JP2005214661A - 発電機器の監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】発電プラントの機器内部の状態をオンラインで監視し、プラントの安全運転、機器の寿命診断を低コストで実現することにある。
【解決手段】容器１と、この容器内に設けられたベース２と、このベース上に水平監視角度３６０度、垂直監視角度１８０度の範囲で可変可能な駆動機構を介して取付けられた監視装置本体９と、容器１の開口部を覆うように取付けられた耐熱性を有するカバー１１とを備えた監視装置を発電機器の常温域から１５００℃までの高温域の静止部に取付け、監視装置本体９を水平監視角度３６０度及び垂直監視角度１８０度の範囲で可変しながら、発電機器内部の運転状況をオンラインで監視し、発電プラントの安全運転を確保する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発電プラントの機器内部の状態をオンラインで監視する発電機器の監視システムに関する。

従来、発電プラントにおいて、発電機器として例えば蒸気タービン、ガスタービン、ガスタービン圧縮機、ガスタービン燃焼器の運転状態をオンラインで監視する有効な装置及び方法は少なく、多くの場合は経験から損傷や寿命を観測しているのが殆どである。

例えば、ガスタービン翼などの健全性を監視するために、これらの機器の特に高温に晒される部位に直接センサ類を埋め込み、これらのセンサ類からの電機信号の変化（例えば抵抗値の変化）を捕らえて損傷の有無を評価する技術がある（例えば、特許文献１参照）。

また、高温部位が直接見通せる位置に放射温度計などの比接触のセンサを設け、表面の温度分布の変化を捉えて損傷を見つける技術もある（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、これらの監視装置は、機器内部の監視箇所に例えば温度センサや圧力センサを単独で設置し、これらのセンサから得られた情報により機器の運転状態を監視するだけなので、機器内部の監視範囲が狭く、しかも一つの監視装置に対して一箇所しか監視できなく、監視項目も少ないため、発電プラントの安全管理に対する情報としては不十分である。
特開２００１−３０３９６９号公報 特公平７−１１５０９号公報

このように機器内部の監視箇所に対応させて監視装置を設置していたのでは、監視装置から得られる情報が少ないため、プラントの安全運転、機器の寿命診断を行う上で問題があり、またより多くの情報を得るようにするにはより多くの監視装置を設置する必要があるため、費用が嵩むという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、発電プラントの機器内部の状態をオンラインで監視し、プラントの安全運転、機器の寿命診断を行うことができる経済的に有利な発電機器の監視システムを提供することを目的とする。

本発明は蒸気の目的を達成するため、次のような手段により発電機器の監視装置を構成する。

請求項１に対応する発明は、容器と、この容器内に設けられたベースと、このベース上に少なくとも水平監視角度３６０度、垂直監視角度１８０度の範囲で可変可能な駆動機構を介して取付けられた監視装置本体と、前記容器の開口部を覆うように取付けられた耐熱性を有するカバーとを備えた監視装置を発電機器の常温域から１５００℃までの高温域の静止部に取付け、監視装置本体を水平監視角度３６０度及び垂直監視角度１８０度の範囲で可変しながら、発電機器内部の運転状況をオンラインで監視し、発電プラントの安全運転を確保する。

請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明の発電機器の監視システムにおいて、前記監視装置は、前記容器の外周面に形成されたネジ部を前記発電機器の静止部に予め設けられているネジ孔に螺挿して取付けられる。

請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する発明の発電機器の監視システムにおいて、前記カバーは、耐高温で５０℃から１５００℃の性質及び耐爆、耐エロージョンの性質を有する石英系の材料で形成される。

請求項４に対応する発明は、請求項１に対応する発明の発電機器の監視システムにおいて、前記駆動機構は、前記ベースに水平に回動可能に支持された円板と、この円板上に取付けられた一対の架台に回動自在に支持され且つ前記監視装置本体を垂直方向に回動させる支持軸と、前記円板を水平監視角度３６０度の範囲で回動させるとともに、前記支持軸を垂直監視角度１８０度の範囲で回動させるモータで構成される。

請求項５に対応する発明は、請求項１に対応する発明の発電機器の監視システムにおいて、前記容器及びカバーにより形成される前記監視装置本体の周囲空間部を冷却システムにより冷却する。

請求項６に対応する発明は、請求項５に対応する発明の発電機器の監視システムにおいて、前記冷却システムは、監視装置を冷却するための冷媒注入配管、冷媒放出口及び冷媒回収配管によって構成され、１００℃から１５００℃の高温環境下で監視装置全体の温度を一定に保ち、過酷な高温環境下での監視を可能にする。

