(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン車室に軸方向の複数の区間を設定し、各区間の所定状態の温度、位置、長さ、直径等形状寸法、熱膨張率を予め演算装置に設定し、前記各区間の上部と下部の温度を測定して同各区間で生ずる上部と下部の熱歪み量の差より中心軸方向の傾きを求め、各区間の前記中心軸方向の傾きを集積して各区間の位置と傾きを演算し、前記所定の状態に対する車室の変形量を求めることを特徴とするタービン車室のキャットバック変形量計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載のタービン車室のキャットバック変形量計測方法において、前記所定状態とは前記タービン車室の中心線が一直線となる状態であることを特徴とするタービン車室のキャットバック変形量計測方法。
【請求項３】
請求項１に記載のタービン車室のキャットバック変形量計測方法において、前記各区間の上部と下部の温度とは同各区間の上下各一か所の車室メタル温度であることを特徴とするタービン車室のキャットバック変形量計測方法。
【請求項４】
請求項１に記載のタービン車室のキャットバック変形量計測方法において、前記各区間の上部と下部の温度とは同各区間の上下各複数箇所の車室メタル温度であり、同上下各複数箇所の車室メタル温度より同各区間の上部と下部の温度の平均値をもとめることを特徴とするタービン車室のキャットバック変形量計測方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のタービン車室のキャットバック変形量計測方法において、得られた前記所定の状態に対する車室の変形量に基づいて前記各区間における車室内面と回転部分とのクリアランスの監視を行なうことを特徴とするタービン車室のキャットバック変形量計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービン車室における温度偏差によるキャットバック変形量の計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３をもとに、従来のタービン車室のキャットバック変形量計測方法を説明する。図３（ａ）は上半分を縦断面としたガスタービンの要部の側面図、（ｂ）は従来の計測器を模式的に示す図である。
【０００３】
タービンは、ガスタービンを例にとると一般に図３（ａ）に示すように、固定側の車室１内に、ベアリング２を介してロータ等（回転部分）３が回転可能に支承されており、空気及びガス流の上流側から圧縮機部４、燃焼器５、タービン部６が構成されている。
【０００４】
タービンの車室１と内部の回転部分３とのクリアランスは、ロータのタービンブレードチップの接触を避ける必要がある一方、効率向上ためクリアランスは極力小さく取る必要があるため、厳しく設定されており、定常の運転状態等において車室１の温度分布が比較的均一の状態で所定のクリアランスを有するものとしている。
【０００５】
すなわち、温度が比較的均一な場合は、熱膨張による変形は生じるがそれ自体は車室１内部の回転部分３も含め一様に発生するので、ここで車室１内部の回転部分３とのクリアランス上の問題となる変形成分とならない。
【０００６】
しかし、タービンの停止中においては車室１の上部が下部に対して高温となる温度分布の偏差が生じ、熱膨張による変形に偏差が生じ、車室１の全長ではそれが累積して偏った変形（上部が反り上がる、いわゆる「キャットバック変形」）および偏心として現出することが避けがたい。
【０００７】
一方、タービンの停止過程においては車室１内部の回転部分３はいまだ一定の回転を維持しているため比較的温度均一の状態であり車室１のような変形、偏心はないので車室１と回転部分３とのクリアランスに変化が生じ、車室１の変形がクリアランス上許容範囲にあるかどうかを監視する必要が生ずる。この場合、特に車室１の上下の温度偏差による車室１の軸方向に従う上下の曲げ変形「キャトバック変形」が大きい要素であり、このキャトバック変形量を計測することが重要となる。
【０００８】
