(57)【要約】【課題】ケーシングに支持された渦電流センサがケーシングの熱膨張により、ロータとのギャップ値が広がることによる渦電流センサの計測範囲の逸脱を防止した回転電機のロータの振動計測システムを提供する。【解決手段】ケーシング６に設けられた支持機構８のケーシング６側に設けられた差動トランス７と、ロータ１に対向して、支持機構８に設けられたセンサ位置調整機構８ａに設けられた渦電流センサ２を有し、差動トランス７が入力するケーシング６の熱膨張量を受信する演算装置４からの出力で、センサ位置調整機構８ａが駆動制御され、ロータ１と渦電流センサ２とのギャップ値Ｇが保持される。【選択図】図３
2015025661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機のロータの振動計測システムであって、前記回転電機のケーシングに設けられた支持機構の前記ケーシング側には差動トランスが設けられているとともに、前記ロータと対向する側には前記ロータとギャップ値を有するように、前記支持機構に設けられたセンサ位置調整機構には搭載保持された渦電流センサが設けられており、熱膨張による前記ケーシングの変位量を検出する前記差動トランスの信号を入力する演算装置は、前記ケーシングの変位量を位置信号に演算して前記センサ位置調整機構に送信するとともに、前記センサ位置調整機構は前記位置信号によって駆動制御されて前記渦電流センサと前記ロータとの前記ギャップ値が変化しないように前記渦電流センサを保持するとともに、前記演算装置は、前記渦電流センサの電圧信号を入力して前記ロータの振動信号に変換し、外部に出力することを特徴とする回転電機のロータの振動計測システム。
【請求項２】
回転電機のロータの振動計測システムであって、前記回転電機のケーシングに設けられた支持機構の前記ロータと対向する側には渦電流センサが前記ロータとギャップ値を有して設けられているとともに、前記渦電流センサの電圧信号を入力し前記ロータの振動信号に変換、外部に出力する演算装置に設けられた演算回路には、予め前記渦電流センサについての第１のリニアレンジを有する第１の校正曲線と、第２のリニアレンジを有する第２の校正曲線とが記憶されており、前記ケーシングの熱膨張によって前記第１の校正曲線の所定のしきい値電圧を超過した場合の信号を入力する前記演算装置の第１の比較器によって前記ギャップ値が超過したことの判定がなされ、その結果を前記演算装置の切替回路に出力し、前記切替回路の信号によって前記演算回路は、前記第１の校正曲線から前記第２の校正曲線に切り替えることにより、前記ケーシングの熱膨張によって前記ギャップ値が広がった後の前記渦電流センサの電圧信号を入力することを特徴とする回転電機のロータの振動計測システム。
【請求項３】
前記支持機構には、第１の渦電流センサと第２の渦電流センサとが設けられており、前記演算回路には前記第１の渦電流センサについての第１のリニアレンジを有する第１の校正曲線が記憶されているとともに、前記第２の渦電流センサについての第２のリニアレンジを有する第２の校正曲線が記憶されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機のロータの振動計測システム。
【請求項４】
前記ギャップ値は１．６ｍｍとすることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータの振動計測システム。
【請求項５】
前記ギャップ値は１．６ｍｍとすることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回転電機のロータの振動計測システム。
【請求項６】
前記第１の校正曲線のリニアレンジは０．２〜２．２ｍｍとし、前記第２の校正曲線のリニアレンジは０．５〜２．５ｍｍとすることを特徴とする請求項５に記載の回転電機のロータの振動計測システム。
【請求項７】
前記回転電機はガスタービン発電機であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機のロータの振動計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機のロータの振動計測システムに関するもので、特に、タービン発電機のロータの振動計測のため、タービン発電機のケーシングに設置された渦電流センサにおいて、ケーシングが熱膨張した場合においても、ロータの振動を正確に測定可能とする振動計測システムに係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりタービン発電機のロータの振動計測には、非接触型の渦電流センサを用いたものが使用されている。タービン発電機等の高速回転体の信頼性向上および稼働率向上には、回転軸系の振動計測、解析の高精度化が重要課題である。