JP2015113842A - ターボ機械の冷間クリアランス調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転タービンブレード先端とケーシングとの間の冷間クリアランスを現場で調整するシステム及び方法を提供する。【解決手段】ロータ−ステータ間クリアランスを測定及び調整するシステム及び方法、およびターボ機械を開示する。上側ステータシェル２２０及び下側ステータシェル２４０を含むステータ２００とロータ１２０とを備えたターボ機械１００を組み立てる。インサイチュ・クリアランスセンサシステムを用いて複数のクリアランス測定点においてロータとステータとの間の冷間クリアランスを決定する。クリアランス測定点の各々は互いから軸方向に離間している。ロータとステータとの間の冷間クリアランスは、決定した冷間クリアランスに基づいて支持基盤に対して上側ステータシェル又は下側ステータシェルの一方の位置を変位させ、上側ステータシェル又は下側ステータシェルの形状を変化させてロータの位置をステータ内に収容する。【選択図】図１

Description

本開示は、全体的に、蒸気及びガスタービンなどのターボ機械に関し、より詳細には、回転タービンブレード先端とこれらの周囲のケーシングとの間の冷間クリアランスをインサイチュ（現場）で調整するシステム及び方法に関する。

ガス及び蒸気タービンなどのターボ機械は通常、ステータ内で回転する中心配置のロータを含む。作動流体は、円周方向に配列された回転ブレードの１又はそれ以上の列を通って流れ、該回転ブレードは、ロータシャフトから半径方向外向きに延びる。この流体がシャフトにエネルギーを与え、このエネルギーを用いて発電機又は圧縮機などの負荷を駆動する。

ターボ機械の作動効率を最大にするためには、回転ブレードの半径方向外側先端と、ステータの内部上での固定シュラウドとの間の密閉シールが必要とされる。ロータブレードと、ステータの内側表面との間のクリアランスが小さいほど、ブレード先端にわたる流体漏洩の可能性がより低くなる。このような流体漏洩により、流体がブレード段をバイパスして効率の低下を生じる可能性がある。

作動条件が異なると、ブレード及び他の構成要素が熱膨張を引き起こす可能性があり、その結果、ブレード先端クリアランスの変動をもたらすことがある。ブレードクリアランスに対する種々の作動条件の具体的な作用は、特定のターボ機械のタイプ及び設計に応じて変わる可能性がある。例えば、ガスタービン圧縮機における先端クリアランスは、タービンがシャットダウンして冷却したときに最低値に達することができ、他方、低圧蒸気タービンにおける先端クリアランスは、定常全負荷運転中に最低値に達することができる。タービン作動中の適正なシールクリアランスは、ターボ機械の組み立て中の冷間シールクリアランスの適正な調整、並びに相対的なロータ及びステータ位置の制御によって決まる。

相対的なロータ及びステータ位置及びひいては相対クリアランスを調整する１つの方法は、トップオフ及びトップオンクリアランス測定及び調整を繰り返し実施することである。タービンの組み立て及び再組み立て中は、最初に下側ステータシェルを組み付けた後、ロータを載置することができる。ロータ−ステータ間クリアランスは、上側半部分を組み付ける前（すなわち、「トップオフ」状態）に下側半部分において測定することができるが、ステータの上側シェルが下側シェルに取り付けられるときには、タービンシェルは異なって支持されるので、これらの測定した値は、完全に組み立てられたタービン（すなわち、「トップオン」状態）における値を直接表していない可能性がある。トップオン状態では、下側シェルアームから上側シェルアームに支持がシフトする可能性があり、ステータの上側シェルの重量が加わって、水平継手がボルト締めされると、ステータ構造全体が剛直になる。これら及び他の変化の結果として、ロータ−ステータ間クリアランスは、容易には予測できないほどトップオン状態とトップオフ状態では異なる可能性がある。多くの場合、複数の繰り返しが実施され、この場合、上側ステータシェルは、トップオンクリアランス及びトップオフクリアランスの差異に基づいて、調整位置において分解及び再組み立てされる。

米国特許第７，８５３，４２７号明細書

本開示の第１の態様は、複数のブレード段を有するロータと、ロータを囲み、上側ステータシェル及び下側ステータシェルを含むステータと、複数のクリアランス測定点の各々にてロータとステータとの間の冷間クリアランスを決定するためのインサイチュ・クリアランスセンサシステムと、を備えたターボ機械を提供する。複数のクリアランス測定点の各々は、互いから軸方向に離間した位置に配置される。複数の変位調整装置がステータに沿って互いから軸方向に離間して配置され、インサイチュ・クリアランスセンサシステムによって決定されたクリアランスに基づいて、支持基盤に対して上側ステータシェル又は下側ステータシェルの一方の位置を変位させ、ロータとステータとの間の冷間クリアランスを調整するようにする。

本開示の第２の態様は、ロータ−ステータ間クリアランスを調整するロータ−ステータ間クリアランスを調整する方法であって、本方法が、上側ステータシェル及び下側ステータシェルを有するステータと、ステータ内に配置されたロータとを含むターボ機械を組み立てるステップと、インサイチュ・クリアランスセンサシステムを用いて、各々が互いに軸方向に離間した複数のクリアランス測定点の各々にてロータとステータとの間の冷間クリアランスを決定するステップと、決定された冷間クリアランスに基づいて、複数のクリアランス測定点の各々にてロータとステータとの間の冷間クリアランスを調整するステップと、を含む。上記調整ステップが、上側ステータシェル又は下側ステータシェルの一方を支持基盤に対して変位させることによって上側ステータシェル又は下側ステータシェルの形状を変化させて、ロータの位置をステータ内に収容するようにするステップを含む。

