JP6823089B2 - ターボ機械の非回転部品を監視するための方法およびシステム - Google Patents
ターボ機械の非回転部品を監視するための方法およびシステム Download PDFInfo
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Description
本明細書に記載の方法およびシステムは、広くには、ターボ機械に関し、より詳細には、ターボ機械の非回転部品または固定された部品を監視するための方法およびシステムに関する。
蒸気タービンの運転は、機械の上流の流体の流れを制御する弁の適用を必要とする可能性がある。典型的には、タービンを制御および保護する２種類の主要な弁、すなわち制御弁および停止弁が存在する。現代の蒸気タービンは、典型的には、開閉の態様だけでなく、中間位置でも動作する制御停止複合弁である弁を使用する。制御停止複合弁は、制御弁棒および制御弁体を有する制御弁と、停止弁棒および停止弁体を有する停止弁とを含む。両方の弁は、１つの共通の圧力容器に組み込まれており、１つの座を共有できる。制御弁体は、弁座に対して配置され、流体の流れを調節し、あるいは絞るように駆動される。停止弁は、弁座に位置する開口部に配置され、典型的には、いくつかの状況において、タービンの過速度を概ね防止するように駆動される。
固体粒子浸食（ＳＰＥ）が、タービンにおいて、例えばボイラ管および鉛管などのタービン構成要素から固体粒子が剥がれ落ちる場合に発生する。剥がれ落ちた粒子は、流路に取り込まれる。これらの粒子は、蒸気タービン内に位置する高速の流路によって運ばれる。これらの流路は、粒子を、蒸気タービン内に位置する構成要素に比較的高速で衝突させる可能性がある。例えば、粒子が、制御停止複合弁の弁座内に位置する停止弁軸に衝突する可能性がある。停止弁軸に対する粒子の衝突の問題は、弁座が粒子を停止弁軸へと導く収束ノズル形状を有する傾向があるという事実によってさらに悪化する。
据え付け時に配管に過度の荷重が加わると、蒸気タービンの試運転の際に振動の問題が発生する可能性がある。また、固定された構成要素に作用する過度の上部から下部への熱的な温度差あるいは高温／低温位置からの配管の荷重に起因し、固定された構成要素の垂直方向の移動の差によって、さらなる応力または振動の問題が引き起こされる可能性がある。固定された構成要素のこの移動は、シールの摩耗、ロータの恒久的な湾曲、および過度の振動レベルにつながる可能性がある。
蒸気タービンは、多くの場合、厚い断熱層によって覆われる。断熱材は、タービンの外部の環境への熱伝達を減少させ、したがって機械の効率を向上させるため、有益である。しかしながら、厚い断熱層は、蒸気タービンシェルおよび制御／停止弁などの蒸気タービンの非回転の構成要素／固定された構成要素の監視を困難にし、なぜならば、これらの固定された構成要素も断熱層によって覆われ得るからである。
本発明の一態様において、非回転のターボ機械部品を監視するための方法が、少なくとも１つのターボ機械部品の変位を測定するステップを含む。監視ステップが、非接触式センサによってターボ機械部品の変位を監視する。収集ステップが、ターボ機械部品の変位に関するデータを収集する。分析ステップが、データを分析し、変位が所定のしきい値範囲を超えているかどうかを判断する。非接触式センサを、小さい熱膨張係数を有する材料で形成されたロッドによってターボ機械に取り付けることができ、ターゲットを、非接触式センサに近接する静止構造体に取り付けることができる。
本発明の別の態様において、非回転のターボ機械部品を監視するためのシステムが、ターゲットに近接して配置された非接触式センサを含む。非接触式センサまたはターゲットが、小さな熱膨張係数を有する材料で形成されたロッドによって非回転のターボ機械部品に取り付けられる。ターゲットまたは非接触式センサが、非回転のターボ機械部品の付近に位置する静止構造体に取り付けられる。静止構造体は、非回転のターボ機械部品から実質的に分離している。非接触式センサは、非回転のターボ機械部品の変位を測定する。
以下で、本発明の１つ以上の具体的な態様／実施形態を説明する。これらの態様／実施形態の簡潔な説明を提供しようとする努力において、必ずしも実際の実施例のすべての特徴は、本明細書において説明されないかもしれない。そのようなあらゆる実際の実施例の開発においては、あらゆる工学または設計プロジェクトと同様に、実施例ごとにさまざまであり得る機械関連、システム関連、および事業関連の制約の順守などの開発者の具体的な目標を達成するために、実施例ごとに特有の多数の決定を行わなければならないことを、理解すべきである。さらに、そのような開発の努力が、複雑かつ時間を必要とするものであり得るが、それでもなお本開示の恩恵を被る当業者にとって設計、製作、および製造の日常的な取り組みにすぎないと考えられることを、理解すべきである。
本発明の種々の実施形態の構成要素を紹介するとき、冠詞「１つの（ａ、ａｎ）」および「この（ｔｈｅ）」は、その構成要素が１つ以上存在することを意味するように意図される。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的であるように意図され、列挙された要素以外のさらなる要素が存在してもよいことを意味する。動作パラメータおよび／または環境条件のいかなる例も、開示される実施形態の他のパラメータ／条件を排除するものではない。さらに、本発明の「一実施形態」、「一態様」、または「実施形態」、あるいは「態様」への言及が、そこで述べられている特徴をやはり備えるさらなる実施形態または態様の存在を排除するものとして解釈されるようには意図されていないことを、理解すべきである。
