(57)【要約】【課題】多チャンネル化に対応できるとともに、ロータ上の占有スペースを減少させるとともに、動翼からはずれにくいテレメータ計測システムを提供する。【解決手段】複数のバランスホール２が形成されたロータに設けられる動翼３の振動応力を計測するためのテレメータ計測システム１００であって、動翼３に設けられた複数のセンサ部４と、複数のバランスホール２のうち、いずれか１つに配置されたマルチチャンネル送信機５と、複数のセンサ部４それぞれとマルチチャンネル送信機５とを電気的に接続する複数のセンサ部用リード線６と、を備え、複数のセンサ部用リード線６が、ポリイミド線６１であり、且つ複数のセンサ部用リード線６同士が互いに撚り合わせられた状態の主部６２を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバランスホールが形成されたロータに設けられる動翼の振動応力を計測するためのテレメータ計測システムであって、
前記動翼に設けられた複数のセンサ部と、
前記複数のバランスホールのうち、いずれか１つに配置されたマルチチャンネル送信機と、
前記複数のセンサ部それぞれと前記マルチチャンネル送信機とを電気的に接続する複数のセンサ部用リード線と、
を備え、
前記複数のセンサ部用リード線が、ポリイミド線であり、且つ前記複数のセンサ部用リード線同士が互いに撚り合わせられた状態の主部を有することを特徴とするテレメータ計測システム。
【請求項２】
前記複数のセンサ部が、一の前記動翼上で前記ロータの径方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載のテレメータ計測システム。
【請求項３】
前記複数のセンサ部が、一の前記動翼上で前記ロータの周方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項１に記載のテレメータ計測システム。
【請求項４】
前記複数のセンサ部が、等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のテレメータ計測システム。
【請求項５】
前記センサ部が、前記動翼の基端部、中間部及び先端部に少なくとも１つずつ配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のテレメータ計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレメータ計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンやガスタービンの動翼で発生する振動応力を計測するために、テレメータを使用した計測が行われている（例えば、下記特許文献１参照）。この計測法では、歪ゲージが動翼に貼設され、歪ゲージからテレメータ送信機までリード線が延在して歪ゲージとテレメータ送信機とを電気的に接続する。テレメータ送信機は、動翼を支持する回転体の所定位置に配置される。また、同様に回転体に設けられた直流電源（例えばバッテリー）及び送信アンテナが、送信機に電気的に接続され、計測信号が、ＦＭ方式により静止側の受信アンテナを介して、回転体とは別に設けられた受信機へ伝送される。そして、受信機の出力信号数点が、レコーダにより同時計測されて振動データを取得、分析する。
【０００３】
上記の構成において、歪ゲージ、テレメータ送信機、送信アンテナ、バッテリーなど回転体に取り付けられる各部品の構造や取り付け施工法に１つでも不備が生じた場合、計測ができなくなるだけでなく、部品が破損、飛散した場合、タービン製品が損傷することになる。現状の計測法では、上記の計測用部品がタービンロータなどの機械製品に直接的に多数取り付けられる必要があるため、設計や施工に関しては部品の構造、材料、施工法などについて細心の注意を払う必要がある。現状では、これら回転体のテレメータ送信機、バッテリーは、テレメータケース（カプセルと称される）に入れられ、最寄りのタービンロータバランスホールに取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−５７６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の振動計測で使用するテレメータ送信機は、１チャンネル／台のものを採用しており、例えば同時に６箇所の対象の計測が必要な場合には、６チャンネル分の送信機及びバッテリーが必要となることから、計１２箇所のバランスホールが用いられる。このような計測チャンネルの増設は本来のバランス作業の弊害となるため、バランスホールの占有率を下げることが望ましい。また、従来では、リード線として、径が大きいＰＴＦＥ線が用いられていた。このため、ロータの回転時には、リード線にかかる遠心力が過大となり、送信機に複数のリード線を取り付けると歪ゲージが動翼からはずれるおそれがある。