JP2018189020A - タービン監視システム、タービン監視方法、及びタービンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】タービンの性能劣化を容易に特定可能なタービン監視システム、タービン監視方法、及びタービンシステムを提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、タービン監視システムは、少なくとも第１及び第２蒸気タービンと発電機とに接続された回転軸の第１トルクを、前記回転軸の第１領域で計測する第１計測部を具備する。前記システムは更に、前記第１領域で計測された前記第１トルクに基づいて、前記第１蒸気タービンの少なくとも一部を含む部分の軸動力出力、または前記発電機の消費トルクを算出する出力算出部を具備する。更に、前記第１領域は、前記第１蒸気タービンが前記第２蒸気タービンに隣接する場合において、前記第１蒸気タービンと前記第２蒸気タービンとの間に位置する、前記第１蒸気タービンが前記発電機に隣接する場合において、前記第１蒸気タービンと前記発電機との間に位置する、または前記第１蒸気タービン内に位置する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、タービン監視システム、タービン監視方法、及びタービンシステムに関する。

図８は、従来のタービンシステムの構成の第１の例を示す模式図である。図８のタービンシステムは、石炭火力発電を行う蒸気タービンプラントに相当する。

図８のタービンシステムは、ボイラ１１と、高中圧タービン１２と、再熱器１３と、第１の複流低圧タービン１４と、第２の複流低圧タービン１５と、回転軸１６と、発電機１７と、復水器１８とを具備している。

高中圧タービン１２、第１の複流低圧タービン１４、及び第２の複流低圧タービン１５の各々では、複数の蒸気タービン膨張機が１つのケーシング内に収められている。具体的には、高中圧タービン１２は、１つのケーシング内に高圧タービン膨張機１２ａと中圧タービン膨張機１２ｂとを具備している。第１の複流低圧タービン１４は、１つのケーシング内に第１の低圧タービン膨張機１４ａと第２の低圧タービン膨張機１４ｂとを具備している。第２の複流低圧タービン１５は、１つのケーシング内に第３の低圧タービン膨張機１５ａと第４の低圧タービン膨張機１５ｂとを具備している。

石炭火力発電所では、複数の蒸気タービン膨張機により１つの回転軸を駆動するタービンシステムが多く稼働している。図８の回転軸１６は、このような回転軸の一例を示している。

ボイラ１１にて製造された高圧蒸気１は、高圧タービン膨張機１２ａに流入し、高圧高温の蒸気がより低圧低温の蒸気へ膨張しながら流通する事で、羽根車である高圧タービン膨張機１２ａを回転させる。図８のボイラ１１は、再熱器１３とともに石炭ボイラを構成している。

高圧タービン膨張機１２ａから排出された蒸気は、再熱器１３にて加熱された後、再熱蒸気２として中圧タービン膨張機１２ｂに流入し、より低圧低温の蒸気へ膨張しながら流通する事で羽根車である中圧タービン膨張機１２ｂを回転させる。

中圧タービン膨張機１２ｂから排出された蒸気は、第１の複流低圧タービン１４と第２の複流低圧タービン１５に流入し、より低圧低温の蒸気へ膨張しながら流通する事で羽根車である第１及び第２の複流低圧タービン１４、１５を回転させる。第１の複流低圧タービン１４は、入口蒸気を第１蒸気と第２蒸気とに分岐し、蒸気流通方向の異なる第１及び第２の低圧タービン膨張機１４ａ、１４ｂに流入させる複流タービンである。同様に、第２の複流低圧タービン１５は、入口蒸気を第３蒸気と第４蒸気とに分岐し、蒸気流通方向の異なる第３及び第４の低圧タービン膨張機１５ａ、１５ｂに流入させる複流タービンである。

高中圧タービン１２、第１の複流低圧タービン１４、及び第２の複流低圧タービン１５は、いずれも回転軸１６に接続され、回転軸１６を回転駆動する。回転軸１６の一方の軸端には発電機１７が接続されており、これらの蒸気タービンが発生させた軸動力を用いて発電機１７が発電する。また、第１及び第２の複流低圧タービン１４、１５から排出された蒸気は、復水器１８にて水３に戻された後、ボイラ１１にて再び蒸気に変化する。

図８のタービンシステムは、高中圧タービン１２、第１の複流低圧タービン１４、または第２の複流低圧タービン１５の途中段から蒸気を抽気し、抽気した蒸気により水３を加熱する再生サイクルを具備していてもよい。このような抽気は、これらの蒸気タービンの内のいずれか１つから行ってもよいし、これらの蒸気タービンの内の２つ以上から行ってもよい。

図９は、従来のタービンシステムの構成の第２の例を示す模式図である。図９のタービンシステムは、天然ガス火力発電を行うコンバインドサイクル型タービンプラントに相当する。

図９のタービンシステムは、図８と同様に、ボイラ１１と、高中圧タービン１２と、再熱器１３と、第１の複流低圧タービン１４と、回転軸１６と、発電機１７と、復水器１８とを具備している。図９のタービンシステムは更に、圧縮機２１と、燃焼器２２と、ガスタービン２３とを具備している。図９のガスタービン２３は、１つのケーシング内に１つのガスタービン膨張機を具備している。図９では、図８に示す構成要素と同一または類似の構成要素には同一の符号を付し、図８の説明と重複する説明は省略する。

天然ガス火力発電所では、ガスタービンと複数の蒸気タービン膨張機により１つの回転軸を駆動するタービンシステムが多く稼働している。図９の回転軸１６は、このような回転軸の一例を示している。

ボイラ１１、高中圧タービン１２、再熱器１３、第１の複流低圧タービン１４、及び復水器１８は、蒸気を作動流体とする蒸気タービンシステムを構成している。一方、圧縮機２１、燃焼器２２、及びガスタービン２３は、燃焼排ガス等を作動流体とするガスタービンシステムを構成している。

圧縮機２１は、回転軸１６の軸動力により回転駆動し、大気４を圧縮して燃焼器２２に流入させる。燃焼器２２は、この圧縮された大気４を用いて燃料である天然ガス５を燃焼させ、高温高圧の燃焼排ガスをガスタービン２３に流入させる。燃焼排ガスは、より低圧低温のガスへ膨張しながら流通する事で、羽根車であるガスタービン２３を回転させる。

一方、ボイラ１１と再熱器１３は、ガスタービン２３から排出された排ガスから熱を回収する排熱回収器２４に設けられている。ボイラ１１は、排ガスの熱を利用して高圧蒸気１を製造し、高圧タービン膨張機１２ａに流入させる。高圧タービン膨張機１２ａから排出された蒸気は、再熱器１３にて排ガスの熱を利用して加熱された後、中圧タービン膨張機１２ｂに流入する。

図９の蒸気タービン膨張機に関する構成は、図８と同様である。ただし、図９のタービンシステムは、複流低圧タービン膨張機を２基ではなく１基のみ具備しており、第２の複流低圧タービン１５は具備していない。図９の発電機１７は、ガスタービン２３と全ての蒸気タービン膨張機が発生させた軸動力から、圧縮機２１が消費した軸動力を差し引いた軸動力を用いて発電する。

特許第４１８３３７０号公報 特開２００７−２３９６８５号公報 特開２００８−１６３７４６号公報

図８のタービンシステムでは、高中圧タービン１２、第１の複流低圧タービン１４、第２の複流低圧タービン１５、及び発電機１７が、経時劣化などにより性能低下する。例えば、各タービンは、静翼や動翼の表面粗さの悪化や、シールパッキンの間隙の拡大などによって、その性能が経時劣化する。これらの機器の性能が低下した場合、石炭燃料量に対する発電量は減少する。また、これらの機器に何らかの不適合が発生し発電量が減少する場合もある。

