(57)【要約】【課題】  本発明は一般的には、回転機械に関し、より具体的には、回転機械内の回転構成要素と固定構成要素間のシールを可能にする方法及び装置に関する。【解決手段】  回転機械（１０）を運転する方法（６００）が提供される。この回転機械は、静止部材（１６）と回転可能部材（４３，４４）とを含み、該回転可能部材は静止部材の内部で少なくとも部分的に回転するように構成される。本方法は、回転可能部材と静止部材との間の望ましくない接触を促進する、回転機械の非定常運転状態を判定する段階（６０２）と、非定常運転状態に関係するパラメータをモニタする段階（６０４）と、モニタパラメータが所定の範囲内にある間は回転機械の運転を阻止する段階（６０６）とを含む。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止部材（１６）と、該静止部材の内部で少なくとも部分的に回転する回転可能部材（４３、４４）とを含む回転機械（１０）を運転するための方法（６００）であって、
前記回転可能部材と前記静止部材との間の望ましくない接触を促進する、前記回転機械の非定常運転状態を判定する段階（６０２）と、
前記非定常運転状態に関係するパラメータをモニタする段階（６０４）と、
前記モニタパラメータが所定の範囲内にある間は前記回転機械の運転を阻止する段階（６０６）と、
を含む方法。
【請求項２】
前記回転機械の非定常運転状態を判定する段階が、所定の閾値を超える回転機械振動を開始するか、又は前記回転機械振動の過酷さがより増大する前記回転機械の非定常運転状態を判定する段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記回転機械の非定常運転状態を判定する段階が、前記回転機械始動手順中に前記回転機械の非定常運転状態を判定する段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記回転機械の非定常運転状態を判定する段階が、前記回転可能部材のねじれと前記静止部材のねじれとの内の少なくとも１つを判定する段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記非定常運転状態に関係するパラメータをモニタする段階が、回転機械軸受振動レベル、回転可能部材振動の位相角、静止部材の伸び、静止部材の回転可能部材に対する伸び差、蒸気入口バルブ位置、回転機械ドレンバルブ位置、回転機械の速度及び加速度、回転可能部材のスラスト位置、回転可能部材の偏心、少なくとも１つの軸受温度、及び少なくとも１つの軸受オイル温度の内の少なくとも１つをモニタする段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記非定常運転状態に関係するパラメータをモニタする段階が、プラント分散制御システムから前記モニタパラメータに関連する信号（４０４）を受け取る段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記所定の範囲を運転履歴に基づいて選択することができるように前記回転機械の運転履歴を求める段階を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記モニタパラメータが前記所定の範囲内にあることを維持可能とするために前記回転機械の出力を制限する段階を更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記回転機械の運転を阻止する段階が、前記回転機械に流入する主蒸気流れを実質的に阻止する段階を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記回転機械の運転を阻止する段階が、蒸気入口バルブ遮断信号を回転機械制御システムに伝送する段階を含む請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には、回転機械に関し、より具体的には、回転機械内の回転構成要素と固定構成要素間のシールを可能にする方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気及びガスタービンは、他の用途の中でも特に発電機用の動力を発生させるのに使用される。公知の蒸気タービンは、通常、直列流れの関係で、蒸気入口、タービン、及び蒸気出口を含む蒸気経路を有する。公知のガスタービンは、通常、直列流れの関係で、空気吸入口（又は入口）、圧縮機、燃焼器、タービン、及びガス出口（又は排気ノズル）を含むガス経路を有する。圧縮機及びタービン部分は、円周方向で間隔を置いて配置された回転ブレード又はバケットの少なくとも1つの列を含む。
