(57)【要約】【課題】プラントの稼働率を低下させることなく、タービン翼のエロージョンの浸食状況及び浸食量を監視する。【解決手段】気体廃棄物中処理装置９中に含まれる、希ガスが注入されたタービン翼１から放出された前記希ガスの核種と存在量を測定する測定工程を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体廃棄物中処理装置中に含まれる、希ガスが注入されたタービン翼から放出された前記希ガスの核種と存在量を測定する測定工程を備えるタービン翼の監視方法。
【請求項２】
前記測定工程よりも前に、前記タービン翼に前記希ガスを注入する注入工程を備えるタービン翼の監視方法。
【請求項３】
前記希ガスは前記タービン翼の翼前縁部に注入される請求項１又は２に記載のタービン翼の監視方法。
【請求項４】
前記希ガスの核種は、Ｈｅ、Ｎｅ又はＡｒのいずれか、あるいはその組み合わせであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のタービン翼の監視方法。
【請求項５】
前記タービン翼に複数箇所の希ガス注入部を形成し、それぞれに異なる核種の希ガスを注入する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のタービン翼の監視方法。
【請求項６】
複数のタービン翼に希ガスを注入し、それぞれに異なる核種の希ガスを注入することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のタービン翼の監視方法。
【請求項７】
タービン翼の浸食が生じやすい部位に形成された希ガス注入部と、前記希ガス注入部から放出された希ガスの核種と存在量を検出するための検出器と、を備えるタービン翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、タービン翼の監視方法及びタービン翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力プラントでは、蒸気タービンの翼前縁部は、運転中に液滴化した蒸気や蒸気の流れの中に混在する酸化鉄等の固体粒子との衝突等によりエロージョンが発生しやすい。
エロージョンが浸食すると、タービン翼が劣化又は損傷し蒸気タービンの運転を困難とする事態が発生することがある。
【０００３】
そのため、タービン翼のエロージョンの浸食状況を監視する方法が提案されており、例えば、運転停止中にタービン翼のエロージョンを直接観察する方法のほか、タービン翼の表面粗さ測定により検査診断する方法等が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３３１０９７号公報
【特許文献２】特開平３−１７００４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来のタービン翼の監視方法はいずれも、蒸気タービンの運転を中断して行う必要があり、稼働率が低下するという課題がある。
本発明の実施形態は、上記課題を解決するためになされたものであり、プラントの稼働率を低下させることなく、タービン翼のエロージョンの浸食状況及び浸食量を監視することができるタービン翼の監視方法及びタービン翼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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本実施形態に係るタービン翼の監視方法は、気体廃棄物中処理装置中に含まれる、希ガスが注入されたタービン翼から放出された前記希ガスの核種と存在量を測定する測定工程を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本実施形態に係るタービン翼は、タービン翼の浸食が生じやすい部位に形成された希ガス注入部と、前記希ガス注入部から放出された希ガスの核種と存在量を検出するための検出器と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、プラントの稼働率を低下させることなく、タービン翼のエロージョンの浸食状況及び浸食量を監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係るタービン翼の構成図。
【図２】第１の実施形態に係る原子力プラントの系統図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態に係るタービン翼の浸食量等と運転時間との関係を示す図。
【図４】従来のタービン翼の構成図。