図１が、蒸気タービンの上部および下部シェルの分解斜視図を示している。蒸気タービンは、ターボ機械であるが、ターボ機械には、ガスタービンおよび圧縮機も含まれる。蒸気タービンシェル１００を、上部シェル１１０と下部シェル１２０とで構成することができる。両方のシェルは、互いに固定されたとき、ロータおよびステータ部品（図示せず）を収容する中央キャビティ１３０を定める。上部シェルおよび下部シェルは、上部シェル１１０のアーム１１２および下部シェル１２０のアーム１２２を水平ジョイント１４０において互いにボルトで結合させることによって、互いに機械的に固定される。完全に組み立てられたとき、シェル１００を厚い断熱層で実質的に包むことができ、多数の固定または非回転のターボ機械部品（タービンシェル、制御／停止弁、蒸気タービン弁、配管、など）も、断熱材に包まれてよい。断熱材は、非回転または固定の部品を覆い隠し、これらの部品の視認および観察を困難にする。
図２は、停止／制御複合弁アセンブリまたは蒸気タービン弁２００の部分断面図を示している。弁２００は、蒸気入口２０２と蒸気出口２０３とを有する蒸気弁本体２０１を有する。入口２０２と出口２０３との間に、制御弁体２１１を有する流量制御弁２１０と、停止弁体２２１を有する停止弁２２０と、弁座２３０とが設けられている。流量制御弁２１０の上方に、油圧シリンダ２１２を含む制御弁アクチュエータが設けられ、シリンダ２１２へと流体を供給するサーボ弁２１３の制御のもとで制御弁体２１１を上昇および下降させる。シリンダ２１２のピストンが、クロスヘッド２１４に接続され、次いでクロスヘッド２１４が、垂直軸２１５に接続され、らせんコイルばね２１６の付勢に逆らって弁体２１１を上昇させる。ばね２１６は、蒸気弁制御システムからの高速閉鎖信号の受信時のシリンダ２１２からの油圧流体の排出時に流量制御弁２１１を素早く閉じるために使用される。したがって、サーボ弁２１３を使用することによって、負荷の変化がタービンによって行われるときに座２３０に対する流量制御ヘッド２１１の位置を制御できることを、理解できるであろう。例えば、タービン速度が通常よりも高くなる場合、制御弁２１０は、蒸気入口２０２と蒸気出口２０３との間の蒸気流を遮断し始める。制御システムから高速閉鎖制御信号を受信した場合、サーボ弁は油圧流体を排出し、ばね２１６が、流量制御弁２１１を素早く閉じ、蒸気入口２０２と出口２０３との間の弁を閉鎖する。
停止弁体２２１は、適切なパッキンを通って油圧シリンダ２２３へと延びる停止弁軸２２２に取り付けられている。ばね２２４が、停止弁体２２１を閉弁位置へと付勢するように（すなわち、停止弁を素早く閉じるために）設けられている。サーボ弁２２５が、油圧シリンダ２２３のピストンの両側へと油圧流体を出し入れするために設けられている。さらに、蒸気弁制御システムからの高速閉鎖信号に応答してシリンダ２２３から油圧流体を排出するために、高速動作排出弁２２６が設けられている。停止弁の位置を感知し、感知した位置を蒸気弁制御システム２４０へともたらすために、トランスデューサ２２７が設けられている。制御システムは、制御弁体２１１を座２３０に対して位置決めするためにシリンダ２１２へと流体を出し入れするためのサーボ弁（図示せず）を含む。制御弁上の位置トランスデューサが、制御弁の位置を感知する。次いで、制御システムが、少なくとも弁を通る流れが不安定であると予想される期間において、制御弁体２１１の位置に比例して停止弁体２２１の位置を維持するようにシリンダ２２３へと油圧流体を供給するように電磁作動弁２２５を制御する。タービンの運転時に、停止弁および制御弁は、どちらも全閉位置から出発する。最初に、停止弁体２２１および停止弁ナットが制御弁体２１１内に収まるように、停止弁が全開位置へと駆動される。続いて、制御弁がゆっくりと開かれ、流体が制御弁体の表面３０２と弁座の表面２３０との間を流れることが可能になる。制御弁は、タービンの負荷要件に応じて、全閉と全開との間の任意の位置に位置することができる。
図３が、中間的な開弁状態にある流量制御弁２１１および停止弁２２１を示す要部拡大断面図を示している。図４が、蒸気タービンなどのターボ機械の簡単な断面概略図である。ターボ機械４００は、（図１に関連して説明したように）外側シェル１１０、１２０を有する。中央キャビティ１３０が、ステータおよびロータ部品（図示せず）を収容する。ターボ機械４００は、機械の動作時の熱損失を低減するために、ターボ機械を覆って配置された断熱材４１０を有する。典型的には、この断熱材４１０は、相当に厚い場合もあり、ターボ機械の不動または非回転の部品の一部またはすべてを、実質的に覆うことができる。すでに述べたように、これらの不動または非回転のターボ機械部品は、タービンシェル１１０、１２０、（蒸気タービンの用途における）蒸気タービン弁２００、シェルフランジまたはシェルアーム、配管、および任意の他の適切な不動／非回転部品を含み得る。図４から、蒸気タービン弁２００（例えば、制御／停止弁）が断熱材４１０によって完全に包まれ、あるいは実質的に包まれることで、蒸気タービン弁２００の観察が不可能または少なくともきわめて困難になることが、明らかであろう。同様に、タービンシェル１１０、１２０も断熱材４１０によって覆い隠され、タービンシェル１１０、１２０の観察または監視が不可能または少なくともきわめて困難になる。
