KR102032648B1 - 터빈의 조립 방법, 터빈 조립 지원 시스템 및 제어 프로그램 - Google Patents

터빈의 조립 방법, 터빈 조립 지원 시스템 및 제어 프로그램 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는 차실의 가조립을 생략하여 터빈 조립 기간을 단축화하면서, 정지체의 위치 조정의 정밀도를 유지하는 것이다.
하반 차실(11, 21)과 체결되어 있지 않은 상반 차실(12, 22)의 형상의 계측 데이터를 취득하고, 상반 차실(12, 22)과 회전체(3)가 분리되고 정지체(6)가 조립 장착된 상태인 개방 상태의 하반 차실(11, 21)의 형상의 계측 데이터를 취득하고, 상반 차실(12, 22) 및 하반 차실(11, 21)의 형상의 계측 데이터와 미리 얻어진 상반 차실(12, 22) 및 하반 차실(11, 21)의 형상의 시뮬레이션 데이터를 비교하여 상반 차실(12, 22) 및 하반 차실(11, 21)의 형상의 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 선택하고, 선택한 시뮬레이션 데이터로부터 개방 상태의 하반 차실(11, 21)에 상반 차실(12, 22)을 체결했을 때의 상반 차실(12, 22) 및 하반 차실(11, 21)의 형상의 변화량을 산출하고, 산출한 변화량을 가미하여 차실 내부의 정지체(6)의 설치 위치를 조정한다.

Description

터빈의 조립 방법, 터빈 조립 지원 시스템 및 제어 프로그램 {METHOD OF ASSEMBLING TURBINE, ASSEMBLY WORK SUPPORTING SYSTEM, AND CONTROL PROGRAM}
본 발명은 터빈의 조립 방법, 터빈 조립 지원 시스템 및 제어 프로그램에 관한 것이다.
일반적으로, 터빈의 차실(내부 및 외부 차실)은 절반 균열 형상의 상반 차실 및 하반 차실로 분할되어 있고, 상반 차실 및 하반 차실의 플랜지부를 볼트로 체결하여 구성되어 있다. 차실 내에는 정지체를 구성하는 다이어프램 등이나 정지체에 대하여 회전하는 회전체를 구성하는 터빈 로터가 수용되어 있다.
회전체와 회전체를 덮는 정지체 사이에는 간극(클리어런스)이 있고, 증기(작동유체)의 일부가 간극을 통과할 수 있다. 이와 같이, 회전체와 이것에 대향하는 정지체 사이의 간극을 통하는 흐름을 본 명세서에서는「누설 흐름」이라고 적절히 말한다. 누설 흐름은 회전체와 정지체의 대향면에 시일부를 설치하여 억제될 수 있다. 이 경우, 시일부의 선단과 그 대향부 사이에 있는 미소한 간극(이하, 미소 간극)을 작게 할수록 누설 흐름을 억제할 수 있지만, 미소 간극을 지나치게 작게 하면, 터빈의 운전 시에 회전체가 정지체에 접촉할 가능성이 있다. 그렇게 하면, 러빙 진동이 발생하여 터빈의 건전성이 확보되기 어려워진다. 또한, 시일부가 마모되면 누설 흐름의 유량(누설량)이 증가하여, 발전 효율이 저하될 수 있다. 그로 인해, 일반적으로, 미소 간극의 관리는 엄밀하게 행해지고, 특히, 터빈의 조립 시에는 세심한 주의가 기울여진다.