【図５】従来の原子力プラントの系統図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係るタービン翼の監視方法及びタービン翼の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
まず、沸騰水型原子力プラントで用いられる従来の蒸気タービンを図４、５を用いて説明する。沸騰水型原子力プラントでは、図５に示すように、原子炉圧力容器８において発生した蒸気は主蒸気配管５を経由して蒸気タービン６に供給される。蒸気は蒸気タービン６にて仕事をした後、復水器７で凝縮されて水になり再び原子炉圧力容器８に給水される。また、復水器７には気体廃棄物処理装置９が接続されており、蒸気中の放射性物質等の除去処理を行っている。
【００１２】
蒸気タービン６を構成する複数列のタービン翼１は、図４に示すように、蒸気により軸動力を得るための動翼又は静翼である。タービン翼１に発生するエロージョン（浸食）は流入する蒸気の入口側に発生する。すなわち、蒸気タービン６に用いられる静翼又は動翼の翼前縁部は、運転中に液滴化した蒸気や蒸気の流れの中に混在する酸化鉄等の固体粒子との衝突等によりエロージョンが発生しやすい。
【００１３】
第１の実施形態に係るタービン翼の監視方法及びタービン翼について、図１〜図３を参照して説明する。なお、以下の説明では、沸騰水型原子力プラントを例に説明するが、これに限定されず、加圧水型原子力プラント、火力、水力又はガス発電プラント等、エロージョン（浸食）が発生しやすい機器を有するプラント、装置等に適用することができる。
【００１４】
（構成）
第１の実施形態に係るタービン翼１は、図１に示すように、蒸気の流入方向に面し、所定の厚みを有する翼前縁部２と、翼前縁部２から後方に流線形状に延在する翼後縁部４と、翼前縁部２の所定の部位に設けられた希ガス注入部３とから構成される。このタービン翼１は蒸気により軸動力を得る蒸気タービンに用いられる動翼又は静翼であり、タービン翼１の基材としてはチタン合金又は合金鋼が用いられる。
【００１５】
沸騰水型原子力プラントの原子炉圧力容器８において発生した蒸気は、図２に示すように、主蒸気配管５を経由して蒸気タービン６に供給された後、復水器７で凝縮されて水になり再び原子炉圧力容器８に給水される。復水器７には気体廃棄物処理装置９が接続されており、蒸気中の放射能等の除去処理を行っているが、本実施形態では、エロージョンによる浸食量及び浸食状況を検出するために、気体廃棄物処理装置９に希ガスの核種及び存在量を検出するための検出器として質量分析装置１０が付設されている。
【００１６】
また、本実施形態では、エロージョンは流入する蒸気の入口側であるタービン翼１の翼前縁部２に発生しやすいことから、希ガス注入部３を翼前縁部２の所定の部位に設けている。
【００１７】
図１に示す例では、希ガス注入部３は、翼前縁部２の上部で、翼後縁部４に向かって所定幅の領域に形成されているが、これに限定されず、流入蒸気の分布等に応じて適宜変更可能であり、例えば、翼前縁部２全体又は中央部に希ガス注入部３を形成してもよい。
【００１８】
希ガス注入部３に注入される希ガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の核種のいずれか又はその組み合わせが用いられ、公知のイオン注入装置によって所定密度の希ガスが翼前縁部２に注入される。
【００１９】
これらの希ガスは、原子力プラントの運転中に発生する核分裂生成物には殆ど含まれず、しかも大気中の天然存在比が低い希ガスが用いられ、特に、３−Ｈｅ、２１−Ｎｅ、又は３８−Ａｒ等を用いることが好ましい。
また、本実施形態では、質量分析装置１０は気体廃棄物処理装置９に付設されているが、気体廃棄物の排出配管等に設けてもよい。
【００２０】
（作用）
上記のように構成されたタービン翼１において、液滴化した蒸気との衝突により翼前縁部２にエロージョン（浸食）が発生し、発電プラントの運転時間にとともにエロージョンが浸食する。これにともない、翼前縁部２に形成された希ガス注入部３もエロージョンが進行するため、希ガス注入部３に注入された希ガスが蒸気中に放出される。
【００２１】
この希ガスは蒸気タービン６や配管等の構造物と化学反応することなく下流の気体廃棄物処理装置９に導かれ、気体廃棄物処理装置９に付設された質量分析装置１０により、希ガスの核種と存在量が検出される。
【００２２】
そして、検出された希ガスの核種や存在量等により、タービン翼１のエロージョンの浸食量及び浸食状況を解析することができる。上述したように、希ガス注入部３に注入される希ガスは、原子力プラントの運転中に発生する核分裂生成物には殆ど含まれず、しかも大気中の天然存在比が低い希ガスが用いられるため、希ガス注入部３から放出された希ガスの核種と存在量を検出することができる。