本発明の一態様によれば、ターボ機械の不動または非回転部品を監視するためのシステム４５０を使用して、振動または変位についてターボ機械をリアルタイムで監視することができる。このシステムは、ターゲット４２２に近接して配置される非接触式センサ４２０を含む。近接は、センサ４２０とターゲット４２２との間の適切な距離として定義される。この距離の例（ただし、これらに限られるわけではない）は、約１インチ〜約８インチ以上であってよいが、この距離は、センサ４２０の特性によって具体的に決定される。ターゲット４２２を、ロッド４２４によってターボ機械部品（例えば、シェル１１０または１２０）に取り付けることができる。ロッド４２４は、小さな熱膨張係数を有する材料から形成され、断熱材４１０を貫通して延びる。センサ４２０は、ターボ機械部品の近くに配置された静止構造体４０１に取り付けられる。例えば、ターボ機械部品がタービンシェルである場合、静止構造体４０１は、タービンシェルから実質的に分離している近傍の壁、柱、または任意の他の支持体であってよい。ここで、熱および／または振動に起因する機械の変位が近傍の静止支持構造体に影響を及ぼすことがないように、静止構造体４０１がターボ機械部品から実質的に熱的に独立していることが重要である。図示の例では、センサ４２０とターゲット４２２とのペアが、水平な半径方向の変位を測定する。センサ４２０’とターゲット４２２’とのペアが、垂直な半径方向の変位を測定する。図示のセンサ／ターゲットの２つのペアは、タービンシェルの変位を２次元において検出できるように、互いに９０度または約９０度に配置されている。代案として、センサ４２０をロッド４２４に取り付け、ターゲット４２２を静止支持構造体に取り付けてもよい。
非接触式センサ４２０は、センサ４２０とターゲット４２２との間の距離を測定する変位センサであってよい。例として、これらに限られるわけではないが、センサ４２０は、レーザ変位センサ、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）センサ、マイクロ波センサ、磁気または誘導センサ、光学センサ、レーザセンサ、あるいは任意の他の適切な変位または振動測定装置であってよい。レーザセンサの例では、レーザ光がセンサ４２０から放射され、ターゲット４２２によって反射させられ、センサ４２０へと戻る。ターゲット４２２内の複数の反射層を使用して複数のビームを反射させることができ、三角測量を使用してセンサ４２０とターゲット４２２との間の距離を割り出すことができる。このデータをリアルタイムで監視することで、ターボ機械部品の正確な変位を割り出し、所定の値と比較して、部品の変位／振動が正常であるかどうか、または所望の範囲を超えるかどうかを検出することができる。部品の過度の静的変位または振動が検出された場合、この事象は、部品の浸食、異常、または固定／非回転のターボ機械部品への望ましくない荷重を示している可能性がある。
ロッド４２４は、ターゲット４２２の移動が主としてシェル１１０、１２０の移動のみによって引き起こされるように、加熱時のロッド４２４の移動を最小限にするために低い熱膨張係数を有する。ロッド４２４の典型的な熱膨張係数は、２０℃〜１００℃の間、または２０℃〜２，０００℃の間で測定したときに、約１．５ｐｐｍ／℃未満である。そのような属性を有する材料は、Ｉｎｖａｒ、ＦＥＮｉ３６、または６４ＦｅＮｉである。他の材料も、適切に低い熱膨張係数を示すならば、ロッド４２４に使用することができる。さらに、ロッド４２４は、タービンシェルの外側において見られる高温に耐えることができる材料で製作されるべきである。ロッド４２４は、ターボ機械部品とセンサ４２０（または、ターゲット４２２）との間の直接接続を可能にし、センサ４２０を断熱材の外側に（または、少なくともターゲット４２２との直接の視線に）位置させるという点で、重要である。
ロッド４２４およびセンサ４２０を、シェルアーム１１２、１２２上、上部シェルと下部シェルとの間のシェルフランジまたはジョイントに沿った位置、あるいは蒸気タービン弁２００上、または任意の他の所望の固定／非回転のターボ機械部品上など、タービンシェル１１０、１２０に沿った複数の位置に配置することができる。さらに、変位センサ４２０を、半径方向および軸方向の変位を検出するようにセンサ４２０およびターゲット４２２を向けることによって、３つ以上の軸における移動を捉えるように構成してもよい。軸方向は、図４の紙面に出入りする方向であると考えられる。
