサの出力電圧と前記翼先端カバーの軸方向変位との関係を示す検量線データを格納するデータベース部、前記データベース部に格納された検量線データに基づいて前記Ａ／Ｄ変換装置で変換したデジタル信号を前記翼先端カバーのロータ軸方向における変位を特定する演算部、及び前記演算部による演算結果を保持するメモリ部を有するデータ処理装置と、
前記データ処理装置による処理結果を表示する表示装置と
を備えたことを特徴とするタービンブレード振動変位評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンブレード振動変位評価方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンやガスタービンは、ロータ及びこれに連結された多数のブレードを配置したディスク、及びこれらを格納するケーシングで構成されている。蒸気タービンの場合、蒸気をブレードに向けて流すことで、ロータを高速回転させ、ロータに連結された発電機で電気を生成する。ロータの軸受け部またはその近傍には、ロータ軸の変位を計測するセンサが設けられており、このセンサでロータ軸の振動を検出することにより、タービンの運転状態を監視している。
【０００３】
上述したロータ軸受け部またはその近傍に設けられたセンサは、ロータ軸の回転異常を検知する。ロータ軸の回転異常は、ロータやブレード等で構成される回転体の回転時のバランスが取れていない場合、すなわちブレードの重量のバラツキ等により回転体の重心がずれている場合や、回転時のブレードが異常振動を起こした場合などに発生する。従って、ブレードの異常振動を早期に検知することは、タービンの正常運転を維持する観点において重要である。しかしながら、一般的にロータ軸受け部またはその近傍に設けられたセンサの検出感度では、ブレード振動に起因するロータ軸の振動を検出することは困難である。
【０００４】
上記の課題に対し、近年多用されている、隣接するブレードの先端部に設けられた翼先端カバーがロータ回転時に互いに連結するように構成されたタービンにおいて、ブレードの振動を直接測定する方法が提案されている。例えば、非特許文献１は、ブレード先端部にブレード自身と光学的な反射率が異なる部材を貼り付け、ブレードの半径方向からブレードの先端部に向けて赤外線を照射し、その反射光を光学レンズを有するセンサで検出することによりブレードの通過時刻を計測し、振動を測定する方法を開示している。また、特許文献１は、ブレード先端部にマーカを設け、このマーカをブレードの半径方向からセンサで検出することにより、振動を測定する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】WO 2008/105981号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】日本機械学会論文集(C編)58巻555号(1992-11)，pp3196-3202，論文NO.91-1689
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の測定方法は、翼先端カバーにマーカを設けることが必要となるため、既存ブレードには適用できない。
【０００８】
また、非特許文献１の測定方法を蒸気タービンに適用した場合、センサの光学レンズに水滴や汚れが付着するとセンサの検出感度が低下するため、定期的にセンサのメンテナンスを行う必要がある。
【０００９】
そこで、本発明は、蒸気タービンに適用した場合もセンサの検出感度が低下せず、既存ブレードにも適用でき、早期に異常を検出することができる測定方法及び装置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】
【００１０】
