(57)【要約】【課題】回転機械システムにおいて、軸系アライメントを自動的に調整する。【解決手段】回転機械システムの軸受け部２２には圧力センサ２４が取り付けられており、この圧力センサ２４によって軸受け部における油膜圧力が検出油膜圧力として検出さける。アライメント調整部２５では、検出油膜圧力に応じて、軸部に作用する作用力を求め、さらに、この作用力をキャンセルさせる力をキャンセル力として算出する。そして、アライメント調整部ではアクチュエータを制御してキャンセル力を軸部に作用させて、軸部のアライメントを自動的に調整する。【選択図】　　　図３
2004019841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架台に固定された回転機械における軸部のアライメント変化を監視するための監視装置であって、前記架台の予め定められた複数の箇所において前記架台の温度を検出して検出温度を得る温度検出手段と、温度変化と前記架台の変形量との関係が温度−架台変形量として予め格納されるとともに前記架台変形量と前記軸部のアライメント変化量との関係が架台変形量−アライメント変化量として記憶された記憶手段と、前記温度−架台変形量を参照して前記検出温度に対応する前記架台変形量を算出架台変形量として求める架台変形量算出手段と、前記架台変形量−アライメント変化量を参照して前記算出架台変形量に対応する前記アライメント変化量を算出アライメント変化量として求めるアライメント変化量算出手段と、前記算出アライメント変化量と予め設定された許容値とを比較して前記算出アライメント変化量が前記予め設定された許容値を越えると警報を発する比較手段とを有することを特徴とするアライメント監視装置。
【請求項２】
回転機械の軸受け部において前記回転機械の軸部のアライメントを調整するためのアライメント調整装置であって、前記軸受け部における油膜圧力を検出油膜圧力として検出するための油膜圧力検出手段と、前記検出油膜圧力に応じて前記軸部に作用する作用力を求め該作用力をキャンセルさせる力をキャンセル力として算出して該キャンセル力を前記軸部に作用させて前記軸部のアライメントを調整するアライメント調整手段とを有することを特徴とするアライメント調整装置。
【請求項３】
請求項１に記載されたアライメント監視装置を有し、さらに、回転機械の軸受け部における油膜圧力を検出油膜圧力として検出するための油膜圧力検出手段と、前記検出油膜圧力に応じて前記軸受け部に作用する作用力を求め該作用力をキャンセルさせる力をキャンセル力として算出して該キャンセル力を前記軸部に作用させて前記軸部のアライメントを調整するアライメント調整手段とを有することを特徴とするアライメント調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の軸系が結合された回転機械システムにおいて、軸系のアライメントを監視するための監視装置及び軸系のアライメントを調整するためのアライメント調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発電ユニット、ブロア、及びコンプレッサトレーン等の複数の軸系が結合された回転機械システムにおいては、軸系のアライメント（締結状態）が軸振動に大きく影響する。回転機械システムにおいて、軸系のアライメントは種々の要因に起因して変動（変化）するが、例えば、回転機械システムの基礎の経年的な劣化、起動条件、運転中における各種機器の発熱、さらには、季節的な要因である軸を支持する架台の温度分布変化等によって軸系のアライメントが変化する。
【０００３】
上述のように、軸系のアライメントが変化して、この変化量が許容範囲を越えてしまうと、軸系が不安定となって、例えば、軸系がケーシングとの接触振動を起こすことがあり、運転不可能となるばかりでなく事故に繋がる恐れもある。このため、回転機械システムにおいては、軸系のアライメントを監視する必要がある。
【０００４】
従来、軸系のアライメント変化を監視する際には、回転機械システムの軸系アライメントを計測器具等によって定期的に計測して、この計測結果に応じてアライメント変化を求めている。そして、このアライメント変化が許容値以下であるか否かを判定して、許容値を越えていると軸系アライメントを調整するようにしている。
【０００５】
上述の計測及び判定等はオペレータ等が行っている関係上、アライメント変化を調査するには熟練を要する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来、回転機械システムにおける軸系アライメントの変化を調べる際には、オペレータ等が計測機器を用いてアライメント変化を調べており、このため、軸系アライメント変化を正確に把握することが難しい。そして、近年、回転機械システムの大型化（軸受けスパンが長くなる）及び性能向上に起因して、軸系とケーシングとのクリアランスが小さくなっており、軸系アライメントを監視して軸系アライメントの変化を常時把握しておく必要がある。
