JP3917387B2 - Torque measuring device - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転機器の回転速度および軸トルクを非接触で光学的に計測するトルク計測装置に係り、特に、コンバインドサイクル発電プラントや蒸気タービンプラントに適用されるトルク計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火力発電プラントの熱効率の向上は、燃料の節約および発電コストの低減を図る上で益々重要になっている。火力発電プラントの中でも高効率、高運用性を図る立場からコンバインドサイクル発電プラントが注目されている。
【０００３】
コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラントと蒸気タービンプラントとを組み合せたもので、ガスタービンプラントからの排熱を蒸気タービンプラントに積極的に活用し、燃料の節約とエネルギ効率の向上を図るようにしたプラントである。
【０００４】
我国では、１０年程度前にコンバインドサイクル発電プラントが初めて導入されて以来、広く利用されているが、燃料の節約や発電コストの低減を図る観点からコンバインドサイクル発電プラントがより一層注目され、近年その利用率の向上が図られている。
【０００５】
しかし、高効率、高運用性の特徴を有するコンバインドサイクル発電プラントも、運転開始後長期間経過すると、経年劣化が生じ、ユニットによっては熱効率が低下しているものがある。
【０００６】
コンバインドサイクル発電プラントは１つのプラントに複数のユニットを備え、各ユニットは１つのユニット中にガスタービン（ＧＴ）と蒸気タービン（ＳＴ）が存在し、１つの発電機（Ｇ）に接続される一軸型の構成になっているものがある。一軸型のコンバインドサイクル発電プラントでは、プラント熱効率が変化した場合、その原因が発電プラントのどの構成機器にあるのかを特定することは、熱効率管理上重要である。
【０００７】
しかしながら、一軸型のコンバインドサイクル発電プラントにおいて、プラント熱効率が低下した場合、個々の構成機器の効率精度を精度よく検出できないために、熱効率低下原因がガスタービン側にあるのか、蒸気タービン側にあるのか、あるいは他の主要構成機器にあるのかを把握し、判断することは大変難しく、困難であった。
【０００８】
従来は、コンバインドサイクル発電プラントの熱効率の変化原因を特定するために、本発明者等は特開２０００−２０５９７７号公報に開示した回転体の光学的なトルク計測装置を開発した。
【０００９】
このトルク計測装置は、回転体に反射体を軸方向に異なる位置に貼着し、両反射体にレーザ装置から発振されたレーザ光を照射して両反射体からの反射光を検出して信号処理するようになっている。従来のトルク計測装置は、反射体から反射される反射レーザ光で回転体の回転周期を検出することで回転体の回転速度を検出し、両反射体から反射される反射レーザ光の位相差を検出することで回転体の軸トルクを検出するようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のトルク計測装置は、光反射率が一様な反射体や等間隔（等ピッチ）のバー配置のバーコード型反射体を用いて、回転体の回転速度や軸トルクを光学的に非接触検出しているが、軸トルク等の検出に際し、反射レーザ光の位相がバーコードのピッチ分だけずれると、検出誤差を生じ易く、また雑音に対する対策や回転体の軸偏心に対する対策が施されていない。
【００１１】
このため、従来のトルク計測装置では、軸トルクを正確に精度よく計測することが困難であったり、雑音に弱い。例えば、等間隔配置のバーコードに雑音が乗ったとき、両反射レーザ光間の位相差がバーコードのピッチ分だけずれて算出されると、反射レーザ光間の位相差を正確に精度よく検出できず、軸トルクの検出誤差が大きくなる課題があった。
【００１２】
また、従来のトルク計測装置は、レーザ光を回転体の表面上に軸方向に異なる２位置に照射し、軸トルクを検出しているが、回転体の軸偏心により、回転体に振れ廻りが生じると、軸トルクの検出にバラツキが生じ、このバラツキが計測誤差要因となる虞があった。
【００１３】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、回転体の回転速度や軸トルクを雑音の影響を受けることなく、正確に精度よく光学的に非接触にて計測することができるトルク計測装置を提供することを目的とする。
【００１４】
この目的を達成するため、本発明は、回転体の振れ廻りの軸偏心による影響を排除して回転体の軸トルクを正確に精度よく検出することができるトルク計測装置を提供するものである。
【００１５】
本発明のさらに他の目的は、回転体の回転速度や軸トルクを精度よく測定して熱効率が変化した機器を正確に特定でき、熱効率管理が容易で、高精度に性能診断を行なうことができるトルク計測装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るトルク計測装置は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、
「レーザ光等の光線を出力する出力装置と、
出力された光線のビーム径を調節して回転体に照射するビーム調整装置と、
軸方向に離間した２位置で前記回転体の表面に取り付けられ、前記回転体に照射された光線の反射光線に対し前記回転体の回転に応じた光強度変化を与える一組の反射手段と、
前記一組の反射手段から反射される各反射光線の光強度変化をそれぞれ検出する一組の光検出手段と、
前記一組の光検出手段で検出された各反射光線の光強度変化について相関処理を行って各反射光線間の時間的な位相差を求め、前記回転体の捩り歪み量を検出することにより前記回転体のトルクを求める信号処理装置とを備えており、
前記ビーム調整装置は、前記出力装置からの光線を前記回転体の表面に照射する複数の照射光学系を備えるとともに、前記照射光学系は、前記回転体に離接する方向に微調節自在に設けられ、さらに、
前記反射手段は、前記回転体の軸方向に離間した２位置に貼り付けられた一組の反射シールと、前記回転体の周方向に前記一組の反射シールと１８０度異なる２位置に貼り付けられた他の組の反射シールとで構成され、かつ、前記一組の光検出手段は、前記一組の反射シールからの各反射光線及び前記他の組の反射シールからの各反射光線を検出するよう構成されており、
前記一組の光検出手段で検出された前記一組の反射シールからの各反射光線と前記他の組の反射シールからの各反射光線とにより、それぞれ求められた捩り歪み量を、前記信号処理手段で平均化処理して前記回転体の振れ回り偏心の補正を行う」
ことを特徴とするトルク計測装置となっている。
【００１７】
本発明のトルク計測装置では、請求項２に記載したように、前記一組の反射シールと前記他の組の反射シールとを、前記回転体の周方向にそれぞれ複数組貼り付け、前記回転体の１回転において、前記一組の光検出手段で検出された各々の組の反射シールからの各反射光線により求められた捩り歪み量を、前記信号処理手段で平均化処理するよう構成することができる。さらに、請求項３に記載したように、前記一組の光検出手段を複数組設け、各々の組の光検出手段により求められる平均化された捩り歪み量を、前記信号処理手段でさらに平均化処理することが好ましい。
【００１８】
本発明のトルク計測装置においては、請求項４に記載したように、前記反射シールがＭ系列反射シールであることが好ましい。また、請求項５に記載したように、本発明のトルク計測装置は、タービンの回転軸のトルク計測装置として好適なものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るトルク計測装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係るトルク計測装置が適用されるコンバインドサイクル発電プラントの設備概要を示す図である。
【００２１】
符号１０で示すコンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービンプラント１１と蒸気タービンプラント１２とを組み合せて構成され、ガスタービンプラント１１から排出される排気ガスを排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１３に導き、この排熱回収ボイラ１３で排気ガスの廃熱が回収されるようになっている。
【００２２】
ガスタービンプラント１１は、空気を圧縮する空気圧縮機１５と、この圧縮空気を用いて燃料を燃焼させる燃焼器１６と、この燃焼器１６で燃焼せしめられる燃焼ガスにより回転駆動せしめられるガスタービン（ＧＴ）１７と、このガスタービン１７の回転駆動により仕事をさせられる発電機（Ｇ）１８とを有する。ガスタービン１７で仕事をした排気ガスは排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１３に案内されて熱回収が行なわれた後、煙突１９から大気中に放出されるようになっている。
【００２３】
一方、ガスタービンプラント１１の発電機１８は蒸気タービンプラント１２の発電機を兼ねており、ガスタービン１７、発電機１８および蒸気タービン２０が回転体としての動力伝達軸２１で互いに連結され、一軸上に整列配置されるようになっている。
【００２４】
蒸気タービンプラント１２は、蒸気発生器を兼ねる排熱回収ボイラ１３と、この排熱回収ボイラ１３で発生した蒸気により駆動される蒸気タービン２０と、この蒸気タービン２０で仕事をした蒸気を凝縮させる復水器２３と、復水器２３で凝縮された復水を復水給水系２４を経て排熱回収ボイラ１３に案内する給水ポンプ２５と、排熱回収ボイラ１３でガスタービン１７からの排ガスで加熱された流体を気液分離させる低圧ドラム２６および高圧ドラム２７とを有する。
【００２５】
排熱回収ボイラ１３は、ボイラ内に低圧節炭器３０、低圧蒸発器３１、高圧節炭器３２、高圧蒸発器３３，３４、過熱器３５が排気ガスの上流側に向って順次配設される。また、並設配置の高圧蒸発器３３と３４の間に硫黄分を除去する脱硝装置３６が設けられる。この脱硝装置３６の設置位置は高圧蒸発器３３と３４の間に限定されず、より上流側であっても、あるいは下流側であってもよい。
【００２６】
蒸気タービンプラント１２の復水給水系２４から排熱回収ボイラ１３に案内された給水は、低圧節炭器３０で加熱されて低圧ドラム２６に送られる。低圧ドラム２６では低圧節炭器３０から送られる流体と低圧蒸発器３１から送られる流体が合流して気液分離させる一方、気液分離させられた液分は低圧蒸発器３１および高圧節炭器３２に各ポンプ３７，３８のポンプ作用を受けて送られ、加熱作用を受ける。
【００２７】
低圧蒸発器３１に送られた液分は加熱作用を受けて蒸気となり、再び低圧ドラム２６に送られる。低圧ドラム２６の蒸気分は、蒸気配管４０を通って直接あるいは図示しない低圧過熱器を経て蒸気タービン２２の途中段落に供給される。
【００２８】
一方、高圧節炭器３２にて加熱された流体は高圧ドラム２７に送られて高圧蒸発器３３，３４から送られる流体と合流し、気液分離せしめられる。気液分離された液分は、高圧蒸発器３３，３４にポンプ３９の作動により送られて加熱作用を受け、蒸気となって再び高圧ドラム２７に還流される。
【００２９】
高圧ドラム２７内の蒸気分は、過熱器３５でスーパーヒートされて過熱蒸気となった後、主蒸気配管４１を経て蒸気タービン２２に送られ、この蒸気タービン２２を回転駆動させている。蒸気タービン２２の回転駆動により発電機１８を駆動させる一方、蒸気タービン２２で仕事をした蒸気は膨張して復水器２３に導かれて冷却水（海水）と熱交換され、復水となる。
【００３０】
図１に示されたコンバインドサイクル発電プラント１０は、ガスタービン１７と発電機１８と蒸気タービン２２とが一軸上に整列配置された一軸型コンバインドサイクルを構成している。コンバインドサイクル発電プラント１０は、１つのユニット中にガスタービン１７と蒸気タービン２２とが存在し、１つの発電機１８に接続される構成となっており、１つの発電プラント１０は複数のユニット、例えば３ユニットから７ユニットを備えている。
【００３１】
コンバインドサイクル発電プラント１０は、高効率、高運用性を特徴とするが、運転開始後長期間経過すると、経年劣化により各ユニット効率が設計時の効率より相当程度低下しているものがある。
【００３２】
コンバインドサイクル発電プラント１０は、１ユニット当り１５万ｋＷ、改良型コンバインドサイクル発電プラントでは３５万ｋＷ程度の出力を有するが、ユニットによっては新設時のプラント効率より１％程度低下しているものがある。このプラント効率低下の原因を診断して原因機器を特定し、補修することができれば、エネルギ効率が向上し、燃料の節約を図ることができる。診断特定箇所の補修により、プラント効率が１％程度向上させることができれば、１ユニット当り、年間約１億円の燃料経費を軽減させることができる。このため、コンバインドサイクル発電プラント１０の熱効率管理は、燃料節約、発電コストの低減の双方から重要である。
【００３３】
しかし、一軸型コンバインドサイクル発電プラント１０では、熱効率が低下した場合、主要プラント構成機器の熱効率検出精度が低く、数％以下の熱効率検出が不可能なために、熱効率低下原因がガスタービン１７側に起因するのか、あるいは蒸気タービン２２側に起因するのか、あるいは他の主要構成機器に起因するのかを特定することが困難となっている。
【００３４】
これに対し、本発明の適用されるコンバインドサイクル発電プラント１０においては、発電機１８を回転駆動させる回転軸２１に光学的なトルク計測装置４５が図２に示すように非接触にて計測可能に設けられる。トルク計測装置４５は、蒸気タービン２０と発電機１８とを連結する回転軸２１の回転速度および軸トルクを光学的に非接触にて計測精度よく測定できるようになっている。これにより蒸気タービン２０の出力を正確に測定し、発電機１８の出力は別途計測されているので、１つの発電機１８に連結されるガスタービン１７と蒸気タービン２０との出力を切り分けて個別に測定できる構成となっている。
【００３５】
このトルク計測装置４５は、図２に示すように構成される。トルク計測装置４５は、レーザ光等の光線を出力する出力装置４６と、この出力装置からの光線を伝送する光伝送手段４７と、この光伝送手段４７で伝送される光線を第１および第２の光線に分岐させ、各光線のビーム径を調整して被測定体として回転軸である回転体２１に照射するビーム調整装置４８と、上記回転体２１の表面に取り付けられて、第１および第２の光線の反射状態を変化させる反射手段としての第１および第２の反射体５０，５１と、第１および第２の光線の反射光の強度変化を検出する光検出手段としての第１および第２の光検知装置５２，５３と、これらの光検知装置５２，５３の出力信号から回転周期を計算し、かつ、回転体２１の軸トルクを求める信号処理装置５４とを有する。
つまり、このトルク計測装置４５では、前述の特開２０００−２０５９７７号公報に開示したトルク計測装置と同様に、回転体２１の軸方向に離間した２位置に対をなす一組の反射体（第１および第２の反射体５０，５１）が貼着されている。また、一組の反射体から反射される各反射レーザ光をそれぞれ検出するため、やはり対をなす一組の光検出手段（第１および第２の光検知装置５２，５３）が設けられており、各出力信号は、信号処理装置５４に入力される。回転体２１の軸トルクの計測は、信号処理装置５４において一組の反射体から反射される各反射レーザ光の時間的な位相差を求め、回転体２１の離間した２位置間の捩り歪み量を検出することにより行われる。信号処理装置５４は所定レベル以下の検出信号をカットするフィルタリング装置や第１の光検知装置の検出信号（又は第２の光検知装置の検出信号）のある回転周期と次の回転周期の相関関数を算出したり、第１および第２の光検知装置の検出信号間の相関関数を算出する相関処理装置（共に図示せず）が内蔵されている。第１および第２の光検知装置５２，５３はビーム調整装置４８内に内蔵させてもよい。
【００３６】
出力装置４６は、指向性を持つ光線を出力する光源で構成される。ここでは、波長６３２．８ｎｍのレーザ光を出力するＨｅ−Ｎｅレーザ発振装置で構成される。しかし、Ｈｅ−Ｎｅレーザに限定されることなく、各種レーザ装置も適用可能であり、また、発光ダイオードやランプなどにレンズやミラー、リフレクタを組み合せて特定方向に高強度の光線を出力できる光源も適用可能である。
【００３７】
出力装置４６から出力された光線を伝送する光伝送手段４７は、出力光線を光ファイバに入射させるレンズ５６と光ファイバ５７とから構成される。光ファイバ５７は、例えばコア径φｆが５μｍの石英ファイバが用いられるが、多成分系ファイバ、プラスチック等の各種光ファイバが適用可能である。ビーム調整装置４８に設置された光コネクタ５８は光ファイバ５７を着脱可能に接続するものである。
【００３８】
光コネクタ５８によってビーム調整装置４８に案内された光線は光ファイバ５９によりビームスプリット光学系６０に案内される。光ファイバ５９は光ファイバ５７と同じ光ファイバが用いられる。ビームスプリット光学系６０はレンズおよびミラーを組み合せた分岐光学系で構成され、光ファイバ５９から出力される光線を平行光にするレンズ６１と、この平行光線を２又に分岐させるビームスプリッタとしてのハーフミラー６２と、反射ミラー６３とを有する。ビームスプリット光学系６０はレンズおよびミラーを組み合せた光学系に代えてビームスプリッタのプリズムを用いた分岐光学系でもよい。レンズ６１は球面収差を補正可能なアクロマティックレンズで構成したり、また、非球面レンズで構成することもできる。
【００３９】
また、ビームスプリット光学系６０のハーフミラー６２を透過した光線は第１の照射光学系６５に案内される一方、ハーフミラー６２で反射した光線は第２の照射光学系６６に案内される。これらの第１および第２の照射光学系６５，６６は、光学センサをそれぞれ構成しており、図示しない駆動装置により回転体４４の軸方向に移動調節自在にかつ回転体２１に離接する方向（回転体２１の半径方向）に微調整可能に設けられる。第１の照射光学系６５を回転体２１の半径方向に微調整する場合、ビームスプリット光学系６０の反射ミラー６３も一体に移動せしめられる。第２の照射光学系６６を回転体２１の半径方向に微調整移動させる場合には、ビームスプリット光学系６０のハーフミラー６２も一体に移動せしめられる。回転体２１の半径方向の微調整は、集光レンズ６９，７２の微調整移動で行なってもよい。
【００４０】
第１の照射光学系６５は、レンズおよびミラーを組み合せた光学系からなり、この光学系６５は反射ミラー６７、ハーフミラー６８および集光レンズ６９を組み合せて構成される。第１の照射光学系６５は、ビームスプリット光学系６０で分岐せしめられた第１の光線を入力しており、入力された第１の光線は反射ミラー６７からハーフミラー６８を透過させて集光レンズ６９で絞り込まれ、回転体４４の第１の反射体５０上に照射される。集光レンズ６９は第１の光線を回転体４４の表面上に絞り込み、好ましくは焦点を結ぶように照射せしめられる。
【００４１】
回転体４４に装着された第１の反射体５０で第１の照射光学系６５の光軸上に反射せしめられた第１の光線の反射光は第１の照射光学系６５のハーフミラー６８で反射せしめられて光検出手段としての第１の光検知装置５２に入力される。第１の光検知装置５２に入力された反射光はここで反射光強度に応じた電気信号に光電変換されて信号処理装置５４に送信される。
【００４２】
一方、第２の照射光学系６６は、第１の照射光学系６５と同様、レンズおよびミラーを組み合せた光学系で構成される。第２の照射光学系６６は、ビームスプリット光学系６０で分岐せしめられた第２の光線を反射ミラー７０からハーフミラー７１を透過させて集光レンズ７２で絞り込み、回転体４４の第２の反射体５１上に照射させるようになっている。
【００４３】
第２の反射体５１で反射せしめられた第２の光線の反射光は、第２の照射光学系６６のハーフミラー７２で反射せしめられて光検出手段としての第２の光検知装置５３に入力される。第２の光検知装置５３に入力された第２の光線の反射光はここで光電変換されて相関処理装置内蔵の信号処理装置５４に電気信号として入力される。
【００４４】
このように、信号処理装置５４では、一組の反射体である第１および第２の反射体５０、５１からの各反射光をそれぞれ検出する一組の光検出装置、つまり、第１の光検知装置５２および第２の光検知装置５３からの電気信号が入力されて信号処理され、回転体２１の回転周期やトルクが算出されるようになっている。
【００４５】
なお、符号７３，７４は第１および第２の光線の反射光をカットするビームストッパである。
【００４６】
ところで、回転体４４に貼着される第１および第２の反射体５０，５１には、Ｍ系列（Ｍａｘｉｍｕｍ−Ｌｅｎｇｔｈ Ｌｉｎｅａｒ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）の反射シールが用いられる。Ｍ系列は周期的な擬似不規則信号（Ｐｓｅｕｄｏ−Ｒａｎｄｏｍ Ｓｉｇｎａｌ）を対象とするものである。Ｍ系列の信号は自己相関関数がデルタ関数に近く、近似的に白色雑音（ホワイトノイズ）と見なせるように、人為的にある規則に基づいて作られた不規則信号である。Ｍ系列の他に平方剰余列（Ｌ系列）や双素数列がある。
【００４７】
Ｍ系列の信号は、再現性もよく、規則性と不規則性を兼ね備えた便利な信号で、このＭ系列を回転体４４の反射シールとして利用することにより、雑音による悪影響を効率よく、有効的に排除できる。
【００４８】
図３は、反射手段としてＭ系列の反射シール７７の長手方向（回転体２１の回転方向）に沿う断面図を示すものである。図３に示すＭ系列反射シール７７の上方からレーザ光（光線）が照射されるようになっている。この反射シール７７は図３に示された左の上側部分がＭ系列のバーコード領域７８となっている。このＭ系列反射シール７７は、例えば厚さ０．１ｍｍ，長さ１３．７ｍｍのステンレス鋼をエッチング処理して、０．０５ｍｍの深さの溝を配列し、バーコード状に構成したものである。Ｍ系列反射シール７７は他の金属材料で形成してもよい。
【００４９】
Ｍ系列の反射シール７７は、図示例ではエッチング形状の縮尺率が縦・横で異なる例を示しており、反射体としての少なくともバーコード領域７８が回転体２１に貼着される。バーコード領域７８は、光の反射率が大きなホワイト部分（バー状斜線）７９とバー状間隙部分で成形される光の反射率の小さな溝部分（白色部）８０とからなる。
【００５０】
次に、トルク計測装置４５の作用を説明する。
【００５１】
出力装置４６から、例えばビーム径０．６５ｍｍのレーザ光が出力され、この出力レーザ光はレンズ５６によって絞られて光ファイバ５７に導かれ、光コネクタ５８によりビーム調整装置４８に案内される。ビーム調整装置４８に導かれたレーザ光は、ビームスプリット光学系６０により平行光にされ、第１のレーザ光および第２のレーザ光に均等に分岐される。
【００５２】
第１のレーザ光は、ビームスプリット光学系６０のハーフミラー６２を通過した後、反射ミラー６３で反射されて第１の照射光学系６５に導かれ、第１の照射光学系６５を通り、集光レンズ６９によって絞られて回転体２１の表面に照射される。
【００５３】
この場合、第１のレーザ光のビーム径が、回転体２１の表面で焦点を結ぶように第１照射光学系６５または集光レンズ６９の位置調整を行なう。回転体４４の表面に照射される第１のレーザ光のビーム径は例えば２．２μｍである。
【００５４】
回転体２１に照射された第１のレーザ光は、Ｍ系列の反射シール７７からなる第１の反射体５０で反射せしめられる。第１の反射体５０からの反射光は、反射率の小さな溝部分からの反射光と、反射率の大きな表面部分からの反射光と第１の反射体５０以外の部分からの反射光とからなる。これらの反射光は第１の照射光学系６５のビームスプリッタとしてのハーフミラー６８で反射されて第１の光検知装置５２に入力され、この第１の光検知装置５２で光電変換される。光電変換された反射光の強度に応じた電気信号が信号処理装置に出力される。
【００５５】
また、ビームスプリット光学系６０のハーフミラー６２により第２のレーザ光が分岐される。第２のレーザ光はハーフミラー６２で反射されて第２の照射光学系６６に導かれ、この照射光学系６６を通って回転体２１の表面に照射される。この場合、第２の照射光学系６６でも集光レンズ７２により第１のレーザ光と全く同様の作用を受け、回転体２１の表面に焦点を結ぶように照射される。
【００５６】
回転体２１に照射された第２のレーザ光は、Ｍ系列反射シールからなる第２の反射体５１で反射せしめられる。第２の反射体５１からの反射光は、反射率の小さな溝部分８０からの反射光と反射率の大きな表面部分７９からの反射光と第２の反射体５１以外の部分からの反射光となる。第２のレーザ光の反射光は第２の照射光学系６６のハーフミラー７１で反射されて第２の光検知装置５３に入力される。入力された第２のレーザ光の反射光は、第２の光検知装置５３で光電変換された後、電気信号となって信号処理装置５４に送信されて信号処理される。
【００５７】
信号処理装置５４では、第１の光検知装置５２からの検出信号と第２の光検知装置５３からの検出信号を入力して回転体２１の回転周期およびトルクを算出するようになっている。
【００５８】
図４は、１５万ｋＷ級のコンバインドサイクル発電プラント１０のタービンと発電機とを結ぶ実際の動力回転軸にＭ系列反射シール７７を貼着した場合の計測データを示すものである。
【００５９】
Ｍ系列反射シール７７は、回転体としての動力回転軸２１の蒸気タービン２０側と発電機１８側との軸方向に異なる２位置にかつ回転体２１の周方向に少しずらして貼着した場合の例である。
【００６０】
図４の上２段に示されるグラフ（Ａ）および（Ｂ）は、動力伝達軸２１の蒸気タービン２０側および発電機１８側に貼られたＭ系列反射シール７７に照射されたレーザ光の反射光強度の経時変化を示している。図４（Ａ）および（Ｂ）は横軸に時間、縦軸に反射光強度を電圧でそれぞれ表わしたものである。
【００６１】
最上段に示される図４（Ａ）は、動力伝達軸２１側の蒸気タービン側のＭ系列反射シール７７からのレーザ光の反射光強度を示すもので、実線は動力回転軸１周期目の波形を、破線は２周期目の波形をそれぞれ示す。図４（Ａ）において、ａ部分がＭ系列反射シール７７のＭ系列バーコード領域７８からの反射光強度をそれぞれ示しており、２つの波形は反射シール７７に印されたバーコードの形を良く表わしている。
【００６２】
また、２段目の図４（Ｂ）は、動力伝達軸４４の発電機側Ｍ系列反射シール７７からの反射光強度を示すもので、実線は動力回転軸１周期目の波形を、破線は２周期目の波形をそれぞれ表わしている。両波形のｂ部分が反射シール７７のＭ系列バーコード領域７８からの反射光強さを示すものである。
【００６３】
図４において、上から３段目のグラフ（Ｃ）の右側部分は、動力回転軸４４の軸トルク算出に必要な回転周期を求めるために、図４（Ａ）のＭ系列反射シール７７の１周期目の実線波形と２周期目の破線波形を、相関関数ピーク位置で重ね合せたグラフである。横軸に時間、縦軸に反射光強度を電圧値で表わしている。
【００６４】
上から３段目のグラフ（Ｃ）の左側部分は、回転周期の相関関数を示すもので、横軸に時間、縦軸に相関関数（相関値）を表わしている。この左側部分は、Ｍ系列反射シール７７の１周期目の実線波形と２周期目の破線波形の回転周期を中心として、ある程度の時間幅をずらして回転周期の相関関数を計算したものである。この回転周期の相関関数は、ピークが鋭く出ており、雑音の影響を受けていないことが示されている。
【００６５】
図４の４段目のグラフ（Ｄ）の右側部分は、動力伝達軸４４の軸トルクの算出に必要な回転軸の捩り歪みを求めるために、蒸気タービン側のＭ系列反射シール７７の実線波形と、発電機側のＭ系列反射シールの破線波形を、捩り歪み量（時間換算）だけずらせて重ね合せた状態を示している（横軸に時間、縦軸に反射光強度をそれぞれ示す）。
【００６６】
４段目のグラフ（Ｄ）の左側部分は、蒸気タービン側のＭ系列反射シールの実線波形と発電機側のＭ系列反射シールの破線波形をある程度の時間幅ずらせて捩り歪み量の相関関数を計算させたものである。横軸に時間、縦軸に捩り歪み量の相関関数（相関値）を表わしている。捩り歪み量の相関関数は、ピークが鋭く出ており、雑音の影響をほとんど受けないことを表わしている。
【００６７】
これに対し、コンバインドサイクル発電プラント１０の動力伝達軸２１にバー部分の間隔が等しいバーコード型反射シールを貼付して図４（Ａ）〜（Ｄ）と同様の実験を行なったときの計測データを図５（Ａ）〜（Ｄ）にそれぞれ示す。横軸と縦軸の関係および実線と破線の関係は図４（Ａ）〜（Ｄ）に示すものと同様である。
【００６８】
図５の（Ａ）および（Ｂ）に示される波形は、ａ部分およびｂ部分がバーコード型反射シールに印されたバーコードの形を良く表わしているものの反射光の波形に若干雑音が乗っている。この雑音は、測定環境下における埃や振動の影響と考えられる。
【００６９】
図５（Ｃ）に示される３段目のグラフの左側部分に示される回転周期の相関関数のピークははっきり分かるものの、基準レベルＳＬを超える相関値を示すものがあり、雑音の影響が認められる。
【００７０】
また、図５（Ｄ）に示される４段目のグラフの左側部分に示される捩り歪み量の相関関数に雑音の影響がはっきりと認められる。両波形が重なり合った真のピークよりも一山分ずれた間違った位置に相関関数のピークが現われており、間違ったトルクが算出される原因となる。
【００７１】
ところが、第１の反射体５０および第２の反射体５１にＭ系列の反射シール７７を用いると、図４（Ｃ）および（Ｄ）の左側部分にそれぞれ示されるように、動力伝達軸２１の回転周期の相関関数や捩り歪み量の相関関数は、バーコード型反射シールに比較してピークが正確な位置に鋭く出ており、ピーク値以下の領域の信号レベルはいずれも基準レベルＳＬを大きく下廻っており、雑音の影響を殆ど受けないことを初めて知見した。
【００７２】
図６（Ａ）〜（Ｄ）はコンバインドサイクル発電プラント１０の動力伝達軸４４にバー部分の間隔が徐々に拡がるバーコード型反射シールを貼付した場合の計測データをそれぞれ示す。横軸と縦軸の関係および実線と破線の関係は図４および図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すものと同様である。
【００７３】
図６の（Ａ）および（Ｂ）に示される波形は、ａ部分およびｂ部分がバーコード型反射シールに印されたバーコードの形を良く表わしているものの反射光の波形に若干雑音が乗っている。この雑音は、測定環境下における埃や振動の影響と考えられる。
【００７４】
図６（Ｃ）に示される３段目のグラフの左側部分に示される回転周期の相関関数のピークははっきり分かるものの、基準レベルＳＬを超える相関値を示すものがあり、雑音の影響が認められる。
【００７５】
また、図６（Ｄ）に示される４段目のグラフの左側部分に示される捩り歪み量の相関関数に大きなレベルの雑音の影響が認められる。雑音の相関値がこれ以上大きくなると、間違った位置に相関関数のピークが現われる可能性がある。
【００７６】
図５（Ａ）〜（Ｄ）および図６（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、バーコード型反射シールのように等間隔配置やバーコード間隔が所定の比率で拡がるバーコード等は雑音が乗ると、バーコード間の距離だけずれて位相差が算出され易くなるが、Ｍ系列反射シールは両波形が正確に重なり合う相関ピーク位置から少しでも位相がずれると、相関がゼロとなるホワイトノイズであり、雑音に強い。
【００７７】
［回転体の回転周期および軸トルクの算出方法］図２に示されるトルク計測装置４５においては、回転体である動力伝達軸２１の軸方向異なる２位置に第１および第２の反射体５０，５１、つまり一組の反射体として図３に示すＭ系列反射シール７７を貼り付けたので、コンバインドサイクル発電プラント１０を運転させると、Ｍ系列反射シール７７からのレーザ光の反射光は、強弱が周期性をもって繰り返される。
【００７８】
このため、第１および第２の光検知装置５２，５３、つまり一組の光検出手段で検出される反射光は、強弱が繰り返され、Ｍ系列反射シール７７以外からの雑音を除去すると、変形櫛歯形状の第１および第２の検出信号を、図７に示すように、動力伝達軸２１の回転毎に得ることができる。図７には、第１および第２の検出信号を櫛歯形状に簡略化した例を示す。Ｍ系列反射シール７７以外からの反射光の雑音は、信号処理装置５４に備えられたフィルタリング装置で除去される。
【００７９】
第１および第２の検出信号は実際には、信号処理装置５４に取り込まれてフィルタリング装置で雑音処理されて図７に示すように簡略的に表わされ、信号処理装置５４に組み込まれた相関処理装置に送られる。この相関処理装置では、時間的に異なる２つの第１の検出信号の相関関数から動力伝達軸２１の回転周期を求める。一方、次の回転周期における検出信号の検出位置が予測できるようになっている。この回転周期から動力伝達軸２１の直径Ｄが例えば４０ｃｍと既知であるから、動力伝達軸２１の周速を求めることができる。
【００８０】
また、動力伝達軸２１の回転周期は、時間的に異なる２つの第１の検出信号の相関関数から求めることができ、時間的に異なる第１の検出信号を抽出して関数Ｆ（ｔ）とすると、２つの第１検出信号における回転周期の相関関数φ（τ）は、
【数１】