このような課題に対する従来例として、回転軸系等の振動解析装置に適用される軸位置成分と波形成分とを高精度に分離するための振動解析用前置演算器において、非接触型の渦電流センサを用いた振動検出器で検出された出力を増幅後、直ちに振動計測対象の位置の変化成分信号と、振動成分信号を分離して振動解析用信号として出力することで、Ｓ／Ｎ比のよい振動成分信号を得るとともに、位置の変化成分信号が得られる振動解析精度を向上させた技術が示されている。（例えば特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１４５７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、電力不足および環境への配慮等の観点からガスタービン発電機の需要が増加してきており、ガスタービン発電機の大容量化に伴い、ガスタービン発電機のケーシングの熱膨張量も大きくなる。この結果ケーシングに設置された非接触型の渦電流センサとガスタービン発電機のロータとの距離に相当するギャップ値が大きく変化し、渦電流センサによる測定可能な範囲から逸脱し、正確な振動測定が出来なくなるという状態が発生する。すなわち渦電流センサはロータとのギャップを０．１ｍｍ以下の微量のギャップ変動を計測することで、ロータの振動監視を行う高感度のセンサであり、ギャップ値の計測可能範囲の狭いセンサを適用することでその仕様を充足するものである。しかしながら上記したようにケーシングが熱膨張した場合、センサ計測範囲を逸脱し、振動が正確に計測できないという問題点がある。このような問題点に対して、前記特許文献１では解決手段が示されてなく、適用不可なものである。
【０００５】
この発明は前記のような課題を解決するためになされたもので、ケーシングが膨張したとしても、高精度の振動計測を可能とする回転電機のロータの振動計測システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は回転電機のロータの振動計測システムであって、回転電機のケーシングに設けられた支持機構のケーシング側には差動トランスが設けられているとともに、ロータと対向する側にはロータとギャップ値を有するように、支持機構に設けられたセンサ位置調整機構に搭載保持された渦電流センサが設けられており、熱膨張によるケーシングの変位量を検出する差動トランスの信号を入力する演算装置は、ケーシングの変位量を位置信号に演算してセンサ位置調整機構に送信するとともに、センサ位置調整機構は位置信号によって駆動制御されて渦電流センサとロータとのギャップ値が変化しないように渦電流センサを保持するとともに、演算装置は、渦電流センサの電圧信号を入力してロータの振動信号に変換、外部に出力するものである。
【０００７】
第２の発明は回転電機のロータの振動計測システムであって、回転電機のケーシングに設けられた支持機構のロータと対向する側に渦電流センサがロータとギャップ値を有して設けられているとともに、渦電流センサの電圧信号を入力しロータの振動信号に変換、外部に出力する演算装置に設けられた演算回路には、予め前記渦電流センサについての第１のリニアレンジを有する第１の校正曲線と、第２のリニアレンジを有する第２の校正曲線とが記憶されており、ケーシングの熱膨張によって第１の校正曲線の所定のしきい値電圧を超過した場合の信号を入力する演算装置の第１の比較器によってギャップ値が超過したことの判定がなされ、その結果を演算装置の切替回路に出力し、切替回路の信号によって演算回路は第１の校正曲線から第２の校正曲線に切り替えることにより、ケーシングの熱膨張によってギャップ値が広がった後の渦電流センサの電圧信号を入力するものである。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明に係る回転電機のロータの振動計測システムは、上記のような構成を採用しているので、安価でかつ簡単な構成であり、かつケーシングが熱膨張したとしても、ロータと渦電流センサとのギャップが所定の値を変化することなく、一定値を保持可能とするので、ロータの振動を正確に計測可能となり、回転電機であるタービン発電機が安定した状態での運転が行え、その結果安定した電力供給が可能となるという効果がある。
【０００９】
第２の発明に係る回転電機のロータの振動計測システムは、上記のような構成を採用しているので、渦電流センサの計測範囲が広がり、ギャップが広がったとしても正確なロータの振動を計測可能となり、かつケーシングの熱膨張による計測範囲の逸脱を防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１によるガスタービン発電機のロータの振動計測システムを示すブロック図である。
【図２】実施の形態１による渦電流センサの出力する電圧信号例を示す図である。
【図３】実施の形態１による支持機構を示す図である。
【図４】実施の形態１による演算装置を示すブロック図である。
【図５】実施の形態２による支持機構を示す図である。
【図６】実施の形態２による演算装置を示すブロック図である。
【図７】実施の形態２による渦電流センサの校正曲線を示す図である。
【図８】実施の形態３による演算装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