上述の課題を解決するための第１の発明は、隣接するブレードの先端部に設けられた翼先端カバーがロータ回転時に互いに連結するように構成されたブレードのロータ軸方向における振動変位を評価するタービンブレード振動変位評価方法において、前記翼先端カバーと対向するように、かつロータ軸方向において互いに所定の間隔を隔てて取付けられた２つ以上の磁場式変位センサの出力電圧を計測する第１処理と、前記第１処理で計測した出力電圧から前記２つ以上の磁場式変位センサと前記翼先端カバーとのギャップを特定する第２処理と、前記第２処理で特定したギャップに対応する軸方向変位−出力電圧検量線を特定する第３処理と、前記第３処理で特定した軸方向変位−出力電圧検量線に基づいて前記第１処理で計測した出力電圧から軸方向変位を特定する第４処理とを備えを備えるものとする。
【００１１】
上述の課題を解決するための第２の発明は、隣接するブレードの翼先端カバーがロータ回転時に互いに連結するように構成されたブレードの軸方向振動変位を測定するタービンブレード振動変位評価装置において、前記翼先端カバーと対向するように、かつロータ軸方向において互いに所定の間隔を隔てて取付けられた少なくとも２つの磁場式変位センサと、前記２つの磁場式変位センサの出力電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置と、前記２つの磁場式変位センサの出力電圧と前記翼先端カバーの軸方向変位との関係を示す検量線データを格納するデータベース部、前記データベース部に格納された検量線データに基づいて前記Ａ／Ｄ変換装置で変換したデジタル信号から前記翼先端カバーのロータ軸方向における変位を特定する演算部、及び前記演算部による演算結果を保持するメモリ部を有するデータ処理装置と、前記データ処理装置による処理結果を表示する表示装置とを備えるものとする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ブレードの軸方向変位を測定することにより、タービンの異常を早期に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１に係るタービンブレード振動変位評価装置の構成及びタービンの構成に示す図である。
【図２】ブレードの斜視図である。
【図３】ブレードをロータ軸の半径方向から見た図である。
【図４】磁場式変位センサに対する翼先端カバーが軸方向位置が変化した場合のセンサ出力電圧の変化を示す図である。
【図５】磁場式変位センサと翼先端カバーのギャップが変化した場合のセンサ出力電圧の変化を示す図である。
【図６】ギャップ−最小出力電圧検量線と変位−出力電圧検量線との関係を示す図である。
【図７】本発明に係る測定方法を示すフロー図である。
【図８】実施例１におけるセンサと翼先端カバーの位置関係を示す図である。
【図９】実施例１における２つの磁場式変位センサの出力電圧波形を示す図である。
【図１０】軸方向変位−出力電圧検量線とギャップ−差分電圧検量線との関係を示す図である。
【図１１】実施例１における２つの磁場式変位センサの出力電圧の変化を軸方向変位−出力電圧検量線上に示す図である。
【図１２】実施例１における測定方法を示すフロー図である。
【図１３】実施例２における磁場式センサと翼先端カバーの位置関係を示す図である。
【図１４】実施例２における２つの磁場式変位センサの出力電圧波形を示す図である。
【図１５】実施例２における２つの磁場式変位センサの出力電圧の変化を軸方向変位−出力電圧検量線上に示す図である。
【図１６】実施例２における測定方法を示すフロー図である。
【図１７】実施例３における測定方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例に係るタービンブレード振動変位評価装置の構成を、タービンの構成と共に示す図である。
【００１６】
図１において、タービン１００は、ロータ軸１０、ロータ軸１０に取付けられたディスク１１、ディスク１１の周りに複数配置されたブレード３０、各ブレード３０の先端部に設けられたカバー３１（以下、翼先端カバーという）等で構成された回転体１０１と、回転体１０１を格納するケーシング１０２とを備えている。
【００１７】