請求項７に対応する発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに対応する発明の発電機器の監視システムにおいて、前記監視装置本体は、ケース内に監視窓に対応させて設けられた保護レンズと、この保護レンズを通して被検査対象部位を撮影するＣＣＤカメラと、被検査対象部位に向けて赤外線を発光する赤外線発光器と、被検査対象部位に向けてレーザを発光するレーザ発生源と、被検査対象部位から反射するレーザ光を感知するレーザ感知センサと、被検査対象部位に向けて超音波を発生する超音波発生源と、被検査対象部位から反射する超音波を感知する超音波感知センサとによって構成される。

請求項８に対応する発明は、請求項７に対応する発明の発電機器の監視システムにおいて、ＣＣＤカメラは１０〜１０００万画素を有し、赤外線発光器は１〜１００個の赤外線発光ダイオードを有し、その赤外線照射距離は、０．５〜５０ｍで、明視機能を有し、全く明かりのない暗闇でも監視可能にする。

請求項９に対応する発明は、請求項１乃至請求項８のいずれかに対応する発明の発電機器の監視システムにおいて、監視装置は、蒸気タービンや、ガスタービン内の静止部位に設置し、回動部及び静止部の変形や損傷状態を監視可能にする。

請求項１０に対応する発明は、請求項１乃至請求項８のいずれかに対応する発明の発電機器の監視システムにおいて、前記監視装置は、ガスタービン燃焼器の内面側に設置し、燃焼ガスの燃焼状態や燃焼器の運転状態を監視可能にする。

本発明では、発電プラントの機器内部の状態をオンラインで監視し、プラントの安全運転、機器の寿命診断を低コストで実現できる。

以下本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施形態における監視装置の概略構成を示す正面図である。

図１において、１は外周面にネジ溝１ａが形成された金属からなる円筒状の容器で、この容器１の底面の略中央部を貫通させ且つ中心軸線が垂直になるように円筒状のベース２が取付け固定されている。このベース２の底面部を貫通させて冷媒注入配管３、冷媒回収配管４及びケーブル５がそれぞれ挿入され、またベース２の上部周面には複数個の冷媒放出口６が設けられている。これら冷媒注入配管３、冷媒放出口６及び冷媒回収配管４は冷却システムを構成している。

また、ベース２の上面の略中央部に円板７が水平に回動可能に支持され、その支持軸にベース２に内蔵された図示しないモータにより円板７が図２（ｂ）に示すように水平可変角度３６０度以上の範囲で回動するようになっている。

さらに、円板７の上面に一対の架台８が円板の回動中心から見て対称な位置にそれぞれ垂直に取付けられ、これら一対の架台８間に監視装置本体９が垂直に回動可能に支持軸１０を介して支持され、その一方の架台８に内蔵された図示しないモータにより監視装置本体９が図２（ａ）に示すように垂直可変角度１８０度以上の範囲で回動するようになっている。

これら円板７及びこの円板７を水平に回動させるモータ、支持軸１０及びこの支持軸１０を回動させるモータは監視装置本体９の駆動機構を構成している。

なお、上記記載の水平可変角度３６０°以上および垂直可変角度１８０°以上の意味するところは、監視装置本体９に搭載されているカメラ等における視野角を少なくとも水平方向３６０°、垂直方向１８０°確保することであり、円板７および監視装置本体９そのものの可変角度とは必ずしも対応しない。逆に言えば、例えば水平可変角度が５４０°、垂直可変角度２１０°でも何ら問題ない。

一方、容器１の開口端部に開口面を覆うように透明なカバー１１が取付け固定される。このカバー１１は、温度が５０℃から１５００℃の範囲で耐え、且つ圧力が１大気圧から５００大気圧の範囲で耐え得る性質を持ち、さらに耐爆、耐エロージョンの性質を持つ石英系の材料で構成されたものである。

ここで、上記冷却システムは、冷媒として空気、窒素ガス、又は不活性ガスであるＡｒガス、Ｈｅガス等が使用され、１００℃から１５００℃の高温環境下でも監視装置全体の温度を一定に保ち得るようにしてある。また、ケーブル５は冷却媒体により冷却可能なケーブル構造のものが採用されている。