図５が、本発明の一態様による制御／停止弁などの蒸気タービン弁２００の簡単な上面概略図を示している。センサ４２０は、ターボ機械の付近の壁、柱、または任意の他の適切な構造体であってよい静止構造体５０１に取り付けられる。センサ４２０／ターゲット４２２のペアが、水平な半径方向軸における変位および／または振動を測定する。センサ４２０’／ターゲット４２２’ならびにセンサ４２０’’（ロッド４２４に取り付けられている）およびターゲット４２２’’（静止構造体５０１’’に取り付けられている）のペアは、垂直な半径方向軸における変位および／または振動を測定する。センサ４２０’’’およびターゲット４２２’’’のペアは、軸方向軸における変位および／または振動を測定する。この例は、３つの軸が監視されていることを示しているが、追加のセンサ／ターゲットを、例えば半径方向軸と軸方向軸との間の４５度の角度または垂直な半径方向軸と水平な半径方向軸との間の４５度の角度などの他の方向に向けることによって、さらなる軸を監視することができる。さらに、センサおよびターゲットのペアを、制御弁軸、停止弁軸、弁ケーシング、などの個々の弁構成要素の移動を外面の移動を測定することによって測定するように配置することができる。同様に、弁軸または弁体などの内部構成要素の移動を、レーザ光を通過させる小型の高温定格の光学的に透明な窓（例えば、サファイア）を弁ケーシングに設置することによって測定することができる。
複数の非接触式センサ４２０は、変位／振動データを制御システム５１０へと送信することができる。送信は、有線または無線リンクを介することができる。制御システムを、ターボ機械と同じ場所に配置することができ、あるいは制御システム５１０を、遠方に配置することができる。制御システムは、変位（または、振動）が所定のしきい値範囲を超えるか否かを分析および／または判定し、さらには／あるいは警報をもたらす。例えば、制御／停止弁２００が浸食を被っている場合、浸食によって通常の予想範囲を超える振動が始まる可能性があり、この場合、この過度な変位／振動がセンサ４２０によって検出され、制御システム５１０が、制御／停止弁２００が問題の可能性に直面しており、あるいは故障し得ると判断する。センサ４２０およびターゲット４２２は、交互の位置にあってもよい。ターゲット４２２’およびセンサ４２０’によって示されるように、ターゲット４２２をロッド４２４に取り付けることができ、センサ４２０は静止構造体５０１に取り付けられる。
図６が、本発明の一態様によるターボ機械の非回転部品または固定された部品を監視するための方法６００のフロー図である。測定方法は、少なくとも１つのターボ機械部品の変位を測定し、以下のステップを含む。監視ステップ６１０は、非接触式センサ４２０によってターボ機械部品の変位を監視する。監視を、機械の動作の最中にリアルタイムで行うことができ、さらには／あるいは計画された定期的な間隔で行うことができる。センサ４２０は、レーザセンサ、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）センサ、マイクロ波センサ、磁気センサ、または光学センサであってよい。収集ステップ６２０は、ターボ機械部品（例えば、タービンシェルまたはタービン弁）の変位に関するデータを収集する。分析ステップ６３０は、変位が所定のしきい値範囲を超えるかどうかを判定するためにデータを分析する。データが過度の変位または振動を示している場合、制御システムは、ターボ機械部品の状態をオペレータに知らせる警告または警報を示すことができる。次いで、制御ステップ６４０は、性能および／または信頼性を向上させるようにシステムの動作を調整する。
システム４５０を使用して、不動の位置に対する固定／非回転のターボ機械部品の静的および動的な変位／移動の変化を監視し、ターボ機械のあらゆる動作および非動作の状態における固定／非回転のターボ機械部品の移動のリアルタイムでの評価を可能にすることができる。実施されるべき評価は、断熱の品質、すき間の評価、ならびにターボ機械に加わる高温および低温荷重であってよい。また、このシステムを、シャフトの振動データと併せて振動の発生源、場所、および／または原因の特定を容易にすることができる固定／非回転のターボ機械部品の振動特性をリアルタイムで提供することによって、難しいロータ列の振動問題を診断および補完するために使用することもできる。診断の可能性に加えて、本発明を、信頼性、可用性、などに関して最適化されたターボ機械の始動および負荷を可能にすると考えられる分析モデル（すなわち、デジタル上の双子）への入力に使用することができる。
ユニットの低温位置を達成する配管荷重に関連する複雑な設置問題を、システム４５０で診断することができる。本発明は、配管荷重が要件を満たすか、あるいは超えるかどうかを検証し、タービンのベースラインを設定することができる。据え付け時の過度の配管荷重は、タービンの試運転時に振動の問題を発生させる可能性がある。本発明は、配管荷重が許容範囲から外れている可能性がある場所の正確な位置を正確に特定することができ、技術者に調整を必要とする正確な配管および正確な位置を指示することができる。さらに、本発明を、現在の回転機器の近接プローブと組み合わせたときに、固定／非回転の構成要素上の複数の位置に相補的な動的変位成分をもたらすことによって、プラント周辺機器（Ｂａｌａｎｃｅ ｏｆ Ｐｌａｎｔ）（ＢＯＰ）関連の振動問題の根本的な原因または発生源を解消または判定するために使用することができる。固定／非回転の部品の移動を追跡し、監視し、確立済みのベースラインと比較することで、荷重または断熱の変化が時間につれて良化しているか、あるいは悪化しているかを判断することができ、したがって予測および／または状態に基づく保守の実行を可能にできると考えられる。
本明細書においては、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。
［実施態様１］
非回転のターボ機械部品（１００、２００）を監視するための方法（６００）であって、
少なくとも１つのターボ機械部品（１００、２００）の変位を測定すること
