(57)【要約】【課題】少なくとも１つの翼を備えたタービンの初段静翼の摩耗の状態を正しく監視可能なタービン翼摩耗監視装置及びタービン翼摩耗監視方法を提供することを目的とする。【解決手段】少なくとも１つの翼を備えたタービン１の初段静翼１０の摩耗の監視を行うタービン翼摩耗監視装置３において、前記タービン１に流入する流体により発生する前記初段静翼１０の翼１００の後縁部の翼長手方向の略中央部から始まる摩耗の監視を行う摩耗監視部５を備えている。【選択図】図６
2018132037.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの翼を備えたタービンの初段静翼の摩耗の監視を行うタービン翼摩耗監視装置において、
前記タービンに流入する流体により発生する前記初段静翼の翼の後縁部の翼長手方向の略中央部から始まる摩耗の監視を行う摩耗監視部を備えているタービン翼摩耗監視装置。
【請求項２】
前記摩耗監視部は、前記初段静翼の複数の前記翼のうち、前記初段静翼の前記流体の入口から最も遠い位置の近傍に位置する前記翼を少なくとも含む一以上の前記翼に対し、摩耗の監視を行う請求項１に記載のタービン翼摩耗監視装置。
【請求項３】
前記摩耗監視部は、前記初段静翼の前記翼内の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部の所定位置から前記翼内部で絶縁状態に挿入され他方の端部の前記翼内部で折り返し前記一方の端部へと前記後縁部に沿うように挿通された電線ケーブルと、
前記電線ケーブルの電気抵抗値を測定する抵抗値計測部と、を備え、
前記抵抗値計測部の測定した前記電線ケーブルの電気抵抗値が前記摩耗の無い初期状態に対して十分大きい値を示した場合に前記初段静翼の前記翼の摩耗の発生を判断する請求項１または請求項２に記載のタービン翼摩耗監視装置。
【請求項４】
前記摩耗監視部は、前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部の所定位置から前記翼内部で絶縁状態に挿入され他方の端部側を先端部として前記翼と導通させて前記後縁部に沿って挿通された長尺電線ケーブルと、
前記後縁部と前記所定位置との間で前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部から前記翼内部で絶縁状態に挿入されかつ翼長手方向の一方の端部側を先端部として前記翼と導通させて挿通された短尺電線ケーブルと、
前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した前記短尺電線ケーブルと前記長尺電線ケーブルとの間の第１直流抵抗値を計測する第１直流抵抗値計測部と、を備え、
前記第１直流抵抗値の変化に応じて前記初段静翼の前記翼の摩耗の状態の監視を行う請求項１または請求項２に記載のタービン翼摩耗監視装置。
【請求項５】
前記摩耗監視部は、前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部の所定位置から前記翼内部で絶縁状態に挿入され他方の端部側を先端部として前記翼と導通させて前記後縁部に沿って挿通された長尺電線ケーブルと、
前記後縁部と前記所定位置との間で前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部から前記翼内部で絶縁状態に挿入されかつ翼長手方向の一方の端部側を先端部として前記翼と導通させて挿通された短尺電線ケーブルと、
前記後縁部と前記短尺電線ケーブルとの間で前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部から前記翼内部で絶縁状態に挿入されかつ翼長手方向の一方の端部から翼長手方向の略中央部を先端部として前記翼と導通させて前記後縁部に沿って挿通された中尺電線ケーブルと、
前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した前記短尺電線ケーブルと前記長尺電線ケーブルとの間の第１直流抵抗値を計測する第１直流抵抗値計測部と、
前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した前記短尺電線ケーブルと前記中尺電線ケーブルとの間の第２直流抵抗値を計測する第２直流抵抗値計測部と、
を備え、
前記第１直流抵抗値および前記第２直流抵抗値の変化に応じて前記初段静翼の前記翼の摩耗の状態の監視を行う請求項１または請求項２に記載のタービン翼摩耗監視装置。
【請求項６】
前記摩耗監視部は、前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した前記短尺電線ケーブルと前記長尺電線ケーブルとの間の所定の高周波電流に対する第１高周波抵抗値を計測する第１高周波抵抗値計測部を備え、
前記第１高周波抵抗値の変化に応じて前記初段静翼の前記翼の摩耗の状態の監視を行う請求項４に記載のタービン翼摩耗監視装置。
【請求項７】
前記摩耗監視部は、前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した前記短尺電線ケーブルと前記長尺電線ケーブルとの間の所定の高周波電流に対する第１高周波抵抗値を計測する第１高周波抵抗値計測部と、
前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した前記短尺電線ケーブルと前記中尺電線ケーブルとの間の所定の高周波電流に対する第２高周波抵抗値を計測する第２高周波抵抗値計測部と、
を備え、
前記第１高周波抵抗値および前記第２高周波抵抗値の変化に応じて前記初段静翼の前記翼の摩耗の状態の監視を行う請求項５に記載のタービン翼摩耗監視装置。
【請求項８】
前記タービンは、蒸気タービンである請求項１から請求項７のいずれかに記載のタービン翼摩耗監視装置。
【請求項９】
少なくとも１つの翼を備えたタービンの初段静翼の監視を行うタービン翼摩耗監視方法において、
前記タービンに流入する流体により発生する前記初段静翼の翼の後縁部の翼長手方向の略中央部から始まる摩耗の監視を行うタービン翼摩耗監視方法。
【請求項１０】
前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の近傍内部において前記後縁部の一方の端部の所定位置から前記翼内部で絶縁状態に挿入され他方の端部を経由し前記一方の端部へと前記後縁部に沿うように挿通された電線ケーブルの電気抵抗値を測定する工程と、
前記電線ケーブルの電気抵抗値が前記摩耗の無い初期状態に対して十分大きい値を示した場合に前記初段静翼の前記翼の摩耗が発生したことを検知する工程とを備える請求項９に記載のタービン翼摩耗監視方法。
【請求項１１】
前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部の所定位置から前記翼内部で絶縁状態に挿入され他方の端部側を先端部として前記翼と導通させて前記後縁部に沿って挿通された長尺電線ケーブルと、前記後縁部と前記所定位置との間で前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部から前記翼内部で絶縁状態に挿入されかつ翼長手方向の一方の端部側を先端部として前記翼と導通させて挿通された短尺電線ケーブルとの間で、前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した第１直流抵抗値を計測する工程と、