그런데, 상반 차실 및 하반 차실은, 볼트로 체결될 때까지는 자중에 의해 휘어 있지만, 볼트로 체결되면 플랜지부의 접촉면의 위치가 주로 상방향으로 이동한다. 이것을 고려하지 않고, 하반 차실에 회전체 및 정지체를 조립 장착하여 미소 간극을 조정하고, 상반 차실을 하반 차실에 설치하여 볼트로 체결하면, 하반 차실측에서 미소 간극이 좁아져, 회전체가 정지체에 접촉하는 경우가 있다. 그로 인해, 터빈의 조립 작업에 있어서의 미소 간극의 조정에는 많은 공정이 필요해진다. 통상, 터빈의 조립 작업에서는 터빈 로터, 다이어프램 등의 구성 부품을 취출한 차실만의 상태에서, 터빈의 최종 조립 단계와 마찬가지로 조립하여 정지체의 설치 위치의 좌표를 계측하고, 상반 차실을 분리한 후, 다시, 정지체의 설치 위치의 좌표를 계측함으로써, 차실의 조립에 의한 정지체의 설치 위치의 변화량을 산출한다. 정지체의 설치 위치의 변화량은 하반 차실의 베어링 사이에 터빈 로터의 축심과 일치하도록 축방향으로 피아노선을 뻗치고, 그 피아노선을 기준으로 하여 정지체의 설치 위치의 반경 방향에 있어서의 이동량을 계측함으로써 산출된다. 계속해서, 상반 차실을 분리한 상태에서 다이어프램의 하반부(하반 다이어프램)를 조립해 넣고, 또한 터빈 로터, 다이어프램의 상반부(상반 다이어프램)도 조립해 넣는다. 이때, 미소 간극에 미리 납선을 설치해 두고, 다시 다이어프램 및 터빈 로터를 취출하여 납선의 찌부러짐양을 계측함으로써, 터빈을 조립한 상태에 있어서의 미소 간극의 크기를 산출한다. 그리고, 차실의 조립에 의한 설치 위치의 변화량을 가미하여 정지체의 설치 위치를 조정하고, 최종적으로 터빈을 조립한다. 정지체의 설치 위치의 변화량을 산출하는 방법으로서는, 상술한 피아노선을 사용하는 방법 외에, 맨드럴이나 더미 로터를 사용하는 것이 있다(특허문헌 1, 2 등을 참조).
일본 특허 공개 평3-67002호 공보 일본 특허 공개 제2007-32504호 공보
일반적으로, 차실의 조립에 의한 정지체의 설치 위치의 변화량을 산출하는 경우, 상반 차실을 하반 차실에 설치하고 볼트에 의한 가열 수축을 행하여, 차실을 가조립하고 있다. 「가열 수축」이란, 볼트를 가열하여 신장시키고, 신장한 볼트에 대하여 너트를 비틀어 넣고, 그 후의 냉각 시의 볼트의 수축에 의해 플랜지부끼리를 강력하게 체결하는 방법이다. 이러한 종류의 방법에서는, 볼트의 가열 및 냉각이 필요해진다. 또한, 상반 차실 및 하반 차실을 체결하는 볼트는 매우 커서 식기 어렵다. 그로 인해, 특허문헌 1, 2의 방법에서는, 차실의 가조립에 많은 기간을 확보할 필요가 있고, 터빈의 정기 검사 등의 작업 기간에 큰 영향을 미친다. 또한, 작업 기간이 미리 정해져 있는 경우, 다른 공정을 압박하는 원인이 될 수도 있다. 또한, 특허문헌 1, 2의 방법에서는, 계측원의 기능 레벨에 의해 정지체의 이동량의 계측 정밀도에 변동이 발생하여 정지체의 위치 조정의 정밀도가 저하될 가능성이 있는 데다가, 소형 터빈 등 계측원이 들어갈 수 없는 터빈에는 적용하기 어렵다.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것이고, 차실의 가조립을 생략하여 터빈 조립 기간을 단축화하면서, 정지체의 위치 조정의 정밀도를 유지할 수 있는 터빈의 조립 방법, 터빈 조립 지원 시스템 및 제어 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 상반 차실과 하반 차실을 볼트로 체결하여 구성된 차실과, 상기 차실의 내부에 수용된 정지체와, 상기 차실의 내부에 수용되고, 상기 정지체에 대하여 회전하는 회전체를 구비하는 터빈의 조립 방법에 있어서, 상기 하반 차실과 체결되어 있지 않은 상기 상반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하고, 상기 상반 차실과 상기 회전체가 분리되고 상기 정지체가 조립 장착된 상태인 개방 상태의 상기 하반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하고, 상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터와, 상기 터빈의 특성을 모의한 터빈 모델에 대하여 미리 수치 해석에 의해 얻어진 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 비교하여, 상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상에 대하여 상기 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 선택하고, 선택한 시뮬레이션 데이터에 기초하여, 상기 개방 상태의 하반 차실에 상기 상반 차실을 상기 볼트로 체결했을 때의 상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출하고, 산출한 변화량을 가미하여, 상기 차실의 내부에 있어서의 상기 정지체의 설치 위치를 조정하고, 상기 터빈을 조립하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 차실의 가조립을 생략하여 터빈 조립 기간을 단축화하면서, 정지체의 위치 조정의 정밀도를 유지할 수 있는 터빈의 조립 방법, 터빈 조립 지원 시스템 및 제어 프로그램을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 조립 방법을 적용 가능한 증기 터빈의 하반측을 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 조립 방법을 적용 가능한 증기 터빈을 도시하는 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 조립 방법을 적용 가능한 증기 터빈의 외부 차실을 도시하는 측면도이다.
