JP2011085116A - 舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】舶用主機蒸気タービンの運転条件を、タービン出力の変動および外部要因の影響を排除して正確に診断することができる、運転監視・診断方法を提供する。
【解決手段】運転監視・診断方法は、（ａ）運転条件に関する運転データを時系列データとして継続的に取得する工程Ｓ１と、（ｂ）舶用主機蒸気タービンのタービン出力に関する出力データを時系列データとして取得する工程Ｓ３と、（ｃ）診断対象となる期間を任意に指定する工程Ｓ７と、（ｄ）出力データのうち指定期間内に属するものを抽出する工程Ｓ９と、（ｅ）指定期間における出力データと運転データとの関係を「タービン出力−運転条件グラフ」として表示する工程Ｓ１３と、（ｆ）「タービン出力−運転条件グラフ」から運転条件の適否を診断する工程Ｓ２１とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、舶用主機蒸気タービンの運転条件を監視するとともに、監視により得られた情報に基づいて当該運転条件の適否を診断する、舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法に関する。

近年、蒸気タービンを主機とするＬＮＧ(Liquefied Natural Gas)船が多数運航されているが、運航コストの削減の観点から、運航時におけるエネルギー効率の向上や、定期点検費用等の削減が重大な課題となっている。これらの課題を解決するためには、主機蒸気タービンの劣化や故障を早期に発見して必要な措置を取ることや、効率向上のための最適化された運転を行うことが有効であり、従来では、主機蒸気タービンの運転条件に関するデータを継続的に取得することによって、運転条件を監視していた。そして、当該データの経時的な変化をグラフに表示し、当該グラフから得られた情報に基づいて運転条件の適否を診断していた。しかし、上記運転条件に関するデータは、一定の時間間隔で取得した時系列データであり、上記グラフは、横軸および縦軸の一方に「時刻」を取り、他方に「運転条件」を取った時系列グラフであることから、当該時系列グラフから主機蒸気タービンの劣化や故障を読み取ることは容易ではなかった。

つまり、運転条件に関するデータは、主機蒸気タービンの負荷（すなわちタービン出力）の変動や、様々な外部要因（航行海域の水温等）の影響を受けていることから、たとえば、上記時系列グラフから、或る時点のデータが大きく変動していることが分かったとしても、その原因が「タービン出力の変動」によるものなのか、「主機蒸気タービンの劣化や故障」によるものなのか、それとも海水温度の変化等の「外部要因」によるものなのかを正確に診断することはできなかった。

一方、特許文献１には、発電プラントに関して、系統異常による性能変化の原因を、異常事象ごとに特徴的なパターンを示すモデルデータに基づいて診断する方法が記載されているが、この方法は、異常事象が発生する度にその発生原因を上記パターンに基づいて事後的に診断するものであるため、異常事象が発生する前後の状態を把握したり、一旦発生した異常事象が将来的にどのように推移していくかを予測したりすることができなかった。

特開２００４−２９３４７８号公報（段落［００３７］）

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、舶用主機蒸気タービンの運転条件をタービン出力の変動の影響を排除して正確に診断することができ、また、劣化や故障が発生する前後の状態を把握したり、劣化や故障等の状態変化の将来的な推移を予測したりすることができる、舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法は、舶用主機蒸気タービンの運転条件を監視するとともに当該運転条件の適否を診断する、舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法であって、（ａ）前記運転条件に関する運転データを時系列データとして継続的に取得する工程と、（ｂ）前記舶用主機蒸気タービンのタービン出力に関する出力データを時系列データとして取得する工程と、（ｃ）診断対象となる期間を任意に指定する工程と、（ｄ）前記（ｂ）工程で取得した前記出力データのうち前記（ｃ）工程で指定した期間内に属するものを抽出する工程と、（ｅ）横軸および縦軸の一方に前記タービン出力を取り、他方に前記運転条件を取って、前記期間における前記出力データと前記運転データとの関係を「タービン出力−運転条件グラフ」として表示する工程と、（ｆ）前記「タービン出力−運転条件グラフ」から前記運転条件の適否を診断する工程とを備える。

この構成では、横軸および縦軸の一方にタービン出力を取り、他方に当該タービン出力に対応する運転条件を取って、任意に指定した期間内における出力データと運転データとの関係を「タービン出力−運転条件グラフ」として表示するようにしているので、タービン出力の変動の影響を受けることなく、運転条件の適否を正確に診断することができる。また、診断対象となる期間を任意に選択することができるので、当該期間を切り換えることによって、劣化や故障が発生する前後の状態を把握することができ、また、劣化や故障等の状態変化の将来的な推移を予測することができる。なお、「運転条件」としては、たとえば、「蒸気圧力」、「海水入口・出口温度」、「復水器真空」および「海水入口出口温度差」等を用いることができる。

前記（ｆ）工程の前に、（ｇ）指定条件によって運転データを抽出する工程を備えていてもよい。

この構成では、指定条件によって診断の妨げとなる要因を排除することにより、運転条件の適否を正確に診断することができる。

前記（ｆ）工程の前に、（ｈ）設計条件に対する運転データ実測値の偏差を補正する標準化処理工程を備えていてもよい。

この構成では、設計条件に対する運転データ実測値の偏差を補正することにより、外部要因の影響を排除して運転条件の適否を正確に診断することができる。

前記（ｅ）工程では、前記運転データの設計値を「設計グラフ」として「タービン出力−運転条件グラフ」と共に表示し、前記（ｆ）工程では、前記「タービン出力−運転条件グラフ」および前記「設計グラフ」から前記運転条件の適否を診断するようにしてもよい。