前記第１直流抵抗値の変化に応じて前記初段静翼の前記翼の摩耗の状態の監視を行う工程とを備える請求項９に記載のタービン翼摩耗監視方法。
【請求項１２】
前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部の所定位置から前記翼内部で絶縁状態に挿入され他方の端部側を先端部として前記翼と導通させて前記後縁部に沿って挿通された長尺電線ケーブルと、前記後縁部と前記所定位置との間で前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部から前記翼内部で絶縁状態に挿入されかつ翼長手方向の一方の端部側を先端部として前記翼と導通させて挿通された短尺電線ケーブルとの間で前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した第１直流抵抗値を計測する工程と、
前記短尺電線ケーブルと、前記後縁部と前記短尺電線ケーブルとの間で前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部から前記翼内部で絶縁状態に挿入されかつ翼長手方向の一方の端部から翼長手方向の略中央部を先端部として前記翼と導通させて前記後縁部に沿って挿通された中尺電線ケーブルとの間で前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した第２直流抵抗値を計測する工程と、
前記第１直流抵抗値および前記第２直流抵抗値の変化に応じて前記初段静翼の前記翼の摩耗の状態の監視を行う工程とを備える請求項９に記載のタービン翼摩耗監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン翼摩耗監視装置及びタービン翼摩耗監視方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水蒸気タービン（以下、蒸気タービン）などのタービンは、その内部に導かれた過熱水蒸気などの流体のエネルギーを回転駆動力に変換している。この流体には、微小な固形物が含まれている場合があり、この微小な固形物が流体と共にタービン内部に浸入し、翼、特に初段静翼に衝突し初段静翼を浸食するため、初段静翼は摩耗する場合がある。
これは、特に蒸気タービンにおいては典型的な損傷の一形態であり、一般的にソリッドパーティクルエロージョン（Solid  Particle  Erosion／以下、「ＳＰＥ」という。）と言われている。火力発電用の蒸気タービンにおいては、排熱回収ボイラ（Heat  Recovery  Steam  Generator／以下、「ＨＲＳＧ」という。）を含むボイラの過熱器などで発生する水酸化スケールの微小な固形物が、また地熱タービンにおいては、地熱蒸気中に含まれるシリカなどの微小な固形物が、それぞれ蒸気タービンに浸入し、初段静翼を浸食し、初段静翼は摩耗する。これら微小な固形物の大きさは非常に小さく、蒸気タービンの主蒸気止め弁などに設けられるフィルタなどではその全ての捕捉は困難である。
初段静翼が摩耗するとタービンの性能が落ちることから、摩耗の状態を知りメンテナンスが必要な時期を予定することはタービンの運転において重要である。
そこで、固形物により発生した初段静翼の摩耗の状態を判断する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、蒸気タービン加減弁後の主蒸気リード部における初段ノズル前圧力の変化を検知することでノズル翼のエロージョン発生状態を判断することが開示されている。
【０００３】
また、翼とは異なるが配管の摩耗の状態を検知する方法として、特許文献２には、摩耗監視部分に外側から未貫通穴を開け、内部に圧力計を連通させ、摩耗により未貫通穴が貫通すると流体の圧力が圧力計に伝達されることから摩耗の状態を判断することが開示されている。
さらに、タービンの静翼及び動翼の高温腐食を検知する方法として、特許文献３には、静翼間に設置された翼と同素材のセンサ部に接続された電気抵抗測定器の測定値を監視することで、高温腐食の進行状況を検出することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２９１７０４号公報
【特許文献２】実開平４−９６７００号公報
【特許文献３】特開平５−１１８２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された発明では、エロージョンの発生状態についての検討がなされているにすぎず、エロージョンの形状については検討がなされていなかった。
また、上記特許文献２に開示された発明では、未貫通穴に連通された圧力計の先端部、つまり点でしか状態を検知できないため、配管のように二次元的な摩耗ではなくタービンの翼のように三次元的に摩耗が進行する場合には設置箇所の検討が困難であるという問題があった。
また、上記特許文献３に開示された発明では、センサ部は静翼間に設置されているため、センサ部の摩耗の状態が翼の摩耗状態とは正確に対応していないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、翼の摩耗の状態を監視し正しく検知可能なタービン翼摩耗監視装置及びタービン翼摩耗監視方法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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のタービン翼摩耗監視装置及びタービン翼摩耗監視方法は以下の手段を採用する。
本発明の第一態様に係るタービン翼摩耗監視装置は、少なくとも１つの翼を備えたタービンの初段静翼の摩耗の監視を行うタービン翼摩耗監視装置において、前記タービンに流入する流体により発生する前記初段静翼の翼の後縁部の翼長手方向の略中央部から始まる摩耗の監視を行う摩耗監視部を備えている。
【０００８】
タービンへ供給される流体には、流体以外の微小な固体物が含まれている場合がある。例えば、火力発電用の蒸気タービンにおいては、ＨＲＳＧを含むボイラの過熱器等で発生する水酸化スケールの微小な固体物が含まれている場合がある。この微小な固体物は粒子状であり、その大きさは非常に小さく、タービンの弁などに設けられているフィルタでは全てを捕捉が困難である。この粒子状の固体物は、タービンに流入すると初段静翼に衝突し、翼を徐々に浸食する。このとき特に、初段静翼を構成する翼の後縁部を浸食し翼は摩耗する。さらに初段静翼の翼の後縁部の摩耗が進行すると、一部の流体が初段静翼の翼を経由せず動翼に直接衝突することで、動翼に過剰な圧力変動がかかり、動翼が損傷したり、タービンの性能が低下する恐れがある。
この浸食による摩耗は、初段静翼の翼の後縁部のうち、流体流速が速くなる翼長手方向の略中央部から前縁部及び翼端部に向かって円弧を描くように浸食速度が分布して摩耗が進行していくことがわかった。そこで、摩耗監視部によって、初段静翼を構成する翼の後縁部の翼長手方向の略中央部の摩耗の監視を行うこととする。
本構成によれば、翼の交換を必要としない時期に、費用（コスト）と期間（時間）が発生するタービンの開放点検を行うことなく、タービンに流入する流体により発生する摩耗を監視し正しく検知することができ、点検に要するコスト及び期間を大幅に低減することができる。また、摩耗を監視し正しく検知することで部品の交換など事前準備をしておき、適切なタイミングでメンテナンスを実施することで、タービンの性能を大きく低下させることなく効率的な運転を行うことができる。
【０００９】
