JP2009115090A - タービン内部構成要素の劣化の自動的検出及び通知 - Google Patents

Abstract

【課題】自動化コンピュータ実行式の蒸気タービンエンジン監視及び制御装置を提供する。
【解決手段】監視及び制御装置は、タービンシステム１００運転パラメータの監視を行い運転パラメータの継続的分析を実行してタービン内部構成要素の劣化を特定する。現在の運転データ３００は、長期の運転期間にて発生する変化を検出する３０５。監視タービンシステム運転パラメータの比較に基づいて３１０また検出変化の量又は比率に基づいて３７５、内部構成要素の劣化、タービン内部構成要素の損傷又は劣化の判定を行う３２０。報告又は警告通知を生成し３３０、メインテナンス計画及び／又は適切な損傷軽減処置を実行する。インターネット、通信ネットワークにより、ローカルオンサイト制御コンソール、インターネット又は通信ネットワーク上でウェブブラウザアプリケーションインタフェースを介して、監視システムと対話また情報へのアクセスを可能にする。
【選択図】図３

Description

本明細書に開示した主題は、総括的には、時の経過と共にタービンエンジンシステム内部で生じる可能性がある大きな量の緩やかに発生する機械内部構成要素の劣化を自動的に検出及び警告する方法に関し、より具体的には、或る期間にわたりタービンエンジン状態を継続的に診断しながらタービンエンジンシステム運転パラメータデータを監視してタービンエンジン内部構成要素の劣化を自動的に特定し、追跡しかつ早期に警告を行うコンピュータ制御式の方法に関する。

蒸気／ガスタービンの技術運転及びメインテナンスの分野では、タービン構成要素の劣化の兆候を早い段階で検出かつ認識して修理又は予防メインテナンス処置を立案しかつ実施するようにすることできることは、大いに望ましい。これ迄は、タービン運転パラメータデータは、特定の損傷事象の発生の兆候である一部の特定のタービン運転故障状態を診断するために使用されてきた。しかしながら、長期間にわたり緩やかに発生する可能性がある進行性の性能劣化（低下）を検出するための及び／又は１つ又はそれ以上の軽微な損傷事故の蓄積作用を検出するための公知の従来型のアプローチ又は一般的実施の方法は、何ら存在しない。さらに、そのような損傷及び劣化事象を効果的に診断しかつ情報収集するものであって、予防メインテナンス処置の立案及び実施を助けるのに十分なほど早期にタービンオペレータに対して通知又は警告を行う公知の従来型のアプローチ又は方法は何ら存在しない。蒸気／ガスタービンが運転されると、ブレード、シール、蒸気経路内の構成要素及びその他の内部部分／構成要素は、例えば冷媒流体からの硬い鉱物付着物のような物による継続的な磨耗及び劣化、異物／外来微粒子の偶発的導入により生じた損傷、予期せぬ事象によって生じた磨耗、その他を受ける。最も大きな運転変化事象は一般的に、明白であり、タービンエンジンシステムオペレータによって容易に検出されるが、多くの漸増的かつ徐々に発生する劣化事象は、たやすく見落とされるおそれがある。継続的に発生する内部構成要素の劣化は、タービンの総変換効率及び出力における漸進的かつ漸増的変化を引き起こし、これら変化は、オペレータが直ちには気付かないか或いは検出不能でさえある可能性がある。従って、タービンオペレータには、タービンを運転停止しかつ検査又は修理のために開いてみるまで或いは開いてみない限り、タービンの内部構成要素の状態を評価する正確な方法が全くない。その結果、進行中のまた徐々に発生する劣化による内部構成要素の瞬間状態に関する正確な情報がこのように不足しているので、タービンエンジンシステムのメインテナンス及び分解修理は、その有効性を最大化することになる時間の間に立案又は予定することができない。

従って、タービンエンジンシステムの運転パラメータにおける徐々に発生する変化を継続的に監視かつ検出し、内部構成要素の劣化の兆候である特定のパラメータにおける有意な又は大きな変化を自動的に特定し、また次にその劣化が大きな又は所定の有意レベルに達した時にタービンオペレータに対して通知又は警告を自動的に生成することができるシステム及び方法に対する必要性が存在する。さらに、タービンエンジンシステム内における徐々に発生する内部構成要素の劣化を検出するためのものであって、またインターネット又はその他の適当なＷＡＮ／ＬＡＮ通信リンクを介して実行しかつアクセスすることができる自動化監視及び警告生成／通知システムに対する必要性が存在する。