以下、この発明による実施の形態１による回転電機のロータの振動計測システムを図に基づいて説明する。図１は回転電機であるガスタービン発電機のロータ１の振動計測システム１００を示すブロック図である。図１において、ロータ１の振動を計測する渦電流センサ２は、ガスタービン発電機のケーシング６に設置された支持機構８に一体的に設けられた後述するセンサ位置調整機構８ａの先端部分に、ロータ１に対してギャップ値Ｇを有するよう設置されている。ドライバ３は渦電流センサ２の発信回路、構成回路などを有する。演算装置４は渦電流センサ２から得られる信号を入力して演算処理を行い、その結果を外部設置の計算機１０等にアナログ信号や警報信号を出力する。図２に渦電流センサ２が出力する電圧信号例を示す。
この図２の場合、ロータ１と渦電流センサ２とのギャップ値Ｇの０．２〜２．２ｍｍの範囲が出力電圧のリニアレンジを有するような特性を有している。尚、ギャップ値Ｇの取付基準値は１．６ｍｍとしている。渦電流センサ２の出力は−１１ＶＤＣのオフセット電圧に交流が乗っており、ロータ１の０．１ｍｍの振動が計測可能である。
【００１２】
図３に基づいて振動計測の動作について説明する。渦電流センサ２と差動トランス（ＬＶＤＴ）７とを支持する支持機構８が、ガスタービン発電機のケーシング６に固定具５を介して設けられている。この支持機構８に設けられたセンサ位置調整機構８ａの先端部分であって、ロータ１にギャップ値Ｇを介して対向する個所には渦電流センサ２が設置されているとともに、支持機構８の上部には前記差動トランス７が設置されている。前記センサ位置調整機構８ａは、ケーシング６が熱膨張によってΔＨ分外径方向に変位した場合、差動トランス７の図示省略したロッド位置が変化することによって出力される信号を受けて、その信号による変位ΔＨの距離について渦電流センサ２を内径方向に移動させることによって、ギャップ値Ｇに変化が生じることなく、ギャップ値Ｇを保持し続けるよう駆動制御するものである。つまり、ケーシング６が熱膨張して外径方向に変位する際、差動トランス７のロッド位置が、変化することによって、出力される信号を入力する演算装置４は、ケーシング６の熱膨張量に応じた位置信号に変換した位置信号に基づき、前記センサ位置調整機構８ａに設けられた図示省略の位置駆動機能が動作して、渦電流センサ２が支持機構８に対して相対的に内径方向に移動し、ギャップ値Ｇを所定値に保持し続ける。
【００１３】
図４に演算装置４のブロック図を示す。ドライバ３を介する渦電流センサ２の電圧信号はハイパスフィルタ４３に入力しＤＣ成分がカットされて演算回路４４にて振動信号に変換される。差動トランス７の出力するＡＣ信号は整流回路４１で全波整流され、ローパスフィルタ４２で高周波ノイズがカットされ、ケーシング６の熱膨張量に応じた位置信号に変換される。前述の如く、この位置信号はセンサ位置調整機構８ａに送信されて位置駆動機能を動作させ、ギャップ値Ｇを所定値に保持する。さらに演算回路４４からの振動信号、位置信号を入力するレベル出力変換回路４５は、振動アナログ出力、ＧＡＰアナログ出力として外部設置の計算機１０に出力する。さらにこのレベル出力変換回路４５の出力は第１の比較器４６ａ、第２の比較器４６ｂ、第３の比較器４６ｃに出力され、それぞれＧＡＰ警報、振動警報、振動トリップの信号として前記計算機１０に出力される。
【００１４】
尚、センサ位置調整機構８ａとしては渦電流センサ２を図２に示したリニアレンジに相当する距離分を移動可能な機能を有するものであればよく、例えばエアーシリンダ、油圧シリンダ、金属ロープ等を用いたリニアモーション機構等、適宜選定すればよい。
【００１５】
また、前述したロータ１と渦電流センサ２のギャップ値Ｇは１．６ｍｍを基準値として設定されており、図２に示す例においてセンサ位置調整機構８ａはリニアレンジ最大値２．２ｍｍに達する０．６ｍｍ相当分を最小限とする渦電流センサ２を移動可能とするものである必要があるが、これ以上の移動可能なものであってもよい。
【００１６】
このように実施の形態１では、ガスタービン発電機の運転に伴いケーシング６が熱膨張したとしても、ロータ１と渦電流センサ２とのギャップ値Ｇが所定値を変化することなく一定値を保持可能とする構成を備えているので、ロータ１の振動を精度良く測定可能となり、ガスタービン発電機の安定した状態での運転が行える。また、支持機構８に、渦電流センサ２と差動トランス７とが一体的に設けられているので、ケーシング６への取付箇所が１箇所とすることが可能となり、構造の簡素化に伴う取付工事の簡略化、コスト低減を図ることができるという効果がある。
【００１７】
実施の形態２．
