JPH06509873A - タービンの構造部品における変化を検出しその位置を決定する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 タービンの構造部品における変化を検出しその位置を決定する方法と装置本発明 は、タービンの構造部品、特にタービン翼における変化を検出しその位置を決定 する方法に関する。本発明は更にこの方法を実施するための＠置に関する。

タービン例えば芸気タービンを運転する際、個々の構造部品特にタービン翼が種 々の荷重に反応するために、測定可能な音あるいは音響スペクトル（固体伝播音 ）が発生される。この種の荷重は例えば作動媒体が膨張する際に生じる力および 温度差である。更にタービン内におけるエネルギー変換によって圧力変動が生し 、これは同様に構造部品に特徴のある音響を生しさせ、いわゆる翼回転音として 現れる。例えばタービンの動翼のハウジングあるいは隣接する静翼との軽い接触 あるいは榎んだタービン翼のようなタービンの運転中における不規則性も、故障 を特徴づける広い音響スペクトルの音を発生させる。この音響スペクトルにおけ る信号成分は周波数および放射された音響エネルギーの強さに関して異なってお り、通常運転即ち欠陥のない運転におけるタービンに対して特徴づけられ、その 場合音響スペクトルは不可聴音から超音波までに及ぶ。

１９８９年９月発行の文献「ファウゲーベー・クラフトウェルクテヒニクｊ第９ 号、第８９９頁〜第９０７頁において、この種の音発生の検出および解析方法が 知られている。例えばタービンハウジングにおいて測定される代表的な音響スペ クトルおよびそれに対応した基準スペクトルは、その第４図および第５図に概略 的に示されている。タービンの通常１転においていわゆる固体伝播音における特 徴的な信号、例えばその第５図に示されている基準スペクトルから明らかな種々 の強さＩの所定の調和振動あるいは翼回転音の周波数ｆが生ずる。その第４図に 示されている音響スペクトルの場合、種々の強さＩの種々の周波数ｆにおける別 の追加的な信号が存在している。この信号は所定の変化例えばタービン翼の欠陥 あるいはタービンと発電機との間に配置されている歯車伝動装置の歯の欠損を特 徴づけている。

この公知の方法の場合、タービンの運転中にタービンハウジングにおける固体伝 播音あるいは翼回転音の測定の他に、別の測定値例えばタービン内部における圧 力および温度が検出され、タービンの欠陥のない運転中にめられた基準値あるい は目標値と比較される。目標値との偏差が生した場合、経験的に得られた欠陥あ るいは故障との比較によって、既存の粗い変化の特徴づけを可能にする。しかし タービンの所定の構造部品におけるゆっくり進行する変化の早期の検出およびそ の正確な位置決定はこの方法ではできない。従って従来においてはしばしば、既 に重大な損傷が生してしまっており、従って直ちにタービンの停止が必要である ときに、はじめて損傷が検出された。かがるタービンの緊急停止およびそれに続 くタービンハウジングを開いての経費のががる欠陥検査は極めて望ましくない停 止時間を生しるおそれがある。

本発明の課題は、確実で早期に欠陥が検出できるような方法を得ることにある。

更にこれを非常に僅かな技術的経費に関して特に適した装置によって達成しよう とするものである。

この課題は方法に関しては本発明に基づいて、タービンの運転中に得られた少な くとも一つの測定値がその基準値から偏移した場合に、構造部品で発生された音 響スペクトルがタービンの内部で検出さ牲、基準スペクトルと比較されることに よって解決される。例えば圧力、温度あるいは運転上止しる音響スペクトルの対 応したＭｔｓ（Ｉからの測定値の偏差は一方ではまず粗い変化の検出あるいは認 識を可能にし、他方では考え得る欠陥構造部品の数の限定を可能にする。更にタ ービンの内部における音響スペクトルの検出即ち構造部品における直接的な音の 発生の測定は詳細な欠陥の認識を可能にする。