【０００３】
タービン効率は、ロータシャフトと周囲ケーシング又は外側シェルとの間の半径方向クリアランス又は間隙の制御に少なくとも部分的に依存する。クリアランスが過大である場合には、蒸気又はガス流はクリアランスの間隙を通って漏洩する場合があり、従ってタービン効率が低下する。或いは、クリアランスが過小である場合には、特定のタービン運転状態により、回転するパッキンシール歯状突起が固定パッキンシールと望ましくない接触を起こす可能性、又はその逆の可能性があり、従ってタービン効率に悪影響を及ぼす。パッキンシールを通過するガス又は蒸気漏洩は、効率の損失を示し、一般的に望ましいものではない。
【０００４】
シール漏洩の最小化を可能とするために、少なくとも幾つかの公知のタービンは、複数のラビリンスシールを使用する。公知のラビリンスシールは、タービン内に存在し得る圧力差に接してシールするのを可能にする長手方向に間隔を置いて配置されたラビリンスシール歯状突起の列を含む。しかしながら、タービンの特定の非定常運転状態は、タービンケーシングの撓み、ロータシャフトの湾曲、及びラビリンスシール歯状突起に他のタービン構成要素と接触させ得る他の状態を引き起こす可能性がある。摩擦として知られるこのような接触は、歯状突起の形状に損傷又は変形を生じさせ、ロータとケーシング間のクリアランスを増大させ、その結果、タービンの熱効率が低下する可能性がある。例えば始動時の温度の逸脱は、タービン構成要素を変形させ、タービンシャフトと接触してパッキング摩擦を生じる場合がある。シャフトとパッキン間のクリアランスが、元の設計仕様を超えて拡大すると、パッキンを通過する蒸気漏洩に起因する効率損失が増大する可能性がある。
【特許文献１】特開２０００−２５０６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に、損傷したシールは、タービン機能停止中に限り補修可能又は交換可能である。公知のラビリンスシール設計に対する代替形態は、シールの耐摩擦性を改善することができるが、しかしながら、公知の設計は、摩擦の発生を防止することはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの実施形態では、回転機械を運転する方法が提供される。本回転機械は、静止部材と回転可能部材とを含み、該回転可能部材は静止部材の内部で少なくとも部分的に回転するように構成される。本方法は、回転可能部材と静止部材との間の望ましくない接触を促進する、回転機械の非定常運転状態を判定する段階と、非定常運転状態に関係するパラメータをモニタする段階と、モニタパラメータが所定の範囲内にある間は回転機械の運転を阻止する段階とを含む。
【０００７】
別の実施形態では、タービンの始動手順を最適化するための制御システムが提供される。本タービンは、タービンシェルと、該シェルの内部で長手方向軸の周りを少なくとも部分的に回転するように構成されたロータとを有すタービンと、タービンの非定常運転状態をモニタするように構成された複数のプロセスセンサとを含む。本システムは、ロータとシェルとの間のクリアランスに関係するタービン設計データを格納するためのデータベースと、複数の分析ツールを格納するメモリを有するプロセッサとを含み、該プロセッサは、複数のプロセスセンサとデータベースとに結合されるように構成される。本プロセッサは更に、回転可能部材と静止部材との間の望ましくない接触を促進する回転機械の非定常運転状態を判定し、非定常運転状態に関係するパラメータをモニタし、モニタパラメータが所定の範囲内にある間は回転機械の運転を阻止するように構成される。
【０００８】