予定したメインテナンス処置の一層効果的な立案及び実施を可能にするようになった、タービンエンジン内部構成要素の劣化を自動的に監視し、検出しまた通知するための方法及びシステムを開示する。加えて、所定のタービン運転期間にわたり徐々に発生する可能性があるタービン運転パラメータにおける有意な／大きな変化をタービンオペレータに対して早期に通知及び警告するプロセスを実行するためのコンピュータ実行式の方法及びコンピュータ実行可能命令を含むコンピュータプログラム製品を開示する。具体的には、タービン運転パラメータを常時継続的に監視し、比較しまた評価して、内部構成要素の劣化及び／又は蓄積損傷の兆候であるあらゆる有意な／大きな徐々に発生する変化を特定しかつタービンオペレータに対して通信する劣化事象又は傾向の通知又は警告を自動的に生成する非限定的な例示的実施形態を開示する。加えて、オペレータのローカルオンサイト制御コンソールを介して或いは遠隔的にインターネット又はその他の適当な通信ネットワーク上でウェブブラウザアプリケーションインタフェースを介して、オペレータが監視システムと対話しまた情報にアクセスするのを可能にする非限定的な例示的実施形態を開示する。

図１は、従来型の対向流蒸気タービンエンジン及び関連する制御システムを示している。この例示的な利用形態では、対向流蒸気タービンシステムエンジン１００は、電力を発生する発電機１５０に連結されたロータシャフト１３５を回転させるために設けられる。運転中に、蒸気発生器（図示せず）によって供給される蒸気は、蒸気入口制御弁１１５により制御される入口パイプ１０５によってタービンエンジン１００の第１の部分組立体／セクション１０１内に導入される。タービンセクション１０１内に流入した蒸気は、膨張しかつロータシャフト１３５を回転させた後に、排出出口１２５から流出する。一般的に、出口１２５において排出された蒸気は、蒸気発生器に戻され、蒸気発生器において、蒸気は再加熱され、次に第２の入口制御弁１２０により制御される入口パイプ１１０を介してタービンエンジン１００の第２の部分組立体／セクション１０２内に再導入される。タービンの第２の部分組立体／セクション１０２内に導入された再加熱蒸気は、再び膨張して、ロータシャフト１３５に付加的な回転力を与えた後に、排出出口１３０を通して流出し、凝縮器ユニット（図示せず）に戻される。

タービンエンジン１００によって蒸気から取出されたエネルギーは、タービンロータシャフト１３５に連結された発電機１５０によって電気エネルギーに変換される。従来と同様に、タービンロータシャフト１３５は、軸方向スラスト軸受組立体１９０によって所定の位置に保持される。タービンの運転時に、様々な運転パラメータが、監視されかつ記録される。例えば、図１を参照すると、蒸気温度は、温度センサ１６０、１７０及び１８５によって監視することができ、蒸気圧力は、圧力センサ１６５、１５５及び１８０によって監視することができ、また生成される出力電力は、発電機１５０の出力端において監視することができる。スラスト軸受１９０の温度もまた、温度センサ１９５によって監視することができ、また軸受荷重は、スラスト軸受荷重センサ２００によって監視することができる。