上記第一態様では、前記摩耗監視部は、前記初段静翼の複数の前記翼のうち、前記初段静翼の前記流体の入口から最も遠い位置の近傍に位置する前記翼を少なくとも含む一以上の前記翼に対し、摩耗の監視を行うとしてもよい。
【００１０】
タービンへ供給される流体は、初段静翼の翼のうち、初段静翼への流体（蒸気）入口から最も遠い位置に位置する翼の後縁部に対して他の位置の翼の後縁部よりも摩耗の発生量が多いことがわかった。そこで、蒸気入口から最も遠い位置に位置する一以上の翼、例えば水平フランジ面の近傍に位置する翼を少なくとも含む一以上の翼について摩耗の監視を行うこととする。
これにより、本構成によれば、初段静翼の全ての翼の監視を行わずに、効率よく監視を行うことができる。また、摩耗が他より発生しやすい一以上の翼の監視を行うことから、初段静翼の全体に摩耗が発生する前に摩耗の発生状況予測を行うことができ、メンテナンス時期を計画しておき、事前に交換用部品の準備を行う等、時間のロスなく適切なタイミングで点検・交換などを実施することができる。
【００１１】
上記第一態様では、前記摩耗監視部は、前記初段静翼の前記翼内の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部の所定位置から前記翼内部で絶縁状態に挿入され他方の端部の前記翼内部で折り返し前記一方の端部へと前記後縁部に沿うように挿通された電線ケーブルと、前記電線ケーブルの電気抵抗値を測定する抵抗値計測部と、を備え、前記抵抗値計測部の測定した前記電線ケーブルの電気抵抗値が前記摩耗の無い初期状態に対して十分大きい値を示した場合に前記初段静翼の前記翼の摩耗の発生を判断するとしてもよい。
【００１２】
初段静翼の翼内の後縁部の所定位置の一方の端部から翼内部と絶縁状態に挿入され他方の端部を経由し一方の端部へと後縁部に沿うように挿通された電線ケーブルの電気抵抗値を抵抗値計測部によって測定し、その電気抵抗値が翼の摩耗が発生していない初期状態に対して十分大きい値、例えば無限大やＭΩ以上を示した場合に、電線ケーブルの一部が翼の摩耗により破断したと判断し、初段静翼の翼の後縁部に摩耗が発生したことを判断することとした。
これにより、本構成によれば、電線ケーブルの追加という簡易な構成を追加するだけで、初段静翼の翼の摩耗発生をタービンの開放点検を行うこと無く正しく検知することができ、翼の交換を必要としない時期にタービンの開放点検をする等の無駄を省くことができる。タービンの開放点検にはコスト及び時間を要するが、これらを大幅に削減することができる。
【００１３】
上記第一態様では、前記摩耗監視部は、前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部の所定位置から前記翼内部で絶縁状態に挿入され他方の端部側を先端部として前記翼と導通させて前記後縁部に沿って挿通された長尺電線ケーブルと、前記後縁部と前記所定位置との間で前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部から前記翼内部で絶縁状態に挿入されかつ翼長手方向の一方の端部側を先端部として前記翼と導通させて挿通された短尺電線ケーブルと、前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した前記短尺電線ケーブルと前記長尺電線ケーブルとの間の第１直流抵抗値を計測する第１直流抵抗値計測部と、を備え、前記第１直流抵抗値の変化に応じて前記初段静翼の前記翼の摩耗の状態の監視を行うとしてもよい。
【００１４】
初段静翼の翼内の後縁部近傍の所定位置に翼内部に周囲と絶縁状態で挿通されて先端を翼の他方の端部側と導通させた長尺電線ケーブルと、後縁部と所定位置との間で翼内部に周囲と絶縁状態で挿通されて先端を翼の一方の端部側と導通させた短尺電線ケーブルとの間の翼の長手方向の後縁部を経由した直流抵抗値を計測し、直流抵抗値の変化に応じて翼の摩耗の状態の監視を行うこととした。
翼の摩耗は、初段静翼の翼の後縁部の翼長手方向の略中央部から前縁部及び翼端部に向かって円弧を描くように摩耗の浸食速度が分布して摩耗が進行していくことがわかった。これにより、翼の形状が徐々に変化していくことで短尺電線ケーブルと長尺電線ケーブルとの間の直流抵抗値は変化していき、さらに摩耗が進むと先に長尺電線ケーブルが破断する。すなわち、摩耗により破断する前の直流抵抗値の変化も監視することで、翼の摩耗の状況を予測することができる。
本構成によれば、翼の後縁部の摩耗が大きくなる前に摩耗の進行状況を予測することにより、メンテナンス時期を計画しておき、事前に交換用初段静翼を製造し準備する期間をより正確に確保することができる。ここで、交換用初段静翼の製造には約１年程度の期間が必要である。また、初段静翼の交換が必要な時期についても予測可能なことから、初段静翼の交換作業をより適切なタイミングで行うことができる。
【００１５】
上記第一態様では、前記摩耗監視部は、前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部の所定位置から前記翼内部で絶縁状態に挿入され他方の端部側を先端部として前記翼と導通させて前記後縁部に沿って挿通された長尺電線ケーブルと、前記後縁部と前記所定位置との間で前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部から前記翼内部で絶縁状態に挿入されかつ翼長手方向の一方の端部側を先端部として前記翼と導通させて挿通された短尺電線ケーブルと、前記後縁部と前記短尺電線ケーブルとの間で前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部から前記翼内部で絶縁状態に挿入されかつ翼長手方向の一方の端部から翼長手方向の略中央部を先端部として前記翼と導通させて前記後縁部に沿って挿通された中尺電線ケーブルと、前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した前記短尺電線ケーブルと前記長尺電線ケーブルとの間の第１直流抵抗値を計測する第１直流抵抗値計測部と、前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した前記短尺電線ケーブルと前記中尺電線ケーブルとの間の第２直流抵抗値を計測する第２直流抵抗値計測部と、を備え、前記第１直流抵抗値および前記第２直流抵抗値の変化に応じて前記初段静翼の前記翼の摩耗の状態の監視を行うとしてもよい。
【００１６】
初段静翼の翼内に翼内部と絶縁状態で挿通されて先端を翼の他方の端部側と導通させた長尺電線ケーブルと、後縁部と所定位置との間で翼内部に周囲と絶縁状態で挿通されて先端を翼の一方の端部側と導通させた短尺電線ケーブルと、後縁部と短尺ケーブルとの間で翼内部に周囲と絶縁状態で挿通されて先端を翼の長手方向の略中央部と導通させた中尺電線ケーブルとの間で、短尺電線ケーブルと長尺電線ケーブルとの間の翼の長手方向の後縁部を経由した第１直流抵抗値を計測し、また短尺電線ケーブルと中尺電線ケーブルとの間の翼の長手方向の後縁部を経由した第２直流抵抗値を計測し、第１及び第２直流抵抗値の変化に応じて翼の摩耗の状態の監視を行うこととした。
翼の摩耗の進行により、翼の形状が徐々に変化していくことで後縁部の翼長手方向の略中央部まで後縁部に沿って挿通された中尺電線ケーブルと短尺電線ケーブルとの間の第２直流抵抗値は変化していき、より摩耗が進むと先に中尺電線ケーブルが破断する。中尺電線ケーブルが破断すると、第２直流抵抗値は略０から無限大やＭΩ以上まで急変する。さらに摩耗が進むと、さらに翼の形状が徐々に変化していくため、短尺電線ケーブルと長尺電線ケーブルとの間の第１直流抵抗値が変化していき、長尺電線ケーブルが破断すると、第１直流抵抗値は略０から無限大やＭΩ以上まで急変する。このように、摩耗による第２直流抵抗値及び第１直流抵抗値の変化を監視することで、翼の摩耗の状況をより確実に監視し、予測することができる。
