JPH0553923B2 - - Google Patents
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- JPH0553923B2 JPH0553923B2 JP59132640A JP13264084A JPH0553923B2 JP H0553923 B2 JPH0553923 B2 JP H0553923B2 JP 59132640 A JP59132640 A JP 59132640A JP 13264084 A JP13264084 A JP 13264084A JP H0553923 B2 JPH0553923 B2 JP H0553923B2
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Classifications
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- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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-
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、蒸気タービン・発電機のような高速
回転機械の軸振動を測定監視する振動監視装置に
係り、特に地震発生時において不必要にタービン
トリツプ等が起らないようにしたタービン振動監
視装置に関する。Detailed Description of the Invention [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a vibration monitoring device that measures and monitors the shaft vibration of high-speed rotating machines such as steam turbines and generators. This invention relates to a turbine vibration monitoring device that prevents trips and the like from occurring.
発電プラント等で使用される蒸気タービン等の
高速回転機械の運転において最も重要なことは、
その軸振動を全ての運転状態において適正なレベ
ルに抑えることである。
The most important thing in the operation of high-speed rotating machinery such as steam turbines used in power generation plants is:
The aim is to suppress the shaft vibration to an appropriate level under all operating conditions.
ところで、軸振動過大の徴候は、タービン起動
時や負荷変化時に現われることが多く、振動は一
般的な数多くの運転監視項目の中でも特に厳重な
監視が要求されているものの一つである。 By the way, signs of excessive shaft vibration often appear when the turbine is started or when the load changes, and vibration is one of the many common operational monitoring items that requires particularly strict monitoring.
また、原子力発電プラントは大容量化の進展と
ともに、日本国内のベースロードとしての重要な
役割を担つているため、その主要機器であるター
ビン・発電機等の回転機械の信頼性向上が一段と
強く要求されるに至つている。したがつて、回転
機械の信頼性の指標である振動の計測は極めて重
要であり、そこで使用される振動計も信頼性の高
いものでなくてはならない。同様に振動計をセン
サーとする振動監視装置も高信頼性を有するもの
でなくてはならず、例えば振動計の誤動作等で蒸
気タービンが緊急停止するようなことがあれば、
社会生活に困難を与えることは必至であり、振動
監視装置の構成には十分な注意が必要である。 In addition, as nuclear power plants continue to increase in capacity and play an important role as base load in Japan, there is a strong demand for improved reliability of rotating machinery such as turbines and generators, which are the main equipment of nuclear power plants. It has come to be. Therefore, measurement of vibration, which is an indicator of the reliability of rotating machinery, is extremely important, and the vibration meter used therein must also be highly reliable. Similarly, a vibration monitoring device that uses a vibration meter as a sensor must also be highly reliable.For example, if a malfunction of the vibration meter causes an emergency stop of the steam turbine,
It is inevitable that this will cause difficulties in social life, and sufficient attention must be paid to the configuration of the vibration monitoring device.
このような観点から、火力発電プラントおよび
原子力発電プラントで用いられている蒸気タービ
ン発電機には、タービンロータ、発電機ロータの
軸振動を常時監視し、その振動振幅値が或値以上
になると警報を発して運転員にその異常を知らせ
る自動警報装置、或は振動振幅値がさらに大きく
なつて設定値以上になると、蒸気タービンの入口
蒸気止め弁を急閉させることによつて自動的にト
リツプ（運転停止）させる自動トリツプ装置が安
全上設置されている。 From this point of view, steam turbine generators used in thermal power plants and nuclear power plants are constantly monitored for shaft vibration of the turbine rotor and generator rotor, and an alarm is issued when the vibration amplitude value exceeds a certain value. An automatic alarm system that notifies the operator of the abnormality by emitting an alarm, or when the vibration amplitude increases further and exceeds a set value, automatically trips the steam turbine by rapidly closing the inlet steam stop valve. An automatic trip device is installed for safety reasons.
第１図は、タービン発電機の一般的な振動計測
点を示す図であつて、高圧タービンロータ１、低
圧タービンロータ２、および発電機ロータ３は、
一本の軸系としてフランジ結合され、各ロータ胴
部の前後のジヤーナル部４において軸受５によつ
て支承されている。 FIG. 1 is a diagram showing general vibration measurement points of a turbine generator, and the high pressure turbine rotor 1, the low pressure turbine rotor 2, and the generator rotor 3 are
It is flange-coupled as a single shaft system, and is supported by bearings 5 at the front and rear journal parts 4 of each rotor body.
ところで、上記軸受５に第２図に示すように通
常振動計６が装着されている。すなわち、基礎台
７上に設置された軸受台８に上記振動計６の外筒
９が固着されている。上記外筒９内にはバネ１０
によつて軸受５内に付勢された検出杆１１が同心
状に設けられ、その検出杆１１の先端がジヤーナ
ル部４に圧接され、さらに上記検出杆１１の基端
に検出器１２が装着されている。 By the way, a vibration meter 6 is usually attached to the bearing 5 as shown in FIG. That is, the outer cylinder 9 of the vibration meter 6 is fixed to a bearing stand 8 installed on a foundation stand 7. A spring 10 is placed inside the outer cylinder 9.
A detection rod 11 is provided concentrically within the bearing 5, and the tip of the detection rod 11 is pressed against the journal portion 4, and a detector 12 is attached to the base end of the detection rod 11. ing.
しかして、ジヤーナル部４が振動すると、それ
に接触している検出杆１１によりその振動が検出
器１２に伝達される。上述の如き接触型の振動計
６では、検出器１２は普通速度計或は加速度計で
構成されているため、ジヤーナル４の絶対振動を
検出杆１１を介して速度或は加速度として検出す
ることができる。そこで、上記振動計６からの出
力は積分器１３により積分され変位信号に変換さ
れる。なお、振動計６の型式としては軸受台８と
ジヤーナル部４との相対変位の変化を直接検出で
きる変位計を使つた非接触型のものもある。とこ
ろで、上記変位信号は整流器１４により整流さ
れ、変位の絶対値である振動振幅変化に変化され
た後比較判断装置１５に入力される。 Thus, when the journal section 4 vibrates, the vibration is transmitted to the detector 12 by the detection rod 11 that is in contact with it. In the contact-type vibrometer 6 as described above, the detector 12 is usually composed of a velocity meter or an accelerometer, so that the absolute vibration of the journal 4 can be detected as velocity or acceleration via the detection rod 11. can. Therefore, the output from the vibrometer 6 is integrated by an integrator 13 and converted into a displacement signal. Note that there is also a non-contact type vibration meter 6 that uses a displacement meter that can directly detect changes in relative displacement between the bearing stand 8 and the journal portion 4. By the way, the displacement signal is rectified by the rectifier 14 and is input to the comparison/judgment device 15 after being changed into a vibration amplitude change which is the absolute value of the displacement.
上記比較判断装置１５には振幅信号を予め定め
られた振動制限値すなわち警報値或は停止値と比
較する演算回路が組込まれており、ジヤーナル部
４の振動振幅が警報値以上になると、警報装置１
６に警報信号を出力し、さらに振幅が増大し停止
値以上になると、トリツプ装置１７に停止信号を
出力する。そこで警報装置１６或はトリツプ装置
１７は、それぞれ上記比較判断装置１５の出力に
応じて警報を発して運転員に異常を知らせ、或は
タービン発電機をトリツプさせる。 The comparison/judgment device 15 has a built-in arithmetic circuit that compares the amplitude signal with a predetermined vibration limit value, that is, an alarm value or a stop value, and when the vibration amplitude of the journal section 4 exceeds the alarm value, the alarm device is activated. 1
An alarm signal is output to the trip device 17, and when the amplitude further increases to a stop value or more, a stop signal is output to the trip device 17. Therefore, the alarm device 16 or the trip device 17 issues an alarm depending on the output of the comparison/judgment device 15 to inform the operator of the abnormality or trip the turbine generator.
上記比較判断装置１５は、各軸受５に装着され
た振動計６に対応して設けられており、各比較判
断装置１５の出力信号が第３図に示すようにそれ
ぞれ共通の警報装置１６およびトリツプ装置１７
に入力されるようにしてあり、一つの振動監視装
置が構成されている。 The comparison/judgment device 15 is provided corresponding to the vibration meter 6 mounted on each bearing 5, and the output signal of each comparison/judgment device 15 is transmitted to a common alarm device 16 and a trip, respectively, as shown in FIG. Device 17
One vibration monitoring device is configured.
このようなタービンにおける振動監視装置は、
ロータの不釣合振動、ラビング、オイルホイツ
プ、スチームホワール等のタービン発電機自身の
内的要因に起因して発生する振動に対して、ター
ビン発電機を保護し、安全性を向上させることが
主目的となつている。ところが、振動計６は第２
図のように取付けられた絶対振動計であるため
に、ジヤーナル部４が振動したときのみならず、
軸受台８を含めた全体が振動しても、その振動を
感知することになる。このような現象は相当に大
きな外力が作用しない限り発生しないけれども、
無視し得ない場合として地震時等がある。 Vibration monitoring equipment in such turbines is
The main purpose is to protect the turbine generator from vibrations caused by internal factors of the turbine generator itself, such as unbalanced vibration of the rotor, rubbing, oil whip, and steam whirl, and to improve safety. ing. However, the vibration meter 6
Since it is an absolute vibration meter installed as shown in the figure, it can be used not only when the journal section 4 vibrates, but also when the journal part 4 vibrates.