で表わされる。
【００８１】
（１）式から遅れ時間τを０から増加させて相関関数φ（τ）の値を計算する。この計算は、図８に示す最初の検出（パルス）信号を時間的に遅れさせて次のパルス信号との重なり度合を調べる操作に相当する。遅れ時間τが回転周期に近付くと、最初のパルス信号が次のパルス信号で一致するようになり、相関関数φ（τ）の値が大きくなる。この相関関数は、双方のパルス信号が最も一致した場合に最大となり、この時の遅れ時間τが回転周期となる。
【００８２】
そして、この相関関数φ（τ）の計算結果を図９に示す。図９に示された計算結果から、相関関数φ（τ）による回転周期は、２０．９２１２５６ｍｓとなる。この回転周期は、第１の検出信号と同様に、第２の検出信号から求めることができる。
【００８３】
また、動力伝達軸２１のトルクは、第１の検出信号と第２の検出信号の相関関数φｉ（τ）から求めることができる。図１３に示すように、第１の検出信号の出力信号を抽出して関数Ｇ_１（ｔ）とし、第２の検出信号の出力信号を抽出して関数Ｇ_２（ｔ）とすると、捩り歪み量の相関関数φｉ（τ）は、
【数２】

で表わされる。
【００８４】
（２）式より、遅れ時間τを０から増加させていき、捩り歪み量の相関関数φｉ（τ）を計算する。この計算は、第１の検出信号のパルス信号を時間的に遅れさせ、第２の検出信号のパルス信号との重なり度合を調べる操作に相当する。第１および第２の検出信号のパルス信号は同一形状の信号であるため、動力伝達軸２１に負荷が存在しない場合、遅れ時間τがなく一致する。
【００８５】
一方、動力伝達軸２１に負荷が存在する場合には、第２の検出信号のパルス信号に遅れ時間τが発生する。この遅れ時間τは、時間的にずらした第１の検出信号のパルス信号が第２の検出信号のパルス信号と一致して相関関数φｉ（τ）が最大になった場合の遅れ時間τである。
【００８６】
この相関関数φｉ（τ）の計算結果を図１１に示す。この結果、遅れ時間τは、τ＝１１．１μｓとなる。この遅れ時間τと次式から動力伝達軸２１の軸トルクＦｔを計算することができる。軸トルクＦｔは、
【数３】
Ｆｔ＝２πＫｘ・ｔ／Ｔ ……（３）
但し、Ｋ：動力伝達軸の捩ればね定数（捩り剛性係数）
ｘ：測定間距離
Ｔ：パルス信号の周期
で表わされる。
【００８７】
このように、回転体である動力伝達軸２１の外周面に貼られた反射シール７７で反射したレーザ光が受光素子である光検知装置５２，５３（図２参照）を通してパソコン等の信号処理装置５４に入力されて信号処理される。
【００８８】
反射レーザ光の経時変化は反射シール７７における部分が波形状になっており、その他の部分は変化のない平らな形状になっており、回転体２１が回転する毎に波形部分が周期的に現われる。回転体２１の軸方向に異なる２位置からの反射レーザ光の出力信号を１チャンネル（ｃｈ）、２チャンネル（ｃｈ）として得、両チャンネルの出力信号波形部の相関処理を行ない、位相時間を計算することで回転体２１の軸トルクを算出できる。
【００８９】
すなわち、一組の反射シールの各反射光を一組の光検出手段でそれぞれ検出した検出結果である第１および第２検出信号の一方を、信号処理装置５４に内蔵された相関処理装置において回転毎に相関処理することで、回転体である動力伝達軸２１の回転毎の回転周期を正確に精度よく計算することができる。さらに、第１の検出信号と第２の検出信号とを相関処理することで図１４に示す遅れ時間τを求めることができ、この遅れ時間τと式（３）から回転体である動力伝達軸２１の回転トルクを所定の高精度で求めることができる。
【００９０】
［回転体の回転周期の予測］
従来は、回転体２１の反射レーザ光の出力信号処理により得られる波形部を検知するに当り、パソコンに内蔵のデータ解析プログラム上で回転体２１の回転周期を予想し、一定値として入力しており、一つの波形が現れると、一定時間（入力した回転周期）後に次の波形が現れ、また、一定時間（入力した回転周期）後に次の波形が現れると想定していた。
【００９１】
この場合、実際に回転体２１の回転周期が変動したり、回転数周期の値が正確でなかったりすると、次の波形の予想した位置と実際の位置との間にずれが生じ、位相時間の算出に影響を及ぼすことがあった。
【００９２】
そこで、回転体２１の回転周期を変動時にも正確に予想できる予測方法を開発した。この回転体２１の回転周期の予測方法では、回転体２１の１回転毎に波形間の回転周期を正確に求め、次の波形位置を予測する方法である。
【００９３】
以下に、回転体２１の回転周期を予測する具体的手順を説明する。
【００９４】
▲１▼レベルトリガによって、初めの波形と次の２番目の波形から大まかな回転体２１の回転周期を特定する。
【００９５】
▲２▼初めの波形と次の２番目の波形とを相関処理することによって正確に回転周期を求める。
【００９６】
▲３▼その回転周期からまた次の３番目の波形位置を予想する。
【００９７】
▲４▼レベルトリガによって、２番目の波形と次の３番目の波形の大まかな回転周期を特定する。
【００９８】
▲５▼次に、２番目の波形と次の３番目の波形から正確に回転体２１の次（２番目）の回転周期を求める。
【００９９】
▲６▼その回転周期からまた次の４番目の波形位置を予想する。
【０１００】
▲７▼この手順を繰り返すことにより、次々に回転体２１の回転周期を正確に予想し、求めることができる。
【０１０１】
図１２は、図２に示されるトルク計測装置４５を用いた回転体２１の回転周期の予測データである。
【０１０２】
図１２（Ａ）は回転体２１の軸方向に異なる２位置に貼られた反射シール５０，５１のうち、反射シール５０からの反射レーザ光で得られる第１チャンネルの出力波形を回転周期毎に重ね合せた１５回転分のデータ、図１２（Ｂ）は、反射シール５１からの反射レーザ光で得られる第２チャンネルの出力波形を回転周期毎に重ね合せた１５回転分のデータである。
【０１０３】
図１２（Ｃ）の右側は、第１チャンネルの最初の出力波形と次の出力波形の相関をとる相関処理したデータであり、図１２（Ｃ）の左側は、相関処理によって得られる回転体２１の各回転毎の回転周期を表したデータである。
【０１０４】
図１２（Ｄ）の右側は、第１チャンネルと第２チャンネルの出力波形の相関をとって相関値データであり、左側は、両チャンネルの出力波形の相関処理によって得られる軸トルクを表わすデータである。
【０１０５】
発電機器における回転体２１の回転周期は、変動する場合でも、１回転毎の変動は微少なので、この具体的な手法によって回転体２１の回転周期の解析精度の向上が可能である。
【０１０６】
［マスキング］
回転体２１の軸トルクは、回転体２１の軸方向に異なる２位置に貼られた反射シール５０，５１からの反射レーザ光を信号処理し、両チャンネルの出力波形部の相関処理を行ない、位相時間を計算することが行なっている。
【０１０７】
しかし、両チャンネルの出力波形部同士で相関処理を行ない、位相時間を算出する場合、出力波形領域の所定値部分にノイズがあると、そのノイズと本来の出力波形部との間で相関が取れてしまい、軸トルク計算結果に影響が生じる場合がある。
【０１０８】
このため、回転体２１の軸トルクを正確に精度よく検出するために、このトルク計算装置４５（図２参照）では、図１３に示すように、出力波形部以外にマスキングを施し、ノイズの影響をなくす信号処理を行なっている。
【０１０９】
図１３（Ａ）〜（Ｄ）は、両チャンネルの出力波形部にマスキングを施した例を示し、図１４（Ａ）〜（Ｄ）は、両チャンネルの出力波形部にマスキングを施さない例を示す。
【０１１０】
図１３および図１４において、（Ａ）は回転体２１の１周期目と２周期目の第１チャンネルによる出力波形を、（Ｂ）は第２チャンネルの出力波形をそれぞれ示す。図１３（Ｃ）および図１４（Ｃ）の右側は、第１チャンネル（または２チャンネル）の出力波形同士で相関を取るように相関処理したデータであり、その左側は相関処理データから得られる回転体２１の回転周期（回転速度）を示すデータである。
【０１１１】
図１３（Ｄ）および図１４（Ｄ）の右側は、第１チャンネルと第２チャンネルの出力波形同士の相関を取った相関処理データであり、図１３（Ｄ）および図１４（Ｄ）の左側は、その右側の相関処理データから算出される回転体２１の軸トルクを示す。
【０１１２】
図１３（Ｄ）の右側に示すように、出力波形部以外にマスキングを施すマスキング処理した場合、第１チャンネルと第２チャンネルの出力波形同士で相関が取れていることがわかり、図１３（Ｄ）の左側に示すように、ピーク値が明瞭に表われ、回転体２１の軸トルクを正確に精度よく検出できる。図１４（Ｄ）の右側に示すように、マスキングを施さない場合には、出力波形とノイズで相関が取れてしまい、図１４（Ｄ）の左側に示すようにピーク値が不明瞭となって、回転体２１の軸トルクを正確に測定できない場合がある。
【０１１３】
ところで、図１に示すコンバインドサイクル発電プラント１０においては、プラント熱効率管理のために、ガスタービン（ＧＴ）設備全体、排熱回収ボイラ設備全体、蒸気タービン（ＳＴ）設備全体に関し、個別にヒートバランス解析法を用いた性能計算を現状で行なっている。
【０１１４】
コンバインドサイクル発電プラント１０で計測された管理用データを基に直接、ガスタービン１１、排熱回収ボイラ１３および蒸気タービン１２の各主要設備の性能計算をした場合、現状の性能計算方法では、ガスタービンの効率ηＧＴ、排熱回収ボイラの効率ηＨＲＳＧ、および蒸気タービンの効率ηＳＴに、それぞれ７．８％、３．２％、１５．６％程度と数％以上のバラツキがある。
【０１１５】
現状の各主要設備の性能計算の精度では、通常起こり得る２％程度のコンバインドサイクル発電プラント１０のプラント熱効率変化に対してその性能劣化原因を診断するには不充分であった。
【０１１６】
コンバインドサイクル発電プラント１０のＧＴ効率ηＧＴは、算出式
【数４】

で表わされ、この（４）式の算出式から両辺を微分して整理すると、ＧＴ効率の精度は、
【数５】

で表わされる。
【０１１７】
同様に、排熱回収ボイラの効率ηＨＲＳＧの算出式は、
【数６】

で表わされ、この算出式（６）から両辺を微分して整理すると、排熱回収ボイラ効率の精度は、
【数７】

となる。
【０１１８】
さらに、蒸気タービン（ＳＴ）の効率の算出式は、
【数８】

で表わされ、この算出式（８）の両辺を微分して整理すると、
【数９】

で表わされる。
【０１１９】
しかしながら、図２に示されるトルク計測装置４５を用いて回転体である動力伝達軸２１の軸トルクを算出し、計測された軸トルクからガスタービン１１および蒸気タービン１２の出力切分けを行ない、ヒートバランス解析法により熱効率診断を行なうと、各主要機器の性能誤差評価は、表１に示すように、桁違いに算出精度が向上し、１％以下の精度で熱効率診断を行なうことができる。
【０１２０】
【表１】

【０１２１】
［プラント熱効率算出に関して］
トルク計測装置４５を用いたコンバインドサイクル発電プラント１０の熱効率の算出の根拠を以下に示す。この熱効率算出は、蒸気タービン側のカップリングにＭ系列反射シール７７を貼付して計測した例を示す。
【０１２２】
（１）蒸気タービン効率ηＳＴの算出式は式（１０）で表わされる。
【０１２３】
【数１０】

