JP2000274206A

JP2000274206A - ガスタービン

Info

Publication number: JP2000274206A
Application number: JP11079179A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Hayasaka; 靖早坂; Shigeo Sakurai; 茂雄桜井; Kunihiro Ichikawa; 国弘市川; Takeshi Kudo; 健工藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2000-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】ガスタービン圧縮機翼の腐食環境を正確に測定
し、その余寿命を精度良く予測することで、ガスタービ
ンの信頼性を向上させる。【解決手段】タービンと、圧縮機と、該圧縮機からの吐
出空気と燃料とを混合させ、その燃焼ガスを前記タービ
ンに供給する燃焼器，タービンと圧縮機を内包するケー
シング，前記ケーシングに設けられた排水ドレイン，排
水ドレイン開閉弁，前記圧縮機吸い込み口から洗浄水を
噴射し、洗浄後の排水を前記排水ドレインから排出して
前記圧縮機の汚れを取り除くガスタービン圧縮機水洗浄
装置からなるガスタービンにおいて、該排水ドレインに
ｐＨ検出機構を有することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機，ガスター
ビンケーシング，圧縮機翼の水洗浄装置を有するガスタ
ービンに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にガスタービンには、空気を圧縮し
て燃焼器へ送るための圧縮機が設けられている。圧縮機
の内部には、ガスタービンの中心軸回りに回転する圧縮
機ロータが設けられ、このロータを構成する圧縮機ディ
スクに圧縮機動翼が埋め込まれている。

【０００３】一方、圧縮機ロータを納める圧縮機ケーシ
ングにも圧縮機ロータ動翼に空気を整流する圧縮機静翼
が埋め込まれている。このようなガスタービンに関する
従来の技術としては特願平10−253615号などがある。こ
の従来技術では、圧縮機が空気を圧縮する際にうける流
体励振荷重に対する疲労寿命を圧縮残留応力を付加する
ことで延ばす発明が示されている。

【０００４】また、このようなガスタービンの中で圧縮
機吸い込み口から洗浄水を噴射し、洗浄後の排水を前記
排水ドレインから排出して前記圧縮機の汚れを取り除く
ガスタービン圧縮機水洗浄装置を有するガスタービンに
ついて、特開平8−296453 号などで示されている。一般
にガスタービンは大気開放サイクルであり、運転中に大
気を吸い込む際に、吸気部に設けられているフィルタで
は大気中の微細な粉塵を除去できず、これらの粉塵が圧
縮機翼に付着し、圧縮機効率を低下させる。この従来技
術では、圧縮機空気取り入れ口に設けた、水洗浄装置よ
り洗浄水を圧縮機翼に噴射し、翼の汚れを除去すること
で、圧縮機効率を回復させることに関する発明である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように圧縮機吸
い込み口からはフィルタでは除去できない粉塵が圧縮機
翼に付着する。この付着物のなかで、海水に含まれるナ
トリウムやカリウム、大気中の煤煙に含まれれる亜硫酸
ガスや窒素酸化物などの腐食作用のある物質が翼に付着
すると、翼は腐食環境下におかれ、腐食ピットが発生
し、疲労寿命が短くなることがある。また、塩水環境
中、酸溶液環境中では、一般に圧縮機翼材に用いられる
１２Ｃｒ鋼などは疲労強度が低下することが知られてい
る。このような例については、例えば、アリアンツ損害
予防ハンドブック（日本機械保険連盟発行１９９１年
３月１日）の３７９頁から３８０頁に記されている。

【０００６】また、圧縮機翼はガスタービン運転中に空
気を圧縮するためのガス反力，圧力変動による振動荷重
が加わる。圧縮機翼はこれらの荷重に対してその発生応
力が材料の疲労限度に対しある安全率を考慮した設計許
容応力以下となるように設計されている。そして、これ
らの外力に対して、翼は疲労破壊することはないとされ
ている。

