JP6063119B2 - ミッドスパンパッキン圧力のタービン診断法 - Google Patents

Description

本発明は、タービンのＨＰ及びＩＰセクション間のミッドスパンパッキン領域内の圧力測定によってタービン構成要素の劣化を測定するのに使用される診断ツールに関する。

蒸気タービンの性能確認試験を実施する時は多くの場合、高圧（ＨＰ）及び中圧（ＩＰ）セクション間のミッドスパンパッキンを通る流れは、直接測定することができないため未知である。この流れを測定するのに使用される方法は、とても時間がかかり、顧客及びその装置オペレータからの大きな協力が必要であって、契約上の精密試験がある装置、即ち特性化試験の対象である装置でのみ遂行される。この制約のため、大半の性能解析においてこの流れの仮定値が使用されている。

一部の装置には、ブローダウン試験を行なう設備がある。試験を行なうためには、遮断弁と、温度、圧力及び流量を測定するのに用いられる器具類を取り付けるための試験区間とを収容する付属パイプによって、パッキンヘッド及びシェルにポートが設けられる。しかしながら、試験が行なわれない通常運転中は、遮断弁は閉じられ、試験器具類は取り外される。

従って、収集された圧力値を様々なタービン構成要素の劣化を測定／特定するための継続的診断ツールとして使用することができるように、蒸気タービンのＨＰ及びＩＰセクション間のミッドスパンパッキン領域の圧力を継続的に測定するための簡単で、比較的安価な技術の必要性がある。

第１の例示的だが非限定的な実施形態では、本発明は、シャフトによって接続されたＨＰセクション及びＩＰセクションを有する対向流蒸気タービンであって、ＨＰセクションとＩＰセクションとの間の領域でシャフトを囲むミッドスパンパッキンと、ミッドスパンパッキンからタービンのシェルを通って延在する蒸気導管であって、蒸気タービンの運転中にミッドスパンパッキン内の圧力を直接的且つ継続的に測定するための圧力タップを組み込む蒸気導管とを備えた対向流蒸気タービンに関する。

別の例示的だが非限定的な実施形態では、本発明は、シャフトによって接続されたＨＰセクション及びＩＰセクションを有しており、ＨＰセクションとＩＰセクションとの間の領域でシャフトを囲むミッドスパンパッキンを備えた対向流蒸気タービンにおいて、蒸気導管がミッドスパンパッキンからタービンのシェルを通って延在し、且つ復水器に接続し、この蒸気導管は遮断弁と復水器の上流のブローダウンオリフィスとを組み込んでおり、圧力タップがミッドスパンパッキン内の蒸気圧力を直接的且つ継続的に測定するために蒸気導管に接続され、この圧力タップはミッドスパンパッキンの外部且つ遮断弁の上流に配置される対向流蒸気タービンに関する。

更に別の例示的だが非限定的な実施形態では、本発明は、シャフトによって接続されたＨＰセクション及びＩＰセクションを有しており、ＨＰセクションとＩＰセクションとの間の領域でシャフトを囲むミッドスパンパッキンを備えた対向流蒸気タービンの運転方法であって、ミッドスパンパッキンからタービンのシェルを通って延在する蒸気導管を設けるステップと、蒸気導管内に圧力タップを取り付けるステップと、対向流蒸気タービンの運転中にミッドスパンパッキン内の蒸気圧力を直接的且つほぼ継続的に測定するステップとを備えた方法に関する。

次に、本発明を以下に特定する図面に関連して説明する。

ブローダウン試験用に構成されているが、本発明の第１の例示的だが非限定的な実施形態に従って修正された蒸気タービンの対向流、ＨＰ及びＩＰセクションの簡易概略図である。 ブローダウン試験用に構成されていないが、本発明の第２の例示的だが非限定的な実施形態に従って修正された蒸気タービンの対向流、ＨＰ及びＩＰセクションの簡易概略図である。

