特許 6846953 翼監視装置及び回転機械システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6846953

(24)【登録日】2021年3月4日

(45)【発行日】2021年3月24日

(54)【発明の名称】翼監視装置及び回転機械システム

(51)【国際特許分類】

   G01M 99/00 20110101AFI20210315BHJP

   G01M 15/14 20060101ALI20210315BHJP

【ＦＩ】

   G01M99/00 A

   G01M15/14

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-41486(P2017-41486)

(22)【出願日】2017年3月6日

(65)【公開番号】特開2018-146385(P2018-146385A)

(43)【公開日】2018年9月20日

【審査請求日】2020年1月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100210572

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 太一

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(72)【発明者】

【氏名】佐部利 誠司

(72)【発明者】

【氏名】中庭 彰宏

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 隆

【審査官】 森口 正治

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５７−１３６１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１５１８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−０１３３２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ １３／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から放射状に延びる複数の動翼を有する動翼列が前記軸線方向に間隔をあけて配置されてなる動翼列群と、を有するロータを有する回転機械の翼監視装置であって、
前記ロータに設けられ、前記動翼の異常によって放出されるＡＥ信号を検出する３つ以上のＡＥセンサを有する検出部を備え、
前記検出部の前記ＡＥセンサの少なくとも一部は、前記回転軸に前記軸線方向に間隔をあけて配置された軸方向ＡＥセンサであって、
前記ＡＥセンサの少なくとも１つは、前記動翼列群における前記動翼列の間に設けられ、
前記ＡＥセンサの少なくとも２つは、前記動翼列群を前記軸線方向から挟むように、前記動翼列群の外側に設けられ、
複数の前記軸方向ＡＥセンサからそれぞれ入力される複数の前記ＡＥ信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を有する前記動翼列を特定する翼列特定部を有する翼監視装置本体を備える翼監視装置。

【請求項2】

前記ロータは、それぞれ前記動翼列を支持する複数のディスクを前記軸線方向に積層させることで構成されており、
前記検出部の前記ＡＥセンサの少なくとも一部は、同一の前記ディスクに周方向に間隔をあけて配置された周方向ＡＥセンサであって、
前記翼監視装置本体は、
前記複数の前記周方向ＡＥセンサからそれぞれ入力される複数の前記ＡＥ信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を特定する動翼特定部を有する請求項１に記載の翼監視装置。

【請求項3】

軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から放射状に延びる複数の動翼を有する動翼列が前記軸線方向に間隔をあけて配置されてなる動翼列群と、を有するロータを有する回転機械の翼監視装置であって、
前記ロータに設けられ、前記動翼の異常によって放出されるＡＥ信号を検出する複数のＡＥセンサを有する検出部を備え、
前記検出部の前記ＡＥセンサの少なくとも一部は、前記回転軸に前記軸線方向に間隔をあけて配置された軸方向ＡＥセンサであって、
複数の前記軸方向ＡＥセンサからそれぞれ入力される複数の前記ＡＥ信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を有する前記動翼列を特定する翼列特定部を有する翼監視装置本体を備え、
前記ロータは、それぞれ前記動翼列を支持する複数のディスクを前記軸線方向に積層させることで構成されており、
前記検出部の前記ＡＥセンサの少なくとも一部は、同一の前記ディスクに周方向に間隔をあけて配置された周方向ＡＥセンサであって、
前記翼監視装置本体は、
前記複数の前記周方向ＡＥセンサからそれぞれ入力される複数の前記ＡＥ信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を特定する動翼特定部を有する翼監視装置。

【請求項4】

前記ロータに設けられて、前記ＡＥセンサが検出したＡＥ信号を無線送信する送信機を備え、
前記翼監視装置本体は、前記送信機から送信された前記ＡＥ信号を受信する受信機を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の翼監視装置。

