(57)【要約】【課題】回転子の温度を正確に把握する事が可能な蒸気タービン、その制御装置、およびその制御方法を提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、蒸気タービンは、軸ロータと複数の動翼とを具備する回転子と、複数の静翼を具備する固定子とを具備する。前記タービンは更に、前記回転子の第１場所の第１温度を非接触計測する、または前記第１場所に設けられた感温部材を用いて前記第１温度を計測する第１計測部と、前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの運転を制御する制御部とを具備する。前記制御部は、前記固定子の第２場所の第２温度と、前記蒸気タービンの運転時における前記第１温度と前記第２温度との関係を示す温度関係情報とに基づいて、前記第１温度を算出し、算出された前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの運転を制御する、または、前記感温部材を用いて計測された前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの運転を制御する。【選択図】図１
2019085934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸ロータと、前記軸ロータに設けられた複数の動翼とを具備する回転子と、
前記回転子を包囲するよう設けられ、複数の静翼を具備する固定子と、
を具備する蒸気タービンであって、
前記回転子の第１場所の第１温度を非接触計測する、または前記第１場所に設けられた感温部材を用いて前記第１温度を計測する第１計測部と、
前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの運転を制御する制御部とを更に具備し、
前記制御部は、
前記固定子の第２場所の第２温度と、前記蒸気タービンの運転時における前記第１温度と前記第２温度との関係を示す温度関係情報とに基づいて、前記第１温度を算出し、前記第２温度と前記温度関係情報とに基づいて算出された前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの運転を制御する、
または、
前記感温部材を用いて計測された前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの運転を制御する、
事を特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
前記第１場所の付近の前記第２場所の前記第２温度を計測する第２計測部と、
前記第１計測部により計測された前記第１温度と、前記第２計測部により計測された前記第２温度とに基づいて、前記温度関係情報を導出する導出部とを更に具備し、
前記制御部は、前記第２計測部により計測された前記第２温度と、前記導出部により導出された前記温度関係情報とに基づいて、前記第１温度を算出する事を特徴とする、請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項３】
前記温度関係情報は、前記蒸気タービンの起動運転時における前記第１温度と前記第２温度との関係を示す事を特徴とする、請求項１または２に記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記制御部は、前記第２温度と前記温度関係情報とに基づいて算出された前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの起動運転を制御する事を特徴とする、請求項３に記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記第１計測部は、前記第１温度を非接触計測する放射温度計を具備する事を特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
【請求項６】
前記第１計測部は、前記感温部材の色を検出する事で前記第１温度を計測する事を特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
【請求項７】
前記第１計測部は、前記第１場所の前記第１温度を前記固定子に設けられた管を介して計測する事を特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
【請求項８】
前記蒸気タービンは、前記蒸気タービンに供給する蒸気を製造するボイラから流出した蒸気が最初に流入する高圧タービンであり、
前記第１場所の軸方向位置は、前記高圧タービンの初段静翼前の位置、または、前記高圧タービンの初段静翼前から２段動翼前までの位置である事を特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
【請求項９】
前記蒸気タービンは、再熱ランキンサイクルを構成している再熱タービンであり、
前記第１場所の軸方向位置は、前記再熱タービンの初段静翼前の位置、または、前記再熱タービンの初段静翼前から初段動翼前までの位置である事を特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
【請求項１０】