【０１２４】
この算出式の両辺を微分して整理すると、蒸気タービン効率の精度は、
【数１１】

となる。
【０１２５】
（２）ガスタービン効率ηＧＴの算出式は式（１２）で
【数１２】

【０１２６】
この式（１２）の算出式の両辺を微分して整理すると、ガスタービン効率の精度は、
【数１３】

となる。
【０１２７】
（３）排熱回収ボイラの効率ηＨＲＳＧの算出式は式（１４）で表わされる。
【０１２８】
【数１４】

【０１２９】
このＨＲＳＧ効率の算出式から両辺を微分して整理すると、
【数１５】

となる。
【０１３０】
このように、コンバインドサイクル発電プラント１０の熱効率管理をトルク計測装置４５を用いてヒートバランス解析法による熱効率診断を行なうと、各熱効率性能計算の算出精度が、現状の熱効率管理方法に較べ、桁違いに向上するので、ガスタービン、蒸気タービン、排熱回収ボイラの各主要機器の性能変化診断、特に性能劣化診断を１％以下の熱効率精度で正確に精度よく評価することができ、性能劣化が生じた主要機器の特定が容易となる。
【０１３１】
図１５には、本発明の適用されるトルク計測装置に関し、回転体の水平方向の振動等に伴う誤差を補正するよう、軸方向に離間した位置にそれぞれ複数組の照射光学系および光検出器を設置し、２個の軸振れ補正装置として構成したものを示す。
【０１３２】
この図に示されたトルク計測装置８５は、第１および第２の軸振れ補正装置８６，８７をビーム調整装置８８内に備え、回転軸２１に水平方向移動が生じても、軸トルクを正確に精度よく計測できるようにしたものである。図１に示されたトルク計測装置４５と実質的に同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
【０１３３】
第１および第２の軸振れ補正装置８６，８７は回転体２１の軸方向に離間させて備えられる。第１の軸振れ補正装置８６は、光学センサとしての第１の照射光学系６５と第１の補正照射光学系９０とを組み合せたもので、両照射光学系６５，９０は共通の光軸を有するように設けられる。第１の補正照射光学系９０は第１の照射光学系６５と同様に反射ミラー６７、ハーフミラー６８、集光レンズ６９を組み合せて構成される。両照射光学系６５，９０の間にタービンと発電機を連結する動力伝達軸等の回転体２１が配設される。両照射光学系６５，９０は回転体４４のほぼ直径方向に対向配置される。
【０１３４】
両照射光学系６５，９０は回転体２１の軸方向に移動調節自在に、かつ互いに離接する方向（回転体２１の略半径方向）に個別に微調節自在に設けられる。両照射光学系６５または９０を互いに隣接する方向に微調節移動させるときは、ビームスプリット光学系９１のハーフミラー９２または反射ミラー９３と一体に移動せしめられる。
【０１３５】
また、第２の軸振れ補正装置８７は、第２の照射光学系６６と第２の補正照射光学系９５とを備えたもので、両照射光学系６６，９５は共通の光軸を有するように設けられる。両照射光学系６６，９５の間に回転体２１が配設され、両照射光学系６６，９５は回転体２１のほぼ直径方向に対向配置される。
【０１３６】
両照射光学系６６，９５は回転体２１の軸方向に沿って移動調節自在に、かつ互いに離接する方向（回転体２１の略半径方向）と個別に微調節自在に設けられる。両照射光学系６６または９５を互いに隣接する方向に微調節移動させるときは、ビームスプリット光学系９１のハーフミラー９６，９７または反射ミラー９８と一体に移動せしめられる。
【０１３７】
ビームスプリット光学系９１には、出力装置４６から出力される光線としてのレーザ光が光伝送手段４７を経て案内される。光伝送手段４７からのレーザ光はレンズ６１にて平行光とされる。この平行レーザ光はメインハーフミラー９６にて第１のレーザ光と第２のレーザ光に分岐される。
【０１３８】
ハーフミラー９６を透過した第１のレーザ光は、さらにハーフミラー９２にて分岐され、分岐された各レーザ光が第１の軸振れ補正装置８６の第１の照射光学系６５および第１の補正照射光学系９０にそれぞれ導かれるようになっている。
【０１３９】
一方、ビームスプリット光学系９１のメインハーフミラー９６にて反射せしめられた第２のレーザ光は、ハーフミラー９７に導かれて分岐される。分岐された第２のレーザ光は、第２の軸振れ補正装置８７の第２の照射光学系６６および第２の補正照射光学系９５にそれぞれ導かれるようになっている。
【０１４０】
このトルク計測装置８５は、第１の軸振れ補正装置８６および第２の軸振れ補正装置８７により、回転体２１の軸方向に異なる２位置で、回転体２１の表面に焦点が合うように調節されて第１のレーザ光および第２のレーザ光がそれぞれ照射せしめられる。
【０１４１】
第１のレーザ光は、第１の軸振れ補正装置８６の第１の照射光学系８６と第１の補正照射光学系９０とにより、回転体２１の表面上に、回転体２１の略直径方向に対向した２位置から照射される。第２のレーザ光も、第１のレーザ光と同様、第２の軸振れ補正装置８７により回転体２１の表面上に、回転体２１の略直径方向に対向する２位置から照射される。
【０１４２】
第１および第２の軸振れ補正装置８６，８７から回転体４４の表面にほぼ直径方向の２位置から照射された各レーザ光の反射光は、各照射光学系６５，９０：６６，９５内を反射し、そのハーフミラー６８，６８：７１，７１から検出光学系１００，１０１：１０２，１０３に導かれ、受光手段としての光検出装置１０４に入力される。光検出装置１０４では、各反射光の強弱を検出して光電変換している。反射光の強さに比例した電気信号は、続いて汎用計算機である信号処理装置５４に送られて信号処理され、第１実施形態と同様な処理が行なわれて回転体２１の回転周期や軸トルクが算出される。
【０１４３】
各検出光学系１００〜１０３は、レンズと光ファイバを組み合せた光学系を示したが、この検出光学系１００〜１０３はレンズと光ファイバの組合せ以外に種々の光学系が考えられる。また、ビームスプリット光学系９１を設ける代りに、第１の軸振れ補正装置８７の各照射光学系６６，９５に、レーザ光発振器等の出力装置を個別に設けてもよい。個別に出力装置を設けた場合も、ビームスプリット光学系９１は不要となる。
【０１４４】
図１５に示されたトルク計測装置８５は回転体２１の軸方向に異なる２位置に、第１および第２の軸振れ補正装置８６，８７を設け、各軸振れ補正装置８６，８７により回転体２１の表面にレーザ光をほぼ直径方向に対向する２位置から焦点が合うように照射される。反射体５０，５１にはＭ系列反射シールを用いるのが好ましい。
【０１４５】
ビーム調整装置８８が第１および第２の軸振れ補正装置８６，８７を備え、一方の軸振れ補正装置８６は照射光学系６５と補正照射光学系９０を上下に回転体２１の直径方向に対向配置させることにより、回転体２１の軸移動（水平方向の軸振れ）による検出精度誤差を吸収できる。他方の軸振れ補正装置８７も一方の軸振れ補正装置８６と同様に機能する。
【０１４６】
ここで、本発明の回転体の振れ廻りに伴う軸偏心の補正装置について説明する。回転体２１の軸振れには、前述したような回転体２１の水平方向の軸移動と、回転体の振れ廻りによる軸偏心に伴う振動が生じるが、回転体２１の回転中心と回転体２１の中心が異なる軸偏心は、回転体２１の周方向に対向する反射シールを貼付することで検出精度誤差を吸収できる。すなわち、回転体２１の軸方向に離間した２位置に取り付けた１組の反射シールとは別に、周方向に１８０°異なる位置に他の組の反射シールを取り付けることにより、振れ廻りに伴う軸偏心の補正を行うことが可能となる。
【０１４７】
図１６（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は、回転体２１の周方向４箇所に反射体５０または５１としての反射シールａ，ｂ，ｃ，ｄを等間隔に取り付けた例を示す。反射シールａとｃ、反射シールｂとｄは回転体２１の直径方向にそれぞれ対向している。
【０１４８】
［回転体２１の軸偏心がトルク測定精度に与える影響について］回転体２１が軸心廻りに回転し、回転体２１に振れ廻りが生じていない図１６（Ａ）の場合には、図２に示されるトルク計測装置４５の光学センサとしての照射光学系６５，６６で回転周期や軸トルクを正確に精度よく測定できる。この場合、回転体２１に貼り付けられた反射体としての反射シールは１つ（軸方向に離間した２位置の１組）でよく、直径方向に対向して複数枚貼り付ける必要はない。
【０１４９】
しかし、図１６（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、回転体２１が振れ廻り偏心がある場合を考慮すると、図１３の破線Ａ，Ｂで示すように、タービン出力の測定値にバラツキが生じ、誤差要因となる。
【０１５０】
図１６（Ａ）〜（Ｃ）において、回転体２１はいずれも反時計方向に回転するものである。図１６（Ｂ）および（Ｃ）は、明確化のために回転体２１の偏心量を拡大して示しているが、実験では、回転体２１の直径が４０ｃｍφ、偏心量を１０μｍ程度に設定した。
【０１５１】
回転体２１に図１６（Ｂ）に示すように振れ廻り偏心があると、回転体２１に貼り付けられた反射シールａが上側光学センサ１０５の測定ポイントを通過する時間が例えば遅くなる。このため、上側光学センサ１０５で検出される計測角度は、見かけ上大きく測定できる。上側光学センサ１０５は、例えば第１または第２の照射光学系６５，６６で構成される。
【０１５２】
一方、反射シールａと直径方向に対向した回転体２１の反射シールｃは、下側光学センサ１０６の測定ポイントを通過する時間が早くなるため、見かけ上、計測角度は小さく測定される。下側光学センサ１０６は、例えば第１または第２の補正照射光学系９０，９５で構成される。
【０１５３】
回転体２１が図１６（Ｂ）から１８０度回転し、図１６（Ｃ）に示す状態となった場合、反射シールａが下側光学センサ１０６の測定ポイントを通過する時間が遅くなるため、計測角度は大きくなる。また、反射シールｃが上側光学センサ１０５の測定ポイントを通過する時間が早くなるため、計測角度は小さくなる。つまり、上側光学センサ１０５又は下側光学センサ１０６の測定ポイントを通過する時間をみると、回転体２１に振れ廻り偏心が生じた場合には、反射シールａが通過するときは遅れが発生して計測角度が大きくなるのに対し、１８０°異なる位置の反射シールｃが通過するときは早めに通過して、計測角度が小さくなることとなる。
【０１５４】
このように、回転体２１に振れ廻り偏心が生じると、反射シールａの計測角度は常に大きく、反射シールｃの計測角度は常に小さく、反射シールｂ，ｄの計測角度は常に妥当な値で計測される。
【０１５５】
反射シールａの計測角度に基づくタービン出力は、図１７に破線Ａで示すように、実際のタービン出力より常時高く検出され、反射シールｃで計測されるタービン出力は鎖線Ｃで示すように、実際のタービン出力より小さく検出される。タービン出力のバラツキ幅は１０ＭＷ程度であり、軸偏心によるバラツキの影響が表われているものと思料される。また、反射シールｂ，ｄによる計測角度は実際のタービン出力付近を示す。なお、発電プラントの発電機においては、商用周波数に合わせ回転数が一定に制御されるので、タービン出力は直接軸トルクに比例するものとなる。
【０１５６】
本発明のトルク計測装置では、回転体２１上で１８０度対向する反射シールａとｃ、並びに反射シールｂとｄで検出される計測角度の平均値をとることにより、軸偏心が回転体２１の軸トルク検出の際、トルク測定精度に与える悪影響を除去することができる。図１７の符号Ａは反射シールａおよび軸方向に離間した組をなす反射シールから上側光学センサ１０５で測定されたタービン出力であり、符号Ｃは反射シールｃおよび軸方向に離間した他の組をなす反射シールから下側光学センサ１０６で測定されたタービン出力である。これらの測定値のバラツキ幅は１０ＭＷ程度に及ぶ。
【０１５７】
一方、回転体２１の周方向に１８０度ずれた反射シールａと反射シールｃから測定されたタービン出力の平均値をとると、図１７に実線Ｂで示すように、４２〜４３ＭＷとなり、計測精度であるバラツキ幅は１ＭＷ程度以下に減少させることができ、回転体２１の軸偏心の影響を除去できる。
【０１５８】
また、回転体２１の軸偏心がトルク測定精度に与える影響を除去するためには、回転体２１の周方向に対向して等間隔に貼られる反射シールの数は多いほど、測定誤差のバラツキをより小さくすることができる。
【０１５９】
図１８は回転体として発電機とタービンを連結する４０ｃｍφの動力伝達軸２１を用意し、この動力伝達軸２１の８０ｃｍφの対をなすカップリングフランジ部に反射シールを４５度間隔に８枚ずつ貼り付け、各８枚の反射シールからの反射光をフランジ部上方設置の上側光学センサ１０５とフランジ部下方設置の下側光学センサ１０６で測定された軸トルクから計測された１回転分のタービン出力の計測データである。
【０１６０】
図１８において、符号Ａは動力伝達軸２１の両側カップリングフランジ部に対向してそれぞれ設置された上側光学センサ１０５で計測された１回転分のタービン出力の計測データであり、符号Ｂは、動力伝達軸２１の両側カップリングフランジ部に対向設置された下側光学センサ１０６で計測された１回転分のタービン出力である。各光学センサ１０５と１０６で検出されたタービン出力の１回転分の平均をとると、各々４２ＭＷ程度となり、バラツキなく精度よく測定できる。
【０１６１】
回転体である動力伝達軸２１のカップリングフランジ部に反射シールを所要間隔、例えば４５度間隔で貼着した場合の１回転分のタービン出力は、回転体２１のフランジ部の軸水平方向の移動量に対してひずみ量が小さく、かつカップリングフランジ部間の距離が大きいので、光学センサ１０５，１０６は上側でも、あるいは下側でも１回転分の単純平均をとることにより精度よく測定できる。
【０１６２】
ところで、動力伝達軸２１の胴部に反射シールを所要間隔、例えば４５度間隔で貼着した場合の１回転分のタービン出力は、上側光学センサ１０５，１０５で検出される曲線Ａと下側光学センサ１０６，１０６で検出される曲線Ｂとの間に検出出力差が生じる場合がある。これは、回転体２１胴部のひずみ量に対して軸水平方向移動量の影響を無視できないことと、上側あるいは下側光学センサ１０５，１０５間あるいは１０６，１０６間の間隔がカップリングフランジ部間の間隔の１／３程度と無視できないこと等に起因するものである。
【０１６３】
この場合、照射光学系１１１から照射される照射光は、回転体２１の表面上で楕円状のスポットとなる。この照射光によるスポット状の楕円の長軸が反射シール５０（５１）のバーコードの向きに一致させることにより、反射光による検出分解能を向上させることができる。このため、照射光と反射光を含む平面が回転体２１の長手軸方向に沿うように光学センサ１１３を配置することが分解能を向上させる上で好ましい。
【０１６４】
ただ、照射光学系１１１から照射される照射光にＨｅ−Ｎｅレーザ光（波長６４２８Å）より波長の短い光を用いれば、反射シール５０（５１）のバーコードの向きに対する光学センサ１１３の配置方向は特に限定されない。この場合には、光学センサ１１３の配置自由度を向上させることができる。
【０１６５】
図１９に示された計測データから、上側光学センサ１０５で検出される回転角度０のタービン出力と下側光学センサ１０６で検出される回転角度１８０度のタービン出力の加算平均は４２．５ＭＷ程度となり、１８０度ずつ異なる位置での加算平均を採ると略４２ＭＷ程度のタービン出力値を採り、殆ど測定誤差が生じないことを知見した。
【０１６６】
このことから、回転体２１の直径方向に対向する少なくとも２位置に反射シールを貼り付け、１８０度対向する反射シールからの検出値の加算平均を採ることで、回転体２１の軸偏心がトルク測定精度に与える影響を排除できることが確認できた。すなわち、回転体２１の軸方向に離間した２位置に取り付けた１組の反射シールと、周方向に１８０°異なる位置に他の組の反射シールとを取り付け、同一の光学センサによって検出されるそれぞれの組の反射シールによる計測値を平均化処理すると、振れ廻り偏心に起因する測定誤差が除去できる。また、上述のとおり、複数の光学センサで検出されたタービン出力をさらに平均化すれば、軸水平方向移動等による計測誤差を排除し、さらに検出精度を高めることができる。
【０１６７】
図２０は、本発明が適用されるトルク計測装置に関し、照射光と反射光を分離して測定精度を向上させた実施形態を示すものである。
【０１６８】
図２および図１５に記載のトルク計測装置４５，８５では、第１および第２の照射光学系６５，６６から回転体４４の表面上に略垂直にレーザ光を照射し、照射光学系６５，６６の光軸上に反射される反射光を検出する例を示したが、図２０に示すトルク計測装置１１０は照射光学系１１１から回転体２１の表面上に斜めにレーザ光等の光線を照射し、その反射光線を検出光学系１１２で検出するようにしたものである。
【０１６９】
上記照射光学系１１１と検出光学系１１２とから光学センサ１１３が構成され、この光学センサ１１３は、入射光線と反射光線が回転体２１の表面上の垂線ＶＬに対し、等角度を成すように、照射光学系１１１と検出光学系１１２とが左右対称に配設される。
【０１７０】
トルク計測装置１１０の光学センサ１１３を上述した構成とすることにより、図２および図１５に示すトルク計測装置４５，８５の照射光学系６５，６６と異なり、照射光学系１１１と検出光学系１１２の光軸が異なり、相互の干渉作用を受けない。また、照射光学系１１１にハーフミラーが不要となり、その分、出力装置４６からのレーザ光等の光線出力が同じであれば、照射光および反射光の光強度を大きくとることができ、計測精度をより一層向上させることができる。トルク計測装置１１０の他の構成は図２や図１５に示されるトルク計測装置と実質的に同じ構成とすることができ、このトルク計測装置１１０を用いると、回転体２１の回転周期や軸トルクを出力装置４６のレーザ光等の光線出力が小さくても、正確に測定できる。
【０１７１】
レーザ光を斜めから照射すると回転体２１上の照射スポットが楕円あるいは長円、変形長円になる。照射スポットが楕円の場合、図２１（Ａ）に示すように、反射シール５０（５１）のバーコード縞方向と入射方向を同じにすると、反射シール５０（５１）の長手方向Ｌに照射スポット光が拡がらないため、反射シール５０（５１）のバーコード読み取り分解能が低下しない。
【０１７２】
一方、図２１（Ｂ）に示すように、反射シール５０（５１）の長手方向（バーコード縞方向と直交する方向）から入射すると、バーコードの縞方向に直交する方向が拡がり、バーコード読み取り分解能が低下する。
【０１７３】
図２２は、上述のトルク計測装置の実施形態における第１変形例を示すものである。
【０１７４】
この変形例に示されたトルク計測装置１１５は、光学センサ１１６を構成する照明光学系１１７と検出光学系１１８とを左右対称に配設し、上記光学センサ１１６をレンズ・ファイバからなる光学系で構成したものである。
【０１７５】
トルク計測装置１１５は、図示しない出力装置から出力されるレーザ光等の光線を照射光学系１１７に案内する一方、この照射光学系１１７は、送信用光ファイバ１２０、コリメータレンズ１２１および対物レンズ１２２を組み合せて構成される。
【０１７６】
また、照射光学系１１７から回転体２１の表面に焦点が合うように照射された光線の反射光は検出光学系１１８に導かれ、この検出光学系１１８で検出される。検出光学系１１８は、対物レンズ１２４、コリメータレンズ１２５および受信用光ファイバ１２６で構成される。各光ファイバ１２０，１２６はプラスチックファイバであってもよい。
【０１７７】
この場合にも、図２０に示されたトルク計測装置１１０と同等の作用効果を奏する。図２２に示すように対物レンズ１２２，１２４は、光線が通る部分を除き、その外周を削除する、いわゆる芯取りを行なうことにより、対物レンズ１２２，１２４のレンズ径を小さくすることができ、全体のコンパクト化を図ることができる。
【０１７８】
図２３は、上述のトルク計測装置の実施形態における第２変形例を示すものである。
【０１７９】
この変形例に示されたトルク計測装置１３０は、光学センサ１３１を構成する照射光学系１３２と検出光学系１３３の対物レンズの共通化を図ったものである。
【０１８０】
図２３に示すトルク計測装置１３０は、照射光学系１３２の対物レンズと検出光学系１３３の対物レンズとを各々独立して設ける代りに、１つの対物レンズ１３５で共用させたものである。照射光学系１３２と検出光学系１３３の対物レンズ１３５を共用させることにより、構成の簡素化を図ることができる。照射光学系１３２と検出光学系１３３の他の構成は、図２２に示す光学センサ１１６と異ならないので、同じ符号を付して説明を省略する。
【０１８１】
図２３に示すトルク計測装置１３０においても、照射光学系１３２と検出光学系１３３のコリメータレンズ１２１，１２５のいわゆる芯取りを行なうことにより、全体をコンパクト化できる。この場合、筒状ユニットケース内に照射光学系１３２と検出光学系１３３とを組み込んでユニット化してコンパクト化させ、１つのユニットで構成できる他、図２０に示されたトルク計測装置１１０と同等の作用効果を奏することができる。
【０１８２】
以上の説明においては、トルク計測装置を一軸型コンバインドサイクル発電プラントの動力伝達軸（発電機とタービンを連結する回転軸）に適用した例を示したが、このトルク計測装置は、蒸気タービンプラントの高圧タービンと中・低圧タービンとを備えた回転軸（動力伝達軸）や、蒸気タービンプラントのボイラ給水ポンプとボイラ給水ポンプ駆動タービンを連結する動力伝達軸に適用することもできる。
【０１８３】
なお、一軸型コンバインドサイクル発電プラントは、ガスタービン−発電機−蒸気タービンを一軸で連結した例を説明したが、発電機−蒸気タービン−ガスタービンを一軸で連結した一軸型コンバインドサイクル発電プラントにも適用できる。
【０１８４】
【発明の効果】
本発明の基礎となるトルク計測装置は、回転体の軸方向に異なる位置にそれぞれ取り付けられた１組のＭ系列反射シール等の反射手段から反射される反射光線の強度変化を雑音や外乱を排除した形で検出して回転体の回転速度や軸トルクを光学的に非接触にて精度よく正確に測定することができるものである。そして、本発明においては、回転体の軸方向に離間して取り付けた１組の反射手段とは別に、周方向に１８０°異なる位置に他の組の反射手段を取り付け、同一の光学センサによって検出されるそれぞれの組の反射手段による捩り歪み量を平均化処理して軸トルクを計測する。これにより、回転体の振れ廻り偏心に起因する測定誤差を除去することが可能であり、その際には、基本的には光学センサを追加することなく振れ廻り偏心に伴う測定誤差の補正が可能である。また、複数の光学センサで検出されたタービン出力をさらに平均化すれば、軸水平方向移動等による計測誤差を排除し、さらに計測精度を高めることができる。
【０１８５】
本発明のトルク計測装置においては、Ｍ系列反射シールを用いることにより雑音の影響を排除して回転体の回転速度や軸トルクを１％以下の測定精度で精度よく正確に測定できる。したがって、このトルク計測装置を一軸型コンバインドサイクル発電プラントや蒸気タービンプラントの回転体として動力伝達軸に適用すれば、各プラント主要構成機器の熱効率管理を高精度にかつ容易に行なうことができ、各構成機器の熱効率変化の高精度診断が可能となる。各構成機器の熱効率劣化機器の特定が可能となるので、劣化機器の補修を行なうことが容易となり、プラント熱効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトルク計測装置を適用した一軸型コンバインドサイクル発電プラントの構成を簡略的に示す系統図。
【図２】本発明に係るトルク計測装置の第１実施形態を示す原理的な構成図。
【図３】図２のトルク計測装置に用いられる反射手段としてのＭ系列反射シールの一例を示す図。
【図４】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）は、コンバインドサイクル発電プラントの動力回転軸に貼着されたＭ系列シールからの反射光強度を図２に示すトルク計測装置で計測した計測データを示す図。
【図５】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）は、等間隔バーコード型反射シールを用いて計測した図４と同様な計測データを示す図。
【図６】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）は、所定比率間隔のバーコード型反射シールを用いて計測した図４と同様な計測データを示す図。
【図７】図２に示されるトルク計測装置によって得られる回転周期の計測結果を簡略的に示すタイミングチャート。
【図８】図２のトルク計測装置で回転速度を求める方法を示す図。
【図９】図２のトルク計測装置の相関関係から得られる回転速度を示すタイミングチャート。
【図１０】図２のトルク計測装置によって求められる軸トルクを求める方法を示す図。
【図１１】図９に示された出力関数の相関関数から得られる軸トルクを示す図。
【図１２】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）は図２のトルク計測装置を用いて回転体の回転周期を予測するデータ。
【図１３】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）は回転体の反射レーザ光により得られる出力波形部にマスキングを施した場合の処理データ。
【図１４】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）は回転体の反射レーザ光により得られる出力波形部にマスキングを施さない場合のデータ。
【図１５】本発明に係るトルク計測装置の第２実施形態を示す構成図。
【図１６】（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は、回転体の周方向４箇所に反射シールを等間隔に設けた例で、回転体の軸振れ廻り偏心を説明した図。
【図１７】図１３に示した回転体の周方向４箇所貼着の反射シールを用いてタービン出力を計測した例を示す図。
【図１８】回転体フランジ部の周方向８箇所に反射シールを貼着して回転体１回転周期におけるタービン出力を計測した例を示す図。
【図１９】回転体胴部の周方向８箇所に反射シールを貼着して回転体１回転周期におけるタービン出力を計測した図。
【図２０】本発明に係るトルク計測装置の第３実施形態を示すもので、回転体への照射光と反射光の関係を示す系統図。
【図２１】（Ａ）および（Ｂ）は回転体への照射スポット光と反射シールのバーコードの縞方向との関係をそれぞれ示す図。
【図２２】本発明に係るトルク計測装置の第３実施形態における第１変形例を示す図。
【図２３】本発明に係るトルク計測装置の第３実施形態における第２変形例を示す図。
【符号の説明】
１０ コンバインドサイクル発電プラント
１１ ガスタービンプラント
１２ 蒸気タービンプラント
１３ 排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）
１５ 空気圧縮機
１６ 燃焼器
１７ ガスタービン（ＧＴ）
１８ 発電機
１９ 煙突
２０ 蒸気タービン
２１ 動力伝達軸（回転体）
２３ 復水器
２４ 復水給水系
２５ 給水ポンプ
２６ 低圧ドラム
２７ 高圧ドラム
３０ 低圧節炭器
３１ 低圧蒸発器
３２ 高圧節炭器
３３，３４ 高圧蒸発器
３５ 過熱器
３６ 脱硝装置
３７，３８，３９ ポンプ
４０ 蒸気配管
４１ 主蒸気管
４５ トルク計測装置
４６ 出力装置
４７ 光伝送手段
４８ ビーム調整装置
５０ 第１の反射体
５１ 第２の反射体
５２ 第１の光検知装置
５３ 第２の光検知装置
５４ 信号処理装置
５６ レンズ
５７，５９ 光ファイバ
５８ 光コネクタ
６０ ビームスプリット光学
６１ レンズ
６２ ハーフミラー
６３ 反射ミラー
６５ 第１の照射光学系（光学センサ）
６６ 第２の照射光学系（光学センサ）
６７，７０ 反射ミラー
６７，７１ ハーフミラー
６９，７２ 集光レンズ
７３，７４ ビームストッパ
７７ Ｍ系列反射シール
７８ バーコード領域
７９ 反射率の大きな表面部分
８０ 反射率の小さな溝部分
８５ トルク計測装置
８６ 第１の軸振れ補正装置（光学照射センサ）
８７ 第２の軸振れ補正装置（光学照射センサ）
９０ 第１の補正照射光学系
９１ ビームスプリット光学系
９２ ハーフミラー
９３ 反射ミラー
９５ 第２の補正照射光学系
９６，９７ ハーフミラー
９８ 反射ミラー
１００，１０１，１０２，１０３ 検出光学系
１０４ 光検知装置
１０５ 上側光学センサ
１０６ 下側光学センサ
１１０，１１５，１３０ トルク計測装置
１１１，１１７，１３２ 照射光学系
１１２，１１８，１３３ 検出光学系
１１３ 光学センサ
１２０ 送信用光ファイバ
１２１，１２５ コリメータレンズ
１２２，１２４，１３５ 対物レンズ
１２６ 受信用光ファイバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a torque measuring device that optically measures the rotational speed and shaft torque of a rotating device in a non-contact manner, and more particularly to a torque measuring device applied to a combined cycle power plant and a steam turbine plant.
[0002]
[Prior art]
Improving the thermal efficiency of thermal power plants is becoming increasingly important to save fuel and reduce power generation costs. Among thermal power plants, combined cycle power plants are attracting attention from the standpoint of achieving high efficiency and high operability.
[0003]
The combined cycle power plant is a combination of a gas turbine plant and a steam turbine plant, and the exhaust heat from the gas turbine plant is actively used in the steam turbine plant to save fuel and improve energy efficiency. Plant.
[0004]
In Japan, the combined cycle power plant has been widely used since it was first introduced about 10 years ago. However, the combined cycle power plant has attracted more attention from the viewpoint of saving fuel and reducing power generation costs. The utilization rate is improved.
[0005]
However, even in the combined cycle power plant having the characteristics of high efficiency and high operability, after a long period of time has elapsed since the start of operation, some of the units have deteriorated thermal efficiency, and some units have reduced thermal efficiency.
[0006]
A combined cycle power plant includes a plurality of units in one plant, and each unit includes a gas turbine (GT) and a steam turbine (ST) in one unit, and is connected to one generator (G). Some have a mold configuration. In a single-shaft combined cycle power plant, when the plant thermal efficiency changes, it is important in terms of thermal efficiency management to identify which component of the power plant is the cause.
[0007]
However, in a single-shaft combined cycle power plant, if the plant thermal efficiency decreases, the efficiency accuracy of individual components cannot be detected accurately, so whether the cause of the thermal efficiency decrease is on the gas turbine side or the steam turbine side. It is very difficult and difficult to determine whether or not it is in other major components.
[0008]
Conventionally, in order to identify the cause of the change in the thermal efficiency of the combined cycle power plant, the present inventors have developed an optical torque measuring device for a rotating body disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-205977.
[0009]
This torque measuring device attaches reflectors to the rotating body at different positions in the axial direction, irradiates both reflectors with laser light oscillated from the laser device, detects the reflected light from both reflectors, and outputs a signal. It comes to handle. The conventional torque measuring device detects the rotational speed of the rotating body by detecting the rotation period of the rotating body with the reflected laser light reflected from the reflector, and calculates the phase difference between the reflected laser lights reflected from both reflectors. By detecting this, the shaft torque of the rotating body is detected.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Conventional torque measuring devices use a reflector with uniform light reflectivity and a bar code reflector with a uniform bar spacing (equal pitch), and the rotational speed and axial torque of the rotating body are optically non-contact. However, if the phase of the reflected laser beam is shifted by the barcode pitch, detection errors are likely to occur, and measures against noise and shaft eccentricity of the rotating body are taken. Absent.
[0011]
For this reason, in the conventional torque measuring device, it is difficult to accurately and accurately measure the shaft torque, or it is vulnerable to noise. For example, when noise is placed on an equally spaced bar code, the phase difference between the reflected laser beams can be detected accurately and accurately if the phase difference between the two reflected laser beams is calculated by shifting by the bar code pitch. There is a problem that the detection error of the shaft torque becomes large.
[0012]
In addition, the conventional torque measuring device irradiates two different positions in the axial direction on the surface of the rotating body and detects the axial torque. However, the rotating body is shaken by the eccentricity of the rotating body. When this occurs, there is a variation in detection of the shaft torque, and this variation may cause a measurement error.
[0013]
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and is a torque that can accurately and accurately measure the rotational speed and shaft torque of a rotating body without being affected by noise without optical contact. It aims at providing a measuring device.
[0014]
In order to achieve this object, the present invention provides a shaft eccentricity of the rotating body.Provided is a torque measuring device capable of accurately and accurately detecting the shaft torque of a rotating body by eliminating the influence ofIs a thing.