図１をまず参照すると、本発明の第１の例示的だが非限定的な実施形態に従った蒸気タービンが、全体的に１０で示されている。蒸気タービン１０は、シャフト又はロータ１６によって対向する第２即ち中圧（ＩＰ）タービンセクション１４に動作可能に接続された第１又は高圧（ＨＰ）タービンセクション１２を備える。ミッドスパンパッキンアセンブリ（又は単に、ミッドスパンパッキン）１８は、シャフト１６の周りに延在し、シャフト１６の周りの蒸気漏れ及びシャフト１６に沿った蒸気漏れを防止又は最小限にする複数のパッキンリング（図示しないが、事実上一般的である）を備えることができる。

高圧蒸気は導管２０によってタービン又はＨＰボウル１２に放出されるのに対して、使用済み蒸気は管路２２を介して低温再熱器に送られる。使用済み蒸気が管路２６から出て、高温の再熱蒸気は導管２４を介してＩＰボウル１４に供給される。運転中、高温／高圧蒸気の一部は、ミッドスパンパッキンアセンブリ１８内のシャフト１６に沿ってＩＰセクション１４へ向かって流れる。タービンセクション１４に入る蒸気はタービン１０の全体効率に影響を与えるため、ミッドスパンパッキン内のシャフト１６の周りの漏れ及びシャフト１６に沿った漏れを制御することが望ましい。

図１に示すタービン構成では、ブローダウン試験用の設備が設けられ、図１に示すように遮断又はブローダウン弁３０及びブローダウンオリフィスを組み込んだパイプ又は導管２８が取り付けられて、パッキンヘッド及びシェルに穴が設けられる。そこで圧力、温度及び流量測定が行なわれる試験区間は、弁３０の下流に特定される。通常のタービン運転中、弁３０は閉鎖される。ブローダウン試験が必要な場合は、必要な器具類が試験区間に追加されて弁３０が開放され、タービンセクション１２及び１３の両方からの蒸気が導管２８に吸い込まれる。ブローダウン試験後は通常、データ収集器具類が取り外されて、ブローダウン弁３０が閉鎖されると同時に通常のタービン運転が継続される。

本発明の例示的だが非限定的な実施形態によれば、圧力タップ又はセンサ３２が、ブローダウン又は遮断弁３０の上流の導管２８内に配置されている。通常のタービン運転中は遮断又はブローダウン弁３０が閉鎖されて、圧力タップ又はセンサ３２は、漏れ蒸気がロータに沿ってＨＰタービンセクション１２からＩＰタービンセクション１４まで一方向にミッドスパンパッキンを通って流れる、ミッドスパンパッキン１８内の圧力を記録することになる。

タービンが運転中の間に長い期間にわたって行なわれる直接圧力測定は、信頼性のある診断ツールとなる。例えば、ミッドスパンパッキン１８内のパッキンの状態表示が様々な方法で得られる。具体的には、試験時の測定圧力を設計圧力と比較してＮ２の量に関する仮定を導くことができ、Ｎ２推定試験中の測定圧力を使用して試験自体がタービンのシール面に影響を及ぼさないようにすることができ、長時間にわたるＨＰセクション１２とミッドスパンパッキン１８との間の測定圧力比を使用してパッキン１８内のシール隙間の変化を監視することができ、或いは、ＩＰセクション効率が変化する期間中の一定の測定圧力によって、ＨＰ及びＩＰセクション間のその他の漏れ流路を開放する可能性がある内部損傷を示すことができる。

従って、本構成は、新しい装置の性能不足の診断に役立つだけでなく、稼働中の装置の劣化を示すことができる。確認チームはこれらの圧力測定値を使用してより正確な解析を行なうことができ、設計チームはこのデータを使用して彼らの仮定を検証することができ、販売チームはこのデータを使用して何らかの性能不足を修復し、且つ既存の装置のアップグレードした方がよい領域を保証及び特定することができる。

図２は、ブローダウン設備がタービンに組み込まれていないが、同様の構成を示す。ここでは、圧力タップ又はセンサ３２をミッドスパンパッキンアセンブリ１８に直接適用して、図１に示す構成でもたらされたのと同じ結果を得ることができる。

現時点で最も実用的且つ好適な実施形態であると考えられるものに関連して本発明を説明したが、本発明は、開示された実施形態に限定されてはならず、むしろ特許請求の範囲の技術的思想及び技術的範囲内に含まれる種々の変形及び等価の構成を含むことが意図されると理解すべきである。