前記軸ロータは、焼嵌めロータである事を特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
【請求項１１】
軸ロータと、前記軸ロータに設けられた複数の動翼とを具備する回転子と、
前記回転子を包囲するよう設けられ、複数の静翼を具備する固定子と、
を具備する蒸気タービンを制御する制御装置であって、
前記回転子の第１場所の第１温度を非接触計測する、または前記第１場所に設けられた感温部材を用いて前記第１温度を計測する第１計測部と、
前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの運転を制御する制御部とを具備し、
前記制御部は、
前記固定子の第２場所の第２温度と、前記蒸気タービンの運転時における前記第１温度と前記第２温度との関係を示す温度関係情報とに基づいて、前記第１温度を算出し、前記第２温度と前記温度関係情報とに基づいて算出された前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの運転を制御する、
または、
前記感温部材を用いて計測された前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの運転を制御する、
事を特徴とする蒸気タービンの制御装置。
【請求項１２】
軸ロータと、前記軸ロータに設けられた複数の動翼とを具備する回転子と、
前記回転子を包囲するよう設けられ、複数の静翼を具備する固定子と、
を具備する蒸気タービンを制御する制御方法であって、
前記回転子の第１場所の第１温度を第１計測部により非接触計測し、または前記第１場所に設けられた感温部材を用いて前記第１温度を前記第１計測部により計測し、
前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの運転を制御部により制御する、
事を具備し、
前記制御部は、
前記固定子の第２場所の第２温度と、前記蒸気タービンの運転時における前記第１温度と前記第２温度との関係を示す温度関係情報とに基づいて、前記第１温度を算出し、前記第２温度と前記温度関係情報とに基づいて算出された前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの運転を制御する、
または、
前記感温部材を用いて計測された前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの運転を制御する、
事を特徴とする蒸気タービンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蒸気タービン、その制御装置、およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１従来技術である蒸気タービンについて図６及び図７を用いて説明する。
【０００３】
図６は、従来の蒸気タービンの構造を示す断面図である。図６の蒸気タービンは、高圧タービン１と中圧タービン２により構成される高中圧一体型蒸気タービンであり、軸ロータ１１と、高圧内部ケーシング１３と、外部ケーシング１４と、高圧排気室１５と、中圧排気室１６と、主蒸気管１７と、再熱蒸気管１８と、ノズルボックス１９とを具備している。図６は更に、この高中圧タービンを構成する高圧初段動翼２１と、中圧初段静翼２２と、中圧初段動翼２３とを示している。軸ロータ１１、高圧初段動翼２１、中圧初段動翼２３等が、蒸気タービンの回転子を構成し、高圧内部ケーシング１３、外部ケーシング１４、中圧初段静翼２２等が、蒸気タービンの固定子を構成している。固定子は、回転子を包囲するように設けられている。
【０００４】
石炭やバイオマスを燃料としたボイラにて水が加熱され蒸気に変化する。このボイラにより製造された主蒸気は、主蒸気管１７から最初に高圧タービン１に流入し、圧力と温度を低下させて膨張しながら、軸ロータ１１と動翼から構成されている羽根車を回転駆動させる。図６では、軸ロータ１１に軸孔が設けられていないが、軸孔を設ける軸ロータ１１もある。主蒸気は、高圧タービン１内を軸方向に流れて高圧排気室１５から流出し、石炭やバイオマスを燃料とした再熱ボイラに流入し、高温化され再熱蒸気になる。
【０００５】
再熱蒸気は、再熱蒸気管１８から中圧タービン２に流入し、圧力と温度を低下しながら膨張して羽根車を回転駆動させる。中圧タービン２の中圧排気室１６から流出した再熱蒸気は、不図示の低圧タービンに流入し、圧力と温度を低下しながら膨張して羽根車を回転駆動させる。低圧タービンを流出した再熱蒸気は、復水器により冷却され凝縮し液体水に変化した後、ポンプによりボイラに再び搬送される。
【０００６】
図７は、従来の蒸気タービンの構造を示す拡大断面図であり、具体的には、図６の高中圧タービンの蒸気流入部付近を示す断面図である。図７は、図６に示す構成要素に加え、温度センサ２０と、高圧２段静翼２４と、高圧２段静翼内輪２５とを示している。
【０００７】
以下、高圧タービン１内の蒸気流について説明する。ノズルボックス１９内の蒸気１０１は噴き出され高圧初段動翼２１を流通した後、高圧２段静翼２４に流入する。高圧２段静翼内輪２５の軸ロータ１１に対面している部分には、数枚の歯が設けられており、シール機能を持っているが、ここでは図示していない。図７では、全ての静翼内輪について同様に歯を図示していない。