図１に示すように、オンサイトタービンシステム制御コンピュータ１４０は、タービン計器を監視するためにまたタービンの運転を制御するために使用される。従来と同様に、制御コンピュータ１４０は、弁１１５、１２０の作動を制御して発電機１５０の発電率を制御する。制御コンピュータ１４０は、弁１１５、１２０と圧力センサ１６５、１５５、１８０、１９５とに対し作動可能に結合され、また蒸気入口弁１１５及び１２０の作動位置を制御する制御信号を生成するように構成される。制御コンピュータ１４０はまた、蒸気圧力センサ１６５、１５５、１８０からの蒸気圧力信号を監視するように構成され、また監視圧力信号に基づいて導管１０５及び１１０内の蒸気圧力を計算しかつ制御するように構成される。加えて、制御コンピュータ１４０は、圧力センサ１９５によって得られた、ロータシャフト１３５によりスラスト軸受１９０に作用する軸方向力を監視するように構成することができる。タービン制御コンピュータ１４０は、タービンシステム１００の運転を制御するための人−機械インタフェースを含む。装備する人−機械インタフェースは、様々な形態又はタイプのものとすることができるが、一般的には制御パネルと、タービンエンジン及び発電システムのための主要制御センタとして機能するオペレータインタフェース／ディスプレイ１４５とを含む。本明細書に開示した非限定的な例示的実施形態では、コンピュータ１４０は、上記のセンサ及び／又はその他の計器によって得られるタービン運転パラメータデータを継続的に監視するように構成される。コンピュータ１４０はまた、私設ＷＡＮ／ＬＡＮ通信ネットワーク又はイントラネットに対して結合され、また運転状態及びセンサデータを遠隔位置又はサーバに通信するための従来型のウェブブラウザアプリケーションを介してアクセス可能であるように構成される。

図２において、高レベルプロセスフロー図は、徐々に発生するタービン内部構成要素の劣化の自動的検出及び警告を実行するための非限定的な例示的プロセスの基本的概要を示している。ステップ２００に示すように、蒸気タービンがひとたび稼動し始めると、ブロック２０５に示すように、運転条件及びパラメータが、複数のセンサによって継続的に監視されかつ記録される。監視タービン運転パラメータは、所定の期間にわたり同一の運転条件下での同じタービンシステム／機械の運転から以前に記録された運転パラメータ値と継続的に比較される。運転時に、ブロック２１０に示すように、監視パラメータが以前の監視かつ記録パラメータと大きな又は有意な差異を示しているかどうかの判定が行われる。記録パラメータ変化に大きな又は有意な差異又は傾向が検出されまたタービン性能の低下又は内部構成要素の劣化の兆候を示した場合には、劣化を受けていると最も予想されるタービン構成要素／部分システムを特定するために分析を行い、ブロック２１５に示すように、警告又は通知を記録しかつタービンシステムオペレータに提供するか、或いはそれらをタービンシステムオペレータとってアクセス可能にする。通知は、必要に応じてインターネットを介して又は私設ＷＡＮ／ＬＡＮ通信基盤を介してコンピュータ１４０（図１）により通信することができる。例えば、通知は、従来型の電子メールタイプのメッセージを所定の受信アドレスに送信又は転送することによって実行することができ、また／或いは通知は、タービン運転情報を保持しかつ従来型のウェブブラウザ又はその他のインタフェースアプリケーションを介して、システム警告通知、タービン運転状態、運転パラメータデータ及び履歴並びにその他の運転情報のようなタービン運転情報に対するオンラインアクセスをタービンオペレータ又はその他の承認ユーザに可能にする機密保持サーバに提供することができる。

次に図３を参照すると、ここに示すのは、緩やかに発生するタービン内部構成要素の劣化を自動的に検出しかつ警告するための制御コンピュータによって実行される非限定的な例示的ステップを示す一層詳細なフロー図である。上述したように、以下の例示的な方法の有利な点は、タービン性能の低下と構成要素の磨耗及び／又は緩やかに蓄積する構成要素の損傷との原因及びその度合いが、その磨耗又は損傷が有意な状態になると直ぐにかつその磨耗又は損傷がシステムの故障を引き起こすよりも十分前に、タービンシステム所有者／オペレータに通知されることである。ステップ３００において、制御コンピュータ１４０は、スラスト軸受温度、蒸気圧力、タービン出力、蒸気温度、スラスト軸受荷重、その他のような様々なタービンエンジン運転パラメータをタービンエンジンの作動時に監視する。判定ステップ３０５に示すように、制御コンピュータ１４０は、監視しているパラメータのいずれかが、与えられた所定のタービン運転ポイント／条件において変化したかどうかを判定する。変化した場合には、それらの運転パラメータは、ブロック３１０に示すように同じパラメータにおける過去の値と比較し、またブロック３１５に示すように、タービンのどの部品又は構成要素がそのパラメータ変化の最も可能性がある原因であるかについて判定を行う。ブロック３２０に示すように、過去の運転パラメータ値の比較が、現在のパラメータ値における変化が有意でありかつ更なる調査を是認することを示している場合には、警告又は通知がオペレータディスプレイインタフェース１４５（図１）に表示され、また／又はタービン運転情報を保持しかつ前述したようにその情報に対するオンラインアクセスを可能にする遠隔機密保持サーバに送信される。