도 4는 도 3의 화살표 IV-IV선에 의한 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 5는 종래의 조립 방법의 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 조립 방법의 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 장기 가동 후의 증기 터빈의 차실을 도시하는 측면도이다.
도 8은 도 7의 화살표 VIII-VIII선에 의한 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 조립 방법의 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 조립 방법의 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 조립 방법의 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 터빈 조립 지원 시스템의 기능 블록을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 터빈 조립 지원 시스템에 의한 처리를 실현하는 컴퓨터의 모식도이다.
<제1 실시 형태>
(구성)
1. 터빈
도 1은 본 실시 형태에 관한 조립 방법을 적용 가능한 증기 터빈의 하반측을 도시하는 사시도, 도 2는 본 실시 형태에 관한 조립 방법을 적용 가능한 증기 터빈을 도시하는 종단면도, 도 3은 본 실시 형태에 관한 조립 방법을 적용 가능한 증기 터빈의 외부 차실을 도시하는 측면도, 도 4는 도 3의 화살표 IV-IV선에 의한 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 1, 2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 증기 터빈(101)은 가대(100)에 지지된 외부 차실(1)과, 외부 차실(1)의 내부에 수용된 내부 차실(2)과, 내부 차실(2)에 내포된 터빈 로터(3)를 구비하고 있다. 터빈 로터(3)의 하중은, 예를 들어 가대(100)에 의해 지지되어 있다.
도 1 내지 4에 도시한 바와 같이, 외부 차실(1)은 하반 외부 차실(11)과 상반 외부 차실(12)에 수평면(지면에 대하여 평행한 면)으로 상하로 분할되어 있다. 하반 외부 차실(11) 및 상반 외부 차실(12)은 결합 부분에 후육의 플랜지부(15, 16)를 갖고 있다. 하반 외부 차실(11)과 상반 외부 차실(12)은 복수의 볼트(13) 및 너트(도시하지 않음)를 사용하여 플랜지부(15, 16)끼리를 견고하게 체결하고, 플랜지부(15, 16)의 서로 대향하는 접촉면(10)을 중첩하는 볼트 체결에 의해 결합되어 있다. 외부 차실(1)의 내측에 있어서의 플랜지부(15)의 플랜지면 근방에는 내부 차실(2)을 지지하는 내부 차실 지지부(도시하지 않음)가 복수 설치되어 있다.
내부 차실(2)은 외부 차실(1)과 동일한 구조이다. 즉, 도 1, 2에 도시한 바와 같이, 내부 차실(2)은 하반 내부 차실(21)과 상반 내부 차실(22)에 수평면으로 상하로 분할되어 있다. 하반 내부 차실(21) 및 상반 내부 차실(22)은 결합 부분에 후육의 플랜지부(도시하지 않음)를 갖고 있고, 복수의 볼트(도시하지 않음) 및 너트(도시하지 않음)를 사용하여 플랜지부끼리를 견고하게 체결하고, 플랜지부의 서로 대향하는 접촉면을 중첩하는 볼트 체결에 의해 결합되어 있다. 내부 차실(2)은 심 등의 두께의 조정 가능한 위치 조정 부재(도시하지 않음)를 통해 외부 차실(1)에 지지되어 있다.
터빈 로터(3)는 로터 샤프트(4)와, 로터 샤프트(4)의 외주부에 있어서 축방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 동익열(5)을 구비하고 있다. 각 동익열(5)은 로터 샤프트(4)의 외주부에 있어서 둘레 방향으로 간격을 두고 환상으로 배치된 복수의 동익(5a)으로 구성되어 있다.
