JP5868790B2 - 蒸気タービンの翼車間隙計測方法及び翼車間隙計測センサ - Google Patents

Description

本発明は蒸気タービンの翼車間の間隙を計測するための翼車間隙計測方法及び翼車間隙計測センサに関する。

蒸気タービンを組立てる際に、タービン翼（動翼）を有するタービンロータを、静翼と呼ばれる下部ノズルダイアフラム（以下、「下部ノズル」という。）に吊り込み、センターリングが完了した後、タービンロータが下部ノズルに正常に位置決めされているかを確認するため、各段落のタービン翼と下部ノズルとの間の翼車間隙を計測する必要がある。

従来は翼車間隙の計測にアキシャルゲージ等が用いられていたが、アキシャルゲージを用いて翼車間隙を計測する場合は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、アキシャルゲージ２０をタービン翼１と下部ノズル２の間の翼車間隙に垂直に挿入し、アキシャルゲージ２０の突当て部２１が翼車間隙の開口面に当たるまでアキシャルゲージ２０をスライドさせ、突当て部２１が当接した時点での目盛の値を翼車間隙として計測している。この計測を、高圧タービンでは１８８箇所、低圧タービンでは５４０箇所（１８０箇所／車室×３車室）行っている。

一方、組立後のタービンロータと上部及び下部ノズルとの位置関係を確認するために、ノズルに貫通孔を形成し、その貫通孔にダイヤルゲージを挿入してノズルとタービンロータとの間の間隙を計測する技術（特許文献１）も知られている。

特開平８−２１８８０９号公報

蒸気タービンの性能を十分に発揮させるためには、特に、翼車間隙が設計値とおりになるように、タービン翼を下部ノズルに正確に設置することが重要である。例えば、翼車間隙が設計値より大きいと、蒸気がその間隙から漏れることになり、蒸気の損失により蒸気タービンの性能を発揮できなくなる。一方、設計値より小さいと、機器の熱膨張などにより機器同士が接触してしまう可能性があるため、重大な事故につながる場合がある。

しかしながら、上述したアキシャルゲージやダイヤルゲージを用いた従来の翼車間隙測定手段では、多数の計測箇所を１箇所ずつ精密に測定する必要があるため、熟練者であっても計測に要する時間が長くなるとともに、測定機器の調整及び計測値のデータ処理等の作業負担が大きく、これによりタービンロータを下部ノズルに正確かつ迅速に取り付けることが困難であった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、タービンの翼車間隙を迅速かつ効率的に計測することが可能な蒸気タービンの翼車間隙計測方法及び翼車間隙計測センサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る蒸気タービンの翼車間隙計測方法は、蒸気タービンのタービン翼を挟み込むとともに、櫛状の翼車間隙計測センサを前記タービン翼と下部ダイヤフラムとの間の間隙に沿って配置し、前記翼車間隙計測センサの下面に取り付けられた複数の間隙測定素子により、前記タービン翼と下部ダイヤフラムとの間の複数の翼車間隙を計測することを特徴とする。

また、本発明に係る翼車間隙計測センサは、蒸気タービンのタービン翼を挟み込むとともに、タービン翼と下部ダイヤフラムとの間隙に沿って配置され、下面に複数の間隙測定素子が設置されたことを特徴とする。

本発明によれば、タービンの翼車間隙を迅速かつ効率的に計測することができるため、タービン翼とダイヤフラムとの位置合わせを正確かつ迅速に実施することができる。

本実施形態に係る翼車間隙計測センサの構成図で、（ａ）は上方から見た図、（ｂ）は下方から見た図。 （ａ）、（ｂ）は本実施形態に係る翼車間隙計測センサを翼車間隙に装着する際の模式図。 本実施形態に係る翼車間隙計測センサを翼車間隙に装着した後の模式図。 本実施形態に係るデータ処理部の構成図。 本実施形態に係るデータ処理部の処理フロー図。 下部ダイヤフラムに設置されたタービンロータの構成図。 （ａ）従来のアキシャルゲージの構成図、（ｂ）は翼車間隙を測定する際の模式図。

以下、本発明に係る蒸気タービンの翼車間隙計測方法及び翼車間隙計測センサの実施形態について、図１乃至図６を参照して説明する。

（構成）
本実施形態に係る翼車間隙計測センサ５は、図１（ａ）、（ｂ）に示すようにタービン翼１を挟み込み可能に形成された板状の櫛状部材からなり、翼車間隙計測センサ５の下面には、図１（ｂ）に示すように、複数の隙間測定素子５ａが設置されている。櫛状の翼車間隙計測センサ５は、その長さがタービン翼１の半径と略等しく、測定時に翼車間隙計測センサ５がタービン翼１の片側と下部ノズル２の間の間隙全体をカバー可能な形状、寸法に設計されている。

翼車間隙計測センサ５の下面に取り付けられた各隙間測定素子５ａは、レーザ源、走査光学系及び光学的撮像素子からなり（図示せず）、測定時にレーザ源からのレーザ光を走査光学系により対向する間隙を横断するようにスキャンさせ、その反射光を光学的撮像素子で検出することで複数の翼車間隙（例えば、図６のａ１〜ａ６）を同時又は順次測定する。