この理由から、１つの送信機に複数のリード線を取り付けることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、計測（すなわち送信）の多チャンネル化に対応できるようにした上でテレメータ計測システムのために使用されるロータ上のスペースを減少させるとともに、複数のリード線が送信機に取り付けられたとしても歪ゲージが動翼からはずれにくいテレメータ計測システム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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明の一態様に係るテレメータ計測システムは、複数のバランスホールが形成されたロータに設けられる動翼の振動応力を計測するためのテレメータ計測システムであって、前記動翼に設けられた複数のセンサ部と、前記複数のバランスホールのうち、いずれか１つに配置されたマルチチャンネル送信機と、前記複数のセンサ部それぞれと前記マルチチャンネル送信機とを電気的に接続する複数のセンサ部用リード線と、を備え、前記複数のセンサ部用リード線が、ポリイミド線であり、且つ前記複数のセンサ部用リード線同士が互いに撚り合わせられた状態の主部を有することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、マルチチャンネル送信機を使用することにより、１つのバランスホール内に配置されたマルチチャンネル送信機が、複数のセンサ部のために使用され、１つのバランスホールの使用で複数のデータを送信することができる。また、センサ部用リード線として線径の小さいポリイミド線を使用することにより、ロータの回転時に各ポリイミド線によってセンサ部にかかる遠心力が小さくなる。さらに、複数のセンサ部用リード線を撚り合わせたことにより、センサ部用リード線を操作することが容易になる。
【０００９】
本発明の第二の態様によれば、上記テレメータ計測システムでは、複数のセンサ部が、一の動翼上でロータの径方向に並んで配置されていてもよい。
【００１０】
本発明の第三の態様によれば、上記テレメータ計測システムでは、複数のセンサ部が、一の動翼上でロータの周方向に並んで配置されていてもよい。
【００１１】
これらの構成によれば、集中的に応力を計測することができる。
【００１２】
本発明の第四の態様によれば、上記テレメータ計測システムでは、複数のセンサ部が、等間隔で配置されていてもよい。
【００１３】
本発明の第五の態様によれば、上記テレメータ計測システムでは、センサ部が、動翼の基端部、中間部及び先端部に少なくとも１つずつ配置されていてもよい。
【００１４】
これらの構成によれば、動翼にかかる応力を全体的に計測することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のテレメータ計測システムによれば、計測の多チャンネル化に対応でき、計測システムのために使用されるスペースを減少させるとともに、動翼からはずれにくい歪ゲージを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るテレメータ計測システムの構成を示す全体図である。
【図２】本発明の第１実施形態のテレメータ計測システムの要部拡大図である。
【図３】本発明の第２実施形態のテレメータ計測システムの要部拡大図である。
【図４】図３の細部Ｉの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１実施形態）
以下、添付の図面を参照し、本発明の第１実施形態のテレメータ計測システムを蒸気タービンに適用した場合を例に挙げて説明する。
図１は、テレメータ計測システム１００が設けられた蒸気タービン（図示せず）のロータ１を示している。ロータ１の半径位置には、周方向に並んで複数のバランスホール２が形成されている。バランスホール２は、断面略円形であり、ロータ１の軸方向に沿って延在している。また、ロータ１の外周部には、周方向に並んだ複数の動翼３が設けられている。図１では、簡便のため、本発明によるテレメータ計測システム１００が設けられた６つの動翼３のみ図示してある。テレメータ計測システム１００は、各動翼３に設けられている。図２は、本発明の第１実施形態のテレメータ計測システム１００の構成を拡大して示す図である。以下では、１つの動翼３のためのテレメータ計測システム１００を例にとって説明する。
【００１８】
図２に示すように、本発明の第１実施形態に係るテレメータ計測システム１００は、複数のセンサ部４と、マルチチャンネル送信機５と、複数のセンサ部用リード線６と、電源７と、送信アンテナ８と、電源用リード線９と、送信アンテナ用リード線１０と、電源ＯＮ／ＯＦＦ用端子板１１と、を備えており、各動翼３にかかる振動応力をそれぞれ測定する。
【００１９】