上記監視装置本体９は、図３（ａ），（ｂ）に示すようにケース１２内に監視窓１２ａに対応させて保護レンズ１３が設けられるとともに、その中央部にＣＣＤカメラ１４、このＣＣＤカメラ１４を挟んで一対の赤外線発光器１５と一対の照明用ランプ１６、レーザ発生源１７、レーザ感知センサ１８、超音波発生源１９及び超音波感知センサ２０がそれぞれ設けられている。

この場合、ＣＣＤカメラ１３は１０〜１０００万画素を有し、また赤外線発光器１５は１〜１００個の赤外線発光ダイオードを有し、その赤外線照射距離は０．５から５０ｍで、明かりのない暗闇でも監視可能になっている。

そして、これら各要素はケーブル２１及び５をそれぞれ介して図示しない外部電源及び演算手段及び分析手段を備えた制御装置並びにモニタにそれぞれ接続されている。

次にこのように構成された発電機器の監視装置の作用を述べるに、ここでは蒸気タービンにおける静止部にドーム型監視装置を設置し、蒸気タービンの運転状況を監視する場合について説明する。

まず、蒸気タービンの運転を行う前に高圧部、中圧部及び低圧部における静止部の任意の位置に予め形成されたネジ孔に監視装置の容器１がねじ込まれ、取付け固定される。具体的な設置場所としては図４に示すように蒸気タービンにおける例えば静翼３１やケーシング３２に監視装置１００が取付け固定される。この場合、本監視装置１００は、直径φが２０mm程度の大きさに製作できることから、静止部にこの監視装置をねじ込むためのネジ孔を形成してもその影響を殆ど受けることはない。

この状態で蒸気タービンが運転されているとき、図示しない外部電源及び制御装置により円板７及び支持軸１０をモータによりそれぞれ駆動すると、監視装置本体９は水平可変角度３６０度の範囲で水平方向に、また垂直可変角度１８０度の範囲で垂直方向に回動する。この場合、円板７は一定時間間隔、例えば１時間間隔で３６０度回動し、支持軸１０は１８０度の回動角度の範囲で複数回往復回動が繰返されるようにしてある。

このとき、監視装置本体９の赤外線発光器１５より赤外線を発光させるとともに必要に応じてレーザ発生源１７からレーザを、超音波発生源１９から超音波を発生させながら、ＣＣＤカメラ１４で撮影された画像データ、レーザ感知センサ１８、超音波感知センサ２０で感知されたデータをオンラインでケーブル２１及び５を介して図示しないモニタ及び制御装置に取込むことで、あらゆる方角から静翼３１、動翼３３、ロータ３４及びケーシング３２の運転状況を監視することができる。

上記では赤外線発光器１５より監視部位に赤外線を発光させ、ＣＣＤカメラ１４により撮影する場合について述べたが、照明用ランプ１６を点灯させて監視部位をＣＣＤカメラ１４により撮影することもできる。

ここで、ＣＣＤカメラ１４で撮影された画像情報は、監視位置の確認と対象機器の状態の判断に供され、またレーザ感知センサ１８で感知されたレーザ反射光のデータから静翼３１や動翼３３の変形、振動の有無の判断と損傷の有無の予測に供される。必要に応じて超音波発生源１９から超音波を発生させれば、超音波感知センサ２０で感知したデータから羽根に微小な傷が存しているか否かの判断にも供される。

上記では監視装置を蒸気タービンに適用する場合であるが、ガスタービンに対しても同様に適用することができる。

ガスタービンは、ガスタービン本体、ガスタービン圧縮機及びガスタービン燃焼器から構成され、例えばガスタービン本体に監視装置を設置する場合には、図４に示すようにガスタービン本体の静止部の任意部位に、例えば静翼４１やケーシング４２に予め穿設されたネジ孔に監視装置１００の容器１をねじ込んで取付け固定した状態で、前述同様に監視装置本体９を水平可変角度３６０度の範囲で水平方向に、また垂直可変角度１８０度の範囲で垂直方向に回動制御しながら、ＣＣＤカメラ１４で撮影された画像データ、レーザ感知センサ１８、超音波感知センサ２０で感知されたデータをオンラインでケーブル２１，５を介して図示しない制御装置及びモニタに取込むことで、ガスタービン本体４０の静翼４１、動翼４３、ロータ４４及びケーシング４２の運転状況を監視することができる。

さらに、図６に示すようにガスタービン燃焼器５０の内面側に監視装置１００を設置し、前述同様にケーブル５を介してガスタービン燃焼器５０内部の燃焼ガスの燃焼状態や燃焼器の運転状況をオンラインで監視することができる。