Even if the entire body including the bearing stand 8 vibrates, the vibration will be sensed. Although such a phenomenon does not occur unless a considerable external force is applied,
There are cases such as earthquakes that cannot be ignored.
ところで、一般に軸受台８は、第４図に示すよ
うに、基礎台７に固定されており、その基礎台７
はマツト１８上に据付けられ、さらにそのマツト
１８は地盤１９上に載置されている。したがつ
て、地震が発生すると、その振動は地盤１９より
マツト１８に伝わり、さらに基礎台７を介して軸
受台８およびジヤーナル部４が加振される。 By the way, the bearing stand 8 is generally fixed to the foundation stand 7, as shown in FIG.
is installed on a mat 18, and the mat 18 is further placed on the ground 19. Therefore, when an earthquake occurs, the vibration is transmitted from the ground 19 to the mat 18, and furthermore, the bearing stand 8 and the journal section 4 are vibrated via the foundation stand 7.
このタービン・発電機とタービン基礎台からな
る振動系をモデル化すると、第５図に示すよう
に、第１図における高圧タービンロータ１、低圧
タービンロータ２、および発電機ロータ３の合計
質量に相当する質量２０と、タービン・発電機基
礎台７の剛性に相当するバネ２１と、減衰項を代
表するダンパー２２とからなる一般的なバネ質量
系に置きかえることができる。上記ロータの合計
質量に相当する質量をＭ、バネ２１のバネ定数を
Ｋ、ダンパー２２のダンピング係数をＤとする
と、マツト１８に付加される外力X1＝A0sinωtに
対するタービン・発電機の応答は、入力振幅A0
に対する応答振幅A2の比率で表わすと、次に示
すようになる。 When this vibration system consisting of the turbine/generator and the turbine foundation is modeled, as shown in Fig. 5, it corresponds to the total mass of the high-pressure turbine rotor 1, low-pressure turbine rotor 2, and generator rotor 3 in Fig. 1. It can be replaced with a general spring mass system consisting of a mass 20, a spring 21 corresponding to the rigidity of the turbine/generator base 7, and a damper 22 representing a damping term. Assuming that the mass corresponding to the total mass of the rotor is M, the spring constant of the spring 21 is K, and the damping coefficient of the damper 22 is D, the response of the turbine/generator to the external force X 1 =A 0 sinωt applied to the mat 18 is is the input amplitude A 0
When expressed as a ratio of response amplitude A2 to
A2／A0＝１＋2Dη）2／（１−η）＋（2Dη） ……(1)
ここで、η＝ω0／ω
ω0：タービン発電機を含む基礎台系の固有
振動数
減衰が小さい系であると、地震波が有する周波
数成分と基礎台系の固有振動数が一致した場合、
すなわちη＝１の場合、基礎台の上に載つている
タービン発電機の振動は大きくなる。その加振力
は、基礎台７の振動特性に依つても異なるが、マ
ツト１８での加振力の２〜５倍程度にまで達する
ことがある。また、振動計６は軸受台８全体が振
動しても、その振動変位を感知するようになつて
いるため、地震のような外力が基礎台に働いて
も、その振動変位量が停止値に達した時には、や
はりトリツプ装置１７に停止信号を出し上記ター
ビンがトリツプすることになる。A2/A0=1+2Dη) 2 /(1-η)+(2Dη) ...(1) Here, η=ω 0 /ω ω 0 : Natural frequency of the foundation system including the turbine generator System with small damping Then, if the frequency component of the seismic wave and the natural frequency of the foundation system match,
That is, when η=1, the vibration of the turbine generator placed on the foundation becomes large. Although the excitation force varies depending on the vibration characteristics of the base 7, it may reach about 2 to 5 times the excitation force at the mat 18. In addition, the vibration meter 6 is designed to sense the vibration displacement even if the entire bearing pedestal 8 vibrates, so even if an external force such as an earthquake acts on the foundation pedestal, the amount of vibration displacement will reach the stopping value. When this is reached, a stop signal is also issued to the trip device 17, causing the turbine to trip.
振動変位と加速度の関係は次式で表わされる。 The relationship between vibration displacement and acceleration is expressed by the following equation.
δ＝α×9800／（2π）2 ……(2)
ここで、δ：振動変位
α：加速度
：周波数
この式からわかるように小さい加速度であつて
も周波数が低い場合には大きな変位が生じる。例
えば、加速度が0.05G、周波数が５Hzとするとそ
の変位は0.5mmとなる。前述のように、基礎台を
伝わることによつて地震波は増振されて軸受台７
に入力されるが、例えばその振動応答倍率が２で
あると、マツト１８が0.025Gの地震動で加振さ
れるとき、軸受台７は0.05Gで加振され、その変
位が0.5mmまで増幅されることになる。したがつ
て、これが停止値を越えていれば、比較判断装置
１５は停止信号を出力し、蒸気タービンはトリツ
プしてしまう。地震波には多くの周波数が含ま
れ、(1)式からわかるようにそれぞれの周波数によ
つて振幅応答倍率も異なるため、このような単純
な計算では十分ではないが、この検討結果は少な
くとも0.025G程度の小さな地震が生じても蒸気
タービンがトリツプし、プラントからの送電が停
止するという可能性を示すものである。 δ=α×9800/(2π) 2 ...(2) Here, δ: Vibration displacement α: Acceleration: Frequency As can be seen from this equation, even if the acceleration is small, a large displacement will occur if the frequency is low. For example, if the acceleration is 0.05G and the frequency is 5Hz, the displacement will be 0.5mm. As mentioned above, the seismic waves are amplified by propagating through the foundation, and
For example, if the vibration response magnification is 2, when the mat 18 is vibrated by an earthquake motion of 0.025G, the bearing stand 7 is vibrated by 0.05G, and the displacement is amplified to 0.5mm. That will happen. Therefore, if this exceeds the stop value, the comparator 15 outputs a stop signal and the steam turbine trips. Seismic waves include many frequencies, and as can be seen from equation (1), the amplitude response magnification differs depending on each frequency, so such a simple calculation is not sufficient, but the results of this study indicate that at least 0.025G This indicates the possibility that even a small earthquake could cause the steam turbine to trip and stop power transmission from the plant.
以上は、振動計６が地震波或は増幅された地震
波を軸受台８を介して直接感知してトリツプに至
る場合であるが、このほかこの地震波が軸受台８
への加振力となり軸受５とロータジヤーナル４と
の間に強制外部変位を与えた結果として誘起され
る一時的な大振幅によりトリツプ値に至る場合が
ある。 The above is a case in which the vibration meter 6 directly senses seismic waves or amplified seismic waves via the bearing pedestal 8 and leads to a trip.
The temporary large amplitude induced as a result of applying a forced external displacement between the bearing 5 and the rotary journal 4 may lead to a trip value.
後者の現象は最近の事例解解析により明らかに
なつたものであり、前者に対する処置が完全であ
つたとしても以前として地震による不用意なター
ビントリツプの可能性が残つていることになる。
一方、ベースロードを担つている大容量タービ
ン・発電機が不必要にトリツプした場合には、電
力系統に及ぼす影響が極めて大きく、広域全停電
事故に発展して、社会的混乱を招く。 The latter phenomenon has been clarified by recent case analysis, and even if the former is completely addressed, there remains the possibility of an inadvertent turbine trip caused by an earthquake.
On the other hand, if the large-capacity turbines and generators responsible for the base load were to trip unnecessarily, the impact on the power system would be extremely large, leading to wide-area power outages and causing social chaos.
したがつて、例え地震時といえどもそれによつ
て発生する軸振動現象に的確に対処できるように
なタービン振動監視装置が要望されるようになつ
た。 Therefore, there has been a need for a turbine vibration monitoring system that can accurately deal with shaft vibration phenomena that occur even during an earthquake.
本発明はこのような点に鑑み、地震の発生によ
つて不必要にタービントリツプが生ずることがな
く、タービントリツプの機会を必要最小限にとど
めることができるようにしたタービン振動監視装
置を得ることを目的とする。
In view of these points, the present invention provides a turbine vibration monitoring device that prevents unnecessary turbine trips due to the occurrence of earthquakes and can minimize the chances of turbine trips. The purpose is to obtain.