しかし、これら全ての機器は１つの回転軸１６に接続されているため、性能低下がどの機器に生じたのかがわかりにくい。例えば、各タービンの途中段からの蒸気の抽気や軸シールリークがあるので、各タービンの各段の流量はわからないし、各タービンの各段の温度及び圧力は計測できない。また、第１〜第４の低圧タービン膨張機１４ａ〜１５ｂの最終段では、蒸気が一部凝縮しており、蒸気の温度及び圧力のみでは比エンタルピはわからない。

よって、各タービン膨張機の入口及び出口の蒸気の流量、圧力、温度を計測してエンタルピ差を算出しても、各タービン膨張機の性能低下を検出する事はできない。また、発電機１７の効率も劣化するので、全てのタービンが発生した軸動力の合計値は、発電電力値からは得られない。全てのタービンが発生した軸動力の合計値がわからないため、発電機１７の効率が幾らに低下したのかもわからない。

もし、どの機器の性能が低下したのか、即ち、軸動力出力が低下したのかを特定できれば、その機器のみを分解調査したり、位置調整や汚れ清掃や部品交換などのメンテナンスをその機器に施したりできる。

また、技術の進歩による蒸気タービン膨張機の性能向上は進んでいるので、性能低下が起こる前に交換を行う事が考えられる。例えば、第２の低圧タービン膨張機１４ｂのみが発生する軸動力出力がわかれば、これを新型品に交換する効果がわかり、発電事業者としてはこの蒸気タービン膨張機の交換を検討しやすい。また、例えば第２の低圧タービン膨張機１４ｂにおける下流側の翼列３段のみが発生する軸動力出力がわかれば、これらの翼列を翼型が改良された新型品に交換する効果がわかり、発電事業者としてはこの蒸気タービン膨張機の部品の部分交換を検討しやすい。

また、図９のタービンシステムでは、高中圧タービン１２、第１の複流低圧タービン１４、第２の複流低圧タービン１５、発電機１７、圧縮機２１、及びガスタービン２３が、経時劣化などにより性能低下する。例えば、圧縮機２１やガスタービン２３は、大気吸い込み口に設置した吸気フィルタを通過した固体物の衝突や付着により静翼や動翼の表面状態が悪化する事などによって、その性能が経時劣化する。これらの機器の性能が低下した場合、天然ガス燃料流量に対する発電量は減少する。また、これらの機器に何らかの不適合が発生し発電量が減少する場合もある。

しかし、これら全ての機器は１つの回転軸１６に接続されているため、性能低下がどの機器に生じたのかがわかりにくい。例えば、各蒸気タービン膨張機に関しては、第１の例と同様の理由で、性能低下がどの機器に生じたのかがわからない。また、圧縮機２１は中間冷却を施すなどしているため、その性能低下が精度良くはわからない。更に、ガスタービン２３は入口温度が高温であるため、その温度を直接的に計測する事が困難で計測精度が低く、その性能低下が精度良くはわからない。第１の例と同様に、全てのタービンが発生した軸動力の合計値（ただし圧縮機２１の消費動力は差し引く）がわからないため、発電機１７の効率が幾らに低下したのかもわからない。

もし、どの機器の性能が低下したのか、即ち、軸動力出力が低下したのかを特定できれば、その機器のみを分解調査したり、位置調整や汚れ清掃や部品交換などのメンテナンスをその機器に施したりできる。一般に、ガスタービン２３の経時劣化は充分に大きい事から、ガスタービン２３の出力を蒸気タービンの出力と分離できれば、ガスタービン２３の出力と全蒸気タービンの合計出力のそれぞれの経時変化が監視しやすくなる。また、どの機器の性能が低下したのかを特定できれば、第１の例と同様に、その機器を技術の進歩により性能向上の進んだ機器に交換または部分交換する事を検討しやすくなる。

ここで、回転軸１６のような軸の軸動力を検出する方法の例について説明する。

例えば、軸トルクを光学式トルク計により計測する方法が存在する。この場合、トルクが変化していない軸露出部分の１ヶ所において、軸方向に充分に離れた２つの位置のねじり差からトルクを計測する。そして、計測されたねじり差と、事前に計測されている軸の剛性から得られたトルク値と、軸の回転数から、軸動力を算出する事ができる。

また、軸表面に貼り付けられた歪ゲージにより計測された歪値と、事前に計測されている軸の剛性から、軸トルクを算出する方法が存在する。この場合には、スリップリングを介するかまたは無線伝達を用いて、回転場からの信号を取り出す。

以上のように、タービンシステムでは、どの機器の性能が低下したのか、即ち、軸動力出力が低下したのかを特定する事が望ましい。これにより、その機器を技術の進歩により性能向上の進んだ機器に交換または部分交換する事を検討しやすくなるからである。

そこで、本発明の実施形態は、タービンの性能劣化を容易に特定可能なタービン監視システム、タービン監視方法、及びタービンシステムを提供する事を課題とする。

一の実施形態によれば、タービン監視システムは、少なくとも第１及び第２蒸気タービンと発電機とに接続された回転軸の第１トルクを、前記回転軸の第１領域で計測する第１計測部を具備する。前記システムは更に、前記第１領域で計測された前記第１トルクに基づいて、前記第１蒸気タービンの少なくとも一部を含む部分の軸動力出力、または前記発電機の消費トルクを算出する出力算出部を具備する。更に、前記第１領域は、前記第１蒸気タービンが前記第２蒸気タービンに隣接する場合において、前記第１蒸気タービンと前記第２蒸気タービンとの間に位置する、前記第１蒸気タービンが前記発電機に隣接する場合において、前記第１蒸気タービンと前記発電機との間に位置する、または前記第１蒸気タービン内に位置する。

第１実施形態のタービンシステムの構成を示す模式図である。 第２実施形態のタービンシステムの構成を示す模式図である。 第２実施形態の変形例のタービンシステムの構成を示す模式図である。 第３実施形態のタービンシステムの構成を示す模式図である。 第３実施形態の第６の範囲の位置を示す断面図である。 第４実施形態のタービンシステムの構成を示す模式図である。 第４実施形態の第７の範囲の位置を示す断面図である。 従来のタービンシステムの構成の第１の例を示す模式図である。 従来のタービンシステムの構成の第２の例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１〜図７では、図８及び図９に示す構成要素と同一または類似の構成要素には同一の符号を付し、図８及び図９の説明と重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のタービンシステムの構成を示す模式図である。

図１のタービンシステムは、図８に示す構成要素に加えて、タービンシステムの動作を監視するタービン監視システムの構成要素として、監視装置３０と、第１のトルク計３１と、第２のトルク計３２と、第３のトルク計３３とを具備している。本タービンシステムは、石炭火力発電を行う蒸気タービンプラントに相当する。本タービンシステムは、抽気蒸気を用いた再生サイクルを構成してもしなくてもよい。

第１のトルク計３１は、回転軸１６のトルクを回転軸１６の第１の範囲Ｒ１で計測し、このトルクの計測結果を監視装置３０に出力する。第１の範囲Ｒ１は、互いに隣接する高中圧タービン１２と第１の複流低圧タービン１４との間に位置している。

第２のトルク計３２は、回転軸１６のトルクを回転軸１６の第２の範囲Ｒ２で計測し、このトルクの計測結果を監視装置３０に出力する。第２の範囲Ｒ２は、互いに隣接する第１の複流低圧タービン１４と第２の複流低圧タービン１５との間に位置している。

第３のトルク計３３は、回転軸１６のトルクを回転軸１６の第３の範囲Ｒ３で計測し、このトルクの計測結果を監視装置３０に出力する。第３の範囲Ｒ３は、互いに隣接する第２の複流低圧タービン１５と発電機１７との間に位置している。

