JP2000027606A - ガスタービンクリアランスシミュレータシステム - Google Patents
ガスタービンクリアランスシミュレータシステムInfo
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- JP2000027606A JP2000027606A JP10198839A JP19883998A JP2000027606A JP 2000027606 A JP2000027606 A JP 2000027606A JP 10198839 A JP10198839 A JP 10198839A JP 19883998 A JP19883998 A JP 19883998A JP 2000027606 A JP2000027606 A JP 2000027606A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガスタービンクリアランスシミュレータシス
テムに関し、動翼先端と静止側とのクリアランスにクリ
アランスセンサを直接設置せずに、温度と圧力の計測値
のみでクリアランスを予測する。 【解決手段】 シミュレータ１にはガスタービン構造部
の各点における温度が温度検出器２１〜２６により検出
され入力される。又、動翼先端と静翼保持環との間のク
リアランス近辺の圧力値が圧力検出器４１，４２より入
力される。シミュレータ１ではガスタービンの回転数Ｎ
を入力し、構造データファイル３からのガスタービンの
構造データから該当する構造部の静止側、ロータ側の熱
伸びによる変形データを算出し、両変形データからクリ
アランスを求め、記憶装置４へ入力すると共に表示装置
２に表示す。クリアランスを設置せず、簡単な温度、圧
力検出器のみで、クリアランスが正確に予測できる。
テムに関し、動翼先端と静止側とのクリアランスにクリ
アランスセンサを直接設置せずに、温度と圧力の計測値
のみでクリアランスを予測する。 【解決手段】 シミュレータ１にはガスタービン構造部
の各点における温度が温度検出器２１〜２６により検出
され入力される。又、動翼先端と静翼保持環との間のク
リアランス近辺の圧力値が圧力検出器４１，４２より入
力される。シミュレータ１ではガスタービンの回転数Ｎ
を入力し、構造データファイル３からのガスタービンの
構造データから該当する構造部の静止側、ロータ側の熱
伸びによる変形データを算出し、両変形データからクリ
アランスを求め、記憶装置４へ入力すると共に表示装置
２に表示す。クリアランスを設置せず、簡単な温度、圧
力検出器のみで、クリアランスが正確に予測できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービンクリア
ランスシミュレータシステムに関し、クリアランスセン
サを用いることなく単純な計測機器を用いてクリアラン
スを予測し、算出することができるものである。
ランスシミュレータシステムに関し、クリアランスセン
サを用いることなく単純な計測機器を用いてクリアラン
スを予測し、算出することができるものである。
【０００２】
【従来の技術】一般にガスタービンにおいては、運転中
には高温の燃焼ガスがガス通路に流れロータディスク及
びロータ、更に静翼が高温にさらされており、特に動翼
が熱伸びを生じ、固定側の翼環と動翼先端との間のクリ
アランスが変化する。このクリアランスが熱伸びにより
狭くなり、動翼先端部と翼環部とが接触するようなこと
が起きると動翼が破損することが起こる。そのためにこ
のクリアランスは運転中に接触しないように設計しなけ
ればならず、充分な試験を実施し、その結果を反映させ
て設計しなければならない。又、運転中にはこれを監視
し、接触による動翼の破損が起きそうな状況となった時
には負荷を制御し、又、最悪の場合にはトリップ、等を
実施しなければならない。そのために従来はクリアラン
スセンサを用いて動翼先端等のクリアランスを計測して
いた。
には高温の燃焼ガスがガス通路に流れロータディスク及
びロータ、更に静翼が高温にさらされており、特に動翼
が熱伸びを生じ、固定側の翼環と動翼先端との間のクリ
アランスが変化する。このクリアランスが熱伸びにより
