JPS63246637A

JPS63246637A - タ−ビン翼の浸蝕監視装置

Info

Publication number: JPS63246637A
Application number: JP7742687A
Authority: JP
Inventors: Norio Yasugadaira; 安ケ平　紀雄; Tomoyuki Taki; 滝　友幸; Kuniyoshi Tsubouchi; 邦良坪内; Takeshi Sato; 武佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-04-01
Filing date: 1987-04-01
Publication date: 1988-10-13

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、蒸気タービンの運転監視技術に係り、特に、
湿り蒸気で作動するタービン翼の浸蝕監視装置に関する
。

〔従来の技術〕

近年、蒸気タービンの単機容量の増大に伴い、タービン
の排気流量は急激に増加の一途をたどりこれに合せて排
気環状面積の大きな長翼の開発や四極機の採用等の改善
がなされている。このような長い翼、もしくは、周速の
高い翼の場合、最終段翼は蒸気中の湿分による浸蝕がさ
け難く、この浸蝕度を低減すべき翼材の開発や湿分除去
技術の開発に努力がはられれている。しかし、現有の技
術では完全な浸蝕防止法が確立されておらず、いずれも
ある程度の浸蝕を認め、あるいは定期的な開放点検によ
りその程度を判定し、浸蝕部の補修を施している。また
、蒸気条件が低い原子力タービンでは、放射線の機外へ
の放出防止と機器の有効活用の面から開放点検回数を減
少させる傾向にあり、機器を開放することなく定量的に
翼の浸蝕量を定め、機器の安全を診断する監視システム
が要求されている。

蒸気タービン翼の浸蝕量を監視する装置として、従来は
特公昭５６−１２６８２号あるいは特開昭６１−２０７
８０４号公報が提案されている。これらの監視装置は、
いずれも、蒸気タービン内を通過する蒸気量、圧力、湿
り度、あるいは、水滴径などを検出し、その検出量から
翼に衝突する水滴の衝突速度。

翼と水滴との相対速度を演算処理して翼浸蝕量を予測評
価する装置である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

タービン翼の浸蝕監視装置の良否は、水滴の状態量（水
滴径、湿り度など）の検出精度及び浸蝕量予測式の評価
精度に左右される。しかし、浸蝕量の的確な評価と翼の
寿命監視という観点からは、実機適用性の点で問題があ
った。

本発明の目的は、タービン動翼の浸蝕量を高精度に監視
して、動翼の浸蝕を効果的に予測する蒸気タービン翼の
浸蝕監視装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述した目的は、静止中及び運転時の蒸気タービンの＃
Ｊ翼々面の形状測定手段と翼面浸蝕量演算手段、初期浸
蝕量予測手段、予測浸蝕量修正手段などにより構成され
た蒸気タービン翼の浸Ｍｉ監視装置を実機タービンに適
用することによって、実機タービン運転中の動翼の浸蝕
履歴を時々刻々監視し、その浸蝕の進展状況から定常域
に達するまで浸蝕量と予測浸蝕量とを比較して、予測浸
蝕量を修正予測することによって、実情に合致したター
ビン翼の浸蝕監視を行い、高精度、かつ、効果的な浸蝕
監視が達成できる。

〔作用〕

蒸気タービン動翼の浸蝕量を検出する翼面形状測定手段
は、蒸気タービン内部の血止部材に装着され、ビームウ
ェスト探査法、あるいは、光ポジションセンサによる光
マイクロ法などを適用したレーザー光を利用した非接触
式の形状測定手段であり、まず、タービン静止時（運転
前）の初期翼面の形状測定を行い、この測定値を初期プ
ロフィール計測演算器にストアする。次いで、運転開始
と同時に任意の動翼の回転と同期させ、運転時の動翼４
面の形状及び粗さ測定を行い、翼面粗さ計測演算器とＲ
ＭＳ平均粗さ評価器によって平均の翼面形状を把握、評
価する。そして、初期プロフィール演算値と運転中の翼
形形状平均値との偏差を翼面浸蝕量評価演算器によって
演算処理し、運転時の浸蝕量を評価する。この運転時に
おける翼面浸重量の評価演算は、浸蝕量が時間的に変化
しない定常域に達するまで続行し、定常域に達するまで
の間で、当初予測した初期の浸蝕量予測値と偏差のある
場合には１時々刻々予測量の修正を施して、浸蝕予測値
が運転時の浸蝕量に合致するような演算処理を行う。通
常のタービン翼材の場合。