本発明は、回転軸の振動を連続的に検出する振
動検出装置と、その振動検出装置より検出された
振動信号を予め定められた振動制限値と比較し、
上記振動信号が振動制限値を超えた場合に、ユニ
ツトを自動的に停止させるためのトリツプ信号を
出力する比較判断装置と、そのトリツプ信号を入
力してユニツトを自動的に停止させる自動トリツ
プ装置を有するタービン振動監視装置において、
前記振動検出回路が、タービン・発電機の主とし
て起動時のような回転上昇時に使用される起動用
回路と、主として系統併入以降に使用される負荷
運転用回路の２系統で構成され、少なくとも負荷
運転用回路には上記振動検出装置で検出された振
動信号の特定の周波数域をカツトするフイルター
を有し、比較判断装置と自動トリツプ装置との間
には、前記起動用回路と負荷運転用回路の各々の
特性から定まり、かつそれらの回路に対応して一
定時間トリツプ信号を停止させるタイマーがそれ
ぞれ介装され、これらの２組の回路とタイマーの
組合せがタービン・発電機の運転条件に応じて切
替えられるようにしたことを特徴とするものであ
つて、地震動による軸振動増加に対して不用意な
トリツプ作動が防止され、ちよつとした地震でタ
ービン・発電機がトリツプするようなことがない
ようにしたものである。
The present invention includes a vibration detection device that continuously detects vibrations of a rotating shaft, and a vibration signal detected by the vibration detection device that compares with a predetermined vibration limit value.
A comparison judgment device outputs a trip signal to automatically stop the unit when the vibration signal exceeds the vibration limit value, and an automatic trip device inputs the trip signal to automatically stop the unit. In a turbine vibration monitoring device having
The vibration detection circuit is composed of two systems: a startup circuit that is used when the rotation of the turbine/generator increases, such as during startup, and a load operation circuit that is mainly used after the system is connected to the system. The operation circuit has a filter that cuts out a specific frequency range of the vibration signal detected by the vibration detection device, and the startup circuit and the load operation circuit are provided between the comparison judgment device and the automatic trip device. A timer that stops the trip signal for a certain period of time is determined based on the characteristics of each of the circuits, and a timer that stops the trip signal for a certain period of time is interposed in each circuit, and the combination of these two sets of circuits and timers is It is characterized by being able to switch, which prevents inadvertent tripping due to increased shaft vibration due to earthquake motion, and prevents the turbine/generator from tripping due to a small earthquake. This is what I did.
以下、第６図乃至第２０図を参照して本発明の
実施例について説明する。なお、図中前記従来装
置と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説
明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 6 to 20. In the figure, the same parts as those of the conventional device are given the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.
第６図は本発明のタービン振動監視装置の一実
施例を示す概略系統図であつて、検出器１２と積
分器１３との間に、地震波の卓越周波数成分以下
をカツトするフイルター（地震フイルター）２３
とタービン・発電機軸系の最低次固有信号数以上
の周波数成分を通すフイルター（低周波カツトフ
イルター）２４との並列回路が介装されており、
さらに比較判断装置１５とトリツプ装置１７との
間に、上記２つのフイルター２３，２４の特性に
対応した一定時間だけトリツプ信号のトリツプ装
置への入力を停止するように設定された２つのタ
イマー２５，２６の並列回路が設けられ、これら
の２組のフイルターとタイマーの組合せを、ター
ビン・発電機の運転条件から定まる外部信号２７
を検出する外部信号検出器２８からの切替信号に
よつて切替器２９、および３０を作動させて、切
替使用するように構成されている。そして、ター
ビンの起動時においては上記地震フイルター２３
とタイマー２５が振動検出回路に挿入され、定格
回転数運転時においては、低周波カツトフイルタ
ー２４とタイマー２６が振動検出回路に挿入さ
れ、それによつて地震波域はそれによるロータの
応答振動を除去するようにしてある。 FIG. 6 is a schematic system diagram showing one embodiment of the turbine vibration monitoring device of the present invention, in which a filter (seismic filter) is installed between the detector 12 and the integrator 13 to cut off frequencies below the dominant frequency component of seismic waves. 23
A parallel circuit with a filter (low frequency cut filter) 24 that passes frequency components higher than the number of lowest-order characteristic signals of the turbine/generator shaft system is interposed,
Furthermore, two timers 25 are provided between the comparison/judgment device 15 and the trip device 17, and are set to stop inputting the trip signal to the trip device for a certain period of time corresponding to the characteristics of the two filters 23 and 24. 26 parallel circuits are provided, and the combination of these two sets of filters and timers is controlled by an external signal 27 determined from the operating conditions of the turbine/generator.
The switching devices 29 and 30 are actuated by a switching signal from an external signal detector 28 that detects the switching signal, so that the switching devices 29 and 30 are switched for use. When the turbine is started, the seismic filter 23
and a timer 25 are inserted into the vibration detection circuit, and during operation at the rated rotation speed, a low frequency cut filter 24 and a timer 26 are inserted into the vibration detection circuit, thereby eliminating the response vibration of the rotor caused by the seismic wave region. It's like this.
すなわち、一般に振動監視装置に要求される特
性は、できるだけ実際の振動波形に近いすべての
周波数領域の振動信号を正確に検出して監視する
ことである。したがつて、この特性をそのまゝ振
動監視装置に実現させると、前述の如く地震時に
おいては検出器そのものが地震波を直接検出する
か、或はこの地震波に応答して発生するロータ軸
系の一時的な大振幅を検出することによつて振動
大トリツプに至ることになる。 That is, a characteristic generally required of a vibration monitoring device is to accurately detect and monitor vibration signals in all frequency ranges that are as close to the actual vibration waveform as possible. Therefore, if this characteristic is directly implemented in a vibration monitoring device, the detector itself will directly detect the seismic waves during an earthquake as described above, or the rotor shaft system will detect the seismic waves generated in response to the seismic waves. Detection of a temporary large amplitude will lead to a large vibration trip.
そこで、本発明においては、地震フイルター２
３とタイマー２５、或は低周波カツトフイルター
２４とタイマー２６を振動検出回路に選択的に挿
入し、地震波或はそれによるロータの応答振動を
除去して、トリツプ装置が不用意に作動すること
がないようにしてある。 Therefore, in the present invention, the earthquake filter 2
3 and a timer 25, or a low frequency cut filter 24 and a timer 26, are selectively inserted into the vibration detection circuit to remove seismic waves or response vibrations of the rotor caused by them, thereby preventing the trip device from operating inadvertently. I have made sure that there is no such thing.
しかしながら、振動監視装置としては、このよ
うな付加要素を設けたことによつて機械自身から
の異常を知らせる異常振動のものの監視を妨げて
はならず、これらの付加要素の特性すなわちどの
周波数以下をどれ位の時間だけ除去するかが問題
となつてくる。これらを決定するためには、地震
波の特性のみならず一般的な或は地震波に応答し
て回転機械に現われる振動の性質、特にそれらの
周波数成分を知る必要がある。 However, as a vibration monitoring device, the provision of such additional elements must not impede the monitoring of abnormal vibrations that indicate an abnormality from the machine itself, and the characteristics of these additional elements, i.e. the frequency below which The question becomes how long should it be removed. In order to determine these, it is necessary to know not only the characteristics of seismic waves but also the nature of vibrations that appear in rotating machines in general or in response to seismic waves, especially their frequency components.
このうち地震波は、タービン・発電機が設置さ
れている地盤の構造や地震波の発生位置（深さ、
距離）等の種々の要因に影響を受けるが、現在ま
で経験された地震波は第７図に示すようにだいた
い０〜20Hzの周波数範囲にあり、この中で３〜８
Hz程度の低周波成分ω0が卓越していることが一
般的に認識されている。 Of these, seismic waves are caused by the structure of the ground where turbines and generators are installed, and the location (depth,
As shown in Figure 7, the seismic waves experienced to date are generally in the frequency range of 0 to 20 Hz, and within this range, there are 3 to 8 Hz.
It is generally recognized that low frequency components ω 0 on the order of Hz are predominant.
一方、タービン・発電機に発生する機械自身に
起因する振動の大部分は何らかの原因によつてロ
ータに発生したアンバランス量に起因する振動と
自励振動である。前者は機械の運転回転数と同一
の周波数をもつた回転同期成分が主体となつてお
り、火力タービンでは、50Hz、60Hzであり、原子
力タービンでは通常４極機を採用することから25
Hz，30Hzである。この振動はパネルの飛散、或は
ロータの曲り、アライメントの変化、静止部との
接触等機械の異常が敏感に現われるもので、振動
監視上重要な因子である。また、自励振動で代表
的な例は軸受の油膜特性に起因するオイルホイツ
プ現象で、一度発生すると持続する特性があり、
また振幅の烈しい振動で時には軸受の損傷や軸自
身の破壊に至る恐れがある。第８図はこの現象が
が発生したときの振動の周波数分析を示す図であ
り、この軸系の最低次危険速度ωoで振動する性
質をもつている。すなわち、現在使用されている
タービン・発電機の最低次危険速度は原子力ター
ビンでは10Hz近傍、火力タービンで20Hz以上であ
ることから、それぞれ上記周波数で振れ回ること
になる。 On the other hand, most of the vibrations caused by the machines themselves that occur in turbines and generators are vibrations and self-excited vibrations caused by unbalance generated in the rotor for some reason. The former mainly consists of a rotational synchronous component with the same frequency as the operating speed of the machine, which is 50Hz or 60Hz for thermal turbines, and 25% since nuclear turbines usually use a quadrupole motor.