この構成では、「タービン出力−運転条件グラフ」と「設計グラフ」とを対比することによって、運転条件の適否を簡単に診断することができる。

前記（ｅ）工程では、劣化や故障に対する措置を取るために必要な情報を前記「タービン出力−運転条件グラフ」と共に表示するようにしてもよい。

この構成では、劣化や故障に対する措置を、表示された情報に基づいて迅速かつ的確に取ることができる。

前記（ａ）工程では、前記運転データとして前記舶用主機蒸気タービンの「蒸気室圧力」に関するデータを取得し、前記（ｅ）工程では、前記舶用主機蒸気タービンに設けられたノズル弁の複数の動作態様に対応した複数の前記「設計グラフ」を表示し、前記（ｆ）工程では、前記「タービン出力−運転条件グラフ」および前記複数の「設計グラフ」から前記ノズル弁の動作態様の適否を診断するようにしてもよい。

この構成では、ノズル弁の動作態様の適否を診断することができるので、その診断結果に基づいてノズル弁の動作態様を最適化することができる。

前記課題を解決するために、本発明に係る舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法は、舶用主機蒸気タービンの運転条件を監視するとともに当該運転条件の適否を診断する、舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法であって、（ａ）前記運転条件に関する運転データを時系列データとして継続的に取得する工程と、（ｂ）前記舶用主機蒸気タービンのタービン出力に関する出力データを時系列データとして取得する工程と、（ｃ）診断対象となる期間を任意に指定する工程と、（ｄ）前記（ｂ）工程で取得した前記出力データのうち前記（ｃ）工程で指定した期間内に属するものから任意に指定した指定出力域に属するものを抽出する工程と、（ｅ）横軸および縦軸の一方に時刻を取り、他方に運転条件を取って、前記時刻と前記指定出力域に属する前記出力データに対応する前記運転データとの関係を「時刻−運転条件グラフ」として表示する工程と、（ｆ）前記「時刻−運転条件グラフ」から前記運転条件の適否を診断する工程とを備える。

この構成では、時刻と指定出力域に属する出力データに対応する運転データとの関係を「時刻−運転条件グラフ」として表示するようにしているので、出力データの変動の影響を抑制して、運転条件の適否を正確に診断することができる。また、診断対象となる期間を任意に選択することができるので、当該期間を切り換えることによって、劣化や故障が発生する前後の状態を把握することができ、また、劣化や故障等の状態変化の将来的な推移を予測することができる。

前記（ｆ）工程の前に、（ｇ）指定条件によって運転データを抽出する工程を備えていてもよい。

この構成では、指定条件によって診断の妨げとなる要因を排除することにより、運転条件の適否を正確に診断することができる。

前記（ｆ）工程の前に、（ｈ）設計条件に対する運転データ実測値の偏差を補正する標準化処理工程を備えていてもよい。

この構成では、設計条件に対する運転データ実測値の偏差を補正することにより、外部要因の影響を排除して運転条件の適否を正確に診断することができる。

前記（ｅ）工程では、前記運転データの設計値を「設計グラフ」として「時刻−運転条件グラフ」と共に表示し、前記（ｆ）工程では、前記「時刻−運転条件グラフ」および前記「設計グラフ」から前記運転条件の適否を診断するようにしてもよい。

この構成では、「時刻−運転条件グラフ」と「設計グラフ」とを対比することによって、運転条件の適否を簡単に診断することができる。

前記（ｅ）工程では、劣化や故障に対する措置を取るために必要な情報を前記「時刻−運転条件グラフ」と共に表示するようにしてもよい。

この構成では、劣化や故障に対する措置を、表示された情報に基づいて迅速かつ的確に取ることができる。

本発明の舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法によれば、タービン出力の変動の影響を排除または抑制して、運転条件の適否を正確に診断することができる。また、診断対象となる期間を切り換えながら、上記「タービン出力−運転条件グラフ」または上記「時刻−運転条件グラフ」を表示することによって、劣化や故障が発生する前後の状態を把握したり、劣化や故障等の状態変化の将来的な推移を予測したりすることができる。

図１は、実施形態に係る舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法が適用される舶用主機蒸気タービンおよび蒸気タービンプラントの構成を示す系統図である。 図２は、図１に示した舶用主機蒸気タービンに使用されるノズル弁の動作態様を示す図であり、（Ａ）は「Open/Open」を示す図、（Ｂ）は「Open/Close」を示す図、（Ｃ）は「Close/Close」を示す図である。 図３は、第１実施形態に係る舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法を示すフロー図である。 図４は、図３におけるステップＳ１およびＳ３の工程で得られるデータを示すグラフであり、（Ａ）は「タービン出力」のデータを示す時系列グラフ、（Ｂ）は「蒸気圧力」のデータを示す時系列グラフ、（Ｃ）は「海水入口・出口温度」および「復水器真空」のデータを示す時系列グラフである。 図５は、図３におけるステップＳ１３の工程で表示される「タービン出力−蒸気室圧力グラフ」である。 図６は、図３におけるステップＳ１３の工程で表示される「タービン出力−復水器真空グラフ」である。 図７は、図３におけるステップＳ１３の工程で表示される「タービン出力−抽気圧力グラフ」である。 図８は、図３におけるステップＳ１３の工程で表示される「回転数−タービン出力グラフ」である。 図９は、図３におけるステップＳ１３の工程で表示される「タービン出力−１段後圧力グラフ」である。 図１０は、図３におけるステップＳ１３の工程で表示される「タービン出力−海水入口・出口温度グラフ」である。 図１１は、図３のステップＳ１５の工程において、図５のグラフに対してノズル弁が「Open/Close」であることを指定条件として蒸気室圧力のデータを抽出したグラフである。 図１２は、図３のステップＳ１９の工程において、図６のグラフに対して「対処法」を表示したグラフである。 図１３は、図３のステップＳ１９の工程において、図７のグラフに対して「原因」を表示したグラフである。 図１４は、第２実施形態に係る舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法を示すフロー図である。 図１５は、図１４におけるステップＳ１の工程で得られる「復水器真空」のデータを示す時系列グラフである。 図１６は、図１４におけるステップＳ１１の工程で取得される「海水入口出口温度差」のデータ（追加運転データ）を示す時系列グラフである。 図１７は、図１４におけるステップＳ２３の工程で表示される「時刻−復水器真空グラフ」に対して、ステップＳ２５およびＳ１５のそれぞれの工程で指定条件によるデータの抽出を行うとともに、ステップＳ１９の工程で「原因」および「対処法」を表示したグラフである。 図１８は、図１４におけるステップＳ２３の工程で表示される「時刻−海水入口出口温度差グラフ」に対して、ステップＳ２５およびＳ１５のそれぞれの工程で指定条件によるデータの抽出を行うとともに、ステップＳ１９の工程で「原因」および「対処法」を表示したグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る「舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法」（以下、単に「運転監視・診断方法」という。）について説明する。なお、実施形態に係る「運転監視・診断方法」は、蒸気タービンプラント１０に組み込まれた舶用主機蒸気タービン１２に適用されるため、以下では、まず、「蒸気タービンプラント１０の全体構成」について説明し、その後、「運転監視・診断方法」について説明する。