【０００８】
上述の蒸気タービンが通常運転に移行する前の起動運転時（起動時）に、流入蒸気量を徐々に増加させていくが、その際、流通する蒸気により軸ロータ１１は加熱される。まず軸ロータ１１の表面付近が温度上昇していき、中心付近は表面付近からの熱伝導により加熱され温度上昇していくので、中心付近は温度上昇がより遅い。
【０００９】
そして、軸ロータ１１の表面付近と中心付近ではそれぞれ、圧縮と引張の熱応力が発生する。ロータ表面熱応力は、ロータ表面温度とロータ体積平均温度との差異に比例すると近似してよいが、このロータ表面熱応力の絶対値が、ロータ材料により決まる寿命に関連する応力値である所定応力値より高くなる事がある。タービン起動時に、ロータ表面熱応力の絶対値が所定応力値より一旦高くなり、その後低くなる挙動を１回以上示すので、少なくとも起動するたびに所定応力値を１回以上越える事がありうる。ロータ表面熱応力の絶対値が所定応力値を越える通算回数が増えていくと、ロータ材料が強度的に保証できなくなる、即ちロータの残り寿命が短くなる。
【００１０】
そのため、蒸気タービンの起動時に、流入蒸気量を徐々に増加させてタービン回転数をゼロから増加させる途中で一旦、流入蒸気量の増加を一定時間停止する。この間にロータ中心付近の温度上昇は続くが、表面付近では流入熱量より流出熱量が多いために温度が低下する。そして、表面付近と中心付近との温度差が小さくなりロータ表面温度とロータ体積平均温度との差も小さくなり、発生するロータ表面熱応力は減る。ロータ表面熱応力の絶対値が所定応力値を越える事なく低下した段階で、流入蒸気量の増加を再開し、タービン回転数を増加させる。
【００１１】
次の工程として、蒸気タービンが発電機と接続された後、流入蒸気量を徐々に増加させてタービン負荷をゼロから増加させる。この時にもまず、軸ロータ１１の表面付近が温度上昇していき、中心付近は表面付近からの熱伝導により加熱され温度上昇していく。ここで一旦、流入蒸気量の増加を一定時間停止する。この間にロータ中心付近の温度上昇は続くがロータ表面付近の温度は低下するので、回転数増加時と同様にロータ表面熱応力は減る。ロータ表面熱応力の絶対値が所定応力値を越える事なく低下した段階で、流入蒸気量の増加を再開し、タービン負荷を増加させる。
【００１２】
なお、図６及び図７に示す蒸気タービンにおいて、ロータ表面温度で最も高温である場所は、高圧タービン１の高圧初段動翼２１直後なので、熱応力が最大である場所がそこである。また、ロータ表面付近温度とロータ中心付近温度はタービン停止からタービン起動開始までの時間に依存するので、上述の所定応力値は、タービン停止からタービン起動開始までの時間の時間帯により異なる値を設定する事が多い。最も厳しい、即ち、最も所定温度が低いのは、タービン停止から充分に時間が経っている場合であり、以下、この場合を例に説明する。
【００１３】
高圧初段動翼２１直後のロータ表面温度から、およそのロータ表面熱応力を算出する事が可能である。そのため、ロータ表面温度が計測できれば、ロータ表面熱応力を監視しながらロータ表面熱応力が所定応力値を越えないように流入蒸気量を制御しやすく、例えば流入蒸気量増加の停止操作を決定しやすい。
【００１４】
よって、ロータ表面温度の時間経過をリアルタイム計測したいのだが、軸ロータ１１は回転しているので、熱電対などの温度センサからの配線が敷設できない。スリップリングや無線機を設置すれば測定信号を取り出せるが、場所や温度の観点から困難である。そこで、静止している高圧内部ケーシング１３の内側表面の内、高圧初段動翼２１直後の表面に温度センサ２０を設置して、ここでの温度値をロータ表面温度と近い値としてその挙動を監視する事が考えられる。
【００１５】
しかし実際は、温度センサ２０を設置した高圧内部ケーシング表面は、ロータ表面とは接している蒸気の流速が異なる。また、高圧内部ケーシング１３は、軸ロータ１１とは固体部品の熱容量が異なるため、高圧内部ケーシング表面温度はロータ表面温度とは異なる。そのため、流入蒸気量増加の停止時刻は推定せざるを得ず、停止時間を裕度を設けて長めに設定する必要があった。
【００１６】
ところで近年、太陽光発電の普及に伴う発電量変動に対応するため、停止中の蒸気タービンを急速に起動したい、即ち、起動時間を短縮したいという要望がある。そのために、ロータ表面温度を正しく把握し、タービン起動時の流入蒸気量増加停止時間を短縮する事で起動時間を短縮したいという要望がある。
【００１７】
次に、第２従来技術について説明する。
【００１８】
非接触式温度計の一種である放射温度計を、静止している高圧内部ケーシング１３に設置して軸ロータ１１の表面に向け、放射温度計が計測した信号を信号処理装置に送る事が考えられる。信号処理装置は、観測した放射状態からロータ表面温度を算出する。このような放射温度計を蒸気タービンの流入領域に設ける事が考えられる。
【００１９】
この第２従来技術によれば、タービン起動時の高圧初段動翼２１直後のロータ表面温度を計測する事で、ロータ表面熱応力を監視しながらロータ表面熱応力が所定応力値を越えないように流入蒸気量を制御しやすくなり、例えば流入蒸気量増加の停止操作を決定しやすくなる。
【００２０】
