JPH0953463A - 翼温度監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガスタービン翼６の表面温度から、異常の有
無、異常原因を判定すること。 【解決手段】 冷却用流体ｄを流通させるガスタービン
翼６の表面温度を検出する温度検出器20a ，20b ，20c
と、翼表面温度パターンから異常発生の有無および異常
原因の判定を行なう判定手段19とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内部に冷却用流体
を流通させるガスタービンの翼温度監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、ガスタービン発電プラントのガ
スタービンのタービン入口の断面図である。圧縮器１
は、ガスタービン２と同軸的に設けられ、この圧縮器１
の駆動により圧縮された空気を燃焼器３へ供給してい
る。燃料は、燃焼器３のライナ部３ａで燃焼し、高温の
燃焼ガスは、トランジションピース４、およびガスター
ビンの静翼５を経て動翼６に案内される。この動翼６の
回転により、ガスタービン２に仕事をさせる。翼に何ら
かの異常が発生した場合、温度上昇によって翼に機械的
な損傷が発生し、この損傷により軸振動が発生して初め
て異常に気付く場合が多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ガスタービンは精密な
回転機械であるため、翼は、微少なクリアランスを隔て
て高速で動く他の翼や部品と接している。したがって、
僅かな機械的損傷が発生しても、これが周囲に波及し、
殆ど機械全体にわたる損傷を引き起こす場合が多い。以
上から翼が機械的損傷を引き起こす前に冷却用流体等の
異常と、これによる翼温度の異常を検知することが必要
である。

【０００４】本発明の目的は、ガスタービン翼の表面温
度を監視し、異常の有無、異常原因を判定することによ
り、異常の早期発見を可能とする翼温度監視装置を得る
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、内部に冷却用流体を流通させる
ガスタービン翼と、この翼の表面温度を検出する温度検
出器と、この温度検出器により得られる運転中の翼表面
温度パターンから異常発生の有無および異常原因の判定
を行なう判定手段とを備えることを特徴とする翼温度監
視装置を提供する。これにより、翼表面温度異常発生時
に異常の有無およびその原因を判定することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
から図３を参照して説明する。図１は、本発明に係る翼
温度監視装置の実施の形態の温度検出器近傍を示し、ガ
スタービンのタービン入口部分を拡大して示す断面図で
ある。

【０００７】タービンケーシング１１のタービン入口に
は燃焼ガスを導入するためのトランジションピース４が
接続されている。このトランジションピース４の先端に
は、静翼５が形成されている。この静翼５は、タービン
ケーシング１１の内面に固着されているシュラウド１２
により外輪部５ａが保持されている。この静翼５の後方
には、動翼６が配置されている。この動翼６は、付け根
部がタービンロータ１３の先端に植設されている。動翼
６の先端と対向するタービンケーシング１１の内面には
シュラウド１２に連接したシュラウド１４が設けられて
いる。

【０００８】タービンケーシング１１と外輪部５ａに
は、取付孔１５が設けられている。この取付孔１５に
は、温度検出器である放射温度計の検出部１６が設けら
れている。この放射温度計の検出部１６の先端には、レ
ンズ１７が装着されており、動翼の表面６ａの温度を計
測できるように構成されている。放射温度計の検出部１
６は、図示しない箇所に、さらに２台設けられており、
それぞれ、動翼６の長さ方向に異なる箇所の測定をして
いる。

【０００９】放射温度計は、例えば測定対象の放射する
赤外線量を測定しこれにより温度を求めるもので、離れ
た対象を短時間に測定できるので、ガスタービン動翼の
表面温度等、高速の回転体の温度を回転と同期をとるこ
とにより静止部から測定することができる。

【００１０】放射温度計の検出部１６は、放射温度計の
本体１８に接続され、放射温度計の本体１８は、計算機
で構成される判定手段１９に接続されている。図２は、
動翼６と、図１中、放射温度計で示す温度検出器とを抽
出した模式図である。