［蒸気タービンプラントの全体構成］
図１に示すように、蒸気タービンプラント１０は、ＬＮＧ船等のような船舶の動力装置であり、舶用主機蒸気タービン１２、減速装置１４、プロペラ１６、ボイラ１８、復水器２０、空気抽出装置２２、復水ポンプ２４、グランドコンデンサ２６、低圧給水加熱器２８、脱気器３０、給水ポンプ３２、高圧給水加熱器３４、データ収集装置３６、データ処理装置３８および表示装置４０等を備えている。そして、ボイラ１８および舶用主機蒸気タービン１２が配管４２ａを介して連通されることによって蒸気系統Ｌ１が構成されており、復水器２０、復水ポンプ２４、グランドコンデンサ２６、低圧給水加熱器２８および脱気器３０が配管４２ｂを介して連通されることによって復水系統Ｌ２が構成されている。また、脱気器３０、給水ポンプ３２、高圧給水加熱器３４およびボイラ１８が配管４２ｃを介して連通されることによって給水系統Ｌ３が構成されており、復水器２０および空気抽出装置２２が配管４２ｄを介して連通されることによって空気抽出系統Ｌ４が構成されている。

ボイラ１８は、燃料（重油等）を燃焼させることによって蒸気を生成するものであり、ボイラ１８で生成された蒸気が配管４２ａを通して舶用主機蒸気タービン１２に与えられる。

舶用主機蒸気タービン１２は、蒸気から動力を段階的に効率よく取り出すために、高圧タービン４４と低圧タービン４６とを備えている。高圧タービン４４は、蒸気室Ｕ１を構成する蒸気室ケーシング４８と、蒸気室Ｕ１の下流側においてタービン室Ｕ２を構成するタービンケーシング５０とを有しており、蒸気室Ｕ１とタービン室Ｕ２との間には、ノズル弁５２（図２）が配置されており、タービン室Ｕ２には、タービンロータ５４と、タービンロータ５４に取り付けられた複数の回転翼（図示省略）とが配置されている。

ノズル弁５２は、図２（Ａ）に示すように、蒸気室Ｕ１とタービン室Ｕ２とを連通する３つの蒸気供給口５６ａ，５６ｂおよび５６ｃと、蒸気供給口５６ａおよび５６ｂを個別に開閉する２つの開閉弁５８ａおよび５８ｂとを有しており、開閉弁５８ａおよび５８ｂを操作することによって、図２（Ａ）に示す「Ｏｐｅｎ／Ｏｐｅｎ」、図２（Ｂ）に示す「Ｏｐｅｎ／Ｃｌｏｓｅ」および図２（Ｃ）に示す「Ｃｌｏｓｅ／Ｃｌｏｓｅ」のいずれかの動作態様が選択される。なお、蒸気供給口５６ｃは常に開放されているため、「Ｃｌｏｓｅ／Ｃｌｏｓｅ」の動作態様が選択された場合でも、蒸気供給口５６ｃからの蒸気供給は可能である。

一方、低圧タービン４６は、タービン室Ｕ３を構成するタービンケーシング６０を有しており、タービン室Ｕ３には、タービンロータ６２と、タービンロータ６２に取り付けられた複数の回転翼（図示省略）とが配置されており、高圧タービン４４の排気口と低圧タービン４６の給気口とが連通路６４を介して連通されている。

そして、タービン室Ｕ２の中流部と高圧給水加熱器３４とが配管７０ａを介して連通されており、連通路６４と脱気器３０とが配管７０ｂを介して連通されており、タービン室Ｕ３の中流部と低圧給水加熱器２８とが配管７０ｃを介して連通されている。また、配管７０ａには、その内部の圧力（以下、「高圧抽気圧力」という。）を測定するための圧力センサ７２ａが取り付けられており、配管７０ｂには、その内部の圧力（以下、「中圧抽気圧力」という。）を測定するための圧力センサ７２ｂが取り付けられており、配管７０ｃには、その内部の圧力（以下、「低圧抽気圧力」という。）を測定するための圧力センサ７２ｃが取り付けられている。さらに、蒸気室ケーシング４８には、その内部の圧力（以下、「蒸気室圧力」という。）を測定するための圧力センサ７２ｄが取り付けられており、タービンケーシング５０には、第１段目の回転翼（図示省略）の直後の圧力（以下、「１段後圧力」という。）を測定するための圧力センサ７２ｅが取り付けられている。

減速装置１４は、ギアケーシング７４と、ギアケーシング７４の内部に収容されたギアユニット（図示省略）とを有しており、ギアユニットの２つの入力側ギアに対してタービンロータ５４および６２が接続されており、出力側ギアに対してプロペラ１６のシャフト１６ａが接続されている。そして、シャフト１６ａには、シャフト１６ａの「回転数」および「タービン出力」を測定するための出力センサ７６が取り付けられている。

配管４２ａから高圧タービン４４の蒸気室Ｕ１に蒸気が与えられると、当該蒸気がノズル弁５２の動作態様（図２）に応じた蒸気供給量にてタービン室Ｕ２に与えられ、複数の回転翼に蒸気圧力が段階的に作用してタービンロータ５４が回転される。タービン室Ｕ２内の最終段の回転翼を通過した蒸気は、タービン室Ｕ２の最下流部に設けられた排気口から排出され、連通路６４を通して低圧タービン４６のタービン室Ｕ３に与えられる。そして、複数の回転翼に蒸気圧力が段階的に作用してタービンロータ６２が回転される。タービン室Ｕ３内の最終段の回転翼を通過した蒸気は、タービン室Ｕ３の最下流部に設けられた排気口を通して復水器２０に与えられる。

