JP2004169667A - 多段フィルタの監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１段フィルタの劣化に連鎖して性能の影響を受ける第２段フィルタの交換時期を適正化すること。
【解決手段】第１フィルタ４と、第１フィルタ４より下流側に配置され、第１フィルタ４より捕集効率の点で優れ、且つ、第１フィルタ４より高価である第２フィルタ５と、第２フィルタ５を通過する空気流量ＶＭに基づいて既知式から第２フィルタ５の目詰まり傾向係数Ｋを計算する計算器２とから構成されている。圧力計で計測される圧力損失ΔＰは、前段フィルタ４の圧力損失の影響を受ける。既知式から絶対的に計算により求められるこのような絶対値に基づいて高価な第２フィルタの適正交換時期が高精度に推定される。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多段フィルタの監視装置に関し、特に、タービンに付属して配置される多段フィルタの監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タービン吸気の流路には、フィルタが介設される。フィルタには、その捕集の高効率化とともに捕集の高精度化と長寿命化が求められる。そのような要求に応えて、フィルタの配置が多段化される。ガスタービンでは、第１段フィルタはプレフィルタといわれ、大部分のダストは第１段フィルタで捕集される。下流側にある第２段フィルタとしては、高効率（高性能）フィルタが用いられ、第１段フィルタで捕集し切れない微細なダストを捕集する。第２段フィルタは、第１段フィルタに比べて一般的に高価である。運転中のフィルタ交換は、下流側に配置されるタービンの側に異物が流入することを防止する観点から、主として第１段フィルタに限られる。第２段フィルタは、これが高価であり、更に、運転中の交換が困難であることからガスタービンが停止する定期の際に交換されるように計画される。高効率フィルタは、経済性からその長時間使用が求められ、毎定期点検時の交換が回避されることが求められている。
【０００３】
フィルタに関してそのメンテナンス周期の適正化は、後掲特許文献１で知られている。フィルタ交換時期の予測技術は、後掲特許文献２で知られている。その技術は、フィルタ前後の差圧検出により、フィルタの劣化を予測している。このような公知の技術は、第２段フィルタの差圧が第１段フィルタの差圧変化に影響されることまでは考慮していない。
【０００４】
第１段フィルタの劣化に連鎖して通過風量の影響を受ける下流側フィルタの交換時期の適正化とその交換の時期を高精度に予測することが今後の技術として期待される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−３１３８５１号
【特許文献２】
特開平９−３１３８５２号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、第１段フィルタの劣化に連鎖して通過風量の影響を受ける下流側フィルタの交換時期を適正化する多段フィルタの監視装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、第１段フィルタの劣化に連鎖して通過風量の影響を受ける下流側フィルタの交換時期を適正化し、且つ、その交換時期を高精度に予測する多段フィルタの監視装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００８】
本発明による多段フィルタの監視装置は、第１フィルタ（４）と、第１フィルタ（４）より下流側に配置され、第１フィルタ（４）より捕集効率の点で優れ、且つ、第１フィルタ（４）より高価である第２フィルタ（５）と、第２フィルタ（５）を通過する通過空気の流量ＶＭに基づいて既知式から第２フィルタ（５）の目詰まり傾向（係数）を計算する計算器（２）とから構成されている。
【０００９】
圧力計で計測される圧力損失ΔＰは、前段のフィルタ（４）の圧力損失の影響を受ける。本発明による多段フィルタの監視装置の目詰まり傾向は、既知式から絶対的に計算により求められ、このような絶対値に基づいて高価な第２フィルタの適正交換時期が高精度に推定される。
【００１０】
第１フィルタ（４）と第２フィルタ（５）はタービンの軸流路に介設される。タービンに用いられる第２フィルタは第１フィルタに比べて格段に高価であり、本発明による多段フィルタの監視装置はタービンに適用されて特に有用である。