図１において、タービンブレード振動変位評価装置２００は、ケーシング１０２に取付けられた磁場式変位センサ３４，３５（以下、センサという）と、センサ３４，３５の出力電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置２０１と、データ処理装置２０２と、データ処理装置２０２の処理結果を表示する表示装置２０３とを備えている。データ処理装置２０２は、センサ３４，３５の出力電圧と翼先端カバー３１の軸方向変位との関係を示す検量線データが格納されたデータベース部２０４、データベース部２０４に格納された検量線データに基づいてＡ／Ｄ変換装置２０１で変換したデジタル信号から翼先端カバー３１のロータ軸方向における変位を特定する演算部２０５、及び演算部２０５の演算結果を保持するメモリ部２０６等を有する。
【００１８】
ブレード３０とセンサ３４，３５との位置関係を、図２及び図３を用いて説明する。図２は、ブレードの斜視図である。図中、矢印３２はロータの軸方向を示し、矢印３３はロータの半径方向を示している。隣接するブレード３０の先端部に設けられた翼先端カバー３１は、ロータ回転時に互いに連結するよう構成されている。センサ３４，３５は、半径方向３３において翼先端カバー３１と対向するように図示しないケーシングに脱着可能に取付けられている。図３は、ブレードをロータ軸の半径方向から見た図である。図３に示すように、磁場式変位センサ３４，３５は、軸方向３２において所定の間隔Ｗを隔てて取付けられている。
【００１９】
センサ３４（３５）に対する翼先端カバー３１の位置とセンサ３４（３５）の出力電圧との関係について、図４及び図５を用いて説明する。
【００２０】
図４は、センサ３４（３５）と翼先端カバー３１の半径方向３３における距離Ｇ（以下、ギャップという）とセンサ出力電圧との関係を示す図である。図４に示すように、半径方向３３において磁場式変位センサ３４（３５）を翼先端カバー３１と対向するように配置すると、センサ３４（３５）に内蔵されたコイルから発生する交流磁場の作用により、翼先端カバー３１に渦電流３８が発生する。翼先端カバー３１がセンサ３４（３５）から離れる（センサ３４（３５）と翼先端カバー３１のギャップＧが大きくなる）と、翼先端カバー３１に発生する渦電流３８は減少する。センサ３４（３５）は、この渦電流３８の強度を電圧信号に変換して出力する。センサ３４（３５）の出力電圧をギャップＧに対してプロットすると、図４下に示すようなギャップＧと出力電圧との関係を示す検量線４０（以下、ギャップ−出力電圧検量線という）が得られる。
【００２１】
図５は、ギャップＧは一定で、センサ３４（３５）と翼先端カバー３１の軸方向３２における距離Ｌ（以下、軸方向変位という）が変化した場合の軸方向変位Ｌとセンサ出力電圧との関係を示す図である。ここで、軸方向変位Ｌは、センサ３４（３５）により翼先端カバー３１に生じる渦電流３８の発生領域が最大となるときをゼロと定義している。そのため、軸方向変位Ｌが大きくなるにしたがって渦電流３８の発生領域が減少する。このように、ギャップＧが一定の場合でも、センサ３４（３５）に対する翼先端カバー３１の軸方向変位Ｌが変化すると、センサ３４（３５）の出力電圧が変化する。センサ３４（３５）の出力電圧Ｖ１（Ｖ２）を軸方向変位Ｌに対してプロットすると、図５下に示すような軸方向変位Ｌと出力電圧との関係を示す検量線４１（軸方向変位−出力電圧検量線）が得られる。
【００２２】
なお、センサ３４（３５）の出力電圧は、図４下及び図５下に示すように、渦電流が強い（又は広い）場合、言い換えれば、センサ３４，３５と翼先端カバー３１のギャップＧが小さい（又は軸方向変位Ｌが小さい）場合に低くなるが、設定により高低を逆にすることも可能である。以降、ギャップＧが小さい（又は軸方向変位Ｌが小さい）場合に出力電圧が低くなるよう設定しているものとして説明する。
【００２３】