なお、クリアランスが一定以上危険状態に近づいている場合は、車室１内部の回転部分３の回転を維持しあるいは上げて車室１内の温度のより均一化が図られ、クリアランスの減少を回避する処置がとられる。
【０００９】
従来、タービンの車室１の変形量を計測するにあたっては、ガスタービンにおいても蒸気タービン等において行われると同様に、図３（ａ）に示すように、例えば車室１の圧縮機側ベアリング位置１ａ、燃焼器兼圧縮機車室位置１ｂ、排気側ベアリング位置にそれぞれ計測器を取り付け、各位置１ａ、１ｂ、１ｃの上下の変位量を測定し、車室１の軸方向に従うキャットバック変形量を計測することが行われている。
【００１０】
従来用いられる計測器７は、その構成を図３（ｂ）に模式的に示すように水を入れた容器８にフロート９を浮かべ、それを連通管１０で水槽１１に連通したものであり、予め複数の計測器７を車室１の上記測定位置１ａ、１ｂ、１ｃに同一水準で取り付けた後、車室にキャットバック変形が生じた場合、各計測器７の容器８内の水が増減し、フロート９の上下移動量により各測定位置の相対的上下変位が測定され、これに基づき車室１のキャットバック変形量が計測されるものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来の計測器７を用いたタービン車室のキャットバック変形量計測方法は、特に高温環境となるガスタービン車室のキャットバック変形量の計測において、以下のような問題があった。
【００１２】
すなわち、フロート９の変位を非接触式変位計で検出するためフロート９の位置を非接触式変位計の測定範囲内としなければならず、容器８の高さの微調整等その初期設定を行なうことが困難であり、キャットバック変形量の計測の作業効率が著しく阻害されることがあった。
【００１３】
また特に、ガスタービンに適用する場合には高温の温度環境となるため、一旦初期設定をした後も、温度環境から計測器７内の水位が蒸発等で移動をおこし測定範囲外となり、計測器７の再微調整や再初期設定を要する場合もあり、タイムリーなキャットバック変形量の計測を行なえないおそれもあった。
【００１４】
本発明は、かかる従来のタービン車室のキャットバッック変形量の計測方法の問題点を解消し、タイムリーに且つ効率的にキャットバッック変形量を得ることのできる、タービン車室のキャットバッック変形量計測方法を提供することを課題とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
（１）  本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、その第１の手段として、タービン車室に軸方向の複数の区間を設定し、各区間の所定の状態の温度、位置、長さ、直径等形状寸法、熱膨張率を予め演算装置に設定し、前記各区間の上部と下部の温度を測定して同各区間で生ずる上部と下部の熱歪み量の差より中心軸方向の傾きを求め、各区間の前記中心軸方向の傾きを集積して各区間の位置と傾きを演算し、前記所定の状態に対する車室の変形量を求めることを特徴とするタービン車室のキャットバック変形量計測方法を提供するものである。
【００１６】
上記第１の手段によれば、運転状態の、あるいは停止過程のガスタービン車室の変形量を実際に測定することなく、車室の各区間の測定温度と、車室の各区間について予め得ておいた所定の状態の温度、形状寸法、軸方向熱膨張率等の諸値から、随時、車室のキャットバック変形量を計測することができるものとなり、予め得ておく所定の状態の温度、形状寸法、軸方向熱膨張率等の諸値は一旦設定すれば、同条件において再調整の必要はなく、タービンの車室のキャットバック変形量の計測が著しく効率的となり、且つタイムリーに行える。
【００１７】
（２）  第２の手段は、第１の手段のタービン車室のキャットバック変形量計測方法において、前記所定状態とは前記タービン車室の中心線が一直線となる状態であることを特徴とするタービン車室のキャットバック変形量計測方法である。第２の手段によれば、第１の手段の特徴に加え、所定状態が構造的に明確であり、計測にあたって所定状態での諸値の設定、演算、演算結果の利用が容易である。