本構成によれば、中尺電線ケーブルの破断発生を契機として翼の後縁部の摩耗が大きくなる前に摩耗の進行状況を予測することにより、メンテナンス時期をより正確に計画しておき、初段静翼の交換までの期間を適切なタイミングで確保することができる。また、初段静翼の交換作業を適切なタイミングで実施することができる。
中尺電線ケーブルは、初段静翼の製造などの準備期間に合わせて後縁部からの距離を調整してもよい。
【００１７】
上記第一態様では、前記摩耗監視部は、前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した前記短尺電線ケーブルと前記長尺電線ケーブルとの間の所定の高周波電流に対する第１高周波抵抗値を計測する第１高周波抵抗値計測部を備え、前記第１高周波抵抗値の変化に応じて前記初段静翼の前記翼の摩耗の状態の監視を行うとしてもよい。
【００１８】
初段静翼の翼内の後縁部近傍に翼内部と絶縁状態で挿通されて先端を翼の他方の端部側と導通させた長尺電線ケーブルと、先端を翼の一方の端部側と導通させた短尺電線ケーブルとの間で、翼の長手方向の後縁部を経由した長尺電線ケーブルと短尺電線ケーブルの間の所定の高周波電流に対する高周波抵抗を計測し、高周波抵抗の変化に応じて翼の摩耗の状態の監視を行うこととした。
本構成によれば、高周波抵抗は翼表面に集中して電流が通過するときの抵抗変化を検出することから、摩耗監視部は、翼の後縁部の摩耗の進行状況により形状が変化した翼表面に応じた抵抗値を検知するため全体的な摩耗の進行を検出することができる。よって、摩耗による抵抗変化がより事前に検出されるため、メンテナンス時期をより正確に計画しておき、交換用初段静翼を製造し準備する期間をより適切なタイミングで確保することができる。
【００１９】
上記第一態様では、前記摩耗監視部は、前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した前記短尺電線ケーブルと前記長尺電線ケーブルとの間の所定の高周波電流に対する第１高周波抵抗値を計測する第１高周波抵抗値計測部と、前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した前記短尺電線ケーブルと前記中尺電線ケーブルとの間の所定の高周波電流に対する第２高周波抵抗値を計測する第２高周波抵抗値計測部と、を備え、前記第１高周波抵抗値および前記第２高周波抵抗値の変化に応じて前記初段静翼の前記翼の摩耗の状態の監視を行うとしてもよい。
【００２０】
初段静翼の翼内の後縁部近傍に翼内部と絶縁状態で挿通されて先端を翼の他方の端部側と導通させた長尺電線ケーブルと、先端を翼の一方の端部側と導通させた短尺電線ケーブルと、先端を翼の略中央部と導通させた中尺電線ケーブルの間で、翼の長手方向の後縁部を経由した長尺電線ケーブルと短尺電線ケーブルの間の所定の高周波電流に対する第１高周波抵抗値を計測し、また翼の長手方向の後縁部を経由した短尺電線ケーブルと中尺電線ケーブルとの間の所定の高周波電流に対する第２高周波抵抗値を計測し、第１及び第２高周波抵抗値の変化に応じて翼の摩耗の状態の監視を行うこととした。
本構成によれば、高周波抵抗は翼表面に集中して電流が通過するときの抵抗変化を検出することから、摩耗監視部は、摩耗の進行状況により形状が変化した翼表面に応じた抵抗値を検知するため全体的な摩耗の進行を検出することができる。よって、摩耗による抵抗変化がより事前に検出されるため、メンテナンス時期をより正確に計画しておき、交換用初段静翼を製造し準備する期間を一層に適切なタイミングで確保することができる。
【００２１】
上記第一態様では、前記タービンは、蒸気タービンであるとしてもよい。
【００２２】
本発明の第二態様に係るタービン翼摩耗監視方法は、少なくとも１つの翼を備えたタービンの初段静翼の監視を行うタービン翼摩耗監視方法において、前記タービンに流入する流体により発生する前記初段静翼の翼の後縁部の翼長手方向の略中央部から始まる摩耗の監視を行う。
【００２３】
本発明の第三態様に係るタービン翼摩耗監視方法は、前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の近傍内部において前記後縁部の一方の端部の所定位置から前記翼内部で絶縁状態に挿入され他方の端部を経由し前記一方の端部へと前記後縁部に沿うように挿通された電線ケーブルの電気抵抗値を測定する工程と、前記電線ケーブルの電気抵抗値が前記摩耗の無い初期状態に対して十分大きい値を示した場合に前記初段静翼の前記翼の摩耗が発生したことを検知する工程とを備える。
【００２４】
本発明の第四態様に係るタービン翼摩耗監視方法は、前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部の所定位置から前記翼内部で絶縁状態に挿入され他方の端部側を先端部として前記翼と導通させて前記後縁部に沿って挿通された長尺電線ケーブルと、前記後縁部と前記所定位置との間で前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部から前記翼内部で絶縁状態に挿入されかつ翼長手方向の一方の端部側を先端部として前記翼と導通させて挿通された短尺電線ケーブルとの間で、前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した第１直流抵抗値を計測する工程と、前記第１直流抵抗値の変化に応じて前記初段静翼の前記翼の摩耗の状態の監視を行う工程とを備える。
【００２５】
本発明の第五態様に係るタービン翼摩耗監視方法は、前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部の所定位置から前記翼内部で絶縁状態に挿入され他方の端部側を先端部として前記翼と導通させて前記後縁部に沿って挿通された長尺電線ケーブルと、前記後縁部と前記所定位置との間で前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部から前記翼内部で絶縁状態に挿入されかつ翼長手方向の一方の端部側を先端部として前記翼と導通させて挿通された短尺電線ケーブルとの間で前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した第１直流抵抗値を計測する工程と、前記短尺電線ケーブルと、前記後縁部と前記短尺電線ケーブルとの間で前記初段静翼の前記翼の前記後縁部の翼長手方向の一方の端部から前記翼内部で絶縁状態に挿入されかつ翼長手方向の一方の端部から翼長手方向の略中央部を先端部として前記翼と導通させて前記後縁部に沿って挿通された中尺電線ケーブルとの間で前記翼の長手方向の前記後縁部を経由した第２直流抵抗値を計測する工程と、前記第１直流抵抗値および前記第２直流抵抗値の変化に応じて前記初段静翼の前記翼の摩耗の状態の監視を行う工程とを備える。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、摩耗監視部によって、初段静翼を構成する翼の後縁部の翼長手方向の略中央部の摩耗の監視を行うので、タービンの開放点検を行うことなくタービンに流入する流体により発生する翼の摩耗状態を監視し正しく検知することができ、点検に要するコスト及び期間を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るタービンを示した概略構成図である。