[0015]
Still another object of the present invention is to accurately measure the rotating speed and shaft torque of a rotating body to accurately identify a device whose thermal efficiency has changed, easily manage the thermal efficiency, and perform a performance diagnosis with high accuracy. The object is to provide a torque measuring device.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the torque measuring device according to the present invention is as described in claim 1.
"An output device that outputs light such as laser light,
A beam adjusting device for adjusting the beam diameter of the output light beam and irradiating the rotating body;
A pair of reflecting means attached to the surface of the rotating body at two positions spaced apart in the axial direction, and giving a change in light intensity according to the rotation of the rotating body with respect to the reflected light beam applied to the rotating body;
A set of light detecting means for detecting a change in light intensity of each reflected light beam reflected from the set of reflecting means;
By performing a correlation process on the light intensity change of each reflected light beam detected by the set of light detecting means to obtain a temporal phase difference between the reflected light beams, and detecting the amount of torsional distortion of the rotating body A signal processing device for determining the torque of the rotating body,
The beam adjusting device includes a plurality of irradiation optical systems that irradiate the surface of the rotating body with light rays from the output device, and the irradiation optical system is provided so as to be finely adjustable in a direction to be in contact with and away from the rotating body. ,further,
The reflection means is affixed at two positions that are 180 degrees apart from the set of reflective seals in the circumferential direction of the rotating body and a pair of reflecting seals that are affixed at two positions spaced apart in the axial direction of the rotating body. The other set of reflective seals, and the one set of light detecting means detects each reflected light beam from the one set of reflective seals and each reflected light beam from the other set of reflective seals. Configured to
The amount of torsional distortion obtained from each reflected light beam from the one set of reflective seals and each reflected light beam from the other set of reflective seals detected by the one set of light detection means is calculated by the signal processing. By means of averaging, the eccentricity of the rotating body is corrected.
The torque measuring device is characterized by this.
[0017]
In the torque measuring device of the present invention, as set forth in claim 2, a plurality of sets of the one set of reflective seals and the other set of reflective seals are pasted in the circumferential direction of the rotary body, and the rotary body The torsional distortion amount obtained by each reflected light beam from each set of reflective seals detected by the one set of light detection means in one rotation of the signal processing means may be averaged by the signal processing means. it can. Furthermore, as set forth in claim 3, a plurality of sets of the one set of light detection means are provided, and the average torsional distortion amount obtained by each set of light detection means is further averaged by the signal processing means. It is preferable to process.
[0018]
In the torque measuring device of the present invention, as described in claim 4, it is preferable that the reflective seal is an M-series reflective seal. In addition, as described in claim 5, the torque measuring device of the present invention is suitable as a torque measuring device for a rotating shaft of a turbine.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a torque measuring device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0020]
FIG. 1 is a diagram showing a facility outline of a combined cycle power plant to which a torque measuring device according to the present invention is applied.
[0021]
A combined cycle power plant denoted by reference numeral 10 is configured by combining a gas turbine plant 11 and a steam turbine plant 12, and guides exhaust gas discharged from the gas turbine plant 11 to an exhaust heat recovery boiler (HRSG) 13. The waste heat of the exhaust gas is recovered by the heat recovery boiler 13.
[0022]
The gas turbine plant 11 includes an air compressor 15 that compresses air, a combustor 16 that combusts fuel using the compressed air, and a gas turbine (GT) that is rotationally driven by combustion gas combusted by the combustor 16. ) 17 and a generator (G) 18 that is caused to work by rotational driving of the gas turbine 17. The exhaust gas that has worked in the gas turbine 17 is guided to an exhaust heat recovery boiler (HRSG) 13 to be recovered, and then discharged from the chimney 19 into the atmosphere.
[0023]
On the other hand, the generator 18 of the gas turbine plant 11 also serves as the generator of the steam turbine plant 12, and the gas turbine 17, the generator 18, and the steam turbine 20 are connected to each other by a power transmission shaft 21 as a rotating body, and are on one axis. Are arranged in order.
[0024]
The steam turbine plant 12 includes an exhaust heat recovery boiler 13 that also serves as a steam generator, a steam turbine 20 that is driven by the steam generated in the exhaust heat recovery boiler 13, and a condenser that condenses the steam that has worked in the steam turbine 20. Heated by the exhaust gas from the gas turbine 17 by the water heater 23, the feed water pump 25 for guiding the condensate condensed in the condenser 23 to the exhaust heat recovery boiler 13 through the condensate water supply system 24, and the exhaust heat recovery boiler 13. A low-pressure drum 26 and a high-pressure drum 27 for separating the produced fluid into gas and liquid.
[0025]
In the exhaust heat recovery boiler 13, a low-pressure economizer 30, a low-pressure evaporator 31, a high-pressure economizer 32, high-pressure evaporators 33 and 34, and a superheater 35 are sequentially arranged in the boiler toward the upstream side of the exhaust gas. The Further, a denitration device 36 for removing sulfur is provided between the high pressure evaporators 33 and 34 arranged side by side. The installation position of the denitration device 36 is not limited between the high-pressure evaporators 33 and 34, and may be on the upstream side or on the downstream side.
[0026]
The feed water guided from the condensate feed water system 24 of the steam turbine plant 12 to the exhaust heat recovery boiler 13 is heated by the low pressure economizer 30 and sent to the low pressure drum 26. In the low-pressure drum 26, the fluid sent from the low-pressure economizer 30 and the fluid sent from the low-pressure evaporator 31 merge to perform gas-liquid separation, while the liquid components separated from each other are separated from the low-pressure evaporator 31 and the high-pressure economizer. 32 receives the pumping action of the pumps 37 and 38, and receives the heating action.
[0027]
The liquid component sent to the low-pressure evaporator 31 is heated to become steam and sent again to the low-pressure drum 26. The steam component of the low-pressure drum 26 is supplied to the middle stage of the steam turbine 22 directly through the steam pipe 40 or through a low-pressure superheater (not shown).
[0028]
On the other hand, the fluid heated by the high-pressure economizer 32 is sent to the high-pressure drum 27 and merges with the fluid sent from the high-pressure evaporators 33 and 34 to be separated into gas and liquid. The liquid component that has been separated into gas and liquid is sent to the high-pressure evaporators 33 and 34 by the operation of the pump 39, is subjected to a heating action, becomes steam, and is refluxed again to the high-pressure drum 27.
[0029]
The steam in the high-pressure drum 27 is superheated by the superheater 35 to become superheated steam, and then sent to the steam turbine 22 through the main steam pipe 41 to drive the steam turbine 22 to rotate. While the generator 18 is driven by the rotational drive of the steam turbine 22, the steam that has worked in the steam turbine 22 expands and is guided to the condenser 23 to exchange heat with the cooling water (seawater) to become condensate.
[0030]
The combined cycle power plant 10 shown in FIG. 1 constitutes a single-shaft combined cycle in which a gas turbine 17, a generator 18, and a steam turbine 22 are arranged on one axis. The combined cycle power plant 10 has a configuration in which the gas turbine 17 and the steam turbine 22 exist in one unit and is connected to one generator 18, and one power plant 10 includes a plurality of units, for example, 3 to 7 units are provided.
[0031]
The combined cycle power plant 10 is characterized by high efficiency and high operability. However, after a long period of time has elapsed since the start of operation, some unit efficiencies are considerably lower than the design efficiency due to aging.
[0032]
The combined cycle power plant 10 has an output of about 150,000 kW per unit, and the improved combined cycle power plant has an output of about 350,000 kW. However, some units have a reduction of about 1% from the plant efficiency when newly installed. . If the cause of this decrease in plant efficiency can be diagnosed and the cause device can be identified and repaired, energy efficiency can be improved and fuel can be saved. If the plant efficiency can be improved by about 1% by repairing the diagnosis specific part, the fuel cost of about 100 million yen per unit can be reduced per year. For this reason, the thermal efficiency management of the combined cycle power plant 10 is important in terms of both fuel saving and reduction in power generation cost.
[0033]
However, in the single-shaft combined cycle power plant 10, when the thermal efficiency is lowered, the thermal efficiency detection accuracy of the main plant component equipment is low and the thermal efficiency detection of several percent or less is impossible. It is difficult to specify whether it is caused by the steam turbine 22 side or by other main components.
[0034]
In contrast, in the combined cycle power plant 10 to which the present invention is applied,As shown in FIG. 2, an optical torque measuring device 45 is provided on the rotating shaft 21 for rotating the generator 18 so as to be able to perform measurement without contact. The torque measuring device 45 isConnecting the steam turbine 20 and the generator 18The rotational speed and shaft torque of the rotating shaft 21 can be measured with high measurement accuracy optically without contact.Yes. As a result, the output of the steam turbine 20 is accurately measured, and the output of the generator 18 is separately measured.Gas turbine 17 and steam turbine connected to one generator 1820The output can be separated and measured individually.
[0035]
The torque measuring device 45 is configured as shown in FIG. The torque measuring device 45 includes an output device 46 that outputs a light beam such as a laser beam, a light transmission unit 47 that transmits a light beam from the output device, and a first and second light beam transmitted by the light transmission unit 47. Rotating body that is a rotating shaft as the object to be measured21Beam adjusting device 48 for irradiating the light source21The first and second reflectors 50 and 51 as reflecting means that are attached to the surface of the light source and change the reflection state of the first and second light rays, and the intensity change of the reflected light of the first and second light rays The first and second light detection devices 52 and 53 as light detection means for detecting the light and the rotation period are calculated from the output signals of these light detection devices 52 and 53AndRotating body21And a signal processing device 54 for obtaining the shaft torque of the motor.
  That is, in this torque measuring device 45, as in the torque measuring device disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-205977, a pair of reflectors (seconds) paired at two positions separated in the axial direction of the rotating body 21. 1 and 2nd reflectors 50, 51) are affixed. Further, in order to detect each reflected laser beam reflected from the set of reflectors, a pair of photodetecting means (first and second photodetecting devices 52 and 53) that also form a pair is provided. Each output signal is input to the signal processing device 54. The axial torque of the rotator 21 is measured by obtaining a temporal phase difference of each reflected laser beam reflected from a set of reflectors in the signal processing device 54 and calculating the amount of torsional distortion between two spaced positions of the rotator 21. This is done by detecting.The signal processing device 54 is a filtering device that cuts a detection signal below a predetermined level or a firstLight detectorDetection signal (or secondLight detectorA correlation function between a certain rotation cycle of the detection signal) and the next rotation cycle, or the first and secondLight detectorA correlation processing device (both not shown) for calculating a correlation function between detection signals is incorporated. The first and second light detection devices 52 and 53 may be incorporated in the beam adjustment device 48.
[0036]
The output device 46 includes a light source that outputs a light beam having directivity. Here, it is composed of a He—Ne laser oscillation device that outputs a laser beam having a wavelength of 632.8 nm. However, the present invention is not limited to the He-Ne laser, and various laser devices can be applied. Also, a light source capable of outputting a high-intensity light beam in a specific direction by combining a lens, a mirror, or a reflector with a light-emitting diode or a lamp. Applicable.
[0037]
The optical transmission means 47 that transmits the light beam output from the output device 46 includes a lens 56 and an optical fiber 57 that allow the output light beam to enter the optical fiber. For example, a quartz fiber having a core diameter φf of 5 μm is used as the optical fiber 57, but various optical fibers such as a multicomponent fiber and plastic can be applied. An optical connector 58 installed in the beam adjusting device 48 is for detachably connecting the optical fiber 57.
[0038]
The light beam guided to the beam adjusting device 48 by the optical connector 58 is guided to the beam splitting optical system 60 by the optical fiber 59. The optical fiber 59 is the same optical fiber as the optical fiber 57. The beam splitting optical system 60 is constituted by a branching optical system in which a lens and a mirror are combined, and a lens 61 for making the light beam output from the optical fiber 59 into parallel light, and a half as a beam splitter for branching the parallel light beam into two. A mirror 62 and a reflection mirror 63 are provided. The beam splitting optical system 60 may be a branching optical system using a prism of a beam splitter instead of an optical system combining a lens and a mirror. The lens 61 can be composed of an achromatic lens capable of correcting spherical aberration, or can be composed of an aspheric lens.
[0039]
  The light beam transmitted through the half mirror 62 of the beam splitting optical system 60 is guided to the first irradiation optical system 65, while the light beam reflected by the half mirror 62 is guided to the second irradiation optical system 66. These first and second irradiation optical systems 65 and 66 constitute optical sensors, respectively, and can be freely adjusted in the axial direction of the rotating body 44 by a driving device (not shown) and attached to the rotating body 21.Direction of separationIt is provided so as to be finely adjustable (in the radial direction of the rotating body 21). When finely adjusting the first irradiation optical system 65 in the radial direction of the rotating body 21, the reflection mirror 63 of the beam splitting optical system 60 is also moved together. When finely moving the second irradiation optical system 66 in the radial direction of the rotating body 21, the half mirror 62 of the beam splitting optical system 60 is also moved together. Fine adjustment in the radial direction of the rotating body 21 may be performed by fine adjustment movement of the condenser lenses 69 and 72.
[0040]
The first irradiation optical system 65 includes an optical system in which a lens and a mirror are combined. The optical system 65 is configured by combining a reflection mirror 67, a half mirror 68, and a condenser lens 69. The first irradiation optical system 65 inputs the first light beam branched by the beam splitting optical system 60, and the input first light beam is transmitted from the reflection mirror 67 through the half mirror 68 and condensed. The light is narrowed down by the lens 69 and irradiated onto the first reflector 50 of the rotating body 44. The condenser lens 69 narrows down the first light beam onto the surface of the rotator 44 and is preferably irradiated so as to be focused.
[0041]
The reflected light of the first light beam reflected on the optical axis of the first irradiation optical system 65 by the first reflector 50 mounted on the rotating body 44 is reflected by the half mirror 68 of the first irradiation optical system 65. The light is reflected and input to the first light detection device 52 as light detection means. The reflected light input to the first light detection device 52 is photoelectrically converted into an electrical signal corresponding to the reflected light intensity and transmitted to the signal processing device 54.