【００１８】
（３）  第３の手段は、第１の手段のタービン車室のキャットバック変形量計測方法において、前記各区間の上部と下部の温度とは同各区間の上下各一か所の車室メタル温度であることを特徴とするタービン車室のキャットバック変形量計測方法である。第３の手段によれば、第１の手段の特徴に加え、温度計測が容易であり、また演算も容易である。
【００１９】
（４）  第４の手段は、第１の手段のタービン車室のキャットバック変形量計測方法において、前記各区間の上部と下部の温度とは同各区間の上下各複数箇所の車室メタル温度であり、同上下各複数箇所の車室メタル温度より各区間の上部と下部の温度の平均値をもとめることを特徴とするタービン車室のキャットバック変形量計測方法である。第４の手段によれば、第１の手段の特徴に加え、各区間の上下の熱歪み量算出の精度が高まり、それから得られる車室の変形量の精度も高まる。
【００２０】
（５）  第５の手段は、第１の手段ないし第４の手段のいずれかのタービン車室のキャットバック変形量計測方法において、得られた前記所定の状態に対する車室の変形量に基づいて前記各区間における車室内面と回転部分とのクリアランスの監視を行なうことを特徴とするタービン車室のキャットバック変形量計測方法である。第５の手段によれば、第１の手段ないし第４の手段の特徴に加え、各区間における車室内面と回転部分とのクリアランスが許容範囲にあるかどうかを容易に自動的に監視することができ、ロータのタービンブレードチップと車室内面との接触を防止できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１および図２に基づき本発明の実施の一形態に係るタービン車室のキャットバッック変形量計測方法を、ガスタービンの場合を例に説明する。
【００２２】
図１は上半分を縦断面としたガスタービンの要部の側面図であり、本実施の形態のタービン車室のキャットバック変形量計測方法における温度測定位置を例示するものである。図２は、本実施の形態におけるタービン車室のキャットバッック変形量計測方法の説明図である。
【００２３】
本実施の形態のタービン車室のキャットバッック変形量計測方法においては、上述のような変形量を直接計測器で測定することに代えて、タービン車室の温度から精度よくキャットバッック変形量を算出するものである。
【００２４】
すなわち、図１に示すように、ガスタービンの車室１に、その構造、形状寸法、材質、負荷及び支持条件等によって軸方向に複数の区間を設定し、各区間毎に車室１の上部と下部に温度検出器２０を取り付け、各区間における車室１のメタル温度を測定する。温度検出器２０は熱電対等適宜のものを用いることができる。
【００２５】
図１は、車室１をＡからＬまでの１２区間に区分した例であって、Ａ〜Ｌまでの区間のそれぞれの車室１上部の温度、Ｔａ〜Ｔｌがそれぞれの区間の車室１上部に取り付けられた温度検出器２０で測定される。また、Ａ〜Ｌまでの区間のそれぞれの車室１下部の温度、Ｔａ’〜Ｔｌ’がそれぞれの区間の車室１下部に取り付けられた温度検出器２０で測定される。
【００２６】
車室１の所定の基準状態、例えば車室１と回転部分３とのクリアランスが所定の状態となる状態等、における温度（基準温度）Ｔでの各区間の位置、車室長さ、直径（形状によっては相当直径をとるものとする）等の形状寸法、クリアランス等の諸値を予め測定し適宜の演算装置に設定しておくものとする。また各区間の形状寸法、材質等から各区間の軸方向熱膨張率も得て設定しておくものとする。
【００２７】
上記の所定の基準状態は前記諸値を得ておけるものであればよいが、ここでは車室１の中心線が一直線となる状態とした場合を例に説明すると、図２に示すように、基準状態、基準温度Ｔにおける車室１の各区間Ａ〜Ｌの中心線上の長さをＬａ〜Ｌｌとすると、各区間の上部、下部ともに長さはＬａ〜Ｌｌである。
【００２８】