本実施形態では、第１から第３の範囲Ｒ１〜Ｒ３における軸剛性を予め得ておき、これらの軸剛性の情報を第１から第３のトルク計３１〜３３にそれぞれ与えておく。また、本実施形態では、光線の反射状態を変化させる反射部材を、第１から第３の範囲Ｒ１〜Ｒ３において回転軸１６の表面に貼り付けておく。そして、第１から第３のトルク計３１〜３３は、２本の光線を第１から第３の範囲Ｒ１〜Ｒ３それぞれに照射し、これらの光線の反射光と上述の軸剛性とに基づいて、回転軸１６のトルクを第１から第３の範囲Ｒ１〜Ｒ３で計測する。なお、第１から第３のトルク計３１〜３３は、回転軸１６に対するこのような光学測定に基づいてトルクを計測する代わりに、回転軸１６の軸ねじれ量に相関する歪値に基づいてトルクを計測してもよい。これは、後述する第４から第７のトルク計３４〜３７でも同様である。

監視装置３０は、タービンシステムの動作を監視する装置である。具体的には、監視装置３０は、第１から第３の範囲Ｒ１〜Ｒ３で計測されたトルクに基づいて、高中圧タービン１２、第１の複流低圧タービン１４、及び第２の複流低圧タービン１５の軸動力出力を算出する。監視装置３０は、第１から第３の範囲Ｒ１〜Ｒ３の内の１箇所で計測されたトルクに基づいて、これらの蒸気タービンの内の１つ以上の軸動力出力を算出する場合と、第１から第３の範囲Ｒ１〜Ｒ３の内の２箇所で計測されたトルクに基づいて、これらの蒸気タービンの内の１つ以上の軸動力出力を算出する場合とがある。監視装置３０は、出力算出部の例である。また、軸動力出力の算出対象となる蒸気タービンは、第１蒸気タービンの例である。

監視装置３０により算出された軸動力出力は、タービンシステムの中央制御装置などの外部装置に出力され、高中圧タービン１２、第１の複流低圧タービン１４、及び第２の複流低圧タービン１５の性能低下を評価するために使用される。例えば、ある蒸気タービンの軸動力出力が閾値以下（例えば定格出力の９０％以下）に低下した場合に、この蒸気タービンの性能が低下したと判定される。この判定は、監視装置３０の外部装置が自動的に行ってもよいし、作業員がマニュアルで行ってもよい。また、この判定は、監視装置３０が行ってもよい。

第１から第３のトルク計３１〜３３は、１）第１蒸気タービンとこれに隣接する第２蒸気タービンとの間の領域でトルクを計測するトルク計と、２）第１蒸気タービンとこれに隣接する発電機１７との間の領域でトルクを計測するトルク計と、３）第１蒸気タービンとこれに隣接する第３蒸気タービンとの間の領域でトルクを計測するトルク計とに分類される。第１、第２、及び第３蒸気タービンの具体例については後述する。

第１の複流低圧タービン１４は、第１の範囲Ｒ１と第２の範囲Ｒ２との間に挟まれている。よって、監視装置３０は、第１の範囲Ｒ１の計測トルクと第２の範囲Ｒ２の計測トルクとの差をとる事で、第１の複流低圧タービン１４の発生トルクを算出する事ができる。そして、監視装置３０は、この発生トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、第１の複流低圧タービン１４の軸動力出力を算出する。

この場合、第１の複流低圧タービン１４は、第１蒸気タービンの例であり、これに隣接する高中圧タービン１２及び第２の複流低圧タービン１５は、第２及び第３蒸気タービンの例である。また、第１及び第２のトルク計３１、３２は、第１及び第２計測部の例であり、第１及び第２の範囲Ｒ１、Ｒ２は、第１及び第２領域の例である。

第２の複流低圧タービン１５は、第２の範囲Ｒ２と第３の範囲Ｒ３との間に挟まれている。よって、監視装置３０は、第２の範囲Ｒ２の計測トルクと第３の範囲Ｒ３の計測トルクとの差をとる事で、第２の複流低圧タービン１５の発生トルクを算出する事ができる。そして、監視装置３０は、この発生トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、第２の複流低圧タービン１５の軸動力出力を算出する。

この場合、第２の複流低圧タービン１５は、第１蒸気タービンの例であり、これに隣接する第１の複流低圧タービン１４は、第２蒸気タービンの例である。また、第３のトルク計３３は第１計測部の例であり、第３の範囲Ｒ３は第１領域の例である。また、第２のトルク計３２は第２計測部の例であり、第２の範囲Ｒ２は第２領域の例である。

高中圧タービン１２は、回転軸１６の一方の軸端に接続されている。そのため、高中圧タービン１２の片側には、トルクを発生する機器もトルクを消費する機器も存在せず、第１の範囲Ｒ１の計測トルクが、高中圧タービン１２の発生トルクに相当する。よって、監視装置３０は、この発生トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、高中圧タービン１２の軸動力出力を算出する。

この場合、高中圧タービン１２は、第１蒸気タービンの例であり、これに隣接する第１の複流低圧タービン１４は、第２蒸気タービンの例である。また、第１のトルク計３１は第１計測部の例であり、第１の範囲Ｒ１は第１領域の例である。

なお、高中圧タービン１２、第１の複流低圧タービン１４、及び第２の複流低圧タービン１５が発生した合計トルクは、発電機１７のみで消費される。よって、第３の範囲Ｒ３の計測トルクは、これらの蒸気タービンが発生した合計トルクであると同時に、発電機１７が消費するトルクである。よって、監視装置３０は、この計測トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、これらの蒸気タービンの合計軸動力出力を算出すると同時に、発電機１７への軸動力入力を算出する。これらの算出結果も、外部装置に出力される。

また、第１の複流低圧タービン１４と第２の複流低圧タービン１５は、第１の範囲Ｒ１と第３の範囲Ｒ３との間に挟まれている。よって、監視装置３０は、第１の範囲Ｒ１の計測トルクと第３の範囲Ｒ３の計測トルクとの差をとる事で、第１の複流低圧タービン１４と第２の複流低圧タービン１５の合計発生トルクを算出する事ができる。そして、監視装置３０は、この合計発生トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、第１の複流低圧タービン１４と第２の複流低圧タービン１５の合計軸動力出力を算出する。この算出結果も、外部装置に出力される。

また、本実施形態の高中圧タービン１２が、高圧タービンと中圧タービンとに分離されている場合には、高圧タービンと中圧タービンとの間の範囲で回転軸１６のトルクを計測するトルク計を設けてもよい。この場合、監視装置３０は、このトルク計の計測トルクに基づいて高圧タービンの軸動力出力を算出する事や、このトルク計と第１のトルク計３１の計測トルクに基づいて中圧タービンの軸動力出力を算出する事が可能となる。

以上のように、本実施形態の監視装置３０は、第１から第３のトルク計３１〜３３等により計測されたトルクに基づいて、各蒸気タービンの軸動力出力や、複数の蒸気タービンの合計軸動力出力や、発電機１７への軸動力入力を算出する事ができる。よって、本実施形態によれば、発電機１７への軸動力入力と発電機１７の発電量とを比較する事で、発電機１７の効率を算出する事が可能となる。これにより、発電機１７の性能劣化を検出する事が可能となる。

また、第１から第３のトルク計３１〜３３は、本実施形態のタービンシステムにトルク計測時のみ設置されてもよいし、本実施形態のタービンシステムに常時設置されていてもよい。前者の場合、監視装置３０は、回転軸１６のトルクをある程度の期間ごと（例えば１か月ごと）に監視してもよい。後者の場合、監視装置３０は、第１から第３のトルク計３１〜３３の計測トルクを常時監視してもよい。これらの監視により、監視対象部位の軸動力出力の経時変化を監視する事が可能となる。これは、後述する第４から第７のトルク計３４〜３７でも同様である。