本開示の第３の態様は、ターボ機械においてロータ−ステータ間クリアランスを調整するシステムを提供し、該システムが、上側ステータシェル及び下側ステータシェルを有するステータと該ステータ内に配置されたロータとの間の冷間クリアランスを複数のクリアランス測定点の各々において決定するためのインサイチュ・クリアランスセンサシステムを備え、該インサイチュ・クリアランスセンサシステムが、クリアランス測定点にて上側ステータシェル又は下側ステータシェルの一方に挿入される少なくとも１つの電圧低下センサを含み、該電圧低下センサの先端とロータブレードの先端との間のクリアランスの前後の電圧低下を測定するようにし、本システムが更に、電圧低下センサと信号通信したコンピュータデバイスを備える。コンピュータデバイスは、プロセッサ及びメモリを含み、当該メモリが、コンピュータデバイスによって実行されたときに該コンピュータデバイスに電圧低下を表す信号に基づいてロータとステータとの間のクリアランスを決定させるようにする命令を含む。本システムは更に、ステータに沿って配置された変位調整装置を備え、ロータとステータとの間の決定されたクリアランスに基づいて、支持基盤に対して上側ステータシェル又は下側ステータシェルの一方の位置を変位させ、これによりロータとステータとの間の冷間クリアランスを調整するようにする。

本発明のこれらの及びその他の態様、利点並びに顕著な特徴は、図面全体を通して同じ参照符号が同様な部品を指している添付図面と関連させて本発明の実施形態を開示した以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

ステータの上側シェル及び下側シェルの分解斜視図。 ターボ機械の概略断面図。 蒸気タービンの部分切り欠き斜視図。 本発明の１つの実施形態による、トップオフ状態のターボ機械の斜視図。 本発明の１つの実施形態による、トップオン状態のターボ機械の斜視図。 本発明の１つの実施形態による、ターボ機械におけるロータ−ステータ間クリアランスを調整するシステムの概略図。 本発明の１つの実施形態による、ターボ機械の部分切り欠き斜視図。 本発明の１つの実施形態による、ターボ機械の断面図。 本発明の１つの実施形態による、ロータの回転軸に対して垂直に切った、変位調整装置を含むターボ機械の断面図。 本発明の１つの実施形態による、変位調整装置の部分切り欠き図。 本発明の１つの実施形態による、電圧低下センサ及びクリアランスセンサ保持部材の断面図。 本発明の１つの実施形態による、電圧低下センサ及びクリアランスセンサ保持部材の断面図。 本発明の１つの実施形態による、レーザ測定装置の斜視図。 本発明の１つの実施形態による方法を示したフローチャート。

本発明の少なくとも１つの実施形態は、蒸気タービンの形態のターボ機械の作動に関連した用途に関して以下で説明する。本発明の一部の実施形態は、蒸気タービンの形態で例示されているが、本発明の教示は、限定ではないがガスタービンを含めた、他のターボ機械にも同様に適用可能である点は理解される。更に、本発明の少なくとも１つの実施形態は、公称寸法のセットを含む公称サイズに関して以下で説明される。本発明は、あらゆる好適なタービン及び／又は発電機にも同様に適用可能であることは、当業者には理解されるはずである。更に、本発明が様々なスケールの公称サイズ及び／又は公称寸法にも同様に適用可能であることは、当業者には明らかであるはずである。

上記に示されるように、図１〜１４並びに本発明の態様は、ロータ−ステータ間クリアランスを調整するためのシステム及び方法、並びにこのようなシステムの態様を具現化したターボ機械を描き示している。

図１〜３は、本開示の実施形態によるタービン１００（図２に表記されている）の異なる態様を示す。図１は、上側ステータシェル２２０及び下側ステータシェル２４０を含むステータ２００の外側シェルの分解斜視図を示す。上側ステータシェル２２０は、上側ステータシェルアーム２２２を含み、同様に下側ステータシェル２４０は、下側ステータシェルアーム２４２を含む。図２に示すように、ステータ２００は、該ステータ２００内で長手方向軸線２５０の周りに回転するロータ１２０を囲む。当該技術分野で周知のように、ロータ１２０は、複数のブレード段１４０（図３）を保持することができる。図２に更に示すように、タービン１００は更に、支持基盤１１０に組み付けることができる。

タービン１００は、最初に下側ステータシェル２４０（図２〜５）及び支持基盤１１０（図２及び４〜５）を組み付けた後、ロータ１２０（図２〜５）を組み付けることによって、組み立てることができる。これは、図４に示す「トップオフ」状態と呼ばれ、ここでは下側ステータシェル２４０とロータが組み付けられているが、上側ステータシェル２２０は未だ組み付けられていない。この時点で、ロータ−下側ステータシェル２４０間のクリアランスを測定することができるが、この値は、完全に組み立てられたタービン（すなわち、「トップオン」状態、図５を参照）の値を直接表していない。次いで、上側ステータシェル２２０は、下側ステータシェル２４０に組み付けることができる（すなわち、「トップオン」状態、図５を参照）。一部のタービン設計、詳細には一部の高圧及び中圧タービンにおいて、組み立て中にトップオフ状態からトップオン状態に移動するときに、タービン１００に対する構造的支持は、下側シェルアーム２４２（図１）から上側シェルアーム（図１）にシフトし、ステータの上側シェル２２０の重量が加わる。より一般的な事例では、上側ステータシェル２２０及び下側ステータシェル２４０は、水平継手２３０（図５）にて共にボルト締めされ、ステータ２００全体の構造（図１）が剛直になる。これら及び他の変化の結果として、ロータ−ステータ間クリアランスは、容易に予測できないほどトップオン状態とトップオフ状態で異なる可能性がある。