復水器２０は、低圧タービン４６の排気口に連通された復水器胴体８０と、復水器胴体８０の内部に配置された冷却管８２と、冷却管８２の入口に接続された入口管８４と、冷却管８２の出口に接続された出口管８６とを有している。そして、復水器胴体８０には、配管４２ｂを介して復水ポンプ２４が接続されるとともに、配管４２ｄを介して空気抽出装置２２が接続されている。さらに、復水器胴体８０には、その内部の圧力（以下、「復水器真空」という。）を測定するための圧力センサ７２ｆが取り付けられており、入口管８４には、その内部の海水温度（以下、「海水入口温度」という。）を測定するための温度センサ８８ａが取り付けられており、出口管８６には、その内部の海水温度（以下、「海水出口温度」という。）を測定するための温度センサ８８ｂが取り付けられている。

復水器２０においては、タービン室Ｕ３の排気口から復水器胴体８０内に供給された蒸気が、入口管８４から冷却管８２に供給された海水によって冷却凝縮されて復水に戻される。そして、蒸気との間で熱交換された海水は、出口管８６から排出され、蒸気から生成された復水は、配管４２ｂを通して復水ポンプ２４に与えられる。また、復水器胴体８０内の空気は空気抽出装置２２によって常時抽出され、これにより「復水器真空」が保持される。

空気抽出装置２２は、復水器２０内の空気を常時抽出するとともに、必要に応じて「復水器真空」を調整することもでき、真空ポンプ９０、空気エゼクタ９２、逆止弁９４および真空調整弁９６を備えている。空気エゼクタ９２は、ノズル９２ａ、吸引室９２ｂ、ディフューザ９２ｃ、抽気口９２ｄおよび外気口９２ｅを有しており、抽気口９２ｄに対して配管４２ｄが逆止弁９４を介して接続されており、外気口９２ｅに対して真空調整弁９６が取り付けられており、ディフューザ９２ｃの吐出口に対して真空ポンプ９０の吸入口が接続されている。

空気抽出装置２２において、真空ポンプ９０が駆動されると、大気中の空気（すなわち駆動空気）がノズル９２ａから吸引室９２ｂを通してディフューザ９２ｃに引き込まれ、当該駆動空気がディフューザ９２ｃで高速化されることによって、吸引室９２ｂの内部が負圧に減圧される。すると、復水器２０内の空気が当該負圧によって吸引され、配管４２ｄ、逆止弁９４および抽気口９２ｄを通して吸引室９２ｂ内に取り込まれ、駆動空気と共にディフューザ９２ｃから排出される。そして、「復水器真空」を調整する際には、真空調整弁９６が調節され、外気口９２ｅから吸引室９２ｂに取り込まれる空気量が調整されることによって空気エゼクタ９２の能力が調整される。

復水ポンプ２４は、復水器２０内の復水を吸引してグランドコンデンサ２６へ圧送するものであり、グランドコンデンサ２６は、タービングランド部から漏洩した蒸気を利用して復水を加熱するものであり、低圧給水加熱器２８は、タービン室Ｕ３の中流部から抽出された低圧蒸気を利用して復水をさらに加熱するものである。脱気器３０は、連通路６４から抽出された中圧蒸気を利用して復水をさらに加熱するとともに、復水に溶け込んだ酸素および非凝縮性ガスを取り除くものである。

給水ポンプ３２は、脱気器３０から水（すなわち給水）を吸引して高圧給水加熱器３４へ圧送するものであり、高圧給水加熱器３４は、タービン室Ｕ２の中流部から抽出された高圧蒸気を利用して復水をさらに加熱するものであり、高圧給水加熱器３４から排出された高温の給水が給水ポンプ３２の吐出圧によってボイラ１８に与えられる。

データ収集装置３６は、舶用主機蒸気タービン１２の運転条件に関するデータ（以下、「運転データ」という。）を収集するものであり、図示していないが、各種の演算処理を実行する中央演算装置（ＣＰＵ）と、各種のデータを記憶する記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ）とを有している。そして、データ収集装置３６には、図１中の点線で示す電気配線を介して、圧力センサ７２ａ〜７２ｆ、出力センサ７６および温度センサ８８ａ，８８ｂが接続されており、圧力センサ７２ａ〜７２ｆおよび温度センサ８８ａ，８８ｂで検出された運転データが、検出時刻と関連付けて記憶装置に記憶される。また、データ収集装置３６では、出力センサ７６が検出した「タービン出力」に関するデータ（以下、「出力データ」という。）が検出時刻と関連付けて記憶装置に記憶される。

データ処理装置３８は、データ収集装置３６によって収集された各種の運転データを、舶用主機蒸気タービン１２の運転を監視・診断するのに適するように処理したり、「出力データ」と「運転データ」とに基づいてグラフを作成したり、「時刻」と「運転データ」とに基づいてグラフを作成したりするものであり、図示していないが、各種の演算処理を実行する中央演算装置（ＣＰＵ）と、各種のデータを記憶する記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ）とを有している。なお、データ収集装置３６からデータ処理装置３８へのデータ転送は、有線通信および無線通信のいずれであってもよく、また、データ収集装置３６とデータ処理装置３８とを完全に分離して、記録媒体を用いてデータを移動させるようにしてもよい。そして、データ転送に無線通信を採用した場合には、船舶にデータ収集装置３６を設置するとともに、陸上基地にデータ処理装置３８を設置し、船舶から陸上基地にデータを転送するようにしてもよい。

表示装置４０は、データ処理装置３８から出力された各種のグラフ、「原因」に関する情報、および「対処法」に関する情報等を表示する装置であり、具体的には、液晶表示装置等が使用される。