を含んでおり、
前記測定は、
（ａ）前記ターボ機械部品（１００、２００）の変位を非接触式センサ（４２０）で監視すること（６１０）と、
（ｂ）前記ターボ機械部品（１００、２００）の変位に関するデータを収集すること（６２０）と、
（ｃ）前記データを分析し、前記変位が所定のしきい値範囲を超えるか否かを判断すること（６３０）と
を含む、方法（６００）。
［実施態様２］
前記非接触式センサ（４２０）は、小さな熱膨張係数を有する材料から形成されたロッド（４２４）によって前記ターボ機械部品（１００、２００）へと取り付けられ、ターゲット（４２２）が、前記非接触式センサ（４２０）に近接する静止構造体（４０１）へと取り付けられる、実施態様１に記載の方法（６００）。
［実施態様３］
前記材料は、２０℃〜２，０００℃の間で測定したときに、約１．５ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する、実施態様２に記載の方法（６００）。
［実施態様４］
前記材料は、Ｉｎｖａｒ、ＦｅＮｉ３６、または６４ＦｅＮｉを含む、実施態様２に記載の方法（６００）。
［実施態様５］
前記非接触式センサ（４２０）は、レーザセンサを備える、実施態様２に記載の方法（６００）。
［実施態様６］
前記非接触式センサ（４２０）は、
レーザセンサ、マイクロ波センサ、磁気センサ、または光学センサ
のうちの１つを備える、実施態様２に記載の方法（６００）。
［実施態様７］
ターゲット（４２２）が、小さな熱膨張係数を有する材料から形成されたロッド（４２４）によって前記ターボ機械部品（１００、２００）へと取り付けられ、前記非接触式センサ（４２０）は、前記ターゲット（４２２）に近接する静止構造体（４０１）へと取り付けられる、実施態様１に記載の方法（６００）。
［実施態様８］
前記材料は、２０℃〜２，０００℃の間で測定したときに、約１．５ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する、実施態様７に記載の方法（６００）。
［実施態様９］
前記材料は、Ｉｎｖａｒ、ＦｅＮｉ３６、または６４ＦｅＮｉを含む、実施態様７に記載の方法（６００）。
［実施態様１０］
前記非接触式センサ（４２０）は、
レーザセンサ、マイクロ波センサ、磁気センサ、または光学センサ
のうちの１つを備える、実施態様９に記載の方法（６００）。
［実施態様１１］
前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）は、蒸気タービンシェル（１００）または蒸気タービン弁（２００）である、実施態様１に記載の方法（６００）。
［実施態様１２］
前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）の変位が２次元において検出されるように、２つの非接触式センサ（４２０）または２つのターゲット（４２２）が、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）へと取り付けられ、お互いから約９０度に配置されている、実施態様１に記載の方法（６００）。
［実施態様１３］
非回転のターボ機械部品（１００、２００）を監視するためのシステム（４５０）であって、
ターゲット（４２２）に近接して配置された非接触式センサ（４２０）を備えており、前記非接触式センサ（４２０）または前記ターゲット（４２２）のいずれかが、小さな熱膨張係数を有する材料から形成されたロッド（４２４）によって前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）へと取り付けられ、
前記ターゲット（４２２）または前記非接触式センサ（４２０）が、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）の付近に位置する静止構造体（４０１）へと取り付けられ、前記静止構造体（４０１）は、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）から実質的に分離しており、
前記非接触式センサ（４２０）は、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）の変位を測定する、システム（４５０）。
［実施態様１４］
前記材料は、２０℃〜２，０００℃の間で測定したときに、約１．５ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する、実施態様１３に記載のシステム（４５０）。
［実施態様１５］
前記材料は、Ｉｎｖａｒ、ＦｅＮｉ３６、または６４ＦｅＮｉを含む、実施態様１３に記載のシステム（４５０）。
［実施態様１６］
前記非接触式センサ（４２０）は、レーザセンサを備える、実施態様１３に記載のシステム（４５０）。
［実施態様１７］
前記非接触式センサ（４２０）は、
レーザセンサ、マイクロ波センサ、磁気センサ、または光学センサ
のうちの１つを備える、実施態様１３に記載のシステム（４５０）。
［実施態様１８］
前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）は、蒸気タービンシェル（１００）または蒸気タービン弁（２００）である、実施態様１３に記載のシステム（４５０）。
［実施態様１９］