図６に示すように、インサイチュ・クリアランスセンサシステム２７０は、複数のクリアランス測定点２６０又は２６２（図８）の各々においてロータ１２０とステータ２００の内側表面との間の冷間クリアランスを決定するために設けることができる。冷間クリアランス３１０は、ブレード１４０の先端のクリアランス測定点２６０にて、又はクリアランス測定点２６２のノズル１８０の根元にて測定することができる。複数のクリアランス測定点２６０、２６２の各々は、互いのクリアランス測定点２６０、２６２から軸方向に離間した位置にて配置することができる。種々の実施形態において、２〜５つの軸方向に離間したクリアランス測定点２６０、２６２を設けることができる。例えば、図８に示す実施形態において、３つのクリアランス測定点２６０及び１つのクリアランス測定点２６２が設けられている。

図６に示され、インサイチュ・クリアランスセンサシステム２７０（図６）によって求められたクリアランス３１０に基づいて、上側ステータシェル２２０又は下側ステータシェル２４０の何れか一方の位置を支持基盤１１０に対して変位させるために、複数の変位調整装置２８０（図７、９）が設けられる。一部の実施形態において、複数の変位調整装置２８０は、上側ステータシェル２２０と下側ステータシェル２４０との間の水平継手２３０に配置することができる。詳細には、変位調整装置２８０は、上側又は下側ステータシェル２２０、２４０の垂直移動のために設けることができる。上側又は下側ステータシェル２２０、２４０は、垂直方向に変位し、設置したロータ１２０の位置に適合するよう弾性変形することができる。変位調整装置２８０は、クリアランス測定点２６０、２６２と実質的に軸方向に整列することができるが、種々の実施形態では整列されない場合もある。例えば、クリアランス測定点２６０、２６２が２つの変位調整装置２８０の間で軸方向に位置付けられる実施形態では、変位調整装置２８０を調整し、これによりクリアランス測定点２６０、２６２でのクリアランス３１０（図６）を変えることができる。一部の実施形態において、変位調整装置２８０は、ジャッキネジ（図１０）、位置決めネジ、固定器、液圧シリンダ、又は空気圧シリンダのうちの１つとすることができる。別の実施形態において、変位調整装置２８０は、エポキシ又はセメントによって、或いは、液圧又は空気圧シリンダの場合には、変位調整装置２８０の位置をロックするためのバルブによって最終位置になるとロックすることができる。

図６を再度参照すると、インサイチュ・クリアランスセンサシステム２７０は、クリアランス測定点２６０、２６２（図８）の各々又はその近傍に位置する検知又は測定装置を含むことができる。検知又は測定装置のタイプは、一つには、特定のクリアランス測定点２６０、２６２の近傍のタービン１００内の環境に依存することができる。

少なくとも１つのクリアランスセンサは、下側ステータシェル２４０（図６のような）又は上側ステータシェル２２０内に挿入され、クリアランス測定点２６０（図８）と実質的に軸方向に整列されるようにすることができる。１つの実施形態において、電圧低下センサ３００を用いて、電圧低下センサ３００（図１１）の先端３０２と、ロータブレード１４０（図３）の先端との間のクリアランス３１０（図６）の両端の電圧降下を測定することができる。図１１に示すように、ロータ１２０上の半径方向最外点は、ブレードシール歯先端１６０とすることができる。現在公知又は将来開発される他のタイプのセンサを用いることもできる。

電圧低下センサ３００は、特定のクリアランス測定点２６０、２６２（図８）がブレード１４０（図３）の乾燥又は上流側段１２２のうちの１つの段のロータブレード１４０の先端と軸方向に位置合わせされている場合に用いることができる。電圧低下センサ３００は、ステータ２００の上側シェル２２０又は下側シェル２４０（図６）において位置決めされ、センサ３００の先端３０２（図１０）が、センサ３００の設置時にタービンシェルの外側表面実質的に内方に位置するようにすることができる。センサ３００の先端３０２は、ステータ２００の内側表面２１０と実質的に面一であるか、又は、ステータ２００の内側表面２１０から僅かに埋め込むことができる。１よりも多くのクリアランス測定点２６０、２６２がブレード１４０（図３）の上流側段１２２と軸方向に整列されている場合には、１よりも多くの電圧低下センサ３００を設けることができる。種々の実施形態において、ブレード１４０の複数の上流側段１２２に複数の電圧低下センサ３００を設けることができる。

図１１に更に示すように、電圧低下センサ３００は、ステータ２００に装着され、センサ保持部材３３０を用いて所定位置に保持することができる。センサ保持部材３３０は、実質的に管状形状とすることができ、クリアランスセンサ計装リード部３４０のための通路と、タービン１００に対して半径方向外向きの端部にてフランジ部材３３１とを有する。一部の実施形態において、センサ保持部材３３０は、単一の部材を備えることができるが、他の実施形態では、センサ保持部材３３０は、２つの別個の部材を備えることができ、各々が、ステータ２００内に別個に挿入されて共に接合され、電圧低下センサ３００を位置決めし、クリアランスセンサ計装リード部３４０を収容することができるように、半環状部分とフランジ部材３３１の部分とを含む。ボルト３７０を用いて、センサリテーナ３３０のフランジ部材３３１をステータ２００に固定することができる。