내부 차실(2)의 내부에는 다이어프램(6) 등으로 이루어지는 정지체가 내장되어 있다. 다이어프램(6)은 환상으로 형성되어 있고, 터빈 로터(3)의 축방향으로 간격을 두고 복수 배치되어 있다. 내부 차실(2)의 내측에 있어서의 플랜지부의 플랜지면 근방에는, 다이어프램(6) 등으로 이루어지는 정지체를 지지하는 정지체 지지부(도시하지 않음)가 복수 설치되어 있다. 다이어프램(6)은 심 등의 두께의 조정 가능한 위치 조정 부재(도시하지 않음)를 통해 내부 차실(2)에 지지되어 있다. 다이어프램(6)은 하반 다이어프램(6a)과 상반 다이어프램(6b)에 수평면으로 상하로 분할되어 있다. 다이어프램(6)은 터빈 로터(3)의 둘레 방향으로 간격을 두고 환상으로 배치된 복수의 고정익(7a)으로 이루어지는 고정익열(7)과, 고정익(7a)의 직경 방향 외측의 선단부가 고정된 환상의 다이어프램 외륜(8)과, 고정익(7a)의 직경 방향 내측의 선단부가 고정된 환상의 다이어프램 내륜(9)으로 구성되어 있다. 각 고정익열(7)은 작동유체의 흐름 방향으로 나란히 배치되어 있다. 동익열(5)과 고정익열(7)은 작동유체의 흐름 방향으로 교대로 설치되어 있고, 고정익열(7)은 동익열(5)에 대하여 상류측에 배치되어 있다. 즉, 상류측으로부터 하류측을 향하고, 고정익열(7), 동익열(5), 고정익열(7)…이 되도록, 동익열(5)과 고정익열(7)이 교대로 설치되어 있다. 각 고정익열(7)은 각 동익열(5)과 함께 하나의 단락(날개 단락)을 구성하고 있다. 다이어프램 내륜(9)에는 시일 핀(도시하지 않음)이 설치되어 있다. 시일 핀[이하, 시일 핀도 포함하여 통합하여 다이어프램(6)이라고 칭함]과 터빈 로터(3) 사이에는 미소 간극이 마련되어 있다.
2. 터빈의 조립 방법
본 실시 형태에서는, 터빈의 정기 검사 등과 같이, 일정 기간 가동한 기존의 터빈(기존 실기)을 해체하고 다시 조립하는 경우를 예로 들어 설명한다.
2-1. 종래의 조립 방법
도 5는 종래의 조립 방법의 수순을 도시하는 흐름도이다. 이하, 비교예로서, 종래의 조립 방법을 설명한다.
· 스텝 B1
현지(터빈이 가동하고 있는 장소)에서, 기존 실기의 내부 차실 및 외부 차실을 개방한다. 구체적으로, 상반 외부 차실과 하반 외부 차실을 체결하는 볼트를 분리하고, 상반 외부 차실을 하반 외부 차실로부터 분리한다. 계속해서, 상반 내부 차실과 하반 내부 차실을 체결하는 볼트를 분리하고, 상반 내부 차실을 하반 내부 차실로부터 분리한다.
· 스텝 B2
터빈 로터의 얼라인먼트 조정용의 계측(축 센터링)을 행한다. 구체적으로, 상반 다이어프램을 하반 다이어프램으로부터 분리하고, 터빈 로터를 하반 내부 차실로부터 취출한다. 그리고, 터빈 로터의 축심을 계측한다.
· 스텝 B3
내부 차실 및 외부 차실의 가조립을 행하여, 터빈의 조립 상태를 모의한다. 구체적으로, 상반 다이어프램을 하반 다이어프램에 조립 장착하여 다이어프램의 가조립을 행한다. 계속해서, 상반 내부 차실을 하반 내부 차실에 적재하고, 상반 내부 차실과 하반 내부 차실을 볼트로 체결하여 내부 차실의 가조립을 행한다. 계속해서, 상반 외부 차실을 하반 외부 차실에 적재하고, 상반 외부 차실과 하반 외부 차실을 볼트로 체결하여 외부 차실의 가조립을 행한다.