次に実施の形態２について説明する。図５に示すようにこの実施の形態２は前述した渦電流センサ２を支持する支持機構８がケーシング６に固定具５でもって設置されている構成を採用するとともに、図６に示すように演算装置４に切替回路４７を設け、さらに図７に基づいて詳述するように演算回路４４内の図示省略したメモリに第１のリニアレンジ範囲を有する第１の校正曲線２１と、第２のリニアレンジ範囲を有する第２の校正曲線２２とが記憶されており、第１の比較器４６ａからの信号で切替回路４７によって前述第１の校正曲線２１から第２の校正曲線２２に切り替え、これに基づき演算回路４４が演算を行うものである。次に図７の渦電流センサ２の校正曲線について証明する。第１の校正曲線２１は渦電流センサ２の特性が０．２〜２．２ｍｍの範囲についてリニアレンジを有し、第２の校正曲線２２は０．５〜２．５ｍｍの範囲についてリニアレンジを有するようモニタカードで校正されている。ここで第１の校正曲線２１と第２の校正曲線２２とを備えることの必要性について述べる。実施の形態１でも述べたように、一般にガスタービン発電機の振動計測にはロータ１と渦電流センサ２とのギャップ値Ｇは１．６ｍｍを基準値として設定されている。前述のようにリニアレンジは０．２〜２．２ｍｍ程度のものが一般に市販されている。一方ケーシング６の熱膨張量ΔＨはコンマ数ｍｍ程度であるが、第１の校正曲線２１のリニアレンジの上限２．２ｍｍに対して０．３ｍｍ広いリニアレンジを有する第２の校正曲線２２を演算回路４４のメモリに記憶させておくことで、ケーシング６の熱膨張によってギャップ値Ｇが広がった場合においても、第１の校正曲線２１から第２の校正曲線２２に切り替えることで正確な振動計測が行える。
【００１８】
次に動作について説明する。予め渦電流センサ２の電圧をゲイン調整することで、リニアレンジが０．２〜２．２ｍｍの第１の校正曲線２１と、０．５〜２．５ｍｍの第２の校正曲線２２のパターンを演算回路４４内のメモリに記憶する。ケーシング６の熱膨張によりギャップ値Ｇが拡大した場合、演算装置４に設けられた比較器４６ａが設定超過の可否すなわち渦電流センサ２の出力電圧のしきい値、図７の例では−１７Ｖを超過したか否かの判定を行い超過した場合、この信号を入力する切替回路４７の信号に基づいて演算回路４４は第１の校正曲線２１から第２の校正曲線２２に切り替えを行い演算を継続する。尚、演算回路４４は渦電流センサ２の出力からギャップ値Ｇも演算を行い、レベル出力変換回路４５を介してギャップ情報を出力する。これ以外の動作は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。このような構成を備えているので渦電流センサ２の計測範囲が広がるので１箇の渦電流センサ２をもってしても、ギャップ値Ｇに対応する計測可能範囲が広がり、かつ正確な測定が行え、またケーシング熱膨張に伴う計測範囲逸脱を防止できるという効果がある。
【００１９】
実施の形態３．
この実施の形態３は前述した実施の形態２における図５の支持機構８に第１の渦電流センサ２ａと、第２の渦電流センサ２ｂとを設けたもので、そのブロック図を図８に示す。第１の渦電流センサ２ａの出力は第１のドライバ３ａに、第２の渦電流センサ２ｂの出力は第２のドライバ３ｂに入力され、これら第１のドライバ３ａ、第２のドライバ３ｂの出力は演算装置４の第１のハイパスフィルタ４３ａ、第２のハイパスフィルタ４３ｂにそれぞれ入力されるとともに、その出力が演算回路４４に入力される。第１の渦電流センサ２ａについては前述した実施の形態２と同様に予めその出力電圧をゲイン調整することによってリニアレンジが０．２〜２．２ｍｍのパターンを校正したものが、演算回路４４のメモリに記憶されているとともに、第２の渦電流センサ２ｂはリニアレンジ０．５〜２．５ｍｍのパターンを校正したものが演算回路４４のメモリに記憶されている。ケーシング６の熱膨張によりギャップ値Ｇが拡大した場合第１の渦電流センサ２ａの出力電圧のしきい値を超過したか否かの判定を比較器４６ａが行い、超過した場合この信号を入力する切替回路４７によって第２の渦電流センサ２ｂの出力を演算するよう演算回路４４に出力する。これ以外の動作は実施の形態２と同様であるので説明を省略する。このようにこの実施の形態３では２箇の渦電流センサ２ａ、２ｂを用いることによって、振動を計測する渦電流センサの計測範囲が広がるので、ケーシング６が熱膨張したとしてもギャップ計測範囲から逸脱することを防止できるという効果がある。
【００２０】
上記実施の形態１〜３では振動計測器に渦電流センサを用いることを示したが、これに限らず非接触型のものであれば他の計測器であってもよい。また、ガスタービン発電機の例を示したが他の回転電機であってもよい。
【００２１】
尚、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００２２】
１  ロータ、２  渦電流センサ、２ａ  第１の渦電流センサ、
２ｂ  第２の渦電流センサ、４  演算装置、６  ケーシング、７  差動トランス、
８  支持機構、８ａ  センサ位置調整機構、２１  第１の校正曲線、
２２  第２の校正曲線、４４  演算回路、４６ａ  比較器、４７  切替回路、
Ｇ  ギャップ値、１００  振動計測システム。
【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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