図１に示すセンサ保持部材３３０に沿った可能性のある蒸気漏洩経路３８０を回避するために、電圧低下センサ３００は、界面を完全にシールするように恒久的に取り付ける（例えば、溶接、ろう付け、セメント固定、その他）ことができ、或いは、経路３８０に沿った漏洩を阻止するために十分な接触面積及び接触力で設置することができる。図１２に示す実施形態において、実質的に環状形状のシール部材３８５は、シール面として機能する表面３９０を含む。表面３９０は、遠位端、すなわち、電圧低下センサ３００により近い端部にある実質的に管状形状の面である。

図１２に示すように、電圧低下センサ３００の近位端部３０５は、表面３９０と嵌合し、該表面が、タービン１００（図２、５）における作動流体の漏洩を防ぐため共に押し付けられる。保持部材３３０及びボルト３７０又は他の固定方法は、適正なシールを確保するのに必要な力を提供する。また、他のタイプのバネ又は流体システム（例えば、液圧又は空気圧式）を用いて力を加えることもできる。更に、ガスケット又は他のシール装置を用いてシールを提供することもできる。

タービン１００（図２、５）が単一シェル構造である実施形態において、電圧低下センサ３００は、シェル、ノズルリング、又はノズルカバー内に埋め込まれ、ロータ１２０上で直接読み取ることができる。何れの場合においても、電圧低下センサ３００及び関連のハードウェア（例えば、センサ保持部材３３０を含む）はシェルを貫通する。タービン１００が二重シェル構造を有する実施形態において、電圧低下センサ３００は、内側シェル（又はノズルキャリア）又はノズル外側リング内に埋め込むことができる。このような実施形態において、内側シェルは、電圧低下センサ３００及び関連ハードウェアにより貫通され、クリアランスセンサ計装リード部３４０は、外側シェルの計装部を貫通してタービン１００（図２、５）から出る。

電圧低下センサ３００に加えて、インサイチュ・クリアランスセンサシステム２７０（図６）は更に、ブレード１２４（図３）の最終段上でロータブレード１４０先端に取り外し可能に取り付けられるレーザ測定装置２９０を含むことができる。図１３に示すように、レーザ測定装置２９０は、上側ステータシェル２２０、ロータ１２０、及び下側ステータシェル２４０（図６及び９）が共に組み立てられる間、ロータブレード１４０の先端と、ブレード１４０の湿潤最終段１２４におけるステータ２００の内側表面２１０との間のトップオンクリアランスを測定するよう構成することができる。一部の実施形態において、レーザ測定装置２９０は、取り外し可能とすることができ、詳細には、作動前にタービン１００から取り外すことができる。

上述のように、クリアランス測定点２６０、２６２、及びひいては電圧低下センサ３００及び／又はレーザ測定装置２９０は、図８、１１及び１３に示すように、ブレード１４０の先端又はノズル１８０の根元に配置することができる。一部の実施形態において、下側ステータシェル２４０は、内部に挿入された少なくとも１つの電圧低下センサ３００及び／又はレーザ測定装置２９０を含み、例えば、電圧低下センサ３００が、電圧低下センサ３００の半径方向外側縁部がステータ２００の内側表面２１０と実質的に面一の状態で下側ステータシェル２４０内に埋め込まれるようにすることができる。一部の実施形態において、図６に示すように、電圧低下センサ３００及び／又はレーザ測定装置２９０は、ステータ２００の下側シェル２４０における下死点位置に配置される。他の実施形態において、電圧低下センサ３００及び／又はレーザ測定装置２９０は、計算で見込むことができる程度のマージンで下死点位置からオフセットすることができる。

引き続き図６を参照すると、一部の実施形態において、コンピュータデバイス３５０を設けることができ、該コンピュータデバイス３５０は、クリアランスセンサ計装リード部３４０及び／又は無線通信プロトコルを介して電圧低下センサ３００及びレーザ測定装置２９０と信号通信している。

クリアランス３１０の測定時には、電圧低下センサ３００及び／又はレーザ測定装置２９０は、電圧低下及び／又はクリアランス３１０を表す信号をコンピュータデバイス３５０に送信することができる。図６に示すように、コンピュータデバイス３５０は、プロセッサ３４６、メモリ３５２、及び／又は入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース３４８を含み、これらは、コンピュータデバイス３５０における構成要素の各々間の通信リンクを提供する経路３５４により互いに動作可能に接続される。更に、コンピュータデバイス３５０は、ディスプレイ３５６、外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース３５８、及び記憶装置３６０と通信状態で図示されている。Ｉ／Ｏデバイス／リソース３５８は、人間のユーザがコンピュータデバイス３５０と対話するのを可能にするマウス、キーボード、ジョイスティック、数字キーパッド、又は英数字キーパッド又は他の選択デバイスなどの１又はそれ以上のヒューマンＩ／Ｏデバイス、及び／又はデバイスユーザが何らかのタイプの通信リンクを用いてコンピュータデバイス３５０と通信するのを可能にする１又はそれ以上の通信デバイスを備えることができる。

一般に、プロセッシングユニット３４６は、コンピュータデバイス３５０の機能を提供するコンピュータプログラムコード３６２を実行する。本明細書で更に説明されるクリアランス計算器モジュール３６４のようなモジュールは、メモリ３５２及び／又は記憶装置３６０内に格納され、本明細書で記載される本発明の機能及び／又はステップを実行する。メモリ３５２及び／又は記憶装置３６０は、１又はそれ以上の物理的位置に存在する種々のタイプのコンピュータ可読データ記憶媒体の何らかの組み合わせを含むことができる。この点に関して、記憶装置３６０は、磁気ディスクドライブ又は光学ディスクドライブなどの１又はそれ以上の記憶装置を含むことができる。更にまた、図６に示されていない１又はそれ以上の追加の構成要素をコンピュータデバイス３５０に含めることができる点は理解される。加えて、一部の実施形態において、１又はそれ以上の外部Ｉ／Ｏデバイス３５８及び／又は記憶装置３６０は、携帯可能及び／又は可搬とすることができるコンピュータデバイス３５０の形態で、図示のように外部にではなく、コンピュータデバイス３５０内に収容することができる。