このように本実施形態では、監視装置を発電機器内の常温域から１５００℃までの高温域となる静止部に設置し、監視装置本体９を水平可変角度３６０度の範囲で水平方向に、また垂直可変角度１８０度の範囲で垂直方向に回動制御しながら、ＣＣＤカメラ１４で撮影された画像データ、レーザ感知センサ１８、超音波感知センサ２０で感知されたデータをオンラインで制御装置及びモニタに取込んで発電機器内部の運転状況、例えば温度やガス流速、回動部及び静止部の振動や揺れ、損傷状況を監視可能にしたので、発電機器の損傷状況を事前に把握することができ、発電プラントの安全運転を確保することができる。

また、監視装置は、容器１の外周面に形成されたネジ部１ａを発電機器の静止部に予め設けられているネジ孔に螺挿して取付けられるので、その装着が簡単且つ容易に行うことができる。

さらに、監視装置は、容器１、ベース２、監視装置本体９、ドーム型カバー１１、駆動システム、冷却システム、ケーブル等によって一体的に構成されるので、装置全体を小型化することができ、しかも容器１の外周面に形成されたネジ部１ａを発電機器内部の静止部に予め設けられているネジ孔に螺挿するだけで取付けられるので、その装着が簡単且つ容易に行うことができる。

一方、監視装置本体９は、ケース１２内に保護レンズ１３、ＣＣＤカメラ１４、赤外線発光器１５、照明用ランプ１６、レーザ発生源１７、レーザ感知センサ１８、超音波発生源１９、超音波感知センサ２０に設けて構成されているので、１台の装置でより多くの監視情報を得ることができる。

しかも、ＣＣＤカメラ１４は１０〜１０００万画素を有し、また赤外線発光器１５は１〜１００個の赤外線ダイオードで、０．５〜５０ｍの赤外線照射距離を有しているので、全く明かりのない暗闇でも高解像度で発電機機器内部を監視することができる。勿論、赤外線発光器１５に代えて照明用ランプ１６を点灯させても同様の効果を得ることができることは言うまでもない。

また、監視装置のカバー１１は、温度が５０℃から１５００℃の範囲で耐え、且つ圧力が１気圧から５００気圧の範囲で耐え得る性質を持ち、さらに耐爆、耐エロージョンの性質を持つ石英系の材料で構成されているので、あらゆる発電機器の過酷な運転環境の中でも使用することができる。

なお、監視装置本体９の視野である垂直方向３６０°、水平方向１８０°のすべてを確保するためには、カバー１１は半円球状などのドーム型が望ましいが、設置する機器の状況に応じて、限られた視野でよければカバー１１にむしろ要求される強度に応じて適宜形状を選択することが望ましい。

さらに、監視装置本体９の駆動機構は、円板７及びこの円板７により監視装置本体９を水平に回動させるモータ、支持軸１０及びこの支持軸１０により監視装置本体９を垂直方向に回動させるモータによって構成しているので、監視装置本体９は水平可変角度３６０度、垂直可変角度１８０度の範囲で調整することが可能となり、広い範囲で発電機器内の監視部位を監視することができる。

また、監視装置の冷却システムは、冷媒注入配管３よりベース２内に供給される冷媒を冷媒放出口６から放出させてドーム内を冷却し、冷媒放出口６よりベース２内に流入した冷媒を冷媒回収配管４より回収させる構成としているので、監視装置は一定の温度に維持することが可能となり、１００℃から１５００℃までの高温環境下でも、正常に発電機器内部を監視することができる。

さらに、監視装置は蒸気タービンの静止部位、ガスタービン本体内の静止部位に設置することによって、オンラインで蒸気タービンやガスタービンの回動部及び静止部の変形や損傷状況を監視することができ、さらにガスタービン燃焼器の内面側に設置することによって、燃焼ガスの燃焼状態や燃焼器の運転状態を監視することができる。

なお、本発明による監視装置は、小型で監視項目が多いことから、発電機器内部の監視だけでなく、発電プラント以外の機器に対しても前述同様に適用実施することができることは言うまでもない。

本発明の第１の実施形態におけるドーム型監視装置の概略構成を示す正面図。 同実施形態における監視装置本体の監視可変角度を説明するための図。 同実施形態における監視装置本体の内部構成を示す図。 本発明の適用例として蒸気タービン内にドーム型監視装置を設置した状態を示す概要図。 本発明の適用例としてガスタービン内にドーム型監視装置を設置した状態を示す概要図。 本発明の適用例としてガスタービン燃焼器の内面側にドーム型監視装置を設置した状態を示す概要図。

