(57)【要約】      （修正有）【課題】蒸気タービンの構成要素間の摩擦を検出する方法を提供する。【解決手段】蒸気タービンのケーシングにおける複数の位置での温度を感知するステップ４２、前記複数の位置で記録された温度を比較するステップ４４、前記複数の位置の中の一つにおいて記録された温度が、その他の前記位置よりも高温である場合、前記構成要素間での摩擦を検出するステップ４６，４８，５０、および前記複数の位置の中で、より高温が記録された一つの位置付近で前記摩擦が生じていると警告するステップ５２が含まれる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービン（１０）の構成要素（１７，２２）間の摩擦検出方法であって、
前記蒸気タービンのケーシングにおける複数の位置（２４，２５）での温度を感知するステップ（４２）、
前記複数の位置で記録された温度を比較するステップ（４４）、
前記複数の位置の中の一つにおいて記録された温度が、その他の前記位置よりも高温である場合、前記構成要素間での前記摩擦を検出するステップ（４６，４８，５０）、および
前記複数の位置の中で、より前記高温が記録された一つの位置付近で前記摩擦が生じていると警告するステップ（５２、５６）を含むことを特徴とする、前記摩擦検出方法。
【請求項２】
前記複数の位置（２４，２５）はロータ軸に対して垂直な環状アレイ内にある、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の位置（２４，２５）は、前記タービン内のロータに対して垂直な平面において、ケーシング（１４）を対称的に取り囲み配置された４つの位置である、請求項１および請求項２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記４つの位置（２４，２５）は、前記平面を通り延在する垂線および水平線に沿って配置される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記摩擦検出は、前記記録された温度の各々を、記録された温度の平均温度または中間温度、および前記アレイ内で記録されたその他の温度の各々のうち少なくとも一つと比較することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の位置（２４，２５）は、ケーシング（１４）に搭載された環状アレイ内および前記タービンのロータ（１２）上にある蒸気タービンバケット（１６）列を取り囲み配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記複数の位置（２５）は前記タービンの入口付近にある、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の位置（２４）は、前記タービンの中央および前記タービンのロータを支持する複数のロータ軸間のほぼ中間にある、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
蒸気タービン（１０）内の摩擦検出方法であって、
前記タービン用ケーシング（１４）に搭載された少なくとも一つのセンサアレイ内の複数の温度センサ（２０）を監視するステップ（４２）、
前記アレイ内全てのセンサの測定温度を比較するステップ（４４）、
前記比較から前記アレイ内の最高温度を識別するステップ（４６）、
前記最高温度が閾値を超えているか否かを判定するステップ（４８）、
前記閾値を超える最高温度を記録した温度センサ（２０）を識別するステップ（５０）、および
前記識別された温度センサ付近で摩擦が生じる可能性があることを警告するステップ（５２）
を含むことを特徴とする、前記摩擦検出方法。
【請求項１０】
前記方法のステップを周期的に反復するステップ（５４）をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンを監視するための機器、特に蒸気タービン内の回転構成要素および固定構成要素間の摩擦検出機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンには、ステータブレード（ノズル）列の間ごとに、回転するタービンブレード（バケット）列を備えたロータが含まれる。前記タービンバケット先端は、前記タービンケーシング内側表面に隣接している。通常動作中、前記タービンバケットが前記ケーシングを摩擦することはない。しかし、前記タービンケーシング、ロータシャフト、内側ケーシングまたはその他の構成要素の微妙な変形によって、前記タービンブレードが前記タービンの固定ケーシングを摩擦することがある。前記摩擦は、前記タービンブレード先端が前記ケーシングの表面を貫通する場合をはじめ、一つの回転位置で生じることが多い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