別の１つの実施形態では、プラントをモニタするためにコンピュータ可読媒体上に具体化されたコンピュータプログラムが提供される。本プラントは、蒸気駆動回転機械に蒸気を供給するよう共働する複数の装置を含む。本回転機械は、固定部材と、該固定部材内部で少なくとも部分的に回転するように構成された回転可能部材とを含む。このコンピュータプログラムは、装置に動作可能に結合されたセンサから複数のプロセスパラメータを受け取り、回転可能部材と固定部材との間の望ましくない接触を促進させる回転機械の非定常運転状態を判定し、非定常運転状態に関係するパラメータをモニタし、モニタパラメータが所定の範囲内にある間は回転機械の運転を阻止するコンピュータを制御するコードセグメントを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、高圧（ＨＰ）セクション１２と中圧（ＩＰ）セクション１４を含む、例示的な対向流蒸気タービン１０の概略図である。外側シェル又はケーシング１６は、それぞれ上側及び下側半セクション１３及び１５に軸方向に分割され、ＨＰセクション１２及びＩＰセクション１４の双方を跨ぐ。シェル１６の中央セクション１８は、高圧蒸気入口２０と中圧蒸気入口２２とを含む。ＨＰセクション１２及びＩＰセクション１４は、ケーシング１６内に収容され、ジャーナル軸受２６及び２８によって支持された単一軸受スパン内に配置される。シャフト蒸気シールパッキン３０及び３２は、各ジャーナル軸受２６及び２８の内側にそれぞれ位置付けられる。
【００１０】
環状のセクション仕切り４２は、中央セクション１８からＨＰセクション１２とＩＰセクション１４との間を延びるロータシャフト部分６０へ向かって半径方向内側に延びる。より具体的には、仕切り４２は、第１のＨＰセクションノズル４６と第１のＩＰセクションノズル４８との間のロータシャフト部分６０の一部の周りを円周方向に延びる。仕切り４２は、シャフト蒸気シールパッキン５２内に形成されたチャネル５０に受けられる。
【００１１】
ジャーナル軸受２６及び２８から軸方向内側のシャフト蒸気シールパッキン３０及び３２はそれぞれ、蒸気タービン１０からロータシャフト部分４３及び４４の周りの外気５８にそれぞれ漏洩するのを低減するのに使用することができる。シャフト蒸気シールパッキン５２は、相対的に高圧のＨＰセクション１２からＩＰセクション１２への蒸気漏洩の低減を容易にする。各パッキン３０及び３２、及び／又はシャフト蒸気シールパッキン５２は、ラビリンスシール形式のものとすることができる。
【００１２】
運転中、高圧蒸気入口２０は、蒸気源、例えば発電ボイラ（図示せず）から高圧／高温蒸気を受ける。蒸気はＨＰセクション１２を通って送られ、そこで蒸気から仕事が抽出されてロータシャフト部分４３、４４及び６０を回転させる。この蒸気はＨＰセクション１２を出て、ボイラに戻されそこで蒸気が再熱される。次いで、再熱された蒸気は、中圧蒸気入口２２に送られ、ＨＰセクション１２に流入する蒸気よりも低圧で、しかしながらＨＰセクション１２に流入する蒸気の温度とほぼ等しい温度でＩＰセクション１４に戻される。従って、ＨＰセクション１２内部の作動圧力は、ＩＰセクション１４内部の作動圧力よりも高く、その結果、ＨＰセクション１２内部の蒸気は、ＨＰセクション１２とＩＰセクション１４との間に生じる可能性がある漏洩経路を通ってＩＰセクション１４へ向かって流れる傾向がある。このような漏洩経路の１つが、ロータシャフト部分６０に近接するシャフト蒸気シールパッキン５２を通って延びて形成される可能性がある。従って、シャフト蒸気シールパッキン５２は、ロータシャフト部分６０に沿ってＨＰセクション１２からＩＰセクション１４への漏洩低減を促進する複数のラビリンスシールを含む。
【００１３】
例示的な実施形態では、このラビリンスシールは、蒸気タービン内に存在することができる作動圧力差に対してシールするのを可能にする長手方向に間隔を置いて配置されたラビリンスシール歯状突起列を含む。また、ブラシシールを用いて、より高い圧力区域からより低い圧力区域に流れる漏洩などの２つの構成要素間に形成された間隙を通る漏洩を最小化するのを可能にすることができる。ブラシシールは、ラビリンスシールよりもより効率的なシールを提供するが、しかしながら、タービンセクション間及び／又はタービンセクションと軸受との間のブラシシール組立体に依る少なくとも幾つかの公知の蒸気タービンはまた、ブラシシール組立体に対する冗長バックアップシールとして少なくとも１つの標準ラビリンスシールを使用する。
【００１４】