［蒸気タービンプラントの動作］
蒸気タービンプラント１０の運転が開始されると、図１に示すように、蒸気系統Ｌ１の始点に位置するボイラ１８によって蒸気が生成され、この蒸気が舶用主機蒸気タービン１２に与えられてプロペラ１６が回転される。舶用主機蒸気タービン１２で仕事を終えた蒸気は、復水器２０で冷却凝縮されて復水に戻され、復水系統Ｌ２および給水系統Ｌ３を経てボイラ１８に戻される。また、空気抽出系統Ｌ４では、真空ポンプ９０が駆動されることによって復水器２０の内部の空気が吸引され、「復水器真空」が保持される。

［運転監視・診断方法］
（第１実施形態）
第１実施形態に係る「運転監視・診断方法」は、舶用主機蒸気タービン１２の運転条件を監視するとともに、監視により得られた「出力データ」および「運転データ」に基づいて当該運転条件の適否を診断するものであり、蒸気タービンプラント１０の運転と連動して、図３のフロー図に従って実行される。

「運転監視・診断方法」が開始されると、まず、ステップＳ１において、運転データを時系列データとして継続的に取得する工程が実行される。つまり、圧力センサ７２ａ〜７２ｆ、出力センサ７６および温度センサ８８ａ，８８ｂ等によって運転データが継続的に検出され、当該運転データがデータ収集装置３６によって所定の時間間隔で継続的に収集される。収集された運転データは、適宜取り出し可能なように、検出時刻と関連付けて記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ）に記憶される。データ収集装置３６が運転データを収集する時間間隔は、任意に選択可能であり、本実施形態では選択スイッチ等によって「４時間」が選択されている。

データ収集装置３６が収集する運転データは、具体的には、圧力センサ７２ａが検出した「高圧抽気圧力」、圧力センサ７２ｂが検出した「中圧抽気圧力」、圧力センサ７２ｃが検出した「低圧抽気圧力」、圧力センサ７２ｄが検出した「蒸気室圧力」、圧力センサ７２ｅが検出した「１段後圧力」、圧力センサ７２ｆが検出した「復水器真空」、出力センサ７６が検出した「回転数」、温度センサ８８ａが検出した「海水入口温度」、温度センサ８８ｂが検出した「海水出口温度」である。

次のステップＳ３では、舶用主機蒸気タービン１２の「タービン出力」に関するデータ（すなわち出力データ）を時系列データとして取得する工程が実行される。「運転データの取得」と「タービン出力の取得」とが完了すると、ステップＳ５においてデータ処理装置３８によるデータを読み込む工程が実行され、ステップＳ７において診断対象となる期間を指定する工程が実行される。当該期間（以下、「指定期間」という。）の指定は、期間指定スイッチ等によって診断すべき任意の期間について行われる。そして、ステップＳ９において、運転データおよび出力データのうち指定期間内に属するものを抽出する工程が実行される。

ステップＳ９において抽出される「出力データ」は、時刻に関連付けられた単純な時系列データであり、横軸に「時刻」を取り、縦軸に「タービン出力」を取ってグラフを作成すると、当該グラフは、図４（Ａ）に示すように、時刻の経過に従って激しく変動するグラフとなる。つまり、ＬＮＧ船等のような船舶では、部分負荷運転（常用出力以下での運転）や入出港による舶用主機蒸気タービン１２の負荷変動（すなわち出力変動）が度々繰り返されることがあり、このような運転特性に起因するタービン出力の変動が図４（Ａ）のグラフに如実に表れている。したがって、図４（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、ステップＳ９において抽出された各種の運転データを、単純な時系列グラフとして表示したとしても、当該時系列グラフはタービン出力の変動の影響を大きく受けており、当該時系列グラフに基づいて運転条件の適否を正確に診断することは困難である。そこで、ステップＳ１１〜Ｓ１９では、診断に適したグラフ（他の情報を含む。）を表示すべく、データ処理装置３８によって各種のデータ処理が行われる。なお、図４（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）に示すグラフは、必要に応じて表示装置４０に表示されてもよい。

次のステップＳ１１では、上述の運転データに基づいて２次的な運転データ（以下、「追加運転データ」という。）を取得する工程が実行される。たとえば、温度センサ８８ａおよび８８ｂで検出された「海水入口温度」および「海水出口温度」をそれぞれグラフに表示したとしても、「海水入口出口温度差」が適正であるか否かを正確に診断することは困難である。そこで、ステップＳ１１では、「海水出口温度」から「海水入口温度」が減算されることによって「追加運転データ」としての「海水入口出口温度差」が求められる。なお、「追加運転データ」が不要な場合には、ステップＳ１１は省略されてもよい。

ステップＳ１３では、横軸および縦軸の一方に「タービン出力」を取り、他方に「運転条件」を取って、上記指定期間における「出力データ」と「運転データ」との関係を示す「タービン出力−運転条件グラフ」を作成するとともに、当該グラフを表示装置４０に表示する工程が実行される。また、各運転データの設計値を示す「設計グラフ」を作成するとともに、当該グラフを上記「タービン出力−運転条件グラフ」と共に表示装置４０に表示する工程が実行される。

図５〜図１０のそれぞれは、表示装置４０に表示される「タービン出力−運転条件グラフ」および「設計グラフ」の例示であり、図５では、「タービン出力」と「蒸気室圧力」との関係がグラフ表示されるとともに、ノズル弁５２の３つの動作態様（図２）に対応する設計値１，２および３が「設計グラフ」として表示されている。図６では、「タービン出力」と「復水器真空」との関係がグラフ表示されるとともに、設計値が「設計グラフ」として表示されており、さらに、「運転許容範囲」が表示されている。図７では、「タービン出力」と「高圧抽気圧力」、「中圧抽気圧力」および「低圧抽気圧力」のそれぞれとの関係がグラフ表示されるとともに、これらに対応する設計値が「設計グラフ」として表示されている。図８では、「回転数」と「タービン出力」との関係がグラフ表示されるとともに、設計値が「設計グラフ」として表示されており、さらに、「運転許容範囲」が表示されている。図９では、「タービン出力」と「１段後圧力」との関係がグラフ表示されるとともに、設計値が「設計グラフ」として表示されている。図１０では、「タービン出力」と「海水入口・出口温度」との関係がグラフ表示されるとともに、「海水入口温度」の設計値が「設計グラフ」として表示されている。なお、図５〜図１０の各グラフは、表示装置４０に全部が同時に表示されてもよいし、１つまたは複数が選択的に表示されてもよい。