タービン翼の浸蝕が定常域に達する運転時間は、総運転
時間（四、五年ピッチの定期点検期間）に比べて非常に
短い時間である。従ってこの定常域に達するまでの浸蝕
の進展を把握して、その後の運転時における浸蝕量を予
測することは可能であり１本発明の作用によって、高精
度、かつ、効果的なタービン翼の浸蝕、監視が可能とな
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。まず、本発明
を適用する蒸気タービンの低圧部の構造を第１図に示す
。蒸気タービン低圧部１は、外部ケーシング２．内部ケ
ーシング３．ロータ４．外部ダイヤフラム１４，１５．
内部ダイヤフラム７゜８と内外ダイヤフラムに保持され
た静止翼９゜１１及びディスク５，６に連結した動翼１
０゜１２と排気ディフューザ１３などが構成され、蒸気
中の水滴による動翼の浸蝕は、湿り度が大きく、かつ、
周速の高い最終段動翼１２の先端部で著しい。そのため
、通常の最終段動翼１２は、第３図及び第４図に示すよ
うに、翼母材部１７と材質の異なる硬質の材質から成る
二ロージョンシールド材１８を先端部に溶着、あるいは
、溶接４合している。このような構造の最終段動翼１２
の浸蝕の大半は、第５図に示すように、翼の前縁部に発
生し、定期的な開放点検時には初期プロフィールの原形
をとどめない程、浸蝕される例もある。

本発明は、この構造の蒸気タービン翼の浸蝕量Ｅ（第５
図参照）を精度良く、しかも、効果的に評価、監視する
ことにより、翼の寿命予測を可能とするものである。本
発明の典型的な実施例を第２図に示した。本発明による
タービン翼の浸蝕監視装置５０は、翼面形状測定手段２
０．初期翼面プロフィール計測、演算器２１．翼面粗さ
計測。

演算器２２　、　ＲＭ　Ｓ　（Ｒｏｏｔ　Ｍｅａｎ　５
ｑｕａｒｅ）平均粗さ評価器２３．翼面浸蝕量評価、演
算器２４．タービン運転条件入力器２５．浸Ｍ、ｆｉｉ
初期予測器２７、浸蝕量比較器２６．予測浸蝕量修正演
算器２８及び浸蝕量最終評価器２９によって構成される
。

翼面形状測定手段２０は、蒸気タービン低圧部の静止部
材（例えば、内部ケーシング３、あるいは、外部ダイヤ
フラム１５など）に装着され、翼面形状の測定は、レー
ザ光を利用した非接触式の公知の形状測定技術（ビーム
ウェスト探査法、あるいは、光ポジションセンサによる
光マイクロ法など）を適用する。第６図には、その−例
として、ビームウェスト探査法の光学的原理を示した。

Ｈｅ−Ｎｅ、あるいはＡｒレーザ光を光源とするコリメ
ート光束３０を対物レンズ３２（Ｌｌ）で絞り、そのビ
ームウェスト位置に静止時の動翼４面を置く。それから
の反射光束３３は再び対物レンズ３２を通り、ハーフミ
ラ−３１（Ｂｌ’）を経て、光束３４となり、結像レン
ズ３５で再び収束される。その光束３７をハーフミラ−
３６（Ｂ２）で二つの光路に分け、一方の光路３８には
ビームウェスト像の後方に空間フィルタ３９　（下）を
置き、他方の光路４２には、ビームウェスト像の前方に
空間フィルタ５２（Ｆ’）を置く。この空間フィルタ３
９．５２はビームウェストの像位置に置いたときのみ全
ての光束が通過するように作られているので、第６図の
配置ではそれぞれの光束の一部がフィルタを通過してデ
ィテクタ４１゜４５に入射する。また、フィルタ３９．
５２はビームウェストの像位置に関して対称に配置され
るので、ディテクタ４１．４５の出力差は零となる。

この出力差は偏差出力検出器４６によって検出する。被
測定面、即ち、翼面がこの位置からずれると偏差出力検
出器４６に偏差出力が現われ、この偏差出力を零にする
よう対物レンズ制御器４７によって、対物レンズ３２を
制御する。この対物レンズ３２の微小移動量の検出は、
０．１　μｍ以上の精度で検出可能であり、浸蝕による
翼面の微小な凹凸を検出できる。従って、第１図に示し
た初期プロフィール計測、演算器２１では、浸蝕される
前の初期状態の翼面プロフィールを静止時に予め計測し
、その翼高さ方向の計測値ｙｏ　（ｘ）　　を演算処理
してストアしておく。一方、運転開始と同時に任意の動
翼と同期させて光束を照射して。