一般に、蒸気タービンプラントは、１つの回転軸に対し複数の蒸気タービンを具備する事が多い。図１のタービンシステムも、回転軸１６に対し高中圧タービン１２、第１の複流低圧タービン１４、及び第２の複流低圧タービン１５を具備している。本実施形態によれば、第１から第３のトルク計３１〜３３による計測トルクを用いる事で、これらの蒸気タービンの内のいずれの軸動力出力が低下したのかを判定する事が可能となる。即ち、本実施形態によれば、性能低下が生じた蒸気タービンを特定する事が可能となる。更には、発電機１７の性能低下も監視する事が可能となる。

よって、本実施形態によれば、これらの機器のメンテナンスを実施しやすくなるとともに、これらの機器を技術の進歩により性能向上の進んだ機器に交換または部分交換する事を検討しやすくなる。

なお、第１から第３のトルク計３１〜３３は、どのような方法で回転軸１６のトルクを計測してもよい。例えば、上述のように、光学測定によりトルクを計測してもよいし、歪ゲージを用いてトルクを計測してもよい。前者の方法には、スリップリングや無線伝達を用いる事による誤差発生を低減できるという利点がある。後者の方法には、トルク計測を安価な装置で実現できるという利点がある。これは、後述する第４から第７のトルク計３４〜３７でも同様である。

以上のように、本実施形態によれば、タービンシステムを構成する蒸気タービンや発電機１７の性能劣化を容易に特定する事が可能となる。

（第２実施形態）
図２は、第２実施形態のタービンシステムの構成を示す模式図である。

図２のタービンシステムは、図９に示す構成要素に加えて、タービンシステムの動作を監視するタービン監視システムの構成要素として、監視装置３０と、第１のトルク計３１と、第２のトルク計３２と、第４のトルク計３４と、第５のトルク計３５とを具備している。図２のタービンシステムは、天然ガス火力発電を行うコンバインドサイクル型タービンプラントに相当する。

図２では、回転軸１６の一方の軸端に圧縮機２１が接続され、回転軸１６の他方の軸端に発電機１７が接続されている。ガスタービン２３、高中圧タービン１２、及び第１の複流低圧タービン１４は、これらの軸端間において回転軸１６に順番に接続されている。

第１のトルク計３１は、回転軸１６のトルクを回転軸１６の第１の範囲Ｒ１で計測し、このトルクの計測結果を監視装置３０に出力する。第１の範囲Ｒ１は、互いに隣接する高中圧タービン１２と第１の複流低圧タービン１４との間に位置している。

第２のトルク計３２は、回転軸１６のトルクを回転軸１６の第２の範囲Ｒ２で計測し、このトルクの計測結果を監視装置３０に出力する。第２の範囲Ｒ２は、互いに隣接する第１の複流低圧タービン１４と発電機１７との間に位置している。

第５のトルク計３５は、回転軸１６のトルクを回転軸１６の第５の範囲Ｒ５で計測し、このトルクの計測結果を監視装置３０に出力する。第５の範囲Ｒ５は、互いに隣接する高中圧タービン１２とガスタービン２３との間に位置している。第５のトルク計３５は第３計測部の例であり、第５の範囲Ｒ５は第３領域の例である。

第４のトルク計３４は、回転軸１６のトルクを回転軸１６の第４の範囲Ｒ４で計測し、このトルクの計測結果を監視装置３０に出力する。第４の範囲Ｒ４は、ガスタービン２３に対し第５の範囲Ｒ５の反対側に位置しており、具体的には、ガスタービン２３と圧縮機２１との間に位置している。第４のトルク計３４は第４計測部の例であり、第４の範囲Ｒ４は第４領域の例である。

本実施形態では、第１、第２、第４、及び第５の範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５における軸剛性を予め得ておき、これらの軸剛性の情報を第１、第２、第４、及び第５のトルク計３１、３２、３４、３５にそれぞれ与えておく。また、本実施形態では、光線の反射状態を変化させる反射部材をこれらの範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５において回転軸１６の表面に貼り付けておく。そして、第１、第２、第４、及び第５のトルク計３１、３２、３４、３５はそれぞれ、２本の光線を第１、第２、第４、及び第５の範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５に照射し、これらの光線の反射光と上述の軸剛性とに基づいて、回転軸１６のトルクをこれらの範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５で計測する。

監視装置３０は、タービンシステムの動作を監視する装置である。具体的には、監視装置３０は、第１、第２、第４、及び第５の範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５で計測されたトルクに基づいて、高中圧タービン１２、第１の複流低圧タービン１４、及びガスタービン２３の軸動力出力と、圧縮機２１の消費動力とを算出する。監視装置３０により算出された軸動力出力は、タービンシステムの中央制御装置などの外部装置に出力され、高中圧タービン１２、第１の複流低圧タービン１４、ガスタービン２３、及び圧縮機２１の性能低下を評価するために使用される。圧縮機２１は、消費動力が大きくなると性能低下している。

第１の複流低圧タービン１４は、第１の範囲Ｒ１と第２の範囲Ｒ２との間に挟まれている。よって、監視装置３０は、第１の範囲Ｒ１の計測トルクと第２の範囲Ｒ２の計測トルクとの差をとる事で、第１の複流低圧タービン１４の発生トルクを算出する事ができる。そして、監視装置３０は、この発生トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、第１の複流低圧タービン１４の軸動力出力を算出する。

この場合、第１の複流低圧タービン１４は、第１蒸気タービンの例であり、これに隣接する高中圧タービン１２は、第３蒸気タービンの例である。また、第２のトルク計３２は第１計測部の例であり、第２の範囲Ｒ２は第１領域の例である。また、第１のトルク計３１は第２計測部の例であり、第１の範囲Ｒ１は第２領域の例である。

高中圧タービン１２は、第１の範囲Ｒ１と第５の範囲Ｒ５との間に挟まれている。よって、監視装置３０は、第１の範囲Ｒ１の計測トルクと第５の範囲Ｒ５の計測トルクとの差をとる事で、高中圧タービン１２の発生トルクを算出する事ができる。そして、監視装置３０は、この発生トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、高中圧タービン１２の軸動力出力を算出する。

この場合、高中圧タービン１２は第１蒸気タービンの例であり、第１のトルク計３１は第１計測部の例であり、第１の範囲Ｒ１は第１領域の例である。また、第５のトルク計３５は第３計測部の例であり、第５の範囲Ｒ５は第３領域の例である。

ガスタービン２３は、第４の範囲Ｒ４と第５の範囲Ｒ５との間に挟まれている。よって、監視装置３０は、第４の範囲Ｒ４の計測トルクと第５の範囲Ｒ５の計測トルクとの差をとる事で、ガスタービン２３の発生トルクを算出する事ができる。そして、監視装置３０は、この発生トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、ガスタービン２３の軸動力出力を算出する。

この場合、第５のトルク計３５は第３計測部の例であり、第５の範囲Ｒ５は第３領域の例である。また、第４のトルク計３４は第４計測部の例であり、第４の範囲Ｒ４は第４領域の例である。

圧縮機２１は、回転軸１６の一方の軸端に接続されている。そのため、圧縮機２１の片側には、トルクを発生する機器もトルクを消費する機器も存在せず、第４の範囲Ｒ４の計測トルクが、圧縮機２１の消費トルクに相当する。よって、監視装置３０は、この消費トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、圧縮機２１への軸動力入力を算出する。監視装置３０は更に、ガスタービン２３の発生トルクと圧縮機２１の消費トルクとの差をとる事で、ガスタービンシステムの発生トルクを算出し、この発生トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、ガスタービンシステムの軸動力出力を算出する。

