JP2019183688A - Method for monitoring turbine blade and turbine blade - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、タービン翼の監視方法及びタービン翼に関する。 Embodiments described herein relate generally to a turbine blade monitoring method and a turbine blade.
沸騰水型原子力プラントでは、蒸気タービンの翼前縁部は、運転中に液滴化した蒸気や蒸気の流れの中に混在する酸化鉄等の固体粒子との衝突等によりエロージョンが発生しやすい。
エロージョンが浸食すると、タービン翼が劣化又は損傷し蒸気タービンの運転を困難とする事態が発生することがある。
In a boiling water nuclear power plant, erosion is likely to occur at the blade leading edge portion of the steam turbine due to collision with solid particles such as vaporized steam or iron oxide mixed in the steam flow during operation.
When erosion is eroded, turbine blades may deteriorate or be damaged, making it difficult to operate the steam turbine.
そのため、タービン翼のエロージョンの浸食状況を監視する方法が提案されており、例えば、運転停止中にタービン翼のエロージョンを直接観察する方法のほか、タービン翼の表面粗さ測定により検査診断する方法等が知られている。 Therefore, a method for monitoring the erosion status of turbine blade erosion has been proposed.For example, in addition to a method for directly observing erosion of the turbine blade during operation stop, a method for inspecting and diagnosing by measuring the surface roughness of the turbine blade, etc. It has been known.
上述した従来のタービン翼の監視方法はいずれも、蒸気タービンの運転を中断して行う必要があり、稼働率が低下するという課題がある。
本発明の実施形態は、上記課題を解決するためになされたものであり、プラントの稼働率を低下させることなく、タービン翼のエロージョンの浸食状況及び浸食量を監視することができるタービン翼の監視方法及びタービン翼を提供することを目的とする。
Any of the conventional methods for monitoring turbine blades described above needs to be performed while the operation of the steam turbine is interrupted, and there is a problem that the operating rate is lowered.
Embodiments of the present invention have been made to solve the above-described problem, and monitoring of turbine blade erosion and the amount of erosion of turbine blades can be monitored without reducing the operating rate of the plant. It is an object to provide a method and a turbine blade.
上記課題を解決するために、本実施形態に係るタービン翼の監視方法は、気体廃棄物中処理装置中に含まれる、希ガスが注入されたタービン翼から放出された前記希ガスの核種と存在量を測定する測定工程を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a turbine blade monitoring method according to the present embodiment includes a rare gas nuclide released from a turbine blade into which a rare gas is injected, which is included in a gas waste treatment apparatus. A measurement step for measuring the quantity is provided.
また、本実施形態に係るタービン翼は、タービン翼の浸食が生じやすい部位に形成された希ガス注入部と、前記希ガス注入部から放出された希ガスの核種と存在量を検出するための検出器と、を備えることを特徴とする。 Further, the turbine blade according to the present embodiment is for detecting a rare gas injection part formed in a portion where the erosion of the turbine blade is likely to occur, and a nuclide and an abundance of the rare gas released from the rare gas injection part. And a detector.
本発明の実施形態によれば、プラントの稼働率を低下させることなく、タービン翼のエロージョンの浸食状況及び浸食量を監視することができる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to monitor the erosion state and the amount of erosion of turbine blades without reducing the operating rate of the plant.
以下、本発明に係るタービン翼の監視方法及びタービン翼の実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a turbine blade monitoring method and a turbine blade embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
［第１の実施形態］
まず、沸騰水型原子力プラントで用いられる従来の蒸気タービンを図４、５を用いて説明する。沸騰水型原子力プラントでは、図５に示すように、原子炉圧力容器８において発生した蒸気は主蒸気配管５を経由して蒸気タービン６に供給される。蒸気は蒸気タービン６にて仕事をした後、復水器７で凝縮されて水になり再び原子炉圧力容器８に給水される。また、復水器７には気体廃棄物処理装置９が接続されており、蒸気中の放射性物質等の除去処理を行っている。
[First Embodiment]
First, a conventional steam turbine used in a boiling water nuclear power plant will be described with reference to FIGS. In the boiling water nuclear power plant, the steam generated in the
蒸気タービン６を構成する複数列のタービン翼１は、図４に示すように、蒸気により軸動力を得るための動翼又は静翼である。タービン翼１に発生するエロージョン（浸食）は流入する蒸気の入口側に発生する。すなわち、蒸気タービン６に用いられる静翼又は動翼の翼前縁部は、運転中に液滴化した蒸気や蒸気の流れの中に混在する酸化鉄等の固体粒子との衝突等によりエロージョンが発生しやすい。
As shown in FIG. 4, the plurality of rows of
第１の実施形態に係るタービン翼の監視方法及びタービン翼について、図１〜図３を参照して説明する。なお、以下の説明では、沸騰水型原子力プラントを例に説明するが、これに限定されず、加圧水型原子力プラント、火力、水力又はガス発電プラント等、エロージョン（浸食）が発生しやすい機器を有するプラント、装置等に適用することができる。 A turbine blade monitoring method and a turbine blade according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description, a boiling water nuclear power plant will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and there is a device that easily generates erosion (erosion) such as a pressurized water nuclear power plant, thermal power, hydraulic power or gas power plant. It can be applied to plants, devices, etc.