[0042]
On the other hand, like the first irradiation optical system 65, the second irradiation optical system 66 is configured by an optical system in which a lens and a mirror are combined. The second irradiation optical system 66 transmits the second light beam branched by the beam splitting optical system 60 from the reflection mirror 70 through the half mirror 71 and narrows it down by the condenser lens 72, and the second reflection of the rotating body 44. The body 51 is irradiated.
[0043]
The reflected light of the second light beam reflected by the second reflector 51 is reflected by the half mirror 72 of the second irradiation optical system 66 and input to the second light detection device 53 as a light detection means. Is done. The reflected light of the second light beam input to the second light detection device 53 is photoelectrically converted here and input as an electric signal to the signal processing device 54 built in the correlation processing device.
[0044]
Thus, in the signal processing device 54, a set of photodetectors that detect the reflected lights from the first and second reflectors 50 and 51, which are a set of reflectors, that is,The electric signal from the first light detection device 52 and the second light detection device 53 is input and signal-processed, and the rotating body21The rotation period and torque are calculated.
[0045]
Reference numerals 73 and 74 are beam stoppers for cutting the reflected light of the first and second light beams.
[0046]
Incidentally, M-series (Maximum-Length Linear Shift Register Sequence) reflective seals are used for the first and second reflectors 50 and 51 attached to the rotating body 44. The M series is intended for periodic pseudo-random signals (Pseudo-Random Signals). The M-sequence signal is an irregular signal generated artificially based on a certain rule so that the autocorrelation function is close to a delta function and can be regarded as white noise (white noise) approximately. In addition to the M sequence, there are a quadratic residue sequence (L sequence) and a biprimary sequence.
[0047]
The M-sequence signal has good reproducibility and is a convenient signal having both regularity and irregularity. By using this M-sequence as a reflective seal for the rotating body 44, the adverse effect of noise can be efficiently and effectively performed. Can be eliminated.
[0048]
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the longitudinal direction (rotating direction of the rotating body 21) of the M-series reflective seal 77 as the reflecting means. Laser light (light rays) is irradiated from above the M-series reflective seal 77 shown in FIG. In the reflective seal 77, the upper left portion shown in FIG. The M-series reflective seal 77 is formed by etching a stainless steel having a thickness of 0.1 mm and a length of 13.7 mm, for example, and arranging grooves having a depth of 0.05 mm to form a barcode. . The M series reflective seal 77 may be formed of other metal materials.
[0049]
In the illustrated example, the M-type reflective seal 77 shows an example in which the scale of the etching shape differs vertically and horizontally, and at least a barcode region 78 as a reflector is attached to the rotating body 21. The bar code area 78 includes a white portion (bar-shaped oblique line) 79 having a high light reflectance and a groove portion (white portion) 80 having a small light reflectance formed by the bar-shaped gap portion.
[0050]
Next, the operation of the torque measuring device 45 will be described.
[0051]
For example, a laser beam having a beam diameter of 0.65 mm is output from the output device 46, and this output laser beam is focused by the lens 56, guided to the optical fiber 57, and guided to the beam adjusting device 48 by the optical connector 58. The laser light guided to the beam adjusting device 48 is collimated by the beam splitting optical system 60 and is equally divided into the first laser light and the second laser light.
[0052]
The first laser light passes through the half mirror 62 of the beam splitting optical system 60, is reflected by the reflecting mirror 63, is guided to the first irradiation optical system 65, passes through the first irradiation optical system 65, and is collected. It is squeezed by the optical lens 69 and applied to the surface of the rotating body 21.
[0053]
In this case, the position of the first irradiation optical system 65 or the condensing lens 69 is adjusted so that the beam diameter of the first laser beam is focused on the surface of the rotating body 21. The beam diameter of the first laser light irradiated on the surface of the rotating body 44 is, for example, 2.2 μm.
[0054]
The first laser light applied to the rotating body 21 is reflected by the first reflector 50 including the M-series reflective seal 77. The reflected light from the first reflector 50 includes reflected light from a groove portion having a low reflectance, reflected light from a surface portion having a high reflectance, and reflected light from portions other than the first reflector 50. Become. These reflected lights are reflected by a half mirror 68 as a beam splitter of the first irradiation optical system 65, input to the first light detection device 52, and photoelectrically converted by the first light detection device 52. An electric signal corresponding to the intensity of the reflected light subjected to the photoelectric conversion is output to the signal processing device.
[0055]
In addition, the second laser beam is branched by the half mirror 62 of the beam split optical system 60. The second laser light is reflected by the half mirror 62, guided to the second irradiation optical system 66, and irradiated on the surface of the rotating body 21 through the irradiation optical system 66. In this case, the second irradiation optical system 66 is also subjected to the same action as the first laser beam by the condenser lens 72 and is irradiated so as to focus on the surface of the rotating body 21.
[0056]
The second laser light applied to the rotating body 21 is reflected by the second reflector 51 made of an M-series reflective seal. The reflected light from the second reflector 51 includes reflected light from the groove portion 80 having a low reflectance, reflected light from the surface portion 79 having a high reflectance, and reflected light from portions other than the second reflector 51. Become. The reflected light of the second laser light is reflected by the half mirror 71 of the second irradiation optical system 66 and input to the second light detection device 53. The reflected light of the input second laser light is photoelectrically converted by the second light detection device 53 and then transmitted as an electric signal to the signal processing device 54 for signal processing.
[0057]
In the signal processing device 54, the detection signal from the first light detection device 52 and the detection signal from the second light detection device 53 are input, and the rotation period and torque of the rotating body 21 are calculated.
[0058]
FIG. 4 shows measurement data when the M-series reflective seal 77 is attached to the actual power rotating shaft connecting the turbine and the generator of the 150,000 kW class combined cycle power plant 10.
[0059]
The M-series reflective seal 77 is attached at two positions different in the axial direction of the power rotating shaft 21 as the rotating body on the steam turbine 20 side and the generator 18 side and slightly shifted in the circumferential direction of the rotating body 21. It is an example.
[0060]
Graphs (A) and (B) shown in the upper two stages of FIG. 4 are reflections of laser light applied to the M-series reflective seal 77 attached to the steam turbine 20 side and the generator 18 side of the power transmission shaft 21. The change with time of the light intensity is shown. 4A and 4B, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents reflected light intensity by voltage.
[0061]
FIG. 4A shown at the top shows the reflected light intensity of the laser light from the M-series reflective seal 77 on the steam turbine side on the power transmission shaft 21 side, and the solid line shows the waveform of the first cycle of the power rotating shaft. , And broken lines indicate waveforms in the second period. In FIG. 4 (A), the a part indicates the reflected light intensity from the M series barcode area 78 of the M series reflective seal 77, and the two waveforms have a good shape of the barcode marked on the reflective seal 77. It represents.
[0062]
FIG. 4B in the second stage shows the intensity of reflected light from the generator-side M-series reflective seal 77 of the power transmission shaft 44. The solid line indicates the waveform of the first period of the power rotation shaft, and the broken line indicates Each waveform of the second period is shown. The b portions of both waveforms indicate the intensity of reflected light from the M series barcode region 78 of the reflective seal 77.
[0063]
In FIG. 4, the right portion of the third graph (C) from the top is 1 in the M-series reflective seal 77 of FIG. 4A in order to obtain the rotation period necessary for calculating the shaft torque of the power rotating shaft 44. It is the graph which superimposed the solid line waveform of the period and the broken line waveform of the 2nd period in the correlation function peak position. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents reflected light intensity as a voltage value.
[0064]
The left part of the third graph (C) from the top shows the correlation function of the rotation period, with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing the correlation function (correlation value). This left portion is obtained by calculating the correlation function of the rotation period by shifting a certain time width around the rotation period of the solid line waveform of the first period and the broken line waveform of the second period of the M series reflective seal 77. The correlation function of the rotation period has a sharp peak and is not affected by noise.
[0065]
The right side of the fourth graph (D) in FIG. 4 shows the solid line waveform of the M-series reflective seal 77 on the steam turbine side in order to obtain the torsional distortion of the rotating shaft necessary for calculating the shaft torque of the power transmission shaft 44. In addition, the broken line waveform of the M-series reflective seal on the generator side is shifted and superimposed by the amount of torsional strain (time conversion) (time is shown on the horizontal axis, and reflected light intensity is shown on the vertical axis).
[0066]
The left part of the fourth stage graph (D) shows the correlation function of torsional strain by shifting the solid line waveform of the M-series reflective seal on the steam turbine side and the broken line waveform of the M-series reflective seal on the generator side to some extent. It is calculated. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the torsional strain correlation function (correlation value). The correlation function of the amount of torsional distortion has a sharp peak and represents that it is hardly affected by noise.
[0067]
On the other hand, measurement data when the same experiment as that shown in FIGS. 4 (A) to 4 (D) was performed by attaching a barcode-type reflective seal with the same spacing between the bar portions to the power transmission shaft 21 of the combined cycle power plant 10. Are shown in FIGS. 5 (A) to 5 (D), respectively. The relationship between the horizontal axis and the vertical axis and the relationship between the solid line and the broken line are the same as those shown in FIGS.
[0068]
In the waveforms shown in FIGS. 5A and 5B, although the a portion and the b portion well represent the shape of the barcode marked on the barcode-type reflective seal, a little noise is added to the reflected light waveform. ing. This noise is considered to be the influence of dust and vibration in the measurement environment.
[0069]
Although the peak of the correlation function of the rotation period shown in the left part of the third graph shown in FIG. 5C is clearly understood, there is a correlation value exceeding the reference level SL, and the influence of noise is recognized. .
[0070]
In addition, the influence of noise is clearly recognized in the correlation function of the torsional strain amount shown in the left portion of the fourth graph shown in FIG. The peak of the correlation function appears at the wrong position shifted by one mountain from the true peak where both waveforms overlap, which causes the wrong torque to be calculated.
[0071]
However, when an M-series reflective seal 77 is used for the first reflector 50 and the second reflector 51, as shown in the left part of FIGS. 4C and 4D, the power transmission shaft 21. The correlation function of the rotation period and the correlation function of the amount of torsional distortion have sharp peaks at accurate positions compared to the barcode type reflective seal, and the signal level in the region below the peak value is higher than the reference level SL. I found for the first time that it was lower and was hardly affected by noise.
[0072]
FIGS. 6A to 6D show measurement data when a barcode-type reflective seal in which the interval between the bar portions gradually increases is attached to the power transmission shaft 44 of the combined cycle power plant 10. The relationship between the horizontal axis and the vertical axis and the relationship between the solid line and the broken line are the same as those shown in FIGS. 4 and 5A to 5D.
[0073]
In the waveforms shown in FIGS. 6A and 6B, although the a part and the b part well represent the shape of the bar code marked on the bar code type reflective seal, a little noise is added to the waveform of the reflected light. ing. This noise is considered to be the influence of dust and vibration in the measurement environment.
[0074]
Although the peak of the correlation function of the rotation period shown in the left part of the third graph shown in FIG. 6C is clearly understood, there is a correlation value exceeding the reference level SL, and the influence of noise is recognized. .
[0075]
In addition, the influence of a large level of noise is recognized in the correlation function of the torsional strain amount shown in the left part of the fourth graph shown in FIG. 6D. If the correlation value of noise becomes larger than this, the peak of the correlation function may appear at the wrong position.
[0076]
As shown in FIGS. 5 (A) to (D) and FIGS. 6 (A) to (D), a bar code or the like in which an equally spaced arrangement or a bar code interval is expanded at a predetermined ratio like a bar code type reflective seal is noise. , It is easy to calculate the phase difference by shifting the distance between the barcodes, but the M-series reflective sticker is a white noise whose correlation is zero when the phase is slightly shifted from the correlation peak position where both waveforms are accurately overlapped. And resistant to noise.
[0077]
[Calculation Method of Rotation Period and Axial Torque of Rotating Body] In the torque measuring device 45 shown in FIG. 2, the first and second reflectors 50, 2 at different positions in the axial direction of the power transmission shaft 21, which is a rotating body, 51,A set of reflectorsSince the M series reflection seal 77 shown in FIG. 3 is attached, when the combined cycle power plant 10 is operated, the intensity of the reflected light of the laser light from the M series reflection seal 77 is repeated with periodicity.
[0078]
For this reason, the first and second light detection devices 52, 53,That is, a set of light detection meansWhen the reflected light detected in step # 6 is repeatedly strong and weak, and noise from other than the M-series reflective seal 77 is removed, the first and second detection signals having the deformed comb shape are transmitted as shown in FIG. It can be obtained every time the shaft 21 rotates. FIG. 7 shows an example in which the first and second detection signals are simplified in a comb shape. The noise of the reflected light from other than the M series reflection seal 77 is removed by the filtering device provided in the signal processing device 54.
[0079]
The first and second detection signals are actually captured by the signal processing device 54 and subjected to noise processing by the filtering device, and are simply expressed as shown in FIG. Sent to the processing unit. In this correlation processing device, the rotation cycle of the power transmission shaft 21 is obtained from the correlation function of two first detection signals that are temporally different. On the other hand, the detection position of the detection signal in the next rotation cycle can be predicted. Since the diameter D of the power transmission shaft 21 is known to be 40 cm, for example, from this rotation cycle, the peripheral speed of the power transmission shaft 21 can be obtained.
[0080]
Further, the rotation cycle of the power transmission shaft 21 can be obtained from the correlation function of two first detection signals that are different in time, and the first detection signal that is different in time is extracted to obtain a function F (t). Then, the correlation function φ (τ) of the rotation period in the two first detection signals is
[Expression 1]