図６は、軸方向変位−ギャップ検量線データ、及びギャップ−最小出力電圧検量線の例を示す図である。図６左に示す軸方向変位−出力電圧検量線データ４６は、異なるギャップＧａ，Ｇｂ，Ｇｃ，Ｇｂ（以下、Ｇｘと表記する）のそれぞれにおいて予め測定された複数の軸方向変位−出力電圧特性検量線４６Ｇａ，４６Ｇｂ，４６Ｇｃ，４６Ｇｄ（以下、４６Ｇｘと表記する）で構成される。図６右に示すギャップ−最小出力電圧検量線４７は、軸方向変位Ｌがゼロとなる（センサ出力電圧が最小となる）位置で予め測定されたギャップ−出力電圧検量線である。
【００２４】
軸方向変位−出力電圧検量線データ４６は、図１に示したタービンブレード振動変位評価装置２００のデータベース部２０５に格納されており、ギャップＧｘが特定されれば、ギャップＧｘに対応する軸方向変位−出力電圧検量線４６Ｇｘが特定され、軸方向変位−出力電圧検量線４６Ｇｘに基づいてセンサ出力電圧Ｖ１，Ｖ２から軸方向変位Ｌ１，Ｌ２を特定することができる。
【００２５】
図７は、上述の測定方法を示すフロー図である。図７のフローを構成する各ステップについて順に説明する。まず、センサ３４，３５の出力電圧Ｖ１，Ｖ２を計測する（ステップＳ１００）。ステップＳ１００に続いて、ステップＳ１００で計測した出力電圧Ｖ１，Ｖ２からギャップＧｘを特定する（ステップＳ２００）。ステップＳ２００に続いて、軸方向変位−出力電圧検量線データ４６の中で、ステップＳ２００で特定したギャップＧｘに対応する軸方向変位−出力電圧検量線４６Ｇｘを特定する（ステップＳ３００）。ステップＳ３００に続いて、ステップＳ２００で特定した軸方向変位−出力電圧検量線４６Ｇｘに基づいてステップＳ１００で計測したセンサ出力電圧Ｖ１から軸方向変位Ｌ１を特定する（ステップＳ４００）。これにより、ブレード先端部の軸方向３２における振動変位を評価することができる。
【００２６】
実施例１に係るブレード振動変位評価方法について、図８〜１１を用いて説明する。
【００２７】
図８は、実施例１におけるセンサ３４，３５と翼先端カバー３１の位置関係を示す図である。図８に示すように、センサ３４，３５は、半径方向３３において翼先端カバー３１とギャップＧを隔て、かつ軸方向３２において互いに所定の間隔Ｗを隔てて取付けられている。
【００２８】
さらに、実施例１では、図８に示すように、翼先端カバー３１が軸方向３２において変位ΔＬ（振幅ΔＬ／２）で振動した場合に、センサ３４，３５からの翼先端カバー３１の軸方向変位Ｌ１，Ｌ２がゼロとならない位置にセンサ３４，３５が設置されていることを前提としている。なお、予めこのような前提でセンサ３４，３５を設置することが難しい場合は、３つ以上のセンサを互いに所定の間隔Ｗを隔てて取付け、各センサの出力電圧波形に基づいて上記の前提を満たす位置に設置されている２つのセンサを選択しても良い。
【００２９】
２つのセンサ３４，３５の出力電圧Ｖ１，Ｖ２に基づいてギャップＧを求める方法について説明する。図９は、図８に示すように翼先端カバー３１が振動した場合のセンサ３４，３５の出力電圧波形を示す図である。図９において、センサ３４，３５の出力電圧波形をそれぞれ波形６０，６１で示す。図中、ある同時刻ｔ１におけるセンサ３４，３５の出力電圧をそれぞれＶ１ａ，Ｖ２ａとし、出力電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａの差分電圧をΔＶとする。２つの出力電圧Ｖ１ａ，Ｖ２ａからギャップＧを求める際には、ギャップと差分電圧との関係を示すギャップ−差分電圧検量線データを利用する。ギャップ−差分電圧検量線データの作成方法を、図１０を用いて説明する。図１０は、軸方向変位−出力電圧検量線データ４６とギャップ−差分電圧検量線データ４８との関係を示す図である。図１０に示すように、ギャップ−差分電圧検量線データ４８は、複数のギャップ−軸方向検量線で構成される。軸方向変位−出力電圧検量線データ４６に基づいて作成される。
【００３０】