【請求項5】

軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から放射状に延びる複数の動翼を有する動翼列が前記軸線方向に間隔をあけて配置されてなる動翼列群と、を有するロータを有する回転機械の翼監視装置であって、
前記ロータは、それぞれ前記動翼列を支持する複数のディスクを前記軸線方向に積層させることで構成されており、
前記ロータに設けられ、前記動翼の異常によって放出されるＡＥ信号を検出する複数のＡＥセンサを有する検出部を備え、
前記検出部の前記ＡＥセンサの少なくとも一部は、同一の前記ディスクに周方向に間隔をあけて配置された周方向ＡＥセンサであって、
複数の前記周方向ＡＥセンサからそれぞれ入力される複数の前記ＡＥ信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を特定する動翼特定部を有する翼監視装置本体を備える翼監視装置。

【請求項6】

前記回転機械と、
請求項１から５のいずれか一項に記載の翼監視装置と、
を備える回転機械システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、翼監視装置及び回転機械システムに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば蒸気タービン、ガスタービン等の回転機械は、回転軸と、該回転軸の外周に設けられた複数の動翼列からなる動翼列群とを有している。回転機械の運転時には、回転する動翼列の振動を計測している。このような計測を行うことにより、動翼列の振動特性が設計計画通りであるか否かを検証することができる。また、運転条件の変化による動翼の振動特性の変化を確認し、タービン製品の信頼性の向上を図ることができる。

【0003】

例えば特許文献１には、動翼に接触しない静止部に変位センサを設け、該変位センサによって動翼の振動を監視する技術が開示されている。
特に、動翼の翼高さが大きい低圧段では、静止側から各動翼の通過時間を計測し、その結果を演算して動翼の振動形態および振動量を算出する非接触モニタが適用されることが多い。

【0004】

また特許文献２には、ロータに摺動接触する静止部に振動検出部を設ける技術が開示されている。例えば振動検出部としての加速度計を軸受箱に設置することで、該軸受箱に伝達される翼列群からの振動を該加速度計によって検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−１７７０５９号公報

【特許文献2】特開昭５３−２８８０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上記特許文献１に記載の技術では、特に動翼の翼高さが小さい高圧段では、変位センサの設置環境が悪く、さらに動翼の振動振幅が小さいため、適切に振動を監視することができない。また、蒸気や燃焼ガス等の作動流体の性状によっては、変位センサの検出値に誤差が生じ、適切に振動を検出できない場合がある。

【0007】

また、上記特許文献２に記載の技術では、動翼列群から軸受箱まで振動が伝達するために、軸受油膜、軸受、軸受ハウジング等の振動減衰要素を経由する必要がある。そのため、信号自体の品質が悪化し、また、暗振動により信号がマスキングされる可能性が高い。
よって、いずれの技術であっても動翼の異常を容易に検出することは困難である。

【0008】

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、動翼の異常を容易に把握することができる翼監視装置及び回転機械システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。
即ち、本発明の第一態様に係る翼監視装置は、軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から放射状に延びる複数の動翼を有する動翼列が前記軸線方向に間隔をあけて配置されてなる動翼列群と、を有するロータを有する回転機械の翼監視装置であって、前記ロータに設けられ、前記動翼の異常によって放出されるＡＥ信号を検出する３つ以上のＡＥセンサを有する検出部を備え、前記検出部の前記ＡＥセンサの少なくとも一部は、前記回転軸に前記軸線方向に間隔をあけて配置された軸方向ＡＥセンサであって、前記ＡＥセンサの少なくとも１つは、前記動翼列群における前記動翼列の間に設けられ、前記ＡＥセンサの少なくとも２つは、前記動翼列群を前記軸線方向から挟むように、前記動翼列群の外側に設けられ、複数の前記軸方向ＡＥセンサからそれぞれ入力される複数の前記ＡＥ信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を有する前記動翼列を特定する翼列特定部を有する翼監視装置本体を備える。

【0010】

いずれかの動翼列の動翼に異常が生じた場合、即ち、例えば動翼に変形が発生し、又はき裂が発生した場合には、動翼自体が内部に蓄えていた歪みエネルギーが弾性波として放出される。当該弾性波がＡＥ（アコースティックエミッション）信号である。このようなＡＥ信号は、異常が発生した動翼を有する動翼列を基点として回転軸の軸方向にも伝搬する。
本態様では、このＡＥ信号を複数の軸方向ＡＥセンサで検出する。各軸方向ＡＥセンサは、配置された箇所に応じてＡＥ信号を受信するタイミングが異なる。この軸方向各ＡＥセンサによるＡＥ信号受信の時間差に基づいて翼列特定部が演算を行うことで、ＡＥ信号の発生箇所の軸線方向位置、即ち、異常が発生した動翼を有する動翼列を特定することができる。

【0011】

上記翼監視装置では、前記ロータは、それぞれ前記動翼列を支持する複数のディスクを前記軸線方向に積層させることで構成されており、前記検出部の前記ＡＥセンサの少なくとも一部は、同一の前記ディスクに周方向に間隔をあけて配置された周方向ＡＥセンサであって、前記翼監視装置本体は、前記複数の前記周方向ＡＥセンサからそれぞれ入力される複数の前記ＡＥ信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を特定する動翼特定部を有していてもよい。

【0012】

特定のディスクに設けられた複数の動翼のうちのいずれかに異常が発生した場合には、当該動翼を基点としてディスク内にＡＥ信号が伝搬していく。本態様では、当該ＡＥ信号を複数の周方向ＡＥセンサで検出する。各周方向ＡＥ信号は配置された箇所によるＡＥ信号受信のタイミングが異なる。そのため、各周方向ＡＥセンサによるＡＥ信号受信の時間差に基づいて動翼特定部が演算を行うことで、異常が発生した動翼を特定することができる。
本発明の第二態様に係る翼監視装置は、軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から放射状に延びる複数の動翼を有する動翼列が前記軸線方向に間隔をあけて配置されてなる動翼列群と、を有するロータを有する回転機械の翼監視装置であって、前記ロータに設けられ、前記動翼の異常によって放出されるＡＥ信号を検出する複数のＡＥセンサを有する検出部を備え、前記検出部の前記ＡＥセンサの少なくとも一部は、前記回転軸に前記軸線方向に間隔をあけて配置された軸方向ＡＥセンサであって、複数の前記軸方向ＡＥセンサからそれぞれ入力される複数の前記ＡＥ信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を有する前記動翼列を特定する翼列特定部を有する翼監視装置本体を備え、前記ロータは、それぞれ前記動翼列を支持する複数のディスクを前記軸線方向に積層させることで構成されており、前記検出部の前記ＡＥセンサの少なくとも一部は、同一の前記ディスクに周方向に間隔をあけて配置された周方向ＡＥセンサであって、前記翼監視装置本体は、前記複数の前記周方向ＡＥセンサからそれぞれ入力される複数の前記ＡＥ信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を特定する動翼特定部を有する。
いずれかの動翼列の動翼に異常が生じた場合、即ち、例えば動翼に変形が発生し、又はき裂が発生した場合には、動翼自体が内部に蓄えていた歪みエネルギーが弾性波として放出される。当該弾性波がＡＥ（アコースティックエミッション）信号である。このようなＡＥ信号は、異常が発生した動翼を有する動翼列を基点として回転軸の軸方向にも伝搬する。
本態様では、このＡＥ信号を複数の軸方向ＡＥセンサで検出する。各軸方向ＡＥセンサは、配置された箇所に応じてＡ Ｅ 信号を受信するタイミングが異なる。この軸方向各ＡＥセンサによるＡＥ信号受信の時間差に基づいて翼列特定部が演算を行うことで、ＡＥ信号の発生箇所の軸線方向位置、即ち、異常が発生した動翼を有する動翼列を特定することができる。
また、特定のディスクに設けられた複数の動翼のうちのいずれかに異常が発生した場合には、当該動翼を基点としてディスク内にＡＥ信号が伝搬していく。本態様では、当該ＡＥ信号を複数の周方向ＡＥセンサで検出する。各周方向ＡＥ信号は配置された箇所によるＡＥ信号受信のタイミングが異なる。そのため、各周方向ＡＥセンサによるＡＥ信号受信の時間差に基づいて動翼特定部が演算を行うことで、異常が発生した動翼を特定することができる。

【0013】

上記翼監視装置では、前記ロータに設けられて、前記ＡＥセンサが検出したＡＥ信号を無線送信する送信機を備え、前記翼監視装置本体は、前記送信機から送信された前記ＡＥ信号を受信する受信機を有することが好ましい。

【0014】

これによって、回転するロータに取り付けられたＡＥセンサが受信するＡＥ信号を、翼監視装置本体に容易に入力することができる。

【0015】

本発明の第三態様に係る翼監視装置は、軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から放射状に延びる複数の動翼を有する動翼列が前記軸線方向に間隔をあけて配置されてなる動翼列群と、を有するロータを有する回転機械の翼監視装置であって、前記ロータは、それぞれ前記動翼列を支持する複数のディスクを前記軸線方向に積層させることで構成されており、前記ロータに設けられ、前記動翼の異常によって放出されるＡＥ信号を検出する複数のＡＥセンサを有する検出部を備え、前記検出部の前記ＡＥセンサの少なくとも一部は、同一の前記ディスクに周方向に間隔をあけて配置された周方向ＡＥセンサであって、複数の前記周方向ＡＥセンサからそれぞれ入力される複数の前記ＡＥ信号の時間差に基づいて、異常が発生した前記動翼を特定する動翼特定部を有する翼監視装置本体を備えていてもよい。

【0016】

これによって上記同様、特定のディスクに取り付けられた動翼のうちいずれの動翼に異常が発生したかを容易に検出することができる。

【0017】

本発明の第四態様に係る回転機械システムは、前記回転機械と、上記いずれかの翼監視
装置と、を備える。

【発明の効果】

【0018】

本発明の翼監視装置及び回転機械システムによれば、動翼列群の振動を容易に監視することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第一実施形態に係る蒸気タービンシステム（回転機械システム）の模式的な縦断面図である。

【図2】第一実施形態に係る蒸気タービンシステム（回転機械システム）のロータ及びＡＥセンサを示す模式的な側面図である。

【図3】第一実施形態に係る蒸気タービンシステム（回転機械システム）におけるＡＥセンサを有するＡＥセンサユニットを示す模式的な構成図である。

【図4】第一実施形態に翼監視装置における翼監視装置本体のハードウェア構成を示す図である。

【図5】第一実施形態に係る翼監視装置における翼監視装置本体の機能ブロック図である。

【図6】第一実施形態に係る蒸気タービンシステム（回転機械システム）における各ＡＥセンサが受信するＡＥ信号を示すグラフである。

【図7】第二実施形態に係る蒸気タービンシステム（回転機械システム）のロータ及びＡＥセンサを示す模式的な側面図である

【図8】第二実施形態に係る翼監視装置における翼監視装置本体の機能ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態に係る蒸気タービンシステム（回転機械システム）について図１〜図６を参照して説明する。
図１に示すように、蒸気タービンシステム１は、蒸気タービン２（回転機械）及び翼監視装置３０を備える。

【0021】

蒸気タービン２は、蒸気のエネルギーを回転動力として取り出す外燃機関であって、発電所における発電機等に用いられるものである。蒸気タービン２は、ロータ３、スラスト軸受８、ジャーナル軸受９及びステータ２０を備えている。

【0022】

ロータ３は、回転軸４と動翼列群５とを備えている。
回転軸４は、水平方向に沿う軸線Ｏを中心として延びる円柱形状をなしている。回転軸４の一部には、スラストカラー４ａが形成されている。スラストカラー４ａは、軸線Ｏを中心として円板形状をなしており、フランジ状をなすように回転軸４の本体から回転軸４の径方向外側に一体的に張り出している。

【0023】

動翼列群５は、図１及び図２に示すように、回転軸４の外周に軸線Ｏ方向に間隔をあけて設けられた複数の動翼列６によって構成されている。各動翼列６は、回転軸４の外周面から径方向外側に向かって延びる動翼７が周方向に間隔をあけて複数配列されることで構成されている。即ち、各動翼列６は、回転軸４の同一の軸線Ｏ方向位置に放射状に設けられた複数の動翼７によって構成されている。

【0024】

スラスト軸受８は、スラストカラー４ａを軸線Ｏ方向両側から摺動可能に支持している。これによって、回転軸４の軸線Ｏ方向の移動を規制している。
ジャーナル軸受９は、回転軸４の両端側で該回転軸４を軸線Ｏ回りに回転可能に下方から支持するように一対が設けられている。

【0025】

ステータ２０は、ケーシング２１及び静翼列群２２を備えている。
ケーシング２１は、ロータ３の一部と外周側から囲うように設けられている。ロータ３の回転軸４は、ケーシング２１を軸線Ｏ方向に貫通している。回転軸４の両端は、ケーシング２１外に位置しており、該ケーシング２１の外側でスラスト軸受８及びジャーナル軸受９に支持されている。ロータ３の動翼列群５は、ケーシング２１の内側に配置されている。

【0026】

静翼列群２２は、ケーシング２１の内周に軸線Ｏ方向に間隔をあけて設けられた複数の静翼列２３によって構成されている。各静翼列２３は、ケーシング２１の内周面から径方向内側に向かって延びる静翼２４が周方向に間隔をあけて複数配列されることで構成されている。即ち、各静翼列２３は、回転軸４の同一の軸線Ｏ方向位置に放射状に設けられた複数の静翼２４によって構成されている。静翼列２３は、ロータ３の動翼列６と軸線Ｏ方向に交互に配置されている。

【0027】

このような蒸気タービン２では、ケーシング２１内に導入される蒸気が静翼列２３及び動翼列６の間の流路を通過する。この際、蒸気が動翼７を回転させることで該動翼７に伴って回転軸４が回転し、該回転軸４に接続された発電機等の機械に動力（回転エネルギー）が伝達される。

【0028】

次に翼監視装置３０について説明する。
翼監視装置３０は、図２に示すように、複数のＡＥセンサユニット４０（検出部）及び翼監視装置本体６０を備えている。
ＡＥセンサユニット４０は、ロータ３における回転軸４の外周面に、軸線Ｏ方向に間隔をあけて複数取り付けられている。ＡＥセンサユニット４０は、例えばロータ３の外周面から窪む凹部内に配置されていてもよい。

【0029】

本実施形態では、３つのＡＥセンサユニット４０が取り付けられている。これらＡＥセンサユニット４０の一つは、動翼列群５における動翼列６の間に設けられている。残りの二つのＡＥセンサユニット４０は、動翼列群５を軸線Ｏ方向から挟むように、動翼列群５の軸線Ｏ方向の外側に設けられている。なお、ＡＥセンサユニット４０は、４つ以上の複数が設けられていてもよい。複数のＡＥセンサユニット４０が軸線Ｏ方向に離間して配置されている限り、これらＡＥセンサユニット４０を任意に配置することができる。

【0030】

各ＡＥセンサユニット４０は、ＡＥセンサ４１（軸方向ＡＥセンサ）、送信機４２及びバッテリー４３が一体とされることで構成されている。
ＡＥセンサ４１は、動翼７に変形や亀裂が生じた際に放出される弾性波をＡＥ信号として検出する。ＡＥ（アコースティックエミッション）信号は、数１０ｋＨｚ〜数ＭＨｚといった非常に高い周波数成分を有している。周波数の高い信号は空気中では大きく減衰するため、主としてロータ３中を伝搬していく。ＡＥセンサ４１では、上記周波数帯域の振動を検出可能な圧電素子を有している。圧電素子としては、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等のセラミック製圧電素子が用いられる。

【0031】

本実施形態のＡＥセンサ４１は、特に動翼７の材料及び形状を踏まえた上で当該動翼７に変形・亀裂が生じた際に放出される弾性波が検出可能となるようにチューニングされている。ＡＥセンサ４１の検出面は、回転軸４の表面に接触している。なお、ＡＥセンサ４１の検出面とロータ３の表面との間に、シリコングリース等の音響カップランとが介在されていてもよい。

【0032】

送信機４２は、ＡＥセンサ４１に接続されており、ＡＥセンサ４１が受信するＡＥ信号が入力される。送信機４２は当該ＡＥ信号を外部に無線送信する。

【0033】

バッテリー４３は、ＡＥセンサ４１及び送信機４２に電力を供給する役割を有する。バッテリー４３としては、例えばリチウム電池等の二次電池を採用することができる。
なお、本実施形態では、各ＡＥセンサユニット４０に対応してバッテリー４３及び送信機４２を有しているが、例えば、複数のＡＥセンサ４１を回転軸４に対して軸線Ｏ方向に間隔をあけて配置し、これら複数のＡＥセンサ４１が検出したＡＥ信号を一括して外部に無線送信する一の送信機４２、及び各ＡＥセンサ４１に電力を供給するともに一の送信機４２に電力を送信する一のバッテリー４３を備えた構成としてもよい。この場合、複数のＡＥセンサ４１、一の送信機４２及び一のバッテリー４３を互いにケーブルで接続する必要がある。

【0034】

翼監視装置本体６０は、図４に示すように、ＣＰＵ６１（Central Processing Unit）、ＲＯＭ６２（Read Only Memory）、ＲＡＭ６３（Random Access Memory）、ＨＤＤ６４（Hard Disk Drive）、信号受信モジュール６５（受信機）を備えるコンピュータである。信号受信モジュール６５は、送信機４２を介して無線送信される各ＡＥセンサ４１からのＡＥ信号を受信する。なお、送信機４２が無線送信するＡＥ信号を増幅器で受信・増幅して、信号受信モジュール６５に入力される構成であってもよい。

【0035】

図５に示すように、翼監視装置本体６０のＣＰＵ６１は予め自装置で記憶するプログラムを実行することにより、制御部７１、翼列特定部７２、警報部７３の各構成を備える。
制御部７１は解析装置に備わる他の機能部を制御する。

【0036】

翼列特定部７２は、複数のＡＥセンサ４１からそれぞれ入力される複数のＡＥ信号の時間差に基づいて、異常が発生した動翼７を有する動翼列６を特定する。即ち、複数の動翼列６のうちいずれかの動翼列６における動翼７で異常が発生した場合には、当該動翼列６を基点として弾性波が伝搬していく。当該弾性波は回転軸４の延在方向に従って、当該回転軸４の軸線Ｏ方向に伝搬する。この際、互いに軸線Ｏ方向に間隔をあけて配置されたＡＥセンサ４１では、弾性波を検出するタイミング、即ち、ＡＥ信号を受信するタイミングが異なる。例えば、図６に示すように、３つのＡＥセンサ４１のうち、センサＡでは先にＡＥ信号を受信し、次いで、センサＢ、Ｃが順次ＡＥ信号を受信することになる。

【0037】

翼列特定部７２では、このように複数のＡＥ信号の受信の時間差に基づいて、弾性波の基点となる軸線Ｏ方向位置、即ち、弾性波が放出された動翼７を有する動翼列６を特定する延在を行う。より具体的には、翼列特定部７２は、予め記憶された各ＡＥ信号の位置と、各ＡＥセンサ４１が受信したＡＥ信号のタイミングに基づいて、弾性波が放出された動翼列６を特定する演算を行う。

【0038】

なお、翼列特定部７２は、予め定めた閾値以上の振幅のＡＥ信号が入力された際にのみ上記動翼列６を特定する演算を行ってもよい。また、各ＡＥセンサ４１が受信するＡＥ信号の強度を用いて、異常が発生した動翼列６を特定する演算を行ってもよい。異常が発生した動翼７を有する動翼列６から離れる程、ＡＥ信号の信号強度は小さくなる。したがって、ＡＥ信号の信号強度を用いることで、より正確に異常が生じた動翼列６を特定することができる。

【0039】

警報部７３は、翼列特定部７２の演算結果に基づいて警報を出力する。即ち、警報部７３は、翼列特定部７２が動翼列６を特定した場合には、異常が発生した旨及び異常が発生した動翼列６を特定する警報を出力する処理を行う。警報部７３は、警報情報をモニタに表示する処理を行ってもよいし、警報としてのアラームを鳴らす処理を行ってもよい。

【0040】

次に本実施形態の蒸気タービンシステム１の作用効果について説明する。
蒸気タービンシステム１の各動翼７に異常・損傷等が発生していない正常時であれば、動翼７から特定の周波数の弾性波が放出されることはないため、警報が出力されることはない。
一方で、いずれかの動翼列６の動翼７に変形が生じたりき裂が発生したりした場合には、動翼７自体が内部に蓄えていた歪みエネルギーが弾性波（ＡＥ信号）として放出される。このＡＥ信号は、異常が発生した動翼７を有する動翼列６を基点として回転軸４の軸線Ｏ方向に伝搬し、各ＡＥセンサユニット４０のＡＥセンサ４１によって検出される。各ＡＥセンサ４１が受信したＡＥ信号は、送信機４２を介して翼監視装置本体６０に無線送信される。翼監視装置本体６０では、翼列特定部７２が各ＡＥセンサ４１からのＡＥ信号受信の時間差に基づいて異常が発生した動翼列６を特定する。そして、警報部７３が当該情報を警報として出力する。

【0041】

以上のように本実施形態では、異常が発生した動翼７から放出されるＡＥ信号を、回転軸４の軸線Ｏ方向に離間して配置された複数のＡＥセンサ４１で検出することで、当該動翼７を有する動翼列６を容易に特定することができる。

【0042】

動翼７の異常により放出される弾性波は、他の振動に比べて周波数が非常に大きいため、当該弾性波が他の振動によってマスキングされることもない。また、異常時の動翼７自体の振幅が小さい場合であっても、異常発生時の弾性波を検出することで容易に動翼７の異常を検出することができる。さらに、蒸気タービンの作動流体である蒸気の性状によらず、安定して動翼７の異常を検出することができる。
また、各ＡＥセンサ４１が検出する信号は、送信機４２を介して無線送信されることで翼監視装置本体６０に入力されるため、回転側と静止側との間で複雑な配線構成を採用する必要はない。

【0043】

次に本発明の第二実施形態について図７及び図８を参照して詳細な説明を省略する。第二実施形態では、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

【0044】

第二実施形態では、ロータ３を構成する回転軸４は、軸線Ｏを中心とした円盤状のディスク４ｂを軸線Ｏ方向に複数積層されることで構成されている。各ディスク４ｂには、複数の動翼７が放射状に固定されている。即ち、各動翼７は、ディスク４ｂに基端が固定されており該ディスク４ｂの外周側に延びるように、互いに周方向に間隔をあけて配置されている。

【0045】

第二実施形態の翼監視装置３０Ａは、複数のＡＥセンサユニット４０Ａ（検出部）と翼監視装置本体６０Ａとを備えている。
ＡＥセンサユニット４０Ａは、複数のディスク４ｂのうちの特定のディスク４ｂに、周方向に間隔をあけて複数（本実施形態では３つ）が設けられている。これらＡＥセンサユニット４０Ａは、例えばディスク４ｂにおける軸線Ｏ方向を向く面に形成された凹部に埋め込まれることによってディスク４ｂに固定されていてもよい。ＡＥセンサユニット４０Ａは、４つ以上の複数が周方向に間隔をあけて設けられていてもよい。複数のＡＥセンサユニット４０Ａは、同一の径方向位置に設けられていることが好ましい。複数のＡＥセンサユニット４０Ａは互いに異なる径方向位置に設けられていてもよい。

【0046】

第二実施形態のＡＥセンサユニット４０Ａは、ＡＥセンサ４１Ａ（周方向ＡＥセンサ）、送信機４２及びバッテリー４３を有している。第二実施形態のＡＥセンサ４１Ａは、第一実施形態のＡＥセンサ４１と同様の構成であって、ディスク４ｂ内を周方向に伝搬する弾性波を検出する。

【0047】

第二実施形態の翼監視装置本体６０Ａは、制御部７１、動翼特定部７２Ａ及び警報部７３を有する。
動翼特定部７２Ａは、複数のＡＥセンサ４１からそれぞれ入力される複数のＡＥ信号の時間差に基づいて、損傷が発生した動翼７を特定する。

【0048】

特定の動翼列６のうちのいずれかの動翼７が損傷した際に放出される弾性波は、動翼７の基端を介してディスク４ｂ内を伝搬する。当該ディスク４ｂに設けられたＡＥセンサ４１は、弾性波を検出するが、当該弾性波の検出タイミングはＡＥセンサ４１の配置箇所によって異なる。動翼特定部７２Ａは、ＡＥ信号の検出タイミング及び各ＡＥセンサ４１の配置箇所の情報に基づいて、弾性波の発生源となった動翼７、即ち、異常が生じた動翼７を特定する。これによって、異常が発生した動翼７を容易に特定し、警報として出力することができる。

【0049】

なお、本実施形態では、特定のディスク４ｂに複数のＡＥセンサ４１を設けたが、全てのディスク４ｂにＡＥセンサ４１を複数設けて各ディスク４ｂで異常が生じた動翼７を特定できる構成としてもよい。また、任意に選択された複数のディスク４ｂにＡＥセンサ４１を設けてもよい。

【0050】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【0051】

第一実施形態では、回転軸４の軸線Ｏ方向に離間してＡＥセンサ４１を取り付けて、異常が生じた動翼列６を特定する構成を説明し、第二実施形態では、ディスク４ｂに周方向に離間してＡＥセンサ４１を取り付けて異常が生じた動翼７を特定する構成とした。
例えば、これら第一実施形態及び第二実施形態を組み合わせて、動翼列６の特定、動翼７の特定を段階的に行う構成としてもよい。また、動翼列６の特定と動翼７の特定とを個別に行う構成としてもよい。

【0052】

また、例えば実施形態では本発明を蒸気タービン２に適用した例について説明したが、例えばガスタービン等の他の回転機械に適用してもよい。

【符号の説明】

【0053】

１ 蒸気タービンシステム
２ 蒸気タービン
３ ロータ
４ 回転軸
４ａ スラストカラー
４ｂ ディスク
５ 動翼列群
６ 動翼列
７ 動翼
８ スラスト軸受
９ ジャーナル軸受
２０ ステータ
２１ ケーシング
２２ 静翼列群
２３ 静翼列
２４ 静翼
３０ 翼監視装置
４０ ＡＥセンサユニット
４１ ＡＥセンサ
４２ 送信機
４３ バッテリー
６０ 翼監視装置本体
６１ ＣＰＵ
６２ ＲＯＭ
６３ ＲＡＭ
６４ ＨＤＤ
６５ 信号受信モジュール
７１ 制御部
７２ 翼列特定部
７３ 警報部
４０Ａ ＡＥセンサユニット
４１Ａ ＡＥセンサ
３０Ａ 翼監視装置
７２Ａ 動翼特定部
６０Ａ 翼監視装置本体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】