It is represented by
[0081]
From the equation (1), the value of the correlation function φ (τ) is calculated by increasing the delay time τ from 0. This calculation corresponds to an operation of examining the degree of overlap with the next pulse signal by delaying the first detection (pulse) signal shown in FIG. As the delay time τ approaches the rotation period, the first pulse signal becomes coincident with the next pulse signal, and the value of the correlation function φ (τ) increases. This correlation function is maximized when the two pulse signals most closely match, and the delay time τ at this time is the rotation period.
[0082]
FIG. 9 shows the calculation result of the correlation function φ (τ). From the calculation result shown in FIG. 9, the rotation period by the correlation function φ (τ) is 20.9225656 ms. This rotation period can be obtained from the second detection signal in the same manner as the first detection signal.
[0083]
The torque of the power transmission shaft 21 can be obtained from the correlation function φi (τ) between the first detection signal and the second detection signal. As shown in FIG. 13, the output signal of the first detection signal is extracted and the function G₁(T), the output signal of the second detection signal is extracted and the function G₂Assuming that (t), the torsional strain correlation function φi (τ) is
[Expression 2]

It is represented by
[0084]
From equation (2), the delay time τ is increased from 0, and the torsional strain correlation function φi (τ) is calculated. This calculation corresponds to the operation of delaying the pulse signal of the first detection signal with respect to time and examining the degree of overlap with the pulse signal of the second detection signal. Since the pulse signals of the first and second detection signals are signals having the same shape, when there is no load on the power transmission shaft 21, they coincide with each other without a delay time τ.
[0085]
On the other hand, when there is a load on the power transmission shaft 21, a delay time τ is generated in the pulse signal of the second detection signal. This delay time τ is the delay time τ when the pulse signal of the first detection signal shifted in time coincides with the pulse signal of the second detection signal and the correlation function φi (τ) becomes maximum. .
[0086]
  The calculation result of this correlation function φi (τ)FIG.Shown in As a result, the delay time τ is τ = 11.1 μs. The shaft torque Ft of the power transmission shaft 21 can be calculated from the delay time τ and the following equation. The shaft torque Ft is
[Equation 3]
    Ft = 2πKx · t / T (3)
      Where K is the twist constant of the power transmission shaft (torsional stiffness coefficient)
            x: Distance between measurements
            T: Period of pulse signal
It is represented by
[0087]
In this manner, the laser beam reflected by the reflection seal 77 attached to the outer peripheral surface of the power transmission shaft 21 that is a rotating body passes through the light detection devices 52 and 53 (see FIG. 2) that are light receiving elements, and thus a signal processing device such as a personal computer. The signal is input to 54 and processed.
[0088]
With respect to the change over time of the reflected laser light, the portion of the reflection seal 77 has a wave shape, and the other portions have a flat shape without change, and each time the rotating body 21 rotates, the waveform portion appears periodically. . The output signals of reflected laser light from two different positions in the axial direction of the rotating body 21 are obtained as 1 channel (ch) and 2 channels (ch), the correlation processing of the output signal waveform portions of both channels is performed, and the phase time is calculated. By doing so, the axial torque of the rotating body 21 can be calculated.
[0089]
That is,One of the first and second detection signals, which is a detection result obtained by detecting each reflected light of the set of reflective seals by the set of light detection means, is detected for each rotation in the correlation processing device built in the signal processing device 54. By correlation processing,The rotation cycle for each rotation of the power transmission shaft 21 that is a rotating body can be accurately and accurately calculated. Further, by performing correlation processing between the first detection signal and the second detection signal, the delay time τ shown in FIG. 14 can be obtained. From this delay time τ and the expression (3), the power transmission shaft as a rotating body is obtained. The rotational torque of 21 can be obtained with a predetermined high accuracy.
[0090]
[Prediction of rotation cycle of rotating body]
Conventionally, in detecting the waveform portion obtained by the output signal processing of the reflected laser beam of the rotator 21, the rotation period of the rotator 21 is predicted on the data analysis program built in the personal computer and is input as a constant value. When one waveform appears, it is assumed that the next waveform appears after a certain time (input rotation cycle) and the next waveform appears after a certain time (input rotation cycle).
[0091]
In this case, if the rotational cycle of the rotating body 21 actually fluctuates or the value of the rotational frequency cycle is not accurate, a deviation occurs between the predicted position of the next waveform and the actual position, and the phase time The calculation could be affected.
[0092]
Therefore, a prediction method that can accurately predict the rotation period of the rotating body 21 even when it fluctuates was developed. This method of predicting the rotation period of the rotating body 21 is a method of accurately determining the rotation period between waveforms for each rotation of the rotating body 21 and predicting the next waveform position.
[0093]
Below, the specific procedure which estimates the rotation period of the rotary body 21 is demonstrated.
[0094]
{Circle around (1)} A rough rotation cycle of the rotating body 21 is specified from the first waveform and the next second waveform by the level trigger.
[0095]
(2) The rotation period is accurately obtained by correlating the first waveform with the next second waveform.
[0096]
(3) The next third waveform position is predicted from the rotation cycle.
[0097]
(4) A rough rotation period of the second waveform and the next third waveform is specified by the level trigger.
[0098]
(5) Next, the next (second) rotation cycle of the rotating body 21 is accurately obtained from the second waveform and the next third waveform.
[0099]
(6) The next fourth waveform position is predicted from the rotation cycle.
[0100]
(7) By repeating this procedure, the rotation cycle of the rotating body 21 can be accurately predicted and obtained one after another.
[0101]
FIG. 12 is prediction data of the rotation period of the rotating body 21 using the torque measuring device 45 shown in FIG.
[0102]
FIG. 12 (A) shows the output waveform of the first channel obtained by the reflected laser light from the reflection seal 50 among the reflection seals 50 and 51 pasted at two different positions in the axial direction of the rotating body 21 for each rotation period. FIG. 12B shows data for 15 rotations obtained by superimposing the output waveform of the second channel obtained by the reflected laser light from the reflective seal 51 for each rotation period.
[0103]
The right side of FIG. 12C is data subjected to correlation processing for correlating the first output waveform of the first channel and the next output waveform, and the left side of FIG. 12C is the rotating body 21 obtained by the correlation processing. It is the data showing the rotation period for each rotation.
[0104]
The right side of FIG. 12D is correlation value data obtained by correlating the output waveforms of the first channel and the second channel, and the left side is data representing the axial torque obtained by correlation processing of the output waveforms of both channels. is there.
[0105]
Even when the rotation cycle of the rotating body 21 in the power generation device fluctuates, the fluctuation of each rotation is very small. Therefore, the analysis accuracy of the rotation cycle of the rotating body 21 can be improved by this specific method.
[0106]
[masking]
The axial torque of the rotator 21 is obtained by performing signal processing on the reflected laser beams from the reflection seals 50 and 51 attached at two different positions in the axial direction of the rotator 21 and performing correlation processing on the output waveform portions of both channels, The time is being calculated.
[0107]
However, when correlation processing is performed between the output waveform parts of both channels and the phase time is calculated, if there is noise in the specified value part of the output waveform area, the correlation between the noise and the original output waveform part can be obtained. As a result, the shaft torque calculation result may be affected.
[0108]
For this reason, in order to accurately and accurately detect the shaft torque of the rotating body 21, the torque calculation device 45 (see FIG. 2) masks other than the output waveform portion as shown in FIG. The signal processing which eliminates is performed.
[0109]
FIGS. 13A to 13D show examples in which the output waveform portions of both channels are masked, and FIGS. 14A to 14D show examples in which the output waveform portions of both channels are not masked. Show.
[0110]
13A and 13B, (A) shows the output waveform of the first channel and the second cycle of the rotating body 21, and (B) shows the output waveform of the second channel. The right side of FIGS. 13C and 14C is data obtained by performing correlation processing so as to obtain correlation between the output waveforms of the first channel (or two channels), and the left side thereof is rotation obtained from the correlation processing data. This is data indicating the rotation cycle (rotation speed) of the body 21.
[0111]
The right side of FIGS. 13 (D) and 14 (D) is correlation processing data obtained by correlating the output waveforms of the first channel and the second channel, and the left side of FIGS. 13 (D) and 14 (D). Indicates the shaft torque of the rotating body 21 calculated from the correlation processing data on the right side.
[0112]
As shown on the right side of FIG. 13D, it can be seen that when the masking process for masking other than the output waveform portion is performed, the output waveforms of the first channel and the second channel are correlated. As shown on the left side of), the peak value appears clearly, and the shaft torque of the rotating body 21 can be detected accurately and accurately. As shown on the right side of FIG. 14D, when masking is not performed, the correlation between the output waveform and noise is obtained, and the peak value becomes unclear as shown on the left side of FIG. In some cases, the shaft torque of the rotating body 21 cannot be measured accurately.
[0113]
By the way, in the combined cycle power plant 10 shown in FIG. 1, heat balance analysis is individually performed for the entire gas turbine (GT) facility, the entire exhaust heat recovery boiler facility, and the entire steam turbine (ST) facility for plant thermal efficiency management. We are currently performing performance calculations using the method.
[0114]
When the performance calculation of each main equipment of the gas turbine 11, the exhaust heat recovery boiler 13 and the steam turbine 12 is directly calculated based on the management data measured in the combined cycle power plant 10, the current performance calculation method uses the gas turbine The efficiency ηGT, the efficiency ηHRSG of the exhaust heat recovery boiler, and the efficiency ηST of the steam turbine have variations of about 7.8%, 3.2%, and 15.6%, which are several percent or more, respectively.
[0115]
The accuracy of the performance calculation of each of the current main facilities is insufficient for diagnosing the cause of the performance deterioration with respect to the change in the plant thermal efficiency of the combined cycle power plant 10 which can normally occur about 2%.
[0116]
The GT efficiency ηGT of the combined cycle power plant 10 is calculated using the formula
[Expression 4]