なお、高中圧タービン１２、第１の複流低圧タービン１４、及びガスタービン２３が発生した合計トルクは、圧縮機２１と発電機１７とで消費される。よって、第２の範囲Ｒ２の計測トルクは、これらの蒸気タービンの合計発生トルクと圧縮機２１の消費トルクとの差であると同時に、発電機１７が消費するトルクである。よって、監視装置３０は、この計測トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、これらの蒸気タービン及びガスタービンシステムの合計軸動力出力を算出すると同時に、発電機１７への軸動力入力を算出する。これらの算出結果も、外部装置に出力される。

また、高中圧タービン１２と第１の複流低圧タービン１４は、第５の範囲Ｒ５と第２の範囲Ｒ２との間に挟まれている。よって、監視装置３０は、第５の範囲Ｒ５の計測トルクと第２の範囲Ｒ２の計測トルクとの差をとる事で、高中圧タービン１２と第１の複流低圧タービン１４の合計発生トルクを算出する事ができる。そして、監視装置３０は、この合計発生トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、高中圧タービン１２と第１の複流低圧タービン１４の合計軸動力出力を算出する。この算出結果も、外部装置に出力される。

また、本実施形態の高中圧タービン１２が、高圧タービンと中圧タービンとに分離されている場合には、高圧タービンと中圧タービンとの間の範囲で回転軸１６のトルクを計測するトルク計を設けてもよい。この場合、監視装置３０は、このトルク計と第５のトルク計３５の計測トルクに基づいて高圧タービンの軸動力出力を算出する事や、このトルク計と第１のトルク計３１の計測トルクに基づいて中圧タービンの軸動力出力を算出する事が可能となる。

以上のように、本実施形態の監視装置３０は、第１、第２、第４、及び第５のトルク計３１、３２、３４、３５等により計測されたトルクに基づいて、各蒸気タービンやガスタービン２３やガスタービンシステムの軸動力出力や、複数の蒸気タービンの合計軸動力出力や、発電機１７への軸動力入力や、圧縮機２１が消費する軸動力を算出する事ができる。よって、本実施形態によれば、発電機１７への軸動力入力と発電機１７の発電量とを比較する事で、発電機１７の効率を算出する事が可能となる。これにより、発電機１７の性能劣化を検出する事が可能となる。

一般に、コンバインドサイクル型タービンプラントは、１つの回転軸に対し複数の蒸気タービンを具備する事が多い。図２のタービンシステムも、回転軸１６に対し高中圧タービン１２と第１の複流低圧タービン１４とを具備している。本実施形態によれば、第１、第２、及び第５のトルク計３１、３２、３５による計測トルクを用いる事で、これらの蒸気タービンの内のいずれの軸動力出力が低下したのかを判定する事が可能となる。即ち、本実施形態によれば、性能低下が生じた蒸気タービンを特定する事が可能となる。

また、図２のタービンシステムは、回転軸１６に対し更にガスタービン２３を具備している。本実施形態によれば、第１、第２、第４、及び第５のトルク計３１、３２、３４、３５による計測トルクを用いる事で、複数の蒸気タービンとガスタービン２３の内のいずれの軸動力出力が低下したのかを判定する事が可能となる。さらには、圧縮機２１の性能低下も判定可能となる。一般に、ガスタービンは蒸気タービンよりも性能低下が速い事から、ガスタービンの性能低下を判定する事は効果的である。

よって、本実施形態によれば、これらの機器のメンテナンスを実施しやすくなるとともに、これらの機器を技術の進歩により性能向上の進んだ機器に交換または部分交換する事を検討しやすくなる。

以上のように、本実施形態によれば、タービンシステムを構成する蒸気タービンとガスタービン２３、圧縮機２１、及び発電機１７の性能劣化を容易に特定する事が可能となる。

（第２実施形態の変形例）
図３は、第２実施形態の変形例のタービンシステムの構成を示す模式図である。以下、第２実施形態と本変形例との相違点を中心に説明し、第２実施形態と本変形例との共通点の説明はおおむね省略する。

本変形例のタービンシステムでは、発電機１７が、高中圧タービン１２とガスタービン２３との間に設けられている。図３では、作図の便宜上、第１及び第４のトルク計３１、３４や監視装置３０の図示が省略されているが、本変形例でも第１及び第４のトルク計３１、３４や監視装置３０が図２に示す位置に設けられている。

一方、本変形例では、第２及び第５のトルク計３２、３５が、第８及び第９のトルク計３８、３９に置き換えられている。

第８のトルク計３８は、回転軸１６のトルクを回転軸１６の第８の範囲Ｒ８で計測し、このトルクの計測結果を監視装置３０に出力する。第８の範囲Ｒ８は、互いに隣接するガスタービン２３と発電機１７との間に位置している。

第９のトルク計３９は、回転軸１６のトルクを回転軸１６の第９の範囲Ｒ９で計測し、このトルクの計測結果を監視装置３０に出力する。第９の範囲Ｒ９は、互いに隣接する高中圧タービン１２と発電機１７との間に位置している。

本変形例では、第２、第５、第８、及び第９の範囲Ｒ２、Ｒ５、Ｒ８、Ｒ９における軸剛性を予め得ておき、これらの軸剛性の情報を第２、第５、第８、及び第９のトルク計３２、３５、３８、３９にそれぞれ与えておく。また、本変形例では、光線の反射状態を変化させる反射部材をこれらの範囲Ｒ２、Ｒ５、Ｒ８、Ｒ９において回転軸１６の表面に貼り付けておく。そして、第２、第５、第８、及び第９のトルク計３２、３５、３８、３９はそれぞれ、２本の光線を第２、第５、第８、及び第９の範囲Ｒ２、Ｒ５、Ｒ８、Ｒ９に照射し、これらの光線の反射光と上述の軸剛性とに基づいて、回転軸１６のトルクをこれらの範囲Ｒ２、Ｒ５、Ｒ８、Ｒ９で計測する。

監視装置３０は、第２、第５、第８、及び第９の範囲Ｒ２、Ｒ５、Ｒ８、Ｒ９で計測されたトルクに基づいて、高中圧タービン１２、第１の複流低圧タービン１４、及びガスタービン２３の軸動力出力と、圧縮機２１の消費動力とを算出する。監視装置３０により算出された軸動力出力は、タービンシステムの中央制御装置などの外部装置に出力され、高中圧タービン１２、第１の複流低圧タービン１４、ガスタービン２３、及び圧縮機２１の性能低下を評価するために使用される。圧縮機２１は、消費動力が大きくなると性能低下している。

高中圧タービン１２は、第１の範囲Ｒ１と第９の範囲Ｒ９との間に挟まれている。よって、監視装置３０は、第１の範囲Ｒ１の計測トルクと第９の範囲Ｒ９の計測トルクとの差をとる事で、高中圧タービン１２の発生トルクを算出する事ができる。そして、監視装置３０は、この発生トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、高中圧タービン１２の軸動力出力を算出する。

この場合、高中圧タービン１２は第１蒸気タービンの例であり、第１のトルク計３１は第１計測部の例であり、第１の範囲Ｒ１は第１領域の例である。また、第９のトルク計３９は第３計測部の例であり、第９の範囲Ｒ９は第３領域の例である。

ガスタービン２３は、第４の範囲Ｒ４と第８の範囲Ｒ８との間に挟まれている。よって、監視装置３０は、第４の範囲Ｒ４の計測トルクと第８の範囲Ｒ８の計測トルクとの差をとる事で、ガスタービン２３の発生トルクを算出する事ができる。そして、監視装置３０は、この発生トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、ガスタービン２３の軸動力出力を算出する。

