(57)【要約】【課題】ロータ自体の振動レベルの揺らぎを考慮したタービン翼の損傷の判定が可能なガスタービン監視装置を提供する。【解決手段】ガスタービンシステム１におけるロータに設置されるタービン翼１０の損傷を監視するガスタービン監視装置において、前記ガスタービンシステム１の各種運転状態の情報であるガスタービンシステム入力に基づき、前記ロータの振動レベルの推定値であるロータ振動レベル推定値を算出する振動レベル推定装置２と、前記ロータ振動レベル推定値と、前記ガスタービンシステム１において検出された前記ロータの振動レベルの計測値であるロータ振動レベル計測値とに基づき、前記タービン翼１０の損傷の有無を判定する損傷判定装置３とを備えるものとした。【選択図】図１
2012127196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービンシステムにおけるロータに設置されるタービン翼の損傷を監視するガスタービン監視装置において、
前記ガスタービンシステムの各種運転状態の情報であるガスタービンシステム入力に基づき、前記ロータの振動レベルの推定値であるロータ振動レベル推定値を算出する振動レベル推定手段と、
前記ロータ振動レベル推定値と、前記ガスタービンシステムにおいて検出された前記ロータの振動レベルの計測値であるロータ振動レベル計測値とに基づき、前記タービン翼の損傷の有無を判定する損傷判定手段と
を備える
ことを特徴とするガスタービン監視装置。
【請求項２】
前記損傷判定手段は、前記ロータ振動レベル推定値と前記ロータ振動レベル計測値の差分値であるロータ振動レベル差分値を算出し、該ロータ振動レベル差分値が一定期間継続して所定の閾値を超えた場合に前記タービン翼の損傷の発生を判定する
ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン監視装置。
【請求項３】
前記一定期間は、前記タービン翼に損傷が発生していない正常時において前記ロータの振動レベルに変化が生じた後、元の振動レベルに戻るまでの期間とする
ことを特徴とする請求項２に記載のガスタービン監視装置。
【請求項４】
前記損傷判定手段において前記タービン翼の損傷の発生が判定された周期を計測して得られた損傷発生周期と、前記ガスタービンシステムにおいて検出された前記ロータの回転周期の計測値であるロータ回転周期とが一致した場合に、前記タービン翼とケーシングの接触を判定する損傷原因検出手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のガスタービン監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービンシステムにおけるロータに設置されるタービン翼の損傷を判定する方法として、以下のような方法が知られている。
（１）予定された保守期間中にタービン翼を目視等の手作業で検査するタービン翼損傷判定方法。
（２）ロータの振動に関する情報をセンサで取得し、ロータの振動のレベルがある一定期間中に閾値を超えた場合にタービン翼の損傷を判定するタービン翼損傷判定方法（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、上記（２）に係る従来のタービン翼損傷判定方法の概要について説明する。
図９は、従来のタービン翼損傷判定装置の構成を示した図である。
図９に示すように、従来のタービン翼損傷判定装置は、ガスタービンシステム１のタービン翼の損傷を判定する損傷判定装置２を備えている。
【０００４】
そして、タービン翼損傷判定方法においては、ガスタービンシステム１におけるロータの振動のレベルをセンサ等により検出し、検出した振動レベルが所一定の継続期間中に、所定の閾値を超えた場合に、タービン翼の損傷を判定することとしている。
【０００５】
つまり、上記（２）に係る従来のタービン翼損傷判定方法は、例えば、異物混入によるタービン翼の損傷時、すなわち、異物による衝撃がロータに発生した際にロータの回転数に変化が生じるため（主に減速）、このロータの回転数の変化を検出することにより、タービン翼の損傷を判定する方法である。
【０００６】