狭くなり、動翼先端部と翼環部とが接触するようなこと
が起きると動翼が破損することが起こる。そのためにこ
のクリアランスは運転中に接触しないように設計しなけ
ればならず、充分な試験を実施し、その結果を反映させ
て設計しなければならない。又、運転中にはこれを監視
し、接触による動翼の破損が起きそうな状況となった時
には負荷を制御し、又、最悪の場合にはトリップ、等を
実施しなければならない。そのために従来はクリアラン
スセンサを用いて動翼先端等のクリアランスを計測して
いた。
【０００３】図４は従来の動翼先端と翼環とのクリアラ
ンスを計測する一例を示し、圧縮機の動翼に適用した例
で示す。図において３０は圧縮機の最終段静翼、３１は
最終段動翼、３２は静翼保持環、３３は隣接する静翼、
３４はロータディスクである。３５はクリアランスセン
サであり、静翼保持環３２に取付けられ、動翼３１の先
端と静翼保持環３２との間のクリアランスを計測するも
のである。クリアランスセンサとしては動翼先端部とセ
ンサとの間の静電容量を利用したもの、渦電流を利用し
たもの、細針を動翼の端部に向けて挿入し、その細針の
先端に高電圧をかけたときに発生する放電電流を利用し
たもの等があり、電気的な手段を用いて高速回転し、か
つ高温雰囲気にさらされる部分に設置されており、熱、
振動の影響を受け、使用温度条件や計測精度にはおのず
と制限を受けるものである。
ンスを計測する一例を示し、圧縮機の動翼に適用した例
で示す。図において３０は圧縮機の最終段静翼、３１は
最終段動翼、３２は静翼保持環、３３は隣接する静翼、
３４はロータディスクである。３５はクリアランスセン
サであり、静翼保持環３２に取付けられ、動翼３１の先
端と静翼保持環３２との間のクリアランスを計測するも
のである。クリアランスセンサとしては動翼先端部とセ
ンサとの間の静電容量を利用したもの、渦電流を利用し
たもの、細針を動翼の端部に向けて挿入し、その細針の
先端に高電圧をかけたときに発生する放電電流を利用し
たもの等があり、電気的な手段を用いて高速回転し、か
つ高温雰囲気にさらされる部分に設置されており、熱、
振動の影響を受け、使用温度条件や計測精度にはおのず
と制限を受けるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述のように従来のガ
スタービンの動翼先端と静止側とのクリアランスの計測
にはクリアランスセンサを用いて実施しているが、クリ
アランスセンサは高速回転して振動し、かつ高温雰囲気
の厳しい状況で使用され、温度範囲や計測精度には制限
があり、かならずしもすべての運転条件で正確なクリア
ランスを測定できるとは限らない。又、計測装置も電
気、電子的手段を用いており、大がかりとなってしま
う。従ってクリアランスの正確な測定を簡略な装置で行
うことが以前より強く望まれていた。
スタービンの動翼先端と静止側とのクリアランスの計測
にはクリアランスセンサを用いて実施しているが、クリ
アランスセンサは高速回転して振動し、かつ高温雰囲気
の厳しい状況で使用され、温度範囲や計測精度には制限
があり、かならずしもすべての運転条件で正確なクリア
ランスを測定できるとは限らない。又、計測装置も電
気、電子的手段を用いており、大がかりとなってしま
う。従ってクリアランスの正確な測定を簡略な装置で行
うことが以前より強く望まれていた。
【０００５】そこで本発明では、クリアランスセンサ等
を高温で高速回転する近辺に設置することなく、比較的
単純な温度や圧力の計測機器のみを用いてガスタービン
の起動、運転中のクリアランスを算出し、予測すること
のできるガスタービンクリアランスシミュレータシステ
ムを提供することを課題としてなされたものである。
を高温で高速回転する近辺に設置することなく、比較的
単純な温度や圧力の計測機器のみを用いてガスタービン
の起動、運転中のクリアランスを算出し、予測すること
のできるガスタービンクリアランスシミュレータシステ
ムを提供することを課題としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために次の手段を提供する。
決するために次の手段を提供する。
【０００７】ガスタービンの回転側と静止側の各位置に