Hz, 30Hz. This vibration is an important factor in vibration monitoring because mechanical abnormalities such as panel scattering, rotor bending, changes in alignment, and contact with stationary parts are sensitively manifested. A typical example of self-excited vibration is the oil whip phenomenon caused by the oil film characteristics of bearings, which has a characteristic that once it occurs, it persists.
In addition, vibrations with strong amplitudes may sometimes lead to damage to the bearings or destruction of the shaft itself. FIG. 8 is a diagram showing frequency analysis of vibration when this phenomenon occurs, and has the property of vibrating at the lowest critical speed ω o of this shaft system. In other words, the lowest critical speed of the turbines and generators currently in use is around 10Hz for nuclear power turbines and 20Hz or more for thermal power turbines, so they will oscillate at the above frequencies.
これに対し、地震時における軸の挙動を解明す
ることは、実機計測が極めて困難であるから精度
の高いシユミレーシヨン試験が必要となる。第９
図はこのような解析結果の一例であり、地震波が
軸の直角方向から入力してきたときのロータの振
動応答をを理論的に求めた応答波形ｄを示したも
のであつて、縦軸がジヤーナル部４と軸受５との
相対変位、すなわちロータの振動値を表わし、横
軸は時間を示している。また、第１０図はこの応
答波形ｄの周波数分析値を示したものである。 On the other hand, elucidating the behavior of shafts during earthquakes requires highly accurate simulation tests, as it is extremely difficult to measure them using actual equipment. 9th
The figure is an example of such an analysis result, and shows the response waveform d, which is the theoretically determined vibration response of the rotor when seismic waves are input from the direction perpendicular to the axis, and the vertical axis is the journal. It represents the relative displacement between the portion 4 and the bearing 5, that is, the vibration value of the rotor, and the horizontal axis represents time. Moreover, FIG. 10 shows the frequency analysis value of this response waveform d.
この図から地震時には、定常時のアンバランス
振動である回転同期成分ωCに、このωCより遥か
に振動が大きくかつ地震が持つている卓越周波数
ω0に近い低周波成分ω1と、これに軸の固有振動
数ωoと応答している成分ω2が現われることがわ
かる。そして、一般的にω1＝〜ω0，ω2＝〜ωoの関係
が成り立つ。 This figure shows that during an earthquake, in addition to the rotational synchronous component ω C , which is an unbalanced vibration during steady state, there is a low frequency component ω 1 , which is much larger in vibration than ω C and close to the dominant frequency ω 0 of an earthquake, and this It can be seen that a component ω 2 appears in response to the natural frequency ω o of the shaft. In general, the relationships ω 1 =~ω 0 and ω 2 =~ω o hold true.
以上の解析結果から、タービン・発電機として
常時監視すべき周波数は対象とするロータ系の最
低次固有振動数以上であるということができる。
すなわち、第８図において自励振動周波数である
ωoと回転周期成分であるωC、さらには第１０図
における地震応答振動周波数ω2＝〜ωoが監視でき
れば、定常運転中の振動監視は十分であることに
なる。 From the above analysis results, it can be said that the frequency that should be constantly monitored as a turbine/generator is equal to or higher than the lowest natural frequency of the target rotor system.
That is, if it is possible to monitor the self-excited vibration frequency ω o and the rotation period component ω C in Fig. 8, as well as the seismic response vibration frequency ω 2 =~ω o in Fig. 10, vibration monitoring during steady operation is possible. It will be enough.
これを第１１図で説明すると、斜線部Ｘは領域
が軸振動計として常時監視する必要がある領域
で、実線ｆが地震波に一般的に含まれている周波
数ごとの強さを描いたもので、この図から明らか
なように、機械地震に起因する振動の監視を妨げ
ないで、かつ地震によつて発生する低周波数成分
の軸振動ω1を除去する方策としては、対象とな
るロータ系の最低次固有振動数ωoにできるだけ
近い周波数以下を除去するフイルター（低周波カ
ツトフイルター）２４が一番良いということにな
る。 To explain this in Figure 11, the shaded area X is the area that needs to be constantly monitored as a shaft vibration meter, and the solid line f depicts the strength of each frequency generally included in seismic waves. As is clear from this figure, the best way to remove the low frequency component of shaft vibration ω 1 generated by an earthquake without interfering with the monitoring of vibrations caused by mechanical earthquakes is to It follows that a filter (low frequency cut filter) 24 that removes frequencies below the lowest natural frequency ω o as possible is best.
しかしながら、フイルターの特性をこのように
設定すると、起動時の如くタービン発電機の回転
上昇の際に運転回転数がフイルターで除去した周
波数域にある場合に、ロータの振動が検出できな
いいわゆる盲運転におちいることになる。特に火
力プラントの蒸気タービンのようにロータ系の最
低次固有振動数が高い機械では、この状態が高回
転数まで続くことになり好ましいことではない。 However, if the filter characteristics are set in this way, when the operating speed is in the frequency range removed by the filter when the rotation of the turbine generator increases, such as during startup, so-called blind operation occurs in which rotor vibration cannot be detected. I will fall. Particularly in machines such as steam turbines in thermal power plants, where the lowest natural frequency of the rotor system is high, this condition continues up to high rotational speeds, which is not desirable.
この矛盾した要求を満足させるためのひとつの
手段は、第１１図における斜線部Ｙだけをカツト
するフイルターすなわち第１２図に示すような感
度を持つフイルター（地震フイルター）２３を使
用することである。 One means to satisfy this contradictory requirement is to use a filter that cuts only the shaded area Y in FIG. 11, that is, a filter (seismic filter) 23 with sensitivity as shown in FIG. 12.
本発明の上記実施例はこのような考慮のもとに
構成されたものであり、このようにすることによ
つて地震波そのものおよびその影響をできるだけ
少なくし、かつ振動エネルギが大きくなる60ppm
（10Hz）付近以上の回転数では軸振動値をほぼ完
全に監視することが可能となる。 The above-mentioned embodiment of the present invention was constructed based on such consideration, and by doing so, the seismic waves themselves and their effects are minimized, and the vibration energy is increased to 60ppm.
At rotation speeds around (10Hz) or higher, it is possible to almost completely monitor the shaft vibration value.
この場合、600rpm以下では軸振動の監視が不
完全になることは第１２図から明らかであるが、
これは地震フイルター２３を入れたことによる周
波数特性が、タービン・発電機の回転上昇時の軸
振動監視に対する最少限の要求を満たすものであ
ることによる。すなわち、600rpm（10Hz）未満の
極低回転数域においては、振動エネルギが極めて
小さいことと、例え振動が直接的に監視できなく
とも、起動操作のチエツク等によつて十分カバー
できるということがその理由である。 In this case, it is clear from Fig. 12 that the shaft vibration monitoring is incomplete below 600 rpm.
This is because the frequency characteristics obtained by inserting the seismic filter 23 satisfy the minimum requirements for monitoring shaft vibration when the rotation of the turbine/generator increases. In other words, in the extremely low rotation speed range below 600 rpm (10 Hz), the vibration energy is extremely small, and even if vibration cannot be directly monitored, it can be sufficiently covered by checking the startup operation, etc. That's the reason.
すなわち、タービン・発電機の全運転状態に対
して地震対策を施こすという前提に立つた場合、
タービン・発電機の回転上昇にあたつては地震フ
イルター２３（第１１図のＹ領域をカツトできる
フイルター）を使用し、併入後の負荷運転中にお
いては、低周波カツトフイルター２４（第１１図
のＸ領域以外をカツトするフイルター）を使用す
ることによつて、一応その目的を達成することが
できる。 In other words, assuming that earthquake countermeasures are taken for all operating conditions of turbines and generators,
When the rotation of the turbine/generator increases, the seismic filter 23 (a filter that can cut the Y region in Fig. 11) is used, and during load operation after installation, the low frequency cut filter 24 (Fig. 11) is used. By using a filter that cuts out areas other than the X region, this objective can be achieved to a certain extent.
ところが、地震フイルター２３にあつては、地
震動の主要成分はカツトできるものの、それ以上
の周波数成分はそのまま通すために、軸系がその
成分によつて共振を起して振動大となることがあ
り得るし、低周波カツトフイルター２４を使用し
ても地震動力に励起される軸系の最低次固有振動
数成分ωoは除去しきれない。 However, although the seismic filter 23 can cut out the main components of seismic motion, it allows higher frequency components to pass through as they are, which can cause the shaft system to resonate with those components, resulting in large vibrations. However, even if the low frequency cut filter 24 is used, the lowest natural frequency component ω o of the shaft system excited by the seismic force cannot be completely removed.