そして、上記（１）に係る従来のタービン翼損傷判定方法には、異常が発見されると保守期間が長くなったり、保守コストが高くなるという問題があるのに対し、上記（２）に係る従来のタービン翼損傷判定方法によれば、保守期間前にタービン翼の損傷を判定することができる。このため、上記（２）に係る従来のタービン翼損傷判定方法は、上記（１）に係るに従来のタービン翼損傷判定方法と比較して、保守期間を短くすることができるため、より一層の保守コストの低減を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２９２０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、上記（２）に係る従来のタービン翼損傷判定方法においては、ガスタービンシステム１におけるロータの振動のレベルをセンサ等により検出し、検出した振動レベルが所一定の継続期間中に、所定の閾値を超えた場合に、タービン翼の損傷を判定することとしている。
【０００９】
しかし、ロータの振動レベルは外部環境の影響や、自励振動により、その振動レベル自体が揺らいでいる状態にある。例えば、ロータの回転数を振動レベルとして検出した場合、ロータの回転数は一定では無く、負荷側（例えば、発電機側）の周波数変動により回転数に揺らぎが生じている。
【００１０】
このため、ロータの回転数の変化には、タービン翼の損傷による回転数の変化と揺らぎによる回転数の変化とが混在しているため、単に回転数に対して閾値による判定を行った場合には、揺らぎによる回転数の変化をタービン翼の損傷による回転数の変化と誤認識してしまい、結果としてタービン翼の損傷を誤って判定する虞があるという問題がある。
【００１１】
以上のことから、本発明は、ロータ自体の振動レベルの揺らぎを考慮したタービン翼の損傷の判定が可能なガスタービン監視装置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】
【００１２】
上記の課題を解決するための第１の発明に係るガスタービン監視装置は、
ガスタービンシステムにおけるロータに設置されるタービン翼の損傷を監視するガスタービン監視装置において、
前記ガスタービンシステムの各種運転状態の情報であるガスタービンシステム入力に基づき、前記ロータの振動レベルの推定値であるロータ振動レベル推定値を算出する振動レベル推定手段と、
前記ロータ振動レベル推定値と、前記ガスタービンシステムにおいて検出された前記ロータの振動レベルの計測値であるロータ振動レベル計測値とに基づき、前記タービン翼の損傷の有無を判定する損傷判定手段と
を備える
ことを特徴とする。
【００１３】
上記の課題を解決するための第２の発明に係るガスタービン監視装置は、第１の発明に係るガスタービン監視装置において、
前記損傷判定手段は、前記ロータ振動レベル推定値と前記ロータ振動レベル計測値の差分値であるロータ振動レベル差分値を算出し、該ロータ振動レベル差分値が一定期間継続して所定の閾値を超えた場合に前記タービン翼の損傷の発生を判定する
ことを特徴とする。
【００１４】
上記の課題を解決するための第３の発明に係るガスタービン監視装置は、第３の発明に係るガスタービン監視装置において、
前記一定期間は、前記タービン翼に損傷が発生していない正常時において前記ロータの振動レベルに変化が生じた後、元の振動レベルに戻るまでの期間とする
ことを特徴とする。
【００１５】
上記の課題を解決するための第４の発明に係るガスタービン監視装置は、第１の発明に係るガスタービン監視装置において、
前記損傷判定手段において前記タービン翼の損傷の発生が判定された周期を計測して得られた損傷発生周期と、前記ガスタービンシステムにおいて検出された前記ロータの回転周期の計測値であるロータ回転周期とが一致した場合に、前記タービン翼とケーシングの接触を判定する損傷原因検出手段を備える