設置された複数の温度検出器及び圧力検出器と、ガスタ
ービンの構造、材料等のデータを保有している構造デー
タファイルと、前記温度、圧力検出器の各検出値とガス
タービンの回転数の信号とを入力し、前記構造データフ
ァイルからのデータを参照してガスタービンの起動、運
転中及び停止時の回転側と静止側のそれぞれの構造部の
熱伸びを求め、これら熱伸びから前記回転側と静止側と
の所定位置での各時点でのクリアランスを算出するシミ
ュレータと、同シミュレータからの算出結果を表示する
表示装置とを有してなることを特徴とするガスタービン
クリアランスシミュレータシステム。
設置された複数の温度検出器及び圧力検出器と、ガスタ
ービンの構造、材料等のデータを保有している構造デー
タファイルと、前記温度、圧力検出器の各検出値とガス
タービンの回転数の信号とを入力し、前記構造データフ
ァイルからのデータを参照してガスタービンの起動、運
転中及び停止時の回転側と静止側のそれぞれの構造部の
熱伸びを求め、これら熱伸びから前記回転側と静止側と
の所定位置での各時点でのクリアランスを算出するシミ
ュレータと、同シミュレータからの算出結果を表示する
表示装置とを有してなることを特徴とするガスタービン
クリアランスシミュレータシステム。
【０００８】本発明では従来のように高温雰囲気で高速
回転する部分にクリアランスセンサを直接設置すること
なく、ガスタービンの構造体の各点に簡単な温度検出器
と圧力検出器とを設置し、これら検出信号をシミュレー
タに入力し、シミュレータでは構造データファイルのデ
ータと回転数とから該当するクリアランスの回転側と静
止側との熱伸びを求め、これらの差よりクリアランスを
求める。このクリアランスはガスタービンの起動時、運
転中、停止時の各時点において常時監視することがで
き、各時点でのクリアランスを正確に予測することがで
きる。
回転する部分にクリアランスセンサを直接設置すること
なく、ガスタービンの構造体の各点に簡単な温度検出器
と圧力検出器とを設置し、これら検出信号をシミュレー
タに入力し、シミュレータでは構造データファイルのデ
ータと回転数とから該当するクリアランスの回転側と静
止側との熱伸びを求め、これらの差よりクリアランスを
求める。このクリアランスはガスタービンの起動時、運
転中、停止時の各時点において常時監視することがで
き、各時点でのクリアランスを正確に予測することがで
きる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の一形態に係るガスタービンクリアランスシミュレー
タシステムの全体構成図、図３はそのシミュレータシス
テムの内部のフローチャート、図３は温度、圧力検出器
の配置図をそれぞれ示す。
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の一形態に係るガスタービンクリアランスシミュレー
タシステムの全体構成図、図３はそのシミュレータシス
テムの内部のフローチャート、図３は温度、圧力検出器
の配置図をそれぞれ示す。
【００１０】まず、図２は温度、圧力検出器の配置を示
し、ガスタービンの圧縮機に適用した例で説明する。図
３において符号３０〜３４は図４に示す構造と同じもの
であり、３５は車室を示している。このようなガスター
ビンの圧縮機において温度検出器２１〜２６を６ヶ所配
置する。２１，２２は車室３５の外表面、２３は静翼保
持環３２の外側、２４はその内側で高温ガスの通路側、
２５はディスク、２６はディスクのロータを介した反対
側にそれぞれ配置される。
し、ガスタービンの圧縮機に適用した例で説明する。図
３において符号３０〜３４は図４に示す構造と同じもの
であり、３５は車室を示している。このようなガスター
ビンの圧縮機において温度検出器２１〜２６を６ヶ所配
置する。２１，２２は車室３５の外表面、２３は静翼保
持環３２の外側、２４はその内側で高温ガスの通路側、
２５はディスク、２６はディスクのロータを介した反対
側にそれぞれ配置される。
【００１１】又、圧力検出器４１は静翼保持環３２の外
側、圧力検出器４２は動翼３１と対向する側にそれぞれ
配置される。４０は計測すべき動翼３１と静翼保持環３
２とのクリアランスである。