そこで、本発明においては、上述のような不都
合を解消するために、比較判断装置１５とトリツ
プ装置１７との間に、それぞれ地震フイルター２
３および低周波カツトフイルター２４の特性に対
応した一定時間だけトリツプ信号のトリツプ装置
１７への入力を停止するように設定され、互いに
選択的に作動するタイマー２５，２６が並列状態
に介装されている。 Therefore, in the present invention, in order to eliminate the above-mentioned inconvenience, an earthquake filter 2 is provided between the comparison judgment device 15 and the trip device 17, respectively.
Timers 25 and 26 are interposed in parallel and are set to stop inputting the trip signal to the trip device 17 for a certain period of time corresponding to the characteristics of the trip filter 3 and the low frequency cut filter 24, and are operated selectively to each other. There is.
すなわち、上記実施例は、タービン・発電機の
安定運転開始後における地震による不必要な停止
は完全に防止するが、それ以前であればある程、
大きな地震或はそれによる軸系の応答振動が大き
い場合には、タービンの自動停止を許容するとい
う考え方に基づくものであり、地震フイルター２
３に対応するタイマー２５は、トリツプ回路に一
般的な使用される誤信号防止用タイマーとして、
たかだか２秒以下の時限に設定されており、一方
低周波カツトフイルター２４に対応するタイマー
２６は、地震波に対する応答軸振動の継続時間す
なわち地震自体の継続時間を基準として、約30秒
程度に設定されている。 In other words, although the above embodiment completely prevents unnecessary stoppage due to an earthquake after the turbine/generator starts stable operation,
This is based on the idea that automatic shutdown of the turbine is allowed in the event of a large earthquake or the response vibration of the shaft system due to it is large, and the seismic filter 2
The timer 25 corresponding to No. 3 is a timer for preventing false signals commonly used in trip circuits.
The time limit is set to 2 seconds or less at most, while the timer 26 corresponding to the low frequency cut filter 24 is set to about 30 seconds, based on the duration of the shaft vibration in response to the earthquake wave, that is, the duration of the earthquake itself. ing.
しかして、フイルターを通過した振動信号が振
動大トリツプ値を越えても、その時間が短時間で
あれば、タービン・発電機はトリツプしないこと
になり、タービン発電機の不必要な運転停止が防
止される。 Therefore, even if the vibration signal passing through the filter exceeds the vibration large trip value, if the time is short, the turbine/generator will not trip, thus preventing unnecessary shutdown of the turbine generator. be done.
すなわち、タービン起動時においては地震フイ
ルター２３を通過した振動信号がタイマー２５の
設定時間以上継続した場合のみ、トリツプ信号が
トリツプ装置１７に入力され、タービンが停止さ
れる。一方、タービンの起動が完了して負荷運転
状態になると切替器２９，３０によつて低周波カ
ツトフイルター２４およびタイマー２６が振動検
出回路に挿入され、それ以後は低周波カツトフイ
ルター２４を通過した大振動信号が上記タイマー
２６の設定時間以上継続したときはじめて、トリ
ツプ信号がトリツプ装置１７に入力されタービン
が停止される。 That is, when starting the turbine, only when the vibration signal that has passed through the seismic filter 23 continues for the time set on the timer 25 or more, a trip signal is input to the trip device 17 and the turbine is stopped. On the other hand, when the startup of the turbine is completed and the load operation state is reached, the low frequency cut filter 24 and the timer 26 are inserted into the vibration detection circuit by the switching devices 29 and 30. Only when the vibration signal continues for a period longer than the set time of the timer 26, a trip signal is input to the trip device 17 and the turbine is stopped.
第１３図は本発明の他の実施例を示す概略系統
図であつて、前記第１実施例における地震フイル
ター２３が削除されている。 FIG. 13 is a schematic system diagram showing another embodiment of the present invention, in which the seismic filter 23 in the first embodiment is omitted.
しかして、この場合振動検出回路は、タービン
の起動時から負荷運転に移行したとき、フイルタ
ーなしの回路から低周波カツトフイルター２４の
回路に切替器２９，３０の作動によつて切替えら
れる。これをフイルターの効果からみると、第１
４図に示すように、フイルターなしの状態ａから
低周波カツトの状態ｂへ切替えられ、一方第６図
に示す第一実施例の場合は地震波カツトの状態ｃ
から低周波カツトの状態ｂへ切替えられることに
なる。したがつて、これらの場合にはロータ系の
固有信号数成分ω2以上のみを監視し、地震波応
答成分ω1およびその高周波よりすその部分をカ
ツトできるために、地震の影響を除去することが
できる。しかもこれらの場合、検出器６が第１０
図のような振動スペクトルを検出するのに対し、
比較判断装置１５に入る振動スペクトルは第１５
図のようになり、極めて効果的であることがわか
る。 In this case, the vibration detection circuit is switched from a circuit without a filter to a circuit with the low frequency cut filter 24 by operating the switchers 29 and 30 when the turbine shifts from startup to load operation. Looking at this from the effect of the filter, the first
As shown in FIG. 4, the state a without a filter is switched to the low frequency cut state b, while in the case of the first embodiment shown in FIG. 6, the seismic wave cut state c is switched.
The state is then switched from state b to low frequency cut state b. Therefore, in these cases, it is possible to monitor only the rotor system's eigensignal number component ω 2 or higher and to cut out the seismic wave response component ω 1 and its high-frequency components, making it possible to eliminate the effects of the earthquake. can. Moreover, in these cases, the detector 6 is
In contrast to detecting the vibration spectrum shown in the figure,
The vibration spectrum entering the comparison/judgment device 15 is the 15th one.
As shown in the figure, it can be seen that it is extremely effective.
第１６図は本発明のさらに他の実施例であつ
て、第６図における低周波カツトフイルター２４
の代りに軸系の定格回転数成分のみを通すフイル
ター（バンドパスフイルター）３１が設けられて
おり、そのバンドパスフイルター３１に対応する
タイマー３２は、定格周波数成分として現われた
異常振動に対するトリツプ遅延指令として作用す
ることから、長時間の設定は好ましくなく、４〜
６秒に設定される。その他の点は第６図の実施例
と同一である。 FIG. 16 shows still another embodiment of the present invention, in which the low frequency cut filter 24 in FIG.
Instead, a filter (bandpass filter) 31 is provided that passes only the rated rotational speed component of the shaft system, and a timer 32 corresponding to the bandpass filter 31 generates a trip delay command for abnormal vibrations that appear as the rated frequency component. Therefore, it is not preferable to set the setting for a long time.
Set to 6 seconds. Other points are the same as the embodiment shown in FIG.
しかして、この場合比較判断装置１５への入力
は第１７図のようになつて、地震対策としてはよ
り効果的となる。ところで、この場合の欠点は、
通常運用時に発生するかも知れない第８図のよう
な自励振動に対して固有振動成分ωoが検出でき
ず無防備になることがあるが、機械の破壊につな
がるような大振動は、いずれ定格回転数成分ωC
の増加を伴なうという事実から、若干危険予知に
対する感度がそこなわれる程度にすぎず問題はな
い。 In this case, the input to the comparison/judgment device 15 will be as shown in FIG. 17, which will be more effective as an earthquake countermeasure. By the way, the drawback in this case is
The natural vibration component ω o may not be detected and the machine may be defenseless against self-excited vibrations as shown in Figure 8 that may occur during normal operation, but large vibrations that can lead to machine destruction will eventually reach the rated value. Rotation speed component ω C
Due to the fact that this is accompanied by an increase in risk, there is no problem as the sensitivity to danger prediction is only slightly impaired.
また、上記タイマー３２の設定時間は、地震波
が地盤１９、マツト１８、基礎台７、軸受台８、
軸受５へと順次増幅され、最終的にタービン・発
電機軸に軸振幅大現象として現われることを考慮
して、この現象の持続時間を勘案して定められ
る。 Moreover, the setting time of the timer 32 is such that the seismic waves reach the ground 19, the mat 18, the foundation 7, the bearing stand 8,
It is determined by taking into consideration the duration of this phenomenon, taking into account that it is sequentially amplified to the bearing 5 and finally appears as a phenomenon of large shaft amplitude on the turbine/generator shaft.
すなわち、一般に地震動の主要動の継続時間
は、次式で示される。 In other words, the duration of the main earthquake motion is generally expressed by the following equation.
log（T0）＝0.3×Ｍ−1.2 ……(3)
ここで、T0：地震動の主要動継続時間
Ｍ：地震の大きさ（マグニチユー
ド）
この式を図式化したものが第１８図であり、例
えばマグニチユード７では約10秒間強い地震動が
続くことを示している。 log(T 0 )=0.3×M−1.2 …(3) Here, T 0 : Main motion duration of earthquake motion M : Earthquake magnitude (magnitude) This equation is diagrammed in Figure 18. For example, a magnitude 7 earthquake indicates a strong earthquake that lasts about 10 seconds.