図２は、蒸気タービン１０（図１に示す）のような蒸気タービンで使用可能なＨＰセクションパッキンケーシング７２とシール組立体７４の拡大概略図である。シール組立体７４は、ＨＰセクション１２及びＩＰセクション１４間で、ロータシャフト部分６０とパッキンケーシング７２との間に配置される。シール組立体７４は、パッキンケーシング７２内で円周方向に延びる溝７８内に取り付けられた１つ又はそれ以上のパッキンリング７６を含むことができる。パッキンリング７６は、該パッキンリング７６から延びる軸方向に間隔を置いて配置された複数のラビリンスシール歯状突起８０のようなシール手段を含む。パッキンシール手段はまた、ブラシシール（図示せず）、或いは、軸方向に間隔を置いて配置されたラビリンスシール歯状突起８０とブラシシールとの組合せを含むことができる。ロータシャフト部分６０は、歯状突起８０と協働する隆起部分すなわち歯状突起８２を含み、シール組立体７４のそれぞれ反対側の高圧区域から低圧区域への流体の流れに対する比較的多数の障壁、すなわち歯状突起８０及び８２を配置して、各障壁によって流体は蛇行経路をたどり、これによって漏洩流れが低減される。シール組立体７４全体の圧力降下の合計は、定義上、該組立体の軸方向でそれぞれ反対側にある高圧区域と低圧区域との間の圧力差である。パッキンリング７６は、重大な軸／シール障害を受けた時に弾性戻りすることができ、従って半径方向に自由に移動することができる。
【００１５】
図３は、シール組立体７４（図２に示す）に用いることができる例示的なパッキンリング７６の斜視図である。ラビリンス歯状突起８０及び８２は、タービン１０組立時に互いにかみ合い、相対的に接近したクリアランスが歯状突起８０と歯状突起８２との間に形成されるようになる。このような接近したクリアランスに起因して、歯状突起８０及び８２は、タービン１０の一定の非定常運転状態中に互いの接触又は他の構成要素との接触を受ける場合がある。タービン１０の始動時又は運転停止時のケーシング１６の温度駆動の伸び差が最も顕著である。このような伸び差は、ケーシング１６を歪ませる原因となる場合があり、その結果、ケーシング１６の部分がロータシャフト部分４３、４４、及び６０と接触するようになる。
【００１６】
図４は、ロータシャフト部分６０と接触した歯状突起８０の１つの拡大図３００である。歯状突起８０の遠位端３０２は、マッシュルーム形状に変形され、結果として歯状突起８０とロータシャフト部分６０との間のクリアランスが拡大するようになる。加えて、このような幾何寸法は、歯状突起８０に単なる材料の損失が引き起こすことを上回るノズルと同様の作用を行わせ、漏洩流れを増大させる可能性がある。
【００１７】
図５は、例示的なリアルタイム蒸気タービン最適化システム４００の簡略化されたブロック図である。本明細書で使用するリアルタイムとは、結果に影響を与える入力が変化した後に結果が極めて短い時間期間で発生するもの、例えばコンピュータによる計算を指す。この時間期間は、規則正しく繰り返されるタスクの各反復間の時間量である。このような繰り返されるタスクは、周期的タスクと呼ばれる。この時間期間は、結果の重要性及び／又は、結果を生成するために入力の処理を実施するシステム能力に基づいて選定することができるリアルタイムシステムの設計パラメータである。加えて、リアルタイムで発生する事象は、実質的な意図的遅延なしに発生する。例示的実施形態では、計算は、１秒周期でリアルタイムに更新される。蒸気タービン１０（図１に示す）のようなターボ機械は、蒸気タービン１０と該蒸気タービン１０に結合された装置をモニタするよう構成された複数のセンサ４０２を含むことができる。感知される運転パラメータを代表する１つ又はそれ以上の信号４０４は、センサ４０２から現場（オンサイト）モニタ（ＯＳＭ）４０６又はプラント分散制御システム（図示せず）に伝送される。現場モニタ４０６は、コンピュータ４０８を含むことができ、限定ではないが、モデム及び電話回線を使用する電話接続、ネットワーク（例えば、ＬＡＮ、ＷＡＮなど）接続、又は複数のモデムを用いた直接ポイントツーポイント接続、衛星接続、赤外線、シリアル、パラレル、ユニバーサルシリアルバス、ファイヤ・ライン／ＩＥＥＥ−１３９４を使用する直接ポートツーポート接続を通じたインターネット又はイントラネットなどの通信リンク４１２を介してサーバ４１０と通信により結合されたクライアントであるように構成することができる。他の実施形態では、現場モニタ４０６は、蒸気タービン１０用の制御ユニットを含むことができる。ＯＳＭ４０６の部分は、データ収集及び記憶部分４１４、異常検出部分４１６、及び遠隔通知部分４１８を含むことができる。
【００１８】