前記ロッド（４２４）は、前記非接触式センサ（４２０）が前記ターゲット（４２２）への妨げのない視線を有するように、前記ターボ機械部品（１００、２００）を覆って配置された断熱材（４１０）を貫いて延びるように構成されている、実施態様１３に記載のシステム（４５０）。
［実施態様２０］
前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）の変位が２次元において検出されるように、２つの非接触式センサ（４２０）または２つのターゲット（４２２）が、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）へと取り付けられ、お互いから約９０度に配置されている、実施態様１３に記載のシステム（４５０）。
［実施態様１］
非回転のターボ機械部品（１００、２００）を監視するための方法（６００）であって、
少なくとも１つのターボ機械部品（１００、２００）の変位を測定すること
を含んでおり、
前記測定は、
（ａ）前記ターボ機械部品（１００、２００）の変位を非接触式センサ（４２０）で監視すること（６１０）と、
（ｂ）前記ターボ機械部品（１００、２００）の変位に関するデータを収集すること（６２０）と、
（ｃ）前記データを分析し、前記変位が所定のしきい値範囲を超えるか否かを判断すること（６３０）と
を含む、方法（６００）。
［実施態様２］
前記非接触式センサ（４２０）は、小さな熱膨張係数を有する材料から形成されたロッド（４２４）によって前記ターボ機械部品（１００、２００）へと取り付けられ、ターゲット（４２２）が、前記非接触式センサ（４２０）に近接する静止構造体（４０１）へと取り付けられる、実施態様１に記載の方法（６００）。
［実施態様３］
前記材料は、２０℃〜２，０００℃の間で測定したときに、約１．５ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する、実施態様２に記載の方法（６００）。
［実施態様４］
前記材料は、Ｉｎｖａｒ、ＦｅＮｉ３６、または６４ＦｅＮｉを含む、実施態様２に記載の方法（６００）。
［実施態様５］
前記非接触式センサ（４２０）は、レーザセンサを備える、実施態様２に記載の方法（６００）。
［実施態様６］
前記非接触式センサ（４２０）は、
レーザセンサ、マイクロ波センサ、磁気センサ、または光学センサ
のうちの１つを備える、実施態様２に記載の方法（６００）。
［実施態様７］
ターゲット（４２２）が、小さな熱膨張係数を有する材料から形成されたロッド（４２４）によって前記ターボ機械部品（１００、２００）へと取り付けられ、前記非接触式センサ（４２０）は、前記ターゲット（４２２）に近接する静止構造体（４０１）へと取り付けられる、実施態様１に記載の方法（６００）。
［実施態様８］
前記材料は、２０℃〜２，０００℃の間で測定したときに、約１．５ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する、実施態様７に記載の方法（６００）。
［実施態様９］
前記材料は、Ｉｎｖａｒ、ＦｅＮｉ３６、または６４ＦｅＮｉを含む、実施態様７に記載の方法（６００）。
［実施態様１０］
前記非接触式センサ（４２０）は、
レーザセンサ、マイクロ波センサ、磁気センサ、または光学センサ
のうちの１つを備える、実施態様９に記載の方法（６００）。
［実施態様１１］
前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）は、蒸気タービンシェル（１００）または蒸気タービン弁（２００）である、実施態様１に記載の方法（６００）。
［実施態様１２］
前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）の変位が２次元において検出されるように、２つの非接触式センサ（４２０）または２つのターゲット（４２２）が、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）へと取り付けられ、お互いから約９０度に配置されている、実施態様１に記載の方法（６００）。
［実施態様１３］
非回転のターボ機械部品（１００、２００）を監視するためのシステム（４５０）であって、
ターゲット（４２２）に近接して配置された非接触式センサ（４２０）を備えており、前記非接触式センサ（４２０）または前記ターゲット（４２２）のいずれかが、小さな熱膨張係数を有する材料から形成されたロッド（４２４）によって前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）へと取り付けられ、
前記ターゲット（４２２）または前記非接触式センサ（４２０）が、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）の付近に位置する静止構造体（４０１）へと取り付けられ、前記静止構造体（４０１）は、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）から実質的に分離しており、
前記非接触式センサ（４２０）は、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）の変位を測定する、システム（４５０）。
［実施態様１４］