以下、ギャップ−差分電圧検量線の求め方を具体的に説明する。図１０左に示す軸方向変位−出力電圧検量線データ４６において、例えば、センサ３４の出力電圧がＶ１ａの場合、ギャップＧａに対応する軸方向変位−出力電圧検量線４６Ｇａにおける間隔Ｗに対応する差分電圧ΔＶはαとなる。同様にギャップＧｂに対応する検量線４６Ｇｂにおける差分電圧ΔＶはβとなり、ギャップＧｃに対応する検量線４６Ｇｃにおける差分電圧はγとなる。このように、各ギャップＧｘに対応する検量線４７ｘのそれぞれにおける間隔Ｗに対応する差分電圧ΔＶを求め、横軸をギャップＧ、縦軸を差分電圧ΔＶとしてプロットすると、図１０右に示すように、出力電圧Ｖ１ａに対応するギャップ−差分電圧検量線４８ａが得られる。センサ出力電圧を変化させながら同様の操作を行うことで、センサ３４の各出力電圧Ｖ１ａ，…，Ｖ１ｂ，…に対応するギャップ−差分電圧検量線４８ａ，…，４８ｂ,…（以下、４８ｘと表記する）が得られる。
【００３１】
ギャップ−差分電圧検量線データ４８は、図１に示したタービンブレード振動変位評価装置２００のデータベース部２０４（図１に示す）に格納されており、センサ３４の出力電圧Ｖ１に対応するギャップ−差分電圧検量線４８ｘが特定されれば、ギャップ−差分電圧検量線４８ｘに基づいてセンサ３４，３５の出力電圧Ｖ１，Ｖ２の差分電圧ΔＶからギャップＧｘを特定することできる。
【００３２】
ギャップＧｘが特定された後、ギャップＧｘに対応する軸方向変位−出力電圧検量線４７ｘが特定され、この特定された検量線４７ｘに基づいてセンサ３４の出力電圧Ｖ１から軸方向変位Ｌ１が特定される。図１１は、ギャップＧｂに対応する軸方向変位−出力電圧検量線４６Ｇｂにおける出力電圧Ｖ１，Ｖ２と軸方向変位Ｌ１，Ｌ２との関係を示す図である。図１１において、符号６２，６３は、軸方向変位Ｌ１，Ｌ２の変動範囲を示している。センサ３４の出力電圧Ｖ１は検量線４６Ｇｂと変動範囲６２とが交差する範囲で変化し、センサ３５の出力電圧Ｖ２は検量線４６Ｇｂと変動範囲６３とが交差する範囲で変化する。なお、本実施例では、図１１に示すように、軸方向変位Ｌ１，Ｌ２のどちらを用いても翼先端カバー３１の振動変位ΔＬを評価することが可能であるが、センサ３４の方が出力電圧が高い（検出感度が良い）ため、軸方向変位Ｌ１を用いて評価する方が望ましい。
【００３３】
図１２は、上記の測定方法を示すフロー図である。図中、図７に示したフローにおける処理と同様の処理には同じ符号を付している。以下、図７に示したフローと相違する部分を中心に説明する。
【００３４】
ステップＳ１００に続いて、ステップＳ１００で計測した出力電圧Ｖ１，Ｖ２の波形から、ある同時刻におけるセンサ出力電圧Ｖ１，Ｖ２及びこれらの差分電圧ΔＶ（＝Ｖ１−Ｖ２）を求める（ステップＳ２０１）。ステップＳ２０１に続いて、ギャップ−差分電圧検量線データ４８の中から、センサ３４の出力電圧Ｖ１に対応するギャップ−差分電圧検量線４８ｘを特定する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２に続いて、ギャップ−差分電圧検量線４８ｘに基づいて差分電圧ΔＶからギャップＧｘを特定する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３に続いて、ステップＳ３００及びＳ４００を実行する。
【００３５】
図１７に示すフローは、図１に示したタービンブレード振動変位評価装置２００のデータ処理装置２０２によって実行される。
【００３６】
上記のように構成したタービンブレード振動変位評価方法及び装置によれば、ブレードに追加の細工を施すことなくブレードの振動変位を評価することができるため、既存ブレードの振動測定が可能となり、タービンの異常を早期に検出することができる。
【００３７】
また、水滴や汚れが付着しても検出感度が低下しない磁場式変位センサを使用しているため、蒸気タービンに適用した場合も高精度の測定が可能となる。
【実施例２】
【００３８】
実施例２に係るタービンブレード振動変位評価方法及び装置について、図１３〜図１６を用いて説明する。
【００３９】
図１３は、実施例２におけるセンサ３４，３５と翼先端カバー３１の位置関係を示す図である。図１３に示すように、センサ３４，３５は、実施例１と同様、半径方向３３において翼先端カバー３１とギャップＧを隔て、かつ軸方向３２において所定の間隔Ｗを隔てて設置されている。