蒸気タービンのタービンバケットおよび固定構成要素間で摩擦が生じると、タービン構成要素が損傷したり、前記タービンバケットおよび前記固定構成要素であるケーシング間の隙間が拡大したりすることがある。前記隙間が拡大すると、前記タービン内を通る空気流路が変形し、その結果、タービン効率が低下する。
【０００４】
摩擦が激しいと、タービンバケットに故障や亀裂が生じ、その下流にあるブレードを損傷することがある。ところが、蒸気タービン内の摩擦検出は容易ではない。目視検査によって初めて、摩擦による前記タービン構成要素の摩耗が検出されることもしばしばである。さらに、タービン構成要素を目視検査するには、タービンの動作を停止し、少なくとも部分的に分解する必要がある。従って、蒸気タービンを停止することなく摩擦を検出することが求められている。蒸気タービン内の摩擦検出には、振動センサが用いられてきたが、タービン内の振動が必ずしも摩擦を意味するわけではないので、振動センサに頼って前記摩擦の発生位置或いは回転位置を判定することは困難である。従って、蒸気タービン動作中に、前記蒸気タービン内の摩擦を確実に検出し、前記摩擦の発生位置を判定できる方法およびシステムが長らく求められてきた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、蒸気タービン内の構成要素間における摩擦を検出する方法を提供する。前記方法には、蒸気タービンのケーシングにおける複数の位置で温度を感知するステップ、前記複数の位置で感知された温度を比較するステップ、前記複数の位置の一つにおいて、その他の位置よりも高温が感知された場合、前記タービンの構成要素間における摩擦を検出するステップ、および前記複数の位置の一つであって、その他の位置よりも高温が感知された位置付近で前記摩擦が発生していると記録するステップが含まれる。前記複数の位置とは、ロータ軸に対して垂直な環状アレイ、具体的には、前記タービンのロータに対して垂直な平面上に、前記ケーシングを取り囲み対称的に配置された４つのセンサの位置であり得る。
【０００６】
本発明はまた、蒸気タービン内の摩擦を検出する方法を提供する。前記方法には、前記タービンのケーシングにおける少なくとも一つのセンサアレイにおける温度センサを監視するステップ、前記アレイ内全てのセンサの測定温度を比較するステップ、前記比較を基に前記アレイ内の最高温度を識別するステップ、前記最高温度が閾値を超えているか否か判定するステップ、および前記最高温度が前記閾値を超えていることをセンサが記録していることを識別し、前記識別された温度センサ付近の位置で摩擦が発生している可能性があることを警告するステップが含まれる。
本発明はさらに、ロータを取り囲むケーシングを有する、蒸気タービン内の摩擦を検出するシステムを提供する。前記システムには、前記ロータに面するケーシング内側表面に最も近い前記ケーシングに搭載された、少なくとも１つの温度センサアレイ、および前記アレイ内の温度センサ各々からの温度信号を監視する制御装置であって、前記温度信号の中の一つが前記アレイ内のその他の温度よりも実質的に高温を記録している場合、摩擦の発生を警告する前記制御装置が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、蒸気タービンにおいて、タービンケーシングに温度センサを搭載し、摩擦を検出する新しいシステムおよび方法を提供する。摩擦位置には摩擦熱が生じるが、前記熱は金属ケーシングに集中する。前記ケーシング内の前記摩擦による温度上昇は、前記ケーシングに組み込まれる、熱電対などの温度センサによって記録される。また、熱電対アレイからの温度信号記録を比較することによって、高温を記録している前記センサを判定する。そして、前記アレイ内センサの一つからの前記温度記録が、前記アレイ内のその他のセンサよりも十分に高温である場合、摩擦が検出され、前記高温を記録した温度センサに最も近い位置で前記摩擦が生じていると判定される。
【０００８】
これより、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図１は、ロータ１２およびタービンケーシング１４を有する蒸気タービン１０断面の側面図である。前記ロータにおいて、複数のステータブレード（ノズル）１８の列の間にタービンロータバケット（タービンブレード）１６がそれぞれ配置されている。説明のため、前記ロータを点線で表し、ロータシャフト上の一つのバケットについて図示する。前記バケットの両側には、一対のステータブレード（ノズル）１８がある。複数の前記バケットの各列の先端１７は、ケーシング内側表面２２に隣接する領域で運動する。
【００１０】
ステータブレード１８の複数の列は、前記ケーシングから前記ロータシャフトに向かって半径方向内側に延在している。複数の前記ステータブレードは、前記ケーシング内側表面上の複数のダブテールマウント１９に取り付けられている。前記タービンバケットの列は、前記ロータから半径方向外側、すなわち隣接する複数の前記ステータブレードの列どうしの間に延在する。環状蒸気流路が、複数の前記タービンバケットおよび前記ステータブレードの列を通り形成され、そこを通る蒸気によって複数の前記ロータバケットおよび前記ロータが回転する。前記バケットが回転することによって、前記バケットの複数の先端が前記ケーシング内側表面を摩擦することが無くなる。
