JP3716236B2

JP3716236B2 - タービンの付着物除去設備

Info

Publication number: JP3716236B2
Application number: JP2002232468A
Authority: JP
Inventors: 聰秦
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2022-08-09
Also published as: US20090217949A1; EP1388656A2; EP1388656A3; JP2004068774A; EP1388656B1; US7922825B2; US20040055626A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンの仕切翼、動翼、その他タービンに付帯する構造部材の表面に付着する異物（ファウリング）を、タービンを運転しながら除去できるタービン翼の異物除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気タービンは、ロータ軸の周方向に複数配設された仕切翼と、仕切翼の下流側に配設し、ロータに回転可能に取付けている動翼とが併設されている。タービンを連続運転すると、蒸気中に含まれるシリカ系やナトリウム系の化学物質等の異物がタービン内部の温度や圧力に反応して、仕切翼、動翼等の表面に付着して固着し、次第に異物が成長する。複数段ある仕切翼と動翼の低圧側と高圧側（上流側と下流側）とでは、その異物の成分や性質が異なる。タービン翼の表面に異物が固着するとタービン翼の形状などが当初の形状と変わってしまうので、タービンの性能が時間の経過とともに低下する。
【０００３】
従来では、タービン翼に付着した異物を除去するため、洗浄によるクリーニングや機械的なクリーニングを行っている。洗浄によるクリーニングでは、定期的にプラントをシャットダウンしてタービンを停止し、非常に低速回転させながら純水をタービン内に入れて洗浄する方法がある。また、機械的方法では、細かい粉末でショット・ブラストやブラスト・ホーニング等により硬い付着物を強制的に除去している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、洗浄によるクリーニングでは、水に溶けにくい異物を除去することは困難であり、機械的なクリーニングでは、タービン翼の表面を傷付けたりすることがある。さらには、いずれの洗浄方法についても、タービン翼を洗浄するために、プラントを長期間停止するために膨大な生産ロスが発生するとともに、装置を分解するためのメンテナンス費用や、クリーニングをするための設備を必要とする。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、装置を分解することなく、装置を稼動しながらタービンの仕切翼、動翼等に付着した異物を効率よく除去することができるタービンの付着物除去設備を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のタービン翼の付着物の除去設備は、ロータと共に回転する動翼と、該動翼の上流側に位置し車室側に保持される仕切翼とを備えたタービン翼を管路に収容し、管路内に導入される流体により動翼を回転駆動するタービンの付着物除去設備において、前記管路内の圧力を検知する圧力計と、仕切翼に配設され水供給源に第１のバルブを介して接続されている第１の水噴出ノズルと、前記圧力計が検知した圧力に応じて前記第１のバルブの開度を調整する制御装置とを備え、前記第１の水噴出ノズルから噴出された水によりタービン翼表面の付着物を除去するようにした。
前記タービン翼の付着物の除去設備は、前記第１の水噴出ノズルの噴出水を前記仕切翼の表面に噴出して、仕切翼表面の付着物を除去することができ、前記第１の水噴出ノズルの噴出水を前記動翼の背面側に噴出して、動翼の背面の付着物を除去することができ、前記第１の水噴出ノズルの噴出水に対する破損防止用表面改質処理を動翼に施すこともできる。
【０００６】
また、本発明のタービン翼の付着物の除去設備は、ロータと共に回転する動翼と、該動翼の上流側に位置し車室側に保持される仕切翼とを備えたタービン翼を管路に収容し、管路内に導入される流体により動翼を回転駆動するタービンの付着物除去設備において、前記管路内の圧力を検知する圧力計と、前記仕切翼が配設される部位よりも上流側に配設され水供給源に第２のバルブを介して接続されている第２の水噴出ノズルと、圧力計が検知した圧力に応じて前記バルブの開度を調整する制御装置とを備え、前記第２の水噴出ノズルから噴出された水によりタービン翼表面の付着物を除去するようにした。