しかし、物体表面の温度を放射温度計により計測する際に、物体表面の粗さ等の表面状態が変化したり、表面材質の変化により物体表面の輻射率が変化すると、変化前と変化後とで異なる放射状態になる。この場合、放射温度計は、物体表面の温度が変化しない場合にも異なる信号を出力する事になる。そのため、変化前にて調整された信号処理装置のままでは、ロータ表面温度とは異なる温度値が算出される事がある。
【００２１】
このような事が原因で、ロータ表面温度が正確に得られない第２従来技術は普及していない。仮に第２従来技術を蒸気タービンに採用しても、流入蒸気量増加の停止時間は裕度を設けて長めに設定する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特公平７−１２２４０３号公報
【特許文献２】特許第５６３４８６９号公報
【特許文献３】特開昭６１−２００４３７号公報
【特許文献４】特開２０１４−１０５６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明の実施形態は、回転子の温度を正確に把握する事が可能な蒸気タービン、その制御装置、およびその制御方法を提供する事を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
一の実施形態によれば、蒸気タービンは、軸ロータと、前記軸ロータに設けられた複数の動翼とを具備する回転子と、前記回転子を包囲するよう設けられ、複数の静翼を具備する固定子とを具備する。前記タービンは更に、前記回転子の第１場所の第１温度を非接触計測する、または前記第１場所に設けられた感温部材を用いて前記第１温度を計測する第１計測部と、前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの運転を制御する制御部とを具備する。前記制御部は、前記固定子の第２場所の第２温度と、前記蒸気タービンの運転時における前記第１温度と前記第２温度との関係を示す温度関係情報とに基づいて、前記第１温度を算出し、前記第２温度と前記温度関係情報とに基づいて算出された前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの運転を制御する、または、前記感温部材を用いて計測された前記第１温度に基づいて、前記蒸気タービンの運転を制御する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態の蒸気タービンの構造を示す断面図である。
【図２】第２実施形態の蒸気タービンの構造を示す断面図である。
【図３】第６実施形態の蒸気タービンの構造を示す断面図である。
【図４】第７実施形態の蒸気タービンの構造を示す断面図である。
【図５】第８実施形態の蒸気タービンの構造を示す断面図である。
【図６】従来の蒸気タービンの構造を示す断面図である。
【図７】従来の蒸気タービンの構造を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の蒸気タービンの構造を示す断面図である。前述の図に示す部位と同じ部位には同じ符号を付けて説明を省略し、第１及び第２従来技術と異なる事のみを説明する。
【００２８】
図１の蒸気タービンは、図６及び図７に示す構成要素に加え、放射温度計３１と、管３２と、蓋３３と、信号処理装置３４とを具備している。これらの構成要素３１〜３４は、蒸気タービンの制御装置の一例である。また、放射温度計３１、管３２、および蓋３３は第１計測部の一例であり、信号処理装置３４は制御部および導出部の一例である。
【００２９】
まず、ロータ表面温度を放射温度計３１により非接触計測すると同時に、蒸気に接している静止部品の表面温度を熱電対（温度センサ）２０により計測する。熱電対２０は、第２計測部の一例である。静止部品の表面温度を計測する場所は、ロータ表面温度を計測する場所の付近に位置している。放射温度計３１から、対向している軸ロータ１１表面までは静翼２４などの各部品に孔を設けて管３２を設置し、管３２の端面に透明な石英ガラスを用いた蓋３３を設置する。よって、ロータ表面温度の計測場所の軸方向位置、即ち、軸ロータ１１に沿った位置は、静翼２４が設けられている位置（高圧初段動翼２１と高圧２段動翼との間の位置）となる。この蓋３３は高圧に耐えられる厚さとし、蒸気が管３２の内部や管３２と高圧内部ケーシング１３との間に流入しないようにシールを適切に施す。放射温度計３１を用いて計測される温度は第１温度の一例であり、熱電対２０を用いて計測される温度は第２温度の一例である。
【００３０】
軸ロータ１１の表面温度分布は軸対称であり、また放射温度計３１は測定対象に真正面に向ける。管３２内は蒸気が入らないので、放射温度計３１は蒸気に接さない。また、放射温度計３１はタービンの外側に離れて配置されており高温に曝されていないし、仮に冷却が必要だったとしてもタービンが冷却される事はなくタービン自体の伝熱状況が変化する事もない。なお、図１での静止部品は第１従来技術と同じで高圧内部ケーシング１３の内側表面であるが、静止部品の表面温度計測位置は図１に示す位置でなくても、蒸気に接している部品表面の温度が計測できる位置であればよい。
【００３１】
放射温度計３１は、計測した信号を信号処理装置３４に送る。信号処理装置３４は、観測した放射状態からロータ表面温度を算出する。信号処理装置３４の例は、プロセッサ、電気回路、コンピュータ等である。なお事前に、測定対象の形態係数や輻射率を同一にした構成で、放射温度計を較正しておく。
【００３２】