運転パラメータに対する検出した変化が、所定の大きな／有意な差異よりも小さいか又は所定の測定誤差マージの範囲内である場合には、その検出変化は、将来の傾向分析を行うために記録され、またブロック３００に示すように、パラメータの監視が継続される。判定ブロック３０５に示すように、タービン電気出力が所定の運転条件において変化しなかった場合には、ブロック３７５に示すように、蒸気温度及び／又は軸受温度及び／又は軸受荷重のようなその他の運転パラメータが点検して、それらが、所定の運転条件において変化したかどうかを判定する。ブロック３２０において、これらの変化が更なる調査を是認するのに十分なほど大きい又は有意であると判定された場合には、タービンのオペレータは、ディスプレイインタフェース１４５（図１）を介して直ちに通知を受ける。

上記の非限定的な例示的実施形態の技術的な効果は、タービン内部構成要素の劣化の兆候である長期間にわたり徐々に現れ又は蓄積するタービンエンジン運転パラメータにおける有意な／大きな変化を監視し、検出しかつ警告して、タービンエンジンオペレータに対して劣化の通知及び／又は警告を早期に提供してメインテナンス処置の立案及び実施を可能にするようになった自動的システムである。

上記のように、本発明の実施は、コンピュータ実行式のプロセス及びそれらのプロセスを実施するための装置の形態として具現化することができる。本発明の実施はまた、フロッピディスク、ＣＤ ＲＯＭ、ハードドライブ、又はその他のあらゆるコンピュータ可読記憶媒体のような有形的表現媒体内に具体化した命令を含むコンピュータプログラムコードの形態として具現化することができ、その場合に、コンピュータ内にコンピュータプログラムコードをロードしかつそのコンピュータによってコンピュータプログラムコードを実行する時に、そのコンピュータは、特許請求した本発明を実施するための装置となる。本発明の実施はまた、それが例えば記憶媒体内に記憶されようが、コンピュータにロードされかつ／又はコンピュータによって実行されようが、或いは電気ワイヤ又はケーブルのような何らかの送信媒体を介して、光ファイバを介して又は電磁放射線を介して送信されようが、コンピュータプログラムコードの形態として具現化することができ、その場合に、コンピュータ内にコンピュータプログラムコードをロードしかつ／又はそのコンピュータによってコンピュータプログラムコードを実行する時に、そのコンピュータは、特許請求した本発明を実施するための装置となる。汎用マイクロプロセッサ上で実行する場合には、このコンピュータプログラムコードセグメントは、専用論理回路（つまり、プログラム化論理回路）を形成するマイクロプロセッサを構成する。

本明細書は最良の形態を含む幾つかの実施例を使用して、本発明を開示し、さらにあらゆる装置又はシステムを製作しかつ使用しまたあらゆる組込み方法を実行することを含む本発明の当業者による実施を可能にする。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、また当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、本発明の技術的範囲内に属することになることを意図している。

例示的な対向流蒸気タービンとその制御システム構成の全体的概略図。 タービン機械内における緩やかに発生する内部劣化を自動的に検出しかつ警告する非限定的な例示的プロセスを示す高レベルプロセス流れ図。 タービン機械における緩やかに発生する内部劣化を自動的に検出しかつ警告する例示的なコンピュータ実行式の方法を示す詳細流れ図。

符号の説明

１００ システムエンジン
１３５ ロータシャフト
１５０ 発電機
１０１ 部分組立体／セクション
１００ タービンエンジン
１０５ 入口パイプ
１１５ 制御弁
１０１ タービンセクション
１２５ 排気出口
１０２ 部分組立体／セクション
１１０ 入口パイプ
１２０ 制御弁
１３０ 排気出口
１９０ スラスト軸受組立体
１６０、１７０、１８５ 温度センサ
１６５、１５５、１８０ 圧力センサ
１９５ 温度センサ
２００ 荷重センサ
１４０ 制御コンピュータ
１１５、１２０ 弁
１５５、１６５、１８０、１９５ 圧力センサ
１０５、１１０ 導管
１００ タービンシステム
１４５ インタフェース／ディスプレイ
１４０ コンピュータ
２００ ステップ
２０５ ブロック
２１０ ブロック
２１５ ブロック
３００ ステップ
３０５ ステップ
３１０ ステップ
３１５ ブロック
３２０ ブロック
３７５ ブロック