前記材料は、２０℃〜２，０００℃の間で測定したときに、約１．５ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する、実施態様１３に記載のシステム（４５０）。
［実施態様１５］
前記材料は、Ｉｎｖａｒ、ＦｅＮｉ３６、または６４ＦｅＮｉを含む、実施態様１３に記載のシステム（４５０）。
［実施態様１６］
前記非接触式センサ（４２０）は、レーザセンサを備える、実施態様１３に記載のシステム（４５０）。
［実施態様１７］
前記非接触式センサ（４２０）は、
レーザセンサ、マイクロ波センサ、磁気センサ、または光学センサ
のうちの１つを備える、実施態様１３に記載のシステム（４５０）。
［実施態様１８］
前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）は、蒸気タービンシェル（１００）または蒸気タービン弁（２００）である、実施態様１３に記載のシステム（４５０）。
［実施態様１９］
前記ロッド（４２４）は、前記非接触式センサ（４２０）が前記ターゲット（４２２）への妨げのない視線を有するように、前記ターボ機械部品（１００、２００）を覆って配置された断熱材（４１０）を貫いて延びるように構成されている、実施態様１３に記載のシステム（４５０）。
［実施態様２０］
前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）の変位が２次元において検出されるように、２つの非接触式センサ（４２０）または２つのターゲット（４２２）が、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）へと取り付けられ、お互いから約９０度に配置されている、実施態様１３に記載のシステム（４５０）。
１００ 蒸気タービンシェル
１１０ 上部シェル、外側シェル、タービンシェル
１１２ シェルアーム
１２０ 下部シェル、外側シェル、タービンシェル
１２２ シェルアーム
１３０ 中央キャビティ
１４０ 水平ジョイント
２００ 制御／停止弁、蒸気タービン弁
２０１ 蒸気弁本体
２０２ 蒸気入口
２０３ 蒸気出口
２１０ 流量制御弁
２１１ 制御弁体、流量制御ヘッド、流量制御弁
２１２ 油圧シリンダ
２１３ サーボ弁
２１４ クロスヘッド
２１５ 垂直軸
２１６ らせんコイルばね
２２０ 停止弁
２２１ 停止弁体、停止弁
２２２ 停止弁軸
２２３ 油圧シリンダ
２２４ ばね
２２５ サーボ弁
２２６ 高速動作排出弁
２２７ トランスデューサ
２３０ 弁座
２４０ 蒸気弁制御システム
３０２ 制御弁体の表面
４００ ターボ機械
４０１ 静止構造体
４０１’ 静止構造体
４１０ 断熱材
４２０ センサ
４２０’ センサ
４２０’’ センサ
４２０’’’ センサ
４２２ ターゲット
４２２’ ターゲット
４２２’’ ターゲット
４２２’’’ ターゲット
４２４ ロッド
４２４’’’ ロッド
４５０ システム
５０１ 静止構造体
５０１’ 静止構造体
５０１’’ 静止構造体
５１０ 制御システム
６００ 方法
１１０ 上部シェル、外側シェル、タービンシェル
１１２ シェルアーム
１２０ 下部シェル、外側シェル、タービンシェル
１２２ シェルアーム
１３０ 中央キャビティ
１４０ 水平ジョイント
２００ 制御／停止弁、蒸気タービン弁
２０１ 蒸気弁本体
２０２ 蒸気入口
２０３ 蒸気出口
２１０ 流量制御弁
２１１ 制御弁体、流量制御ヘッド、流量制御弁
２１２ 油圧シリンダ
２１３ サーボ弁
２１４ クロスヘッド
２１５ 垂直軸
２１６ らせんコイルばね
２２０ 停止弁
２２１ 停止弁体、停止弁
２２２ 停止弁軸
２２３ 油圧シリンダ
２２４ ばね
２２５ サーボ弁
２２６ 高速動作排出弁
２２７ トランスデューサ
２３０ 弁座
２４０ 蒸気弁制御システム
３０２ 制御弁体の表面
４００ ターボ機械
４０１ 静止構造体
４０１’ 静止構造体
４１０ 断熱材
４２０ センサ
４２０’ センサ
４２０’’ センサ
４２０’’’ センサ
４２２ ターゲット
４２２’ ターゲット
４２２’’ ターゲット
４２２’’’ ターゲット
４２４ ロッド
４２４’’’ ロッド
４５０ システム
５０１ 静止構造体
５０１’ 静止構造体
５０１’’ 静止構造体
５１０ 制御システム
６００ 方法
Claims (12)
- 非回転のターボ機械部品（１００、２００）を監視するための方法（６００）であって、
前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）の変位を測定すること
を含んでおり、
前記測定は、
（ａ）前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）の変位を、レーザセンサ、マイクロ波センサ、磁気センサ又は光学センサのうちの１つを備える非接触式センサ（４２０）で監視すること（６１０）と、
（ｂ）前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）の変位に関するデータを収集すること（６２０）と、
（ｃ）前記データを分析し、前記変位が所定のしきい値範囲を超えるか否かを判断すること（６３０）と
を含み、
前記非接触式センサ（４２０）は、小さな熱膨張係数を有する材料から形成されたロッド（４２４）によって前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）へと取り付けられ、かつターゲット（４２２）が、前記非接触式センサ（４２０）に近接する静止構造体（４０１）へと取り付けられるか、或いは