側、圧力検出器４２は動翼３１と対向する側にそれぞれ
配置される。４０は計測すべき動翼３１と静翼保持環３
２とのクリアランスである。
【００１２】図１はガスタービンクリアランスシミュレ
ータシステムの全体構成図であり、１はシミュレータ、
２は表示装置、３は構造データファイルであり、図３に
示す圧縮機等の３次元構造データ、材料データ等が保有
されている。４は記憶装置である。２１〜２６は温度検
出器で、４１，４２は圧力検出器であり、図３に示す個
所に配置されている。Ｎは回転数のデータである。
ータシステムの全体構成図であり、１はシミュレータ、
２は表示装置、３は構造データファイルであり、図３に
示す圧縮機等の３次元構造データ、材料データ等が保有
されている。４は記憶装置である。２１〜２６は温度検
出器で、４１，４２は圧力検出器であり、図３に示す個
所に配置されている。Ｎは回転数のデータである。
【００１３】シミュレータ１はこれら温度検出器２１〜
２６、圧力検出器４１，４２の各検出信号を入力し、構
造データファイル３の構造データを参照し、運転中の静
止側、固定側の熱伸びを計算し、クリアランスを計算し
て、運転中のクリアランスを予測し、その結果を表示装
置２に表示したり、記憶装置４に記憶する。
２６、圧力検出器４１，４２の各検出信号を入力し、構
造データファイル３の構造データを参照し、運転中の静
止側、固定側の熱伸びを計算し、クリアランスを計算し
て、運転中のクリアランスを予測し、その結果を表示装
置２に表示したり、記憶装置４に記憶する。
【００１４】図２は図１におけるシミュレータ１内の演
算を示すフローチャートである。図において、Ｓ１では
温度検出器２１〜２６の各構造部の温度が入力され、
又、動翼と静止側とのクリアランスの近辺の圧力が圧力
検出器４１，４２から入力される。Ｓ２において計測す
べき部分の、熱伝達率（α）、メタル温度（Ｔ）、回転
数（Ｎ）を計算データとしてセットする。
算を示すフローチャートである。図において、Ｓ１では
温度検出器２１〜２６の各構造部の温度が入力され、
又、動翼と静止側とのクリアランスの近辺の圧力が圧力
検出器４１，４２から入力される。Ｓ２において計測す
べき部分の、熱伝達率（α）、メタル温度（Ｔ）、回転
数（Ｎ）を計算データとしてセットする。
【００１５】Ｓ３において、構造解析プログラム５０に
入力すべきデータを編集し、構造解析プログラム５０に
入力する。Ｓ４においては、構造解析プログラム５０に
より該当する静止側の構造部分の熱膨張データを求めて
その変形データを算出する。Ｓ５においては同様にロー
タ側の熱膨張データを求めて変形データを算出する。
入力すべきデータを編集し、構造解析プログラム５０に
入力する。Ｓ４においては、構造解析プログラム５０に
より該当する静止側の構造部分の熱膨張データを求めて
その変形データを算出する。Ｓ５においては同様にロー
タ側の熱膨張データを求めて変形データを算出する。
【００１６】Ｓ６においては、Ｓ４，Ｓ５で求めた変形
データより該当する構造部分のクリアランスを求め、Ｓ
７においてこのクリアランスの結果を記憶装置４に入力
して記憶すると共に、Ｓ８において表示装置２に出力し
て表示する。Ｓ９において運転が継続しているか否かを
判断し、運転中であれば、Ｓ１に戻り、計測を繰り返
し、監視を継続し、運転が停止されればＳ１０で終了す
る。
データより該当する構造部分のクリアランスを求め、Ｓ
７においてこのクリアランスの結果を記憶装置４に入力
して記憶すると共に、Ｓ８において表示装置２に出力し
て表示する。Ｓ９において運転が継続しているか否かを
判断し、運転中であれば、Ｓ１に戻り、計測を繰り返
し、監視を継続し、運転が停止されればＳ１０で終了す
る。
【００１７】以上説明の実施の形態によれば、ガスター
ビンの静止側に温度検出器２１〜２４を、ロータ側に２
５，２６を配置し、圧力検出器４１，４２を動翼３１の
近辺にそれぞれ配置する。これら検出器からの各構造部
の検出データはシミュレータ１に入力され、シミュレー
タ１では運転中の回転数Ｎの信号を入力し、ガスタービ
ンの起動時、負荷変化時、停止時のそれぞれにおいて動
翼３１と静翼保持環３２との間のクリアランス４０を算