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ロータ自体の振動レベルの揺らぎを考慮したタービン翼の損傷の判定が可能なガスタービン監視装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施例に係るガスタービン監視装置の構成を示した図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るガスタービン監視装置における損傷判定装置のタービン翼の損傷判定方法を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係るガスタービン監視装置における損傷判定装置のタービン翼の損傷判定方法の例を示した図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係るガスタービン監視装置におけるロータ回転数推定値、ロータ回転数計測値及びロータ回転数推定ズレ値の例を示した図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係るガスタービン監視装置の構成を示した図である。
【図６】本発明の第２の実施例に係るガスタービン監視装置における損傷原因検出装置のタービン翼とケーシングの接触判定方法を示した図である。
【図７】タービン翼がケーシングと接触する様子を示した模式図である。
【図８】タービン翼とケーシングの接触による損傷が発生した場合のタービン翼損傷発生有無出力の例を示した模式図である。
【図９】従来のタービン翼損傷判定装置の構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係るガスタービン監視装置を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明に係るガスタービン監視装置の第１の実施例について説明する。
図１は、本実施例に係るガスタービン監視装置の構成を示した図である。
図１に示すように、本実施例に係るガスタービン監視装置は、ガスタービンシステム１におけるロータに設置されるタービン翼の損傷を監視するため、振動レベル推定装置２と、損傷判定装置３とを備えている。
【００２０】
振動レベル推定装置２は、燃料量、空気量及び負荷側周波数等のガスタービンの各種運転状態の情報である「ガスタービンシステム入力」を入力し、この「ガスタービンシステム入力」に基づき、ロータの振動レベルの推定値を「ロータ振動レベル推定値」として算出する。
【００２１】
損傷判定装置３は、振動レベル推定装置２において得られた「ロータ振動レベル推定値」と、ガスタービンシステム１に設置したセンサ等により検出されたロータの振動レベルの計測値である「ロータ振動レベル計測値」とを入力し、「ロータ振動レベル推定値」及び「ロータ振動レベル計測値」とに基づき、前記タービン翼の損傷の発生の有無を判定する。そして、損傷判定装置３は、タービン翼の損傷の発生の有無を「タービン翼損傷発生有無出力」として出力する。
【００２２】
図２は、本実施例に係るガスタービン監視装置における損傷判定装置３のタービン翼の損傷判定方法を示した図である。
図２に示すように、損傷判定装置３においては、「ロータ振動レベル推定値」と「ロータ振動レベル計測値」との差分値（以下、「ロータ振動レベル差分値」という）を算出し、この「ロータ振動レベル差分値」が予め設定した一定期間継続して、予め設定した所定の閾値を超えた場合、タービン翼の損傷の発生を判定する。なお、一定期間は、タービン翼の損傷によるロータの振動レベルの変化と、単なるロータの振動レベルの揺らぎとを分離するため、タービン翼に損傷が発生していない正常時においてロータの振動レベルに変化が生じた後、元の振動レベルに戻るまでの期間とする。これにより、タービン翼の損傷によるロータの振動レベルの変化と、単なるロータの振動レベルの揺らぎとを分離することができる。
【００２３】
例えば、振動レベル推定装置２においてロータの回転数の推定値である「ロータ回転数推定値」が得られ、また、ガスタービンシステム１に設置したセンサ等によりロータの回転数の計測値である「ロータ回転数計測値」が得られた場合、「ロータ回転数推定値」と「ロータ回転数計測値」との差分値、すなわち「ロータ回転数推定値」と「ロータ回転数計測値」とのズレ（以下、「ロータ回転数推定ズレ値」という）を算出し、この「ロータ回転数推定ズレ値」に対して閾値判定を実施することにより、タービン翼の損傷の発生を判定する。
【００２４】