信号処理装置３４は、蒸気タービンを運転させ、例えば充分にプラント停止時間を確保した後の起動時におけるロータ表面温度と静止部品表面温度との温度関係を得る。この処理は、蒸気タービンの試運転時に条件を振りながら起動を数回実施するのが好ましい。その後は、ロータ表面温度の計測は実施せず、放射温度計３１を設置しなくてよい。設置しない場合、図示していないが、管３２の外界側に閉止蓋を設置する事が望ましい。上記の温度関係の情報は、温度関係情報の一例である。
【００３３】
その後に、充分にプラント停止時間を確保した後の起動を実施する際は以下のように運転する。熱電対２０で計測された静止部品温度と上記温度関係からロータ表面温度を算出する。算出した静止部品温度を基にして蒸気タービンの運転を制御する。例えば、流入蒸気量の増加停止中の静止部品温度の変化から、増加停止を終了させても、ロータ表面温度が寿命に関する所定応力値を発生させる温度を越えないと判断して、増加を再開する。
【００３４】
放射温度計３１によりロータ表面温度を得ている訳ではないので、軸ロータ１１の表面状態が変化したり表面材質の変化やボイラからのスケール付着により輻射率が変化しても、計算して得ているロータ表面温度値には影響がない。適切にロータ表面温度値を得て、起動時の流入蒸気量増加停止時間を短縮する事で起動時間を短縮するようにプラントを制御する事ができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態によれば、放射温度計３１、信号処理装置３４、熱電対２０等を用いる事で、蒸気タービンの回転子の温度（ロータ表面温度）を正確に把握する事が可能となる。
【００３６】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態の蒸気タービンの構造を示す断面図である。前述の図に示す部位と同じ部位には同じ符号を付けて説明を省略し、第１及び第２従来技術や第１実施形態と異なる事のみを説明する。
【００３７】
図２の蒸気タービンは、放射温度計３１の代わりにＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源３５と、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ３６と、感温部材３７と、黒色部材３８とを具備している。上述の構成要素３２〜３４と、これらの構成要素３５〜３８は、蒸気タービンの制御装置の一例である。また、管３２、蓋３３、ＬＥＤ光源３５、ＣＣＤカメラ３６、感温部材３７、および黒色部材３８は、第１計測部の一例である。
【００３８】
まず、ロータ表面温度を感温部材３７の色判別により非接触計測すると同時に、蒸気に接している静止部品の表面温度を熱電対２０により計測する。本実施形態の感温部材３７は、感温液晶である。感温液晶は変色で温度を示す物であり、高温用も一般利用されている。軸ロータ１１の表面に帯状に１周、感温部材３７を塗布しておき、その帯の軸方向両端には高温に耐えられる黒色部材３８を塗布する。本実施形態の黒色部材３８は、黒色塗料である。
【００３９】
ＬＥＤ光源３５から光を当て感温部材３７の色をＣＣＤカメラ３６で真正面で捉える。ＬＥＤ光源３５やＣＣＤカメラ３６から、対向している軸ロータ表面までは静翼２４などの各部品に孔を設けて管３２を設置し、管３２の端面に透明な石英ガラスを用いた蓋３３を設置する。この蓋３３は高圧に耐えられる厚さとし、蒸気が管３２内部や管３２と高圧内部ケーシング１３の間に流入しないようにシールを適切に施す。
【００４０】
ＣＣＤカメラ３６からの信号を信号処理装置３４にてＲＧＢ法やＨＳＩ検定法により温度へ換算する。タービン内はＬＥＤ光源３５を点灯しなければ真っ暗であり、また感温部材３７の両端側は黒色なので光に関するノイズはない。また感温部材３７は１周塗布されているが周方向温度分布はないので、軸回転による色変動はないし、ストロボ同期も不要である。管３２内は蒸気が入らないので、ＬＥＤ光源３５やＣＣＤカメラ３６は蒸気に接さない。また、ＬＥＤ光源３５やＣＣＤカメラ３６や信号処理装置３４はタービンの外側に配置されており高温に曝されていないので正常動作する。
【００４１】
なお、図２での静止部品は第１実施形態や第１従来技術と同じで高圧内部ケーシング１３の内側表面であるが、静止部品の表面温度計測位置は図２に示す位置でなくても、蒸気に接している部品表面の温度が計測できる位置であればよい。
【００４２】
信号処理装置３４は、蒸気タービンを運転させ、例えば充分にプラント停止時間を確保した後の起動時におけるロータ表面温度と静止部品表面温度との温度関係を得る。この処理は、蒸気タービンの試運転時に条件を振りながら起動を数回実施するのが好ましい。その後は、ロータ表面温度の計測は実施せず、ＬＥＤ光源３５、ＣＣＤカメラ３６、信号処理装置３４を設置しなくてよい。設置しない場合、図示していないが、管３２の外界側に閉止蓋を設置する事が望ましい。
【００４３】
その後に、充分にプラント停止時間を確保した後の起動を実施する際は以下のように運転する。熱電対２０で計測された静止部品温度と上記温度関係からロータ表面温度を算出する。算出した静止部品温度を基にして蒸気タービンの運転を制御する。例えば、流入蒸気量の増加停止中の静止部品温度の変化から、増加停止を終了させても、ロータ表面温度が寿命に関する所定熱応力を発生させる温度を越えないと判断して、増加を再開する。