【０００７】しかしながら、前述のように、腐食環境下
にあっては材料の疲労限度が低下するため、設計荷重に
対する安全率が低下し、場合によっては翼の信頼性が保
証できなくなる場合が想定される。また、設計時点では
考慮できない、大気環境の悪化による腐食環境の進行に
対しても翼の信頼性を保証する事ができないことが想定
される。このとき、翼の信頼性保証するためには、翼が
曝されている腐食環境を正確に見積もり，強度評価，余
寿命評価する必要があるが、前記従来発明では翼の実際
の腐食環境を評価することができない。特開平8−29645
3 号など示されている水洗浄を頻繁に行えば腐食環境は
改善されるが、水洗浄は一般にガスタービン停止時に行
う必要があり、これを頻繁に行うことは運用上も経済性
の観点からも難しい。

【０００８】本発明の目的は、上記の事情に鑑み、圧縮
機の各段落の翼のおかれている腐食環境を計測し、翼の
疲労寿命を正確に算出し、翼の信頼性を確保するもので
ある。また、翼洗浄能力の向上についても目的とした。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、タービンと、圧縮機と、
該圧縮機からの吐出空気と燃料とを混合させ、その燃焼
ガスを前記タービンに供給する燃焼器，タービンと圧縮
機を内包するケーシング，前記ケーシングに設けられた
排水ドレイン，排水ドレイン開閉弁，前記圧縮機吸い込
み口から洗浄水を噴射し、洗浄後の排水を前記排水ドレ
インから排出して前記圧縮機の汚れを取り除くガスター
ビン圧縮機水洗浄装置からなるガスタービンにおいて、
該排水ドレインにｐＨ検出機構を有することを特徴とし
ている。

【００１０】請求項１の構成によれば、圧縮機翼の汚れ
を除去するために水洗浄を行い、その排水を排水ドレイ
ンから排出するときに、その排出液のｐＨをｐＨ検出機
構で測定することで、圧縮機翼の実働環境下での腐食環
境状態を測定する事ができる。これにより、正確に翼の
余寿命を予測することができ、ガスタービンの信頼性を
高めることができる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、上記請求項１と
同様な構成のガスタービンにおいて、該排水ドレインに
排水サンプル採取機構を有することを特徴としている。

【００１２】請求項２の構成によれば、圧縮機翼の汚れ
を除去するために水洗浄を行い、その排水を排水ドレイ
ンから排出するときに、その排出液のサンプルを容易に
取得することができる。取得したサンプルをオフライン
でｐＨ検出機構で測定することで、圧縮機翼の実働環境
下での腐食環境状態を測定する事ができる。さらに、サ
ンプルをクロマトグラフィや化学分析手法や他の手法に
より分析することができ、さらに詳細に、翼の実働環境
を把握することができる。これにより、正確に翼の疲労
寿命の予測や損傷の評価を行うことができ、ガスタービ
ンの信頼性を高めることができる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項１と同様
な構成のガスタービンにおいて、該ｐＨ検出機構のデー
タ収集装置，計算機，記録装置，データベース，腐食環
境下での強度マスターカーブを有することを特徴として
いる。

【００１４】請求項３の構成によれば、圧縮機翼の汚れ
を除去するために水洗浄を行い、その排水を排水ドレイ
ンから排出するときに、その排出液のｐＨをｐＨ検出機
構で測定することで、圧縮機翼の実働環境下での腐食環
境状態を測定する事ができる。さらに、測定したｐＨレ
ベルを該データ収集装置により、計算機，記録装置に収
集，記録する。そして、収集したｐＨデータと腐食環境
下での強度マスターカーブと比較することでオンライン
で翼の疲労寿命の予測が可能である。これにより、正確
に且つ迅速に翼の疲労寿命を予測することができ、ガス
タービンの信頼性を高めることができる。

【００１５】請求項４の発明は上記と同様な構成のガス
タービンにおいて、圧縮機ケーシングの各段落に該ドレ
インを設けたことを特徴としている。この発明と請求項
１，請求項２，請求項３をそれぞれ組み合わせること
で、圧縮機各段落の翼の腐食環境状態を測定することが
できる。これにより、各段落翼ごとの寿命予測，信頼性
確保が可能となる。