図３は、本実施例に係るガスタービン監視装置における損傷判定装置３のタービン翼の損傷判定方法の例を示した図である。また、図４は、本実施例に係るガスタービン監視装置におけるロータ回転数推定値、ロータ回転数計測値及びロータ回転数推定ズレ値の例を示した図である。
【００２５】
図３に示すように、例えば、振動レベル推定装置２において得られた図４（ａ）に示す「ロータ回転数推定値」と、ガスタービンシステム１に設置したセンサ等において得られた図４（ｂ）に示す「ロータ回転数計測値」との差分値を算出する。
【００２６】
そして、この「ロータ回転数計測値」を絶対値に変換して求めた図４（ｃ）に示す「ロータ回転数推定ズレ値」が、一定期間（ここでは５秒間とする）継続して所定の閾値を超えた場合、タービン翼の損傷の発生を判定し、警報を出力するように設定する。なお、本実施例においては、タービン翼の損傷によるロータの振動レベルの変化と、単なるロータの振動レベルの揺らぎとを分離するため、一定期間を５秒間と設定したが、タービン翼に損傷が発生していない正常時においてロータの回転数に変化が生じた後、元の回転数に戻るまでの期間を設定しさえすればよい。
【００２７】
このため、従来、ロータの振動レベルを検出して閾値判定した場合には、タービン翼の損傷によるロータの振動レベルの変化と、単なるロータの振動レベルの揺らぎとを分離することができずに、タービン翼の損傷を誤認識する虞があったのに対し、本実施例に係るガスタービン監視装置によれば、振動レベル推定装置３を用いてロータの振動レベルの揺らぎを推定することにより、ロータの振動レベルの揺らぎに起因するタービン翼の損傷の誤認識を防止することができるため、精度の高いタービン翼の損傷の判定を行うことができる。
【００２８】
したがって、本実施例に係るガスタービン監視装置によれば、ロータの振動レベルの揺らぎを考慮したタービン翼の損傷の判定を行うことができるため、従来のタービン翼損傷判定方法と比較し認識精度を向上させることができる。
【実施例２】
【００２９】
以下、本発明に係るガスタービン監視装置の第２の実施例について説明する。
第１の実施例に係るガスタービン監視装置においては、単にタービン翼に損傷が発生したかどうかを判定していた。しかし、タービン翼の損傷は、異物混入によるものだけではなく、その他の損傷例として、タービン翼とケーシングの接触によるもの等も考えられる。
【００３０】
このため、本実施例に係るガスタービン監視装置においては、単にタービン翼の損傷の発生を判定するのみでなく、それがタービン翼とケーシングの接触によるものであるかどうかをさらに判定することができるものとした。
【００３１】
図７は、タービン翼１０がケーシング１２と接触する様子を示した模式図である。なお、図７（ａ）はタービン翼１０がケーシング１２に接触する前の−３０°に位置する状態、図７（ｂ）はタービン翼１０がケーシング１２と接触した状態、図７（ｃ）はタービン翼１０がケーシング１２に接触した後の１２０°に位置する状態、図７（ｄ）はタービン翼１０がケーシング１２に接触した後の２４０°に位置する状態、図７（ｅ）はタービン翼１０がケーシング１２に接触した後の３６０°に位置するタービン翼１０とケーシング１２が接触した状態を示している。また、図７においては、一つのタービン翼１０のみを示しているが、実際にはロータ軸１１には複数のタービン翼１０が設置されている。
【００３２】
図７に示すように、タービン翼１０は、ロータ軸１１を中心として回転しているが、ロータ軸１１を中心としたタービン翼１０の回転半径とケーシング１２とは完全に同心円状となってはいない。このため、図７（ｂ），（ｅ）に示すようにタービン翼１０とケーシング１２に接触が発生した場合でも、図７（ａ），（ｃ），（ｄ）に示すようにタービン翼１０はケーシング１２の全周に対して接触しているわけではない。このように、タービン翼１０は、ケーシング１２の一部と接触することとなる。
【００３３】
図８は、タービン翼１０とケーシング１２の接触による損傷が発生した場合のタービン翼損傷発生有無出力の例を示した模式図である。
図８に示すように、タービン翼１０とケーシング１２との接触による損傷が発生した場合、「タービン翼損傷発生有無出力」におけるタービン翼１０の損傷の判定の信号には、一定の周期（以下、「損傷発生周期Ｔ」という）が現れるようになる。
【００３４】