If both sides are differentiated from the calculation formula (4) and rearranged, the accuracy of GT efficiency is
[Equation 5]

It is represented by
[0117]
Similarly, the calculation formula of the efficiency ηHRSG of the exhaust heat recovery boiler is
[Formula 6]

If both sides are differentiated from this calculation formula (6) and arranged, the accuracy of the exhaust heat recovery boiler efficiency is
[Expression 7]

It becomes.
[0118]
Furthermore, the calculation formula of the efficiency of the steam turbine (ST) is
[Equation 8]

When both sides of the calculation formula (8) are differentiated and arranged,
[Equation 9]

It is represented by
[0119]
However, the torque measuring device 45 shown in FIG. 2 is used to calculate the shaft torque of the power transmission shaft 21 which is a rotating body, and the output of the gas turbine 11 and the steam turbine 12 is separated from the measured shaft torque, and the heat When the thermal efficiency diagnosis is performed by the balance analysis method, as shown in Table 1, the calculation accuracy of the performance error evaluation of each main device is improved by orders of magnitude, and the thermal efficiency diagnosis can be performed with an accuracy of 1% or less.
[0120]
[Table 1]

[0121]
[Regarding calculation of plant thermal efficiency]
The basis for calculating the thermal efficiency of the combined cycle power plant 10 using the torque measuring device 45 is shown below. This thermal efficiency calculation shows an example in which an M series reflective seal 77 is attached to the coupling on the steam turbine side and measured.
[0122]
(1) The calculation formula of the steam turbine efficiency ηST is expressed by the formula (10).
[0123]
[Expression 10]

[0124]
Differentiating both sides of this formula, the accuracy of the steam turbine efficiency is
## EQU11 ##

It becomes.
[0125]
(2) The equation for calculating the gas turbine efficiency ηGT is equation (12).
[Expression 12]

[0126]
If both sides of the formula (12) are differentiated and arranged, the accuracy of the gas turbine efficiency is
[Formula 13]

It becomes.
[0127]
(3) The calculation formula of the efficiency ηHRSG of the exhaust heat recovery boiler is expressed by formula (14).
[0128]
[Expression 14]

[0129]
Differentiating and organizing both sides from this HRSG efficiency formula,
[Expression 15]