【００１１】
空気流量ＶＭは、大気圧、吸気温度、湿度を含む大気条件と、各部差圧と、圧縮機特性と、ガスタービン熱収支から計算され得るが、直接の計測により知られ得る。
【００１２】
目詰まり傾向（係数）Ｋ、又は、圧力損失が規定値を越える際に警報を発する警報器を更に構成することは、監視作業を便利にする。計算器（２）が目詰まり傾向Ｋ、圧力損失ΔＰと交換適正時期の対応を示すテーブル又は関数を有することは有用である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による多段フィルタの監視装置は、風量と圧力損失との関数関係の変化を追跡する関数関係追跡計算器が風量出力器とともに設けられている。その風量出力器１は、図１に示されるように、関数関係追跡計算器２に接続している。風量出力器１が出力する風量データ３は、関数関係追跡計算器２に入力される。風量出力器１には、大気圧力、吸気温度、湿度のような大気条件、各部差圧、圧縮機特性、ガスタービン熱収支データのような吸気流量算出のために必要であるデータ又は吸気流量計測値が入力される。
【００１４】
図２は、タービンの軸流系に介設されている２段フィルタと差圧検出器とを示している。その２段フィルタは、第１段フィルタ４と第２段フィルタ５とから形成されている。第１段フィルタ４は第２段フィルタ５より上流側に配置されている。第１段フィルタ４と第２段フィルタ５は、それぞれに更に多段化され得る。その差圧検出器は、第１段差圧検出器６と第２段差圧検出器７とから形成されている。第１段差圧検出器６は、第１段フィルタ４の両側間圧力差である第１両側間差圧ΔＰ１を検出する。第２段差圧検出器７は、第２段フィルタ５の第２段両側間差圧ΔＰ２を検出する。
【００１５】
図１に示されるように、風量出力器１には既知データ８と第１両側間差圧ΔＰ１とが入力される。風量出力器１は、第２段フィルタ５の上流側端面近傍の圧力である第２段フィルタ前圧力Ｐを次式により計算する。
Ｐ＝（Ｐａｍｂ−ΔＰ１）・・・（１）
ΔＰ１＝ΔＰ１（ｋＰａ）／１０００（１０００は単位換算係数）
Ｐａｍｂ：大気圧力計測値（リアルタイムに計測される計測値が用いられ、簡易的には０．１０１３２２ＭＰａＡ）
【００１６】
空気標準比重量は、γＮ（０゜Ｃ）で表される。：
γＮ＝１．２９３ｋｇ／立方ｍ
使用状態の温度（第２段フィルタ５の前端面近傍温度）は、Ｔ１Ｃ（当該部を直接に計測していない場合には下流側又は上流側の温度が代用される）で表される。使用状態の空気比重量γＭは、下記式で計算される。
γＭ＝｛１．２９３×（０．１０１３２２−ΔＰ１／１０００）×２７３．１５｝／｛０．１０１３２２×（２７３．１５＋Ｔ１Ｃ）｝・・・（２）
γＭの単位は、ｋｇ／立方ｍで表されている。
【００１７】
第２段フィルタ５のフィルタエレメント１個当たりの空気流量ＶＭは、下記式で計算される。
ＶＭ（立方ｍ／ｍｉｎ／エレメント１個）＝｛Ｇ１（ｋｇ／ｓ）×６０／γＭ｝／フィルタエレメント数・・・（３）
式（１）と式（２）と式（３）とは、風量出力器１で計算される。ここでは便宜上、フィルタエレメント１個当たりで整理されている。
【００１８】
式（３）で計算された空気流量ＶＭ（風量データ３）は、風量出力器１から出力されて関数関係追跡計算器２に入力される。下記関係式が、対数目盛で両軸が表される図３に示されるように見出されている。：
Ｋ＝Ｌｏｇ（ΔＰ２）−Ａ×Ｌｏｇ（ＶＭ）・・・（４）
式（４）では、無次元化定数は省略されている。流量の対数と差圧の対数とは、線形関係にあることが知られている。傾きの係数Ａは、フィルタ特性によりほぼ定まっている。その係数は、実機で測定可能である。ΔＰ２は第２段フィルタ５の劣化度合いに対応しているので、ΔＰ２を知ることにより、第２段フィルタ５の適正交換時期を知ることができる。
【００１９】
図３は、フィルタエレメントの代表的な圧力損失（Ｐａ）と風量との関係を示している。差圧ΔＰ２は、圧力損失に対応する値である。従って、圧力損失の対数と風量の対数とは線形関係に整理される。式（４）で表される差圧−風量の関係は、両対数グラフ上では直線９で表され、風量軸（Ｘ軸）と圧力損失軸（Ｙ軸）で交わる。式（４）は、次式に書き換えられる。
Ｙ０＝Ｙ−ＡＸ・・・（５）
【００２０】
