(57)【要約】【課題】本発明の目的は軸ねじり振動を簡単に測定することができるインターナルポンプの軸ねじり振動測定装置を提供することにある。【解決手段】インターナルポンプのモータを収納する円筒状ケーシング６に、径方向の振動を検出する振動検出器２と周方向の振動を検出する音響検出器３を取付ける。振動演算装置１５は、振動検出器２で検出した振動波形信号と音響検出器３で検出した音響波形信号の両信号の次元を一致させ、両信号の差からモータの軸ねじり振動を求める。【選択図】　図２
2004053383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータが円筒状ケーシングに収納されているインターナルポンプと、前記円筒状ケーシングに取付けられ径方向の振動を検出する振動検出器と、前記円筒状ケーシングに取付けられ周方向の振動を検出する音響検出器と、前記振動検出器で検出した振動波形信号と前記音響検出器で検出した音響波形信号を入力して両信号の次元を一致させ、両信号の差から前記モータの軸ねじり振動を求める振動演算手段と、前記振動演算手段で求めた軸ねじり振動を可視化する可視化装置とを具備することを特徴とするインターナルポンプの軸ねじり振動測定装置。
【請求項２】
モータが円筒状ケーシングに収納され、原子炉の炉心流量を制御するインターナルポンプと、前記円筒状ケーシングの外周に取付けられ径方向の振動を検出する振動検出器と、前記円筒状ケーシングの外周に取付けられ周方向の振動音を検出する音響検出器と、前記振動検出器で検出した振動波形信号と前記音響検出器で検出した音響波形信号を入力して両信号の次元を一方に一致させ、両信号の差から前記モータの軸ねじり振動を求める振動演算手段と、前記振動演算手段で求めた軸ねじり振動波形を表示する表示装置とを具備することを特徴とするインターナルポンプの軸ねじり振動測定装置。
【請求項３】
モータが円筒状ケーシングに収納され、インバータで駆動されるインターナルポンプと、前記円筒状ケーシングの外周に取付けられ径方向の振動速度を検出する振動検出器と、前記円筒状ケーシングの外周の前記振動検出器と９０度異なる位置に外周面から突出して設けられた取付板と、前記取付板に取付けられ前記円筒状ケーシングの周方向の振動加速度を検出する音響検出器と、前記振動検出器で検出した振動波形信号と前記音響検出器で検出した音響波形信号を入力して両信号の次元を一方に一致させ、両信号の差から前記モータの軸ねじり振動を求める振動演算手段と、前記振動演算手段で求めた軸ねじり振動波形を表示する表示装置とを具備することを特徴とするインターナルポンプの軸ねじり振動測定装置。
【請求項４】
モータが円筒状ケーシングに収納され、原子炉圧力容器の下部に吊下げ固定されているインターナルポンプと、前記円筒状ケーシングに外周に取付けられ径方向の振動を検出する振動検出器と、前記円筒状ケーシングに取付けられ周方向の振動音を検出する音響検出器と、前記振動検出器で検出した振動波形信号と前記音響検出器で検出した音響波形信号を入力して両信号の次元を一方に一致させ、両信号の差から前記モータの軸ねじり振動を求める振動演算手段と、前記振動演算手段で求めた軸ねじり振動のスペクトルを求める周波数分析手段と、前記振動演算手段で求めた軸ねじり振動波形と前記周波数分析手段で求めた軸ねじり振動スペクトルを表示する表示装置とを具備することを特徴とするインターナルポンプの軸ねじり振動測定装置。
【請求項５】
モータが円筒状ケーシングに収納され、インバータで駆動され原子炉圧力容器の下部に吊下げ固定されているインターナルポンプと、前記円筒状ケーシングに外周に取付けられ径方向の振動を検出する振動検出器と、前記円筒状ケーシングに取付けられ周方向の振動音を検出する音響検出器と、前記振動検出器で検出した振動波形信号と前記音響検出器で検出した音響波形信号を入力して両信号の次元を一方に一致させ、両信号の差から前記モータの軸ねじり振動を求める振動演算手段と、前記振動検出器で検出した振動波形信号の振動スペクトルを求める第１の周波数分析手段と、前記音響検出器で検出した音響波形信号の音響スペクトルを求める第２の周波数分析手段と、前記振動スペクトルと前記音響スペクトルを入力して前記モータの軸ねじり振動スペクトルを求める振動スペクトル演算手段と、前記振動演算手段で求めた軸ねじり振動波形と前記振動スペクトル演算手段で求めた軸ねじり振動スペクトルを表示する表示装置とを具備することを特徴とするインターナルポンプの軸ねじり振動測定装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において，前記振動検出器は動電型振動計で、前記音響検出器は圧電型振動計であることを特徴とするインターナルポンプの軸ねじり振動測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は沸騰水型原子炉の炉心流量の制御に用いられるインターナルポンプの軸ねじり振動測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉においては原子炉の炉心流量を制御するのにインターナルポンプが用いられている。