【００１１】３台の温度検出器２０ａ，２０ｂ，２０ｃ
は、各々翼表面の２１ａ，２１ｂ，２１ｃ部の温度の温
度を測定している。判定手段１９は、測定された温度か
ら異常有無および異常原因の判定を行なう。表示装置２
２は、判定手段１９の判定結果を表示する。なお、図中
ｄは冷却用流体の流れ、２３は冷却用流体の流路を示
す。

【００１２】ガスタービンの動翼６および静翼５は、高
温のガス流にさらされた状態で使用される。したがっ
て、そのままでは高温により構造材料の強度が急激に低
下するので、内部に冷却用の流体を流通させ、これによ
り冷却しながら使用する場合が多い。

【００１３】冷却用流体の流路２３の異物のつまりや、
破孔による流体の漏出等により流体の流量が変化する
と、翼の冷却条件が変わるので運転状態における翼の表
面温度が変化する。 そこで、正常時の翼表面温度を測
定しておき、これを同じ運転状態での翼表面温度測定値
と比較し、両者が一定の値以上隔っている場合には、前
記のような何らかの異常が発生しているものと判定する
ことができる。

【００１４】同じ運転状態を示す指標としては、ガスタ
ービン出力、回転数、ＩＧＶ角度、燃料流量等を用いる
ことができる。翼温度分布異常に対しては、翼表面温度
検出器を翼長さ方向に複数個設置し、温度分布を求める
ことにより、異常原因を判定することができる。図２の
例では、３台設置している。

【００１５】図３は、判定手段１９の判定ロジックのテ
ーブルである。冷却用流体の流路２３につまりや閉塞が
発生したときは、冷却用流体の流量が低下するので、翼
付け根から先端にわたって全ての計測点で温度が上昇す
る。従って全ての計測点での温度が同じ運転状態での正
常時の計測点より上昇した場合は、冷却用流体流路２３
のつまりまたは閉塞が原因であると判定することができ
る（１）。

【００１６】翼の付け根と先端の中間で、クラックや破
孔が発生し、冷却用流体が漏出するような場合には、冷
却用流体の流量は翼付け根から破孔部までは増加し、破
孔部から先端部までは低下する。そこで翼付け根から特
定の測定点まで正常時よりも温度が低く、次の測定点か
ら先端までは、正常時よりも温度が高い場合には、特定
の測定点と次の測定点の間のクラックまたは破孔が温度
分布異常の原因と判定することができる（２），
（３）。

【００１７】翼先端部の冷却用流体の出口部や、さらに
その先の流路で、破孔の発生や摩擦等による流路の拡大
が発生した場合には、翼を通過する冷却用流体の流量が
増加するため、翼付け根から先端までの全ての点で温度
が低下する。そこで、翼付け根から先端までの全ての測
定点で温度が正常時よりも低下する場合は、翼先端の冷
却用流体出口部や、さらにその先の流路での破孔や摩耗
等による流路拡大が温度分布異常の原因と判定すること
ができる（４）。

【００１８】翼の温度監視は、温度が低下する場合より
も上昇してしまう場合のほうが機械の破損につながる
分、重要であるが、翼の冷却用流体は、特に動翼６では
翼先端に向けて遠心力が働くため翼付け根から先端に向
けて流通させるため、流路２３の閉塞や流体の漏れ等流
量低下時には、翼の先端部が影響を受けやすく、異常な
温度上昇を発生しやすい。温度検出器の設置数を例えば
１台のみに限定する場合には、冷却面からは翼の先端を
計測するのが良いが、ガスタービンのガス流は、流路の
中央つまり翼の付け根と先端の中間の部分が温度が高
く、端に行くに従い温度が低下する。したがって、ガス
タービンのガス流の温度分布の測定結果や、冷却用流体
流路のトラブルの発生状況から温度検出器の設置数を１
台とする場合は、図２に示すように、翼付け根から先端
に到る翼弦長の７５％の位置２１ｄを測定するのが最適
である。