【０００７】
ところが、従来、回転機械システムにおいて、軸系アライメントを常時監視してアライメント変化を正確に把握することが難しく、このため、軸系がケーシングと接触振動を起こすまで、アライメント変化が許容値以内にあるか否かが分からないという問題点がある。
【０００８】
さらに、従来の回転機械システムにおいては、軸系アライメントを自動的に調整することができないという問題点もある。
【０００９】
本発明の目的は回転機械システムにおいて軸系アライメントを常時監視してアライメント変化を適切に把握することのできるアライメント監視装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は軸系アライメントを自動的に調整することのできるアライメント調整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】
本発明によれば、架台に固定された回転機械における軸部のアライメント変化を監視するための監視装置であって、前記架台の予め定められた複数の箇所において前記架台の温度を検出して検出温度を得る温度検出手段と、温度変化と前記架台の変形量との関係が温度−架台変形量として予め格納されるとともに前記架台変形量と前記軸部のアライメント変化量との関係が架台変形量−アライメント変化量として記憶された記憶手段と、前記温度−架台変形量を参照して前記検出温度に対応する前記架台変形量を算出架台変形量として求める架台変形量算出手段と、前記架台変形量−アライメント変化量を参照して前記算出架台変形量に対応する前記アライメント変化量を算出アライメント変化量として求めるアライメント変化量算出手段と、前記算出アライメント変化量と予め設定された許容値とを比較して前記算出アライメント変化量が前記予め設定された許容値を越えると警報を発する比較手段とを有することを特徴とするアライメント監視装置が得られる。
【００１２】
このようにすれば、架台の温度変形に起因するアライメント変化を適切に把握することができることになる。
【００１３】
さらに、本発明によれば、回転機械の軸受け部において前記回転機械の軸部のアライメントを調整するためのアライメント調整装置であって、前記軸受け部における油膜圧力を検出油膜圧力として検出するための油膜圧力検出手段と、前記検出油膜圧力に応じて前記軸部に作用する作用力を求め該作用力をキャンセルさせる力をキャンセル力として算出して該キャンセル力を前記軸部に作用させて前記軸部のアライメントを調整するアライメント調整手段とを有することを特徴とするアライメント調整装置が得られる。
【００１４】
このようにすれば、油膜圧力に起因する軸系アライメントを自動的に調整することができることになる。
【００１５】
加えて、本発明によれば、架台に固定された回転機械における軸部のアライメント変化を監視するするとともに回転機械の軸受け部において前記回転機械の軸部のアライメントを調整するためのアライメント調整装置であって、前記架台の予め定められた複数の箇所において前記架台の温度を検出して検出温度を得る温度検出手段と、温度変化と前記架台の変形量との関係が温度−架台変形量として予め格納されるとともに前記架台変形量と前記軸部のアライメント変化量との関係が架台変形量−アライメント変化量として記憶された記憶手段と、前記温度−架台変形量を参照して前記検出温度に対応する前記架台変形量を算出架台変形量として求める架台変形量算出手段と、前記架台変形量−アライメント変化量を参照して前記算出架台変形量に対応する前記アライメント変化量を算出アライメント変化量として求めるアライメント変化量算出手段と、前記算出アライメント変化量と予め設定された許容値とを比較して前記算出アライメント変化量が前記予め設定された許容値を越えると警報を発する比較手段と、前記軸受け部における油膜圧力を検出油膜圧力として検出するための油膜圧力検出手段と、前記検出油膜圧力に応じて前記軸受け部に作用する作用力を求め該作用力をキャンセルさせる力をキャンセル力として算出して該キャンセル力を前記軸部に作用させて前記軸部のアライメントを調整するアライメント調整手段とを有することを特徴とするアライメント調整装置が得られる。
【００１６】
このように、アライメント監視とアライメント調整とを組み合わせれば、架台の温度変形に起因するアライメント変化を適切に把握することができるばかりでなく、油膜圧力に起因する軸系アライメントを自動的に調整することができることになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図面を参照して説明する。但し、この実施例に記載される寸法、材質、形状、その相対位置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