この場合、第８のトルク計３８は第３計測部の例であり、第８の範囲Ｒ８は第３領域の例である。また、第４のトルク計３４は第４計測部の例であり、第４の範囲Ｒ４は第４領域の例である。

発電機１７は、第８の範囲Ｒ８と第９の範囲Ｒ９との間に挟まれている。よって、監視装置３０は、第８の範囲Ｒ８の計測トルクと第９の範囲Ｒ９の計測トルクとの差をとる事で、発電機１７が消費するトルクを算出する事ができる。そして、監視装置３０は、このトルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、発電機１７への軸動力入力を算出する。

圧縮機２１は、回転軸１６の一方の軸端に接続されている。そのため、圧縮機２１の片側には、トルクを発生する機器もトルクを消費する機器も存在せず、第４の範囲Ｒ４の計測トルクが、圧縮機２１の消費トルクに相当する。よって、監視装置３０は、この消費トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、圧縮機２１への軸動力入力を算出する。監視装置３０は更に、ガスタービン２３の発生トルクと圧縮機２１の消費トルクとの差をとる事で、ガスタービンシステムの発生トルクを算出し、この発生トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、ガスタービンシステムの軸動力出力を算出する。

なお、高中圧タービン１２、第１の複流低圧タービン１４、及びガスタービン２３が発生した合計トルクは、圧縮機２１と発電機１７とで消費される。よって、第１の範囲Ｒ１の計測トルクは、高中圧タービン１２及びガスタービン２３の合計発生トルクと圧縮機２１及び発電機１７の消費トルクとの差であると同時に、第１の複流低圧タービン１４が発生するトルクである。よって、監視装置３０は、この計測トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、第１の複流低圧タービン１４の軸動力出力を算出する。この算出結果も、外部装置に出力される。

以上のように、本変形例の監視装置３０は、第２、第５、第８、及び第９のトルク計３２、３５、３８、３９等により計測されたトルクに基づいて、各蒸気タービンやガスタービン２３等の軸動力出力や、発電機１７への軸動力入力や、圧縮機２１が消費する軸動力を算出する事ができる。よって、本変形例によれば、発電機１７への軸動力入力と発電機１７の発電量とを比較する事で、発電機１７の効率を算出する事が可能となる。これにより、発電機１７の性能劣化を検出する事が可能となる。

（第３実施形態）
図４は、第３実施形態のタービンシステムの構成を示す模式図である。

本実施形態のタービンシステムは、図４に示す部分以外は、第１実施形態のタービンシステムと同じ構成を有している。本実施形態のタービンシステムは、図４に示すように、第６のトルク計３６を具備している。

第６のトルク計３６は、回転軸１６のトルクを回転軸１６の第６の範囲Ｒ６で計測し、このトルクの計測結果を監視装置３０に出力する。第６の範囲Ｒ６は、第１の複流低圧タービン１４内に位置しており、具体的には、第１の低圧タービン膨張機１４ａと第２の低圧タービン膨張機１４ｂとの間に位置している。

本実施形態では、第６の範囲Ｒ６における軸剛性を予め得ておき、第６の範囲Ｒ６における軸剛性の情報を第６のトルク計３６に与えておく。また、本実施形態では、光線の反射状態を変化させる反射部材を、第６の範囲Ｒ６において回転軸１６の表面に貼り付けておく。そして、第６のトルク計３６は、２本の光線を第６の範囲Ｒ６に照射し、これらの光線の反射光と上述の軸剛性とに基づいて、回転軸１６のトルクを第６の範囲Ｒ６で計測する。なお、本実施形態の第１から第３の範囲Ｒ１〜Ｒ３における軸剛性等については、第１実施形態で説明した通りである。

第１の低圧タービン膨張機１４ａは、第１の範囲Ｒ１と第６の範囲Ｒ６との間に挟まれている。よって、監視装置３０は、第１の範囲Ｒ１の計測トルクと第６の範囲Ｒ６の計測トルクとの差をとる事で、第１の低圧タービン膨張機１４ａの発生トルクを算出する事ができる。そして、監視装置３０は、この発生トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、第１の低圧タービン膨張機１４ａの軸動力出力を算出する。

この場合、第１の複流低圧タービン１４は、第１蒸気タービンの例であり、これに隣接する高中圧タービン１２は、第２タービンの例である。また、第６のトルク計３６は第１計測部の例であり、第６の範囲Ｒ６は第１領域の例である。また、第１のトルク計３１は第２計測部の例であり、第１の範囲Ｒ１は第２領域の例である。

第２の低圧タービン膨張機１４ｂは、第２の範囲Ｒ２と第６の範囲Ｒ６との間に挟まれている。よって、監視装置３０は、第２の範囲Ｒ２の計測トルクと第６の範囲Ｒ６の計測トルクとの差をとる事で、第２の低圧タービン膨張機１４ｂの発生トルクを算出する事ができる。そして、監視装置３０は、この発生トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、第２の低圧タービン膨張機１４ｂの軸動力出力を算出する。

この場合、第１の複流低圧タービン１４は、第１蒸気タービンの例であり、第６のトルク計３６は第１計測部の例であり、第６の範囲Ｒ６は第１領域の例である。また、第２のトルク計３２は第２計測部の例であり、第２の範囲Ｒ２は第２領域の例である。

なお、監視装置３０は、第１の範囲Ｒ１の計測トルクと第２の範囲Ｒ２の計測トルクとの差をとる事で、第１の複流低圧タービン１４の発生トルクを算出する事ができる。これは、第１及び第２の低圧タービン膨張機１４ａ、１４ｂの合計発生トルクに相当する。

このように、本実施形態の監視装置３０は、第１の複流低圧タービン１４の一部の軸動力出力を算出する事ができ、具体的には、第１の低圧タービン膨張機１４ａの軸動力出力と、第２の低圧タービン膨張機１４ｂの軸動力出力とを算出する事ができる。

なお、第６の範囲Ｒ６は、図１または図２の高中圧タービン１２、第２の複流低圧タービン１５、またはガスタービン２３内に位置していてもよい。この場合、これらのタービンの一部の軸動力出力を算出する事が可能となる。

図５は、第３実施形態の第６の範囲Ｒ６の位置を示す断面図である。

図５は、第１の複流低圧タービン１４の初段部分を示し、具体的には、第１の低圧タービン膨張機１４ａの初段静翼４１及び初段動翼４２と、第２の低圧タービン膨張機１４ｂの初段静翼４３及び初段動翼４４とを示している。

第１の複流低圧タービン１４に流入した蒸気は、第１及び第２蒸気に分岐する。第１蒸気は、第１の低圧タービン膨張機１４ａに流入し、初段静翼４１、初段動翼４２の順に流通する。第２蒸気は、第２の低圧タービン膨張機１４ｂに流入し、初段静翼４３、初段動翼４４の順に流通する。回転軸１６の第６の範囲Ｒ６は、第１の低圧タービン膨張機１４ａの初段静翼４１と、第２の低圧タービン膨張機１４ｂの初段静翼４３との間に位置している。

なお、第６のトルク計３６の照射装置と信号処理装置は、第１の複流低圧タービン１４の外部に配置される。一方、第６のトルク計３６の計測プローブは、第１の複流低圧タービン１４の内部において第６の範囲Ｒ６付近に配置される。第６のトルク計３６の前者部分と後者部分は、光ファイバケーブルにより接続される。計測プローブは充分に小さく、かつ第１の複流低圧タービン１４の作動蒸気に曝されても動作するので、第１の複流低圧タービン１４内に設置可能である。