【００４４】
感温部材３７は激しい流れに曝されていない場所ではあるが、いつ剥がれてしまうかはわからない。しかし、感温部材３７によりロータ表面温度を得ている訳ではないので、感温部材３７が剥離したり表面状態が変化したり表面材質が変化したり、ボイラからのスケールが付着したりして色判別状況が変化しても、計算して得ているロータ表面温度値には影響がない。適切にロータ表面温度値を得て、起動時の流入蒸気量増加停止時間を短縮する事で起動時間を短縮するようにプラントを制御する事ができる。
【００４５】
以上のように、本実施形態によれば、感温部材３７として感温液晶を用いる事で、ロータ表面温度を正確に把握する事が可能となる。
【００４６】
（第３実施形態）
第３実施形態の蒸気タービンの構造を、図２を用いて説明する。前述の図に示す部位と同じ部位には同じ符号を付けて説明を省略し、第１及び第２従来技術や第１及び第２実施形態と異なる事のみを説明する。
【００４７】
まず、ロータ表面温度を感温部材３７の色判別により非接触計測すると同時に、蒸気に接している静止部品の表面温度を熱電対２０により計測する。第２実施形態では軸ロータ１１に感温部材３７として感温液晶を塗布したが、第３実施形態では感温部材３７として感温塗料を塗布しておく。感温塗料は変色で温度を示す物であり、可逆式の物もある。
【００４８】
ＬＥＤ光源３５から光を当て感温部材３７の色をＣＣＤカメラ３６で真正面で捉える。ＬＥＤ光源３５やＣＣＤカメラ３６から、対向している軸ロータ表面までは静翼３７などの各部品に孔を設けて管３２を設置し、管３２の端面に透明な石英ガラスを用いた蓋３３を設置する。この蓋３３は高圧に耐えられる厚さとし、蒸気が管３２内部や管３２と高圧内部ケーシング１３の間に流入しないようにシールを適切に施す。
【００４９】
ＣＣＤカメラ３６からの信号を信号処理装置３４にて温度へ換算する。タービン内はＬＥＤ光源３５を点灯しなければ真っ暗であり、また感温部材３７の周囲は黒色なので光に関するノイズはない。また感温部材３７は軸１周塗布されているが周方向温度分布はないので、軸回転による色変動はない。管３２内は蒸気が入らないので、ＬＥＤ光源３５やＣＣＤカメラ３６は蒸気に接さない。また、ＬＥＤ光源３５やＣＣＤカメラ３６や信号処理装置３４はタービンの外側に配置されており高温に曝されていないので正常動作する。
【００５０】
なお、図２での静止部品は第１実施形態や第１従来技術と同じで高圧内部ケーシング１３の内側表面であるが、静止部品の表面温度計測位置は図２に示す位置でなくても、蒸気に接している部品表面の温度が計測できる位置であればよい。
【００５１】
信号処理装置３４は、蒸気タービンを運転させ、例えば充分にプラント停止時間を確保した後の起動時におけるロータ表面温度と静止部品表面温度との温度関係を得る。この処理は、蒸気タービンの試運転時に条件を振りながら起動を数回実施するのが好ましい。その後は、ロータ表面温度の計測は実施せず、ＬＥＤ光源３５、ＣＣＤカメラ３６、信号処理装置３４を設置しなくてよい。
【００５２】
その後に、充分にプラント停止時間を確保した後の起動を実施する際は以下のように運転する。熱電対２０で計測された静止部品温度と上記温度関係からロータ表面温度を算出する。算出した静止部品温度を基にして蒸気タービンの運転を制御する。例えば、流入蒸気量の増加停止中の静止部品温度の変化から、増加停止を終了させても、ロータ表面温度が寿命に関する所定熱応力を発生させる温度を越えないと判断して、増加を再開する。
【００５３】
感温部材３７は激しい流れに曝されていない場所ではあるが、いつ剥がれてしまうかはわからない。しかし、感温部材３７によりロータ表面温度を得ている訳ではないので、感温部材３７が剥離したり表面状態が変化したり表面材質が変化したり、スケールが付着したりして色判別状況が変化しても、計算して得ているロータ表面温度値には影響がない。適切にロータ表面温度値を得て、起動時の流入蒸気量増加停止時間を短縮する事で起動時間を短縮するようにプラントを制御する事ができる。
【００５４】
以上のように、本実施形態によれば、感温部材３７として感温塗料を用いる事で、ロータ表面温度を正確に把握する事が可能となる。
【００５５】
（第４実施形態）
第４実施形態の蒸気タービンの構造を、図２を用いて説明する。前述の図に示す部位と同じ部位には同じ符号を付けて説明を省略し、第１及び第２従来技術や第１〜第３実施形態と異なる事のみを説明する。
【００５６】
ロータ表面温度を感温部材３７の色判別により非接触計測する。本実施形態の感温部材３７は、感温液晶である。軸ロータに感温部材３７を塗布しておき、ＬＥＤ光源３５から光を当て感温部材３７の色をＣＣＤカメラ３６で捉える。
【００５７】
ＣＣＤカメラ３６からの信号を信号処理装置３４にてＲＧＢ法やＨＳＩ検定法により温度へ換算する。タービン内はＬＥＤ光源４８を点灯しなければ真っ暗であり、また感温部材３７の周囲は黒色なので光に関するノイズはない。また感温部材３７は１周塗布されているが周方向温度分布はないので、軸回転による色変動はない。ＬＥＤ光源３５やＣＣＤカメラ３６から対向している軸ロータ表面までは管３２を設置し、管３２の端面に透明な石英ガラスを用いた蓋３３を設置する。管３２内は蒸気が入らないので、ＬＥＤ光源３５やＣＣＤカメラ３６は蒸気に接さない。また、ＬＥＤ光源３５やＣＣＤカメラ３６や信号処理装置３４はタービンの外側に配置されており高温に曝されていない。