ステップＳ１３で表示された「タービン出力−運転条件グラフ」では、出力データが出力の小さいものから順番に並べられることによって、タービン出力の変動の影響が排除されている。したがって、当該グラフ（図５〜図１０）だけに着目しても、運転条件の適否を或る程度正確に診断することが可能であり、診断方法を簡素化する場合には、「設計グラフ」の表示や、以下のステップＳ１５〜Ｓ１９は省略されてもよい。たとえば、図６の「タービン出力−復水器真空グラフ」に着目する場合、経年的な汚れ等によって冷却管８２の海水流量が減少したり、熱通過率が減少したりすると、「復水器真空」が通常よりも下がる。したがって、「復水器真空」が「設計グラフ」よりも大幅に上側に表示されている場合（すなわち、「復水器真空」が異常に下がった場合）には、冷却管８２の汚れ等が発生していると診断することができる。また、図８の「回転数−タービン出力グラフ」に着目する場合、プロペラ１６や船体が汚れてくると、タービン出力に対して回転数が下がるため、出力データは時間の経過に伴って徐々に左側に向かう傾向がある。したがって、出力データが「運転許容範囲」を越えて左側に表示されている場合には、プロペラ１６や船体の汚れ等が発生していると診断することができる。

ステップＳ１５では、ステップＳ１３で表示された「タービン出力−運転条件グラフ」から、指定条件に基づいて必要な運転データを抽出する工程が実行される。つまり、上記「タービン出力−運転条件グラフ」では、タービン出力の変動の影響は排除されているが、当該グラフの種類によっては、他の要因の影響を受けている場合がある。そこで、ステップＳ１５では、指定条件に基づいて運転データを抽出することによって、他の要因の影響を排除した「タービン出力−運転条件グラフ」が作成される。

たとえば、図５に示すように、ノズル弁５２の３つの動作態様（図２）のそれぞれに対応する「タービン出力」と「蒸気室圧力」との関係が１つのグラフにまとめて表示される場合には、動作態様ごとの当該関係が不明確となり、動作態様ごとの状態（運転の適否）を正確に診断することが困難になる。そこで、ステップＳ１５では、図１１に示すように、ノズル弁５２の動作態様が「Open/Close」であることを「指定条件」として「蒸気室圧力」のデータが抽出され、「Open/Close」であるときの「タービン出力」と「蒸気室圧力」との関係だけがグラフに表示される。したがって、図１１に示されたグラフでは、「蒸気室圧力」のデータが設計値２に対応する「設計グラフ」上に位置していることが望ましく、当該「設計グラフ」からの乖離の程度に基づいて「蒸気室圧力」の適否を診断することができる。

次のステップＳ１７では、設計条件に対する運転データ実測値の偏差を補正する標準化処理工程が実行される。ここで、標準化処理の対象となる設計条件は、舶用主機蒸気タービン１２へ流入する蒸気の圧力や温度、舶用主機蒸気タービン１２における排気蒸気の状態（すなわち「復水器真空」）等であり、設計条件に対する運転データ実測値の偏差を補正することにより、運転データから外部要因（流入蒸気の圧力、温度等）の影響を排除することができる。たとえば、流入蒸気の圧力に偏差が含まれていた場合には、運転データとしての「蒸気室圧力」に偏差に見合った係数を乗算することにより当該偏差を補正し、補正後の「蒸気室圧力」を用いて「タービン出力―蒸気室圧力グラフ」が作成される。したがって、補正後の「タービン出力―蒸気室圧力グラフ」では、外部要因の影響が排除されており、後のステップＳ２１では、当該グラフを「設計グラフ」と対比することによって、運転条件を正確に診断することができる。

なお、ステップＳ１５およびＳ１７は、ステップＳ９とＳ２１との間のいずれの段階で実行されてもよい。

ステップＳ１９では、劣化や故障に対する措置を取るために必要な情報を「タービン出力−運転条件グラフ」と共に表示する工程が実行される。ここで、「劣化や故障に対する措置を取るために必要な情報」とは、劣化や故障等の状態変化が発生した「原因」や、当該状態変化に対する「対処法」を意味し、当該情報は、データ処理装置３８の記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ）に予め記憶されている。

たとえば、図１２に示すように、「タービン出力」と「復水器真空」との関係を示すグラフにおいて、或るデータａが「運転許容範囲」から外れている場合には、状態変化が発生していると考えられる。そこで、データ処理装置３８では、当該状態変化に応じた「対処法」が記憶装置から読み出され、表示装置４０には、当該「対処法」に対応する文字情報として「真空調整弁の調節」と表示される。また、図１３に示すように、「タービン出力」と「抽気圧力」との関係を示すグラフにおいて、或るデータｂが「高圧抽気圧力」に対応する「設計グラフ」から大きく乖離している場合には、「高圧抽気圧力」に関して状態変化が発生していると考えられる。そこで、データ処理装置３８では、状態変化に応じた「原因」が記憶装置から読み出され、表示装置４０には、当該「原因」に対応する文字情報として「高圧タービンの汚れ」と表示される。

ステップＳ２１では、上記「タービン出力−運転条件グラフ」等に基づいて運転条件の適否が診断される。そして、診断の結果、状態変化が発見された場合には、上記「対処法」等を参考にして早期に対策が取られる。たとえば、図１２に示すように、「対処法」として「真空調整弁の調節」と表示されている場合には、真空調整弁９６（図１）を調節することによって状態変化が解消される。また、図１３に示すように、「原因」として「高圧タービンの汚れ」と表示されている場合には、高圧タービン４４の汚れを落とすことによって状態変化が解消される。