任意翼の高さ方向について翼面粗さと対物レンズ３２の
微小移動量ｙｔ（ｘ）　　を検出し、翼面粗さ計測・演
算器にストアする。さらに、翼高さ方向Ｘに関する平均
粗さ、平均移動量をＲＭＳ平均粗さ評価器２３で評価す
る。そして、上述の初期プロフィール計測値ｙｏ（Ｘ）
　とＲＭＳ平均値ｙＴ（Ｘ）とを翼面浸蝕量評価演算器
２４に導き、両者の偏差Ｅ　（ｘ）＝ｙｏ（ｘ）　　ｙ
ｒ（ｘ）を演算処理する。この偏差Ｅ　（ｘ）が運転経
過時間Δτ後の浸蝕量に相当する。また、浸蝕量評価演
算器２４の出力は、タービン運転条件入力器２５（運転
経過時間ΔＴ、タービン出力ＰＷＲ，流ｆｆ１Ｇ、回転
数Ｎなど）と同時に浸蝕量比較器２６に導かれる。浸蝕
量比較器２６には、浸蝕量初期予開器測器２７の出力Ｅ
ｃも同時に入力され、翼面浸蝕量評価演算器２４からの
入力値Ｅと比較される。

そして、両者の各運転経過時間毎の浸蝕量の時間的変化
量（ｄＥ／ｄΔＴ）及び（ｄＥｃ／ｄΔＴ）と、それら
の比に＝　（ｄＥ／ｄΔＴ）／（ｄＥｃ／ｄΔＴ）を予
測浸蝕量修正演算器により演算処理し、予測浸蝕量の修
正処理を実行する。

この予測浸蝕量の修正演算器２８の出力を浸蝕量最終評
価器２９に入力し、浸蝕量予測の最終処理を行う。通常
のタービン翼材における湿り蒸気の水滴による浸蝕量の
時間的変化は、第７図、第８図に示すように、タービン
運転開始時は浸蝕量Ｅが極めて小さい潜伏域１次いで、
急激に浸蝕量が増加する累積域、浸蝕量が時間的に変化
しない定常域を経過して、時間とともに浸蝕量が減少す
る減衰域に達する。このような浸蝕現象の中で、定常域
が最も長く、タービンの運転期間（定期的な開放点検ま
での期間）の大半を占める。そこで、本発明は、翼面形
状測定手段による翼面の浸蝕量の計」り処理は、上述の
定常域に達するまでの初期の運転期間だけで十分とし、
浸蝕量比較器２６における浸蝕量の時間的変化ｄＥ／ｄ
（ΔＴ）が一定となった状態で、浸ｍｉ初期予測器２７
との出力との比較を中断し、その後は、浸蝕量初期予測
器２７の演算処理値を用いて浸蝕量の最終評価を行う。

従って、翼面形状手段として比較的メンテナンスが難し
く、シかも高価な光学的手法を常時用いずに、タービン
翼の浸蝕量を高精度、かつ、効果的に把握することがで
きる。

〔発明の効果〕本発明によれば、タービン翼の浸蝕進展状態を高精度か
つ効果的に監視することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の蒸気タービンの低圧段構造
図、第２図は、本発明の代表的実施例を示したタービン
翼の浸ｆＥＩｌｆｆｉ視装置のアルゴリズムを示す図、
第３図、第４図は、最終段動翼の構造図、第５図は、水
滴による翼の浸蝕状況を示す図、第６図、第７図、第８
図は、浸蝕特性を示す説明図である。２０・・・翼面形状Ｘｌ’ｌ定手段、２１・・・初期プ
ロフィール計測演算器、２６・・・浸蝕量比較器、２７
・・・浸蝕＼こ、レバ第　１　口！第　６　図

Claims

【特許請求の範囲】１、湿り蒸気中で作動する蒸気タービンにおいて、翼面
形状測定手段により運転時の動翼々面浸蝕量を評価演算
し、かつ、初期の浸蝕量予測値との比較処理を施し、比
較器出力を予測浸蝕量修正演算器に導入して動翼の浸蝕
量の最終予測及び寿命評価をすることを特徴とするター
ビン翼の浸蝕監視装置。２、特許請求の範囲第１項において、前記翼面形状測定手段は、ビームウェスト探査法、光ポ
ジションセンサによる光マイクロ法などレーザー光を用
いた非接触式の形状測定手段を適用したことを特徴とす
るタービン翼の浸蝕監視装置。３、特許請求の範囲第１項において、前記翼面形状測定手段による浸蝕量の測定は、浸蝕量Ｅ
が時間的に変化しない定常域に達するまでの運転期間を
Ｔとし、実測浸蝕レートｄＥ／ｄＴと予測浸蝕レートｄ
Ｅｃ／ｄＴとの比を予測浸蝕量修正値としたことを特徴
とするタービン翼の浸蝕監視装置。