コンピュータデバイス３５０は、インストールされたプログラム３６２のようなプログラムコードを実行可能な１又はそれ以上の汎用コンピュータ製品を含むことができる。本明細書で使用される場合、「プログラムコード」は、情報処理能力を有するコンピュータデバイスに対して、（ａ）別の言語、コード、又は表記表への変換、（ｂ）異なるマテリアル形態での複製、及び／又は（ｃ）展開の何らかの組み合わせの後、或いは直接的に特定の処理を実行させる何らかの言語、コード、又は表記表の何れかの命令集合を意味することは理解される。この点に関して、プログラム３６２は、システムソフトウェア及び／又はアプリケーションソフトウェアの何らかの組み合わせとして具現化することができる。

更に、プログラム３６２は、クリアランス計算器３６４などのモジュール又はモジュールのセットを用いて実装することができる。この場合、計算器３６４は、コンピュータデバイス３５０がプログラム３６２によって使用されるタスクのセットを実行可能にすることができ、また、プログラム３６２の他の部分とは別個に作成及び／又は実装することができる。本明細書で使用される場合、用語「構成要素」は、ソフトウェアを有する場合と有さない場合がある、関連して記載される機能を何らかのソリューションを用いて実施する何らかのハードウェア構成を意味し、他方、用語「モジュール」は、コンピュータデバイス３５０が関連して記載される処理を何らかのソリューションを用いて実施するのを可能にするプログラムコードを意味する。プロセッシングユニット３４６を含むコンピュータデバイス３５０のメモリ３５２又は記憶装置３６０内に固定されたときに、モジュールは、処理を実施する構成要素の実質的な部分である。何れにしても、２又はそれ以上の構成要素、モジュール、及び／又はシステムは、それぞれのハードウェア及び／又はソフトウェアの一部／全てを共有することができることは理解される。更に、本明細書で記載される機能の一部は実装されない場合があり、又は追加の機能をコンピュータデバイス３５０の一部として含めることができることは理解される。

コンピュータデバイス３５０が複数のコンピュータデバイスを含む場合、各コンピュータデバイスは、プログラム３６２の一部（例えば、１又はそれ以上のモジュール３６４、３６６）のみを固定することができる。しかしながら、コンピュータデバイス３５０及びプログラム３６２は、本明細書で記載されるプロセスを実施することができる種々の実施可能な同等のコンピュータシステムの代表似すぎないことは理解される。この点に関して、他の実施形態において、コンピュータデバイス３５０及びプログラム３６２により提供される機能は、限定ではないが、ステータ−ロータ間クリアランス用の可搬式測定装置を含む、汎用及び／又は専用ハードウェア（プログラムコードを有する場合と有さない場合がある）の何らかの組み合わせを備えた１又はそれ以上のコンピュータデバイスによって少なくとも部分的に実施することができる。各実施形態において、ハードウェア及びプログラムコード（含む場合）は、標準的なエンジニアリング及びプログラミング技術をそれぞれ用いて作成することができる。

コンピュータデバイス３５０が複数のコンピュータデバイスを含む場合には、コンピュータデバイスは、何れかのタイプの通信リンク上で通信することができる。更に、本明細書で記載されるプロセスを実施している間、コンピュータデバイス３５０は、何れかのタイプの通信リンクを用いて１又はそれ以上の他のコンピュータシステムと通信することができる。何れの場合においても、通信リンクは、種々のタイプの有線及び／又は無線リンクの何れかの組み合わせを含み、１又はそれ以上のタイプのネットワークの何れかの組み合わせを含み、及び／又は種々のタイプの伝送技術及びプロトコルの何れかの組み合わせを利用することができる。

上述のように、コンピュータデバイス３５０は、電圧低下センサ３００及び／又はレーザ測定装置２９０によって提供される信号を解析するためのクリアランス計算器モジュール３６４を含む。電圧低下を示す電圧低下センサ３００からの信号又はレーザ測定装置２９０からのクリアランス３１０の測定値を用いて、冷間クリアランス３１０を計算することができる。冷間クリアランス３１０は、ターボ機械１００がシャットダウンして冷却したときに測定することができる。別の実施形態において、ロータ１２０は、クリアランス３１０の測定中に、例えば空気圧モータを用いて緩慢に回転させることができる。これにより、冷間クリアランス３１０が、ロータ１２０（図３）上で個々に半径方向に延びるブレード１４０の長さの変動に関連したクリアランスのあらゆる変動を考慮することが可能となる。例えば、ロータ１２０は、約０．２５〜約８回転／分（ＲＰＭ）の速度で回転することができる。

図１４を参照すると、完全に組み立てられたタービンにおいてロータ−ステータ間クリアランスを測定及び調整する方法もまた提供される。ステップＳ１において、図４に関して上記で説明したように、タービンは、最初に下側ステータシェルを支持基盤に組み付けた後、ロータを組み付けることによって組み立てることができる。次いで、ロータがステータ内に配置されて、長手方向軸線（図５）の周りを回転するように、上側ステータシェルを下側ステータシェルに取り付けることができる。