また、図１１に示すように、ノズル弁５２の動作態様を特定できた場合には、「蒸気室圧力が高い方がエネルギー効率が向上する。」という舶用主機蒸気タービン１２の特性に従ってノズル弁５２の動作態様の適否が診断される。つまり、図１１には、設計値１〜３のそれぞれに対応する「設計グラフ」が示されており、これらの「設計グラフ」より、タービン出力が低い場合（たとえば８０％以下の場合）には、設計値１（ノズル弁Close/Close）の動作態様で運転したときに蒸気室圧力が最も高くなり、最も効率的であることが分かる。しかし、ノズル弁５２の実際の動作態様は「Open/Close」となっており、最適な動作態様での運転が行われていない。そこで、ステップＳ２１では、ノズル弁５２の動作態様が「Close/Close」の場合よりも効率の悪い運転条件になっていると診断される。本診断を行うことで、ノズル弁５２の動作態様の最適化を行うことができ、運航時のエネルギー効率の向上を図ることができる。

或る期間についてだけ運転条件を診断する場合には、ステップＳ２１の完了と同時に「運転監視・診断方法」が終了される。一方、他の期間についても診断する場合には、ステップＳ７で指定する期間が変更され、上記「運転監視・診断方法」が繰り返し実行される。たとえば、或る期間において劣化や故障等の状態変化が発生していることが判明した場合には、当該期間よりも前の期間が複数のブロックに分割して指定され、それぞれのブロックについて「運転監視・診断方法」が繰り返し実行される。その結果、当該状態変化が初めて発生したブロックが見つかると、当該ブロックから状態変化が発生した時期が特定される。したがって、この場合には、状態変化の発生時期からの経過時間に基づいて劣化や故障の進行の度合を推定することが可能であり、進行の度合に応じた有効な措置を取ることができる。また、各ブロックにおける劣化や故障等の状態変化の発生件数が徐々に増大している場合には、その増大速度等に応じて当該状態変化の将来的な推移を予測することが可能であり、当該状態変化の推移を見越した有効な措置を取ることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る「運転監視・診断方法」は、図１４のフロー図に示すように、第１実施形態に係る「運転監視・診断方法」におけるステップＳ１３をステップＳ２３に変更するとともに、ステップＳ２５を追加したものであり、他のステップＳ１〜Ｓ１１，Ｓ１５〜Ｓ２１については、両実施形態において共通である。したがって、以下では、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

第２実施形態におけるステップＳ２３では、ステップＳ９において指定期間に基づいて抽出された「運転データ」、およびステップＳ１１において取得された「追加運転データ」が、横軸および縦軸の一方に時刻を取った「時刻−運転条件グラフ」として表示装置４０に表示される。また、設計値が「設計グラフ」として「時刻−運転条件グラフ」と共に表示装置４０に表示される。

図１５および図１６のそれぞれは、「時刻−運転条件グラフ」および「設計グラフ」の例示であり、図１５では、「時刻」と「復水器真空」との関係がグラフ表示されるとともに、設計値が「設計グラフ」として表示されている。一方、図１６では、「時刻」と「海水入口出口温度差ΔＴ」との関係がグラフ表示されており、「設計グラフ」は省略されている。なお、図１５および図１６の各グラフは、表示装置４０に同時に表示されてもよいし、いずれか１つが選択的に表示されてもよい。また、第２実施形態と第１実施形態とが並行して実行される場合には、これらの「時刻−運転条件グラフ」は各種の「タービン出力−運転条件グラフ」（図５〜図１０）と同時に表示されてもよい。

次のステップＳ２５では、タービン出力の変動の影響を排除すべく、指定出力域に属するタービン出力による運転データの抽出が行われる。つまり、ステップＳ２３で表示された「時刻−運転条件グラフ」（図１５、図１６）は、タービン出力の変動（図４（Ａ））の影響を強く受けた「単純な時系列グラフ」であり、当該グラフから運転条件の適否を正確に診断することは困難である。そこで、ステップＳ２５では、出力データのうち指定期間内に属するものから、任意に指定された指定出力域に属するものを抽出し、当該指定出力域に属する出力データに対応する運転データだけを用いて「時刻−運転条件グラフ」を作成（本実施形態では再構築）する工程が実行される。

図１７および図１８のそれぞれは、再構築後の「時刻−運転条件グラフ」の例示であり、図１７では、タービン出力が６０％以上である出力データに対応する「復水器真空」のデータだけを用いてグラフが再構築されている。一方、図１８では、タービン出力が６０％以上である出力データに対応する「海水入口出口温度差ΔＴ」のデータだけを用いてグラフが再構築されている。

ステップＳ２５におけるグラフの再構築が完了すると、ステップＳ１５〜Ｓ１９の各処理が実行され、ステップＳ２１において運転条件が診断される。図１７および図１８のそれぞれは、ステップＳ１５〜Ｓ１９の各処理の結果が反映されたものであり、図１７のグラフでは、ステップＳ１５において「海水入口温度が設計値±１℃」であることを指定条件として「復水器真空」のデータが抽出されており、ステップＳ１９において状態変化に対する「原因」および「対処法」が表示されている。一方、図１８のグラフでは、ステップＳ１５において「海水入口温度が設計値±１℃」であることを指定条件として「海水入口出口温度差ΔＴ」のデータが抽出されており、ステップＳ１９において状態変化に対する「原因」および「対処法」が表示されている。

図１７および図１８のグラフによれば、海水温度を指定条件として運転データを抽出しているので、季節、航行海域等の外部要因による冷却水（すなわち海水）温度の変動の影響を排除して、運転条件を正確に診断することができ、「復水器真空」および「海水入口出口温度差ΔＴ」が或る時点（グラフの中央よりもやや左側）で急変していることから、この時点で状態変化が発生したと診断することができる。