Claims (10)

1. 時間の経過と共にその内部で発生する構成要素の劣化の自動的検出及び警告を行うようになったタービンエンジン発電システムであって、該タービンシステム（１００）が、
   制御コンピュータ（１４０）と、
   前記制御コンピュータによって実行可能なコンピュータプログラム命令（図３）をその上に記憶したコンピュータ可読記憶媒体と、
   を含み、前記コンピュータプログラム命令が、前記タービンエンジン発電システム制御コンピュータに、
   所定の期間にわたり１つ又はそれ以上のタービン運転パラメータを監視させかつ記録させ（３００）、
   現在の運転パラメータ値を以前の記録パラメータ値と比較させ（３１０）、かつ大きな値の変化を生じた運転パラメータを特定させ（３１５）、また
   前記大きな変化を生じたとして特定された運転パラメータに関する警告通知を生成させる（３３０）、
   タービンエンジン発電システム。
2. 前記コンピュータプログラム命令が、前記制御コンピュータに、タービン電気出力が所定のタービン運転条件において所定の期間にわたり所定の量だけ変化したかどうかをさらに判定させる（３０５）、請求項１記載のタービンエンジン発電システム。
3. 前記タービン運転パラメータが、蒸気圧力、スラスト軸受温度、スラスト軸受荷重又は電気出力の少なくとも１つを含む（３００）、請求項１又は２に記載のタービンエンジン発電システム。
4. 前記制御コンピュータが、インターネット又は私設ＷＡＮ／ＬＡＮ通信ネットワークに結合され、
   前記コンピュータプログラム命令が、前記制御コンピュータが前記通知及び／又はその他のタービンシステム運転情報を通信するために従来型のウェブブラウザを介して遠隔位置からアクセス可能になるのを可能にする、
   請求項１乃至３のいずれか1項に記載のタービンエンジン発電システム。
5. 前記制御コンピュータが、インターネット又は私設ＷＡＮ／ＬＡＮ通信ネットワークに結合され、
   前記コンピュータプログラム命令が、前記制御コンピュータに、タービン運転情報を保持しかつ従来型のウェブブラウザを介して前記情報に対するオンラインアクセスを可能にする機密保持サーバに対して前記通知をさらに通信させる、
   請求項１乃至３のいずれか1項に記載のタービンエンジン発電システム。
6. タービン（１００）の内部劣化を自動的に検出する方法であって、
   タービン運転の所定期間にわたり特定の運転ポイントにおいて１つ又はそれ以上のタービン運転パラメータを監視しかつ記録するステップ（３００）と、
   最近の監視タービン運転パラメータ値を以前の実測運転パラメータ値と比較し（３１０）かつ大きな変化を生じた実動運転パラメータを特定するステップ（３２０）と、
   前記運転パラメータが内部構成要素の劣化の兆候である大きな変化を生じたとして特定された場合に、警告通知を生成するステップ（３３０）と、を含む、
   方法。
7. タービンシステム（１００）電気出力（１５０）が所定のタービンシステム運転期間にわたり所定の量だけ変化したかどうかを判定するステップ（３０５）と、
   前記タービンシステム電気出力が、前記所定のタービンシステム運転期間にわたり前記所定の量だけ変化した場合に、警告通知を生成するステップ（３３０）と、
   をさらに含む、請求項６記載の方法。
8. 前記タービン運転パラメータが、蒸気圧力、スラスト軸受温度、スラスト軸受荷重又は電気出力の少なくとも１つを含む（３００）、請求項６又は７に記載の方法。
9. 前記通知が、インターネット接続を介して所定の受信者に通信される、請求項６乃至８のいずれか1項に記載の方法。
10. 前記通知が、タービン運転情報を保持しかつ従来型のウェブブラウザを介してオンラインアクセスを可能する機密保持サーバに提供される、請求項６乃至９のいずれか1項に記載の方法。

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