【００４０】
さらに、実施例２では、図１３に示すように、翼先端カバー３１が軸方向３２において変位ΔＬ（振幅ΔＬ／２）で振動した場合に、センサ３４，３５からの翼先端カバー３１の軸方向変位Ｌ１，Ｌ２のうちいずれか一方（本実施例ではＬ２）がゼロとなる位置にセンサ３４，３５が設置されていることを前提としている。なお、予めこのような前提でセンサ３４，３５を設置することが難しい場合は、３つ以上のセンサを所定の間隔Ｗで設置し、各センサの出力電圧波形に基づいて上記の前提を満たす位置に設置されている２つのセンサを選択しても良い。
【００４１】
まず、ギャップＧを求め方について説明する。図１４は、図１３に示すように翼先端カバー３１が振動した場合のセンサ３４，３５の出力電圧波形を示す図である。図１４において、センサ３４，３５の出力電圧波形をそれぞれ波形８０，８１で示す。図１４に示すように、センサ３５の出力電圧波形８１には、ブレードの振動１周期Ｔ内に最小出力電圧Ｖｍｉｎが２回現れる。すなわち、センサ３５の出力電圧波形８１においては、ブレードの振動１周期Ｔ内に極大値と極小値が合計で３個以上現れる。この場合、センサ３５の出力電圧波形８１から最小出力電圧Ｖｍｉｎを特定され、図８で示したギャップ−最小出力電圧検量線４７に基づいて最小出力電圧ＶｍｉｎからギャップＧｘが特定される。なお、ギャップ−最小出力電圧検量線４７は、図６に示した軸方向変位−出力電圧検量線データ４６と共に、図１に示したタービンブレード振動変位評価装置２００のデータベース部２０５に格納されている。
【００４２】
続いて、軸方向変位−出力電圧検量線データ４６から、このギャップＧｘに対応する軸方向変位−出力電圧検量線４６Ｇｘが特定され、軸方向変位−出力電圧検量線４６Ｇｘに基づいてセンサ３４の出力電圧Ｖ１から軸方向変位Ｌ１が特定される。図１５は、ギャップＧｂに対応する軸方向変位−出力電圧検量４６Ｇｂにおける出力電圧Ｖ１，Ｖ２と軸方向変位Ｌ１，Ｌ２との関係を示す図である。図１５において、符号８３，８４は、軸方向変位Ｌ１，Ｌ２の変動範囲を示している。センサ３４の出力電圧Ｖ１は検量線４６Ｇｂと変動範囲８３が交差する範囲で変化し、センサ３５の出力電圧Ｖ２は検量線４６Ｇｂと変動範囲８４が交差する範囲で変化する。なお、本実施例では、図１５に示すように、センサ３５の出力電圧Ｖ２から軸方向変位Ｌ２を一つに特定できない場合があるため、軸方向変位Ｌ２を用いて振動変位ΔＬを評価することはできない。
【００４３】
図１６は、上述の測定方法を示すフロー図である。図中、図７で示したフローと同等の処理には同じ符号を付している。以下、図１６に示すフローについて、図７に示したフローと相違する部分を中心に説明する。
【００４４】
ステップＳ１００に続いて、センサ３５の出力電圧波形から最小出力電圧Ｖｍｉｎを特定する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４に続いて、ギャップ−最小出力電圧検量線４７に基づいて最小出力電圧ＶｍｉｎからギャップＧを特定する（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０５に続いて、軸方向変位−出力電圧検量線データ４６の中から、ギャップＧに対応する軸方向変位−出力電圧検量線４６ｘを特定する（ステップＳ３００）。ステップＳ３００に続いて、ステップＳ３００で特定した検量線４７ｘに基づいてセンサ３４の出力電圧Ｖ１から軸方向変位Ｌ１を特定する。
【００４５】
本実施例に係るタービンブレード振動変位評価装置の構成は、データ処理装置２０２が図１６に示すフローを実行するよう構成されている点を除き、実施例１と同様である。
【００４６】
上記のように構成したタービンブレード振動変位評価方法及び装置によれば、ブレードに追加の細工を施すことなく振動変位を評価することができるため、既存ブレードの振動測定が可能となり、タービンの異常を早期に検出することができる。