複数のセンサ部４は、蒸気タービンの同一の動翼３上の複数の位置にそれぞれ貼設されている。本実施形態では、センサ部４は、動翼３にかかる振動応力を計測するための歪ゲージ４１であり、例として３つの歪ゲージ４１が動翼３に対して使用される。図１及び図２に示すように、この場合これら３つの歪ゲージ４１は、動翼３の基端部、中間部、先端部にそれぞれ１つずつ配置されている。ここで、基端部とは、ロータ１の径方向内側端部を含む領域を意味し、先端部とは、ロータ１の径方向外側端部を含む領域を意味し、中間部とは、基端部と先端部との間の領域を意味する。また、３つの歪ゲージ４１は、ロータ１の径方向には並んで配置されておらず、すなわち、動翼３上でのロータ１の周方向の位置がそれぞれ異なっている。歪ゲージ４１は、６つの動翼３それぞれにおいて同じ位置に貼設されている。
【００２０】
各マルチチャンネル送信機５は、複数のバランスホール２の１つに配置されている。本実施形態では、センサ部４が付設される動翼が６つであるので、マルチチャンネル送信機５のために合計で６つのバランスホール２が使用される。本実施形態では、マルチチャンネル送信機５は、３チャンネル送信機５１であり、歪ゲージ４１によって測定されたデータを３つの異なる周波数で、このタービンのための運転制御室内に配置された図示されない受信機に送信するように構成されている。３チャンネル送信機５１は、テレメータケース（カプセル）に入れられた状態でロータ１の別のバランスホール２内に取り付けられている。
【００２１】
本実施形態において、センサ部用リード線６は、外装によって被覆された、線径の小さいポリイミド線６１である。本実施形態では、各動翼３に歪ゲージ４１が３つ設けられているので、ポリイミド線６１は各動翼３に対して３本使用される。図１及び図２に示すように、３本のポリイミド線６１は、一部を除いて互いに螺旋状に撚り合わせられて一本のリード線を形成している。すなわち、３本のポリイミド線６１は、互いに螺旋状に撚り合わせられた主部６２を有している。主部６２とは、３本のセンサ部用リード線６を３つのセンサに向けて１本ずつに分岐させるために、あるいはマルチチャンネル送信機５の個々の端子に接続するためにどうしても１本ずつにばらさなければならない部分を除いた部分、すなわち３本のポリイミド線６１が互いに並行して延びている部分のことを言う。ポリイミド線６１は、接着剤により適切な箇所でロータ１及び動翼３に貼付されてロータ１及び動翼３に固定されている。
【００２２】
電源７は、電源用リード線９を介して３チャンネル送信機５１と電気的に接続されて、３チャンネル送信機５１に電力を供給する。本実施形態において、電源７は、バッテリー７１である。バッテリー７１は、３チャンネル送信機５１と同様にテレメータケースに入れられた状態で、３チャンネル送信機５１が配置されたバランスホール２とは異なるバランスホール２に取り付けられている。３チャンネル送信機５１及びバッテリー７１が取り付けられるバランスホール２の位置は、ロータ１が全体としてバランスをとることを考慮して適宜選択される。
【００２３】
送信アンテナ８は、送信アンテナ用リード線１０を介して３チャンネル送信機５１及びバッテリー７１と電気的に接続されており、３チャンネル送信機５１からの送信データを上述の受信機に伝送するように構成されている。
【００２４】
送信アンテナ用リード線１０は、送信アンテナ８をバッテリー７１及び３チャンネル送信機５１に電気的に接続し、３チャンネル送信機５１からの送信データを送信アンテナ８に伝送する。
【００２５】
電源ＯＮ／ＯＦＦ用端子板１１は、バッテリー７１からの給電状態を切り換えるスイッチとして機能する。電源ＯＮ／ＯＦＦ用端子板１１は、ロータ１上の任意の位置に設けることができる。この電源ＯＮ／ＯＦＦ用端子板１１により、非計測時等、電源を必要としない場合には電源をＯＦＦとしてバッテリー７１の節電を図ることができる。
【００２６】
動翼３の振動応力を計測する際には、ロータ１を回転させる。ロータ１が回転すると、動翼３上に配置された歪ゲージ４１が、動翼３にかかる応力に応じた電流を発生する。そして、計測された電流値データは、ポリイミド線６１を介して３チャンネル送信機５１に伝送され、３チャンネル送信機５１から送信アンテナ８へ、そして受信機へ伝送される。本実施形態では、３つの歪ゲージ４１が動翼３の基端部、中間部及び先端部にそれぞれ貼設されているので、３つのデータが３チャンネル送信機５１から受信機に伝送される。
【００２７】
上記構成のテレメータ計測システムでは、３チャンネル送信機５１を使用することにより、１つのバランスホール２内に配置された１つの３チャンネル送信機５１が、３つの歪ゲージ４１のために使用され、１つのバランスホール２の使用で３つのデータを送信することができる。また、センサ部用リード線６として線径の小さいポリイミド線６１を使用したことにより、複数のセンサ部用リード線６を撚り合わせてまとめることができるとともに、ロータ１の回転時に複数の歪ゲージ４１にかかる遠心力が小さくなる。
【００２８】
さらに、歪ゲージ４１が動翼３の基端部、中間部及び先端部に設けられているので、動翼３の計測範囲が広くなる。