インターナルポンプは原子炉圧力容器の下部に吊下げて設置されている。原子炉圧力容器の下部には１０台程のインターナルポンプが円形状に配置されている。インターナルポンプは通常、インバータで駆動されている。
【０００３】
インターナルポンプは，水力部であるインペラと駆動部であるモータ（ロータとステータ）で構成されている。インターナルポンプは円筒状のケーシングに収納され、このケーシングが原子炉圧力容器にノズルを介して連結され吊下げられている。ケーシングの下端はモータカバーにより密閉して炉水の流出を防止している。
【０００４】
従来、このようなインターナルポンプは運転状態を監視するために振動を測定している。振動はケーシングに振動計を設け２種類の振動を測定している。すなわち、ポンプ軸の変動や内包する流体により生じるケーシングの振動を動電型速度計（振動検出器）で測定し、また，ポンプの振動音や流体音を圧電型加速度計（音響検出器）で測定している。振動検出器と音響検出器はそれぞれ２個がケーシングの周方向に９０度の角度間隔で取付けられている。
【０００５】
振動検出器はケーシング（インターナルポンプ）の径方向の振動を測定することを目的としており，また、音響検出器は主にケーシングに伝わってくる音を確認することを目的としている。
【０００６】
ところで、インターナルポンプはモータのトルク変動等に起因して軸ねじり振動が発生する。軸ねじり振動の周波数成分はインターナルポンプを構成する構成部品の固有周波数と機械的な共振を発生し構成部品を破損する可能性がある。したがって、インターナルポンプの繰返し疲労等の影響を考慮するためには軸ねじり振動を測定することを必要とする。
【０００７】
モータの軸ねじり振動を測定するには、例えば、特開平７−５０５６号公報に記載されているように，回転軸の２ヶ所に光検出器を取付け，光検出器の検出信号の位相差の変化により測定する方法が知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術はモータの回転軸に光検出器を取付けて軸ねじり振動を測定している。しかしながら，インターナルポンプはポンプとモータが共にケーシングに収納されて密封されている。インターナルポンプは回転軸に露出部が無いために、検出器を取付けることは実用上極めて困難なことである。回転軸に検出器を取付けられるようにするにはインターナルポンプの大幅な改造が必要となる。
【０００９】
このため、インターナルポンプを大幅に改造することなく軸ねじり振動を簡単に測定する技術の開発が強く要望されている。
【００１０】
本発明は上記点に対処して成されたもので，その目的とするところは軸ねじり振動を簡単に測定することができるインターナルポンプの軸ねじり振動測定装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは，インターナルポンプのモータを収納する円筒状ケーシングに、径方向の振動を検出する振動検出器と周方向の振動を検出する音響検出器を取付け、振動検出器で検出した振動波形信号と音響検出器で検出した音響波形信号の両信号の次元を一致させ、両信号の差からモータの軸ねじり振動を求めるようにしたことにある。
【００１２】
本発明は音響検出器で周方向の振動を検出しているので音響波形信号に軸ねじり振動成分が含まれ、軸ねじり振動成分を含まない振動波形信号の差によって軸ねじり振動を測定することができる。振動検出器と音響検出器は従来もインターナルポンプの振動測定に設けられているものであり、音響検出器の取付け構成を変えるだけで軸ねじり振動を簡単に測定することができる。
【００１３】
換言すると、本発明は音響検出器で周方向の振動を検出するようにして、音響検出器で検出する周方向とほぼ同一方向の径方向振動を検出する振動検出器の振動波形信号の差によって軸ねじり振動を求めていることになる。
【００１４】
本発明の望まし実施形態は振動検出器と音響検出器をケーシングの周方向の９０度だけ異なる位置に設けることである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１、図２に本発明の一実施例を示す。