【００１９】なお、翼表面温度検出手段としては、特に
動翼等回転部分については、放射温度計が好適である
が、熱電対による方法も考えられる。また、複数点の温
度の計測に、この実施の形態では、複数の放射温度計を
用いたが、放射温度計に首振り機能を持たせ、一台の放
射温度計で複数点を計測しても良い。

【００２０】以上述べたように、この実施の形態によれ
ば、ガスタービン翼について、異常発生時に直ちにこれ
を検知し、その原因を判定し表示することにより異常の
拡大や修理のための停止期間を最少にし、設備の経済性
を高め、資源の有効利用を図ることができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、内部に冷却用流体の流
路を持つガスタービン翼について、翼の表面温度分布か
ら異常の有無および原因の判定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施の形態の温度検出器近傍を示
し、ガスタービンのタービン入口部分を拡大して示す断
面図。

【図２】本発明に係る実施の形態の動翼と温度検出器と
を抽出した模式図。

【図３】本発明に係る実施の形態の判定手段の判定ロジ
ックのテーブル。

【図４】ガスタービン発電プラントのガスタービンのタ
ービン入口の断面図。

【符号の説明】

２…ガスタービン、５…静翼、６…動翼、１６…放射温
度計の検出部、１８…放射温度計の本体、１９…判定手
段、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…温度検出器、２１ａ，２
１ｂ，２１ｃ，２１ｄ…測定点、２３…流路。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に冷却用流体を流通させるガスター
   ビン翼と、この翼の表面温度を検出する温度検出器と、
   この温度検出器により得られる運転中の翼表面温度パタ
   ーンから異常発生の有無および異常原因の判定を行なう
   判定手段とを備えることを特徴とする翼温度監視装置。
2. 【請求項２】 前記温度検出器として放射温度計を用い
   ることを特徴とする請求項１記載の翼温度監視装置。
3. 【請求項３】 少なくとも１つの前記温度検出器を翼付
   け根から先端にいたる翼弦長の付け根から７５％の位置
   の温度を計測できる箇所に設置することを特徴とする請
   求項１記載の翼温度監視装置。
4. 【請求項４】 前記判定手段は、翼表面温度が、同じ運
   転状態における実績値から一定値以上離れた場合に異常
   有と判定することを特徴とする請求項１記載の翼温度監
   視装置。
5. 【請求項５】 前記温度検出器を翼付け根部から先端部
   まで翼長さ方向に複数点の温度を計測できるように設置
   することを特徴とする請求項１記載の翼温度監視装置。
6. 【請求項６】 前記判定手段は、翼付け根部から先端部
   までの前記温度検出器の計測値の全てが同じ運転状態に
   おける通常値より一定値以上高い場合に、異常の原因を
   冷却流体の流通路のつまりと判定することを特徴とする
   請求項５記載の翼温度監視装置。
7. 【請求項７】 前記判定手段は、翼付け根部から先端部
   までの前記温度検出器の計測値が、付け根部と先端部の
   間の位置を境目として付け根側で、同じ運転状態におけ
   る通常値より一定の値以上低下し、先端側では同じ運転
   状態における通常値より一定の値以上上昇している場合
   に、異常の原因を通常値より上昇した測定点と低下した
   測定点の中間での冷却流体用流路の破孔発生であると判
   定することを特徴とする請求項５記載の翼温度監視装
   置。
8. 【請求項８】 前記判定手段は、翼付け根部から先端部
   までの前記温度検出器の計測値の全てが、同じ運転状態
   における通常値より一定値以上低い場合に、異常の原因
   を翼出口、または、その下流側での冷却流体用流路の拡
   大、または、破孔発生であると判定することを特徴とす
   る請求項５記載の翼温度監視装置。