各隙間センサ素子５ａで測定された測定値は、電気ケープル（図示せず）により、例えば、翼車間隙計測センサ５の基部に設けられたデータ送信部６に送られ、無線等により外部のデータ処理部１０に適宜送信される。また、翼車間隙計測センサ５に取り出し可能な記憶媒体を有するデータ記憶部７を設け、各隙間センサ素子５ａで測定された測定値をデータ記憶部７の記憶媒体８に記憶させ、この記憶媒体８によって測定値をデータ処理部１０に取り込むようにしてもよい。

データ処理装置１０は、データ受信処理部１１、パソコン等からなる演算処理部１２、プリンタ１３、等から構成され、各計測対象箇所からの測定値がリアルタイムで入力表示され、設定値との比較判定、タービンロータの位置調整等の指示、及び印刷等を行う。

（作用）
本実施形態では、図６に示すように、タービンロータを下部ノズル２に吊り下げ、仮固定した状態で本実施形態の翼車間隙計測センサ５により、例えばａ１〜ａ６地点の翼車間隙の測定が行われる。

翼車間隙を測定する際、翼車間隙計測センサ５は、図２（ａ）に示すように、タービン翼１を挟み込むように上部から昇降装置（図示せず）又は手動で位置合わせされ、最終的に図２（ｂ）及び図３に示すように、タービン翼１と下部ノズル２の間の間隙に沿うように水平に設置される。

次に、翼車間隙計測センサ５の下面に設けられた複数の隙間測定素子５ａによって、対向する間隙を計測する。なお、隙間測定素子５ａはレーザ光を対向する間隙に対し走査光学系によりスキャンするので、翼車間隙計測センサ５はタービン翼１と下部ノズル２の間の間隙を全て覆うように配置する必要はない。

各隙間測定素子５ａで計測された測定値は、データ送信部６から無線でデータ処理装置１０のデータ受信処理部１１に送信される。このとき、無線電波の周波数は、既設タービン発電機の励磁装置のノイズと異なる周波数帯に設定する。これにより、他の機器の影響を受けずにデータを送受信することが可能となる。

データ受信処理部１１で受信した測定値はデジタル処理され、データ受信処理部１１の表示部に表示される。また、データ受信処理部１１に接続された演算処理部１２は、計測対象箇所ａ１〜ａ６の各々の履歴が自動的に入力され、演算処理部１２の表示部にリアルタイムで表示される。

次に、データ処理装置１０におけるデータ処理フローの例を図５により説明する。
翼車間隙は、各段落ごとにそれぞれ翼車間隙の設定値が異なるため、データ処理装置１０の演算処理部１２にあらかじめ各段落の翼車間隙の設計値を設計値データベースに認識させておく。次に、翼車間隙の測定値をリアルタイムでデジタル処理し、演算処理により計測値と設計値の差を計算して、翼車間隙の修正作業に必要な数値を算出し、タービンロータ位置の再調整等を行う。

これにより、翼車間隙の修正値算出時間を大きく短縮できるとともに、タービンロータ位置の再調整を迅速に行うことができる。
また、一つの段落の翼車間隙測定が終了した後、翼車間隙計測センサ５をタービン翼１から取り外し、他の段落の翼車間隙の測定を行う。

なお、翼車間隙計測センサ５を複数用意し、同時に複数の段落の翼車間隙の測定を行ってもよく、また、翼車間隙計測センサ５を多数の切り欠き部を有する櫛状部材から構成し、一つの翼車間隙計測センサ５で同時に複数の段落の翼車間隙の測定を行ってもよい。

（効果）
蒸気タービンにおいて、タービン翼（動翼）とノズルダイアフラム（静翼）からなる段落は、高圧タービンではタービン側と発電機側で８段落ずつ、低圧タービンでは各車室９段落ずつの構成となっている。本実施形態では翼車間隙計測センサの形状を各段落の翼車間隙に沿った形状とすることで、各段落毎に複数の測定箇所の翼車間隙を同時に測定することができるため、タービンロータの位置合わせを短時間で効率的に行うことができる。
また、計測する段落の翼車間隙部に合わせて翼車間隙計測センサを設置するだけでよいため、非熟練者でも計測作業が可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。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、組み合わせ、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。

１…タービン翼、２…ノズルダイアフラム、３…タービンロータ、５…翼車間隙計測センサ、５ａ…間隙測定素子、６…データ送信器、７…データ記憶部、８…記憶媒体、１０…データ処理装置、１１…データ受信処理部、１２…演算処理部、１３…プリンタ、２０…アキシャルゲージ、２１…突当て部。

Claims (4)

1. 蒸気タービンのタービン翼を挟み込むとともに、櫛状の翼車間隙計測センサを前記タービン翼と下部ダイヤフラムとの間の間隙に沿って配置し、前記翼車間隙計測センサの下面に取り付けられた複数の間隙測定素子により、前記タービン翼と下部ダイヤフラムとの間の複数の翼車間隙を計測することを特徴とする蒸気タービンの翼車間隙計測方法。
2. 前記間隙測定素子によって計測された測定値を設計値と比較することにより、前記タービン翼の位置を再調整することを特徴とする請求項１記載の蒸気タービンの翼車間隙計測方法。
3. 蒸気タービンのタービン翼を挟み込むとともに、タービン翼と下部ダイヤフラムとの間隙に沿って配置され、下面に複数の間隙測定素子が設置されたことを特徴とする翼車間隙計測センサ。
4. 前記翼車間隙計測センサは、前記間隙測定素子で計測された測定値を外部のデータ処理装置に送信するためのデータ送信部を有することを特徴とする請求項３記載の翼車間隙計測センサ。

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