ステップＳ２において、図１４に示すように、冷間クリアランスは、インサイチュ・クリアランスセンサシステムを用いて複数のクリアランス測定点の各々においてロータ上の半径方向最外点とステータの内側表面との間に定めることができる。ロータは、冷間クリアランスが複数のクリアランス測定点にて決定されている間、空気圧モータ又は他の装置を用いて、例えば、約０．２５〜約８回転／分（ＲＰＭ）の速度で緩慢に回転することができる。クリアランス測定点の各々は、互いから軸方向に離間して配置することができる。上記で検討したように、一部の実施形態において、タービンは、例えば、２〜５つのクリアランス測定点を含むことができる。

インサイチュ・クリアランスセンサシステムは、ブレードの乾燥又は上流側段及びクリアランス測定点と実質的に整列して上側又は下側ステータシェル内に挿入された少なくとも１つの電圧低下センサを含むことができる。電圧低下センサは、タービンの最終動作中に所定位置に保持できるように位置決めすることができる。インサイチュ・クリアランスセンサシステムは更に、別のクリアランス測定点にてロータブレードの半径方向外側端部に取り外し可能に取り付けられたレーザ測定装置を含むことができる。詳細には、レーザ測定装置は、ブレードの最終湿潤段の一部であるラー他ブレードに取り付けることができる。レーザ測定装置は、上側ステータシェル、ロータ、及び下側ステータシェルが共に組み付けられる間、ロータブレード先端とステータの内側表面との間のトップオンクリアランスを測定するのに用いることができる。電圧低下センサ及びレーザ測定装置は、上述のようなクリアランス計算器モジュール３６４を含む、コンピュータデバイス３５０に電圧低下及び測定データをそれぞれ通信することができる。コンピュータデバイス３５０は、計算を実施し、一部の実施形態においては、求めた冷間クリアランスをディスプレイ上に表示することができる。レーザ測定装置は、無線で作動することができ、上記で検討したようにコンピュータデバイスと無線通信プロトコルを介して通信することができる。

ステップＳ３において、ロータとステータとの間の冷間クリアランスは、複数のクリアランス測定点の各々において予め決定された冷間クリアランスに基づいて当該位置にて調整することができる。一部の実施形態において、調整は、支持基盤に対する上側ステータシェル又は下側ステータシェルの何れかを変位させる変位調整装置を用いて実施することができる。詳細には、ステータシェルの関連部分は、支持基盤に対して垂直方向に変位することができる。支持基盤は実質的に不動であるので、ステータの垂直方向の変位によって、当該変位がステータシェルに並進したときにステータシェルの変形又は歪みが生じる結果となる。上側及び／又は下側ステータシェルの形状の変化は、ロータの位置をステータ内に収容するよう行われる。

ロータとステータとの間の冷間クリアランスを調整した後、ステップＳ４において、複数のクリアランス測定点にてクリアランスを再決定し、クリアランスが許容可能限度内にあるかどうかを確認することができる。再決定によって、冷間クリアランスが所定の閾値に適合しないことが示された場合には、複数のクリアランス測定点の各々においてロータとステータとの間の冷間クリアランスを再調整することができる。この再調整は、支持基盤に対して上側ステータシェル又は下側ステータシェルの一方又は両方を変位させるよう上述した変位調整装置を用いて実施することができる。

ステップＳ５において、変位調整装置の調整を実施し、冷間クリアランスが許容可能であるとみなされた後、変位調整装置をロックすることができる。一部の実施形態において、変位調整装置は、ジャッキネジ、位置決めネジ、又は固定器のうちの１つとすることができ、エポキシ又はセメントを塗布し、変位調整装置の位置をロックすることができる。他の実施形態において、変位調整装置は、液圧シリンダ又は空気圧シリンダとすることができ、バルブを閉鎖して変位調整装置を所定位置にロックし、これにより何らかのこれ以上の意図しない変位調整を阻止することができる。ステップＳ６において、レーザ測定装置は、冷間クリアランスに対する最終調整を行った後取り外すことができる。

既に言及され且つ本明細書で更に検討されるように、ターボ機械の冷間クリアランスを調整するためのシステム及び方法は、ターボ機械におけるロータ１２０とステータ２００との間の冷間クリアランス３１０の測定及び調整を可能にするという技術的効果がある。複数のクリアランス測定点２６０、２６２の各々における決定された冷間クリアランス３１０を用いて、上側及び／又は上側ステータシェル２２０、２４０の垂直変位に対する調整を特定することができる。上側又は上側ステータシェル２２０、２４０上のポイントに対する垂直変位調整によって、ロータ１２０の設置位置を収容するようステータ２００のシェルが弾性的に変形及び歪むことが可能となる。これらの測定及び調整は、下側ステータシェル２４０、ロータ１２０、及び上側ステータシェル２２０の組み立て後に行うことができ、従って、多大な時間及び労力を要する反復調整及び再設置の必要性が排除される。図６に示す種々の構成要素の一部は、コンピュータデバイス３５０に含まれる１又はそれ以上の別個のコンピュータデバイスにおけるメモリ内に独立して実装、組み合わせ、及び／又は格納することができる。