第１段フィルタ４の差圧ΔＰ１が変動すれば、図４に示されるように、第２段フィルタ５の差圧ΔＰ２が変動する。図４は、第１段フィルタ４の差圧の変動曲線１１と第２段フィルタ５の差圧の変動曲１２を示している。第１段フィルタ４の差圧が増大すれば第２段フィルタ５の差圧が減少し、且つ、第２段フィルタ５の差圧が減少すれば第２段フィルタ５の差圧が増大する。このようなダイナミックな連動的変動は、第１段フィルタの差圧変動からくる吸気流量、圧力変化に起因していて、第２段フィルタの劣化（詰まりによる抵抗係数の変化）がなければ直線９上を動くことになる。関数関係追跡計算器２は、差圧−風量関係直線９のそのような変位を追跡する。第２段フィルタによる差圧−風量関係直線９の変位は、特性上、傾きＡが概ね一定であるためＹ軸方向の平行移動になる。そのため、Ｙ切片Ｙ０、又は、Ｘ切片Ｘ０の変動の追跡に等価になる。差圧−風量関係直線９がＹ軸正方向に変位することは、第２段フィルタ５の純然たる詰まりの増加（抵抗係数の増加）に対応する。Ｙ切片Ｙ０（又は、Ｘ切片Ｘ０）の設定値到達は、第２段フィルタ５の適正交換時期に対応する。
【００２１】
目詰まり傾向係数Ｋ、圧力損失ΔＰ２が規定値を越える際に警報を発する警報器が追加されることが好ましい。計算器２は、目詰まり傾向係数Ｋ、圧力損失ΔＰ２と交換適正時期の対応を示すテーブル又は関数を有することが好ましい。
【００２２】
第２段フィルタ５として用いられるフィルタは、複合高性能フィルタであり、多種多様であるがその仕様例としては下記表で示される。
枠材：ＳＧＣＣ
濾材：ガラス繊維ペーパ
メディアガード：亜鉛鉄線／ステンレス
セパレータ：防食加工アルミ
シール材：ウレタン樹脂
ガスケット：ウレタンフォーム
圧力損失（Ｐａ）：
初期：４０２／４７０
最終：６８６
計数法効率（％）：９９．９７
【００２３】
このような仕様データで示される複合高性能フィルタの圧力損失性能は、図５で示されている。その粒径別捕集効率（風量５０立方ｍ／ｍｉｎ）は、図６に示されている。その粉塵保持量（ｇ／１台）は、図７に示されている。このように、複合高性能フィルタは粉塵の捕獲性能と捕獲保持性能を高精度に保持する。
【００２４】
【発明の効果】
本発明による多段フィルタの監視装置は、第１段フィルタの劣化に連鎖して性能の影響を受ける第２段フィルタの交換時期を適正化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による多段フィルタの監視装置の実施の形態を示す計算器ブロック図である。
【図２】図２は、軸流径のフィルタ配置を示す断面図である。
【図３】図３は、風量と圧力損失を示すグラフである。
【図４】図４は、差圧変動を示すグラフである。
【図５】図５は、圧力損失仕様を示すグラフである。
【図６】図６は、捕集効率仕様を示すグラフである。
【図７】図７は、粉塵保持量を示すグラフである。
【符号の説明】
２…計算器
４…第１段フィルタ
５…第２段フィルタ

Claims (7)

1. 第１フィルタと、
   前記第１フィルタより下流側に配置され、前記第１フィルタより捕集効率の点で優れ、且つ、前記第１フィルタより高価であり前記第１フィルタより下流側に配置される第２フィルタと、
   前記第２フィルタを通過する空気の流量ＶＭと前記第２フィルタの差圧とに基づいて既知式から前記第２フィルタの目詰まり傾向を計算する計算器とを構成し、
   前記第２フィルタの適正交換時期は前記目詰まり傾向に基づいて推定される
   多段フィルタの監視装置。
2. 前記第１フィルタと前記第２フィルタはタービンの軸流路に介設されている
   請求項１の多段フィルタの監視装置。
3. 前記目詰まり傾向は数値的にＫで表され、前記既知式は、
   Ｋ＝Ｌｏｇ（ΔＰ）−Ａ×Ｌｏｇ（ＶＭ）
   で表される
   請求項１の多段フィルタの監視装置。
4. 前記空気流量ＶＭは、大気圧、吸気温度、湿度を含む大気条件と、各不の差圧と、圧縮機特性と、ガスタービン熱収支から演算される
   請求項３の多段フィルタの監視装置。
5. 前記空気流量ＶＭは計測される
   請求項３の多段フィルタの監視装置。
6. 前記目詰まり傾向が規定値を越える際に警報を発する警報器を更に構成する
   請求項１〜５から選択される１請求項の多段フィルタの監視装置。
7. 前記計算器は、前記目詰まり傾向と前記交換適正時期の対応を示すテーブル又は関数を形成する
   請求項６の多段フィルタの監視装置。

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