（構成）
第１の実施形態に係るタービン翼１は、図１に示すように、蒸気の流入方向に面し、所定の厚みを有する翼前縁部２と、翼前縁部２から後方に流線形状に延在する翼後縁部４と、翼前縁部２の所定の部位に設けられた希ガス注入部３とから構成される。このタービン翼１は蒸気により軸動力を得る蒸気タービンに用いられる動翼又は静翼であり、タービン翼１の基材としてはチタン合金又は合金鋼が用いられる。
(Constitution)
As shown in FIG. 1, the
沸騰水型原子力プラントの原子炉圧力容器８において発生した蒸気は、図２に示すように、主蒸気配管５を経由して蒸気タービン６に供給された後、復水器７で凝縮されて水になり再び原子炉圧力容器８に給水される。復水器７には気体廃棄物処理装置９が接続されており、蒸気中の放射能等の除去処理を行っているが、本実施形態では、エロージョンによる浸食量及び浸食状況を検出するために、気体廃棄物処理装置９に希ガスの核種及び存在量を検出するための検出器として質量分析装置１０が付設されている。
The steam generated in the
また、本実施形態では、エロージョンは流入する蒸気の入口側であるタービン翼１の翼前縁部２に発生しやすいことから、希ガス注入部３を翼前縁部２の所定の部位に設けている。
Further, in the present embodiment, erosion is likely to occur at the
図１に示す例では、希ガス注入部３は、翼前縁部２の上部で、翼後縁部４に向かって所定幅の領域に形成されているが、これに限定されず、流入蒸気の分布等に応じて適宜変更可能であり、例えば、翼前縁部２全体又は中央部に希ガス注入部３を形成してもよい。
In the example shown in FIG. 1, the rare
希ガス注入部３に注入される希ガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ等の核種のいずれか又はその組み合わせが用いられ、公知のイオン注入装置によって所定密度の希ガスが翼前縁部２に注入される。
The noble gas injected into the noble
これらの希ガスは、原子力プラントの運転中に発生する核分裂生成物には殆ど含まれず、しかも大気中の天然存在比が低い希ガスが用いられ、特に、３−Ｈｅ、２１−Ｎｅ、又は３８−Ａｒ等を用いることが好ましい。
また、本実施形態では、質量分析装置１０は気体廃棄物処理装置９に付設されているが、気体廃棄物の排出配管等に設けてもよい。
These rare gases are rarely contained in fission products generated during the operation of the nuclear power plant, and rare gases having a low natural abundance ratio in the atmosphere are used. In particular, 3-He, 21-Ne, or 38 -Ar or the like is preferably used.
In the present embodiment, the
（作用）
上記のように構成されたタービン翼１において、液滴化した蒸気との衝突により翼前縁部２にエロージョン（浸食）が発生し、発電プラントの運転時間にとともにエロージョンが浸食する。これにともない、翼前縁部２に形成された希ガス注入部３もエロージョンが進行するため、希ガス注入部３に注入された希ガスが蒸気中に放出される。
(Function)
In the
この希ガスは蒸気タービン６や配管等の構造物と化学反応することなく下流の気体廃棄物処理装置９に導かれ、気体廃棄物処理装置９に付設された質量分析装置１０により、希ガスの核種と存在量が検出される。
The rare gas is guided to the downstream gas
そして、検出された希ガスの核種や存在量等により、タービン翼１のエロージョンの浸食量及び浸食状況を解析することができる。上述したように、希ガス注入部３に注入される希ガスは、原子力プラントの運転中に発生する核分裂生成物には殆ど含まれず、しかも大気中の天然存在比が低い希ガスが用いられるため、希ガス注入部３から放出された希ガスの核種と存在量を検出することができる。
Then, the erosion amount and erosion status of the
ここで、タービン翼１の運転時間とエロージョン浸食量及び気体廃棄物中の希ガスの濃度との関係を、図３（ａ）〜（ｃ）により説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）は、原子力プラントの運転時間を横軸として、タービン翼１のエロージョン浸食量、エロージョン浸食速度及び気体廃棄物中の希ガス濃度を表したものである。
Here, the relationship between the operation time of the
3A to 3C show the erosion erosion amount, erosion erosion rate, and rare gas concentration in the gas waste of the
図３（ｂ）のエロージョン浸食速度（ｍｍ／ｈｒ）はエロージョン浸食量の時間変化を示す数値であり、図３（ａ）のエロージョン浸食量−運転時間曲線の傾きに相当する。
図３（ｂ）に示すように、タービン翼１のエロージョン浸食は、運転時間に対して、潜伏期、加速期、減速期及び安定期と呼ばれる４段階の浸食ステージ、すなわち浸食状況があることが知られている。
The erosion erosion rate (mm / hr) in FIG. 3 (b) is a numerical value showing the time change of the erosion erosion amount, and corresponds to the slope of the erosion erosion amount-operating time curve in FIG. 3 (a).