【図２】図１に示す蒸気タービンの初段静翼のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る蒸気タービンの初段静翼のＳＰＥ発生前の部分断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る蒸気タービンの初段静翼のＳＰＥ発生後の部分断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る蒸気タービンの初段静翼のＳＰＥ進行状況の概略図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るタービン翼摩耗監視装置の概略構成図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る電線ケーブルの抵抗計測部による電気抵抗の計測値のグラフである。
【図８】本発明の第２実施形態に係るタービン翼摩耗監視装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る第１直流抵抗値計測部の計測値のグラフである。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るタービン翼摩耗監視装置の概略構成図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る第１直流抵抗値計測部及び第２直流抵抗値計測部の計測値のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明に係るタービン翼摩耗監視装置及びタービン翼摩耗監視方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２９】
〔第１実施形態〕
以下、発明の第１実施形態について、図１乃至図７を用いて説明する。
図１には、本実施形態に係るタービンの概略構成が示されている。本実施形態において、タービン１は、例えば過熱水蒸気（以降、蒸気と記載する）を膨張して回転駆動する蒸気タービンであるとする。
図１に示されるように、タービン１は、主蒸気入口管３０と、中圧タービン部４０と、高圧タービン部５０と、タービン軸６０とを主な構成として備えている。
【００３０】
高圧タービン部５０は、主蒸気入口管３０から蒸気（流体）が導入される蒸気室８０と、図１に示されるように蒸気室８０からの主蒸気流れが最初に導入される初段静翼１０と、初段静翼１０を通った主蒸気流れが導入される初段動翼２０とを備える。
【００３１】
図２には、図１に示すタービンの初段静翼のＡ−Ａ矢視断面図が示されている。
図２に示されるように、主蒸気入口管３０は、例えば４個設けられており、ボイラ（図示せず）からの蒸気が導入される。主蒸気入口管３０から導入された蒸気は、蒸気室８０を経由し、初段静翼１０の翼１００を通り初段動翼２０へと導かれる。
【００３２】
図３には、本実施形態に係る蒸気タービンの初段静翼の後縁部の浸食により発生する摩耗であるＳＰＥ（Solid   Particle  Erosion；ソリッドパーティクルエロージョン）発生前の部分断面図が示されている。また、図４には、本実施形態に係る蒸気タービンの初段静翼のＳＰＥ発生後の部分断面図が示されている。
図３に示されるように、タービン１の初段静翼１０の各翼１００は、主蒸気入口管３０から導かれた蒸気を、主蒸気流れとして矢印の方向へ導く。ここで、主蒸気入口管３０から導かれた蒸気には、例えば水酸化スケールなどの微小な固形物が粒子状に含まれている。この蒸気に含まれた固形物が初段静翼１０の各翼１００に衝突し、図４に示されるように翼１００の後縁部は浸食され摩耗してＳＰＥが進行する。各翼１００は、その材料を例えば鉄−ニッケル系としている。
【００３３】
特に、主蒸気流れと垂直に近い角度で主蒸気流れに面する後縁部から浸食が始まり摩耗が進行する。その後縁部の中でも、圧力の高い高圧タービンの翼室内で蒸気の流速が翼長手方向で他よりも速い初段静翼１０の後縁部の翼長手方向の略中央部がＳＰＥの起点となることが多いことがわかった。
【００３４】
図５には、本実施形態に係る蒸気タービンの初段静翼のＳＰＥ進行状況が示されている。
図５の点線に示されるように、初段静翼１０の後縁部の翼長手方向の略中央部からＳＰＥが発生し、前縁部及び翼端部に向かって円弧を描くように矢印の方向に摩耗の浸食速度が分布して摩耗が進行していく。ここで、図３及び図４の所定位置ｚまで摩耗が進行すると、初段静翼１０が主蒸気流れの整流を行えず、一部の主蒸気流れはその流れ方向が調整されないまま、直接初段動翼２０に導入されることとなる。この場合、一部の主蒸気流れが初段動翼２０に直接衝突するため、動翼に過剰な圧力変動がかかることとなり、動翼が損傷したり、蒸気タービンの性能が低下する恐れがある。
【００３５】
そこで、本実施形態では、所定位置ｚから電線ケーブル２００を翼１００内部の周囲と絶縁状態で挿通し、その電線ケーブル２００の電気抵抗値の変化によってＳＰＥの進行状況を監視する。電線ケーブル２００は、例えば導通する心線の周囲にセラミックコーティングが施されているなど、耐熱性がある絶縁処理されたケーブルを使用するものとする。
ここで、図２に示される初段静翼１０において、各主蒸気入口管３０から最も離れた位置に位置する翼１００ａ（図２の斜線部分）の後縁部に対して他の位置の翼１００ａの後縁部よりも摩耗の発生量が多いことがわかった。例えば、図２の水平方向中心軸に沿う位置にある図示しない上車室と下車室を接合する水平フランジ面の近傍に位置する一以上の翼１００ａが最もＳＰＥが発生しやすいことがわかった。そこで、本実施形態に係るタービン翼摩耗監視装置は、全ての翼１００に対して適用されるのではなく、一以上の翼１００ａに対し適用されるものとする。以下の説明において、翼１００と翼１００ａとを区別する場合は、末尾にａを付し、区別しない場合は、ａを省略する。
【００３６】
図６には、本実施形態に係るタービン翼摩耗監視装置の概略構成図が示されている。
図６に示されるように、タービン翼摩耗監視装置３は、摩耗監視部５と電線ケーブル２００と抵抗値計測部１０５とを備えている。
図６の太線及び太点線に示されるように、初段静翼１０の翼１００において、電線ケーブル２００が翼長手方向の一方の端部の所定位置ｚから挿入され、他方の端部もしくは他部付近を経由して再度一方の端部側へと翼長手方向で後縁部に沿うように挿通されている。電線ケーブル２００は、前述のように耐熱性がある絶縁処理されたケーブルを使用しているので、挿通された電線ケーブル２００は翼１００内部の周囲と絶縁状態にある。また、所定位置ｚ（例えばｚは翼幅方向に翼１００後縁部より１０ｍｍ）から挿入された電線ケーブル２００は、所定位置ｚと後縁部との間から翼１００の外に出る。このように電線ケーブル２００が挿通されることにより、所定位置ｚよりも後縁部に近い側の電線ケーブル２００が先に翼１００の摩耗の影響を受けることとなる。
抵抗値計測部１０５は、電線ケーブル２００に接続され、電気抵抗値を常時に、または一定時間ごとに計測するもので、翼１００と摩耗監視部５の間、もしくは摩耗監視部５内部に設けられ、計測された電気抵抗値は摩耗監視部５で電気抵抗値の変化を監視している。
電線ケーブル２００は、翼１００の端部より翼長手方向に、例えば放電加工で挿通孔を開け、電線ケーブル２００を挿通孔に埋め込み、挿通孔の形状に応じた蓋をすることで翼に設置される。