以上において、車室１のキャットバック変形量を計測するに際しては、車室１上部の温度Ｔａ〜Ｔｌを測定し、測定した温度Ｔａ〜Ｔｌから、基準温度Ｔの各区間上部長さＬａ〜Ｌｌに対する軸方向熱歪み量δａ〜δｌを求める。また、車室１下部の温度Ｔａ’〜Ｔｌ’を測定し、測定した温度Ｔａ’〜Ｔｌ’から、基準温度Ｔの各区間下部長さＬａ〜Ｌｌに対する軸方向熱歪み量δａ’〜δｌ’を求める。
【００２９】
各区間Ａ、Ｂ〜Ｌの上部と下部の温度の偏差により、各区間の上部と下部において熱歪み量は（δａ−δａ’）、（δｂ−δｂ’）〜（δｌ−δｌ’）の偏差を生ずることになる。
【００３０】
したがって、車室１の各区間Ａ、Ｂ〜Ｌにおいて、車室の中心軸方向はそれぞれｄθａ、ｄθｂ〜ｄθｌずつ傾くこととなり、ｄθａ、ｄθｂ〜ｄθｌは、ａｒｃｓｉｎ〔（δａ−δａ’）／Ｄａ〕、ａｒｃｓｉｎ〔（δｂ−δｂ’）／Ｄｂ〕〜ａｒｃｓｉｎ〔（δｌ−δｌ’）／Ｄｌ〕として求まる。微小傾斜であり、近似的にはそれぞれ（δａ−δａ’）／Ｄａ、（δｂ−δｂ’）／Ｄｂ〜（δｌ−δｌ’）／Ｄｌとすることもできる。
【００３１】
以上から、各区間の熱歪み量、中心軸方向の傾きを集積すれば、車室１のキャットバック変形量を計測しようとする状態における車室１の各区間の位置、傾きが、適宜の演算装置をもって容易に算出され、所定の基準状態に対する変形量が求まり、それから車室１のキャットバック変形量が計測できるものとなる。そして、これから各部のクリアランスの状態のチェックを容易行うことができる。
【００３２】
なお、上記においては所定の基準状態を車室１の中心線が一直線となる状態である代表的なものであり、所定の基準状態が構造的に明確であり、計測に当たって所定の基準状態の諸値の設定、演算、演算結果の利用が容易である。しかし、所定の基準状態はこれに限らず、その状態の諸値を明確に得ておけるものであれば、上記のような代表的な特定の状態でなくてもキャットバック変形量を算出することができるものである。
【００３３】
すなわち、本実施の形態のタービン車室のキャットバッック変形量計測方法によれば、運転状態の、あるいは停止中のガスタービン車室の変形量を実際に測定することなく、車室１の各区間Ａ〜Ｌの上部と下部に取り付けてある温度検出器２０の検出温度と、車室１の各区間について予め得ておいた所定の基準状態の基準温度、形状寸法、軸方向熱膨張率等の諸値から、随時、所定の基準状態に対する変形量が求まり、これから車室１のキャットバック変形量を計測することができるものとなる。
【００３４】
そして、予め得ておく所定の基準状態の基準温度、形状寸法、軸方向熱膨張率等の諸値は一旦設定すれば、同条件において再調整の必要はなく、タービンの車室１のキャットバック変形量の計測が著しく効率的となり、且つタイムリーに行えるものとなる。
【００３５】
また、上述のようにタービン車室のキャットバック変形量が計測されれば、得られた変形量に基づき各区間における車室１内面と回転部分３とのクリアランスが許容範囲にあるかどうかを自動的に監視することも容易に行うことができ、ロータのタービンブレードチップと車室内面との接触を防止できる。このため、タービンの運転管理が効率的に行えるようになる。
【００３６】
以上、本発明の実施の一形態を説明したが、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内でその具体的構成に種々の変更を加えてもよいことは勿論である。
【００３７】
例えば、図１および図２においては車室にＡ〜Ｌの１２区間を設定したものを示したが、区間の数、区間を区分する箇所は図示のものに限られるものではなく、タービン車室の構造に合わせて適切な数、区分する箇所を設定すればよいことは勿論である。
【００３８】
また、図１において車室の各区間の温度測定点を上下各一か所とし、各区間の上部と下部の温度とは各区間の上下各一か所の車室メタル温度であるとしたが、この場合は温度計測が容易であり、また演算も容易である。しかし、各区間において上下の温度を複数点計測してその平均値をもってそれぞれの区間の上下の温度とすれば、さらに正確な各区間の熱歪み量を算出でき、その結果、それから得られる車室の変形量の精度を高めることができる。また、要に応じて車室側面の温度も含め温度分布を求めてもよい。
【００３９】