ところで、タービン・発電機基礎台７に地震波
が入ると、その地震波が有している周波数とター
ビン・発電機基礎台の有している固有値で共振
し、この周波数近傍での地震波成分が増幅され
る。この増幅の程度は地震波の周波数成分とター
ビン・発電機基礎台の特性により異なるが、一般
的に３倍程度である。さらに、タービン・発電機
基礎台で増幅された地震波は、軸受台、軸受、お
よび軸受油膜を通り、さらに1.5〜２倍増幅され、
最終的にはタービン・発電機基礎台７に入力され
る地震の大きさに対し4.5〜６倍の大きさになつ
てタービン・発電機ロータに入る。 By the way, when a seismic wave enters the turbine/generator foundation 7, the frequency of the seismic wave resonates with the eigenvalue of the turbine/generator foundation, and the seismic wave components near this frequency are amplified. Ru. The degree of this amplification varies depending on the frequency components of the seismic waves and the characteristics of the turbine/generator foundation, but is generally about three times as large. Furthermore, the seismic waves amplified at the turbine/generator foundation pass through the bearing stand, bearing, and bearing oil film, and are further amplified by 1.5 to 2 times.
Ultimately, the magnitude of the earthquake that enters the turbine/generator foundation 7 is 4.5 to 6 times larger and enters the turbine/generator rotor.
ところが、タービン・発電機ロータに入つてく
る強い地震波は、タービン・発電機基礎台、軸受
台等と共振した周波数成分であり、この周波数成
分を有する強い地震の継続時間は５〜６秒と短か
くなつている。さらに、この増幅された地震波に
よつてタービン・発電機ロータが軸振動大現象を
生ずるのは、その地震波がタービン・発電機ロー
タのクリチカルスピードに近い周波数成分を有す
る場合である。通常、地震で問題になり易いのは
原子力タービンのように４極機ロータを有するプ
ラントであり、15Hz近傍にクリチカルスピードを
有している。この周波数成分は地震波の主要成分
ではないけれども、構成成分であり、タービン・
発電機基礎台の固有値としても存在する範囲にあ
るので増幅されるが、増幅されて持続する時間は
たかだか４〜５秒である。すなわち、地震が発生
しそれによつてタービン・発電機ロータが影響を
受けて軸振動大現象が持続する時間は、一般的に
４〜５秒ということがいえる。 However, the strong seismic waves that enter the turbine/generator rotor are frequency components that resonate with the turbine/generator foundation, bearing pedestal, etc., and the duration of a strong earthquake with this frequency component is as short as 5 to 6 seconds. It's getting better. Furthermore, this amplified seismic wave causes a large shaft vibration phenomenon in the turbine/generator rotor when the seismic wave has a frequency component close to the critical speed of the turbine/generator rotor. Normally, plants with four-pole rotors, such as nuclear power turbines, are prone to problems due to earthquakes, and have critical speeds around 15Hz. Although this frequency component is not the main component of the seismic wave, it is a constituent component and the turbine
It is amplified because it is within the range that exists as an eigenvalue of the generator foundation, but the amplified duration is only 4 to 5 seconds at most. That is, it can be said that the time period during which the turbine/generator rotor is affected by an earthquake and a large shaft vibration phenomenon persists is generally 4 to 5 seconds.
しかして、上述の如き設定時間を有する時限タ
イマー３２をトリツプ信号回路に設けることによ
り、地震発生時に例えそれが軸振動大現象時間の
間だけ定格周波数成分を有するとしても機械的に
トリツプすることが回避される。しかも地震が終
ると、タービン・発電機本体やその他の機器に異
常が発生していない限り、軸振動大現象は極めて
短時間に収束してしまうため、その後は正常に運
転されることとなる。一方、もし地震により機器
内部に異常が発生していれば、地震収束後も軸振
動大現象は継続するため、自動トリツプ装置１７
にユニツトトリツプ信号が出され、タービン・発
電機は停止に至り、時限タイマー３２の設置によ
り保護機能が損なわれることはない。 By providing the time limit timer 32 having the above-mentioned set time in the trip signal circuit, it is possible to prevent the tripping from occurring mechanically when an earthquake occurs, even if it has the rated frequency component only during the period when the shaft vibration is large. Avoided. Moreover, once the earthquake is over, as long as there is no abnormality in the turbine, generator, or other equipment, the large shaft vibration phenomenon will subside in an extremely short period of time, and normal operation will resume thereafter. On the other hand, if an abnormality occurs inside the equipment due to an earthquake, the large shaft vibration phenomenon will continue even after the earthquake has subsided, so the automatic trip device 17
A unit trip signal is issued, the turbine/generator is stopped, and the protection function is not impaired due to the installation of the timer 32.
一方、第６図或は第１３図の低周波カツトフイ
ルター２４に対応するタイマー２６の設定時間は
前述の如く地震の継続時間を基準に決められる
が、その値は第５図に示されるような第４図の構
造物の振動特性以下による。具体的には第１４図
に示す低周波カツトフイルター２４の特性によつ
て、地震動が上記振動特性に基づき増幅された結
果である第１０図のパワースペクトルのうちの地
震応答成分ω2がどのくらいカツトされ、かつど
の程度持続されるかを検討して決定すべきである
が、一般的な基礎台構造に対して、火力ユニツト
では５〜15秒程度、原子力ユニツトでは10〜30秒
程度を考えておく必要がある。 On the other hand, the setting time of the timer 26 corresponding to the low frequency cut filter 24 in FIG. 6 or 13 is determined based on the duration of the earthquake as described above, but its value is as shown in FIG. The vibration characteristics of the structure shown in Figure 4 are as follows. Specifically, how much the seismic response component ω 2 in the power spectrum of Fig. 10, which is the result of amplifying the seismic motion based on the above vibration characteristics, is cut by the characteristics of the low frequency cut filter 24 shown in Fig. 14. The decision should be made by considering how long it will last for a thermal power unit, and for a thermal power unit about 5 to 15 seconds, and about 10 to 30 seconds for a nuclear power unit. It is necessary to keep it.
ここで、注意しなければならないことは、この
ようにして設定された時間は地震時には良くても
通常運転時においてはこの時間だけトリツプを遅
らせることとなり、決つして好ましいことではな
い。 It should be noted here that although the time set in this way may be good in the event of an earthquake, the trip will be delayed by this amount during normal operation, which is not at all preferable.
第１９図はこのような欠点をおぎなうための運
用方法の一例を示したもので、通常運転時におけ
る比較判断装置１５からの振動大トリツプ値到達
信号は、警報装置１６から第２０図に示すような
通常の振動大警報値（ANN−１）よりも上位の
トリツプ警報（ANN−２）として運転員に伝え
られ、運転員の判断でトリツプ装置１７を手動で
トリツプさせるという考え方をとつている。地震
時においては地震継続中の地震あるいはそれに励
起される大振動はまず低周波カツトフイルター２
４によつて減衰されかつタイマー２６によつて阻
止されるが地震通過後も振動大が継続するようで
あればトリツプ装置１７による自動トリツプが作
動することとなる。 FIG. 19 shows an example of an operating method for overcoming such drawbacks. During normal operation, the vibration large trip value reaching signal from the comparison/judgment device 15 is transmitted from the alarm device 16 as shown in FIG. 20. The trip alarm (ANN-2) is notified to the operator as a higher level than the normal large vibration alarm value (ANN-1), and the trip device 17 is manually tripped at the operator's discretion. During an earthquake, the ongoing earthquake or the large vibrations excited by it are first filtered through the low frequency cut filter 2.
4 and blocked by the timer 26, but if the vibration continues to be strong even after the earthquake has passed, an automatic trip by the trip device 17 will be activated.
このような運用方法をとれば通常運用時の自動
トリツプ機能は運転員による手動トリツプの遅れ
に対するバツクアツプの意味を持たせることがで
き極めて合理的なものとなる。 If such an operating method is adopted, the automatic trip function during normal operation can serve as a backup against the delay in manual tripping by the operator, making it extremely rational.
第６図、第１３図および第１６図における起動
用回路と負荷運転用回路の切替えはタービン・発
電機の運転条件に応じた外部信号２７を外部信号
検出器２８で検出し、切替器２９および３０を同
時に作動させることによつて行なわれるが、その
タイミングは使用するフイルターとそれに対応す
るタイマーの特性に応じて適切に選択すれば極め
て合理的な監視装置とすることができる。 Switching between the starting circuit and the load operation circuit in FIGS. 6, 13, and 16 is performed by detecting an external signal 27 corresponding to the operating conditions of the turbine/generator with an external signal detector 28, and using a switching device 29 and 30 at the same time, and if the timing is appropriately selected depending on the characteristics of the filters used and the timers associated with them, a very rational monitoring device can be obtained.
たとえば第１３図の構成では低周波カツトフイ
ルター２４を使用しているので、タービン・発電
機の回転数が軸系の最低次固有振動数を通過すれ
ば、いつでも切替可能である。従つて外部信号２
７としては、タービン・発電機の安定運転到達言
い換えると、地震が来てもトリツプさせたくない
運転状態に対する考え方に応じて回転数計（図示
せず）からの最低次固有振動数負荷信号あるいは
定格回転数到達信号、または系統しや断器（図示
せず）からの系統併入信号等が使える。 For example, in the configuration shown in FIG. 13, since the low frequency cut filter 24 is used, switching is possible at any time as long as the rotation speed of the turbine/generator passes the lowest natural frequency of the shaft system. Therefore, external signal 2
7 is to achieve stable operation of the turbine/generator. In other words, the lowest natural frequency load signal from the rotation speed meter (not shown) or the rating, depending on the idea of the operating state where you do not want to trip even if an earthquake occurs. A rotational speed reaching signal, a system join signal from a system disconnector (not shown), etc. can be used.