【００３７】
図７には、本実施形態に係る電線ケーブルの抵抗値計測部１０５による電気抵抗値の計測値のグラフが示されている。
図７において、縦軸は電線ケーブル２００の抵抗値計測部１０５による電気抵抗値（Ω）、横軸は時間である。
図６の点線に示されるように、翼１００の後縁部の翼長手方向の略中央部からＳＰＥが発生し、前縁部及び翼端部に向かって円弧を描くように摩耗の浸食速度が分布して矢印の方向に摩耗が進行していく。摩耗により電線ケーブル２００が破断するまでは、図７のグラフに示されるように翼１００の摩耗が発生していない初期状態である電線ケーブル２００の電気抵抗値はほぼ０に近い値となっている。
摩耗の進行によって、所定位置ｚよりも後縁部に近い側の電線ケーブル２００が破断すると、図７の時間ｔｘにおいて電線ケーブル２００の電気抵抗値はｘΩ（ｘはＭΩ単位の値）となり、絶縁状態にあることが検知できる。
よって、抵抗値センサが電線ケーブル２００の電気抵抗値を計測し、摩耗監視部５は、監視対象である電気抵抗値が翼１００の摩耗が発生していない初期状態に対して十分大きな抵抗値へ増加し、例えば絶縁状態に急変すると電線ケーブル２００が破断、すなわち所定位置ｚ近傍まで初段静翼１０の翼１００の後縁部の摩耗が進行したと判断することができる。
【００３８】
以上、説明してきたように、本実施形態に係るタービン翼摩耗監視装置及びタービン翼摩耗監視方法によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、摩耗監視部５によって、初段静翼１０を構成する翼１００の後縁部の翼長手方向の略中央部の摩耗の監視を行うこととした。
これにより、タービン１の開放点検を行うことなくタービン１に流入する流体により発生する摩耗を正しく検知することができ、翼１００の摩耗発生をタービン１の開放点検を行うこと無く正しく検知することができる。また、翼１００の交換を必要としない時期にタービン１の開放点検をする等の無駄を省くことができるので、点検に要する多額のコスト及び点検期間（例えば数週間から１，２か月程度）を大幅に低減することができる。また、摩耗を正しく検知することで部品の交換必要時期などを適切なタイミングで実施することができる。
【００３９】
また、タービン１へ供給される流体は、初段静翼１０の翼１００のうち、蒸気入口となる主蒸気入口管３０から最も遠い位置に位置する翼１００ａの後縁部に対して他の位置の翼１００の後縁部よりも摩耗の発生量が多いことがわかった。そこで、本実施形態では、主蒸気入口管３０から最も遠い位置に位置する一以上の翼１００ａとして、図２の水平方向中心軸に沿う位置にある図示しない上車室と下車室を接合する水平フランジ面の近傍に位置する少なくとも翼１００ａを含む翼１００について摩耗の監視を行うこととする。
これにより、本実施形態によれば、全ての翼１００の監視を行わずに、効率よく監視を行うことができる。また、最も摩耗が発生しやすい翼１００ａを含む一以上の翼１００の監視を行うことから、初段静翼１０全体の摩耗が発生する前に摩耗発生の予測を行うことができ、事前に交換用部品の準備を行う等、時間のロスを少なくする適切なタイミングで点検・交換などを実施することができる。
【００４０】
また、初段静翼１０の翼１００の後縁部の所定位置ｚの一方の端部から挿入され他方の端部を経由し一方の端部へと後縁部に沿うように挿通された電線ケーブル２００の抵抗値を抵抗値センサによって測定し、その抵抗値が翼１００の摩耗が発生していない初期状態に対して十分大きい値、例えば無限大を示した場合に、摩耗監視部５は電線ケーブル２００の一部が翼１００の摩耗により破断したと判断し、初段静翼１０の翼１００の摩耗が発生したことを判断することとした。
これにより、本実施形態によれば、電線ケーブル２００の追加という簡易な構成を追加するだけで、初段静翼１０の翼１００の摩耗をタービン１の開放点検を行うこと無く正しく検知することができ、翼１００の交換を必要としない時期にタービン１の開放点検をする等の無駄を省くことができる。タービン１の開放点検にはコスト及び時間を要するが、これらを大幅に削減することができる。
また、挿通された電線ケーブル２００は、所定位置ｚから挿入され、所定位置ｚと後縁部との間から出されて電気抵抗値を計測されることから、所定位置ｚよりも後縁部に近い側の電線ケーブル２００が先に破断するため、摩耗が所定位置ｚに到達する前に摩耗の進行を判断することができる。
【００４１】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について、図８及び９を用いて説明する。
上記した第１実施形態では、１の電線ケーブルにより摩耗状態を判断するとしたが、本実施形態では、長短２本の電線ケーブルにより摩耗状態を予測するものである。その他の点については第１実施形態と同様であるので、同様の構成については同一符号を付しその説明は省略する。
【００４２】
図８には、本実施形態に係るタービン翼摩耗監視装置の概略構成図が示されている。
図８に示されるように、タービン翼摩耗監視装置３は、摩耗監視部５と、短尺電線ケーブル２０１と、長尺電線ケーブル２０２と、第１直流抵抗値計測部２０５とを備えている。
図８の太線及び太点線に示されるように、初段静翼１０の翼１００内の後縁部近傍において、長尺電線ケーブル２０２が翼長手方向の一方の端部の所定位置ｚから翼１００内の周囲とは絶縁状態で翼長手方向に挿入される。長尺電線ケーブル２０２は、他方の端部を先端部とするように後縁部に沿って挿通され、長尺電線ケーブル２０２先端が翼１００と導通するよう接続されている。また、短尺電線ケーブル２０１が所定位置ｚと後縁部との間から翼１００内の周囲とは絶縁状態で翼長手方向に挿入される。短尺電線ケーブル２０１は、一方の端部を先端部とするように後縁部に沿って挿通され、短尺電線ケーブル２０１先端が一方の端部側で翼１００と導通するよう接続されている。短尺電線ケーブル２０１の長さは、長尺電線ケーブル２０２が摩耗により破断するより前に破断しない程度の長さで挿通されている。
長尺電線ケーブル２０２と短尺電線ケーブル２０１は、第１直流抵抗値計測部２０５に接続されている。第１直流抵抗値計測部２０５は、翼１００の長手方向の後縁部を経由した長尺電線ケーブル２０２と短尺電線ケーブル２０１との間の電気抵抗（長尺電線ケーブル２０２と、長尺電線ケーブル２０２の先端部と翼１００の長手方向の後縁部と短尺電線ケーブル２０１の先端部と、短尺電線ケーブル２０１を経由する間の電気抵抗）の直流抵抗値を常時に、または一定時間ごとに計測するもので、翼１００と摩耗監視部５の間、もしくは摩耗監視部５内部に設けられている。摩耗監視部５は、第１直流抵抗値計測部２０５により計測された直流抵抗値の変化を監視している。
【００４３】
図９には、本実施形態に係る第１直流抵抗値計測部２０５の計測値のグラフが示されている。
図９において、縦軸は第１直流抵抗値計測部２０５の計測値である電気抵抗値（Ω）、横軸は時間である。また実線は、直流電流を通過させた場合の直流抵抗を計測した場合の電気抵抗値の推移を表し、点線は後述する所定周波数の高周波電流を通過させた場合の高周波抵抗を計測した場合の電気抵抗値の推移を表している。