【００１６】請求項５の発明は上記と同様な構成のガス
タービンにおいて、圧縮機ケーシングの圧縮機段落に水
噴射ノズルを設けたことを特徴としている。これによ
り、従来例のように空気取り入れ口に水洗浄ノズルを設
け洗浄する場合に比べて、翼の洗浄力が増す。これによ
り、翼の疲労寿命を延ばすことができ、翼の信頼性を高
めることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
従って説明する。

【００１８】図１は本発明の１実施例であるガスタービ
ン１の回転部断面図、ケーシングの断面図である。圧縮
機ロータ２はコンプレッサスタッブシャフト４，コンプ
レッサディスク５がコンプレッサスタッキングボルト６
にて連結され形成されるロータ軸に圧縮機動翼７がダブ
テイルを介して植え込まれ形成される。

【００１９】圧縮機ケーシング３は圧縮機静翼８が圧縮
機ケーシングに設けられた溝にはめ込まれている。圧縮
機静翼８は吸い込んだ空気を整流し、圧縮機動翼７に送
る役目を担っている。

【００２０】タービンロータ９はタービンスタッブシャ
フト１０，タービンディスク１１，ディスタンスピース
１２がスタッキングボルト１３により連結され、タービ
ン翼１４がロータに植えられ構成される。ガスタービン
運転時はロータ回転子が回転し、空気が矢印Ａより吸い
込まれ、圧縮機ロータ２で圧縮され、燃焼器１５に送り
込まれる。燃焼器１５では燃料が燃焼され、生成された
燃焼ガスはタービンノズル１６で整流され、タービンロ
ータ９を回転させ、発電等に用いる回転エネルギをロー
タより取り出すことができる。そして、ガスタービン１
はタービンベース１７上に固定されている。

【００２１】圧縮機吸い込み口１８には洗浄水を噴射
し、前記圧縮機の汚れを取り除くガスタービン圧縮機水
洗浄ノズル１９が設けられている。水洗浄ノズル１９は
一般的には、圧縮機空気吸い込み口１８に周方向に等間
隔で複数本取り付けられる。該水洗浄ノズル１９は弁２
０，流量計２１，昇圧された純水タンク２５，昇圧され
た界面活性材のような洗浄液タンク２６，昇圧された石
油系洗浄液タンク２７がそれぞれ弁２２，２３，２４を
介して、管路でつながっている。本実施例においては、
弁２０，２２，２３，２４は信号線２８を介して、制御
装置２９によりその開閉を制御されている。例えば、弁
２２を開き、弁２３，２４を閉じ、さらに弁２０を開く
ことで、水洗浄ノズル１９からは純水が放出され、純水
により圧縮機翼の洗浄を行うことができる。同様に、洗
浄液タンク２６，洗浄液タンク２７の洗浄液による洗浄
も可能である。また、放出された洗浄液の量は流量計２
１と制御装置２９で制御される。これらの装置により、
圧縮機翼７，８を洗浄し、翼の汚れを洗浄することで、
圧縮機の性能が回復する。

【００２２】圧縮機ケーシング３の下部には、洗浄後の
洗浄水を排出するためのドレイン３２とドレイン開閉の
ための弁３３が設けられている。該排水は弁３７によ
り、サンプル採集機構３５に溜められる。サンプル採集
機構３５に溜められた排水は、水素イオン濃度を計測
し、該排水の酸性度を計測するｐＨ計測装置３６によ
り、その酸性度を計測される。該ｐＨ計測装置３６にて
洗浄水のｐＨを測定することで、圧縮機翼が実際に曝さ
れている腐食環境を測定することができる。この測定結
果と環境下での材料強度データを比較することにより、
正確に翼の余寿命を予測することができ、ガスタービン
の信頼性を高めることができる。なお、弁３４の開閉制
御，流量計３６データの取得，ｐＨ測定機構３６の制
御，データの取得は信号線３８を介した制御装置２９に
よりなされる。