サーバ４１０は、例示的な実施形態において示すように、統合構成要素としてサーバ４１０に結合することができ、又はサーバ４１０のクライアントとすることができる遠隔モニタ及び診断ワークステーション４２０を含むことができる。遠隔モニタ及び診断ワークステーション４２０は、中央オペレーションズセンタ（図示せず）内に設置することができ、ＯＳＭ４０６において利用可能なものよりも堅牢な分析ソフトウエア一式を含むことができる。遠隔モニタ及び診断ワークステーション４２０はまた、顧客、第三者、及び／又はターボ機械クライアントをモニタすることができる複数の現場から伝送されるデータを受け取ることができる。従って、多数のターボ機械についてのターボ機械リアルタイム運転データ及びアーカイブデータは、遠隔モニタ及び診断ワークステーション４２０が利用可能である。ユーザ４２２は、限定ではないが、データ検索及びアーカイブ構成要素４２４、データ計算構成要素４２６、異常検出構成要素４２８、診断評価構成要素４３０、及びデータ視覚化及び報告構成要素４３２などの遠隔モニタ及び診断ワークステーション４２０の幾つかの利用可能な構成要素を有することができる。データ視覚化及び報告構成要素４３２は、データ分析を可能とする複数のユーザインターフェイス４３４を含むことができる。データ検索及びアーカイブ構成要素４２４は、データ検索及びアーカイブ構成要素４２４から選択可能なレート、例えば１分毎にデータをサンプリングし、後で検索及び分析するために該データを記憶する自動データ検索ユニット４３６に結合することができる。自動データ検索ユニット４３６からのデータは、ターボ機械データベース４３８に伝送することができ、該ターボ機械データベース４３８は、多数のターボ機械からの運転データと、多数のターボ機械に関する設計及び保守履歴データを含むことができる。この包括的なデータアーカイブによって、本発明の実施形態によるアルゴリズムが履歴データを分析することができ、広範な用途にわたってアルゴリズムの精度の向上が可能になる。このデータは、妥当性が検証４４０され、モニタされる各ターボ機械の運転特性を学習することができるアルゴリズムに適用して、非定常運転状態を定義する運転パラメータ値の最小制限セットを経時的に求めることができ、その結果、各タービンは、十分な運転能力を維持しながら発生する摩擦からの保護を得ることができる。ユーザインターフェイス４４４を用いて、アルゴリズムとデータアーカイブプロセスを制御し修正することができる。
【００１９】
摩擦につながる可能性がある非定常運転状態を判定するために、リアルタイム蒸気タービン最適化システム４００によって使用することができるデータは、既に現場モニタ４０６上に伝達されている標準的で共通の運転データを使用して利用可能である。このような運転データは、事前に設置したセンサから得ることができる。例示的な実施形態では、現場モニタ４０６は、軸受振動（ピーク間変位）、温度、圧力、偏心、軸変位、負荷、及び復水器圧力の値をモニタする。摩擦状態につながる可能性がある非定常運転状態は、ピーク間振動信号により及び自動事象相関をモニタすることによって遠隔でリアルタイムに近い形でモニタされ、例えば、この摩擦状態につながり得る条件とは、蒸気タービン１０が始動及び／又は運転継続を許可されたかどうかである。
【００２０】
上記に説明した運転データは、蒸気タービン１０の運転に関係するセンサ４０２によって伝達される信号４１２から得ることができる。センサ４０２は、蒸気タービン１０の軸受近傍の半径方向振動を計測する振動センサを含む。振動センサは、限定ではないが、渦電流プローブ、加速度計又は振動トランスデューサを含むことができる。低圧軸受振動について述べると、これは、蒸気タービン１０の低圧側に最も近い、典型的には出口端部に近い軸受上で取得される半径方向振動計測である。ロータ部分４３、４４及び６０の軸方向運動を計測する軸方向振動センサもある。シャフトの偏心は、緩慢なロールと加熱の組合せによって、タービンが過度の振動又はロータ・ステータ間接触からの損傷がない速度に安全に立ち上がることができるポイントまでロータ偏心が低減された時点をセンサ４０２が求めることにより計測することができる。偏心は、限定ではないが、固定の機械的湾曲、一時的熱湾曲、及び重力による湾曲のいずれか或いはこれらの組合せによって引き起こされる可能性のある、ロータの緩慢なロールにおけるロータの湾曲の計測である。通常渦電流プローブは、シャフトの偏心を計測するのに使用される。