前記タービンの付着物の除去設備は、前記噴出水に対する破損防止用表面改質処理を静翼ノズルに施すことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態のタービンの付着物除去設備について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る蒸気タービン１の高圧蒸気入口側を示し、図２の上段は図１のタービンの仕切翼（静翼ノズルともいう）２を示し、下段はその動翼３を示す。タービン１の車室５の構成は、車室５の図示しない軸受けに回転可能に支持されているロータ６がタービン１の管路（流路）８に設けられ、ロータ６にはロータ６部の外周から外側（径方向）に突出しているディスク７及びこれに支持されている動翼３が設けられている。動翼３は、図２に示すように、多数のフィン３ａがロータ６の周方向に設けられている。
【０００８】
動翼３の上流側には仕切翼２が設けられ、仕切翼２には、内周側と外周側にそれぞれ、仕切板９，１０が取付けられ、これらの部材は車室５に保持されている。すなわち、仕切翼２及び動翼３は仕切翼２を上流側に位置させて、ロータ６の軸方向に互い違いに複数段が設けられ、仕切翼２は車室５側に固定され、動翼３はロータ６とともに回転が可能である。また、内側の仕切板９とロータ６との間には、密閉性を維持するためシール１１が装着されている。
【０００９】
図２の上段に示すように、静翼ノズル２の周囲表面にはエロージョン防止のために、ボロン処理などの硬化拡散熱処理による表面改質処理１２が施されている。なお、表面改質処理１２については、便宜上図中に静翼ノズル２の一部のみに表しているが、他の部分及び下流側の静翼ノズル２についても同様な表面改質処理１２を施している。
また、図２の下段に示すように、動翼３の周囲表面にはエロージョン防止のために、イオンプレーティングなどの化学蒸着膜によるコーティングによる表面改質処理１３が施されている。なお、表面改質処理１３については、便宜上、図中に動翼３の一部のみに表しているが、他の部分及び下流側の動翼３についても同様な表面改質処理１３が施されている。
なお、静翼ノズルに上記コーティングによる表面改質処理を施してもよいし、動翼に上記硬化拡散処理による表面改質処理を施してもよい。
【００１０】
図１に示すように、タービン１には仕切翼２と動翼３との間の蒸気室１４の圧力を検知する圧力計１５を設けている。管路８の仕切翼２よりも上流側の車室５には、高圧水（若しくは飽和蒸気）発生装置１６にバルブ１７を介して接続されたノズル１８が取付けられている。同じく仕切翼２には、高圧水発生装置１６にバルブ１９及び導入管２０が配設されている。
図２に示すように、導入管２０は仕切翼２のプロファイルの表裏両面に水を流すことが可能な多数の噴出口を２方向に形成した噴射ノズル２１ａ，２１ｂを設けている。ノズル２１ａ，２１ｂの噴出口の位置は、なるべく仕切翼２の上流側に位置するように配置する。
【００１１】
仕切翼２には、その下流側に位置する動翼３の背面に高圧水を噴出する多数の噴出口を形成した噴射ノズル２２を設けている。
図３は、ノズル２２の出口角度の設定方法を説明するための図である。
図中のＣｓは、動翼３を回転させるために仕切翼２間を通る高圧水蒸気のノズル出口蒸気速度とその方向を示し、Ｃｗはノズル２２の水粒子出口速度を示し、方向はノズル出口蒸気速度Ｃｓとの位相差をみるため、出口蒸気速度Ｃｓに対応させている。Ｕは、動翼３の回転周速度とその方向を示し、上述のノズル出口蒸気速度Ｃｓと動翼回転速度Ｕとの相対速度を求めると、蒸気動翼入口相対速度Ｗｓとその方向が求められ、また水粒子出口速度Ｃｗと動翼回転速度Ｕとの相対速度を求めると、水粒子動翼入口相対速度Ｗｗとその方向が求められる。
ここで、蒸気動翼入口相対速度Ｗｓと水粒子動翼入口相対速度Ｗｗの方向に対して時計回りの方向に角度α１の差が生じることになる。そこで、ノズル出口蒸気速度Ｃｓと同様に、動翼３の背面にノズル２２の水粒子を噴出するためには、水粒子を噴出している現状のノズル出口蒸気速度Ｃｓ（水粒子出口速度Ｃｗ）の方向に対して、ノズル２２の噴出方向を反対側に角度α１だけ戻す必要がある。よって、ノズル出口蒸気速度Ｃｓ（水粒子出口速度Ｃｗ）の向きに対して反時計周りに角度α１だけずらしたノズル２２の噴出角α２が求まる。