ターゲット（４２２）が、小さな熱膨張係数を有する材料から形成されたロッド（４２４）によって前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）へと取り付けられ、かつ前記非接触式センサ（４２０）が、前記ターゲット（４２２）に近接する静止構造体（４０１）へと取り付けられる、方法（６００）。 - 前記材料は、２０℃〜２，０００℃の間で測定したときに、約１．５ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する、請求項１に記載の方法（６００）。
- 前記材料は、Ｉｎｖａｒ、ＦｅＮｉ３６又は６４ＦｅＮｉを含む、請求項１に記載の方法（６００）。
- 前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）は、蒸気タービンシェル（１００）又は蒸気タービン弁（２００）である、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法（６００）。
- 前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）の変位が２次元において検出されるように、２つの非接触式センサ（４２０）又は２つのターゲット（４２２）が、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）へと取り付けられ、お互いから約９０度に配置されている、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法（６００）。
- 非回転のターボ機械部品（１００、２００）を監視するためのシステム（４５０）であって、
ターゲット（４２２）に近接して配置された非接触式センサ（４２０）を備えており、前記非接触式センサ（４２０）又は前記ターゲット（４２２）のいずれかが、小さな熱膨張係数を有する材料から形成されたロッド（４２４）によって前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）へと取り付けられ、
前記ターゲット（４２２）又は前記非接触式センサ（４２０）が、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）の付近に位置する静止構造体（４０１）へと取り付けられ、前記静止構造体（４０１）は、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）から実質的に分離しており、
前記非接触式センサ（４２０）は、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）の変位を測定する、システム（４５０）。 - 前記材料は、２０℃〜２，０００℃の間で測定したときに、約１．５ｐｐｍ／℃未満の熱膨張係数を有する、請求項６に記載のシステム（４５０）。
- 前記材料は、Ｉｎｖａｒ、ＦｅＮｉ３６又は６４ＦｅＮｉを含む、請求項６に記載のシステム（４５０）。
- 前記非接触式センサ（４２０）は、
レーザセンサ、マイクロ波センサ、磁気センサ又は光学センサ
のうちの１つを備える、請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載のシステム（４５０）。 - 前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）は、蒸気タービンシェル（１００）又は蒸気タービン弁（２００）である、請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載のシステム（４５０）。
- 前記ロッド（４２４）は、前記非接触式センサ（４２０）が前記ターゲット（４２２）への妨げのない視線を有するように、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）を覆って配置された断熱材（４１０）を貫いて延びるように構成されている、請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載のシステム（４５０）。
- 前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）の変位が２次元において検出されるように、２つの非接触式センサ（４２０）又は２つのターゲット（４２２）が、前記非回転のターボ機械部品（１００、２００）へと取り付けられ、お互いから約９０度に配置されている、請求項６乃至請求項１１のいずれか１項に記載のシステム（４５０）。
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| PCT/US2017/039409 WO2018005429A1 (en) | 2016-06-29 | 2017-06-27 | Method and system for monitoring non-rotating turbomachine parts |
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