【００５８】
感温部材３７は剥離したり表面状態が変化したり表面材質が変化したりボイラからのスケールが付着したりして色判別状況が変化すると、信号処理装置３４が算出した温度値がロータ表面温度と異なる値になる。しかし、信号処理装置３４が算出した温度値がロータ表面温度と充分に異なる値になるまでは、値を信用して支障なく用いる事ができる。
【００５９】
同じ起動ルーチンによる起動を繰り返す際、算出された温度値の値や時間挙動は変わらないが、いつもの起動時と算出値が異なるようならば、用いる事を取り止める。いつもと同じであれば、計測したロータ表面温度を基にして蒸気タービンの運転を制御する。例えば、流入蒸気量の増加停止中のロータ表面温度の変化から、増加停止を終了させても、ロータ表面温度が寿命に関する所定熱応力を発生させる温度を越えないと判断して、増加を再開する。適切にロータ表面温度値を得て、起動時の流入蒸気量増加停止時間を短縮する事で起動時間を短縮するようにプラントを制御する事ができる。
【００６０】
以上のように、本実施形態によれば、感温部材３７として感温液晶を用いる事で、静止部品の表面温度を用いずにロータ表面温度を正確に把握する事が可能となる。
【００６１】
（第５実施形態）
第５実施形態の蒸気タービンの構造を、図２を用いて説明する。前述の図に示す部位と同じ部位には同じ符号を付けて説明を省略し、第１及び第２従来技術や第１〜第４実施形態と異なる事のみを説明する。
【００６２】
ロータ表面温度を感温部材３７の色判別により非接触計測する。本実施形態の感温部材３７は、感温塗料である。軸ロータに感温部材３７を塗布しておき、ＬＥＤ光源３５から光を当て感温部材３７の色をＣＣＤカメラ３６で捉える。
【００６３】
ＣＣＤカメラ３６からの信号を信号処理装置３４にて温度へ換算する。タービン内はＬＥＤ光源３５を点灯しなければ真っ暗であり、また感温部材３７の周囲は黒色なので光に関するノイズはない。また感温部材３７は１周塗布されているが周方向温度分布はないので、軸回転による色変動はない。ＬＥＤ光源３５やＣＣＤカメラ３６から対向している軸ロータ表面までは管３２を設置し、管３２の端面に透明な石英ガラスを用いた蓋３３を設置する。管３２内は蒸気が入らないので、ＬＥＤ光源３５やＣＣＤカメラ３６は蒸気に接さない。また、ＬＥＤ光源３５やＣＣＤカメラ３６や信号処理装置３４はタービンの外側に配置されており高温に曝されていない。
【００６４】
感温部材３７は剥離したり表面状態が変化したり表面材質が変化したりボイラからのスケールが付着してりして色判別状況が変化すると、信号処理装置３４が算出した温度値がロータ表面温度と異なる値になる。しかし、信号処理装置３４が算出した温度値がロータ表面温度と充分に異なる値になるまでは、支障なく用いる事ができる。
【００６５】
同じ起動ルーチンによる起動を繰り返す際、算出された温度値の値や時間挙動は変わらないが、いつもの起動時と算出値が異なるようならば、用いる事を取り止める。いつもと同じであれば、計測したロータ表面温度を基にして蒸気タービンの運転を制御する。例えば、流入蒸気量の増加停止中のロータ表面温度の変化から、増加停止を終了させても、ロータ表面温度が寿命に関する所定熱応力を発生させる温度を越えないと判断して、増加を再開する。適切にロータ表面温度値を得て、起動時の流入蒸気量増加停止時間を短縮する事で起動時間を短縮するようにプラントを制御する事ができる。
【００６６】
以上のように、本実施形態によれば、感温部材３７として感温塗料を用いる事で、静止部品の表面温度を用いずにロータ表面温度を正確に把握する事が可能となる。
【００６７】
（第６実施形態）
図３は、第６実施形態の蒸気タービンの構造を示す断面図である。前述の図に示す部位と同じ部位には同じ符号を付けて説明を省略し、第１及び第２従来技術や第１〜第５実施形態と異なる事のみを説明する。
【００６８】
図３は、図１の蒸気タービンの構成要素に加えて、高圧初段静翼２６と、高圧初段動翼２７とを具備している。
【００６９】
第１〜第５実施形態では、軸ロータの温度計測場所が、高圧タービン１の初段動翼と２段動翼の間である軸方向位置に存在するが、初段静翼前と初段動翼前との間の軸方向位置に存在する場合もある。初段静翼前とは、初段静翼の直前の上流側を意味し、初段動翼前とは、初段動翼の直前の上流側を意味する（以下同様）。図３では、初段静翼２６の前と初段動翼２７の前との間の軸方向位置に存在しており、ロータ表面温度の計測方法は第１実施形態と同じである。
【００７０】
蒸気タービンの形態により、軸ロータ表面（軸ロータ１１の表面）の内、初段動翼と２段動翼との間の軸方向位置が最も高温である場合と、初段静翼前と初段動翼前とこれらの間の軸方向位置が最も高温である場合がある。よって、それに応じて温度計測する軸方向位置を変える。両方の場合を合わせると、最も高温である位置は、初段静翼前とそこから２段動翼前までの軸方向位置に存在しているので、そこを温度計測する事で、第１〜第５実施形態に記載したような蒸気タービンの制御が可能になる。
【００７１】
以上のように、本実施形態によれば、高圧タービン１内の適切な位置でロータ表面温度を計測する事が可能となる。
【００７２】
（第７実施形態）