【００２３】本実施例では、測定データの記録，表示，
弁開閉，サンプル収集を含めたｐＨ測定機構の制御，水
洗浄機構の制御，噴射洗浄液量の記録を制御装置２９に
信号線で結ばれた計算機３０で行う。また、測定データ
の記録，腐食環境の寿命データを蓄積する記録装置３１
も本発明は備えている。

【００２４】図２は請求項１に示した発明の１実施例で
ある。図１に示した発明とほぼ同様の構成である。図２
の発明においては、図１と異なり計算機、データ記録装
置を設けない簡略な構成とした。

【００２５】図３に示した発明は請求項２に示した発明
の１実施例である。図１に示した発明とほぼ同様の構成
である。図３の発明においては、図１と異なり、洗浄排
水をサンプル収集装置３５により採取し、採取したサン
プルをオフラインで分析する。本発明によれば、オフラ
インで洗浄排水の分析が可能であるため、研究室レベル
の詳細な分析が可能である。分析内容としては、ｐＨ分
析，電気伝導度分析，クロマトグラフィ，ＥＤＸ，各種
元素分析，化学分析などが挙げられる。これらの分析に
よれば、圧縮機翼の実働環境下での腐食環境を評価する
ことができる。さらに、各種元素分析を行うことで、翼
やケーシングの損傷を評価することも可能であり、これ
により、早期にガスタービン内部の損傷を検知すること
ができる。また、サンプルの取得に関して別管路と弁と
弁開閉機構を設けてもよい。

【００２６】請求項３に示した発明の１実施例を図４と
図５を用いて説明する。発明の基本構成は、図１に示し
た発明と同様である。図１で示した計算機３０，データ
記録装置３１に図４，図５に示す腐食環境下における疲
労強度データと排水ｐＨ記録、ガスタービンの運転記
録，ガスタービンの定期検査記録，応力解析結果，設計
データ，翼の応力測定データなどの余寿命評価のための
データを蓄積したデータベースを有している。一般的に
環境のｐＨの低下とともに、材料の疲労強度や疲労限度
は図４，図５に示すように低下する。この環境下におけ
る材料強度データベースと運転記録，定検記録から翼の
詳細な余寿命評価が可能である。余寿命評価手法として
は例えば、修正マイナ則のような線形被害則などがあげ
られる。これらの寿命評価を用いて、前記計算機により
余寿命評価を高精度に行うことができ、ガスタービンの
信頼性を高めることができる。計算機３０とデータ記録
装置３１は応力解析の設計データや応力測定データなど
強度設計データベースを持たせることで、より詳細な強
度評価，余寿命評価が可能である。

【００２７】図６は図１に示した発明とほぼ同様の構成
である。図６の発明においては、図１と異なり、インタ
ーネット回線を介して、遠隔地の計算機３０，記録装置
３１に接続しているものである。これにより、発電設備
の計算機よりも高性能な遠隔地に存在する計算機３１や
記録装置３１を用いて解析することが可能となる。この
結果、さらに高精度な翼の余寿命評価が可能となり、ガ
スタービンの信頼性を高めることができる。

【００２８】図９は図１に示した発明とほぼ同様の構成
である。図９の発明においては、図１と異なり、洗浄液
タンク側にもサンプル収集機構４２，ｐＨ検出機構４
３，サンプル収集やｐＨ測定のための弁４１が具備され
ている。弁４１，サンプル収集機構４２，ｐＨ検出機構
４３は信号線２８を介して、制御装置２９に接続され、
制御また測定データの記録がなされる。これにより、洗
浄タンク内のｐＨを管理できるので、洗浄前の洗浄水の
ｐＨに左右されず、該洗浄排水の検出機構３６におい
て、正確に翼の腐食環境状態を測定できる。この結果、
この測定結果と環境下での材料強度データを比較するこ
とにより、高精度な翼の余寿命評価が可能となり、ガス
タービンの信頼性を高めることができる。