タービンの内部において検出された音響スペクトルの信号強さを増大するために 、構造部品がタービンの所定の運転状態において例えば音あるいは音響発生器に よるタービン翼のいわゆるリンギング試験の形で音を発生するために外部から励 振される。続いてタービンの内部において直接検出されるが励振によって発生さ れ、た音響スペクトルをタービンの初期状態の基準スペクトルと比較することに よって、関与する構造部品の正確な位置決定が達成される。更に変化あるいは損 傷の変合特に既に存在する亀裂の広がりも早期に検出されるので、時間的に当該 構造部品が完全にＩＩ傷する前にその損傷を時間的に僅かなエネルギー消費で除 去するごとができる。

本発明に基づく方法の有利な実施Ｑ様においては、構造部品の表面がストロボス コープ的に昭らされ、その際に発生された画像が逼影され、その場合ストロボス コープ的な照明は好適にはタービンの適当な回転数と同期される。その場合に１ 彰された画像はその構造部品の基準画像と比較される。この処置は特に、ＩＮ構 造部品予め励振することにより、構造部品の視覚的にアクセス可能な範囲におい て変化が生した場合に適している。

例えば構造部品を予めｌｌＩ振することにより、ｔｌ構造部品視覚的にアクセス できない範囲に変化が存在し例えばタービン翼あるいは真贋に亀裂が存在してい ることが判明したとき、本発明に基づく方法の好適な実施態様においては、可動 の超音波発信器が構造部品のその範囲に繰り出され、そこで構造部品の円周の少 なくとも一部に沿って導かれる。

タービンの運転パラメータを検出するために測定値処理装置に接続されている多 数のセンサを有しているような本発明の方法を実施するための装置に間して、本 発明の課題は本発明に基づいて、外部からタービンの内部に挿入できる音検出用 プローブが測定値処理装置に接続されることによって解決される。

プローブは好適には調整装置に接続され、これによって垂直に移動且つ回転でき るようにされる。

タービン翼を励振するために、本発明に基づく装置の有利な実施警棒においては プローブの自由端に回転翼と接触させられる可撓性のへ７）が設けられている。

以下図面に示した実施例を谷間して本発明の詳細な説明する。なお図面におい− で、 第１図は本発明に基づく方法を実施するための装置の概略構成図、第２図はター ビンに挿入され一部いるプローブについての第１図における実施例の一部拡大断 面図、 第３１７Ｉはタービンに挿入されている超音波発信器についての第２図に相応し た一部断面図、および 第４図および第５Ｖはそれぞれダービンハうジングにおいであるいはタービンの 内部で測定された音響スペクトルの環路線図である。

すべての図面において互いに対応した部分には同一符号が付されている。

第１図に示されているタービン２は軸４上に固定された動翼６およびタービンハ ウジング８に結合された静翼１０を有している。

タービンハウジング８には、運転中にタービン２によって発生される音Ｗ（いわ ゆる固体伝播音あるいは翼回転音）を検出するためのセンサ１２が取り付けられ ている。このセンサ１２は配線１４を介して測定値処理装置１６に接続されてい る。

測定値処理装置１６には更に、温度センサ２ｏによって検出された測定値が配線 １Ｂを介して、圧力センサ２４を介して測定された測定値が配線２２を介して、 およびひずみセンサ２８を介しで測定された測定値が配線２８を介してそれぞれ 導かれている。ひずみセンサ２８によって軸４の軸方向ひずみが検出される。こ の軸方向ひずみは、センサＩ２によって同時に翼回転音の変化が検出された場合 には軽い接触現象を知らせ、即ち動翼６が静翼１０あるいはハウジング８に接触 していることを知らせる。このような二つの欅準値偏差のコヒーレントによって 高い測定精度が得られる。