As shown in FIG. 3B, it is known that the erosion erosion of the
運転初期では所定期間の間、潜伏期が継続し、次に、運転時間が潜伏期を超える加速期と呼ばれる段階に入り、エロージョンが始まる。その後、減速期の段階に進むとエロージョン浸食速度が低下し、さらに安定期に遷移するとエロージョン浸食速度が一定となる。 In the initial stage of operation, the incubation period continues for a predetermined period, and then the erosion starts after entering the stage called the acceleration period in which the operation time exceeds the incubation period. Thereafter, the erosion erosion rate decreases when the phase proceeds to the deceleration period, and the erosion erosion rate becomes constant when the phase shifts to the stable period.
気体廃棄物中の希ガス濃度は、図３（ｃ）に示すように、図３（ｂ）のエロージョン浸食速度−運転時間の曲線に対応した特性曲線にしたがって、希ガスが放出される。したがって、この希ガス濃度を監視することにより、タービン翼１のエロージョン浸食の発生の有無、浸食量及び浸食状況、並びに浸食ステージを監視することができる。
As shown in FIG. 3C, the rare gas concentration in the gas waste is released according to a characteristic curve corresponding to the erosion erosion rate-operating time curve of FIG. 3B. Therefore, by monitoring this rare gas concentration, it is possible to monitor the presence / absence of erosion erosion of the
（効果）
以上説明したように、第１の実施形態によれば、翼前縁部２に形成された希ガス注入部３から放出される希ガスの核種と存在量を検出解析することで、運転中においても、タービン翼１のエロージョン浸食の発生の有無、浸食量及び浸食状況、並びに浸食ステージを的確に監視することができるため、監視対象機器の保全管理を向上させるとともに、プラントの信頼性を高めることができる。
(effect)
As described above, according to the first embodiment, during the operation, the nuclide and the abundance of the rare gas released from the rare
また、蒸気タービン６や配管等の構造物と反応することがない安定的な希ガスを用いるとともに、原子力プラントの運転中に発生する核分裂生成物には殆ど含まれず、しかも大気中の天然存在比が低い希ガスを用いたことで、エロージョン浸食の発生箇所、浸食量及び浸食状況を監視することができる。
In addition, a stable noble gas that does not react with structures such as the
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係るタービン翼の監視方法及びタービン翼について説明する。
本第２の実施形態では、複数のタービン翼１にそれぞれ希ガス注入部３を形成し、各希ガス注入部３に異なる核種の希ガスを注入する構成としている。
[Second Embodiment]
A turbine blade monitoring method and a turbine blade according to a second embodiment will be described.
In the second embodiment, a rare
例えば、動翼の翼前縁部２に２１−Ｎｅを、静翼の翼前縁部２に３８−Ａｒを注入し、２１−Ｎｅおよび３８−Ａｒの２種の希ガスを同時に監視することにより、動翼と静翼それぞれのエロージョンの浸食量及び浸食状況を監視することを可能とする。
For example, 21-Ne is injected into the
また、翼前縁部２に複数領域（例えば、上方部、中央部、下方部）の希ガス注入部３を形成し、それぞれ異なる核種の希ガスを注入することで、翼前縁部２におけるエロージョン浸食の発生箇所、並びに当該箇所におけるエロージョンによる浸食量及び浸食状況等を監視することができる。
Further, by forming the noble
本第２の実施形態によれば、上記第１の実施形態と同様な作用効果を奏するほか、エロージョン浸食の発生箇所の特定、並びに当該箇所におけるエロージョンによる浸食量及び浸食状況を監視することができる。
これにより、監視対象機器の保全管理を向上させるとともに、プラントの信頼性をさらに高めることが可能となる。
According to the second embodiment, in addition to the same effects as those of the first embodiment, it is possible to specify the location where erosion erosion occurs and to monitor the erosion amount and erosion status due to erosion at the location. .
Thereby, it is possible to improve the maintenance management of the monitoring target device and further improve the reliability of the plant.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、本実施形態は、原子力プラントのみならず火力、水力、ガス発電プラント等にも適用できるとともに、タービン翼に限らずエロージョン浸食が発生する機器を有するプラント、装置等にも適用することができる。 As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. For example, the present embodiment can be applied not only to a nuclear power plant but also to a thermal power plant, a hydropower plant, a gas power plant, and the like, and can also be applied to a plant, an apparatus, and the like having a device that causes erosion erosion as well as a turbine blade. .
また、これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１…タービン翼、２…翼前縁部、３…希ガス注入部、４…翼後縁部、５…主蒸気配管、６…蒸気タービン、７…復水器、８…原子炉圧力容器、９…気体廃棄物処理装置、１０…質量分析装置
DESCRIPTION OF
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