· 스텝 B4
내부 차실 및 외부 차실의 가조립을 행한 상태에서, 다이어프램의 얼라인먼트 조정용의 계측을 행한다. 구체적으로, 하반 내부 차실에 설치된 베어링 사이에 터빈 로터(3)의 축심과 일치하도록 축방향으로 피아노선을 쳐서 가상 축심을 형성하고, 가상 축심과 다이어프램의 계측점의 거리를 마이크로미터나 레이저 검출기 등을 사용하여 계측한다. 다이어프램의 계측점으로서는, 예를 들어 다이어프램의 내주면의 좌우 양측 부분이나 하측 부분이 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 하반 내부 차실에 설치된 베어링 사이에 피아노선을 쳐서 가상 축심을 형성하는 경우를 예시했지만, 하반 내부 차실에 설치된 베어링 사이에 레이저광을 조사하여 가상 축심을 형성하도록 해도 된다. 본 스텝에 있어서의 계측에 의해, 상반 외부 차실 및 상반 내부 차실과 하반 외부 차실 및 하반 내부 차실을 각각 볼트로 체결한 경우에 있어서의 다이어프램의 위치 정보(즉, 가상 축심과 다이어프램의 계측점의 거리)를 취득할 수 있다.
· 스텝 B5
내부 차실 및 외부 차실을 개방한다. 구체적으로, 상반 외부 차실과 하반 외부 차실을 체결하는 볼트를 분리하고, 상반 외부 차실을 하반 외부 차실로부터 분리한다. 계속해서, 상반 내부 차실과 하반 내부 차실을 체결하는 볼트를 분리하고, 상반 내부 차실을 하반 내부 차실로부터 분리한다.
· 스텝 B6
하반 내부 차실에 다이어프램을 조립 장착한 상태에서, 다이어프램의 얼라인먼트 조정용의 계측을 행한다. 구체적으로, 스텝 B4와 마찬가지로, 가상 축심과 다이어프램의 계측점의 거리를 계측한다. 이 계측에 의해, 상반 외부 차실 및 상반 내부 차실을 하반 외부 차실 및 하반 내부 차실로부터 분리한 상태에 있어서의 다이어프램의 위치 정보를 취득할 수 있다. 본 스텝에서 취득한 다이어프램의 위치 정보와 상술한 스텝 B4에서 취득한 다이어프램의 위치 정보에 기초하여, 상반 외부 차실 및 상반 내부 차실과 하반 외부 차실 및 하반 내부 차실을 볼트로 체결하고 있지 않은 상태로부터, 상반 외부 차실 및 상반 내부 차실과 하반 외부 차실 및 하반 내부 차실을 볼트로 체결한 상태로 이행했을 때의 다이어프램의 변위량이나 변위 방향 등의 정보(이하, 다이어프램의 변위 정보라고 적절히 말함)가 산출된다.
· 스텝 B7
베어링 및 터빈 로터의 가조립을 행한다. 구체적으로, 다이어프램을 하반 내부 차실로부터 취출하고, 하반 내부 차실에 베어링 및 터빈 로터를 조립 장착한다.
· 스텝 B8
터빈 로터의 센터링을 행한다. 구체적으로, 베어링에 대한 터빈 로터의 설치 위치를 조정한다.
· 스텝 B9
터빈 로터를 하반 내부 차실로부터 취출하고, 다이어프램을 하반 내부 차실에 조립 장착한다.
· 스텝 B10
다이어프램의 얼라인먼트 조정을 행한다. 구체적으로, 스텝 B4 및 스텝 B6에서 얻어진 다이어프램의 위치 관계에 관한 정보에 기초하여 취득한 다이어프램의 변위 정보를 가미하고, 심 등의 위치 조정 부재의 두께를 조정함으로써, 내부 차실에 있어서의 다이어프램의 설치 위치를 조정한다. 즉, 다이어프램의 변위 방향과 역방향으로, 다이어프램의 변위량 분만큼, 다이어프램을 미리 이동시켜 설치해 둠으로써, 상반 외부 차실 및 상반 내부 차실과 하반 외부 차실 및 하반 내부 차실을 볼트로 체결했을 때의 다이어프램 변위(이동)를 상쇄시킨다.