【００２９】図７は請求項４の発明の１実施例である。
ガスタービン圧縮機ロータ２と圧縮機ケーシング３の下
半分の構造の断面図を示している。圧縮機吸い込み口１
８には洗浄水を噴射し、圧縮機動翼７，圧縮機静翼８の
汚れを取り除くガスタービン圧縮機水洗浄ノズル１９が
設けられている。本発明の基本構造は図１，図２，図
３，図６，図７とほぼ同じである。本発明においては、
洗浄水の排水ドレイン３２を圧縮機各段落に設けた。こ
れにより、圧縮機各段落の環境を正確に把握することが
できる。すなわち、図１における構成では、各段落の洗
浄排水が混合するため、このガスタービンの圧縮機の平
均的な腐食環境を測定しているが、請求項４の構成とす
れば、圧縮機格段の腐食環境が別個に測定でき、より詳
細な余寿命評価が可能となるのである。

【００３０】図８は請求項５の発明の１実施例である。
ガスタービン圧縮機ロータ２と圧縮機ケーシング３の下
半分の構造の断面図を示している。本発明では、圧縮機
の各段落に水洗浄ノズルを設けた。これにより、従来例
のように空気取り入れ口に水洗浄ノズル４０を設け洗浄
する場合に比べて、翼の洗浄力が増す。この結果、翼の
疲労寿命を延ばすことができ、翼の信頼性を高めること
ができる。この構成において水噴射ノズル４０はロータ
軸線に対し、適当な角度αをもって取り付けられる。図
中矢印Ｅは洗浄水の方向を示している。ノズルは周方向
に等間隔で複数本取り付けることで、洗浄効果を増すこ
とができる。取り付け角度αは洗浄水が静翼８に関して
はその翼付け根部に洗浄水が当たり、動翼７に対して
は、動翼根元のロータ植え込み部のみならず、翼先端に
も洗浄水が当たるように工夫されている。この結果、静
翼の翼付け根部を節とする１次曲げ振動モードや動翼の
翼付け根部を節とする１次曲げ振動モード，動翼の翼先
端に節を持つ高周波局所振動モードのそれぞれ応力の高
くなる節部の洗浄効果が高まり、圧縮機動翼，静翼の構
造信頼性を高めることが可能となる。

【００３１】請求項４の発明は請求項１や請求項２や請
求項３や請求項５の発明と組み合わせることで更なる効
果が期待できる。請求項５の発明は請求項１や請求項２
や請求項３の発明と組み合わせることで更なる効果が期
待できる。

【００３２】請求項１の発明において、ｐＨ検出装置の
変わりに目的に応じた分析装置、例えば電気伝導度分析
装置などを設けてもよい。

【００３３】本発明は本発明によるガスタービンを利用
した発電設備を含むものである。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧縮機動翼，静翼の実際に用いられている腐食環境状態
を正確に測定することができ、この環境をもとに余寿命
評価を行うので、高精度な余寿命評価が行え、ガスター
ビンの信頼性を高めることができる。さらに、請求項５
によれば、翼の洗浄効果を高め、また、高応力が発生す
ると推測される部位の洗浄効果を高めているので、圧縮
機動翼，静翼の構造信頼性を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すガスタービン断面
図とシステム構成図。