図１において、インターナルポンプ１は，水力部であるインペラ１１にモータロータ８が回転軸１０で連結され、静止部であるモータステータ９で構成されており，原子炉圧力容器７の下部に設置される。インターナルポンプ１は原子炉圧力容器７の下部に吊下げて固定されている。
【００１６】
モータのロータ８とステータ９を収納する円筒状ケーシング６は原子炉圧力容器７にノズル部を介して接続され，吊下げられている。ケーシング６の下端はカバー１により密閉して炉水の流出を防止している。
【００１７】
円筒状ケーシング６の下方位置に振動検出器２と音響検出器３が取付けられている。振動検出器２は図３、図４に示すように検出面２Ｓをケーシング６の外周面に接触して取付けられている。振動検出器２は矢印Ａで示す振動検出方向（ケーシング６の径方向）の振動を検出する。
【００１８】
一方、音響検出器３は振動検出器２と円筒状ケーシング６の周方向に９０度異なる位置に、外周面から垂直方向に突出して設けられた取付板４に取付けられている。音響検出器３はその検出面３Ｓを取付板４に接触して取付板４に取付けられており、矢印Ｂで示す振動検出方向（ケーシング６の周方向）の振動を検出する。ケーシング６の周方向はモータロータ８（回転軸１０）の回転方向になる。
【００１９】
振動検出器２としては従来から用いられている動電型振動計（動電型速度計）が使用される。また、音響検出器３としては従来から用いられている圧電型振動計（圧電型加速度計）が使用される。音響検出器３が従来と異なる点は周方向の振動を検出するようにしたことである。
【００２０】
図２に上述のように配設した振動検出器２と音響検出器３の検出信号により軸ねじり振動を測定する一実施例を示す。
【００２１】
図２において、振動検出器２で検出した振動波形信号ａと音響検出器３で検出した音響波形信号ｂは振動演算装置１５に入力される。振動演算装置１５はコンピュータ等で構成され、振動波形信号ａと音響波形信号ｂに基づいて次のようにして軸ねじり振動を測定する。その処理を図５に示すフロー図を参照して説明する。
【００２２】
振動演算装置１５はステップＳ１において振動検出器２と音響検出器３から出力された振動波形信号ａと音響波形信号ｂを取込み処理を行う。振動波形信号ａは図６（ｃ）のような波形になり、音響波形信号ｂは図６（ａ）に示すような波形になる。音響検出器３からの音響波形信号ｂ（波形データ）は振動加速度であり，振動検出器２からの振動波形信号ａ（波形データ）は振動速度である。
【００２３】
ステップＳ２では音響検出器３の波形データｂを数値積分して物理量を振動速度に変換して振動検出器２の波形データａと次元を一致させる。音響検出器３の波形データｂを積分した音響波形信号ｂは図６（ｂ）のようになる。
【００２４】
ステップＳ２からステップＳ３に移行して図６（ｂ）の音響波形信号ｂと振動波形信号ａの位相を合わせ，両信号の振幅の差を算出する。振動検出器２の振動波形信号ａはケーシング６の径方向の振動分であり、両信号の振幅の差によってケーシング６の周方向、つまりロータ８の回転方向の振動（軸ねじり振動）を検出することができる。検出された軸ねじり振動信号ｃの波形は図６（ｄ）に示すようになる。
【００２５】
ステップＳ４では，一般に機器の健全性に影響する軸ねじり振動は低周波数成分（１〜７００Ｈｚ程度）であり、図６（ｄ）の軸ねじり振動信号ｃの高周波フィルタ処理を行い音などの高周波成分を除去する。ステップＳ５では検出した軸ねじり振動信号（軸ねじり波形データ）ｃを周波数分析装置１６に出力し、ステップＳ６で表示装置１７に軸ねじり振動信号ｃを出力して表示する。表示装置１７には周波数分析装置１６で求めた図７に示すようなスペクトルデータｄが表示される。
【００２６】
このように、表示装置１７には図６（ｄ）に示す軸ねじり振動信号ｃと図７に示す軸ねじり振動信号ｃのスペクトルデータｄが表示される。監視員は表示装置１７を見ることによってインターナルポンプ１の運転状態を知ることができる。
【００２７】
なお、表示装置１７は可視化装置の一例であって、印字装置などの他の可視化装置を用いることもできる。
【００２８】
このようにしてインターナルポンプ１の軸ねじり振動を測定するのであるが、音響検出器で周方向の振動を検出しているので音響波形信号に軸ねじり振動成分が含まれ、軸ねじり振動成分を含まない振動波形信号の差によって軸ねじり振動を測定することができる。振動検出器と音響検出器は従来もインターナルポンプの振動測定に設けられているものであり、音響検出器の取付け構成を変えるだけで軸ねじり振動を簡単に測定することができる。
【００２９】