【００１２】
図１に示すように、圧力計１５及び各バルブ１７，１９は、制御装置２４と電気的に接続し、制御装置２４は、圧力計１５の圧力値に応じてバルブ１７，１９の開閉度を調節することができる。なお、説明を省略するが後流側の仕切翼２にも別個に、バルブ１７，１９を備えたノズル２１ａ，２１ｂ，２２が設けられ、制御装置２４によって、噴出水が駆動される。
【００１３】
次に、本発明の実施の形態のタービンの付着物除去設備の作用について説明する。
図４及び図５は、タービン１の運転状況を説明するための図である。
図４の縦軸はノズル段後圧力、すなわち仕切翼２後の圧力を示し、横軸はノズルの蒸気圧力、すなわち蒸気室１４の圧力を示している。運転時圧力Ｐopeは通常運転時の圧力であり、ＰmaxとＰminは、付着物を除去するための洗浄実施圧力範囲の上下幅を示す。図４に示すように、ノズル蒸気流量が大きくなるとノズル段後圧力が大きくなるのが分かる。Ｇopeは、運転時の蒸気の最大流量を示している。この図からノズル蒸気流量とノズル段後圧力の関係から、設計ラインＡを超えると、タービン翼２，３に異物が付着したことが分かる。すなわち、各蒸気流量値での設計ノズル面積に対する閉塞率が分かる。
図５の縦軸は、ノズル後段圧力Ｐを示し、横軸はタービン１の運転時間を示す。また、横線Ｐope、Ｐmin、Ｐmaxは、図５と同じである。
【００１４】
図示しないボイラーによって生成した高圧蒸気は、管路８を経由して仕切翼２から動翼３側に導入される。動翼３は、蒸気の通過の際に、蒸気の熱エネルギーを機械的な回転エネルギーに変換する。このタービン１の稼動中に、蒸気中に含まれる化学物質等がタービン翼２，３に付着する。タービン１の低圧側には比較的水に溶け易く硬い異物がタービン翼２，３に付着し、高圧側には水に溶けにくい硬い異物が付着する。
タービン翼２，３に異物が付着すると、蒸気が通過する面積が小さくなり、通常時にＰope付近にある蒸気室１４の圧力がそれよりも上昇していく。
タービン翼２，３の付着物の洗浄方法の一例を示すと、ノズル蒸気流量が運転時の最大流量Ｇopeである場合では、蒸気室１４の圧力がＰminを超えると、圧力計１５からの入力で制御装置２４がバルブ１７，１９を開く信号を送り、ノズル１８，２１ａ，２１ｂ，２２から高圧水発生装置からの高圧水が噴出する。タービン翼２，３の上流側に位置するノズル１８から噴出された高圧水は、蒸気が通過する仕切翼２のノズルに付着した付着物を除去し、仕切翼２のノズル２１ａ，２１ｂは仕切翼２の表面を洗浄する。
【００１５】
また、仕切翼２の他方のノズル２２は、動翼３の背面に高圧水を噴出する。この高圧水は、動翼３の表面に付着した硬い異物を水圧により剥ぎ取るようにして除去することができる。動翼３の表面には、イオンプレーティングによるコーティング１３が施してあるので、高圧水による動翼３の表面の破損を防止することができる。
タービン翼２，３の付着物が取り除かれると水蒸気の流通が良くなり、蒸気室１４の圧力がＰmin以下まで下がると、制御装置２４が圧力計１５を介してそれを検知し、バルブ１７，１９を閉じて、高圧水粒子の供給を停止する。よって、タービン１は通常の運転状態に戻る。そして、しばらくタービンの通常運転が続き、再度蒸気室１４の圧力がＰminを超えると、バルブ１７，１９を開くようにし、このような動作がＰminを超えるごとに交互に行われる。
よって、付着物の除去は圧力がＰminとＰmaxの間の圧力値になった場合に、付着物除去設備が作動して、タービン翼２，３に付着した付着物を除去することになる。なお、蒸気室１４の圧力がＰmaxを超えるような場合は、タービン１の圧力を落とすようにする。
【００１６】
このように、本実施の形態では、タービン１の運転の継続中に、タービン翼２，３の付着物を除去してタービン１の劣化を防止する。また、設計された蒸気タービンのファウリング特性にあった効率的な付着物の除去が可能になる。洗浄に高圧水を用いたことによって生じる二次的なタービン翼２，３の損傷については、タービン翼２，３にコーティング１２，１３を施していることから、その損傷を防止することができる。タービン１を分解して洗浄しないので、長期継続運転の効率向上によるライニングコストの低減や、メンテナンス費用の低減を図ることができる。