なお、以下の説明では、回転機械システムとして蒸気タービン及びガスタービンを用いた発電機システムについて説明するが、複数の回転機械ユニットが軸系で結合された回転機械システムにも本発明を適用することができる。
【００１８】
図１（ａ）及び（ｂ）を参照して、アライメント監視装置の一例について説明する。図示の回転機械システムは、蒸気タービン１１、発電機１２、及びガスタービン１３を備えており、これら蒸気タービン１１、発電機１２、及びガスタービン１３は軸系が互いに結合されて、共通架台１４に配設されている。
【００１９】
図２も参照して、アライメント監視装置は複数の温度センサ１５を備えており、共通架台１４の予め定められた複数の箇所に温度センサ１５が取り付けられている。そして、この温度センサ１５によって共通架台１４各部の温度が計測され、計測温度として監視装置１６に与えられる。
【００２０】
監視装置１６は、架台変形計算部１６ａ、アライメント変化計算部１６ｂ、比較部１６ｃ、及び記憶部１６ｄを有しており、記憶部１６ｄには、温度変化（予め規定された基準温度（例えば、室温）からの温度変化）による共通架台１４各部の変形量が格納されている。つまり、回転機械システムを運転した際の共通架台１４各部の温度変化による変形量が予め求められ、この変形量が温度−架台変形量として記憶部１６ｄに記憶されている。
【００２１】
さらに、記憶部１６ｄには、架台変形量と軸系アライメントとの関係が架台変形量−軸系アライメント変化量として記憶されており、これら温度−架台変形量及び架台変形量−軸系アライメント変化量は熱構造データとされる。
【００２２】
前述のようにして、温度センサ１５から計測温度が入力されると、架台変形計算部１６ａでは基準温度と各計測温度との温度差を求めて、これら温度差に基づいて、つまり、温度変化に基づいて記憶部１６ｄに記憶された熱構造データを参照して、架台各部の変形量を算出架台変形量として求める。そして、架台変形計算部１６ａは算出架台変形量をアライメント変化計算部１６ｂに与える。
【００２３】
アライメント変化計算部１６ｂでは、算出架台変形量に基づいて熱構造データを参照して、当該架台変形量に対応する軸系アライメント変化量を算出軸系アライメント変化量として求める。そして、アライメント変化計算部１６ｂは、この算出軸系アライメント変化量を比較部１６ｃに与える。比較部１６ｃでは、予め設定された許容値と算出軸系アライメント変化量とを比較して、許容値を越えていると、例えば、アラーム等を発生して注意を促す。
【００２４】
このようにして、回転機械システムを支持する共通架台各部の温度を計測して、温度変化による共通架台の変形量に基づいて軸系アライメントの変化量を求めるようにしたから、温度変化に起因するアライメント変化を適切に把握することができることになる。
【００２５】
次に、本発明によるアライメント調整装置について説明する。
【００２６】
図３を参照して、一般に、回転機械の軸（ロータ）２１を支持する軸受け２２には油２３が充填されており、この油２３はバルブ（図示せず）を介して軸受け２２に与えられる。油２３を軸受け２２に与える際には、バルブ操作指令がバルブ制御装置（図示せず）に与えられて、これによって、バルブを介して油２３が軸受け２２に与えられる。ロータ２１のアライメントは油２３によって形成される油膜によって変化する。つまり、油膜圧力に起因してロータ２１のアライメントが変動する。そして、油膜圧力はバルブ操作指令（つまり、バルブの操作量）に応じて変化する。
【００２７】
図３においては、軸受け２２には油膜圧力を検出するための圧力センサ２４が取り付けられており、この圧力センサ２４で検出された検出油膜圧力がアライメント調整部２５に与えられ、アライメント調整部２５では、後述するようにして、検出油膜圧力に基づいて軸系のアライメント変化量を求めてアライメントを調整する。
【００２８】
ここで、図４を参照すると、いま、ロータ２１の中心をＲ、シール中心をＳ、油膜圧力に起因するシールの移動量をδとし、実線矢印で示す方向に力ｆ１及びｆ２に応じてロータ２１が回転しているものとすると、ロータ２１には図４に示す力ｆはｆ１−ｆ２で表される。
【００２９】
ここで、移動量δと力ｆとの角度ψはおおよそ９０°であり、この角度ψを作用角と呼ぶ。予めシール中心の移動量δとロータ２１に作用する力ｆ及び作用角ψとの関係を求めて、この関係を、シール移動量−作用力−作用角情報として記憶部２６に記憶しておく。
【００３０】
いま、図５に示すように、ロータ２１の自重をｆ０（一般に、ｆ０を設計荷重として軸振動特性を最適化している）、後述するバルブ操作によってロータ２１に作用する力（計算によって予め求められる）をｆＢとする。
【００３１】