また、軸ねじり振動のスペクトルデータを表示しているので、振動要因がインバータの電源あるいはモータの回転などによるものかを判定することができる。
【００３０】
なお、振動検出器の振動検出信号と音響検出器の音響検出信号の次元を一致させるために音響検出信号を積分しているが、振動検出信号を微分して振動速度から振動加速度へ変換しても良いことは容易に理解できることである。
図８に本発明の他の実施例を示す。
【００３１】
図８において図２の実施例と異なる点は、振動検出器２の振動検出信号と音響検出器３の音響検出信号をそれぞれ周波数分析装置１６Ａ、１６Ｂに入力して音響スペクトルと振動スペクトルを求め、振動スペクトル演算装置１８で次元を合わせた後に両スペクトルの差によって軸ねじり振動のスペクトルを演算していることである。
【００３２】
このようにしても図２の実施例と同様に軸ねじり振動を測定することができる。また，各波形の周波数成分を比較し，音響波形のみに特異な周波数成分があればそれが軸ねじり振動となるため，軸ねじり振動の発生に関する簡易的判断が可能となる。
【００３３】
次に、上述の実施例は音響検出器３を取付板４に取付けているが、図９、図１０のように音響検出器３をモータカバー１２に固定されているラグ５の側面に取付けることもできる。ラグ５はインターナルポンプ１の保守点検時に使用するもので、４個のラグ５がカバー１２外周面の垂直方向に取付けられている。振動検出器３はラグ５に対して，周方向に９０度ずらした位置に取付けられている。
【００３４】
このようにしても軸ねじり振動を測定でき、音響検出器３を取付ける補助的な取付板４を設ける必要がなくなる。
【００３５】
以上のようにしてインターナルポンプの軸ねじり振動を測定するのであるが、音響検出器で周方向の振動を検出して軸ねじり振動成分を含まない振動波形信号の差によって軸ねじり振動を測定しているので、振動検出器と音響検出器は従来もインターナルポンプの振動測定に設けられているものであり、音響検出器の取付け構成を変えるだけで軸ねじり振動を簡単に測定することができる。
【００３６】
また、軸ねじり振動のスペクトルデータを表示しているので、振動要因がインバータの電源あるいはモータの回転によるものかを判定することができる。
【００３７】
なお、上述の実施例は振動検出器と音響検出器をケーシングの周方向の９０度だけ異なる位置に設けているが、任意角度にして振動検出器で検出する径方向振動における音響検出器で検出する周方向とほぼ同一方向の径方向振動成分を演算により求めて差を算出しても軸ねじり振動を求めることができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は音響検出器で周方向の振動を検出して軸ねじり振動成分を含まない振動波形信号の差によって軸ねじり振動を測定しているので、振動検出器と音響検出器は従来もインターナルポンプの振動測定に設けられているものであり、音響検出器の取付け構成を変えるだけで軸ねじり振動を簡単に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インターナルポンプの一部破断した概略構成図である。
【図２】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図３】本発明における音響検出器と振動検出器の取付状態説明図である。
【図４】本発明における音響検出器と振動検出器の取付状態説明図である。
【図５】本発明の動作を説明するためのフロー図である。
【図６】本発明を説明するための波形図である。
【図７】本発明を説明するための波形図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図９】本発明における音響検出器の取付状態他の例を示す正面図である。
【図１０】図９の平面図である。
【符号の説明】
１…インターナルポンプ、２…振動検出器、３…音響検出器、４…取付板、５…ラグ、６…ケーシング、７…原子炉圧力容器、８…モータロータ、９…モータステータ、１０…回転軸、１１…インペラ、１２…モータカバー、１５…振動演算装置、１６…周波数分析装置、１７…表示装置、１８…振動スペクトル演算装置。
【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】
2004053383.tif 000009
【図８】
2004053383.tif 000010
【図９】
2004053383.tif 000011
【図１０】
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