伸び差は、タービンシェル又はケーシングに関係するタービンロータの伸びを計測する。伸び差は、渦電流プローブ又は直線電圧差動トランス（ＬＶＤＴ）を使用して計測することができる。計測可能な他の運転状態は、熱電対のような温度トランスデューサによって計測可能なシェル金属温度及び蒸気入口温度を含む。復水器圧力は、圧力トランスデューサによって計測することができる。現場モニタ４０６は、センサ４０２からの入力を使用して蒸気タービン１０内で摩擦につながる可能性がある非定常運転状態を検出するための機械可読のコンピュータプログラムコードでコード化された記憶媒体を含むことができる。このコンピュータプログラムコードは、以下で説明された開示方法の実施形態をコンピュータに実施させる命令を含むことができる。
【００２１】
図６は、リアルタイム蒸気タービン最適化システム４００内で認可スタートページを表示するユーザインターフェイス５００の例示的な実施形態である。例示的な実施形態では、蒸気タービン最適化システム４００は、ＯＳＭ４０６からデータを受け取り、モニタされるプラント状態と、確率的にターボ機械摩擦が発生しそうなプラント状態、或いは、例えばデータベース４２０内又は他の場所に格納されたアーカイブデータの分析によって、ターボ機械摩擦が過去に観察されたことがあるプラント状態との間の所定の関係についてデータを分析するアルゴリズムを含む。このモニタされるプラント状態は、センサ４０２によって感知され、ＯＳＭ４０６又はＤＣＳに伝送されて、次に蒸気タービン最適化システム４００に対してアクセス可能にされる。
【００２２】
ユーザインターフェイス５００は、パッキンシールの摩擦を促進する条件に寄与するものとして判定されたモニタパラメータの表示５０２を含み、パッキンシールの摩擦につながる条件が、これらの条件の発生の原因となるモニタパラメータを許容可能な数値又は数値の範囲５０４に制限することによって回避されるようにする。この許容可能範囲は、設計要件及び又は経験的研究に基づいて決定することができ、タービン集団内の異なるタービンユニットに対して一意的なものとすることができる。許容可能範囲はまた、プラントの運転履歴に基づいて可変とすることができる。例えば、冷間鉄状態からのタービンの始動については、タービン金属温度差に対する蒸気開始温度は、タービンが作動後に短時間で再始動される時よりもより小さい値に制限することができる。タービンの種々の非定常運転状態は、パッキン５２、３０及び３２がロータシャフト部分４３、４４及び６０と接触する可能性を増大させることができる。
【００２３】
モニタパラメータの表示５０２は、モニタパラメータの各々の現在値５０６を含む。ユーザインターフェイス５００は、認可適合表示５０８を含み、該表示はプラントの状態、及び特にパッキンシールの摩擦を促進する条件の原因となるモニタパラメータに対してオペレータへ視覚的キューを与えるようカラーコード化することができる。例えば、「適合(Satisfied)」条件５１０は、「緑」でカラーコード化され、一方「不適合(Not Satisfied)」条件５１２は、「赤」でカラーコード化することができる。ユーザインターフェイス５００は、グラフィカルソフトウエアボタン（図示せず）によるような、他のＤＣＳ制御画面を選択する手段を含むことができる。
【００２４】
タービンの種々の非定常運転状態は、タービン振動を開始させるか又はタービン内に存在する振動の大きさ及び／又は位相を増大させる可能性がある。このような振動は、ロータシャフト部分４３、４４及び６０がそれぞれシャフト蒸気シールパッキン３０、３２及び５２と接触する可能性が高くなる場合がある。限定ではないが、入口蒸気温度とタービンロータ金属温度間の温度差、入口蒸気温度とタービンケーシング金属温度間の温度差、湾曲に起因するロータの偏心、所定の運転範囲外の蒸気シール温度、ロータ及び／又はケーシングの軸方向運動又はロータとケーシング間の差動運動、及びタービンへの水の導入などといった非定常運転状態は、歯状突起８０がシャフト部分４３、４４及び／又は６０と接触を引き起こし得るタービン振動の変化の原因となる可能性がある。
【００２５】
図７は、タービン１０（図１に示す）の運転に使用可能な例示的な方法６００のフローチャートである。方法６００は、非定常運転状態によってロータシャフト部分４３、４４及び６０に結合されたラビリンスシール歯状突起８２とケーシング１６に結合されたラビリンスシール歯状突起８０との間の望ましくない接触又は摩擦が促進されるタービン１０の非定常運転状態を決定する段階６０２を含む。