It becomes.
[0130]
Thus, when the thermal efficiency management of the combined cycle power plant 10 is performed by the heat balance analysis method using the torque measuring device 45, the calculation accuracy of each thermal efficiency performance calculation is orders of magnitude higher than that of the current thermal efficiency management method. Therefore, it is possible to accurately and accurately evaluate the performance change diagnosis of each major equipment such as gas turbine, steam turbine and exhaust heat recovery boiler, especially performance degradation diagnosis with thermal efficiency accuracy of 1% or less, resulting in performance degradation. This makes it easy to identify major equipment.
[0131]
FIG.The present invention relates to a torque measuring device to which the present invention is applied, in which a plurality of sets of irradiation optical systems and photodetectors are installed at positions spaced apart in the axial direction so as to correct errors caused by vibrations of the rotating body in the horizontal direction. And what was comprised as two axial shake correction apparatuses is shown.
[0132]
Shown in this figureThe torque measuring device 85 includes first and second shaft shake correcting devices 86 and 87 in the beam adjusting device 88 so that the shaft torque can be accurately and accurately measured even when the rotating shaft 21 is moved in the horizontal direction. It is a thing. Components substantially the same as those of the torque measuring device 45 shown in FIG.
[0133]
The first and second shaft shake correction devices 86 and 87 are provided apart from each other in the axial direction of the rotating body 21. The first axial shake correction device 86 is a combination of the first irradiation optical system 65 and the first correction irradiation optical system 90 as an optical sensor, and both the irradiation optical systems 65 and 90 have a common optical axis. To be provided. Similar to the first irradiation optical system 65, the first correction irradiation optical system 90 is configured by combining a reflection mirror 67, a half mirror 68, and a condenser lens 69. A rotating body 21 such as a power transmission shaft for connecting the turbine and the generator is disposed between the two irradiation optical systems 65 and 90. Both irradiation optical systems 65 and 90 are arranged to face each other in the diameter direction of the rotating body 44.
[0134]
  Both irradiation optical systems 65 and 90 are movable and adjustable in the axial direction of the rotating body 21, and are mutually connected.Direction of separationIt is provided so that it can be finely adjusted individually (substantially in the radial direction of the rotating body 21). When the two irradiation optical systems 65 or 90 are finely adjusted in directions adjacent to each other, they are moved together with the half mirror 92 or the reflection mirror 93 of the beam splitting optical system 91.
[0135]
Further, the second axial shake correction device 87 includes a second irradiation optical system 66 and a second correction irradiation optical system 95, and both irradiation optical systems 66 and 95 have a common optical axis. Provided. The rotating body 21 is disposed between the two irradiation optical systems 66 and 95, and the both irradiation optical systems 66 and 95 are disposed so as to face each other in the diameter direction of the rotating body 21.
[0136]
  Both irradiation optical systems 66 and 95 are movable and adjustable along the axial direction of the rotating body 21, and are mutually connected.Direction of separationIt is provided so as to be finely adjustable individually (substantially in the radial direction of the rotating body 21). When the two irradiation optical systems 66 or 95 are finely adjusted in directions adjacent to each other, they are moved together with the half mirrors 96 and 97 or the reflection mirror 98 of the beam splitting optical system 91.
[0137]
Laser light as a light beam output from the output device 46 is guided to the beam splitting optical system 91 via the light transmission means 47. The laser light from the light transmission means 47 is converted into parallel light by the lens 61. This parallel laser beam is branched into a first laser beam and a second laser beam by the main half mirror 96.
[0138]
The first laser beam that has passed through the half mirror 96 is further branched by the half mirror 92, and each of the branched laser beams is divided into the first irradiation optical system 65 and the first correction of the first axial shake correction device 86. Each is guided to the irradiation optical system 90.
[0139]
On the other hand, the second laser light reflected by the main half mirror 96 of the beam splitting optical system 91 is guided to the half mirror 97 and branched. The branched second laser light is guided to the second irradiation optical system 66 and the second correction irradiation optical system 95 of the second axial shake correction device 87, respectively.
[0140]
The torque measuring device 85 is adjusted by the first shaft shake correcting device 86 and the second shaft shake correcting device 87 so that the surface of the rotating body 21 is in focus at two different positions in the axial direction of the rotating body 21. Then, the first laser beam and the second laser beam are respectively irradiated.
[0141]
The first laser beam is irradiated on the surface of the rotator 21 by the first irradiation optical system 86 and the first correction irradiation optical system 90 of the first axial shake correction device 86 in a substantially diametrical direction of the rotator 21. Irradiation is performed from two positions opposite to. Similarly to the first laser beam, the second laser beam is also irradiated from the two positions facing the surface of the rotating body 21 in the substantially diametrical direction on the surface of the rotating body 21 by the second axial shake correction device 87.
[0142]
The reflected light of each laser beam irradiated from the first and second axial shake correction devices 86 and 87 onto the surface of the rotator 44 from almost two positions in the diameter direction is reflected in each irradiation optical system 65, 90: 66, 95. Is reflected from the half mirrors 68, 68: 71, 71 to the detection optical systems 100, 101: 102, 103 and input to the light detection device 104 as a light receiving means. In the light detection device 104, the intensity of each reflected light is detected and photoelectrically converted. The electric signal proportional to the intensity of the reflected light is then sent to the signal processing device 54, which is a general-purpose computer, for signal processing, and the same processing as in the first embodiment is performed to rotate the rotation cycle and axis of the rotating body 21. Torque is calculated.
[0143]
Each of the detection optical systems 100 to 103 is an optical system in which a lens and an optical fiber are combined. However, for the detection optical systems 100 to 103, various optical systems other than the combination of a lens and an optical fiber can be considered. Further, instead of providing the beam splitting optical system 91, an output device such as a laser light oscillator may be individually provided in each of the irradiation optical systems 66 and 95 of the first axial shake correction device 87. Even when an output device is provided individually, the beam splitting optical system 91 is not necessary.
[0144]
In FIG.The shown torque measuring device 85 is provided with first and second shaft shake correcting devices 86 and 87 at two different positions in the axial direction of the rotating body 21, and the surface of the rotating body 21 is provided by the shaft shake correcting devices 86 and 87. Irradiate the laser beam so that it is in focus from two positions facing each other in the diameter direction.Is done. Reflector50 and 51 are preferably M series reflective seals.
[0145]
The beam adjustment device 88 includes first and second axial shake correction devices 86 and 87, and one axial shake correction device 86 faces the irradiation optical system 65 and the correction irradiation optical system 90 vertically in the diameter direction of the rotating body 21. By arranging, it is possible to absorb the detection accuracy error due to the axial movement (horizontal axis runout) of the rotating body 21. The other shaft shake correction device 87 functions in the same manner as the one shaft shake correction device 86.
[0146]
Here, a description will be given of an apparatus for correcting shaft eccentricity associated with the swing of the rotating body of the present invention. The shaft runout of the rotator 21 depends on the horizontal axis movement of the rotator 21 as described above and the runout of the rotator.Although the vibration accompanying the shaft eccentricity occurs, the shaft eccentricity in which the rotation center of the rotating body 21 and the center of the rotating body 21 are different is in the circumferential direction of the rotating body 21.oppositeDetection accuracy errors can be absorbed by applying a reflective seal.That is, in addition to one set of reflective seals attached at two positions spaced apart in the axial direction of the rotating body 21, another set of reflective seals is attached at positions different by 180 ° in the circumferential direction, so Can be corrected.
[0147]
FIGS. 16A, 16 </ b> B, and 16 </ b> C illustrate an example in which the reflective seals a, b, c, and d as the reflectors 50 or 51 are attached at equal intervals at four locations in the circumferential direction of the rotating body 21. The reflective seals a and c and the reflective seals b and d are opposed to each other in the diameter direction of the rotating body 21.
[0148]
[Effect of the shaft eccentricity of the rotating body 21 on the torque measurement accuracy] In the case of FIG. 16A in which the rotating body 21 rotates around the shaft center and the rotating body 21 does not swing, FIG. The irradiation optical systems 65 and 66 as optical sensors of the torque measuring device 45 shown can accurately measure the rotation period and the axial torque. In this case, there is one reflection seal as a reflector attached to the rotating body 21.(A set of two positions separated in the axial direction)It is not necessary to attach a plurality of sheets facing each other in the diameter direction.
[0149]
However, considering the case where the rotating body 21 is swung and decentered as shown in FIGS. 16B and 16C, the measured values of the turbine output vary as shown by the broken lines A and B in FIG. This is an error factor.
[0150]
16A to 16C, each of the rotating bodies 21 rotates counterclockwise. FIGS. 16B and 16C show the eccentricity of the rotating body 21 in an enlarged manner for the sake of clarity. In the experiment, the diameter of the rotating body 21 was set to 40 cmφ and the eccentricity was set to about 10 μm. .
[0151]
If the rotating body 21 has a swinging eccentricity as shown in FIG. 16B, the reflective seal a affixed to the rotating body 21 is attached to the upper optical sensor 105.The time passing through the measurement point is slow, for example. For this reason, the measurement angle detected by the upper optical sensor 105 can be apparently measured. The upper optical sensor 105 includes, for example, first or second irradiation optical systems 65 and 66.
[0152]
on the other hand,Opposite the diameter of the reflective seal aThe reflective seal c of the rotating body 21 is provided on the lower optical sensor 106.Pass the measurement pointSince the time is faster, the measurement angle is apparently small. The lower optical sensor 106 includes, for example, first or second correction irradiation optical systems 90 and 95.
[0153]
When the rotating body 21 is rotated 180 degrees from FIG. 16B and enters the state shown in FIG. 16C, the time for the reflective seal a to pass through the measurement point of the lower optical sensor 106 is delayed, so that the measurement is performed. The angle increases. In addition, since the time for the reflective seal c to pass the measurement point of the upper optical sensor 105 is shortened, the measurement angle becomes small.That is, when the time for passing the measurement point of the upper optical sensor 105 or the lower optical sensor 106 is seen, if the rotating member 21 is shaken and decentered, a delay occurs when the reflective seal a passes. While the measurement angle increases, when the reflective seal c at a position different by 180 ° passes, the reflection angle c passes earlier and the measurement angle becomes smaller.
[0154]
As described above, when the rotating body 21 is shaken and decentered, the measurement angle of the reflection seal a is always large, the measurement angle of the reflection seal c is always small, and the measurement angles of the reflection seals b and d are always measured with reasonable values. Is done.
[0155]
The turbine output based on the measurement angle of the reflective seal a is always detected higher than the actual turbine output as shown by the broken line A in FIG. 17, and the turbine output measured by the reflective seal c is actually measured as shown by the chain line C. Is detected to be smaller than the turbine output. The variation width of the turbine output is about 10 MW, and it is considered that the influence of the variation due to the shaft eccentricity appears. Moreover, the measurement angle by the reflective seals b and d indicates the vicinity of the actual turbine output.In the generator of the power plant, the rotational speed is controlled to be constant according to the commercial frequency, so that the turbine output is directly proportional to the shaft torque.
[0156]
Of the present inventionIn the torque measuring device,By taking an average value of the measurement angles detected by the reflection seals a and c and the reflection seals b and d facing each other by 180 degrees on the rotating body 21, torque measurement is performed when the shaft eccentricity is detected when the shaft torque of the rotating body 21 is detected. The adverse effect on accuracy can be removed. FIG.The symbol A in FIG.Reflective seal in axially spaced pairsTo the upper optical sensor 105, where C is the reflective seal c andOther pairs of reflective seals spaced apart in the axial directionTo the turbine output measured by the lower optical sensor 106. The variation width of these measured values is about 10 MW.
[0157]
On the other hand, when the average value of the turbine output measured from the reflective seals a and c shifted by 180 degrees in the circumferential direction of the rotating body 21 is taken, it becomes 42 to 43 MW as shown by the solid line B in FIG. The variation width can be reduced to about 1 MW or less, and the influence of the shaft eccentricity of the rotating body 21 can be eliminated.
[0158]
Further, in order to eliminate the influence of the eccentricity of the rotating body 21 on the torque measurement accuracy,OppositeAs the number of reflective stickers attached at equal intervals increases, the variation in measurement error can be further reduced.
[0159]
FIG. 18 shows a 40 cmφ power transmission shaft 21 that connects a generator and a turbine as a rotating body, and eight reflective seals are affixed to the 80 mmφ pair of coupling flanges of the power transmission shaft 21 at 45 ° intervals. In addition, the reflected light from each of the eight reflective seals is used to generate a turbine output for one rotation measured from the axial torque measured by the upper optical sensor 105 installed above the flange and the lower optical sensor 106 installed below the flange. Measurement data.
[0160]
  In FIG. 18, symbol A is measurement data of the turbine output for one rotation measured by the upper optical sensor 105 installed opposite to the both side coupling flanges of the power transmission shaft 21, and symbol B is the power. Installed opposite the coupling flanges on both sides of the transmission shaft 21With the lower optical sensor 106This is the measured turbine output for one rotation. When the average of one rotation of the turbine output detected by each of the optical sensors 105 and 106 is taken, it becomes about 42 MW, and it can be measured accurately without variation.
[0161]
The turbine output for one rotation when the reflective seal is attached to the coupling flange portion of the power transmission shaft 21 which is a rotating body at a required interval, for example, 45 ° interval, is the horizontal movement of the flange portion of the rotating body 21 in the axial direction. Since the amount of strain is small with respect to the amount and the distance between the coupling flange portions is large, the optical sensors 105 and 106 can be measured with high accuracy by taking a simple average for one rotation either on the upper side or the lower side.
[0162]
by the wayThe turbine output for one rotation when the reflective seal is attached to the body portion of the power transmission shaft 21 at a required interval, for example, 45 ° intervals, the curve A detected by the upper optical sensors 105 and 105 and the lower optical sensor A detection output difference occurs between the curve B detected at 106 and 106.Sometimes. This is because the influence of the amount of movement in the axial horizontal direction on the strain amount of the rotating body 21 cannot be ignored, and the interval between the upper or lower optical sensors 105, 105 or 106, 106 is between the coupling flange portions. Ignored about 1/3 of the intervalIt is caused by things that cannot be done.
[0163]
In this case, the irradiation light irradiated from the irradiation optical system 111 becomes an elliptical spot on the surface of the rotating body 21. By making the major axis of the spot-like ellipse by the irradiated light coincide with the barcode direction of the reflective seal 50 (51), the detection resolution by the reflected light can be improved. For this reason, it is preferable to improve the resolution by arranging the optical sensor 113 so that the plane including the irradiation light and the reflected light is along the longitudinal axis direction of the rotating body 21.
[0164]
However, if light having a shorter wavelength than the He—Ne laser light (wavelength 6428６４) is used as the irradiation light irradiated from the irradiation optical system 111, the arrangement direction of the optical sensor 113 with respect to the barcode direction of the reflective seal 50 (51) is There is no particular limitation. In this case, the degree of freedom of arrangement of the optical sensor 113 can be improved.
[0165]
From the measurement data shown in FIG. 19, the average of the turbine output at the rotation angle 0 detected by the upper optical sensor 105 and the turbine output at the rotation angle 180 ° detected by the lower optical sensor 106 is about 42.5 MW. It was found that if an average of the positions at different positions by 180 degrees is taken, a turbine output value of about 42 MW is taken and measurement error hardly occurs.
[0166]
From this, by attaching a reflective seal to at least two positions facing the diameter direction of the rotating body 21 and taking the addition average of the detected values from the reflecting seal facing 180 degrees, the shaft eccentricity of the rotating body 21 is measured by torque. It was confirmed that the influence on accuracy could be eliminated.That is, one set of reflective seals attached at two positions spaced apart in the axial direction of the rotating body 21 and another set of reflective seals attached at positions different by 180 ° in the circumferential direction are detected by the same optical sensor. If the measurement values obtained by the reflective stickers in the set are averaged, measurement errors due to run-out eccentricity can be removed. Further, as described above, if the turbine outputs detected by the plurality of optical sensors are further averaged, measurement errors due to axial horizontal movement or the like can be eliminated, and detection accuracy can be further improved.
[0167]
FIG.An embodiment in which measurement accuracy is improved by separating irradiated light and reflected light with respect to a torque measuring device to which the present invention is appliedIs shown.
[0168]
In the torque measuring devices 45 and 85 shown in FIG. 2 and FIG.An example in which the first and second irradiation optical systems 65 and 66 irradiate laser light substantially perpendicularly on the surface of the rotating body 44 and detect reflected light reflected on the optical axes of the irradiation optical systems 65 and 66. 20, the torque measuring device 110 shown in FIG. 20 irradiates a light beam such as a laser beam obliquely on the surface of the rotating body 21 from the irradiation optical system 111 and detects the reflected light beam by the detection optical system 112. It is a thing.
[0169]
The irradiation optical system 111 and the detection optical system 112 constitute an optical sensor 113. The optical sensor 113 is configured so that the incident light beam and the reflected light beam are equiangular with respect to the perpendicular VL on the surface of the rotating body 21. The irradiation optical system 111 and the detection optical system 112 are arranged symmetrically.
[0170]
By configuring the optical sensor 113 of the torque measuring device 110 as described above, FIG.FIG.Unlike the irradiation optical systems 65 and 66 of the torque measuring devices 45 and 85 shown in FIG. 5, the optical axes of the irradiation optical system 111 and the detection optical system 112 are different and are not affected by mutual interference. Further, if the irradiation optical system 111 does not require a half mirror and the output of the laser beam from the output device 46 is the same, the light intensity of the irradiation light and the reflected light can be increased, and the measurement accuracy Can be further improved. Other configurations of the torque measuring device 110 are shown in FIG.FIG.The torque measuring device 110 can be configured substantially the same, and when this torque measuring device 110 is used, the rotational period and axial torque of the rotating body 21 are reduced so that the beam output of the output device 46 such as laser light is small. Can be measured accurately.
[0171]
When the laser beam is irradiated obliquely, the irradiation spot on the rotating body 21 becomes an ellipse, an ellipse, or a deformed ellipse. When the irradiation spot is an ellipse, as shown in FIG. 21A, if the incident direction is the same as the barcode stripe direction of the reflection seal 50 (51), the irradiation spot light is irradiated in the longitudinal direction L of the reflection seal 50 (51). Therefore, the bar code reading resolution of the reflective seal 50 (51) does not decrease.
[0172]
On the other hand, as shown in FIG. 21 (B), when incident from the longitudinal direction of the reflective seal 50 (51) (direction perpendicular to the bar code stripe direction), the direction perpendicular to the bar code fringe direction expands and the bar code is read. The resolution decreases.
[0173]
FIG.Embodiment of the above torque measuring deviceThe 1st modification in is shown.
[0174]
In the torque measuring device 115 shown in this modification, the illumination optical system 117 and the detection optical system 118 constituting the optical sensor 116 are arranged symmetrically, and the optical sensor 116 is an optical system composed of a lens and a fiber. It is composed.
[0175]
The torque measuring device 115 guides a light beam such as a laser beam output from an output device (not shown) to the irradiation optical system 117. The irradiation optical system 117 includes a transmission optical fiber 120, a collimator lens 121, and an objective lens 122. Composed of a combination.
[0176]
The reflected light of the light beam irradiated from the irradiation optical system 117 so as to be focused on the surface of the rotating body 21 is guided to the detection optical system 118 and detected by the detection optical system 118. The detection optical system 118 includes an objective lens 124, a collimator lens 125, and a receiving optical fiber 126. Each optical fiber 120, 126 may be a plastic fiber.
[0177]
Also in this case, the same operational effects as those of the torque measuring device 110 shown in FIG. As shown in FIG. 22, the objective lenses 122 and 124 can reduce the lens diameter of the objective lenses 122 and 124 by performing so-called centering by removing the outer periphery of the objective lenses 122 and 124 except for the portion through which the light beam passes. Can be made compact.
[0178]
FIG.Embodiment of the above torque measuring deviceThe 2nd modification in is shown.
[0179]
The torque measuring device 130 shown in this modification is intended to share the objective lens of the irradiation optical system 132 and the detection optical system 133 constituting the optical sensor 131.
[0180]
In the torque measuring device 130 shown in FIG. 23, instead of providing the objective lens of the irradiation optical system 132 and the objective lens of the detection optical system 133 independently, one objective lens 135 is shared. By sharing the objective lens 135 of the irradiation optical system 132 and the detection optical system 133, the configuration can be simplified. Other configurations of the irradiation optical system 132 and the detection optical system 133 are not different from those of the optical sensor 116 shown in FIG.
[0181]
Also in the torque measuring device 130 shown in FIG. 23, the whole can be made compact by performing so-called centering of the collimator lenses 121 and 125 of the irradiation optical system 132 and the detection optical system 133. In this case, the irradiation optical system 132 and the detection optical system 133 are incorporated in the cylindrical unit case to make a unit compact, and can be configured by one unit, and is equivalent to the torque measuring device 110 shown in FIG. An effect can be produced.
[0182]
In the above explanation,An example of applying the torque measurement device to the power transmission shaft of a single-shaft combined cycle power plant (rotary shaft connecting the generator and the turbine) has been shown. The present invention can also be applied to a rotary shaft (power transmission shaft) provided with a turbine, and a power transmission shaft that connects a boiler feed water pump and a boiler feed water pump drive turbine of a steam turbine plant.
[0183]
In addition, although the single shaft type combined cycle power plant demonstrated the example which connected the gas turbine-generator-steam turbine by one axis | shaft, the single shaft type combined cycle power plant also connected the generator-steam turbine-gas turbine by one axis | shaft. Applicable.
[0184]
【The invention's effect】
The torque measuring device which is the basis of the present invention is, Mounted at different positions in the axial direction of the rotating bodyA set ofDetects changes in the intensity of reflected light reflected from reflecting means such as M-series reflective seals in a form that eliminates noise and disturbance, and accurately and accurately measures the rotational speed and axial torque of the rotating body without contact. can doIs. In the present invention, apart from a pair of reflecting means mounted apart in the axial direction of the rotating body, another set of reflecting means is attached at a position 180 ° different in the circumferential direction and detected by the same optical sensor. The shaft torque is measured by averaging the torsional distortion amounts of the respective reflecting means. This makes it possible to eliminate measurement errors caused by the rotational eccentricity of the rotating body. In this case, it is basically possible to correct the measurement error associated with the eccentricity without adding an optical sensor. It is. Further, if the turbine outputs detected by a plurality of optical sensors are further averaged, measurement errors due to horizontal movement of the shaft and the like can be eliminated, and measurement accuracy can be further improved.
[0185]
In the torque measuring device of the present invention,Noise effect by using M series reflective sealEliminateMeasure the rotational speed and shaft torque of a rotating body accurately and accurately with a measurement accuracy of 1% or less.it can. Therefore,If this torque measuring device is applied to a power transmission shaft as a rotating body of a single-shaft combined cycle power plant or a steam turbine plant, the thermal efficiency of each plant's main components can be managed with high accuracy and easily. High-accuracy diagnosis of changes in thermal efficiency is possible. Since it becomes possible to specify the thermal efficiency degradation equipment of each component equipment, it becomes easy to repair the degradation equipment, and the plant thermal efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram schematically showing a configuration of a single-shaft combined cycle power plant to which a torque measuring device according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a principle configuration diagram showing a first embodiment of a torque measuring device according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing an example of an M-series reflective seal as reflecting means used in the torque measuring device of FIG.
4 (A), (B), (C), and (D) are torque measurement devices shown in FIG. 2 showing the intensity of reflected light from an M-series seal attached to a power rotating shaft of a combined cycle power plant. The figure which shows the measurement data measured by.
5A, 5B, 5C, and 5D show measurement data similar to that shown in FIG. 4 measured using an equidistant bar code type reflective seal.
6A, 6B, 6C, and 6D are diagrams showing measurement data similar to that of FIG. 4 measured using a bar code type reflective seal with a predetermined ratio interval.
7 is a timing chart schematically showing a measurement result of a rotation period obtained by the torque measuring device shown in FIG.
FIG. 8 is a view showing a method for obtaining a rotational speed with the torque measuring device of FIG. 2;
9 is a timing chart showing the rotation speed obtained from the correlation of the torque measuring device of FIG.
10 is a view showing a method for obtaining a shaft torque obtained by the torque measuring device of FIG. 2;
11 is a diagram showing shaft torque obtained from the correlation function of the output function shown in FIG.
12 (A), (B), (C) and (D) are data for predicting the rotation period of a rotating body using the torque measuring device of FIG.
FIGS. 13A, 13B, and 13D are processing data when masking is performed on an output waveform portion obtained by a reflected laser beam from a rotating body.
14A, 14B, 14C, and 14D are data when masking is not performed on the output waveform portion obtained by the reflected laser beam of the rotating body.
FIG. 15 is a configuration diagram showing a second embodiment of a torque measuring device according to the present invention.
FIGS. 16A, 16B, and 16C are diagrams illustrating an example of eccentricity of a rotating body around an axis, in which reflection seals are provided at four positions in the circumferential direction of the rotating body at equal intervals.
17 is a diagram showing an example in which the turbine output is measured using the reflective seals attached to the rotating body at four locations in the circumferential direction shown in FIG. 13;
FIG. 18 is a diagram showing an example of measuring a turbine output in one rotation period of a rotating body by attaching reflective seals at eight positions in the circumferential direction of the rotating body flange portion.
FIG. 19 is a diagram showing a turbine output measured in one rotation period of a rotating body by attaching reflective seals at 8 locations in the circumferential direction of the rotating body body;
FIG. 20 shows a third embodiment of the torque measuring device according to the present invention, and is a system diagram showing the relationship between light irradiated to a rotating body and reflected light.
FIGS. 21A and 21B are diagrams showing the relationship between the spot light irradiated to the rotating body and the stripe direction of the barcode on the reflective seal, respectively.
FIG. 22 is a diagram showing a first modification of the third embodiment of the torque measuring device according to the present invention.
FIG. 23 is a diagram showing a second modification of the third embodiment of the torque measuring device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10 Combined cycle power plant
11 Gas turbine plant
12 Steam turbine plant
13 Waste heat recovery boiler (HRSG)
15 Air compressor
16 Combustor
17 Gas turbine (GT)
18 Generator
19 Chimney
20 Steam turbine
21 Power transmission shaft (rotating body)
23 Condenser
24 Condensate water supply system
25 Water supply pump
26 Low pressure drum
27 High pressure drum
30 Low pressure economizer
31 Low pressure evaporator
32 High pressure economizer
33, 34 High pressure evaporator
35 Superheater
36 Denitration equipment
37, 38, 39 pump
40 Steam piping
41 Main steam pipe
45 Torque measuring device
46 Output device
47 Optical transmission means
48 Beam adjustment device
50 First reflector
51 Second reflector
52 First light detection device
53 Second photodetection device
54 Signal processor
56 lenses
57,59 Optical fiber
58 Optical connector
60 beam split optics
61 lens
62 half mirror
63 Reflective mirror
65 First irradiation optical system (optical sensor)
66 Second irradiation optical system (optical sensor)
67,70 Reflection mirror
67, 71 half mirror
69,72 condenser lens
73, 74 Beam stopper
77 M series reflective seal
78 Barcode area
79 Surface part with high reflectivity
80 Groove part with low reflectivity
85 Torque measuring device
86 First Shake Correction Device (Optical Irradiation Sensor)
87 Second shaft shake correction device (optical irradiation sensor)
90 First correction irradiation optical system
91 Beam splitting optical system
92 half mirror
93 Reflective mirror
95 Second correction irradiation optical system
96,97 half mirror
98 reflection mirror
100, 101, 102, 103 Detection optical system
104 Photodetector
105 Upper optical sensor
106 Lower optical sensor
110, 115, 130 Torque measuring device
111, 117, 132 Irradiation optical system
112, 118, 133 detection optical system
113 Optical sensor
120 optical fiber for transmission
121,125 collimator lens
122,124,135 Objective lens
126 Optical fiber for reception

Claims (5)

レーザ光等の光線を出力する出力装置と、
出力された光線のビーム径を調節して回転体に照射するビーム調整装置と、
軸方向に離間した２位置で前記回転体の表面に取り付けられ、前記回転体に照射された光線の反射光線に対し前記回転体の回転に応じた光強度変化を与える一組の反射手段と、
前記一組の反射手段から反射される各反射光線の光強度変化をそれぞれ検出する一組の光検出手段と、
前記一組の光検出手段で検出された各反射光線の光強度変化について相関処理を行って各反射光線間の時間的な位相差を求め、前記回転体の捩り歪み量を検出することにより前記回転体のトルクを求める信号処理装置とを備えており、
前記ビーム調整装置は、前記出力装置からの光線を前記回転体の表面に照射する複数の照射光学系を備えるとともに、前記照射光学系は、前記回転体に離接する方向に微調節自在に設けられ、さらに、
前記反射手段は、前記回転体の軸方向に離間した２位置に貼り付けられた一組の反射シールと、前記回転体の周方向に前記一組の反射シールと１８０度異なる２位置に貼り付けられた他の組の反射シールとで構成され、かつ、前記一組の光検出手段は、前記一組の反射シールからの各反射光線及び前記他の組の反射シールからの各反射光線を検出するよう構成されており、
前記一組の光検出手段で検出された前記一組の反射シールからの各反射光線と前記他の組の反射シールからの各反射光線とにより、それぞれ求められた捩り歪み量を、前記信号処理手段で平均化処理して前記回転体の振れ回り偏心の補正を行うことを特徴とするトルク計測装置。An output device for outputting a light beam such as a laser beam;
A beam adjusting device for adjusting the beam diameter of the output light beam and irradiating the rotating body;
A pair of reflecting means attached to the surface of the rotating body at two positions spaced apart in the axial direction, and giving a change in light intensity according to the rotation of the rotating body with respect to the reflected light beam applied to the rotating body ;
A set of light detecting means for detecting a change in light intensity of each reflected light beam reflected from the set of reflecting means ;
By performing a correlation process on the light intensity change of each reflected light beam detected by the set of light detecting means to obtain a temporal phase difference between the reflected light beams, and detecting the amount of torsional distortion of the rotating body A signal processing device for determining the torque of the rotating body,
The beam adjustment device, Rutotomoni comprises a plurality of irradiation optical system for irradiating a light beam from said output device on the surface of the rotating body, said irradiation optical system is disposed for free fine adjustment in a direction in contact away to the rotary member In addition,
The reflection means is affixed at two positions that are 180 degrees apart from the set of reflective seals in the circumferential direction of the rotating body and a pair of reflecting seals that are affixed at two positions spaced apart in the axial direction of the rotating body. The other set of reflective seals, and the one set of light detecting means detects each reflected light beam from the one set of reflective seals and each reflected light beam from the other set of reflective seals. Configured to
The amount of torsional distortion obtained from each reflected light beam from the one set of reflective seals and each reflected light beam from the other set of reflective seals detected by the one set of light detection means is calculated by the signal processing. torque measuring device, characterized in that the averaging processing is made in unit corrects the whirling eccentricity of the rotating body. 前記一組の反射シールと前記他の組の反射シールとが、前記回転体の周方向にそれぞれ複数組貼り付けられており、前記回転体の１回転において、前記一組の光検出手段で検出された各々の組の反射シールからの各反射光線により求められた捩り歪み量を、前記信号処理手段で平均化処理する請求項１に記載のトルク計測装置。The one set of reflective seals and the other set of reflective seals are respectively affixed in the circumferential direction of the rotating body, and are detected by the one set of light detection means in one rotation of the rotating body. The torque measuring device according to claim 1, wherein the torsional distortion amount obtained by each reflected light beam from each set of reflective seals is averaged by the signal processing means. 前記一組の光検出手段が複数組設けられており、各々の組の光検出手段により求められる平均化された捩り歪み量を、前記信号処理手段でさらに平均化処理する請求項１又は請求項２に記載のトルク計測装置。The plurality of sets of the one set of light detection means are provided, and the average torsional distortion amount obtained by each set of light detection means is further averaged by the signal processing means. 2. The torque measuring device according to 2. 前記反射シールがＭ系列反射シールである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のトルク計測装置。The torque measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the reflective seal is an M-series reflective seal. 前記回転体は、タービンの回転軸である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のトルク計測装置。The torque measuring device according to claim 1, wherein the rotating body is a rotating shaft of a turbine.

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