· 스텝 B11
터빈 로터를 하반 내부 차실에 조립 장착하고, 상반 다이어프램을 하반 다이어프램에 설치한다. 구체적으로, 상반 다이어프램을 하반 다이어프램으로부터 분리하고, 터빈 로터를 하반 내부 차실에 조립 장착한다. 그리고, 상반 다이어프램을 하반 다이어프램에 설치한다.
· 스텝 B12
얼라인먼트 조정된 다이어프램과 터빈 로터 사이에 있는 미소한 간극의 폭(이하, 간극 폭이라고 적절히 말함)을 계측한다. 구체적으로, 다이어프램이 얼라인먼트 조정된 상태에서, 간극 폭을 계측하는 부분, 예를 들어 다이어프램 및 터빈 로터의 시일 영역(시일부가 설치된 영역)에 미리 납선을 설치해 둔다. 그리고, 납선이 설치된 상태에서 터빈 로터를 하반 차실에 조립 장착하고, 상반 다이어프램을 하반 다이어프램에 설치한다. 이때, 시일 영역에 설치된 납선은 간극 폭의 분을 남기고 찌부러진다. 그리고, 상반 다이어프램을 하반 다이어프램으로부터 분리하고, 터빈 로터를 하반 차실로부터 취출하고, 납선을 취출하고, 납선 중 찌부러지지 않고 남은 부분의 두께를 계측한다. 이 남은 부분이 간극 폭에 상당한다. 이에 의해, 간극 폭을 정확하게 계측할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 상반 다이어프램을 하반 다이어프램에 설치하여 간극 폭을 계측하는 경우를 예시했지만, 상반 다이어프램을 하반 다이어프램에 설치하지 않고 간극 폭을 계측해도 된다.
· 스텝 B13
터빈 로터 및 다이어프램을 하반 내부 차실로부터 취출한다. 구체적으로, 상반 다이어프램을 하반 다이어프램으로부터 분리하고, 터빈 로터 및 하반 다이어프램을 하반 내부 차실로부터 취출한다.
· 스텝 B14
스텝 B12에 있어서 계측된 간극 폭에 기초하여, 간극 폭의 미세 조정을 행한다. 구체적으로, 다이어프램 및 터빈 로터에 설치된 시일부(시일 핀)의 높이 등을 미세 조정한다.
· 스텝 B15
터빈의 최종 조립을 행한다. 구체적으로, 하반 다이어프램 및 터빈 로터를 하반 내부 차실에 조립 장착하고, 상반 다이어프램을 하반 다이어프램에 설치한다. 그리고, 상반 내부 차실을 하반 내부 차실에 적재하고 볼트로 체결하고, 상반 외부 차실을 하반 외부 차실에 적재하고 볼트로 체결한다.
2-2. 본 실시 형태의 조립 방법
도 6은 본 실시 형태에 관한 조립 방법의 수순을 도시하는 흐름도이다. 도 6에 있어서, 도 5에 도시한 흐름도와 동일한 스텝에는 동일한 부호를 부여하여, 적절히 설명을 생략한다. 이하, 본 실시 형태에 관한 조립 방법을 설명한다.
· 스텝 P1
조립하는 대상이 되는 터빈의 특성을 모의한 터빈 모델에 대하여, 수치 해석에 의해, 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 취득하고, 기억 장치(도시하지 않음)에 저장하여 데이터 베이스화한다. 구체적으로, 본 실시 형태에서는 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)과 체결되어 있지 않은 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)의 형상의 시뮬레이션 데이터, 상반 외부 차실(12), 상반 내부 차실(22) 및 터빈 로터(3)가 분리되고 다이어프램(6)이 조립 장착된 상태(이하, 개방 상태라고 적절히 말함)의 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)의 형상의 시뮬레이션 데이터 및 개방 상태로부터 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)과 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)을 볼트(13)로 체결한 상태의 상반 외부 차실(12), 상반 내부 차실(22), 하반 외부 차실(11) 및 상반 내부 차실(22)의 형상의 시뮬레이션 데이터를 취득한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 미리 본 스텝을 실행하여 시뮬레이션 데이터를 데이터 베이스화해 두는 경우를 예로 들어 설명했지만, 후술하는 스텝 P4를 실행할 때까지 시뮬레이션 데이터를 데이터 베이스화해 둘 수 있는 한에 있어서는, 본 스텝을 실행하는 시기는 한정되지 않는다.