本明細書で使用される用語「第１の」、「第２の」などは、どのような順序、数量、又は重要度を意味するものではなく、むしろ、１つの要素を別の要素と区別するために用いており、本明細書において数詞のない表現は、数量の限定を意味するものではなく、むしろ参照する要素の少なくとも１つが存在することを意味する。数量に関して使用する「約」という修飾語は、記載の数値を包含しており、前後関係によって決まる意味を有する（例えば、特定の数量の測定値に付随するある程度の誤差を含む）。本明細書で使用する場合における「１つ又は複数の」という前置表現は、この表現が前置する用語のものの単数及び複数の両方を含み、従ってその用語のものの１つ又はそれ以上を含む（例えば、１つ又は複数の金属という表現は、１つ又はそれ以上の金属を含む）ことを意図している。本明細書に開示した範囲は、包括的で且つ独立して組み合わせ可能である（例えば、「最大約６まで、又はより具体的には約３〜約６個のセンサ」の範囲は、「約３〜約６」の範囲の端点及び全ての中間値などを含む）。

本発明の種々の実施形態について説明してきたが、要素の種々の組み合わせ、変型形態、又は改善形態を実施することができ、更にこれらが本発明の範囲内にあることは、本明細書から理解されるであろう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況又は物的事項を本発明の教示に適合するように多くの修正を行うことができる。従って、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、また本発明は、添付の特許請求の範囲の技術的範囲内に属する全ての実施形態を包含することを意図している。

１００ ターボ機械
１１０ 支持基盤
１２０ ロータ
１２２ 上流側ブレード段
１２４ 最終ブレード段
１４０ ブレード
１６０ ブレードシール歯先端
１８０ ノズル
２００ ステータ
２１０ ステータ２００の内側表面
２２０ 上側ステータシェル
２２２ 上側ステータシェルアーム
２３０ 水平継手
２４０ 下側ステータシェル
２４２ 下側ステータシェルアーム
２５０ 長手方向軸線
２６０ クリアランス測定点（バケット先端にて）
２６２ クリアランス測定点（ノズル根元にて）
２７０ インサイチュ・クリアランスセンサシステム
２８０ 変位調整装置
２９０ レーザ測定装置
３００ 電圧低下センサ
３０２ センサ３００の先端
３０５ センサ３００の近位端部
３１０ 冷間クリアランス
３３０ センサ保持部材
３３１ フランジ部材
３４０ クリアランスセンサ計装リード部
３４６ プロセッサ
３４８ 入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース
３５０ コンピュータデバイス
３５２ メモリ
３５４ 経路
３５６ ディスプレイ
３５８ 外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース
３６０ 記憶装置
３６２ コンピュータプログラムコード
３６４ クリアランス計算器モジュール
３６６ モジュールのセット
３７０ ボルト
３８０ 蒸気漏洩経路
３８５ シール部材
３９０ シール面

Claims (20)