なお、実施の一形態としては、ガスタービンを示し説明したが、本発明方法は蒸気タービンにも同様に適用できるものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上、請求項１の発明によれば、タービン車室のキャットバック変形量計測方法を、タービン車室に軸方向の複数の区間を設定し、各区間の所定の状態の温度、位置、長さ、直径等形状寸法、熱膨張率を予め演算装置に設定し、前記各区間の上部と下部の温度を測定して同各区間で生ずる上部と下部の熱歪み量の差より中心軸方向の傾きを求め、各区間の前記中心軸方向の傾きを集積して各区間の位置と傾きを演算し、前記所定の状態に対する車室の変形量を求めるように構成したので、車室の各区間の測定温度と、車室の各区間について予め得ておいた所定の状態の温度、形状寸法、軸方向熱膨張率等の諸値から、随時、車室のキャットバック変形量を計測することができるものとなり、予め得ておく所定の状態の温度、形状寸法、軸方向熱膨張率等の諸値は一旦設定すれば、同条件において再調整の必要はなく、タービンの車室のキャットバック変形量の計測が著しく効率的となり、且つタイムリーに行えるものとなる。
【００４１】
（２）  請求項２の発明によれば、請求項１に記載のタービン車室のキャットバック変形量計測方法において、前記所定状態とは前記タービン車室の中心線が一直線となる状態であるように構成したので、請求項１の発明の効果に加え、所定状態が構造的に明確であり、計測に当たって所定状態の諸値の設定、演算、演算結果の利用が容易となる。
【００４２】
（３）  請求項３の発明によれば、請求項１に記載のタービン車室のキャットバック変形量計測方法において、前記各区間の上部と下部の温度とは同各区間の上下各一か所の車室メタル温度であるように構成したので、請求項１の発明の効果に加え、温度計測が容易であり、また演算も容易となる。
【００４３】
（４）  請求項４の発明によれば、請求項１に記載のタービン車室のキャットバック変形量計測方法において、前記各区間の上部と下部の温度とは同各区間の上下各複数箇所の車室メタル温度であり、同上下各複数箇所の車室メタル温度より各区間の上部と下部の温度の平均値をもとめるように構成したので、請求項１の発明の効果に加え、各区間の上下の熱歪み量を正確に算出でき、それから得られる車室の変形量の精度を高めることができる。
【００４４】
（５）  請求項５の発明によれば、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のタービン車室のキャットバック変形量計測方法において、得られた前記所定の状態に対する車室の変形量に基づいて前記各区間における車室内面と回転部分とのクリアランスの監視を行なうように構成したので、請求項１ないし請求項４の発明の効果に加え、各区間における車室内面と回転部分とのクリアランスが許容範囲にあるかどうかを容易に自動的に監視することができ、ロータのタービンブレードチップと車室内面との接触を防止できる。このため、タービンの運転管理が効率的に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態にかかるタービン車室のキャットバック変形量計測方法における温度測定位置を例示する図であり、上半分を縦断面としたガスタービンの要部の側面図である。
【図２】本実施の形態におけるタービン車室のキャットバッック変形量計測方法の説明図である。
【図３】従来のタービン車室のキャットバック変形量計測方法の説明図であり、（ａ）は上半分を縦断面としたガスタービンの要部の側面図、（ｂ）は従来の計測器を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１              車室
２              ベアリング
３              ロータ等（回転部分）
２０            温度検出器
【図１】
0003659861.tif 000002
【図２】
0003659861.tif 000003
【図３】
0003659861.tif 000004