出し、表示装置２に表示するようにしたので、従来のよ
うな高温雰囲気中で回転体の近辺にクリアランスセンサ
等を設置することがなく、簡単な温度と圧力検出器２１
〜２６、４１，４２の検出値のみでガスタービン運転中
の時々刻々のクリアランスを正確に予測することができ
るようになった。
ビンの静止側に温度検出器２１〜２４を、ロータ側に２
５，２６を配置し、圧力検出器４１，４２を動翼３１の
近辺にそれぞれ配置する。これら検出器からの各構造部
の検出データはシミュレータ１に入力され、シミュレー
タ１では運転中の回転数Ｎの信号を入力し、ガスタービ
ンの起動時、負荷変化時、停止時のそれぞれにおいて動
翼３１と静翼保持環３２との間のクリアランス４０を算
出し、表示装置２に表示するようにしたので、従来のよ
うな高温雰囲気中で回転体の近辺にクリアランスセンサ
等を設置することがなく、簡単な温度と圧力検出器２１
〜２６、４１，４２の検出値のみでガスタービン運転中
の時々刻々のクリアランスを正確に予測することができ
るようになった。
【００１８】なお、上記の実施の形態においては、ガス
タービンの圧縮機に適用した例で説明したが、本発明は
これに限定するものではなく、ガスタービンの静翼のラ
ビリンスシールとロータ側とのクリアランス、その他の
クリアランスを有する構造部分に適用されるものであ
り、更にガスタービンのみならず蒸気タービンを含め、
その他回転部と静止部との間にクリアランスを有するプ
ラントであれば適用でき、同様の効果を有するものであ
る。
タービンの圧縮機に適用した例で説明したが、本発明は
これに限定するものではなく、ガスタービンの静翼のラ
ビリンスシールとロータ側とのクリアランス、その他の
クリアランスを有する構造部分に適用されるものであ
り、更にガスタービンのみならず蒸気タービンを含め、
その他回転部と静止部との間にクリアランスを有するプ
ラントであれば適用でき、同様の効果を有するものであ
る。
【００１９】
【発明の効果】本発明のガスタービンクリアランスシミ
ュレータシステムは、ガスタービンの回転側と静止側の
各位置に設置された複数の温度検出器及び圧力検出器
と、ガスタービンの構造、材料等のデータを保有してい
る構造データファイルと、前記温度、圧力検出器の各検
出値とガスタービンの回転数の信号とを入力し、前記構
造データファイルからのデータを参照してガスタービン
の起動、運転中及び停止時の回転側と静止側のそれぞれ
の構造部の熱伸びを求め、これら熱伸びから前記回転側
と静止側との所定位置での各時点でのクリアランスを算
出するシミュレータと、同シミュレータからの算出結果
を表示する表示装置とを有してなることを特徴としてい
る。このようなシステムにより、従来のように高温雰囲
気で高速回転するクリアランス近辺にクリアランスセン
サを設置することなく、単純な温度検出器と圧力検出器
のみでガスタービンの起動時、運転中、停止時のクリア
ランスが正確に予測することができる。
ュレータシステムは、ガスタービンの回転側と静止側の
各位置に設置された複数の温度検出器及び圧力検出器
と、ガスタービンの構造、材料等のデータを保有してい
る構造データファイルと、前記温度、圧力検出器の各検
出値とガスタービンの回転数の信号とを入力し、前記構
造データファイルからのデータを参照してガスタービン
の起動、運転中及び停止時の回転側と静止側のそれぞれ
の構造部の熱伸びを求め、これら熱伸びから前記回転側
と静止側との所定位置での各時点でのクリアランスを算
出するシミュレータと、同シミュレータからの算出結果
を表示する表示装置とを有してなることを特徴としてい
る。このようなシステムにより、従来のように高温雰囲
気で高速回転するクリアランス近辺にクリアランスセン
サを設置することなく、単純な温度検出器と圧力検出器
のみでガスタービンの起動時、運転中、停止時のクリア
ランスが正確に予測することができる。
【図１】本発明の実施の一形態に係るガスタービンクリ
アランスシミュレータシステムの構成図である。
アランスシミュレータシステムの構成図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係るガスタービンクリ
アランスシミュレータシステムのシミュレータのフロー
