(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷却用流体を流通させるガスタービン翼と、
この翼の翼付け根部から先端部まで翼長さ方向に複数点の表面温度を検出する温度検出器と、
この温度検出器により得られる運転中の翼表面温度パターンから異常発生の有無および予め用意した複数の異常原因の中から異常原因の判定を行なう判定手段とを備えることを特徴とする翼温度監視装置。
【請求項２】
前記温度検出器として放射温度計を用いることを特徴とする請求項１記載の翼温度監視装置。
【請求項３】
前記判定手段は、翼表面温度が、同じ運転状態における実績値から一定値以上離れた場合に異常有と判定することを特徴とする請求項１記載の翼温度監視装置。
【請求項４】
前記判定手段は、翼付け根部から先端部までの前記温度検出器の計測値の全てが同じ運転状態における通常値より一定値以上高い場合に、異常の原因を冷却流体の流通路のつまりと判定することを特徴とする請求項１記載の翼温度監視装置。
【請求項５】
前記判定手段は、翼付け根部から先端部までの前記温度検出器の計測値が、付け根部と先端部の間の位置を境目として付け根側で、同じ運転状態における通常値より一定の値以上低下し、先端側では同じ運転状態における通常値より一定の値以上上昇している場合に、異常の原因を通常値より上昇した測定点と低下した測定点の中間での冷却流体用流路の破孔発生であると判定することを特徴とする請求項１記載の翼温度監視装置。
【請求項６】
請求項１から５の翼温度監視装置を備えるガスタービン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に冷却用流体を流通させるガスタービンの翼温度監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、ガスタービン発電プラントのガスタービンのタービン入口の断面図である。
圧縮器１は、ガスタービン２と同軸的に設けられ、この圧縮器１の駆動により圧縮された空気を燃焼器３へ供給している。燃料は、燃焼器３のライナ部３ａで燃焼し、高温の燃焼ガスは、トランジションピース４、およびガスタービンの静翼５を経て動翼６に案内される。この動翼６の回転により、ガスタービン２に仕事をさせる。
翼に何らかの異常が発生した場合、温度上昇によって翼に機械的な損傷が発生し、この損傷により軸振動が発生して初めて異常に気付く場合が多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ガスタービンは精密な回転機械であるため、翼は、微少なクリアランスを隔てて高速で動く他の翼や部品と接している。したがって、僅かな機械的損傷が発生しても、これが周囲に波及し、殆ど機械全体にわたる損傷を引き起こす場合が多い。以上から翼が機械的損傷を引き起こす前に冷却用流体等の異常と、これによる翼温度の異常を検知することが必要である。
【０００４】
本発明の目的は、ガスタービン翼の表面温度を監視し、異常の有無、異常原因を判定することにより、異常の早期発見を可能とする翼温度監視装置を得ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明においては、内部に冷却用流体を流通させるガスタービン翼と、この翼の翼付け根部から先端部まで翼長さ方向に複数点の表面温度を検出する温度検出器と、この温度検出器により得られる運転中の翼表面温度パターンから異常発生の有無および予め用意した複数の異常原因の中から異常原因の判定を行なう判定手段とを備えることを特徴とする翼温度監視装置およびガスタービンを提供する。
これにより、翼表面温度異常発生時に異常の有無およびその原因を判定することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１から図３を参照して説明する。
図１は、本発明に係る翼温度監視装置の実施の形態の温度検出器近傍を示し、ガスタービンのタービン入口部分を拡大して示す断面図である。
【０００７】
タービンケーシング１１のタービン入口には燃焼ガスを導入するためのトランジションピース４が接続されている。このトランジションピース４の先端には、静翼５が形成されている。この静翼５は、タービンケーシング１１の内面に固着されているシュラウド１２により外輪部５ａが保持されている。この静翼５の後方には、動翼６が配置されている。この動翼６は、付け根部がタービンロータ１３の先端に植設されている。動翼６の先端と対向するタービンケーシング１１の内面にはシュラウド１２に連接したシュラウド１４が設けられている。
【０００８】
タービンケーシング１１と外輪部５ａには、取付孔１５が設けられている。この取付孔１５には、温度検出器である放射温度計の検出部１６が設けられている。この放射温度計の検出部１６の先端には、レンズ１７が装着されており、動翼の表面６ａの温度を計測できるように構成されている。放射温度計の検出部１６は、図示しない箇所に、さらに２台設けられており、それぞれ、動翼６の長さ方向に異なる箇所の測定をしている。
【０００９】
放射温度計は、例えば測定対象の放射する赤外線量を測定しこれにより温度を求めるもので、離れた対象を短時間に測定できるので、ガスタービン動翼の表面温度等、高速の回転体の温度を回転と同期をとることにより静止部から測定することができる。
【００１０】
放射温度計の検出部１６は、放射温度計の本体１８に接続され、放射温度計の本体１８は、計算機で構成される判定手段１９に接続されている。
図２は、動翼６と、図１中、放射温度計で示す温度検出器とを抽出した模式図である。
【００１１】