【００１７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、勿論本発明の技術的思想に基づき種々の変形または変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、各ノズル１８，２１ａ，２１ｂ，２２を連動して、同時に水粒子を噴出するようにしたが、そのときのタービン内の状況により、それらの各ノズルを使用したりしなかったりして、個別に各ノズルから水粒子を噴出するようにしてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
本発明のタービンの付着物除去設備によると、ロータと共に回転する動翼と、該動翼の上流側に位置し車室側に保持される仕切翼とを備えたタービン翼を管路に収容し、管路内に導入される流体により動翼を回転駆動するタービンの付着物除去設備において、前記管路内の圧力を検知する圧力計と、仕切翼に配設され水供給源に第１のバルブを介して接続されている第１の水噴出ノズルと、前記圧力計が検知した圧力に応じて前記第１のバルブの開度を調整する制御装置とを備え、前記第１の水噴出ノズルから噴出された水によりタービン翼表面の付着物を除去するようにしたので、タービン翼に付着した異物を、タービンを分解したり、タービン（プラント）を停止することなく、除去することができる。
また、前記第１の水噴出ノズルの噴出水を前記仕切翼の表面に噴き掛かるようにしたことにより、仕切翼表面の付着物を効率よく除去することができる。
さらに、前記第１の水噴出ノズルの噴出水を前記動翼の背面側に噴き付けるようにしたので、動翼表面の付着物を効率よく除去することができる。
前記動翼の表面に、水による破損防止用のコーティング処理を施したので、高圧水を動翼に噴き付けても動翼の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のタービンの付着物除去設備の低圧側の側面図である。
【図２】図１のタービンの動翼及び仕切翼の断面図である。
【図３】高圧水を噴出するノズルの噴出角度の定め方を説明するための概略図である。
【図４】ノズル段後圧力とノズル蒸気流量の関係を示す線図である。
【図５】ノズル段後圧力と定常運転時間の関係を示す線図である。
【符号の説明】
１蒸気タービン
２静翼ノズル
３動翼
５車室
６ロータ
７ディスク
８流路
９，１０仕切板
１１シール
１２，１３コーティングや熱処理などの表面改質処理
１４蒸気室
１５圧力室
１６高圧水発生装置
１７バルブ（第１のバルブ）
１９バルブ（第２のバルブ）
１８ノズル（第２のノズル）
２１ａ，２１ｂ，２２噴射ノズル
２０導入管
２４制御装置

Claims

ロータと共に回転する動翼と、該動翼の上流側に位置し車室側に保持される静翼ノズルとを備えたタービン翼を管路に収容し、管路内に導入される流体により動翼を回転駆動するタービンの付着物除去設備において、
前記管路内の圧力を検知する圧力計と、静翼ノズルに配設され水供給源に第１のバルブを介して接続されている第１の水噴出ノズルと、前記圧力計が検知した圧力に応じて前記第１のバルブの開度を調整する制御装置とを備え、前記第１の水噴出ノズルから噴出された水によりタービン翼表面の付着物を除去するようにしたことを特徴とするタービンの付着物除去設備。
前記第１の水噴出ノズルの噴出水を前記静翼ノズルの表面に噴出して、静翼ノズル表面の付着物を除去するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のタービンの付着物除去設備。
前記第１の水噴出ノズルの噴出水を前記動翼の背面側に噴出して、動翼の背面の付着物を除去するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のタービンの付着物除去設備。
前記第１の水噴出ノズルの噴出水に対する破損防止用表面改質処理を動翼に施したことを特徴とする請求項１に記載のタービンの付着物除去設備。
ロータと共に回転する動翼と、該動翼の上流側に位置し車室側に保持される静翼ノズルとを備えたタービン翼を管路に収容し、管路内に導入される流体により動翼を回転駆動するタービンの付着物除去設備において、
前記管路内の圧力を検知する圧力計と、前記静翼ノズルが配設される部位よりも上流側に配設され水供給源に第２のバルブを介して接続されている第２の水噴出ノズルと、圧力計が検知した圧力に応じて前記バルブの開度を調整する制御装置とを備え、前記第２の水噴出ノズルから噴出された水によりタービン翼表面の付着物を除去するようにしたことを特徴とするタービンの付着物除去設備。
前記噴出水に対する破損防止用表面改質処理を静翼ノズルに施したことを特徴とする請求項２又は５に記載のタービンの付着物除去設備。