図４は、第７実施形態の蒸気タービンの構造を示す断面図である。前述の図に示す部位と同じ部位には同じ符号を付けて説明を省略し、第１及び第２従来技術や第１〜第６実施形態と異なる事のみを説明する。
【００７３】
図４は、図１の蒸気タービンの構成要素に加えて、熱電対３９を具備している。
【００７４】
第１〜第６実施形態では、高圧タービン１内の軸ロータ１１の表面温度を計測していたが、第７実施形態では、蒸気タービンが再熱ランキンサイクルを構成している再熱タービンの最上流である中圧タービン２内の軸ロータ１１の表面温度を計測する。図４は、中圧タービン２の初段と２段の付近を示しており、再熱蒸気は初段、２段と流通していく。図４では、表面温度計測場所が、中圧タービン２の初段静翼前から初段動翼までの軸方向位置に存在しており、ロータ表面温度の計測方法は第１実施形態と同じである。なお、静止側の表面温度を計測する場合は、図４に示す熱電対３９で外部ケーシング１４の内側表面温度を計測する。熱電対３９は、第２計測部の一例である。
【００７５】
再熱ランキンサイクルにおいては、高圧タービン１の初段静翼前とそこから２段動翼前までの軸方向位置よりも、再熱タービンの最上流である中圧タービン２の初段静翼２２前とそこから初段動翼２３前までの軸方向位置の方が、ロータ表面温度が高温である場合や同等に高温である場合がある。これらの場合は注目するロータ表面温度は、再熱タービンの最上流である中圧タービン２の初段静翼２２前とそこから初段動翼２３前までの軸方向位置の温度とする事で、第１〜第５実施形態に記載したような蒸気タービンの制御が可能になる。
【００７６】
以上のように、本実施形態によれば、中圧タービン２（再熱タービン）内の適切な位置でロータ表面温度を計測する事が可能となる。
【００７７】
（第８実施形態）
図５は、第７実施形態の蒸気タービンの構造を示す断面図である。前述の図に示す部位と同じ部位には同じ符号を付けて説明を省略し、第１及び第２従来技術や第１〜第６実施形態と異なる事のみを説明する。
【００７８】
図５は、図１の蒸気タービンの構成要素に加えて、ディスク４１と、シャフト４２と、熱電対４３とを具備している。なお、全ての静翼内輪の軸ロータ１１に対面している部分には、複数の歯が設けられており、シール機能を持っているが、ここでは図示しない。
【００７９】
第１〜第６実施形態では、高圧タービン１の軸ロータ１１の表面温度を、第７実施形態では中圧タービン２の軸ロータ１１の表面温度を計測していた。第８実施形態では、軸ロータ１１が焼嵌めロータである低圧タービンの軸ロータ１１の表面温度を計測する。低圧タービンには、中圧排気室１６から排出された蒸気が流入し流通する。図６では、ロータ表面温度の計測方法が第１実施形態と同じである。なお、静止側の表面温度を計測する場合は、図５に示す熱電対４３により、管３２を設置した静翼外輪４４の内側表面温度を計測する。熱電対４３は、第２計測部の一例である。
【００８０】
低圧タービンの軸ロータ１１にはシャフト４２にディスク４１を焼嵌めした焼嵌めロータも用いられており、応力腐食割れによりクラックが発生する事がある。第８実施形態の場合のロータ表面温度は、ディスク４１の表面温度に相当する。
【００８１】
例えば、非接触式光ファイバー温度検知装置を用いてロータ表面温度を計測する事で、起動停止時においてロータ表面温度を監視し、その温度に応じた運転を行う事により応力腐食割れの進展によって破壊に到るまでの時間を極力長くする事ができる技術が知られている。第８実施形態では、この技術と同様に、第１〜第７実施形態にように得られたロータ表面温度に応じた運転を行う事により応力腐食割れの進展によって破壊に到るまでの時間を長くする事ができる。
【００８２】
以上のように、本実施形態によれば、軸ロータ１１が焼嵌めロータである場合にロータ表面温度を計測する事が可能となる。
【００８３】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定する事を意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置及び方法は、その他の様々な形態で実施する事ができる。また、本明細書で説明した装置及び方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行う事ができる。添付の特許請求の範囲及びこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００８４】
１：高圧タービン、２：中圧タービン、
１１：軸ロータ、１３：高圧内部ケーシング、１４：外部ケーシング、
１５：高圧排気室、１６：中圧排気室、１７：主蒸気管、１８：再熱蒸気管、
１９：ノズルボックス、２０：温度センサ（熱電対）、２１：高圧初段動翼、
２２：中圧初段静翼、２３：中圧初段動翼、２４：高圧２段静翼、
２５：高圧２段静翼内輪、２６：高圧初段静翼、２７：高圧初段動翼、
３１：放射温度計、３２：管、３３：蓋、３４：信号処理装置、３５：ＬＥＤ光源、
３６：ＣＣＤカメラ、３７：感温部材、３８：黒色部材、３９：熱電対、
４１：ディスク、４２：シャフト、４３：熱電対、４４：静翼外輪、１０１：蒸気
【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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