ところで、比較判断装置における通常運転用振
動制限値は、前述の如くロータ系の不均合振動、
ラビング、オイルホイツプ、スチームホワール等
の内的要因に起因する振動増加に対して、蒸気タ
ービン・発電機を保護することを目的とし、通常
振動レベルからの上昇傾向をできる限り早期に発
見するために、ロータ系を支承する軸受の強度限
界よりもずつと低目に設定されるのが普通であ
る。すなわち、一般的に大振動の危険性は回転部
と静止部の接触にあり、ロータの局部加熱の結果
として生じるロータの熱曲り現象によつてその傾
向が発散性を帯びてくるため、通常運転用振動制
限値はできるだけ低く設定されている。 By the way, as mentioned above, the vibration limit value for normal operation in the comparison judgment device is based on the unbalanced vibration of the rotor system,
The purpose is to protect steam turbines and generators from increased vibration caused by internal factors such as rubbing, oil whip, and steam whirl, and to detect as early as possible an upward trend from normal vibration levels. Normally, the strength is set to be slightly lower than the strength limit of the bearings that support the rotor system. In other words, the risk of large vibrations generally lies in the contact between rotating parts and stationary parts, and the tendency for this to diverge due to the thermal bending phenomenon of the rotor that occurs as a result of local heating of the rotor. The vibration limit value is set as low as possible.
これに対し、地震時におけるロータ系の応答
は、第５図のような振動系が安定位置から強制外
部変位を与えられた場合に相当するが、通常の設
計によるタービン・発電機軸系の振動特性は剛性
が極めて高く、ロータ系と軸受および軸受台は一
体となつて動くことが解明されている。このよう
な場合には、振動計が地震動を検出しないように
振動計側で処置すればよいが、地震動がそのまま
ロータと軸受との相対振動として現われる場合
は、第５図で示される振動計の固有振動数が８〜
10Hzといわれる地震の卓越周波数に比較的近い場
合であり、このときロータは一時的ではあるが、
地震波と固有振動数に相当する周波数の重畳され
た波形を有し、通常運転用振動大トリツプ値を超
えるような大振動を惹き起すことになる。このよ
うな例は４極機の大容量蒸気タービン・発電機で
見られ、定格回転数が1500或は1800rpmのユニツ
トであることから、12〜15Hz近辺に固有振動数を
もつことが多く、したがつて地震の影響を大きく
受け易いことになる。 On the other hand, the response of the rotor system during an earthquake corresponds to the case where the vibration system is given a forced external displacement from its stable position as shown in Figure 5, but the vibration characteristics of the turbine/generator shaft system due to normal design are similar to those shown in Figure 5. It has been clarified that the rotor system, bearing, and bearing stand move as one because it has extremely high rigidity. In such a case, the vibration meter should take measures to prevent the vibration meter from detecting seismic motion, but if the earthquake motion appears as a relative vibration between the rotor and bearing, the vibration meter shown in Figure 5 should take measures. Natural frequency is 8~
This is a case that is relatively close to the predominant frequency of earthquakes, which is said to be 10 Hz, and at this time the rotor, although temporarily,
It has a waveform in which the seismic wave and the frequency corresponding to the natural frequency are superimposed, and it causes large vibrations that exceed the vibration large trip value for normal operation. Examples of this can be seen in large-capacity steam turbines/generators with four-pole machines, and because the rated rotational speed is 1500 or 1800 rpm, they often have a natural frequency around 12 to 15 Hz. As a result, it becomes highly susceptible to the effects of earthquakes.
ところが、地震時の大振動は、振幅値としては
軸受間隙に匹敵するほどの大きさになることもあ
るけれど、その周波数は地震波動の周波数あるい
は系の固有振動数であることから、定格回転周波
数よりも十分低いという特徴を有する。したがつ
て、この振動によつてラビングを生じたとして
も、回転同期成分を有しないためにロータの局部
加熱には結びつかず、曲りには至らない。このよ
うに地震波によつて励起される大振動は、地震動
が収束すれば収束することとなり、発散性の振動
現象に発展する恐れはほとんどなく、極めて安定
な性質を有するということができる。 However, although the amplitude of large vibrations caused by an earthquake can be as large as the bearing gap, the frequency is the frequency of the seismic wave or the natural frequency of the system, so the rated rotation frequency It has the characteristic of being sufficiently lower than Therefore, even if rubbing occurs due to this vibration, since there is no rotational synchronous component, it will not lead to local heating of the rotor and will not lead to bending. The large vibrations excited by seismic waves will converge once the seismic motion converges, and there is little risk of developing into a divergent vibration phenomenon, and it can be said to have extremely stable properties.
そのため、この場合の安全運転の限界を与える
ものはロータ系を支承する軸受側の強度であり、
通常運転用制限値に対して十分余裕を有している
ことから、地震波によつて起こされる大振動に対
してこのような通常運転用振動制限値を適用する
必要はなく、したがつて、この大振動を検出しな
いようにしたり、検出したとしても自動トリツプ
に至らないようにしても何ら安全性は損なわれな
いことになる。前者の手段が低周波カツトフイル
ター或はバンドパスフイルターに相当し、後者の
手段がタイマーに相当する。 Therefore, what limits safe operation in this case is the strength of the bearing that supports the rotor system.
Since there is a sufficient margin with respect to the normal operation limit value, there is no need to apply such a normal operation vibration limit value to large vibrations caused by seismic waves. Even if large vibrations are not detected, or even if they are detected, automatic trip is not triggered, safety will not be compromised in any way. The former means corresponds to a low frequency cut filter or band pass filter, and the latter means corresponds to a timer.
また、起動用回路から負荷運転用回路への切替
えに際しては、第６図に示す第一実施例では起動
用回路にも地震フイルター２３が設けられている
ので、中程度以下の地震ではトリツプするおそれ
はなく、第二実施例ほど急ぐ必要はない。一方、
第三実施例においては、負荷運転用回路にバンド
パスフイルターを使用しているので、切替えは当
然定格回転数到達以降のタイミングで行なう必要
がある。 Furthermore, when switching from the starting circuit to the load operation circuit, in the first embodiment shown in FIG. 6, the starting circuit is also provided with an earthquake filter 23, so it is unlikely to trip in the event of an earthquake of moderate magnitude or less. That is not the case, and there is no need to rush as much as in the second embodiment. on the other hand,
In the third embodiment, since a bandpass filter is used in the load operation circuit, it is necessary to perform switching after the rated rotational speed is reached.
なお、起動用回路から負荷運転用回路への逆切
替えは、上述の正切替えのタイミングの逆のタイ
ミングをとればよく、それぞれ正切替えのタイミ
ングに応じて発電機の系統から離脱、定格回転数
からの回転降下開始、回転降下にあたりロータ系
の最低次固有振動数通過時等を採用し、次回の起
動に対処するようにする。 In addition, the reverse switching from the starting circuit to the load operation circuit can be performed at the opposite timing of the above-mentioned forward switching, and depending on the timing of the forward switching, the generator can be disconnected from the system and the rated rotation speed can be changed. When the rotation starts to decrease and the rotation decreases, the time when the lowest natural frequency of the rotor system passes is used to cope with the next startup.
以上説明したように、本発明においては地震波
およびそれによつてタービン・発電機軸系に励起
される大振動の振動信号を周波数帯域フイルター
によつて、比較判断装置に入力される前にカツト
するとともに、残存の大振動成分による比較判断
装置からのトリツプ信号を上記フイルターと対と
してその特性に応じて設定された時限タイマーで
阻止するようにしたので、地震動による軸振動増
加に対して、不用意なトリツプ作動を防ぎ、機器
の強度上の設計限界近くまで運転を継続すること
ができる。したがつて、ほんのちよつとした地震
でタービン発電機がトリツプすることがなくな
り、運転耐用性を著るしく向上させることがで
き、より一層安定した電力供給を行なうことがで
き、大電力ストツプによる混乱を未然に防止する
ことができる。
As explained above, in the present invention, seismic waves and vibration signals of large vibrations excited in the turbine/generator shaft system by the seismic waves are cut by a frequency band filter before being input to the comparison/judgment device, and Since the trip signal from the comparison judgment device due to the remaining large vibration component is blocked by a timer set according to the characteristics of the above-mentioned filter, inadvertent trip signals are prevented due to increased shaft vibration due to earthquake motion. It is possible to prevent operation and continue operation close to the strength design limit of the equipment. Therefore, the turbine generator will not trip due to even the slightest earthquake, significantly improving operational durability, providing a more stable power supply, and preventing disruptions caused by large power outages. can be prevented.