符号の説明

１…容器、２…ベース、３…冷媒注入配管、４…冷媒回収配管、５…ケーブル、６…冷媒放出口、７…円板、８…架台、９…監視装置本体、１０…支持軸、１１…カバー、１２…ケース、１２ａ…監視窓、１３…保護レンズ、１４…ＣＣＤカメラ、１５…赤外線発光器、１６…照明用ランプ、１７…レーザ発生源、１８…レーザ感知センサ、１９…超音波発生源、２０…超音波感知センサ、２１…ケーブル、３１…静翼、３２…ケーシング、３３…動翼、３４…ロータ、４０…ガスタービン本体、４１…静翼、４２…ケーシング、４３…動翼、４４…ロータ、５０…ガスタービン燃焼器

Claims (10)

1. 容器と、この容器内に設けられたベースと、このベース上に少なくとも水平監視角度３６０度、垂直監視角度１８０度の範囲で可変可能な駆動機構を介して取付けられた監視装置本体と、前記容器の開口部を覆うように取付けられた耐熱性を有するカバーとを備えた監視装置を発電機器の常温域から１５００℃までの高温域の静止部に取付け、監視装置本体を水平監視角度３６０度及び垂直監視角度１８０度の範囲で可変しながら、発電機器内部の運転状況をオンラインで監視するようにしたことを特徴とする発電機器の監視システム。
2. 請求項１記載の発電機器の監視システムにおいて、前記監視装置は、前記容器の外周面に形成されたネジ部を前記発電機器の静止部に予め設けられているネジ孔に螺挿して取付けられることを特徴とする発電機器の監視システム。
3. 請求項１記載の発電機器の監視システムにおいて、前記カバーは、耐高温で５０℃から１５００℃の性質及び耐爆、耐エロージョンの性質を有する石英系の材料で形成されたことを特徴とする発電機器の監視システム。
4. 請求項１記載の発電機器の監視システムにおいて、前記駆動機構は、前記ベースに水平に回動可能に支持された円板と、この円板上に取付けられた一対の架台に回動自在に支持され且つ前記監視装置本体を垂直方向に回動させる支持軸と、前記円板を少なくとも水平監視角度３６０度の範囲で回動させるとともに、前記支持軸を垂直監視角度１８０度の範囲で回動させるモータで構成されたことを特徴とする発電機器の監視システム。
5. 請求項１記載の発電機器の監視システムにおいて、前記容器及びカバーにより形成される前記監視装置本体の周囲空間部を冷却システムにより冷却するようにしたことを特徴とする発電機器の監視システム。
6. 請求項５記載の発電機器の監視システムにおいて、前記冷却システムは、監視装置を冷却するための冷媒注入配管、冷媒放出口及び冷媒回収配管によって構成され、１００℃から１５００℃の高温環境下でドーム型監視装置全体の温度を一定に保ち、過酷な高温環境下での監視を可能にしたことを特徴とする発電機器の監視システム。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発電機器の監視システムにおいて、前記監視装置本体は、ケース内に監視窓に対応させて設けられた保護レンズと、この保護レンズを通して被検査対象部位を撮影するＣＣＤカメラと、被検査対象部位に向けて赤外線を発光する赤外線発光器と、被検査対象部位に向けてレーザを発光するレーザ発生源と、被検査対象部位から反射するレーザ光を感知するレーザ感知センサと、被検査対象部位に向けて超音波を発生する超音波発生源と、被検査対象部位から反射する超音波を感知する超音波感知センサとによって構成されたことを特徴とする発電機器の監視システム。
8. 請求項７記載の発電機器の監視システムにおいて、ＣＣＤカメラは１０〜１０００万画素を有し、赤外線発光器は１〜１００個の赤外線発光ダイオードを有し、その赤外線照射距離は、０．５〜５０ｍで、明視機能を有したことを特徴とする発電機器の監視システム。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の発電機器の監視システムにおいて、監視装置は、蒸気タービンや、ガスタービン内の静止部位に設置し、回動部及び静止部の変形や損傷状態を監視可能にしたことを特徴とする発電機器の監視システム。
10. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の発電機器の監視システムにおいて、監視装置は、ガスタービン燃焼器の内面側に設置し、燃焼ガスの燃焼状態や燃焼器の運転状態を監視可能にしたことを特徴とする発電機器の監視システム。

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