図８の点線に示されるように、翼１００の後縁部の翼長手方向の略中央部からＳＰＥが発生し、前縁部及び翼端部に向かって円弧を描くように摩耗の浸食速度が分布して矢印の方向に摩耗が進行していく。摩耗により長尺電線ケーブル２０２が破断するまでは、図９のグラフに示されるように第１直流抵抗値計測部２０５が計測する電気抵抗値は時間ｔ１までほぼ０に近い値となっている。翼１００の後縁部の摩耗が徐々に進行すると、翼１００の形状が変化することから、翼１００の長手方向の後縁部を経由した長尺電線ケーブル２０２と短尺電線ケーブル２０１との間の電気抵抗値も変化する。本実施形態の場合は、時間ｔ１から翼１００の摩耗により電気抵抗値がほぼ０の状態から徐々に上昇する。そして、時間ｔｘにおいて長尺電線ケーブル２０２が破断すると、電気抵抗値はｘΩ（ｘはＭΩ単位の値）となる。
よって、翼１００の長手方向の後縁部を経由した長尺電線ケーブル２０２と短尺電線ケーブル２０１との間の直流抵抗値の変化を計測し、摩耗監視部５は、電気抵抗値が絶縁状態に至る前の時間ｔ１からの電気抵抗値の変化に基づき、長尺電線ケーブル２０２の破断、すなわち所定位置ｚまでの初段静翼１０の翼１００の後縁部の摩耗の進行を事前に予測する。
【００４４】
〔第２実施形態の変形例〕
本実施形態では、翼１００の長手方向の後縁部を経由した長尺電線ケーブル２０２と短尺電線ケーブル２０１との間の直流抵抗を計測したが、代わりに翼１００の長手方向の後縁部を経由した長尺電線ケーブル２０２と短尺電線ケーブル２０１との間の高周波抵抗を計測するとしてもよい。この場合は、第１直流抵抗値計測部２０５での計測にあたり、直流電流を印加させる代わりに、所定の高周波電流を用いる。
【００４５】
本変形例の高周波抵抗は、所定の高周波の周波数が１ＫＨｚ程度の印加とすることで、高周波の表皮効果により高周波電流は主として表面厚さ０．５ｍｍ程度を通過するようになり、この表面部分の抵抗を計測するものとする。
高周波抵抗は、翼１００の表面を主体とする抵抗値の変化を検出できることから、摩耗による翼１００の表面状態の変化に対応して電気抵抗は大きく変化する。よって、摩耗監視部５は、直流抵抗値よりも全体的な摩耗の進行状況をより早い時間より把握することができる。
【００４６】
図９の点線に示すように、高周波抵抗値を計測する場合は、時間ｔ１よりも前の時間ｔ０から電気抵抗値の変化が現れ、電気抵抗値はほぼ０に近い値から徐々に上昇する。よって、摩耗監視部５は、直流抵抗値を計測する場合よりもさらに早い時間に事前に所定位置ｚまでの摩耗の進行を予測することができる。
【００４７】
以上、説明してきたように、本実施形態に係るタービン翼摩耗監視装置及びタービン翼摩耗監視方法によれば、以下の作用効果を奏する。
初段静翼１０の翼１００の後縁部近傍に挿通された翼１００の長手方向の後縁部を経由した短尺電線ケーブル２０１と長尺電線ケーブル２０２との間の直流抵抗値を計測し、摩耗監視部５が直流抵抗値の変化に応じて翼の摩耗の状態の監視を行うこととした。
翼１００の摩耗は、初段静翼１０の翼１００の後縁部の翼長手方向の略中央部から前縁部及び翼端部に向かって円弧を描くように摩耗の浸食速度が分布して摩耗が進行していくことがわかった。これにより、翼１００の長手方向の後縁部を経由した短尺電線ケーブル２０１と長尺電線ケーブル２０２との間の直流抵抗値は変化していき、さらに摩耗が進むと長尺電線ケーブル２０２が破断する。すなわち、摩耗により破断する前の直流抵抗値の変化を監視することで、摩耗監視部５は翼１００の摩耗の状況を予測することができる。
翼１００の後縁部の摩耗が大きくなる前に翼１００の摩耗の状況を予測することによりメンテナンス時期をより正確に計画しておき、事前に交換用初段静翼１０を製造し準備する期間を確保することができる。ここで、交換用初段静翼１０の製造期間には、例えば数か月から約１年程度の期間が必要である。また、初段静翼１０の交換が必要な時期についても予測可能なことから、初段静翼１０の交換作業をより適切なタイミングで行うことができる。
【００４８】
また、本実施形態の変形例では、初段静翼１０の翼１００の後縁部近傍に挿通され、翼１００の長手方向の後縁部を経由した短尺電線ケーブル２０１と長尺電線ケーブル２０２との間の高周波抵抗を計測し、高周波抵抗の変化に応じて翼１００の摩耗の状態の予測を行うこととした。
本実施形態の変形例によれば、高周波抵抗は、翼１００表面を主体とした抵抗変化を早い時期から検出できることから、摩耗の進行状況により形状が変化した翼１００表面に応じた抵抗値を検知するため、全体的な摩耗の進行を検出することができる。よって、摩耗監視部５によって摩耗による抵抗変化がより事前に検出されるため、メンテナンス時期を計画しておき、交換用初段静翼１０を製造し準備する期間をより適切なタイミングで確保することができる。
【００４９】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態について、図１０及び１１用いて説明する。
上記した第２実施形態では、長短２本の電線ケーブルにより摩耗状態を予測するとしたが、本実施形態では、長中短３本の電線ケーブルにより摩耗状態をさらに確実に予測するものである。その他の点については第２実施形態と同様であるので、同様の構成については同一符号を付しその説明は省略する。
【００５０】
図１０には、本実施形態に係るタービン翼摩耗監視装置の概略構成図が示されている。
図１０に示されるように、タービン翼摩耗監視装置３は、摩耗監視部５と、短尺電線ケーブル２０１と、長尺電線ケーブル２０２と、中尺電線ケーブル２０３と、第１直流抵抗値計測部２０５と、第２直流抵抗値計測部２０６とを備えている。
図１０の太線及び太点線に示されるように、初段静翼１０の翼１００内の後縁部近傍において、長尺電線ケーブル２０２が翼長手方向の一方の端部の所定位置ｚから翼１００内の周囲とは絶縁状態で翼長手方向に挿入される。長尺電線ケーブル２０２は、他方の端部を先端部とするように後縁部に沿って挿通され、長尺電線ケーブル２０２先端が翼１００と導通するよう接続されている。また、短尺電線ケーブル２０１が所定位置ｚと後縁部との間から翼１００内の周囲とは絶縁状態で翼長手方向に挿入される。短尺電線ケーブル２０１は、一方の端部を先端部とするように後縁部に沿って挿通され、短尺電線ケーブル２０１先端が一方の端部側で翼１００と導通するよう接続されている。短尺電線ケーブル２０１の長さは、長尺電線ケーブル２０２が摩耗により破断するより前に破断しない程度の長さで挿通されている。さらに、中尺電線ケーブル２０３が短尺電線ケーブル２０１の挿入位置と後縁部との間から翼１００内の周囲とは絶縁状態で翼長手方向に挿入される。中尺電線ケーブル２０３は、翼長手方向の一方の端部から翼長手方向の略中央部まで後縁部に沿って挿通され、中尺電線ケーブル２０３先端が翼１００と導通するよう接続されている。
長尺電線ケーブル２０２と短尺電線ケーブル２０１とは第１直流抵抗値計測部２０５に接続されており、第１直流抵抗値計測部２０５は、長尺電線ケーブル２０２の先端部と短尺電線ケーブル２０１の先端部との間の直流抵抗値を常時に、または一定時間ごとに計測するもので、翼１００と摩耗監視部５の間、もしくは摩耗監視部５内部に設けられている。
中尺電線ケーブル２０３と短尺電線ケーブル２０１とは第２直流抵抗値計測部２０６に接続されており、第２直流抵抗値計測部２０６は、翼１００の長手方向の後縁部を経由した中尺電線ケーブル２０３と短尺電線ケーブル２０１との間の電気抵抗（中尺電線ケーブル２０３と、中尺電線ケーブル２０３の先端部と翼１００の長手方向の後縁部と短尺電線ケーブル２０１の先端部と、短尺電線ケーブル２０１を経由する間の電気抵抗）の直流抵抗値を常時に、または一定時間ごとに計測するもので、翼１００と摩耗監視部５の間、もしくは摩耗監視部５内部に設けられている。
摩耗監視部５は、第１直流抵抗値計測部２０５により計測された直流抵抗値の変化と、第２直流抵抗値計測部２０６により計測された直流抵抗値の変化とを監視している。