1. ターボ機械であって、
   複数のブレード段を有するロータと、
   ロータを囲み、上側ステータシェル及び下側ステータシェルを含むステータと、
   各々が互いから軸方向に離間した位置に配置された複数のクリアランス測定点の各々にてロータとステータとの間の冷間クリアランスを決定するためのインサイチュ・クリアランスセンサシステムと、
   インサイチュ・クリアランスセンサシステムによって決定されたクリアランスに基づいて、支持基盤に対して上側ステータシェル又は下側ステータシェルの一方の位置を変位させ、これによりロータとステータとの間の冷間クリアランスを調整するようにする、互いから軸方向に離間した複数の変位調整装置と、
   を備える、ターボ機械。
2. インサイチュ・クリアランスセンサシステムが、クリアランス測定点にて上側ステータシェル又は下側ステータシェルの一方に挿入される電圧低下センサを含み、該電圧低下センサの先端とロータブレードの先端との間のクリアランスの前後の電圧低下を測定するようにし、
   電圧低下センサは、ブレードの上流側段のロータブレード先端と軸方向に整列され、電圧低下センサが上側ステータシェル又は下側ステータシェル内に埋め込まれて少なくとも１つのセンサの半径方向外側縁部が上側ステータシェル又は下側ステータシェルの内側表面と実質的に面一になるように、上側ステータシェル又は下側ステータシェルの一方に挿入される、請求項１に記載のターボ機械。
3. インサイチュ・クリアランスセンサシステムが更に、レーザ測定装置を含み、該レーザ測定装置は、ブレードの最終段におけるロータブレードに取り外し可能に取り付けられて、上側ステータシェル、ロータ、及び下側ステータシェルが共に組み立てられる間に、ロータブレードの先端と上側ステータシェル又は下側ステータシェルの内側表面との間のトップオンクリアランスを測定するよう構成され、
   或いは、レーザ測定装置は、ノズルリングもしくはノズルカバーに取り外し可能に取り付けられて、ノズルの半径方向内向き先端とロータとの間のトップオンクリアランスを測定するよう構成されている、請求項２に記載のターボ機械。
4. 複数のクリアランス測定点が更に、２〜５個の軸方向に離間したクリアランス測定点を含む、請求項１に記載のターボ機械。
5. 複数の変位調整装置が、上側ステータシェルと下側ステータシェルとの間に配置される、請求項１に記載のターボ機械。
6. 複数のクリアランス測定点の少なくとも１つが、下側ステータシェルの下側に配置される、請求項１に記載のターボ機械。
7. 変位調整装置の各々が更に、ジャッキネジ、位置決めネジ、又は固定器のうちの１つを含み、変位調整装置の各々が更に、エポキシ又はセメントの一方であるロック部を含む、請求項１に記載のターボ機械。
8. 変位調整装置の各々が更に、液圧シリンダ又は空気圧シリンダの一方を含み、変位調整装置の各々が更に、変位調整装置の位置をロックするためのバルブを含む、請求項１に記載のターボ機械。
9. ロータ−ステータ間クリアランスを調整するロータ−ステータ間クリアランスを調整する方法であって、
   上側ステータシェル及び下側ステータシェルを有するステータと、ステータ内に配置されたロータと、を含むターボ機械を組み立てるステップと、
   インサイチュ・クリアランスセンサシステムを用いて、各々が互いに軸方向に離間した複数のクリアランス測定点の各々にてロータとステータとの間の冷間クリアランスを決定するステップと、
   決定された冷間クリアランスに基づいて、ロータとステータとの間の冷間クリアランスを調整するステップと、
   を含み、調整ステップが、
   上側ステータシェル又は下側ステータシェルの一方を支持基盤に対して変位させることによって上側ステータシェル又は下側ステータシェルの形状を変化させて、ロータの位置をステータ内に収容するようにするステップを含む、方法。
10. ロータとステータとの間の冷間クリアランスを調整するステップの後、複数のクリアランス測定点の各々にてロータとステータとの間の冷間クリアランスを再決定するステップと、
    再決定により、冷間クリアランスが所定閾値に適合していないことが示された場合に、ロータとステータとの間の冷間クリアランスを再調整するステップと、
    を更に含み、
    再調整ステップが、変位調整装置を用いて、再決定された冷間クリアランスに基づいて支持基盤に対して上側ステータシェル又は下側ステータシェルの一方を変位させ、これにより上側ステータシェル又は下側ステータシェルの形状を変化させてロータの位置をステータ内に収容するようにするステップを含む、請求項９に記載の方法。
11. 複数のクリアランス測定点の各々においてロータとステータとの間の冷間クリアランスを決定する間に、約０．２５〜約８回転／分（ＲＰＭ）の速度でロータをステータ内で回転させるステップを更に含む、請求項９に記載の方法。
12. 冷間クリアランスを決定するステップが更に、クリアランス測定点にて上側ステータシェル又は下側ステータシェルの一方に挿入される電圧低下センサを有するインサイチュ・クリアランスセンサシステムを用いるステップを含み、電圧低下センサが、該センサの先端とロータブレード先端との間のクリアランスの両端の電圧低下を測定するものであり、電圧低下センサが、ブレードの上流側段と軸方向に整列される、請求項９に記載の方法。
13. 冷間クリアランスを決定するステップが更に、レーザ測定装置を有するインサイチュ・クリアランスセンサシステムを用いるステップを含み、
    レーザ測定装置は、上側ステータシェル、ロータ及び下側ステータシェルが共に組み立てられる間にロータブレード先端とステータの内側表面との間のトップオンクリアランスを測定するためにブレードの最終段におけるロータブレードに取り外し可能に取り付けられるか、或いは、ノズルの半径方向内向き先端とロータとの間のトップオンクリアランスを測定するためにノズルリングもしくはノズルカバーに取り外し可能に取り付けられる、請求項１２に記載の方法。
14. 最終調整が行われた後、ロータブレードからレーザ測定装置を取り外すステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
15. 調整ステップが更に、変位調整装置の垂直方向位置を調整するステップを含み、変位調整装置が、ジャッキネジ、位置決めネジ、固定器、液圧シリンダ、又は空気圧シリンダのうちの１つを含む、請求項９に記載の方法。
16. ロータとステータとの間の冷間クリアランスを調整するステップの後、変位調整装置の位置をロックするステップを更に含む、請求項１５に記載の方法。
17. ターボ機械においてロータ−ステータ間クリアランスを調整するシステムであって、
    上側ステータシェル及び下側ステータシェルを有するステータと、ステータ内に配置されたロータとの間の冷間クリアランスを複数のクリアランス測定点の各々において決定するためのインサイチュ・クリアランスセンサシステムを備え、
    インサイチュ・クリアランスセンサシステムが、クリアランス測定点にて上側ステータシェル又は下側ステータシェルの一方に挿入される少なくとも１つの電圧低下センサを含み、該電圧低下センサの先端とロータブレードの先端との間のクリアランスの前後の電圧低下を測定するようにし、
    システムが更に、
    電圧低下センサと信号通信し、プロセッサ及びメモリを含むコンピュータデバイスを備え、
    メモリが、コンピュータデバイスによって実行されたときに該コンピュータデバイスに電圧低下を表す信号に基づいてロータとステータとの間のクリアランスを決定させるようにする命令を含み、
    システムが更に、
    ロータとステータとの間の決定されたクリアランスに基づいて、支持基盤に対して上側ステータシェル又は下側ステータシェルの一方の位置を変位させ、これによりロータとステータとの間の冷間クリアランスを調整するようにする、ステータ上に配置された変位調整装置を備える、システム。
18. インサイチュ・クリアランスセンサシステムが更に、レーザ測定装置を含み、該レーザ測定装置は、ブレードの最終段におけるロータブレードに取り外し可能に取り付けられて、上側ステータシェル、ロータ、及び下側ステータシェルが共に組み立てられる間に、ロータブレードの先端と上側ステータシェル又は下側ステータシェルの内側表面との間のトップオンクリアランスを測定するよう構成され、
    或いは、レーザ測定装置は、ノズルリングもしくはノズルカバーに取り外し可能に取り付けられて、ノズルの半径方向内向き先端とロータとの間のトップオンクリアランスを測定するよう構成され、レーザ測定装置は、コンピュータデバイスと信号通信している、請求項１７に記載のシステム。
19. 複数のクリアランス測定点が更に、２〜５個の軸方向に離間したクリアランス測定点を含む、請求項１８に記載のシステム。
20. 変位調整装置が、ジャッキネジ、位置決めネジ、固定器、液圧シリンダ、又は空気圧シリンダのうちの１つを含み、変位調整装置が、調整の完了後に変位調整装置の位置を固定するためのロック部を含む、請求項１８に記載のシステム。