なお、本実施形態では、ステップＳ２３において、指定期間によって抽出した運転データを用いて「時刻−運転条件グラフ」を作成する工程が実行され、その後、ステップＳ２５において、指定出力域によって抽出した運転データを用いて「時刻−運転条件グラフ」を再構築する工程が実行されるが、「単純な時系列グラフ」（図１５、図１６）を作成して表示するステップＳ２３は省略されてもよい。ステップＳ２３が省略された場合には、ステップＳ２５において、出力データのうち指定期間内に属するものから指定出力域に属するものを抽出する工程が実行され、その後、横軸および縦軸の一方に時刻を取り、他方に運転条件を取って、時刻と指定出力域に属する出力データに対応する運転データとの関係を「時刻−運転条件グラフ」として表示する工程が実行される。

Ｌ１… 蒸気系統
Ｌ２… 復水系統
Ｌ３… 給水系統
Ｌ４… 空気抽出系統
Ｕ１… 蒸気室
Ｕ２… タービン室
Ｕ３… タービン室
１０… 蒸気タービンプラント
１２… 舶用主機蒸気タービン
１４… 減速装置
１６ａ… シャフト
１６… プロペラ
１８… ボイラ
２０… 復水器
２２… 空気抽出装置
２４… 復水ポンプ
２６… グランドコンデンサ
２８… 低圧給水加熱器
３０… 脱気器
３２… 給水ポンプ
３４… 高圧給水加熱器
３６… データ収集装置
３８… データ処理装置
４０… 表示装置
４２ａ〜４２ｄ… 配管
４４… 高圧タービン
４６… 低圧タービン
５０… タービンケーシング
５２… ノズル弁
５８ａ〜５８ｃ… 蒸気供給口
６４… 連通路
７０ａ〜７０c… 配管
７２ａ〜７２ｆ… 圧力センサ
７６… 出力センサ
８０… 復水器胴体
８２… 冷却管
８４… 入口管
８８ａ，８８ｂ… 温度センサ
９０… 真空ポンプ
９２… 空気エゼクタ
９６… 真空調整弁

Claims (11)

1. 舶用主機蒸気タービンの運転条件を監視するとともに当該運転条件の適否を診断する、舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法であって、
   （ａ）前記運転条件に関する運転データを時系列データとして継続的に取得する工程と、
   （ｂ）前記舶用主機蒸気タービンのタービン出力に関する出力データを時系列データとして取得する工程と、
   （ｃ）診断対象となる期間を任意に指定する工程と、
   （ｄ）前記（ｂ）工程で取得した前記出力データのうち前記（ｃ）工程で指定した期間内に属するものを抽出する工程と、
   （ｅ）横軸および縦軸の一方に前記タービン出力を取り、他方に前記運転条件を取って、前記期間における前記出力データと前記運転データとの関係を「タービン出力−運転条件グラフ」として表示する工程と、
   （ｆ）前記「タービン出力−運転条件グラフ」から前記運転条件の適否を診断する工程とを備える、舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法。
2. 前記（ｆ）工程の前に、
   （ｇ）指定条件によって運転データを抽出する工程を備える、請求項１に記載の舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法。
3. 前記（ｆ）工程の前に、
   （ｈ）設計条件に対する運転データ実測値の偏差を補正する標準化処理工程を備える、請求項１または２に記載の舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法。
4. 前記（ｅ）工程では、前記運転データの設計値を「設計グラフ」として「タービン出力−運転条件グラフ」と共に表示し、
   前記（ｆ）工程では、前記「タービン出力−運転条件グラフ」および前記「設計グラフ」から前記運転条件の適否を診断する、請求項１ないし３のいずれかに記載の舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法。
5. 前記（ｅ）工程では、劣化や故障に対する措置を取るために必要な情報を前記「タービン出力−運転条件グラフ」と共に表示する、請求項１ないし４のいずれかに記載の舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法。
6. 前記（ａ）工程では、前記運転データとして前記舶用主機蒸気タービンの「蒸気室圧力」に関するデータを取得し、
   前記（ｅ）工程では、前記舶用主機蒸気タービンに設けられたノズル弁の複数の動作態様に対応した複数の前記「設計グラフ」を表示し、
   前記（ｆ）工程では、前記「タービン出力−運転条件グラフ」および前記複数の「設計グラフ」から前記ノズル弁の動作態様の適否を診断する、請求項１ないし５のいずれかに記載の舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法。
7. 舶用主機蒸気タービンの運転条件を監視するとともに当該運転条件の適否を診断する、舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法であって、
   （ａ）前記運転条件に関する運転データを時系列データとして継続的に取得する工程と、
   （ｂ）前記舶用主機蒸気タービンのタービン出力に関する出力データを時系列データとして取得する工程と、
   （ｃ）診断対象となる期間を任意に指定する工程と、
   （ｄ）前記（ｂ）工程で取得した前記出力データのうち前記（ｃ）工程で指定した期間内に属するものから任意に指定した指定出力域に属するものを抽出する工程と、
   （ｅ）横軸および縦軸の一方に時刻を取り、他方に運転条件を取って、前記時刻と前記指定出力域に属する前記出力データに対応する前記運転データとの関係を「時刻−運転条件グラフ」として表示する工程と、
   （ｆ）前記「時刻−運転条件グラフ」から前記運転条件の適否を診断する工程とを備える、舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法。
8. 前記（ｆ）工程の前に、
   （ｇ）指定条件によって運転データを抽出する工程を備える、請求項７に記載の舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法。
9. 前記（ｆ）工程の前に、
   （ｈ）設計条件に対する運転データ実測値の偏差を補正する標準化処理工程を備える、請求項７または８に記載の舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法。
10. 前記（ｅ）工程では、前記運転データの設計値を「設計グラフ」として「時刻−運転条件グラフ」と共に表示し、
    前記（ｆ）工程では、前記「時刻−運転条件グラフ」および前記「設計グラフ」から前記運転条件の適否を診断する、請求項７ないし９のいずれかに記載の舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法。
11. 前記（ｅ）工程では、劣化や故障に対する措置を取るために必要な情報を前記「時刻−運転条件グラフ」と共に表示する、請求項７ないし１０のいずれかに記載の舶用主機蒸気タービンの運転監視・診断方法。

Images