【００２６】
摩擦の原因及び／又は寄与する可能性のある非定常運転状態は、歯状突起８２が歯状突起８０に当たるような、ロータ構成要素がケーシング構成要素に当たる可能性がある状態である。この接触は、ロータ構成要素の振動運動などによる間欠的なものとすることができ、又は、例えばロータ構成要素とケーシング構成要素との間に伸び差がある時などの、ロータ構成要素がケーシング構成要素に対して移動する時のようにほぼ一定とすることができる。このような非定常運転状態は、ロータの長手方向軸が直線ではないか又は、少なくとも部分的にアーチ型である、湾曲したロータを含むことができる。長期間停止状態にあるか又は意図せずに停止しているロータは、湾曲又は曲げが生じる可能性がある。この湾曲は、ターニングギア操作によって修正することができ、恐らくは、内部クリアランス摩擦を防止する高速度運転の前に補助的加熱を伴う。シャフトの偏心計測を用いて、緩慢なロールと加熱の組合せによって、タービンが過度の振動又はロータケーシング間接触からの損傷がない速度に安全に立ち上げることができるポイントまでロータ偏心が低減された時点が求められる。偏心は、固定の機械的湾曲、一時的熱湾曲、及び／又は重力による湾曲のいずれか或いはこれらの組合せによって引き起こされる可能性のある、ロータの緩慢なロールにおけるロータの湾曲の計測である。ユニットの突然の遮断とターニングギアの係合故障は、熱／重力湾曲を引き起こす可能性がある。
【００２７】
加えて、シェル伸びの計測は、始動時、運転時及び停止時のタービンシェル又はケーシング１６の熱伸びをモニタするのに利用される。ケーシング１６は、機械の一方端においてタービン基礎にしっかり固定され、反対側端部へ向かって滑動することによって伸び又は増大できる。このケーシングの伸び又は増大は、加熱時のタービンシェルの伸び又は増大量の目安であり、場合によっては、数インチにまで達する。
【００２８】
タービンの回転立ち上がり、立ち下がり、及びタービン金属部分からの温度差における蒸気の導入の期間中は、タービンのロータとケーシングが異なる比率で伸縮するように熱条件が変化する可能性がある。伸び差計測は、これらの回転機械部材間の相対的伸び及び収縮の評価を可能にし、摩擦の発生防止を促進する。
【００２９】
加速度パラメータの変化率は、ロータにかかるトルクの指標として始動期間中にモニタすることができる。加速率計測センサは、その出力を得るのにタービン速度入力を用いることができる。位相又は位相角は、振動信号間の関係の尺度であり、ロータバランス状態の変化又はシャフト割れのようなロータ系の剛性の偏差の変化を決定するのに使用される。
【００３０】
タービン１０からの振動反動に寄与する可能性がある他の非定常運転状態は、相対的に低い蒸気シールヘッダー温度及び／又は潤滑油温度、タービンドレンバルブ、又は、タービンから凝縮した蒸気を取り出すのに適切に作動しないトラップである。各非定常運転状態は、相対的に高い信頼度で各非定常運転状態に相関付けるパラメータを感知するのに使用することができるプラントプロセスセンサの特定のグループを有することができる。例えば、伸び差センサ、入口蒸気センサ、及びタービン金属温度センサを協働して用いて、ケーシング１６がロータ構成要素に対して伸びる可能性の程度を示すことができる。このような伸び差の程度は、歯状突起８０及び８２間の利用可能なクリアランスが与えられた場合に許容できない可能性がある。決定は、タービン１０の非定常運転状態を決定する際に利用されたプロセスパラメータの各々に対して、許容可能な運転範囲を設定するシステム４００のアルゴリズムにプログラムすることができる。この許容可能な運転範囲は、タービン１０の運転履歴に基づいて可変とすることができる。例えば、温度差運転限度は、タービン１０の冷間鉄状態からの始動時は、タービン１０の作動後に再始動される時とは異なっている可能性がある。各非定常運転状態に関係するパラメータの各々は、モニタされて６０４、その大きさ及び大きさの変化の方向を非定常運転状態に関係する他の各パラメータと比較して分析することができ、その結果、タービン１０の非定常運転状態が識別されるようになる。このような分析は、始動及び／又は運転中での柔軟性を制限する可能性がある、過度に慎重なパラメータの大きさの許容可能範囲を排除する。次いで、このモニタパラメータは、パラメータに対する決定された許容可能範囲と比較される。