センサ２０．２４．２８でめられた測定値の偏差に基づいてタービン２の構造部 品特に動翼列、静翼列あるいは第２回および第３図に示すランナ３ｏにおける変 化が検出されたとき、まず故障の種類並びにおそらく関与していると思われる構 造部品６．１０．３ｏ０）数の限定についての推定が可能となる。！Ｉ］ち例え ばセンサ１２で得られた第５図の音響スペクトルと測定値処理装置１６に記憶さ れている第４図の基準スペクトルとを比較することによって、動翼６あるいは静 翼１０における破損が検出される。この種の破損は圧力変化あるいは温度変化に も反映される。これに対して成るｆｌｉｔ！部品に疑いがかけられ例えば動翼６ あるいは静翼１０あるいは第２図および第３図に示ず真贋３４．３６に亀裂の疑 いががけられるようなほんの僅かな変化が検出されるとき、後述するようにまず タービン２の内部における音響の検出が行われ、必要な場合には、音を発生させ るために動翼６を外部から励振することによるリンギング試験が行われる。しば しばゆっくり広がるこの種の破損あるいは亀裂は例えば応力腐食割れによっであ るいは軽い接触現象において生し７る。その場合まずセンサ１２によって得られ た音響スペクトルにおいて軽い接Ｉｌ！＋現象だけが検出されるが、おそらく後 で重大＃ｊ４傷に発展してしまうような僅かな損傷は検出されない。

タービンｊＩ６、ＩＯ１翼１ｊ３４．３６あるいは動翼６が翼列の形で取り付け られているランナ３０におけるこのようなど（小さな変化を検出するために、所 定の回転数でタービン２を運転している間、音検出用プローブ４０が外部から） ＼ウジフグ８を貫通してタービン２の中に導入される。そのためにプローブ４０ は移動調整装置４２に結合されており、この調整装置４２によって（矢印４４． ４６で示されているように）プローブ４０は垂直移動ないし回転運動を実施でき る。

第２図には、ハウジング８における開口５０を通ってタービン２の一つの段の動 翼６と静翼１０との間に存在する間隙５２の中に挿入されているプローブ４０が 示されている。プローブ４０は隣接するタービン段の翼６．１０にも図示してい ない同様の方式で挿入でき、その場合そこにも対応したハウジング関口が設けら れる。

プローブ４０の自由端には、タービン２の回転する動翼６に接触させられる可撓 性のへ、　ト’　５４が取り付けられている。この経過はリンギング試験と呼ば れる。

その際発生された音響スペクトルは音検出に適したプローブ４０で検出され、配 線５６を介して装置１６に伝達される。励振によって発生した音響スペクトルの 信号成分は、１転上発生しセンサ１２でハウジング８において測定される音響ス ペクトルにも十分な強さで存在する。

装置１６において、構造部品６．１０によって直接あるいはリンギング試験によ って発生された音響スペクトルが例えばコンピュータによってタービン２の記憶 された初期状態の７９ｆｉスペクトルと比較される。その場合音響スペクトル内 に含まれ基準スペクトルには紐い信号は、例えば構造部品例えば動［６における 経験的にめられた特徴的変化に相応している。検出された音響スペクトルから周 期的に繰り返される信号に基づいて、どの動翼６が変化を示しているかを確定で きる。その場合各動翼６に対して特徴づけられた信号も同様に周期的に生し、こ れによっで各動ｊ１６は音響スペクトルを参暉してそれぞれ同定することができ る。

同しようにして動翼６にヘッド５４あるいはこれに類（りした音響発生器を設置 することによって、静翼ｌＯにおける変化を確定でき、その場合動翼６と一緒に 回転するヘッド５４は静翼１０に接触し、音を発生するために励振させられる。