【００５１】
図１１には、本実施形態に係る第１直流抵抗値計測部及び第２直流抵抗値計測部の計測値のグラフが示されている。
図１１において、縦軸は第１直流抵抗値計測部２０５及び第２直流抵抗値計測部２０６の計測値である電気抵抗値（Ω）、横軸は時間である。また実線は、第１直流抵抗値計測部２０５の計測した電気抵抗値（本実施形態では直流電流を通過させた場合の直流抵抗）の推移を表し、点線は第２直流抵抗値計測部２０６の計測した電気抵抗値の推移を表している。
図１０の点線に示されるように、翼１００の後縁部の翼長手方向の略中央部からＳＰＥが発生し、前縁部及び翼端部に向かって円弧を描くように摩耗の浸食速度が分布して矢印の方向に摩耗が進行していく。摩耗により中尺電線ケーブル２０３が破断するまでは、図１１のグラフの点線に示されるように第２直流抵抗値計測部２０６が計測する電気抵抗値は時間ｔ０までほぼ０に近い値となっている。翼１００の後縁部の摩耗が徐々に進行すると、翼１００の形状が変化することから、翼１００の長手方向の後縁部を経由した中尺電線ケーブル２０３と短尺電線ケーブル２０１との間の電気抵抗値も変化する。本実施形態の場合は、時間ｔ０から翼１００の摩耗により電気抵抗値がほぼ０の状態から徐々に上昇する。そして、時間ｔ２において中尺電線ケーブル２０３が破断すると、第２直流抵抗値計測部２０６の計測する電気抵抗値はｘΩ（ｘはＭΩ単位の値）となる。
さらに摩耗が進行すると、図１１のグラフの実線に示されるように時間ｔ１から翼１００の摩耗により第１直流抵抗値計測部２０５の計測する電気抵抗値はほぼ０の状態から徐々に上昇する。そして時間ｔｘにおいて長尺電線ケーブル２０２が破断すると、第１直流抵抗値計測部２０５の計測する電気抵抗値はｘΩ（ｘはＭΩ単位の値）となる。
よって、翼１００の長手方向の後縁部を経由した中尺電線ケーブル２０３と短尺電線ケーブル２０１との間の電気抵抗値を計測し、摩耗監視部５は、電気抵抗値が絶縁状態に至る前の時間ｔ０からの電気抵抗値の変化に基づき、中尺電線ケーブル２０３の破断、すなわち中尺電線ケーブル２０３の挿入位置までの初段静翼１０の翼１００の後縁部の摩耗の進行を判断し、さらに所定位置ｚまでの摩耗の進行を確実に事前に予測することができる。
【００５２】
〔第３実施形態の変形例〕
本実施形態では、長尺電線ケーブル２０２と短尺電線ケーブル２０１との間の直流抵抗及び中尺電線ケーブル２０３と短尺電線ケーブル２０１との間の直流抵抗を計測したが、代わりに長尺電線ケーブル２０２と短尺電線ケーブル２０１との間の高周波抵抗及び中尺電線ケーブル２０３と短尺電線ケーブル２０１との間の高周波抵抗を計測するとしてもよい。この場合は、第１直流抵抗値計測部２０５の代わりに、第１高周波抵抗値計測部、また第２直流抵抗値計測部２０６の代わりに、第２高周波抵抗値計測部を用いる。
【００５３】
本変形例では、所定の高周波電流を通過させた場合の高周波抵抗でもよく、このときの高周波抵抗は、所定の高周波周波数が１ＫＨｚ程度の印加とすることで高周波電流は主として表面厚さ０．５ｍｍ程度を通過するようになり、この表面部分の抵抗を計測するものとする。
高周波抵抗は、翼１００の表面を主体とする抵抗値の変化を検出できることから、摩耗による翼１００の表面状態の変化に対応して電気抵抗は大きく変化する。よって、摩耗監視部５は、直流抵抗値よりも全体的な摩耗の進行状況を把握することができる。また、摩耗監視部５は、直流抵抗値を計測する場合よりもさらに早い時間に事前に所定位置ｚまでの摩耗の進行を予測することができる。
【００５４】
以上、説明してきたように、本実施形態に係るタービン翼摩耗監視装置及びタービン翼摩耗監視方法によれば、以下の作用効果を奏する。
初段静翼１０の翼１００に挿通された翼１００の長手方向の後縁部を経由した短尺電線ケーブル２０１と長尺電線ケーブル２０２との間の第１直流抵抗値を計測し、また翼１００の長手方向の後縁部を経由した短尺電線ケーブル２０１と中尺電線ケーブル２０３との間の第２直流抵抗値を計測し、第１及び第２直流抵抗値の変化に応じて翼１００の摩耗の状態の予測を行うこととした。
翼１００の後縁部の翼長手方向の略中央部から前縁部及び翼端部に向かって円弧を描くように摩耗の浸食速度が分布した摩耗の進行により、後縁部の翼長手方向の略中央部まで後縁部に沿って挿通された中尺電線ケーブル２０３と短尺電線ケーブル２０１との間の第２直流抵抗値は変化していき、より摩耗が進むと中尺電線ケーブル２０３が破断する。中尺電線ケーブル２０３が破断すると、第２直流抵抗値は略０から無限大まで急変する。さらに摩耗が進むと、短尺電線ケーブル２０１と長尺電線ケーブル２０２との間の第１直流抵抗値が変化していき、長尺電線ケーブル２０２が破断すると、第１直流抵抗値は略０から無限大まで急変する。このように、摩耗による第２直流抵抗値及び第１直流抵抗値の変化を監視することで、翼１００の摩耗の状況をより確実に予測することができる。
翼１００の後縁部の摩耗が始まり早い段階で中尺電線ケーブル２０３の破断発生を契機として摩耗の状況を予測することにより、メンテナンス時期をより正確に計画しておき、初段静翼１０の交換までの期間を長く確保することができる。また、初段静翼１０の交換作業を一層に適切なタイミングで実施することができる。
中尺電線ケーブル２０３は、初段静翼１０の製造などの準備期間に合わせて後縁部からの距離を調整してもよい。
【００５５】
また、本実施形態の変形例では、初段静翼１０の翼１００の後縁部近傍に挿通された翼１００の長手方向の後縁部を経由した短尺電線ケーブル２０１と長尺電線ケーブル２０２との間の第１高周波抵抗値を計測し、また翼１００の長手方向の後縁部を経由した短尺電線ケーブル２０１と中尺電線ケーブル２０３との間の第２高周波抵抗値を計測し、第１及び第２高周波抵抗値の変化に応じて翼１００の摩耗の状態の予測を行うこととした。
本実施形態の変形例によれば、高周波抵抗は、翼１００表面を主体とした抵抗変化をより早期から検出できることから、摩耗の進行状況により形状が変化した翼１００表面に応じた抵抗値を検知するため、全体的な摩耗の進行を検出することができる。よって、摩耗による抵抗変化がより事前に検出されるため、メンテナンス時期をより正確に計画しておき、交換用初段静翼１０を製造し準備する期間を一層に適切なタイミングで確保することができる。
【００５６】
以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる。
【００５７】
たとえば、上述した各実施形態においては電線ケーブル２００などを挿通しその抵抗値を計測して摩耗の状況を監視するとしたが、翼１００の表面に歪みセンサを設置し歪み量を計測して摩耗の状況を監視するとしてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１  蒸気タービン（タービン）
３  タービン翼摩耗監視装置
５  摩耗監視部
１０  初段静翼
２０  初段動翼
３０  主蒸気入口管
４０  中圧タービン部
５０  高圧タービン部
６０  タービン軸
８０  蒸気室
１００、１００ａ  翼
１０５  直流抵抗値計測部
２００  電線ケーブル
２０１  短尺電線ケーブル
２０２  長尺電線ケーブル
２０３  中尺電線ケーブル
２０５  第１直流抵抗値計測部
２０６  第２直流抵抗値計測部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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