第１図はタービンの軸系説明図、第２図は振動
監視装置の振動計の軸受への取付構造説明図、第
３図は従来のタービン振動監視装置の概略系統
図、第４図は基礎台を含めたタービン発電機の軸
受部における縦断面図、第５図は第４図の装置の
振動系をモデル化した図、第６図は本発明のター
ビン振動監視装置の概略系統図、第７図は地震波
の周波数成分を示す図、第８図はタービン・発電
機のロータ系の振動特性線図、第９図は地震波形
を示す図、第１０図は地震波の影響を受けたター
ビン・発電機のロータ系の振動特性を示す図、第
１１図は本発明による振動監視の考え方の説明
図、第１２図は本発明の一実施例におけるフイル
ターの特性線図、第１３図、第１６図はそれぞれ
本発明の他の実施例の概略系統図、第１４図は本
発明におけるフイルターの特性線図、第１５図お
よび第１７図はそれぞれフイルターを通過後の振
動特性を示す図、第１８図は地震の大きさと地震
の主要動の持続時間の関係を示す図、第１９図は
手動トリツプ作動説明図、第２０図は警報装置の
作動説明図である。
６…振動計、１３…積分器、１５…比較判断装
置、１７…トリツプ装置、２３…地震フイルタ
ー、２４…低周波カツトフイルター、２５，２
６，３２…タイマー、３１…バンドパスフイルタ
ー。
Fig. 1 is an explanatory diagram of the turbine shaft system, Fig. 2 is an explanatory diagram of the mounting structure of the vibration meter of the vibration monitoring device on the bearing, Fig. 3 is a schematic system diagram of the conventional turbine vibration monitoring device, and Fig. 4 is the basics. 5 is a longitudinal sectional view of the bearing part of the turbine generator including the stand; FIG. 5 is a diagram modeling the vibration system of the device in FIG. 4; FIG. 6 is a schematic system diagram of the turbine vibration monitoring device of the present invention; Figure 7 is a diagram showing the frequency components of seismic waves, Figure 8 is a vibration characteristic diagram of the rotor system of a turbine/generator, Figure 9 is a diagram showing seismic waveforms, and Figure 10 is a diagram of the turbine/generator affected by earthquake waves. A diagram showing the vibration characteristics of the rotor system of a generator, FIG. 11 is an explanatory diagram of the concept of vibration monitoring according to the present invention, FIG. 12 is a characteristic diagram of a filter in an embodiment of the present invention, FIGS. 13 and 16 The figures are schematic system diagrams of other embodiments of the present invention, Figure 14 is a characteristic diagram of the filter in the present invention, Figures 15 and 17 are diagrams showing the vibration characteristics after passing through the filter, and Figure 18 is a diagram showing the vibration characteristics after passing through the filter. The figure shows the relationship between the magnitude of an earthquake and the duration of the main motion of the earthquake, FIG. 19 is an explanatory diagram of the manual trip operation, and FIG. 20 is an explanatory diagram of the operation of the alarm system. 6... Vibration meter, 13... Integrator, 15... Comparison/judgment device, 17... Trip device, 23... Earthquake filter, 24... Low frequency cut filter, 25,2
6, 32...Timer, 31...Band pass filter.
Claims (1)
置と、その振動検出装置より検出された振動信号
を予め定められた振動制限値と比較し上記振動信
号が振動制御値を超えた場合に、ユニツトを自動
的に停止させるためのトリツプ信号を出力する比
較判断装置と、そのトリツプ信号を入力してユニ
ツトを自動停止させる自動トリツプ装置を有する
タービン振動監視装置において、前記振動検出回
路が、タービン・発電機の主として起動時のよう
な回転上昇時に使用される起動用回路と、主とし
て系統併入以降に使用される負荷運転用回路の２
系統で構成され、少なくとも負荷運転用回路には
上記振動検出装置で検出された振動信号の特定の
周波数域をカツトするフイルターを有し、比較判
断装置と自動トリツプ装置との間には、前記起動
用回路に対応して一定時間トリツプ信号を停止さ
せるタイマーがそれぞれ介装され、これらの２組
の回路とタイマーの組合せがタービン・発電機の
運転条件に応じて切替えられるようにしたことを
特徴とする、タービン振動監視装置。 ２ 特定の周波数域をカツトするフイルターは、
タービン・発電機軸系の最低次固有振動数以上の
周波数の振動信号のみを通すフイルターであるこ
とを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載のタ
ービン振動監視装置。 ３ 特定の周波数域をカツトするフイルターは、
タービン・発電機軸系の定格回転数成分の周波数
の振動信号のみを通すフイルターであることを特
徴とする、特許請求の範囲第１項記載のタービン
振動監視装置。 ４ 起動用回路には、地震の卓越周波数を越える
周波数の振動信号のみを通すフイルターを有する
ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の
タービン振動監視装置。 ５ 起動用回路に対応するタイマーの設定時間が
誤信号によるミストリツプ防止を主目的として２
秒以下に設定されていることを特徴とする、特許
請求の範囲第１項記載のタービン振動監視装置。 ６ 負荷運転用回路のフイルターをタービン・発
電機軸系の最低次固有信号数以上の周波数の振動
信号のみを通すフイルターとするとともに、その
フイルターに対応するタイマーが５秒〜30秒に設
定されていることを特徴とする、特許請求の範囲
第１項記載のタービン振動監視装置。 ７ 負荷運転用回路のフイルターをタービン・発
電機軸系の定格回転数成分の周波数の振動信号の
みを通すフイルターにするとともに、そのフイル
ターに対応するタイマーが４〜６秒に設定されて
いることを特徴とする、特許請求の範囲第１項記
載のタービン・振動監視装置。[Claims] 1. A vibration detection device that continuously detects vibrations of a rotating shaft, and a vibration signal detected by the vibration detection device is compared with a predetermined vibration limit value, and the vibration signal is determined as a vibration control value. In a turbine vibration monitoring system, the turbine vibration monitoring device includes a comparison judgment device that outputs a trip signal to automatically stop the unit when the vibration exceeds the vibration level, and an automatic trip device that inputs the trip signal and automatically stops the unit. There are two detection circuits: a startup circuit, which is used when the rotation of the turbine/generator increases, such as during startup, and a load operation circuit, which is primarily used after the system is integrated into the system.
At least the load operation circuit has a filter that cuts a specific frequency range of the vibration signal detected by the vibration detection device, and the activation circuit is provided between the comparison judgment device and the automatic trip device. A timer is installed to stop the trip signal for a certain period of time corresponding to each circuit, and the combination of these two circuits and timers can be switched depending on the operating conditions of the turbine/generator. Turbine vibration monitoring equipment. 2 A filter that cuts out a specific frequency range is
The turbine vibration monitoring device according to claim 1, characterized in that the filter is a filter that passes only vibration signals having a frequency equal to or higher than the lowest natural frequency of the turbine/generator shaft system. 3 A filter that cuts out a specific frequency range is
The turbine vibration monitoring device according to claim 1, characterized in that the filter is a filter that passes only vibration signals having a frequency of a rated rotational speed component of a turbine/generator shaft system. 4. The turbine vibration monitoring device according to claim 1, wherein the starting circuit includes a filter that passes only vibration signals having a frequency exceeding the predominant frequency of an earthquake. 5 The setting time of the timer corresponding to the starting circuit is
2. The turbine vibration monitoring device according to claim 1, wherein the vibration monitoring device is set to less than a second. 6 The filter in the load operation circuit is a filter that only passes vibration signals with a frequency equal to or higher than the lowest eigensignal number of the turbine/generator shaft system, and the timer corresponding to the filter is set to 5 seconds to 30 seconds. A turbine vibration monitoring device according to claim 1, characterized in that: 7. The filter of the load operation circuit is a filter that only passes vibration signals of the frequency of the rated rotational speed component of the turbine/generator shaft system, and the timer corresponding to the filter is set to 4 to 6 seconds. A turbine/vibration monitoring device according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13264084A JPS6111406A (en) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | Oscillation supervisory equipment for turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13264084A JPS6111406A (en) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | Oscillation supervisory equipment for turbine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6111406A JPS6111406A (en) | 1986-01-18 |
| JPH0553923B2 true JPH0553923B2 (en) | 1993-08-11 |
Family
ID=15086052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13264084A Granted JPS6111406A (en) | 1984-06-27 | 1984-06-27 | Oscillation supervisory equipment for turbine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6111406A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4986566A (en) * | 1988-07-29 | 1991-01-22 | Suzuki Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha | Suspending apparatus for vehicles |
| JP5235496B2 (en) * | 2008-05-19 | 2013-07-10 | 三菱電機株式会社 | Shaft vibration monitoring system and shaft vibration monitoring device for turbine generator |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPS5549967A (en) * | 1978-10-02 | 1980-04-11 | Mitsubishi Electric Corp | Step motor |
-
1984
- 1984-06-27 JP JP13264084A patent/JPS6111406A/en active Granted
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5549967A (en) * | 1978-10-02 | 1980-04-11 | Mitsubishi Electric Corp | Step motor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6111406A (en) | 1986-01-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |