発電所でのトルクセンサの使用

エネルギー需要が世界的に増加しています。このため、資源の効率的な使用と環境保護への要求も厳しくなっており、発電所ではシステムの運用に革新的な技術を導入することを要求されています。

力と効率の2つの数値は発電所にとって非常に重要です。効率とは、単位時間内に発電機で発生させた有効な電力と燃料により生成される動力の比率です。

燃料の質量流量の決定

有効な力発電機の出力として簡単に計測できます。しかしシステムの効率を決定するための計測は、かなり難しくなります。まず燃料の質量流量を決定することは、このために広く使用されている方法です。しかしながら、直接的手法で、質量流量を計測するのは比較的不正確です。なぜなら、簡単に把握できないいくつかのパラメータがあるうえ、燃料の種類が計測の精度を大きく落とすからです。実際には、燃料の質量流量は事前に決定した校正値やシミュレーションプログラムを使用して間接的に決定しています。

 

 

入力軸トーション(ねじり力)の計測

駆動力を決定するもう一つの方法は、発電機と駆動側の間のシャフト上でトルクを計測するやり方です。回転速度も同時に計測して駆動力を計算します。これは駆動側で作られたトルクによる入力軸トーションを計測して行います。間接的に測定する方法がいくつかありますが、トルクに関連したパラメータと計算を使用しています。この計算でのパラメータ(材料、シャフト形状など)は、許容値が大きく、最終的にはトルクパラメータにおいて比較的大きな誤差につながります

 

 

表面ひずみによる入力軸トーション(ねじり力)の計測

表面のねじれを利用した入力軸トーションの測定は、有効な代替え方式です。これをするためには、シャフトの上にひずみゲージを接着して、計測ブリッジに接 続します。計測ブリッジの励起電圧と計測信号は、固定子と回転シャフト間の非接触伝送システムにより送受信が行われます。設置の精度と使用部品によって は、この方式で非常に正確なねじり計測値が得られます。しかしながら、このようにして得られたトルク計算値は、上で述べたパラメータの公差により、3から 5%の不確実性を持っています。この方式は、既存のシステムに何時でも設置できるなど、多くの利点を持っていますが、トルクパラメータの達成可能な精度 が、新設の発電設備には不十分になっています。

 

 

シャフトトレインをトルクに対して校正する

上記で述べた方式の不確実性は、それでも、シャフトトレインもしくはその部品をトルクに対して校正することにより決定的に改善されます。校正マシンを使用して、校正する部品に既知のトルクを段階的にかけていき、それぞれの出力信号を計測し記録する。校正は各現場で行えますが、これは、複雑で時間を食う負荷の処理や各現場の状況により問題が生じる場合があります。校正を試験室で行えば最適な環境と高精度が保証できますが、校正マシンに計測する部品を設置するときに、設定治具を変えるのが煩雑になる場合があります。さらには、校正する部品の寸法や最大トルクが大きすぎたりすると、校正マシン自体が対応できません。 

ドライブトレインに計測技術を統合

トルクを正確に測るための各種の問題点は、比較的簡単に克服することができます。それは、発電システムを設計する段階でドライブトレインの中にトルク計測を組み込むことです。ここで必要なのは、ドライブトレインの中に直接設置するタイプの計測器です。ともに回転をし、ドライブトレインの機能そのものを肩代わりもできます。このタイプは、使用するトルクに対して校正されており、正式な検査証が発行されています。簡単に設置ができて、取り外し、交換、再校正も容易にできるのが特長です。


図1は、標準部品として入手可能なトルクセンサで、最大300 kNmまで計測可能ですが数MNmまで計測できるタイプもあります。 計測フランジには非回転タイプでリアクショントルク計測や参照トルク変換器に使用するタイプと、非接触の回転速度計測システム付きのものがあります。


Fig. 1: Special features of a torque flange
図1:トルクセンサの特長

Fig. 2: Measuring body of a 2 MNm torque flangeFig. 3: Installation of a torque flange in a generator set

図2: 2 MNmのトルクセンサの計測部本体      図3:発電機セットにトルクセンサを設置

 

非接触伝送システムのタイプにより、トルクセンサは6kHzまでの帯域幅で高品質の動的トルク信号を提供します。これにより発電プラントの運転において、以下のような優位性が提供できます。

 

  • 常に正確な効率の計測 (監視)燃料消費率分析と最適化
  • ねじり振動分析が追加のセンサなしで可能
  • 特異なトルクの挙動における変動箇所の特定
  • 修理やメンテナンスの頻度を低減
  • 短い信号伝達時間 > 早い制御や過負荷防止
  • 簡単な設置
  • 簡単な再校正(校正証明書付き)
  • 防爆仕様ではATEX認定書つき
  • 船舶向けにはABSか同等の認定書つき 摩耗がなくメンテナンスフリー

トルク計測用のトルクセンサの世界最大級のメーカーとして、HBMはこの分野において数十年の実績を持っています。長期間の連続使用においても、製品の高品質により、高精度トルク計測が可能です。HBMはまた世界的規模で事業を展開しており、技術的質問や購入に関するご質問に短時間で対応しています。

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