以上のように、本実施形態の監視装置３０は、第１、第２、及び第６のトルク計３１、３２、３６により計測されたトルクに基づいて、第１の複流低圧タービン１４の一部の軸動力出力を算出する事ができる。通常、第１の複流低圧タービン１４の排気蒸気は湿っているため、排気蒸気の流量、温度、及び圧力の計測により第１の複流低圧タービン１４の性能を検査する事は難しい。本実施形態によれば、計測トルクを用いる事により、第１の複流低圧タービン１４のどの部分の性能が劣化しているかを詳細に検査する事が可能となる。例えば、第１及び第２の低圧タービン膨張機１４ａ、１４ｂのどちらが如何ほど出力低下に寄与したのかを特定する事が可能となる。

（第４実施形態）
図６は、第４実施形態のタービンシステムの構成を示す模式図である。

本実施形態のタービンシステムは、図６に示す部分以外は、第１実施形態のタービンシステムと同じ構成を有している。本実施形態のタービンシステムは、図４に示すように、第７のトルク計３７を具備している。

第７のトルク計３７は、回転軸１６のトルクを回転軸１６の第７の範囲Ｒ７で計測し、このトルクの計測結果を監視装置３０に出力する。第７の範囲Ｒ７は、第１の複流低圧タービン１４内に位置しており、具体的には、第２の低圧タービン膨張機１４ｂの複数の段の内の互いに隣接する段同士の間に位置している。

本実施形態では、第７の範囲Ｒ７における軸剛性を予め得ておき、第７の範囲Ｒ７における軸剛性の情報を第７のトルク計３７に与えておく。また、本実施形態では、光線の反射状態を変化させる反射部材を、第７の範囲Ｒ７において回転軸１６の表面に貼り付けておく。そして、第７のトルク計３７は、２本の光線を第７の範囲Ｒ７に照射し、これらの光線の反射光と上述の軸剛性とに基づいて、回転軸１６のトルクを第７の範囲Ｒ７で計測する。なお、本実施形態の第１から第３の範囲Ｒ１〜Ｒ３における軸剛性等については、第１実施形態で説明した通りである。

後述するように、第７の範囲Ｒ７は、第２の低圧タービン膨張機１４ｂの最終段動翼と最終段手前動翼との間に位置しているため、この最終段動翼は、第２の範囲Ｒ２と第６の範囲Ｒ６との間に挟まれている。よって、監視装置３０は、第２の範囲Ｒ２の計測トルクと第７の範囲Ｒ７の計測トルクとの差をとる事で、第２の低圧タービン膨張機１４ｂの最終段動翼の発生トルクを算出する事ができる。そして、監視装置３０は、この発生トルクと回転軸１６の回転数とに基づいて、第１の低圧タービン膨張機１４ａの最終段動翼の軸動力出力を算出する。

この場合、第１の複流低圧タービン１４は、第１蒸気タービンの例であり、第７のトルク計３７は第１計測部の例であり、第７の範囲Ｒ７は第１領域の例である。また、第２のトルク計３２は第２計測部の例であり、第２の範囲Ｒ２は第２領域の例である。

このように、本実施形態の監視装置３０は、第１の複流低圧タービン１４の一部の軸動力出力を算出する事ができ、具体的には、第２の低圧タービン膨張機１４ｂの最終段動翼の軸動力出力を算出する事ができる。

なお、第７の範囲Ｒ７は、図１または図２の高中圧タービン１２、第２の複流低圧タービン１５、またはガスタービン２３内に位置していてもよい。この場合、これらのタービンの一部の軸動力出力を算出する事が可能となる。

図７は、第４実施形態の第７の範囲Ｒ７の位置を示す断面図である。

図７は、第２の低圧タービン膨張機１４ｂの最終段部分を示し、具体的には、第２の低圧タービン膨張機１４ｂの最終段手前動翼４５、最終段静翼４６、及び最終段動翼４７を示している。

第１の複流低圧タービン１４に流入した蒸気は、第１及び第２蒸気に分岐する。第２蒸気は、第２の低圧タービン膨張機１４ｂに流入し、初段静翼４３、初段動翼４４の順に流通し（図５を参照）、更には最終段手前動翼４５、最終段静翼４６、最終段動翼４７の順に流通し、第２の低圧タービン膨張機１４ｂから排出される。回転軸１６の第７の範囲Ｒ７は、第１の低圧タービン膨張機１４ａの最終段動翼４７と最終段手前動翼４５との間に位置している。

なお、第７のトルク計３７の照射装置と信号処理装置は、第１の複流低圧タービン１４の外部に配置される。一方、第７のトルク計３７の計測プローブは、第１の複流低圧タービン１４の内部において第７の範囲Ｒ７付近に配置される。第７のトルク計３７の前者部分と後者部分は、光ファイバケーブルにより接続される。

以上のように、本実施形態の監視装置３０は、第１、第２、及び第７のトルク計３１、３２、３７により計測されたトルクに基づいて、第１の複流低圧タービン１４の一部の軸動力出力を算出する事ができる。本実施形態によれば、計測トルクを用いる事により、第１の複流低圧タービン１４のどの部分の性能が劣化しているかを詳細に検査する事が可能となる。例えば、第２の低圧タービン膨張機１４ｂの最終段動翼４７の性能低下が第１の複流低圧タービン１４の性能低下に如何ほど寄与したのかを特定する事が可能となる。

最終段動翼４７には水滴が衝突する事から、最終段動翼４７にエロージョンが発生する事で翼表面形状が悪化していき、その結果、第１の複流低圧タービン１４の出力が低下する。そのため、最終段動翼４７のみを新品に交換する事で、第２の低圧タービン膨張機１４ｂの性能を回復させる事ができる。本実施形態によれば、この交換の是非を検討しやすくなる。

また、最終段動翼４７付近では、作動蒸気の一部が凝縮して水滴になって湿り蒸気になっているため、湿り損失が発生している。一方で、技術の進歩により湿り損失がより小さくなる工夫を施した最終段動翼４７、最終段静翼４６、最終段手前動翼４５が開発され続けている。よって、これらの翼の初期からの性能低下が大きくなくても、これらの翼を新開発品に交換すれば、第１の複流低圧タービン１４の性能が大きく向上する場合がある。本実施形態によれば、この交換の是非を検討しやすくなる。

なお、第７の範囲Ｒ７は、最終段動翼４７と最終段手前動翼４５との間の地点とは別の地点に位置していてもよい。例えば、第７の範囲Ｒ７は、最終段手前動翼４５とその手前の動翼との間に位置していてもよい。この場合、最終段動翼４７と最終段手前動翼４５との合計軸動力出力を算出する事が可能となる。これらの動翼は半径方向に充分に長い事から、強度や振動の離調を保ちながら性能を向上するのが困難である。一方で、技術の進歩により工夫を施したこれらの動翼が開発され続けている。よって、これらの翼の初期からの性能低下が大きくなくても、これらの翼を新開発品に交換すれば、第１の複流低圧タービン１４の性能が大きく向上する場合がある。本実施形態によれば、この交換の是非を検討しやすくなる。

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定する事を意図したものではない。本明細書で説明した新規なシステム及び方法は、その他の様々な形態で実施する事ができる。また、本明細書で説明したシステム及び方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行う事ができる。添付の特許請求の範囲及びこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