つまり、「損傷発生周期Ｔ」は、図７（ｂ）に示すようにタービン翼１０とケーシング１２が接触した後、図７（ｃ），（ｄ）に示すようにタービン翼１０とケーシング１２が非接触状態となり、図７（ｅ）に示すように１回転して再度タービン翼１０とケーシング１２が接触する周期となる。このように、タービン翼１０とケーシング１２との接触によるタービン翼の損傷の発生時には、「損傷発生周期Ｔ」は、ロータ軸１１の回転周期、すなわちロータの回転周期（以下、「ロータ回転周期」という）と一致することとなる。
【００３５】
そこで、本実施例に係るガスタービン監視装置においては、「タービン翼損傷発生有無出力」の信号の発生周期を「損傷発生周期Ｔ」として計測し、この「損傷発生周期Ｔ」が「ロータ回転周期」と一致している場合、タービン翼１０とケーシング１２の接触による損傷を判定することとした。
【００３６】
図５は、本実施例に係るガスタービン監視装置の構成を示した図である。
図５に示すように、本実施例に係るガスタービン監視装置は、第１の実施例に係るガスタービン監視装置の構成に加え、さらに、損傷原因検出装置４を備えている。
【００３７】
損傷原因検出装置４は、損傷判定装置３において得られた「タービン翼損傷発生有無出力」と、ガスタービンシステム１に設置したセンサ等により検出されたロータの回転数の計測値である「ロータ回転周期」とを入力し、「タービン翼損傷発生有無出力」の信号の周期を計測して得られた「損傷発生周期Ｔ」と、「ロータ回転周期」とが一致した場合に、タービン翼１０とケーシング１２の接触を判定する。そして、損傷原因検出装置４は、タービン翼１０とケーシング１２の接触の有無を「タービン翼とケーシング接触有無出力」として出力する。
【００３８】
なお、本実施例において、「損傷発生周期Ｔ」と「ロータ回転周期」とが一致した場合とは、「損傷発生周期Ｔ」の値と「ロータ回転周期」の値が同じ値となった場合だけでなく、「損傷発生周期Ｔ」の値と「ロータ回転周期」の値がほぼ同じ値となった場合も含むこととしている。
【００３９】
図６は、本実施例に係るガスタービン監視装置における損傷原因検出装置４のタービン翼１０とケーシング１２の接触判定方法を示した図である。
図６に示すように、損傷原因検出装置４は、損傷発生周期算出器５と、比較器６とを備えている。
【００４０】
損傷発生周期算出器５は、損傷判定装置３において得られた「タービン翼損傷発生有無出力」を入力とした「タービン翼損傷発生有無入力」と、「時刻情報」とを入力し、この「タービン翼損傷発生有無入力」及び「時刻情報」とに基づき、損傷が発生した周期を「損傷発生周期Ｔ」として算出する。
【００４１】
比較器６は、損傷発生周期算出器５において得られた「損傷発生周期Ｔ」と、「ロータ回転周期」を入力し、「損傷発生周期Ｔ」及び「ロータ回周期」とに基づき、タービン翼１０とケーシング１２の接触による損傷を判定する。
【００４２】
したがって、本実施例に係るガスタービン監視装置によれば、第１の実施例に係るガスタービン監視装置により奏する効果に加え、タービン翼１０の損傷の原因をタービン翼１０とケーシング１２が接触したことによるものであるか否かを判定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、例えば、ガスタービンシステムにおけるロータに設置されるタービン翼の損傷の判定に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  ガスタービンシステム
２  振動レベル推定装置
３  損傷判定装置
４  損傷原因検出装置
５  損傷発生周期算出器
６  比較器
１０  タービン翼
１１  ロータ軸
１２  ケーシング
【図１】
2012127196.tif 000003
【図２】
2012127196.tif 000004
【図３】
2012127196.tif 000005
【図４】
2012127196.tif 000006
【図５】
2012127196.tif 000007
【図６】
2012127196.tif 000008
【図７】
2012127196.tif 000009
【図８】
2012127196.tif 000010
【図９】
2012127196.tif 000011