【図２】本発明の第１の実施例を示すガスタービン断面
図とシステム構成図。

【図３】本発明の第２の実施例を示すガスタービン断面
図とシステム構成図。

【図４】本発明の第３の実施例である材料強度データを
示す図。

【図５】本発明の第３の実施例である材料強度データを
示す図。

【図６】本発明の第３の実施例を示すガスタービン断面
図とシステム構成図。

【図７】本発明の第４の実施例を示すガスタービン断面
図。

【図８】本発明の第５の実施例を示すガスタービン断面
図。

【図９】本発明の第１の実施例を示すガスタービン断面
図とシステム構成図。

【符号の説明】

１…ガスタービン、２…圧縮機ロータ、３…圧縮機ケー
シング、４…コンプレッサスタッブシャフト、５…圧縮
機ディスク、６…スタッキングボルト、７…圧縮機動
翼、８…圧縮機静翼、９…タービンロータ、１０…ター
ビンスタッブシャフト、１１…タービンディスク、１２
…ディスタンスピース、１３…スタッキングボルト、１
４…タービン動翼、１５…燃焼器、１６…タービン静
翼、１７…タービンベース、１８…圧縮機空気吸い込み
口、１９…水洗浄ノズル、２０，２２，２３，２４，３
３，３７，４１…弁、２１，３４…流量計、２５…純水
タンク、２６…洗浄液（界面活性剤）タンク、２７…洗
浄液（石油系）タンク、２８，３８…信号線、２９…制
御・記録装置、３０…計算機、３１…データ記録装置、
３２…排水ドレイン、３５…サンプル収集装置、３６…
ｐＨ測定装置、３９…インターネット回線、４０…洗浄
ノズル、４２…サンプル収集機構、４３…ｐＨ検出機
構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者市川国弘茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者工藤健茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内Ｆターム(参考） 3G002 EA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タービンと、圧縮機と、該圧縮機からの吐
出空気と燃料とを混合させ、その燃焼ガスを前記タービ
ンに供給する燃焼器，タービンと圧縮機を内包するケー
シング，前記ケーシングに設けられた排水ドレイン，排
水ドレイン開閉弁，前記圧縮機吸い込み口から洗浄水を
噴射し、洗浄後の排水を前記排水ドレインから排出して
前記圧縮機の汚れを取り除くガスタービン圧縮機水洗浄
装置からなるガスタービンにおいて、該排水ドレインに
ｐＨ検出機構を有することを特徴としたガスタービン。
【請求項２】タービンと、圧縮機と、該圧縮機からの吐
出空気と燃料とを混合させ、その燃焼ガスを前記タービ
ンに供給する燃焼器，タービンと圧縮機を内包するケー
シング，前記ケーシングに設けられた排水ドレイン，排
水ドレイン開閉弁，前記圧縮機吸い込み口から洗浄水を
噴射し、洗浄後の排水を前記排水ドレインから排出して
前記圧縮機の汚れを取り除くガスタービン圧縮機水洗浄
装置からなるガスタービンにおいて、該排水ドレインに
排水サンプル採取機構を有することを特徴としたガスタ
ービン。
【請求項３】請求項１のガスタービンにおいて、該ｐＨ
検出機構のデータ収集装置，計算機，記録装置，データ
ベース，腐食環境下での強度マスターカーブを有するこ
とを特徴とするガスタービン。
【請求項４】タービンと、圧縮機と、該圧縮機からの吐
出空気と燃料とを混合させ、その燃焼ガスを前記タービ
ンに供給する燃焼器，タービンと圧縮機を内包するケー
シング，前記ケーシングに設けられた排水ドレイン，排
水ドレイン開閉弁，前記圧縮機吸い込み口から洗浄水を
噴射し、洗浄後の排水を前記排水ドレインから排出して
前記圧縮機の汚れを取り除くガスタービン圧縮機水洗浄
装置からなるガスタービンにおいて、圧縮機ケーシング
の各段落に該ドレインを設けたことを特徴としたガスタ
ービン。
【請求項５】タービンと、圧縮機と、該圧縮機からの吐
出空気と燃料とを混合させ、その燃焼ガスを前記タービ
ンに供給する燃焼器，タービンと圧縮機を内包するケー
シング，前記ケーシングに設けられた排水ドレイン，排
水ドレイン開閉弁，前記圧縮機吸い込み口から洗浄水を
噴射し、洗浄後の排水を前記排水ドレインから排出して
前記圧縮機の汚れを取り除くガスタービン圧縮機水洗浄
装置からなるガスタービンにおいて、圧縮機ケーシング
の圧縮機段落に水噴射ノズルを設けたことを特徴とした
ガスタービン。