１：高圧蒸気、２：再熱蒸気、３：水、４：大気、５：天然ガス、
１１：ボイラ、１２：高中圧タービン、
１２ａ：高圧タービン膨張機、１２ｂ：中圧タービン膨張機、１３：再熱器、
１４：第１の複流低圧タービン、１４ａ：第１の低圧タービン膨張機、
１４ｂ：第２の低圧タービン膨張機、１５：第２の複流低圧タービン、
１５ａ：第３の低圧タービン膨張機、１５ｂ：第４の低圧タービン膨張機、
１６：回転軸、１７：発電機、１８：復水器、
２１：圧縮機、２２：燃焼器、２３：ガスタービン、２４：排熱回収器、
３０：監視装置、３１：第１のトルク計、
３２：第２のトルク計、３３：第３のトルク計、
３４：第４のトルク計、３５：第５のトルク計、
３６：第６のトルク計、３７：第７のトルク計、
３８：第８のトルク計、３９：第９のトルク計、
４１：初段静翼、４２：初段動翼、４３：初段静翼、４４：初段動翼、
４５：最終段手前動翼、４６：最終段静翼、４７：最終段動翼

Claims (14)

1. 少なくとも第１及び第２蒸気タービンと発電機とに接続された回転軸の第１トルクを、前記回転軸の第１領域で計測する第１計測部と、
   前記第１領域で計測された前記第１トルクに基づいて、前記第１蒸気タービンの少なくとも一部を含む部分の軸動力出力、または前記発電機の消費トルクを算出する出力算出部と、
   を具備し、
   前記第１領域は、
   前記第１蒸気タービンが前記第２蒸気タービンに隣接する場合において、前記第１蒸気タービンと前記第２蒸気タービンとの間に位置する、
   前記第１蒸気タービンが前記発電機に隣接する場合において、前記第１蒸気タービンと前記発電機との間に位置する、または
   前記第１蒸気タービン内に位置する、
   事を特徴とするタービン監視システム。
2. 前記第１領域は、前記第１蒸気タービンが、前記第２蒸気タービンに隣接し、かつ前記回転軸の軸端に接続されている場合において、前記第１蒸気タービンと前記第２蒸気タービンとの間に位置する事を特徴とする、請求項１に記載のタービン監視システム。
3. 前記第１蒸気タービンは、複数の膨張機を具備し、
   前記第１領域は、互いに隣接する膨張機同士の間に位置し、
   前記出力算出部は、前記第１領域で計測された前記第１トルクに基づいて、前記複数の膨張機の内の一部の膨張機の軸動力出力を算出する、
   事を特徴とする請求項１に記載のタービン監視システム。
4. 前記第１蒸気タービンは、複数の段を具備し、
   前記第１領域は、互いに隣接する段同士の間に位置し、
   前記出力算出部は、前記第１領域で計測された前記第１トルクに基づいて、前記複数の段の内の一部の段の軸動力出力を算出する、
   事を特徴とする請求項１に記載のタービン監視システム。
5. 前記回転軸の第２トルクを前記回転軸の第２領域で計測する第２計測部を更に具備し、
   前記出力算出部は、前記第１領域で計測された前記第１トルクと、前記第２領域で計測された前記第２トルクとに基づいて、前記第１蒸気タービンの少なくとも一部を含む部分の軸動力出力を算出する、
   事を特徴とする請求項１、３、または４に記載のタービン監視システム。
6. 前記第１蒸気タービンが、前記第２蒸気タービンまたは前記発電機に隣接し、かつ第３蒸気タービンに隣接する場合において、
   前記第１領域は、前記第１蒸気タービンと前記第２蒸気タービンまたは前記発電機との間に位置し、
   前記第２領域は、前記第１蒸気タービンと前記第３蒸気タービンとの間に位置する、
   事を特徴とする請求項５に記載のタービン監視システム。
7. 前記第１蒸気タービンが、前記第２蒸気タービンまたは前記発電機に隣接する場合において、
   前記第１領域は、前記第１蒸気タービン内に位置し、
   前記第２領域は、前記第１蒸気タービンと前記第２蒸気タービンまたは前記発電機との間に位置する、
   事を特徴とする請求項５に記載のタービン監視システム。
8. 前記回転軸の第３トルクを前記回転軸の第３領域で計測する第３計測部を更に具備し、
   前記回転軸は、少なくとも前記発電機と、ガスタービンと、前記発電機と前記ガスタービンとの間に設けられた前記第１及び第２蒸気タービンとに接続され、
   前記第３領域は、前記ガスタービンと前記第１及び第２蒸気タービンとの間に位置し、
   前記出力算出部は、前記第３領域で計測された前記第３トルクに基づいて、前記ガスタービンの少なくとも一部を含む部分の軸動力出力、または前記ガスタービンに隣接する蒸気タービンの少なくとも一部を含む部分の軸動力出力を算出する、
   事を特徴とする請求項１に記載のタービン監視システム。
9. 前記回転軸の第３トルクを前記回転軸の第３領域で計測する第３計測部を更に具備し、
   前記回転軸は、少なくとも前記第１及び第２蒸気タービンと、ガスタービンと、前記第１及び第２蒸気タービンと前記ガスタービンとの間に設けられた前記発電機とに接続され、
   前記第３領域は、前記第１及び第２蒸気タービンと前記発電機との間、または前記ガスタービンと前記発電機との間に位置し、
   前記出力算出部は、前記第３領域で計測された前記第３トルクに基づいて、前記ガスタービンの少なくとも一部を含む部分の軸動力出力、前記発電機に隣接する蒸気タービンの少なくとも一部を含む部分の軸動力出力、または前記発電機の消費トルクを算出する、
   事を特徴とする請求項１に記載のタービン監視システム。
10. 前記回転軸の第４トルクを前記回転軸の第４領域で計測する第４計測部を更に具備し、
    前記第４領域は、前記ガスタービンに対し前記第３領域の反対側に位置し、または前記ガスタービン内に位置し、
    前記出力算出部は、前記第３領域で計測された前記第３トルクと、前記第４領域で計測された前記第４トルクとに基づいて、前記ガスタービンの少なくとも一部を含む部分の軸動力出力を算出する事を特徴とする、請求項８または９に記載のタービン監視システム。
11. 前記第１計測部は、前記回転軸の軸ねじれ量に基づいて、前記回転軸の前記第１トルクを計測する事を特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のタービン監視システム。
12. 前記第１計測部は、前記回転軸に対する光学測定に基づいて、前記回転軸の前記第１トルクを計測する事を特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のタービン監視システム。
13. 少なくとも第１及び第２蒸気タービンと発電機とに接続された回転軸の第１トルクを、前記回転軸の第１領域で第１計測部により計測し、
    前記第１領域で計測された前記第１トルクに基づいて、前記第１蒸気タービンの少なくとも一部を含む部分の軸動力出力、または前記発電機の消費トルクを出力算出部により算出する、
    事を具備し、
    前記第１領域は、
    前記第１蒸気タービンが前記第２蒸気タービンに隣接する場合において、前記第１蒸気タービンと前記第２蒸気タービンとの間に位置する、
    前記第１蒸気タービンが前記発電機に隣接する場合において、前記第１蒸気タービンと前記発電機との間に位置する、または
    前記第１蒸気タービン内に位置する、
    事を特徴とするタービン監視方法。
14. 第１及び第２蒸気タービンと、
    少なくとも前記第１及び第２蒸気タービンに接続された回転軸と、
    前記回転軸に接続された発電機と、
    前記回転軸の第１トルクを前記回転軸の第１領域で計測する第１計測部と、
    前記第１領域で計測された前記第１トルクに基づいて、前記第１蒸気タービンの少なくとも一部を含む部分の軸動力出力、または前記発電機の消費トルクを算出する出力算出部と、
    を具備し、
    前記第１領域は、
    前記第１蒸気タービンが前記第２蒸気タービンに隣接する場合において、前記第１蒸気タービンと前記第２蒸気タービンとの間に位置する、
    前記第１蒸気タービンが前記発電機に隣接する場合において、前記第１蒸気タービンと前記発電機との間に位置する、または
    前記第１蒸気タービン内に位置する、
    事を特徴とするタービンシステム。

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