본 실시 형태에서는 고압 터빈, 고중압 터빈, 중압 터빈 및 저압 터빈 중, 특히, 고온 조건 하에서 사용되고, 고온 크리프 변형이 발생하기 쉬운 고압 터빈, 고중압 터빈 및 중압 터빈의 내부 차실 및 외부 차실을 대상으로 하고, 터빈의 장기 가동에 수반하는 고온 크리프 변형을 주로 하여 시간 의존성의 비탄성 변형을 평가한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 고온 크리프 변형을 주로 하는 시간 의존성의 비탄성 변형을 평가하는 데 있어서, 수치 해석으로서, 유한 요소 해석에 의한 고온 크리프 변형 해석을 채용하고, 증기 터빈의 구성 부품(차실, 터빈 로터, 다이어프램 등)에 사용되는 재료의 1차 크리프 영역에 있어서의 변형의 근사 성능이 높은 Norton-Bailey 법칙 등을 포함하는 멱승 크리프 법칙을 사용한다.
본 실시 형태에서는 터빈에 공급되는 작동유체의 온도나 압력, 작동유체와 차실 사이의 열전달률 및 터빈의 가동 시간을 포함하는 파라미터의 수치나 차실의 재료 및 형상에 관한 파라미터를, 터빈의 설계 조건을 기준으로 하여 변화시키고, 터빈 모델에 입력하고, 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 취득한다. 이에 의해, 예를 들어 터빈의 장기 가동 후의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 포함하는, 상반 차실 및 하반 차실의 다양한 변형 패턴에 대하여 시뮬레이션 데이터를 취득하여 데이터 베이스화할 수 있다.
· 스텝 P2
스텝 B1에 있어서, 상반 외부 차실(12)을 하반 외부 차실(11)로부터 분리하고, 상반 내부 차실(22)을 하반 내부 차실(21)로부터 분리한 후, 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)의 형상을 계측하여 데이터화하고, 계측 데이터를 취득한다. 즉, 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)과 체결되어 있지 않은 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)의 형상의 계측 데이터를 취득한다. 또한, 본 실시 형태에서는 스텝 B1에 있어서 기존 실기의 내부 차실 및 외부 차실을 개방한 후, 스텝 B2와 병행하여 본 스텝을 실행한다.
본 실시 형태에서는 3차원 레이저 계측기를 사용하여, 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)의 형상을 계측하여 계측 데이터를 취득한다. 구체적으로, 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)의 표면 형상을 3차원 레이저 계측기로 계측하여 복수의 점 데이터(점군 데이터)를 취득한다. 점군 데이터란, 레이저 계측기 등에 의해 취득된 대량의 좌표 정보의 집합이고, 예를 들어 X좌표, Y좌표 및 Z좌표의 복수의 조합 데이터를 말한다. 그리고, 취득한 점군 데이터로부터 노이즈를 분리한 후, 이것을 면 데이터(STL)화하여 계측 데이터를 취득한다. 본 실시 형태와 같이, 3차원 레이저 계측기를 사용하여 외부 차실 및 내부 차실의 형상을 계측하여 계측 데이터를 취득하는 방법을 채용하면, 예를 들어 수평기 등을 사용하여 작업원이 수동으로 외부 차실 및 내부 차실의 형상을 계측하는 경우에 비해, 외부 차실 및 내부 차실의 상세한 형상을 더 단시간에 정확하게 계측할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는 스텝 B2와 병행하여 본 스텝을 실행하는 경우를 예시하여 설명하고 있지만, 후술하는 스텝 P4를 실행할 때까지 완료하는 한에 있어서는, 반드시 스텝 B2와 병행하여 본 스텝을 실행할 필요는 없다. 예를 들어, 스텝 B2보다도 앞에 본 스텝을 실행해도 되고, 스텝 B2보다도 나중에 본 스텝을 실행해도 된다.
· 스텝 P3
스텝 B2에 있어서, 터빈 로터의 얼라인먼트 조정용의 계측을 행한 후, 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)이 분리된 상태의 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)의 형상을 계측하여 데이터화하고, 계측 데이터를 취득한다. 즉, 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)과 체결되어 있지 않은 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)의 형상의 계측 데이터를 취득한다. 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)의 형상의 계측 데이터의 취득 수순은 스텝 P2에서 설명한, 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)의 형상의 계측 데이터를 취득하는 수순의 경우와 마찬가지이다. 본 스텝이 종료되면, 스텝 B7이 실행된다.