【００２３】
ここで、タービン翼１の運転時間とエロージョン浸食量及び気体廃棄物中の希ガスの濃度との関係を、図３（ａ）〜（ｃ）により説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）は、原子力プラントの運転時間を横軸として、タービン翼１のエロージョン浸食量、エロージョン浸食速度及び気体廃棄物中の希ガス濃度を表したものである。
【００２４】
図３（ｂ）のエロージョン浸食速度（ｍｍ／ｈｒ）はエロージョン浸食量の時間変化を示す数値であり、図３（ａ）のエロージョン浸食量−運転時間曲線の傾きに相当する。
図３（ｂ）に示すように、タービン翼１のエロージョン浸食は、運転時間に対して、潜伏期、加速期、減速期及び安定期と呼ばれる４段階の浸食ステージ、すなわち浸食状況があることが知られている。
【００２５】
運転初期では所定期間の間、潜伏期が継続し、次に、運転時間が潜伏期を超える加速期と呼ばれる段階に入り、エロージョンが始まる。その後、減速期の段階に進むとエロージョン浸食速度が低下し、さらに安定期に遷移するとエロージョン浸食速度が一定となる。
【００２６】
気体廃棄物中の希ガス濃度は、図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ）のエロージョン浸食速度−運転時間の曲線に対応した特性曲線にしたがって、希ガスが放出される。したがって、この希ガス濃度を監視することにより、タービン翼１のエロージョン浸食の発生の有無、浸食量及び浸食状況、並びに浸食ステージを監視することができる。
【００２７】
（効果）
以上説明したように、第１の実施形態によれば、翼前縁部２に形成された希ガス注入部３から放出される希ガスの核種と存在量を検出解析することで、運転中においても、タービン翼１のエロージョン浸食の発生の有無、浸食量及び浸食状況、並びに浸食ステージを的確に監視することができるため、監視対象機器の保全管理を向上させるとともに、プラントの信頼性を高めることができる。
【００２８】
また、蒸気タービン６や配管等の構造物と反応することがない安定的な希ガスを用いるとともに、原子力プラントの運転中に発生する核分裂生成物には殆ど含まれず、しかも大気中の天然存在比が低い希ガスを用いたことで、エロージョン浸食の発生箇所、浸食量及び浸食状況を監視することができる。
【００２９】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係るタービン翼の監視方法及びタービン翼について説明する。
本第２の実施形態では、複数のタービン翼１にそれぞれ希ガス注入部３を形成し、各希ガス注入部３に異なる核種の希ガスを注入する構成としている。
【００３０】
例えば、動翼の翼前縁部２に２１−Ｎｅを、静翼の翼前縁部２に３８−Ａｒを注入し、２１−Ｎｅおよび３８−Ａｒの２種の希ガスを同時に監視することにより、動翼と静翼それぞれのエロージョンの浸食量及び浸食状況を監視することを可能とする。
【００３１】
また、翼前縁部２に複数領域（例えば、上方部、中央部、下方部）の希ガス注入部３を形成し、それぞれ異なる核種の希ガスを注入することで、翼前縁部２におけるエロージョン浸食の発生箇所、並びに当該箇所におけるエロージョンによる浸食量及び浸食状況等を監視することができる。
【００３２】
本第２の実施形態によれば、上記第１の実施形態と同様な作用効果を奏するほか、エロージョン浸食の発生箇所の特定、並びに当該箇所におけるエロージョンによる浸食量及び浸食状況を監視することができる。
これにより、監視対象機器の保全管理を向上させるとともに、プラントの信頼性をさらに高めることが可能となる。
【００３３】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、本実施形態は、原子力プラントのみならず火力、水力、ガス発電プラント等にも適用できるとともに、タービン翼に限らずエロージョン浸食が発生する機器を有するプラント、装置等にも適用することができる。
【００３４】
また、これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１…タービン翼、２…翼前縁部、３…希ガス注入部、４…翼後縁部、５…主蒸気配管、６…蒸気タービン、７…復水器、８…原子炉圧力容器、９…気体廃棄物処理装置、１０…質量分析装置
【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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