【００２９】
従って、第１実施形態のテレメータ計測システム１００によれば、３チャンネル送信機５１（ひいてはバッテリー７１）が占めるバランスホール２の数が減少されること、及び複数のポリイミド線６１の主部が撚り合されてまとめられていることから、テレメータ計測システム１００のタービンへの取り付け時の工数的なコストダウンが可能となる。また、個々の３チャンネル送信機５１の距離が遠くなるので、周波数の干渉リスクが少なくなる。さらに、複数の歪ゲージ４１及びポリイミド線６１を使用した場合でもあっても、動翼３に貼設された歪ゲージ４１がはがれるリスクが低減される。
【００３０】
また、動翼３の計測範囲が広くなることで、動翼３に全体的にかかる力を計測することができる。
【００３１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図３及び図４を参照して説明する。なお、以下では、第１実施形態と異なる構成についてのみ説明し、第１実施形態と同一の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図３は、本発明の第２実施形態を示す、図２と同様の図である。図４は図３の細部Ｉの拡大図である。
【００３２】
第２実施形態では、センサ部４が、一の動翼３の基端部に配置された応力集中ゲージ４２である。応力集中ゲージ４２は、同一箔上に３点の高感度ゲージ４３が等間隔で構成されたマルチタイプの歪ゲージである。各高感度ゲージ４３は、互いに近接して等間隔で配置されている。本実施形態で使用される高感度ゲージ４３のゲージ率は１００から１５０であることが望ましい。各高感度ゲージ４３は、図３及び図４に示すように、一の動翼３上で径方向に並んで配置されている。
【００３３】
第２実施形態のテレメータ計測システム２００では、等間隔に配置された高感度ゲージ４３によって、複数の歪を容易に同時計測することが可能になる。
【００３４】
従って、第２実施形態のテレメータ計測システム２００では、解析により複雑な振動応力分布の境界域部での詳細計測が可能となり、解析及び計測精度を向上させることができる。
【００３５】
以上、本発明の第１実施形態及び第２実施形態について図面を参照して詳述したが、個々の具体的な構成はこれら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。
以下にいくつかの変形例を挙げる。
【００３６】
本明細書では、センサ部４として歪ゲージ４１を用いた例について説明したが、センサ部４は熱電対であってもよい。また、本明細書では、テレメータ計測システム１００は、蒸気タービンに設けられているが、ガスタービンに設けられていてもよい。さらに、本明細書では、マルチチャンネル送信機５は、各動翼３に対して３チャンネル送信機５１を採用したが、２チャンネル又は４チャンネル以上の送信機を採用してもよい。これに付随して、各動翼３に貼設されたセンサ部４は、２つ又は４つ以上であってもよい。
【００３７】
第１実施形態では、３つの歪ゲージ４１が同一の動翼３上に配置されていたが、各歪ゲージ４１が異なる動翼上に配置され、これらの歪ゲージ４１が同じ３チャンネル送信機５１に接続されてもよい。この場合にも、複数のポリイミド線６１は、互いに撚り合わせられて１本にまとめられるので、上記と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
第１実施形態では、歪ゲージ４１は径方向に並んで配置されていなかったが、３つの歪ゲージ４１は径方向に並んでいてもよい。また、２つの歪ゲージ４１が、径方向に並んでおり、１つの歪ゲージ４１が、径方向に並んだ２つの歪ゲージ４１と径方向に並んでいなくてもよい。さまざまな歪ゲージ４１の配置が考えられる。周方向においても同様である。
【００３９】
第２実施形態では、各高感度ゲージ４３は径方向に並んで配置されていたが、周方向に並んで配置されていてもよい。さらに、第２実施形態では、応力集中ゲージ４２は、動翼３の基端部に配置されているが、動翼３の先端等任意に配置することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  ロータ、２  バランスホール、３  動翼、４  センサ部、４１  歪ゲージ、４２  応力集中ゲージ、４３  高感度ゲージ、５  マルチチャンネル送信機、５１  ３チャンネル送信機、６  センサ部用リード線、６１  ポリイミド線、６２  主部、７  電源、７１  バッテリー、８  送信アンテナ、９  電源用リード線、１０  送信アンテナ用リード線、１１  電源ＯＮ／ＯＦＦ用端子板、１００，２００  テレメータ計測システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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