【００４７】
また、水滴や汚れが付着しても検出感度が低下しない磁場式変位センサを使用しているため、蒸気タービンに適用した場合も高精度の測定が可能となる。
【実施例３】
【００４８】
実施例３に係るタービンブレード振動変位評価方法及び装置について、図１７を用いて説明する。
【００４９】
実施例３に係る測定方法は、センサ３４，３５の出力電圧波形に応じて、実施例１に係る測定方法と実施例２に係る測定方法とを使い分けるものである。図１７は、実施例３に係る測定方法を示すフロー図である。図中、図７及び図１６で示したフローにおける処理と同等の処理には同じ符号を付している。以下、図１７に示すフローについて、図７及び図１６のフローと相違する部分を中心に説明する。
【００５０】
ステップＳ１００に続き、ステップＳ１００で計測したセンサ３４，３５出力電圧の振動１周期内に、極大値と極小値が合計３個以上あるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。
【００５１】
ステップＳ２０６でＹＥＳ（極大値と極小値が合計３個以上無い）と判定された場合は、同時刻の第１のセンサ出力電圧値と第２のセンサ出力電圧値及び差分電圧を求める（ステップＳ２０１）。ステップＳ２０１に続いて、出力電圧Ｖ１に対応するギャップ−差分電圧検量線４８ｘを特定する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２に続いて、ステップＳ２０２で特定したギャップ−差分電圧検量線４８ｘに基づいてステップＳ２０１で求めた差分電圧ΔＶからギャップＧｘを特定する（ステップＳ２０３）。
【００５２】
一方、ステップＳ２０６でＮＯ（極大値と極小値が合計３個以上有る）と判定された場合は、センサ３５の出力電圧波形から最小出力電圧Ｖｍｉｎを特定する（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４に続いて、ギャップ−最小出力電圧検量線４７に基づいて最小出力電圧ＶｍｉｎからギャップＧを特定する（ステップＳ２０５）。
【００５３】
ステップＳ２０３又はＳ２０５に続いて、ステップＳ３００、Ｓ４００を実行する。
【００５４】
本実施例に係るタービンブレード振動変位評価装置の構成は、データ処理装置２０２が図１７に示すフローを実行するよう構成されている点を除き、実施例１と同様である。
【００５５】
上記のように構成したタービンブレード振動変位評価方法及び装置によれば、ブレードに追加の細工を施すことなく振動変位を評価することができるため、既存ブレードの振動測定が可能となり、タービンの異常を早期に検出することができる。
【００５６】
また、水滴や汚れが付着しても検出感度が低下しない磁場式変位センサを使用しているため、蒸気タービンに適用した場合も高精度の測定が可能となる。
【００５７】
さらに、実施例１及び２のようにセンサ３４，３５の位置を限定する必要がないため、センサ３４，３５の設置が容易となる。
【符号の説明】
【００５８】
１０  ロータ軸
１１  ディスク
３０  ブレード
３１  翼先端カバー
３２  軸方向
３３  半径方向
３４，３５  磁場式変位センサ
３８  渦電流
４６  軸方向変位−出力電圧検量線データ
４７  ギャップ−最小出力電圧検量線
４８  ギャップ−差分電圧検量線データ
６０，６１  出力電圧波形
６２，６３  変動範囲
８０，８１  出力電圧波形
８３，８４  変動範囲
１００  タービン
１０１  回転体
１０２  ケーシング
２００  タービンブレード振動変位評価装置
２０１  Ａ／Ｄ変換装置
２０２  データ処理装置
２０３  表示装置
２０４  データベース部
２０５  演算部
２０６  メモリ部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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