【００１１】
摩擦によって前記タービンの表面が損傷し、前記蒸気流路の効率低下を招くことが考えられる。摩擦は典型的に、前記タービンバケットの先端１７が前記ケーシングの表面を摩擦することによって生じる。前記摩擦は、複数の前記バケット先端が通過する際に摩擦する、前記ケーシング内側表面上の１箇所に最もよく集中する。
【００１２】
温度センサ２０は、複数の前記タービンバケットの列先端に隣接するケーシング内側表面２２付近で、タービンケーシング１４に組み込まれている。前記温度センサとして、隣接する前記ケーシングの温度を示す電気信号を生成する複数の熱電対を用いることができる。前記ケーシングに開けた複数の穴２４に前記温度センサを搭載する。前記穴は、ケーシング外側表面２６から、ケーシング内側表面２２まであと数センチといった近距離まで延在し得、摩擦が最も起こりやすい前記ケーシング表面に沿って位置決めされる。例えば、複数の前記穴２４は、前記ケーシング内でロータシャフトを支持する、複数の軸受２３間の複数の位置にあっても良い。また、温度センサ搭載用の傾斜穴２５によって、蒸気入口に近い複数の前記タービンバケットの第１列目に前記センサを位置決めできる。
【００１３】
複数の温度センサ２０を、前記ロータを取り囲む環状アレイ状および前記ロータの回転軸に対して垂直な平面上に配置しても良い。また、各々の平面に搭載された複数の前記温度センサを、例えば前記平面を通る垂線または水平線上に配置しても良い。すなわち、４つの温度センサを０度、９０度、１８０度および２７０度の角度位置に配置し得る。複数の前記温度センサは選択的に配置可能なので、摩擦が最も生じ易い前記ケーシングの半径位置に複数の前記温度センサを配列できる。例えば、前記ケーシング上の０度、９０度、１８０度および／または２７０度の角度位置で摩擦が最もよく生じる場合、複数の前記温度センサを前記角度位置に配列することで、摩擦検出の信頼性をさらに高めることができる。
【００１４】
前記ケーシングの寸法が大きいほど、より多くの温度センサが必要となる。さらに、摩擦が生じ得る位置付近に温度センサを設置することが好ましい。従って、ロータ軸に対して垂直な平面上および温度センサの前記角度方向に、前記センサのアレイをそれぞれ配置するにあたり、蒸気タービン１０の寸法および摩擦が最も生じ易いであろう角度位置を基に、前記センサの位置を選択し得る。前記角度位置について、９０度ごとに合計４つの温度センサ２０を配置するなどして、前記センサが前記ロータケーシングを対称的に取り囲むことが好ましい。ところで、バケットの最前列と最後列の間の距離が長いほど、より多くのセンサアレイが必要となる。さらに、複数の温度センサアレイを設置するのは、前記蒸気入口かつ前記ロータを支持する複数の軸受２３間にある第１列目のタービンバケット付近などの摩擦が最も生じ易い位置である必要がある。従って、前記ケーシングの長さに沿った温度センサの数および各々のアレイの位置は、前記蒸気タービンの寸法および摩擦が最も生じ易いであろう前記ケーシングの長さに沿った側面位置によって変化する。
温度センサ２０は、ケーシング内側表面２２に近くなるよう、ケーシング穴２４および傾斜穴２５の遠位端に設置される。また、前記温度センサは、電線またはその他の電気通信手段を備え、コンピュータ制御装置２８などの制御装置へ信号を送る。前記電線は、前記温度センサからケーシング穴２４および傾斜穴２５を通り前記ケーシングを越えて延在し、前記制御装置に至る。前記制御装置は、各々の前記温度センサからの前記信号を読取温度に変換する。前記読取温度は、実測温度または前記アレイ内のその他の熱電対と比較した相対的な温度である。例えば、コンピュータ制御装置２８は、温度センサアレイ内の各熱電対センサについて電圧出力を計測できる。前記熱電対センサそれぞれの電圧出力は、前記タービンケーシングを監視する、一つの前記アレイ内のその他の熱電対の電圧出力およびその他のアレイ内の複数の熱電対の電圧出力と比較して、測定温度を相対的に示すものである。
【００１５】
図２は、前記蒸気タービンの摩擦を検出するために前記制御装置が実行するアルゴリズムを示す流れ図である。前記制御装置には、ソフトウェアなどアクセス可能なメモリの命令を実行する、マイクロプロセッサなどのコンピュータ制御装置２８が含まれる。前記コンピュータは、前記ケーシングの前記熱電対各々の電圧出力を測定する電圧測定装置からのデータ信号などのデータ入力信号を、複数の温度センサから受信する。
【００１６】
前記制御装置が実行するアルゴリズム４０によって、蒸気タービン内、例えばバケット先端および前記ケーシング内側表面で生じ得る摩擦を検出する。前記制御装置は、各センサアレイ内の各温度センサ２０の前記温度信号を監視する（ステップ４２）。前記制御装置は、前記温度信号を一時的にメモリに保存し、フィルター技術および平均法を用いて、ノイズおよびその他の信号のアーチファクトを除去できる。
【００１７】