３台の温度検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、各々翼表面の２１ａ，２１ｂ，２１ｃ部の温度の温度を測定している。判定手段１９は、測定された温度から異常有無および異常原因の判定を行なう。表示装置２２は、判定手段１９の判定結果を表示する。なお、図中ｄは冷却用流体の流れ、２３は冷却用流体の流路を示す。
【００１２】
ガスタービンの動翼６および静翼５は、高温のガス流にさらされた状態で使用される。したがって、そのままでは高温により構造材料の強度が急激に低下するので、内部に冷却用の流体を流通させ、これにより冷却しながら使用する場合が多い。
【００１３】
冷却用流体の流路２３の異物のつまりや、破孔による流体の漏出等により流体の流量が変化すると、翼の冷却条件が変わるので運転状態における翼の表面温度が変化する。  そこで、正常時の翼表面温度を測定しておき、これを同じ運転状態での翼表面温度測定値と比較し、両者が一定の値以上隔っている場合には、前記のような何らかの異常が発生しているものと判定することができる。
【００１４】
同じ運転状態を示す指標としては、ガスタービン出力、回転数、ＩＧＶ角度、燃料流量等を用いることができる。
翼温度分布異常に対しては、翼表面温度検出器を翼長さ方向に複数個設置し、温度分布を求めることにより、異常原因を判定することができる。図２の例では、３台設置している。
【００１５】
図３は、判定手段１９の判定ロジックのテーブルである。
冷却用流体の流路２３につまりや閉塞が発生したときは、冷却用流体の流量が低下するので、翼付け根から先端にわたって全ての計測点で温度が上昇する。従って全ての計測点での温度が同じ運転状態での正常時の計測点より上昇した場合は、冷却用流体流路２３のつまりまたは閉塞が原因であると判定することができる（１）。
【００１６】
翼の付け根と先端の中間で、クラックや破孔が発生し、冷却用流体が漏出するような場合には、冷却用流体の流量は翼付け根から破孔部までは増加し、破孔部から先端部までは低下する。そこで翼付け根から特定の測定点まで正常時よりも温度が低く、次の測定点から先端までは、正常時よりも温度が高い場合には、特定の測定点と次の測定点の間のクラックまたは破孔が温度分布異常の原因と判定することができる（２），（３）。
【００１７】
翼先端部の冷却用流体の出口部や、さらにその先の流路で、破孔の発生や摩擦等による流路の拡大が発生した場合には、翼を通過する冷却用流体の流量が増加するため、翼付け根から先端までの全ての点で温度が低下する。そこで、翼付け根から先端までの全ての測定点で温度が正常時よりも低下する場合は、翼先端の冷却用流体出口部や、さらにその先の流路での破孔や摩耗等による流路拡大が温度分布異常の原因と判定することができる（４）。
【００１８】
翼の温度監視は、温度が低下する場合よりも上昇してしまう場合のほうが機械の破損につながる分、重要であるが、翼の冷却用流体は、特に動翼６では翼先端に向けて遠心力が働くため翼付け根から先端に向けて流通させるため、流路２３の閉塞や流体の漏れ等流量低下時には、翼の先端部が影響を受けやすく、異常な温度上昇を発生しやすい。温度検出器の設置数を例えば１台のみに限定する場合には、冷却面からは翼の先端を計測するのが良いが、ガスタービンのガス流は、流路の中央つまり翼の付け根と先端の中間の部分が温度が高く、端に行くに従い温度が低下する。したがって、ガスタービンのガス流の温度分布の測定結果や、冷却用流体流路のトラブルの発生状況から温度検出器の設置数を１台とする場合は、図２に示すように、翼付け根から先端に到る翼弦長の７５％の位置２１ｄを測定するのが最適である。
【００１９】
なお、翼表面温度検出手段としては、特に動翼等回転部分については、放射温度計が好適であるが、熱電対による方法も考えられる。
また、複数点の温度の計測に、この実施の形態では、複数の放射温度計を用いたが、放射温度計に首振り機能を持たせ、一台の放射温度計で複数点を計測しても良い。
【００２０】
以上述べたように、この実施の形態によれば、ガスタービン翼について、異常発生時に直ちにこれを検知し、その原因を判定し表示することにより異常の拡大や修理のための停止期間を最少にし、設備の経済性を高め、資源の有効利用を図ることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、内部に冷却用流体の流路を持つガスタービン翼について、翼の表面温度分布から異常の有無および原因の判定を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の温度検出器近傍を示し、ガスタービンのタービン入口部分を拡大して示す断面図。
【図２】本発明に係る実施の形態の動翼と温度検出器とを抽出した模式図。
【図３】本発明に係る実施の形態の判定手段の判定ロジックのテーブル。
【図４】ガスタービン発電プラントのガスタービンのタービン入口の断面図。
【符号の説明】
２…ガスタービン、５…静翼、６…動翼、１６…放射温度計の検出部、１８…放射温度計の本体、１９…判定手段、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…温度検出器、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…測定点、２３…流路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003715352.tif 000004
【図４】
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