ここで、図３及び図６を参照して、いまバルブ操作指令が与えられると（Ｓ１）、前述のようにして、油膜圧力によってロータ２１には力ｆＢが作用することになる。
【００３２】
圧力センサ２４によって油膜圧力が検出油膜圧力としてアライメント調整部２５に与えられており、アライメント調整部２５では検出油膜圧力に基づいてロータ２１に作用する力（ロータ作用力）ｆＢを求める（Ｓ２）。そして、アライメント調整部２５では、ロータ作用力ｆＢをキャンセルする力ｆ’Ｂ（図７参照）の大きさ及び方向を求めて、算出キャンセル力ｆ’Ｂとする（Ｓ３）。
【００３３】
次に、アライメント調整部２５では、記憶部２６からシール移動量−作用力−作用角情報を読みだして（Ｓ４）、シール移動量−作用力−作用角情報に基づいてキャンセル力ｆ’Ｂを生じさせるためのシール中心移動量と方向（シール中心移動ベクトル）を求める（Ｓ５（δの計算）：図８参照）。そして、シール移動ベクトルに応じて、アライメント調整部２５アクチュエータ（例えば、サーボモータ、油圧シリンダ、又は電磁石：図示せず））への指令値を計算して出力する（Ｓ６）。そして、この指令に応じてアクチュエータはロータ２１にキャンセル力ｆ’Ｂを作用させる。これによって、ロータ２１のアライメント、つまり、軸系アライメントが調整される。
【００３４】
このようにして、油膜圧力を検出して、この検出油膜圧力に基づいてロータ２１のアライメントを調整するようにしたから、軸受け２２の油膜に起因するアライメント変動を程度よく調整できることになる。
【００３５】
なお、図２で説明したアライメント監視装置と図３で説明したアライメント調整装置とを組み合わせて用いるようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、架台の温度変化と架台の変形量との関係を温度−架台変形量として記憶するとともに、架台変形量と軸部のアライメント変化量との関係を架台変形量−アライメント変化量として記憶しておき、温度−架台変形量を参照して検出温度に対応する架台変形量を算出架台変形量として求め、架台変形量−アライメント変化量を参照して算出架台変形量に対応するアライメント変化量を算出アライメント変化量として求めて、算出アライメント変化量が予め設定された許容値を越えると警報を発するようにしたから、架台の温度変形に起因するアライメント変化を適切に把握することができるという効果がある。
【００３７】
さらに、本発明では、回転機械の軸受け部における油膜圧力を検出油膜圧力として検出して、検出油膜圧力に応じて、軸受け部に作用する作用力を求めて、この作用力をキャンセルさせる力をキャンセル力として算出し、キャンセル力を軸部に作用させて軸部のアライメントを調整するようにしたから、油膜圧力に起因する軸系アライメントを自動的に調整することができるという効果がある。
【００３８】
さらに、上述のアライメント監視とアライメント調整とを組み合わせれば、架台の温度変形に起因するアライメント変化を適切に把握することができるばかりでなく、油膜圧力に起因する軸系アライメントを自動的に調整することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転機械システムの一例を示す図であり、（ａ）は上方から見た図、（ｂ）は側方から見た図である。
【図２】図１に示す回転機械システムにおいて温度変化によるアライメント監視を行うための監視装置の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明によるアライメント調整装置を回転機械システムの軸受け部とともに示す図である。
【図４】回転機械システムの軸受け部における力の作用関係を示す図である。
【図５】回転機械システムの軸部（ロータ）に作用する力を示す図である。
【図６】図３に示すアライメント調整装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】ロータに作用する力をキャンセルする力を示す図である。
【図８】シール移動量及び方向を示す図である。
【符号の説明】
１１　蒸気タービン
１２　発電機
１３　ガスタービン
１４　共通架台
１５　温度センサ
１６　監視装置
１６ａ　架台変形計算部
１６ｂ　アライメント変化計算部
１６ｃ　比較部
１６ｄ　記憶部
２１　軸（ロータ）
２２　軸受け
２３　油
２４　圧力センサ
２５　アライメント調整部
【図１】
2004019841.tif 000003
【図２】
2004019841.tif 000004
【図３】
2004019841.tif 000005
【図４】
2004019841.tif 000006
【図５】
2004019841.tif 000007
【図６】
2004019841.tif 000008
【図７】
2004019841.tif 000009
【図８】
2004019841.tif 000010