JP2017082618A - Operation monitoring system for axial flow turbo machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、軸流ターボ機械の運転監視システムに関する。 Embodiments described herein relate generally to an operation monitoring system for an axial-flow turbomachine.
軸流ターボ機械は、蒸気タービン、ガスタービン、コンプレッサ等であって、ケーシング２の内部において作動流体がロータの回転軸ＡＸに沿った方向に流れることによって、ロータが回転するように構成されている。
The axial-flow turbomachine is a steam turbine, a gas turbine, a compressor, or the like, and is configured so that the rotor rotates when the working fluid flows in a direction along the rotation axis AX of the rotor inside the
図８Ａ，図８Ｂは、関連技術に係る軸流ターボ機械の要部を示す図である。図８Ａおよび図８Ｂでは、軸流ターボ機械である蒸気タービンのうち、高圧タービンと中圧タービンとを順次介して蒸気が作動流体として流入する低圧タービン１の一部に関して示している。図８Ａにおいては、回転軸ＡＸに沿った鉛直面（ｘｚ面）について模式的に示しており、左側が上流側（Ｕｓ）であって右側が下流側（Ｄｓ）である。これに対して、図８Ｂでは、回転軸ＡＸに直交する鉛直面（ｙｚ面）であって、図８ＡのＡ−Ａ部分について模式的に示している。
8A and 8B are diagrams illustrating a main part of an axial-flow turbomachine according to related technology. 8A and 8B show a part of the low-
図８Ａに示すように、低圧タービン１は、ケーシング２とロータ３とを有する。低圧タービン１は、多段式であって、静翼翼列と動翼翼列とを含むタービン段落１０を複数有し、複数のタービン段落１０が、ケーシング２の内部において、ロータ３の回転軸ＡＸに並んでいる。図８Ａにおいては、複数のタービン段落１０のうち、最終段のタービン段落１０（＝１０ａ）と、最終段よりも１つ前のタービン段落１０（＝１０ｂ）とが設けられた部分について示し、他のタービン段落１０については図示を省略している。
As shown in FIG. 8A, the
図示を省略しているが、低圧タービン１は、蒸気が作動流体としてケーシング２の入口（図示省略）から内部に流入する。そして、作動流体は、ケーシング２の流路ＦＰにおいて、複数のタービン段落１０を順次流れる。つまり、作動流体は、初段のタービン段落１０（図示省略）から最終段のタービン段落１０（＝１０ａ）を順次流れ、それぞれのタービン段落１０において膨張して仕事を行う。これにより、ケーシング２の内部において、ロータ３が回転軸ＡＸを中心にして回転する。そして、作動流体は、最終段のタービン段落１０（＝１０ａ）を流れた後に、ケーシング２の出口（図示省略）から排出される。その排出された作動流体は、排気通路（図示省略）を介して、真空度が高い復水器（図示省略）に導かれる。
Although not shown, in the low-
以下より、低圧タービン１を構成する各部の詳細について、順次説明する。
Hereinafter, details of each part constituting the low-
低圧タービン１において、ケーシング２は、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、たとえば、円錐台状の容器であって、ロータ３を内部に収容している。
In the low-
ケーシング２の内周面には、静翼４２が設置されている。図示を省略しているが、静翼４２は、ロータ３の周方向において複数が配置されており、タービン段落１０の静翼翼列を構成している。静翼翼列は、複数のタービン段落１０に対応して、複数段がケーシング２に設置されている。つまり、複数段の静翼翼列は、回転軸ＡＸに沿った水平方向（ｘ方向）に並ぶように配置されている。複数段の静翼翼列においては、ロータ３の径方向に延びる静翼４２の長さ（翼幅）が、作動流体が流れる方向に沿って順次長くなっている。
A
低圧タービン１において、ロータ３は、円柱形状の棒状体であって、回転軸ＡＸが水平方向（ｘ方向）に沿うように配置されている。ロータ３は、一端部と他端部とのそれぞれが軸受（図示省略）に回転可能に支持されている。ロータ３は、たとえば、一端部に発電機（図示省略）が連結されており、ロータ３の回転により発電機が駆動して、発電が行われる。
In the low-
ロータ３の外周面には、動翼３１が設置されている。動翼３１は、図８Ｂに示すように、ロータ３の周方向において複数が配列されている（図８Ｂでは一部を図示）。周方向に配列された複数の動翼３１は、動翼翼列を構成しており、複数のタービン段落１０に対応して、複数段の動翼翼列がロータ３に設置されている。つまり、複数段の動翼翼列は、回転軸ＡＸに沿った水平方向（ｘ方向）において、静翼翼列と交互に並ぶように配置されている。複数段の動翼翼列においては、径方向に延びる動翼３１の長さ（翼幅）が、作動流体が流れる方向に沿って順次長くなっている。
A
図９は、関連技術に係る軸流ターボ機械において、作動流体である蒸気の流れを模式的に示す図である。図９では、図８Ａと同様に、回転軸ＡＸに沿った鉛直面（ｘｚ面）について示している。ここでは、低圧タービン１において流路ＦＰを流れる蒸気の流量が少ない条件（タービン起動時などの低負荷運転）で運転を行う場合に関して示している。
FIG. 9 is a diagram schematically showing the flow of steam, which is a working fluid, in the axial-flow turbomachine according to the related art. FIG. 9 shows a vertical plane (xz plane) along the rotation axis AX as in FIG. 8A. Here, a case is shown in which the low-
図９に示すように、低圧タービン１では、最終段のタービン段落１０（＝１０ａ）を構成する動翼３１は、翼長が長い。このため、タービン起動時などの低負荷運転のように、流路ＦＰを流れる蒸気の流量が少ない場合には、作動流体である蒸気は、動翼３１の遠心力に起因して、内周側よりも外周側に偏って流れる。その結果、最終段のタービン段落１０（＝１０ａ）を構成する動翼３１の先端側には、渦Ｆｖが発生する。また、最終段のタービン段落１０（＝１０ａ）を構成する動翼３１の根元側においては、流れが少ない状態になるので、不安定な逆流渦Ｆｂが発生する。