１０ 蒸気タービン
１２ 高圧（ＨＰ）タービンセクション
１４ 中圧（ＩＰ）タービンセクション
１６ シャフト又はロータ
１８ ミッドスパンパッキン
２０ 導管
２２ 管路
２４ 導管
２６ 管路
２８ 導管
３０ 弁
３２ センサ又は圧力タップ

Claims (8)

1. シャフト（１６）によって接続されたＨＰセクション（１２）及びＩＰセクション（１４）を有する対向流蒸気タービン（１０）であって、
   前記ＨＰセクションと前記ＩＰセクションとの間の領域で前記シャフトを囲むミッドスパンパッキン（１８）と、
   前記ミッドスパンパッキンからタービンのシェルを通って復水器に接続する蒸気導管（２８）であって、蒸気タービンの運転中に前記ミッドスパンパッキン内の圧力を直接的且つ継続的に測定するための圧力タップ（３２）を組み込む前記蒸気導管と、
   前記圧力タップ（３２）の下流且つ前記復水器の上流に組み込まれた遮断弁（３０）と、
   前記遮断弁（３０）の下流に配置された圧力、温度及び流量を測定する試験区間と、
   を備えた、対向流蒸気タービン（１０）。
2. ブローダウンオリフィスが前記遮断弁（３０）と前記復水器との間に配置される、請求項１に記載の対向流蒸気タービン。
3. シャフト（１６）によって接続されたＨＰセクション（１２）及びＩＰセクション（１４）を有しており、前記ＨＰセクションと前記ＩＰセクションとの間の領域で前記シャフトを囲むミッドスパンパッキン（１８）を備えた対向流蒸気タービン（１０）において、蒸気導管（２８）が前記ミッドスパンパッキンからタービンのシェルを通って延在し、且つ復水器に接続し、前記蒸気導管（２８）は遮断弁（３０）と前記復水器の上流のブローダウンオリフィスとを組み込んでおり、
   圧力タップ（３２）が前記ミッドスパンパッキン（１８）内の蒸気圧力を直接的且つ継続的に測定するために前記蒸気導管（２８）に接続され、前記圧力タップ（３２）は前記ミッドスパンパッキン（１８）の外部且つ前記遮断弁（３０）の上流に配置され、
   前記遮断弁（３０）の下流に圧力、温度及び流量を測定する試験区間が配置された、
   対向流蒸気タービン（１０）。
4. シャフト（１６）によって接続されたＨＰセクション（１２）及びＩＰセクション（１４）を有しており、ＨＰセクション及びＩＰセクション間の領域でシャフトを囲むミッドスパンパッキン（１８）を備えた対向流蒸気タービンの運転方法であって、
   ａ．ミッドスパンパッキンからタービンのシェルを通って延在する蒸気導管（２８）を設けるステップと、
   ｂ．蒸気導管内に圧力タップ（３２）を、前記圧力タップ（３２）の下流に遮断弁（３０）を取り付け、さらに遮断弁（３０）の下流に圧力、温度及び流量を測定する試験区間を設けるステップと、
   ｃ．対向流蒸気タービンの運転中にミッドスパンパッキン内の蒸気圧力を直接的且つほぼ継続的に測定するステップと、
   を含む、方法。
5. ｄ．新しいタービンの性能不足又は稼働中のタービンの劣化を特定するための診断ツールとして前記圧力タップ（３２）から得られた測定蒸気圧力データを使用するステップを更に備える、請求項４に記載の方法。
6. 新しいタービンの性能不足又は稼働中のタービンの劣化には、規格外のパッキン隙間が含まれる、請求項５に記載の方法。
7. 新しいタービンの性能不足又は稼働中のタービンの劣化には、前記ミッドスパンパッキン以外のＨＰセクションからＩＰセクションまでの１つ又は複数のシールからの漏れが含まれる、請求項５に記載の方法。
8. ステップｄには、長時間にわたるパッキン隙間の変化を監視するための診断ツールとして圧力タップから得られた測定蒸気圧力データを使用するステップが含まれる、請求項５から７のいずれかに記載の方法。