タービン１０がロータ構成要素の摩擦の可能性がある非定常運転状態に接近中であることを示すモニタパラメータを用いて、警報状態を報知することができる。始動期間中、モニタパラメータが決定された許容可能範囲内にある時には、モニタパラメータを用いて、制御システムへの認可を設定することができる。この認可は、全ての認可が適合されるまでは、入口制御バルブがタービン内への蒸気の導入の許可が阻止されるか、又は、蒸気流をタービン１０を温めるのに有用な量までに制限することができるように、蒸気入口バルブブロックを制御することができる。タービン１０の運転は、モニタパラメータが所定の範囲内にあるか又は、所定許容可能範囲外にある間は阻止することができる６０６。
【００３１】
このシステムによってもたらされる技術的作用は、タービン振動の開始、及び／又は悪化を促進する非定常運転状態を回避することができるように、タービン始動を最適化することを含む。回避されるべき非定常運転状態は、タービン設計データと回避されるべき非定常運転状態に関係するパラメータに対するリアルタイムプロセスパラメータとの組合せを使用して決定することができる。更に、振動に対する是正措置を排除することによって、より迅速なユニットの始動と、収益をもたらす運転へ迅速な立ち上がりとが可能になる。従って、プロセッサのメモリ内にプログラムされたアルゴリズムは、タービン１０が非定常運転状態にある時にタービン１０の運転を阻止するように実行することができる。
【００３２】
本発明を蒸気タービンエンジン用のタービンに関連して本明細書で説明し図示したが、本発明は、任意の回転機械の始動の最適化にも使用することができる点を理解されたい。従って、本発明の実施は蒸気タービンエンジンに限定されない。
【００３３】
上述のリアルタイム蒸気タービン最適化システムは、回転機械の始動のために、コスト上の効果があり信頼性の高い手段を提供する。更に具体的には、このシステムは、リアルタイムでパラメータをモニタして、ロータ構成要素のケーシング構成要素への望ましくない接触を促進する可能性がある非定常運転状態がもはや存在しなくなるまで、タービンの運転を阻止する。従って、このリアルタイム蒸気タービン最適化システムは、回転機械のコスト的に有利な運転方法を提供する。
【００３４】
リアルタイム蒸気タービン最適化システムの例示的な実施形態を、上記に詳細に説明した。説明したこのリアルタイム蒸気タービン最適化システムの構成要素は、本明細書で説明した特定の実施形態に限定されず、むしろ各リアルタイム蒸気タービン最適化システムの構成要素は、本明細書で説明した他の構成要素から独立して且つ個別に利用することができる。例えば、上述のリアルタイム蒸気タービン最適化システムの構成要素はまた、分散制御システム（ＤＣＳ）、タービン監視計器システム（ＴＳＩ）、蒸気タービン制御システム、及びタービン保護システムなどの他の制御システムと組み合わせて使用することができる。
【００３５】
なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】例示的な蒸気タービンの断面図。
【図２】図１に示す蒸気タービンに使用することができるＨＰセクションパッキンケーシングとシール組立体の拡大概略図。
【図３】図２に示すシール組立体に使用可能な例示的なパッキンリングの斜視図。
【図４】ロータシャフト部分と接触した歯状突起の１つの拡大図。
【図５】例示的なリアルタイム蒸気タービン最適化システムの簡略化されたブロック図。
【図６】リアルタイム蒸気タービン最適化システム内でスタート認可ページを表示するユーザインターフェイスの例示的な実施形態。
【図７】図１に示すタービンを運転するのに使用可能な例示的な方法のフローチャート。
【符号の説明】
【００３７】
１０  回転機械
１６  静止部材
４３  回転可能部材
４４  回転可能部材
４０４  信号
６００  回転機械を運転する方法
６０２  回転機械の非定常運転状態を決定する段階
６０４  非定常運転状態に関係するパラメータをモニタする段階
６０６  モニタパラメータが所定の範囲内にある間は回転機械の運転を阻止する段階
【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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