前記制御装置は、アレイ内全てのセンサの温度信号を比較し（ステップ４４）、前記温度信号を同一アレイ内のその他の温度センサからの信号と比較することによって、最高温度を記録しているセンサを識別する（ステップ４６）。摩擦が全く生じていない場合、前記ロータに対して垂直な平面に搭載された温度センサ２０のアレイにおいて、複数の前記センサはほぼ同じケーシング温度を記録するはずである。よって、一つのセンサがその他のセンサに比して十分に高温を記録することは、摩擦の発生を意味する。前記ロータブレード先端および前記先端に対向する前記ケーシング間の摩擦によって、摩擦熱が生じ、前記摩擦熱は、前記金属ケーシング全体に伝播する。前記摩擦発生位置に最も近い前記ケーシングの領域が加熱し、前記摩擦領域に最も近い前記温度センサが最高温度を記録する。
【００１８】
前記最高温度を識別するには、前記制御装置がアレイ内の全センサが記録した温度の中で最高温度を識別するだけで良い。また、前記制御装置は、前記アレイが記録した全ての温度についての平均温度または中央温度を判定する。前記アレイ内の各センサが記録した各温度について、前記制御装置は、前記記録温度と前記平均または中間温度との温度差を判定する。前記制御装置には、「１０〜５０℃の範囲」などの差分閾値が予めプログラムされている。前記制御装置は、前記アレイで記録された最高温度と、前記平均または中間温度との差が前記差分閾値を超えるか否か判定できる（ステップ４８）。代替的に、前記制御装置は、所定閾値を超える温度を記録している前記アレイ内センサがあるか否かを判定しても良い。前記アレイ内で測定された前記最高温度が前記所定閾値を超える場合、前記制御装置は、前記アレイ内センサ一つが、その他のセンサよりも十分に高温を記録していると判定し（ステップ４８）、前記蒸気タービン内で摩擦が生じていると断定する。
【００１９】
コンピュータ制御装置２８が、アレイ内の測定温度が摩擦発生を示唆するに十分な高温であると判定すると、前記制御装置は、前記高温を記録している温度センサ２０の横位置および角度位置を識別する（ステップ５０）。前記センサの前記位置から、前記ケーシング内の前記摩擦の発生推定位置を識別する。前記摩擦は、前記バケット先端に面する前記ケーシング内側表面および前記最高温度を記録している前記センサの最も近くにおいて、生じると思われる。
【００２０】
前記制御装置は、前記識別された温度センサ付近で摩擦が生じる可能性があることを警告する（ステップ５２）。図１に示す前記警告には、視覚警報および可聴警報５６、および前記摩擦付近であると識別されたセンサを有するセンサアレイについてのデータ記録が含まれる。前記データには、前記アレイからの現在温度読取情報および温度読取履歴が含まれ得る。専門家や技術者は、前記データによって、摩擦発生の可能性があることを判断できる。
【００２１】
前記制御装置は、全てのセンサアレイに対して前記アルゴリズムを周期的に反復する（ステップ５４）。例えば全てのセンサにおいて５分に１回温度測定を行うといった、前記アルゴリズムの反復頻度は、タービンによって異なる。
【００２２】
本発明による技術的効果は、蒸気タービン内の摩擦発生および摩擦発生位置の識別手段を提供することにある。前記効果には、前記ケーシング内の温度を監視すること、および高温位置を摩擦発生推定位置であると識別することが含まれる。
【００２３】
以上、本発明を現在最も実用的かつ好ましいと思われる実施形態に関して説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。また、添付の特許請求の範囲に記載の技術には、以上の例示を様々に変形、変更したものが含まれることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】蒸気タービンケーシング断面の側面図である。
【図２】熱電対を用いて蒸気タービンの構成要素の摩擦を検出する方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  蒸気タービン
１２  ロータ
１４  ケーシング
１６  ロータバケット（タービンブレード）
１７  タービンブレード先端
１８  ステータブレード（ノズル）
１９  ダブテールマウント
２０  温度センサ
２２  ケーシング内側表面
２３  軸受
２４  ケーシング穴
２５  傾斜穴
２６  ケーシング外側表面
２８  コンピュータ制御装置
４０  アルゴリズム
４２  温度を感知する
４４  全てのセンサの温度信号を比較する
４６  最高温度を記録しているセンサを識別する
４８  アレイ内センサの一つが、その他のセンサよりも十分に高温を記録していると判定する
５０  高温を記録しているセンサの横位置および角度位置を識別する
５２  摩擦が生じる可能性があることを警告する
５４  全てのセンサアレイに対してアルゴリズムを周期的に反復する
５６  視覚警報および可聴警報
【図１】
2008240732.tif 000003
【図２】
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