チャートである。
アランスシミュレータシステムのシミュレータのフロー
チャートである。
【図３】本発明の実施の一形態に係るガスタービンクリ
アランスシミュレータシステムの検出器配置図である。
アランスシミュレータシステムの検出器配置図である。
【図４】従来のガスタービン圧縮機におけるクリアラン
スセンサの配置図である。
スセンサの配置図である。
１ シミュレータ ２ 表示装置 ３ 構造データファイル ４ 記憶装置 ２１〜２６ 温度検出器 ３１ 動翼 ３２ 静翼保持環 ４０ クリアランス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅村 直 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 Ｆターム(参考） 3G002 HA00 HA04 HA09
Claims (1)
- 【請求項１】 ガスタービンの回転側と静止側の各位置
に設置された複数の温度検出器及び圧力検出器と、ガス
タービンの構造、材料等のデータを保有している構造デ
ータファイルと、前記温度、圧力検出器の各検出値とガ
スタービンの回転数の信号とを入力し、前記構造データ
ファイルからのデータを参照してガスタービンの起動、
運転中及び停止時の回転側と静止側のそれぞれの構造部
の熱伸びを求め、これら熱伸びから前記回転側と静止側
との所定位置での各時点でのクリアランスを算出するシ
ミュレータと、同シミュレータからの算出結果を表示す
る表示装置とを有してなることを特徴とするガスタービ
ンクリアランスシミュレータシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10198839A JP2000027606A (ja) | 1998-07-14 | 1998-07-14 | ガスタービンクリアランスシミュレータシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10198839A JP2000027606A (ja) | 1998-07-14 | 1998-07-14 | ガスタービンクリアランスシミュレータシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000027606A true JP2000027606A (ja) | 2000-01-25 |
Family
ID=16397785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10198839A Pending JP2000027606A (ja) | 1998-07-14 | 1998-07-14 | ガスタービンクリアランスシミュレータシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000027606A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR100585595B1 (ko) * | 2001-04-06 | 2006-06-07 | 삼성테크윈 주식회사 | 가스 터빈 시뮬레이션 방법 |
| JP2008196490A (ja) * | 2007-02-13 | 2008-08-28 | General Electric Co <Ge> | インピンジメント冷却マニホルド用の一体型支持体／熱電対ハウジング並びに冷却法 |
| JP2010001890A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | General Electric Co <Ge> | タービンクリアランス縮小のための方法、システム、及び装置 |
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-
1998
- 1998-07-14 JP JP10198839A patent/JP2000027606A/ja active Pending
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