このようなリンギング試験の場合即ち音を発生するためにタービン１［６、ｌＯ を励振するこ七により、構造部品例えば所定の静翼１０の視覚的にアクセス可能 な範囲における変化が確定された場合、音検出用のプローブ４０の代わりに、ガ ラス繊維ケーブル６０に配置されているプローブヘッド６２が光を伝達するため に間隙５２の中に挿入され、移動調整装置４２によってタービン２の選択された 回転数範囲において動翼６に沿って案内される。その場合、動翼６の表面は光発 生器あるいはストロボスコープ６４で発生されガラス繊維ケーブル６０を通って 導かれる光パルスで詔らされ、その場合光パルスの周波数はタービン２の回転数 と同期されている。そのためにストロボスコープ６４は配線６６を介してタコメ ータ６７に接続されている。同期に関しては各所望の動翼６が選択され曜らされ る。その場合に作られた動翼６の表面の画像はプローブヘッド６２およびガラス 繊維ケーブル６０を介して焦点７０付きカメラ６８に伝達される。カメラ６日で 逼影された画像は記憶された基準画像と比較するために測定値処理装置１６に伝 達される。

動翼６の励振に基づいて視覚的にアクセスできない範囲特に真贋３４に変化が存 在することが判明したときには、タービン２を停止した状態においてプローブヘ ッド６２付きのガラス繊維ケーブル６０の代わりに、第３図に示されているよう に可撓性ケーブル７２に固定された超音波発信器７４が間隙５２を通って′ｌ１ 脚３４に繰り出される。そこで亀裂を発見するために超音波発信器７４が真贋の 周囲に沿って案内される。

タービン２の内部で検出された音響スペクトルは変化の種類および大きさに応し て種々の信号を有する。それらは第４図および第５図に概略的に示されている音 響スペクトルに非常に類（υしているので、特に示されていない。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．タービン（２）の構造部品（６、１０、３０）、特にタービン翼（６、１０ ）における変化を検出しその位置を決定する方法において、タービン（２）の連 転中に得られた少なくとも一つの測定値がその基準値から偏移した場合に、構造 部品（６、１０、３０）で発生された音響スペクトルがタービン（２）の内部で 検出され、基準スペクトルと比較されることを特徴とするタービンの構造部品に おける変化を検出しその位置を決定する方法。
2. ２．タービン（２）の構造部品（６、１０、３０）、特にタービン層（６、１０ ）における変化を検出しその位置を決定する方法において、タービン（２）の運 転中に得られた少なくとも一つの測定値がその基準値から偏移した場合に、外部 からの励振によって構造部品（６、１０、３０）で発生された音響スペクトルが 基準スペクトルと比較されることを特徴とするタービンの構造部品における変化 を検出しその位置を決定する方法。
3. ３．構造部品（６、１０）の表面がストロボスコープ的に照らされ、その際に作 られた画像が撮影され、その撮影された画像が基準画像と比較されることを特徴 とする請求の範囲１又は２記載の方法。
4. ４．運転上生じる音響スペクトルがタービンハウジング（８）において検出され 、同様にタービンハウジング（８）で検出され記憶されている基準スペクトルと 比較されることを特徴とする請求の範囲１ないし３の１つに記載の方法。
5. ５．可動の超音波発信器（７４）が構造部品（６ないし１０）の視覚的にアクセ ス可能な範囲（３４、３６）に繰り出され、そこで構造部品（６、１０）の円周 の少なくとも一部に沿って導かれることを特徴とする請求の範囲１ないし４の１ つに記載の方法。
6. ６．タービン（２）の運転パラメータを検出するために測定値処理装置（１６） に接続されている多数のセンサ（１２、２０、２４、２８、６７）を有している ような請求の範囲１ないし５の１つに記載の方法を実施するためのタービン（２ ）の構造部品（６、１０、３０）、特にタービン翼（６、１０）における変化を 検出しその位置を決定する方法を実施するための装置において、外部からタービ ン（２）の内部に挿入できる音検出用プローブ（４０）が測定値処理装置（１６ ）に接続されていることを特徴とするタービンの構造部品における変化を検出し その位置を決定する装置。
7. ７．プローブ（４０）が移動調整装置（４２）によって垂直に移動且つ回転でき ることを特徴とする請求の範囲６記載の装置。
8. ８．プローブ（４０）の自由端にタービン翼（６、１０）を励振するための可撓 性ヘッド（５４）が設けられていることを特徴とする請求の範囲６又は７記載の 装置。