As shown in FIG. 9, in the low-
上記のように、ロータ３に周方向においては、不均一な高圧領域が複数存在すると考えられる。このため、動翼３１は、一回転するたびに、圧力変動の影響を複数回受けるので振動する。その振動数は、回転周波数の整数倍になる。また、周方向に存在する複数の高圧領域は、回転周波数以下の周波数で回転すると考えられる。その結果、動翼３１を励振する周波数は、回転周波数の整数倍からずれる可能性がある。
As described above, it is considered that a plurality of non-uniform high-pressure regions exist in the circumferential direction of the
本来、最終段のタービン段落１０（＝１０ａ）を構成する動翼３１のような長翼は、固有振動数が低く運転時の回転周波数に近い。このため、運転時の共振によって破壊が生ずることを防止するように、離調設計が行われている。離調設計では、回転周波数の整数倍の値と、翼の固有振動数とが一致しないように、動翼３１の剛性を調整している。ただし、翼の固有振動数を大きく上げる場合には剛性が非常に高くなって翼の重量が大きくなるので、遠心力によって翼の根本が破壊されやすくなる。よって、低次の固有値について通常の回転周波数の整数倍以外になるように設計を行っている。
Originally, a long blade such as the moving
しかし、低負荷運転（タービン起動時など）のように流路ＦＰを流れる蒸気の流量が少ない場合には、上記の離調設計で作製された長翼であっても、最終段の動翼３１を励振する周波数が回転周波数の整数倍からずれて、翼の固有振動数に近づく可能性がある。その結果、共振によって破壊が生ずる可能性がある。
However, when the flow rate of the steam flowing through the flow path FP is small as in a low-load operation (such as when the turbine is started), even the long blades produced by the above detuning design are the last-
製品開発の試験では、翼面において振動応力を計測することによって、低負荷運転時に翼が損傷しないレベルであることを確認している。想定外に大きな励振力が加わって動翼３１の破損が生じた場合には、タービンの外部に設置した振動計（図示省略）を用いて、その現象を間接的に把握している。
In product development tests, vibration stress is measured on the blade surface to confirm that the blade is not damaged during low-load operation. When unexpectedly large excitation force is applied and the
しかしながら、振動応力の計測を行う機器を動翼３１の翼面に設置する場合には、巨大な遠心力がその機器に加わる。このため、蒸気タービンなどの軸流ターボ機械の内部において監視を直接的に行うことが容易ではない。
However, when a device for measuring vibration stress is installed on the blade surface of the moving
したがって、本発明が解決しようとする課題は、タービンの内部において監視を直接的に行うことを容易に実現可能な、軸流ターボ機械の運転監視システムを提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide an operation monitoring system for an axial-flow turbomachine that can easily realize monitoring directly inside the turbine.
実施形態の運転監視システムは、複数のセンサを有し、軸流ターボ機械について監視する。軸流ターボ機械は、ケーシングの内部にロータを収容しており、ケーシングの内部に設けられた流路において作動流体がロータの回転軸に沿って流れることによってロータが回転する。複数のセンサは、ケーシングの内部に設置され、流路を流れる作動流体について圧力と速度との少なくとも一方を検知面で検知する。ここでは、複数のセンサは、ロータの周方向で異なる複数の周方向位置に設置されると共に、複数の周方向位置において検知面が異なる方向に向くように複数が設置される。 The operation monitoring system of the embodiment has a plurality of sensors and monitors an axial flow turbomachine. An axial-flow turbomachine accommodates a rotor inside a casing, and the rotor rotates when a working fluid flows along the rotation axis of the rotor in a flow path provided inside the casing. The plurality of sensors are installed inside the casing, and detect at least one of pressure and speed of the working fluid flowing through the flow path with a detection surface. Here, a plurality of sensors are installed at a plurality of circumferential positions that differ in the circumferential direction of the rotor, and a plurality of sensors are installed such that the detection surfaces face in different directions at the plurality of circumferential positions.
実施形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments will be described with reference to the drawings.
＜第１実施形態＞
図１Ａ，図１Ｂ，図２は、第１実施形態に係る軸流ターボ機械の要部を示す図である。
<First Embodiment>
FIG. 1A, FIG. 1B, and FIG. 2 are views showing a main part of the axial-flow turbomachine according to the first embodiment.
図１Ａおよび図１Ｂでは、関連技術の場合（図８Ａおよび図８Ｂ参照）と同様に、低圧タービンの一部に関して示している。つまり、図１Ａにおいては、図８Ａと同様に、回転軸ＡＸに沿った鉛直面（ｘｚ面）について模式的に示している。そして、図１Ｂでは、図８Ｂと同様に、回転軸ＡＸに直交する鉛直面（ｙｚ面）であって、図１ＡのＡ−Ａ部分について模式的に示している。また、図２では、図１Ａの一部について拡大して示している。 1A and 1B show a portion of a low pressure turbine, as in the case of the related art (see FIGS. 8A and 8B). That is, FIG. 1A schematically shows a vertical plane (xz plane) along the rotation axis AX, as in FIG. 8A. In FIG. 1B, similarly to FIG. 8B, a vertical plane (yz plane) orthogonal to the rotation axis AX and schematically showing an AA portion in FIG. 1A. In FIG. 2, a part of FIG. 1A is enlarged.
本実施形態において、低圧タービン１は、関連技術の場合（図８Ａ，図８Ｂ参照）と同様に、ケーシング２の内部にロータ３を収容している。低圧タービン１は、ケーシング２の内部に設けられた流路ＦＰにおいて、作動流体として蒸気がロータ３の回転軸ＡＸに沿って流れることによってロータ３が回転するように構成されている。
In the present embodiment, the low-
しかし、本実施形態では、関連技術の場合（図８Ａ、図８Ｂ参照）と異なり、低圧タービン１に運転監視システム１００が設置されている。上記の点および関連する点を除き、本実施形態は、上記の関連技術の場合と同様である。このため、本実施形態において、上記の記載と重複する部分については、適宜、説明を省略する。
However, in the present embodiment, unlike the related art (see FIGS. 8A and 8B), the
運転監視システム１００は、軸流ターボ機械である低圧タービン１を監視するために設置されている。運転監視システム１００は、複数のセンサ１１を含み、複数のセンサ１１が低圧タービン１のケーシング２の内部に設置されている。複数のセンサ１１のそれぞれは、検知面１１Ｓを有し、流路ＦＰを流れる作動流体について圧力を検知面１１Ｓで検知するように構成されている。たとえば、複数のセンサ１１は、歪ゲージ抵抗式、半導体ピエゾ抵抗式、静電容量式、シリコンレゾナント式などの圧力センサであって、図示を省略しているが、たとえば、解析装置（図示省略）や表示装置（図示省略）に検知データを出力する。
The
本実施形態においては、センサ１１は、図１Ａに示すように、最終段のタービン段落１０（＝１０ａ）の動翼３１よりも下流側Ｄｓに設置されている。図１Ｂに示すように、センサ１１は、ロータ３の周方向で異なる複数の周方向位置のそれぞれに設置されている。たとえば、２つの周方向位置のそれぞれに、センサ１１が配置されている。ここでは、センサ１１が配置された周方向位置は、ロータ３の上方であって、流路ＦＰにおいて外周側に近い部分に位置している。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1A, the
図１Ａおよび図１Ｂでは図示を省略しているが、運転監視システム１００は、図２に示すように、センサ支持部１０１を含み、センサ支持部１０１がセンサ１１を支持している。センサ支持部１０１は、複数の周方向位置のそれぞれに設けられており、たとえば、外周側の一端がケーシング２の内周面に固定され、内周側の他端でセンサ１１を支持している。
Although not shown in FIGS. 1A and 1B, the
図２に示すように、複数の周方向位置において、センサ１１は、検知面１１Ｓが異なる方向に向くように、複数が設置されている。ここでは、複数の周方向位置のそれぞれにおいて、上流側検知センサ１１１と下流側検知センサ１１２との２つがセンサ１１として設置されている。
As shown in FIG. 2, at a plurality of circumferential positions, a plurality of
上流側検知センサ１１１は、検知面１１Ｓが作動流体の上流側Ｕｓに向くように設置されている。本実施形態では、上流側検知センサ１１１の検知面１１Ｓがロータ３の回転軸ＡＸに直交するように設置されている。
The upstream
これに対して、下流側検知センサ１１２は、検知面１１Ｓが作動流体の下流側Ｄｓに向くように設置されている。本実施形態では、下流側検知センサ１１２の検知面１１Ｓがロータ３の回転軸ＡＸに直交するように設置されている。
On the other hand, the downstream
以上のように、本実施形態の運転監視システム１００において、複数のセンサ１１は、ロータ３の周方向で異なる複数の周方向位置に設置される。このため、本実施形態では、複数の周方向位置において圧力を検知するので、圧力場の変動を容易に把握することができる。そして、その検知した検知データについて周波数分析を行うことによって、変動する圧力の周波数が算出することができる。その結果、動翼３１の固有振動数に近い周波数になるか、容易に確認可能である。
As described above, in the
また、本実施形態では、複数のセンサ１１は、その複数の周方向位置において検知面１１Ｓが異なる方向に向くように設置される。このため、逆流の発生によって作動流体の流れ方向に変化が生じた場合に、正確に圧力の変化を把握することができる。
In the present embodiment, the plurality of
さらに、本実施形態では、複数の周方向位置のそれぞれにセンサ１１が設置されているので、ロータ３の周方向に生じた複数の高圧領域が移動する速度を容易に求めることが可能であって、高圧部の回転周波数を特定可能である。
Furthermore, in this embodiment, since the
上記から判るように、本実施形態では、低圧タービン１において低負荷運転を行うときに、周方向の全体に存在する複数の高圧領域が動翼回転数以下にて回転する現象に起因して最終段の動翼３１に作用する流体力の変動を容易に把握可能である。このため、上記現象によって振動が発生することを、より早く感知できる。また、本実施形態では、動翼３１の翼面にセンサ１１を設置しないので、長時間の運転に対する耐久性を十分に確保可能である。
As can be seen from the above, in the present embodiment, when the low-
なお、上記の実施形態では、複数のセンサ１１が圧力を検知する場合について説明したが、これに限らない。複数のセンサ１１は、作動流体について速度を検知するものであってもよい。
In the above embodiment, the case where the plurality of
また、上記の実施形態では、複数の周方向位置において、上流側検知センサ１１１の検知面１１Ｓおよび下流側検知センサ１１２の検知面１１Ｓが、ロータ３の回転軸ＡＸに直交するように設置される場合について説明したが、これに限らない。上流側検知センサ１１１の検知面１１Ｓおよび下流側検知センサ１１２の検知面１１Ｓが、ロータ３の回転軸ＡＸに直交せずに、回転軸ＡＸに対して傾斜するように設置してもよい。
In the above-described embodiment, the
さらに、上記の実施形態では、低圧タービン１などの蒸気タービンに運転監視システム１００を設置する場合について説明したが、これに限らない。たとえば、ガスタービンの圧縮機などのように他の軸流ターボ機械に運転監視システム１００を設置してもよい。ガスタービンの圧縮機では、旋回失速と呼ばれる不安定な流動現象があるため、この現象を効果的に監視可能である。
Furthermore, although said embodiment demonstrated the case where the driving |
＜第２実施形態＞
図３Ａ，図３Ｂは、第２実施形態に係る軸流ターボ機械の要部を示す図である。
Second Embodiment
FIG. 3A and FIG. 3B are diagrams showing a main part of the axial-flow turbomachine according to the second embodiment.
図３Ａおよび図３Ｂでは、第１実施形態の場合と同様に、低圧タービンの一部に関して示している。図３Ａにおいては、図１Ｂと同様に、回転軸ＡＸに直交する鉛直面（ｙｚ面）であって、図８ＡのＡ−Ａ部分について模式的に示している。また、図３Ｂでは、鉛直方向ｚに直交する水平面（ｘｙ面）のうち、図３ＡのＢ−Ｂ部分について模式的に示している。 In FIG. 3A and FIG. 3B, it shows about a part of low-pressure turbine like the case of 1st Embodiment. In FIG. 3A, similarly to FIG. 1B, a vertical plane (yz plane) orthogonal to the rotation axis AX and schematically showing an AA portion in FIG. 8A. Moreover, in FIG. 3B, the BB part of FIG. 3A is typically shown among the horizontal surfaces (xy surface) orthogonal to the perpendicular direction z.
図３Ａに示すように、本実施形態では、第１実施形態の場合と同様に、複数のセンサ１１は、ロータ３の周方向で異なる複数の周方向位置に設置されている。また、図３Ｂに示すように、センサ１１は、その複数の周方向位置において、検知面１１Ｓが異なる方向に向くように複数が設置されている。ここでは、複数のセンサ１１は、上流側検知センサ１１１と下流側検知センサ１１２とを含む。上流側検知センサ１１１は、検知面１１Ｓが作動流体の上流側Ｕｓに向くように設置され、下流側検知センサ１１２は、検知面１１Ｓが作動流体の下流側Ｄｓに向くように設置されている。
As shown in FIG. 3A, in the present embodiment, as in the case of the first embodiment, the plurality of
しかし、本実施形態においては、上流側検知センサ１１１および下流側検知センサ１１２として設置されたセンサ１１の数が、第１実施形態の場合と異なる。本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、上記の第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記実施形態の場合と重複する事項については、適宜、記載を省略する。
However, in the present embodiment, the number of
上流側検知センサ１１１は、第１上流側検知センサ１１１＿１と第２上流側検知センサ１１１＿２とを含む。
The
上流側検知センサ１１１のうち、第１上流側検知センサ１１１＿１は、検知面１１Ｓがロータ３の回転軸ＡＸに直交するように設置されている。
Among the
上流側検知センサ１１１のうち、第２上流側検知センサ１１１＿２は、検知面１１Ｓがロータ３の回転軸ＡＸに対して傾斜するように設置されている。ここでは、第２上流側検知センサ１１１＿２は、２つであって、２つの第２上流側検知センサ１１１＿２が水平面（ｘｙ面）において回転軸ＡＸに沿った第１水平方向ｘに対して直交する第２水平方向ｙで、第１上流側検知センサ１１１＿１を間に挟むように配置されている。第２上流側検知センサ１１１＿２は、第２水平方向ｙにおいて第１上流側検知センサ１１１＿１の側に位置する一端を支点にして、他端を下流側検知センサ１１２の側に傾斜させた状態になっている。具体的には、第２上流側検知センサ１１１＿２の検知面１１Ｓが、水平面（ｘｙ面）において第１水平方向ｘに対して所定角度θ１で傾斜させた方向に直交している。所定角度θ１は、たとえば、４５°である（θ１＝４５°）。すなわち、４５°の偏揺角の向きに検知面１１Ｓが向くように、第２上流側検知センサ１１１＿２が設置されている。
Of the
下流側検知センサ１１２は、第１下流側検知センサ１１２＿１と第２下流側検知センサ１１２＿２とを含む。
The
下流側検知センサ１１２のうち、第１下流側検知センサ１１２＿１は、検知面１１Ｓがロータ３の回転軸ＡＸに直交するように設置されている。
Among the
下流側検知センサ１１２のうち、第２下流側検知センサ１１２＿２は、検知面１１Ｓがロータ３の回転軸ＡＸに対して傾斜するように設置されている。ここでは、第２下流側検知センサ１１２＿２は、２つであって、２つの第２下流側検知センサ１１２＿２が第２水平方向ｙで第１下流側検知センサ１１２＿１を間に挟むように配置されている。第２下流側検知センサ１１２＿２は、第２水平方向ｙにおいて第１下流側検知センサ１１２＿１の側に位置する一端を支点にして、他端を上流側検知センサ１１１の側に傾斜させた状態になっている。具体的には、第２下流側検知センサ１１２＿２の検知面１１Ｓが、水平面（ｘｙ面）において第１水平方向ｘに対して所定角度θ１で傾斜させた方向に直交している。所定角度θ１は、たとえば、４５°である（θ１＝４５°）。すなわち、４５°の偏揺角の向きに検知面１１Ｓが向くように、第２下流側検知センサ１１２＿２が設置されている。
Among the
以上のように、本実施形態においては、上流側検知センサ１１１が第２上流側検知センサ１１１＿２を更に含み、下流側検知センサ１１２が第２下流側検知センサ１１２＿２を更に含む。このため、本実施形態では、ロータ３の回転軸ＡＸに対して水平方向に傾斜した方向の圧力についても検知可能であるので、圧力場の変動を正確に把握することが可能であり、変動する圧力の周波数を更に正確に算出することができる。
As described above, in the present embodiment, the
したがって、本実施形態では、低圧タービン１において低負荷運転を行うときに、周方向の全体に存在する複数の高圧領域が動翼回転数以下にて回転する現象に起因して最終段の動翼３１に作用する流体力の変動を容易に把握可能である。このため、上記現象によって振動が発生することを、より早く感知できる。また、本実施形態では、動翼３１の翼面にセンサ１１を設置しないので、長時間の運転に対する耐久性を十分に確保可能である。
Therefore, in the present embodiment, when the low-
＜第３実施形態＞
図４Ａ，図４Ｂは、第３実施形態に係る軸流ターボ機械の要部を示す図である。
<Third Embodiment>
FIG. 4A and FIG. 4B are diagrams showing a main part of the axial-flow turbomachine according to the third embodiment.
図４Ａおよび図４Ｂでは、第２実施形態の場合と同様に、低圧タービンの一部に関して示している。図４Ａにおいては、図３Ａと同様に、回転軸ＡＸに直交する鉛直面（ｙｚ面）であって、図８ＡのＡ−Ａ部分について模式的に示している。また、図４Ｂでは、鉛直方向ｚに沿った鉛直面（ｘｚ面）のうち、図４ＡのＣ−Ｃ部分について模式的に示している。図４ＡのＢ−Ｂ部分は、図３Ｂと同様であるので、図示を省略する。 In FIG. 4A and FIG. 4B, it shows about a part of low pressure turbine similarly to the case of 2nd Embodiment. In FIG. 4A, similarly to FIG. 3A, a vertical plane (yz plane) orthogonal to the rotation axis AX and schematically showing an AA portion of FIG. 8A. 4B schematically illustrates the CC portion of FIG. 4A in the vertical plane (xz plane) along the vertical direction z. 4B is the same as FIG. 3B, and is not shown.
本実施形態においては、上流側検知センサ１１１および下流側検知センサ１１２として設置されたセンサ１１の数が、第２実施形態の場合と異なる。本実施形態では、上流側検知センサ１１１は、第２実施形態の場合と異なり、第３上流側検知センサ１１１＿３を更に含む。また、下流側検知センサ１１２は、第２実施形態の場合と異なり、第３下流側検知センサ１１２＿３を更に含む。本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、上記の第２実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記実施形態の場合と重複する事項については、適宜、記載を省略する。
In the present embodiment, the number of
上流側検知センサ１１１のうち、第３上流側検知センサ１１１＿３は、検知面１１Ｓがロータ３の回転軸ＡＸに対して鉛直方向ｚに傾斜するように設置されている。ここでは、第３上流側検知センサ１１１＿３は、２つであって、２つの第３上流側検知センサ１１１＿３が鉛直方向ｚで第１上流側検知センサ１１１＿１を間に挟むように配置されている。第３上流側検知センサ１１１＿３は、鉛直方向ｚにおいて第１上流側検知センサ１１１＿１の側に位置する一端を支点にして、他端を下流側検知センサ１１２の側に傾斜させた状態になっている。具体的には、第３上流側検知センサ１１１＿３の検知面１１Ｓが、水平面（ｘｙ面）において第１水平方向ｘに対して所定角度θ２で傾斜させた方向に直交している。所定角度θ２は、たとえば、４５°である（θ２＝４５°）。すなわち、４５°の縦揺角の向きに検知面１１Ｓが向くように、第３上流側検知センサ１１１＿３が設置されている。
Of the
下流側検知センサ１１２のうち、第３下流側検知センサ１１２＿３は、検知面１１Ｓがロータ３の回転軸ＡＸに対して鉛直方向ｚに傾斜するように設置されている。ここでは、第３下流側検知センサ１１２＿３は、２つであって、２つの第３下流側検知センサ１１２＿３が鉛直方向ｚで第１下流側検知センサ１１２＿１を間に挟むように配置されている。第３下流側検知センサ１１２＿３は、鉛直方向ｚにおいて第１下流側検知センサ１１２＿１の側に位置する一端を支点にして、他端を上流側検知センサ１１１の側に傾斜させた状態になっている。具体的には、第３下流側検知センサ１１２＿３の検知面１１Ｓが、水平面（ｘｙ面）において第１水平方向ｘに対して所定角度θ２で傾斜させた方向に直交している。所定角度θ２は、たとえば、４５°である（θ２＝４５°）。すなわち、４５°の縦揺角の向きに検知面１１Ｓが向くように、第３下流側検知センサ１１２＿３が設置されている。
Of the
以上のように、本実施形態においては、上流側検知センサ１１１が第３上流側検知センサ１１１＿３を更に含み、下流側検知センサ１１２が第３下流側検知センサ１１２＿３を更に含む。このため、本実施形態では、ロータ３の回転軸ＡＸに対して鉛直方向ｚに傾斜した方向の圧力についても検知可能であるので、鉛直方向ｚにおいて巻き上がる流れなどについて的確に把握可能であり、変動する圧力の周波数を更に正確に算出することができる。
As described above, in the present embodiment, the
したがって、本実施形態では、低圧タービン１において低負荷運転を行うときに、周方向の全体に存在する複数の高圧領域が動翼回転数以下にて回転する現象に起因して最終段の動翼３１に作用する流体力の変動を容易に把握可能である。このため、上記現象によって振動が発生することを、より早く感知できる。また、本実施形態では、動翼３１の翼面にセンサ１１を設置しないので、長時間の運転に対する耐久性を十分に確保可能である。
Therefore, in the present embodiment, when the low-
＜第４実施形態＞
図５Ａ，図５Ｂは、第４実施形態に係る軸流ターボ機械の要部を示す図である。
<Fourth embodiment>
FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams showing a main part of the axial-flow turbomachine according to the fourth embodiment.
図５Ａおよび図５Ｂでは、第３実施形態の場合と同様に、低圧タービンの一部に関して示している。図５Ａにおいては、図１Ａと同様に、回転軸ＡＸに沿った鉛直面（ｘｚ面）について模式的に示している。そして、図５Ｂでは、図４Ａと同様に、回転軸ＡＸに直交する鉛直面（ｙｚ面）であって、図５ＡのＡ−Ａ部分について模式的に示している。 In FIG. 5A and FIG. 5B, it shows about a part of low pressure turbine similarly to the case of 3rd Embodiment. FIG. 5A schematically shows a vertical plane (xz plane) along the rotation axis AX, as in FIG. 1A. In FIG. 5B, similarly to FIG. 4A, a vertical plane (yz plane) orthogonal to the rotation axis AX and schematically showing the AA portion of FIG. 5A.
本実施形態においては、センサ１１の設置位置が、第３実施形態の場合と異なる。本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、上記の第３実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記実施形態の場合と重複する事項については、適宜、記載を省略する。
In the present embodiment, the installation position of the
本実施形態では、複数のセンサ１１は、ロータ３の径方向で異なる複数の径方向位置に設置されている。ここでは、センサ１１が設置された径方向位置は、たとえば、流路ＦＰにおいて外周側に近い部分と内周側に近い部分の２つである。
In the present embodiment, the plurality of
そして、その複数の径方向位置においては、第３実施形態の場合と同様に、検知面１１Ｓが異なる方向に向くように複数のセンサ１１が設置されている。
At the plurality of radial positions, the plurality of
このため、本実施形態では、ロータ３の径方向で異なる複数の径方向位置において、同時に圧力の変動を把握可能であるので、変動する圧力の周波数を更に正確に算出することができる。
For this reason, in the present embodiment, the pressure fluctuation can be grasped simultaneously at a plurality of radial positions different in the radial direction of the
したがって、本実施形態では、低圧タービン１において低負荷運転を行うときに、周方向の全体に存在する複数の高圧領域が動翼回転数以下にて回転する現象に起因して最終段の動翼３１に作用する流体力の変動を容易に把握可能である。このため、上記現象によって振動が発生することを、より早く感知できる。また、本実施形態では、動翼３１の翼面にセンサ１１を設置しないので、長時間の運転に対する耐久性を十分に確保可能である。
Therefore, in the present embodiment, when the low-
＜第５実施形態＞
図６Ａ，図６Ｂは、第５実施形態に係る軸流ターボ機械の要部を示す図である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 6A and FIG. 6B are diagrams showing the main part of the axial-flow turbomachine according to the fifth embodiment.
図６Ａおよび図６Ｂでは、第４実施形態の場合と同様に、低圧タービンの一部に関して示している。図６Ａにおいては、図５Ａと同様に、回転軸ＡＸに沿った鉛直面（ｘｚ面）について模式的に示している。そして、図６Ｂでは、図５Ｂと同様に、回転軸ＡＸに直交する鉛直面（ｙｚ面）であって、図６ＡのＡ−Ａ部分について模式的に示している。 In FIG. 6A and FIG. 6B, it shows about a part of low pressure turbine similarly to the case of 4th Embodiment. FIG. 6A schematically shows a vertical plane (xz plane) along the rotation axis AX, as in FIG. 5A. In FIG. 6B, similarly to FIG. 5B, a vertical plane (yz plane) orthogonal to the rotation axis AX, schematically showing the AA portion of FIG. 6A.
本実施形態においては、運転監視システム１００が温度検出部１２０を更に有する。本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、上記の第４実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記実施形態の場合と重複する事項については、適宜、記載を省略する。
In the present embodiment, the
温度検出部１２０は、複数であって、複数のセンサ１１と同様に、複数の周方向位置および複数の径方向位置のそれぞれに設置されている。温度検出部１２０は、たとえば、熱電対を含む。図示を省略しているが、温度検出部１２０は、たとえば、解析装置（図示省略）や表示装置（図示省略）に温度データを出力する。
There are a plurality of
以上のように、本実施形態では、温度検出部１２０が設置されている。このため、センサ１１に温度依存性がある場合には、温度検出部１２０が検出した温度データに基づいて、センサ１１の検出データについて温度補正処理を施すことができる。
As described above, in the present embodiment, the
したがって、本実施形態では、低圧タービン１において低負荷運転を行うときに、周方向の全体に存在する複数の高圧領域が動翼回転数以下にて回転する現象に起因して最終段の動翼３１に作用する流体力の変動を正確に把握可能である。このため、上記現象によって振動が発生することを、より早く感知できる。
Therefore, in the present embodiment, when the low-
＜第７実施形態＞
図７Ａ，図７Ｂは、第６実施形態に係る軸流ターボ機械の要部を示す図である。
<Seventh embodiment>
FIG. 7A and FIG. 7B are views showing a main part of an axial-flow turbomachine according to the sixth embodiment.
図７Ａおよび図７Ｂでは、第１実施形態の場合と同様に、低圧タービンの一部に関して示している。つまり、図７Ａにおいては、図１Ａと同様に、回転軸ＡＸに沿った鉛直面（ｘｚ面）について模式的に示している。そして、図７Ｂでは、図１Ｂと同様に、回転軸ＡＸに直交する鉛直面（ｙｚ面）であって、図７ＡのＡ−Ａ部分について模式的に示している。 7A and 7B show a part of the low-pressure turbine as in the case of the first embodiment. That is, FIG. 7A schematically shows a vertical plane (xz plane) along the rotation axis AX, similarly to FIG. 1A. In FIG. 7B, similarly to FIG. 1B, a vertical plane (yz plane) orthogonal to the rotation axis AX and schematically showing an AA portion in FIG. 7A.
本実施形態においては、複数のセンサ１１ｂが計測する特性が、第１実施形態の場合と異なる。本実施形態は、上記の点、及び、関連する点を除き、上記の第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記実施形態の場合と重複する事項については、適宜、記載を省略する。
In the present embodiment, the characteristics measured by the plurality of
本実施形態では、センサ１１ｂは、第１実施形態の場合と同様に、ロータ３の周方向で異なる複数の周方向位置に設置されると共に、その複数の周方向位置において検知面１１Ｓが異なる方向に向くように複数が設置されている。センサ１１ｂは、第１実施形態の場合と異なり、流路ＦＰを流れる作動流体について温度を検知面１１Ｓで検知する。
In the present embodiment, as in the case of the first embodiment, the
このため、本実施形態では、逆流による温度上昇を把握可能である。 For this reason, in this embodiment, it is possible to grasp the temperature rise due to the backflow.
したがって、本実施形態では、低圧タービン１において低負荷運転を行うときに、周方向の全体に存在する複数の高圧領域が動翼回転数以下にて回転する現象に起因して最終段の動翼３１に作用する流体力の変動を正確に把握可能である。その結果、上記現象によって振動が発生することを、より早く感知できる。
Therefore, in the present embodiment, when the low-
＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
<Others>
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１…低圧タービン、２…ケーシング、３…ロータ、１０…タービン段落、１１…センサ、１１Ｓ…検知面、１１ｂ…センサ、３１…動翼、４２…静翼、１００…運転監視システム、１０１…センサ支持部、１１１…上流側検知センサ、１１１＿１…第１上流側検知センサ、１１１＿２…第２上流側検知センサ、１１１＿３…第３上流側検知センサ、１１２…下流側検知センサ、１１２＿１…第１下流側検知センサ、１１２＿２…第２下流側検知センサ、１１２＿３…第３下流側検知センサ、１２０…温度検出部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記ケーシングの内部に設置され、前記流路を流れる前記作動流体について圧力と速度との少なくとも一方を検知面で検知する複数のセンサ
を有し、
前記複数のセンサは、前記ロータの周方向で異なる複数の周方向位置に設置されると共に、前記複数の周方向位置において前記検知面が異なる方向に向くように複数が設置されることを特徴とする、
運転監視システム。 Operation monitoring for monitoring an axial-flow turbomachine in which a rotor is housed in a casing, and the working fluid flows along a rotation axis of the rotor in a flow path provided in the casing. A system,
A plurality of sensors that are installed inside the casing and detect at least one of a pressure and a speed of the working fluid flowing through the flow path with a detection surface;
The plurality of sensors are installed at a plurality of circumferential positions different in the circumferential direction of the rotor, and a plurality of sensors are installed so that the detection surfaces face in different directions at the plurality of circumferential positions. To
Operation monitoring system.
前記検知面が前記作動流体の上流側に向くように設置される上流側検知センサと、
前記検知面が前記作動流体の下流側に向くように設置される下流側検知センサと
を含む、
請求項１に記載の運転監視システム。 The plurality of sensors are:
An upstream detection sensor installed so that the detection surface faces the upstream side of the working fluid;
A downstream detection sensor installed such that the detection surface faces the downstream side of the working fluid,
The operation monitoring system according to claim 1.
前記検知面が前記ロータの回転軸に直交するように設置される第１上流側検知センサと、
前記検知面が前記ロータの回転軸に対して水平方向に傾斜するように設置される第２上流側検知センサと
を含み、
前記下流側検知センサは、
前記検知面が前記ロータの回転軸に直交するように設置される第１下流側検知センサと、
前記検知面が前記ロータの回転軸に対して水平方向に傾斜するように設置される第２下流側検知センサと
を含む、
請求項２に記載の運転監視システム。 The upstream side detection sensor is
A first upstream detection sensor installed so that the detection surface is orthogonal to the rotation axis of the rotor;
A second upstream side detection sensor installed so that the detection surface is inclined in a horizontal direction with respect to the rotation axis of the rotor;
The downstream side detection sensor is
A first downstream detection sensor installed so that the detection surface is orthogonal to the rotation axis of the rotor;
A second downstream side detection sensor installed so that the detection surface is inclined in a horizontal direction with respect to the rotation axis of the rotor,
The operation monitoring system according to claim 2.
前記検知面が前記ロータの回転軸に対して鉛直方向に傾斜するように設置される第３上流側検知センサ
を更に含み、
前記下流側検知センサは、
前記検知面が前記ロータの回転軸に対して鉛直方向に傾斜するように設置される第３下流側検知センサと
を更に含む、
請求項３に記載の運転監視システム。 The upstream side detection sensor is
A third upstream detection sensor installed such that the detection surface is inclined in a vertical direction with respect to the rotation axis of the rotor;
The downstream side detection sensor is
A third downstream detection sensor installed such that the detection surface is inclined in a vertical direction with respect to the rotation axis of the rotor;
The operation monitoring system according to claim 3.
請求項１から４のいずれかに記載の運転監視システム。 The plurality of sensors are installed at a plurality of different radial positions in the radial direction of the rotor, and a plurality of sensors are installed such that the detection surfaces face in different directions at the plurality of radial positions.
The operation monitoring system according to any one of claims 1 to 4.
を更に有する、
請求項１から５のいずれかに記載の運転監視システム。 A temperature detector installed at the plurality of circumferential positions and the plurality of radial positions;
The operation monitoring system according to any one of claims 1 to 5.
前記ケーシングの内部に設置され、前記流路を流れる前記作動流体について温度を検知面で検知する複数のセンサ
を有し、
前記複数のセンサは、前記ロータの周方向で異なる複数の周方向位置に設置されると共に、前記複数の周方向位置において前記検知面が異なる方向に向くように複数が設置されることを特徴とする、
運転監視システム。 Operation monitoring for monitoring an axial-flow turbomachine in which a rotor is housed, and a working fluid flows along a rotation axis of the rotor in a flow path provided in the casing. A system,
A plurality of sensors that are installed inside the casing and detect the temperature of the working fluid flowing through the flow path on a detection surface;
The plurality of sensors are installed at a plurality of circumferential positions different in the circumferential direction of the rotor, and a plurality of sensors are installed so that the detection surfaces face in different directions at the plurality of circumferential positions. To
Operation monitoring system.
請求項１から７のいずれかに記載の運転監視システム。 The axial flow turbomachine is a steam turbine or a compressor;
The operation monitoring system according to any one of claims 1 to 7.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015209787A JP2017082618A (en) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | Operation monitoring system for axial flow turbo machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015209787A JP2017082618A (en) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | Operation monitoring system for axial flow turbo machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017082618A true JP2017082618A (en) | 2017-05-18 |
Family
ID=58712935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015209787A Pending JP2017082618A (en) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | Operation monitoring system for axial flow turbo machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2017082618A (en) |
-
2015
- 2015-10-26 JP JP2015209787A patent/JP2017082618A/en active Pending
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|---|---|---|---|
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