또한, 현지에 있어서 가동 실기의 외부 차실 및 내부 차실의 계측 데이터를 취득하는 경우, 하반 외부 차실(11)의 외측(외주면측)에 설치된 보온재를 분리하는 것이 곤란한 경우가 있거나, 공정의 문제에서 하반 내부 차실(21)을 분리할 수 없는 경우가 있고, 하반 차실의 표면 형상을 계측할 수 없고, 하반 차실의 형상의 계측 데이터를 완전히는 취득할 수 없는 경우도 있을 수 있다. 그 경우에도, 후술하는 바와 같이 계측 데이터와 시뮬레이션 데이터를 비교하기 위해, 하반 차실의 표면 형상 중 계측 가능한 범위에서 점군 데이터를 취득하여 계측 데이터를 취득하는 것이 권장된다.
또한, 일반적으로, 다이어프램(6)은 하반 내부 차실(21)의 수평면의 내측에 설치되어 있고, 다이어프램(6)의 변위량에 대해서는, 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)과 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)을 체결했을 때의 수평면의 간극의 변화량으로부터 부여되는 영향이 크다. 그로 인해, 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)의 수평면의 주변에 있어서의 형상의 상세한 계측 데이터만을 취득한 경우라도, 높은 정밀도로 다이어프램(6)의 변위량을 추정(산출)할 수 있다. 따라서, 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)의 계측 데이터를 취득하는 경우, 3차원 레이저 계측기로 계측하는 대상 부분을 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)의 수평면의 주변으로 교축하고, 수평면의 주변에 있어서의 형상의 상세한 계측 데이터를 취득해도 된다.
또한, 외부 차실 및 내부 차실이 볼트(13)로 체결되어 있는 상태에서 외부 차실 및 내부 차실의 표면 형상을 3차원 레이저 계측기로 계측하는 경우, 외부 차실 및 내부 차실의 표면의 임의의 1개소에 3차원 레이저 계측기를 설치하여 표면 형상을 스캔하는 타입에서는, 수평면 주위의 3차원 형상을 계측하는 것이 어려운 경우가 있다. 가능한 한 계측 불가능한 부분을 적게 하기 위해, 외부 차실 및 내부 차실의 표면의 각 부에 기준점을 설치하여 복수 각도로부터 몇 번이나 계측하고, 나중에 계측 데이터를 서로 연결하는 방법도 있지만, 계측 데이터의 중첩을 능숙하게 할 수 없고, 외부 차실 및 내부 차실의 정확한 형상을 취득할 수 없을 가능성이 있다. 그로 인해, 설치형이고 또한 상호 연동이 가능한 3차원 레이저 계측기를 복수 사용하여 동시에 계측하는 방법이나, 볼트(13) 등의 이측으로 돌아 들어가는 포터블식의 3차원 계측기를 사용하는 방법 등이 권장된다.
· 스텝 P4
스텝 P2, 3에서 취득한 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터와, 스텝 P1에서 취득한 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 비교하여, 상반 차실 및 하반 차실의 형상에 대하여 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 하나 선택한다(계측 데이터를 평가함). 본 실시 형태에서는, 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터와 시뮬레이션 데이터의 비교는 개방 상태를 기준으로 하여 실행한다. 구체적으로, 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)을 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)로부터 분리한 상태의 상반 외부 차실(12), 상반 내부 차실(22), 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)의 형상의 계측 데이터와, 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)과 체결되어 있지 않은 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)의 형상의 시뮬레이션 데이터 및 개방 상태의 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)의 형상의 시뮬레이션 데이터를 비교하여, 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)을 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)로부터 분리한 상태의 상반 외부 차실(12), 상반 내부 차실(22), 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)의 형상의 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 선택한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 스텝 P2, P3에 있어서 계측 데이터를 취득한 후, 스텝 B7과 병행하여 본 스텝을 실행한다.
계측 데이터의 평가는, 예를 들어 스텝 P2, 3에서 취득한 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터와, 스텝 P1에서 취득한 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 직접 비교하여, 플랜지부(15, 16)의 접촉면(10)에 대한 경사 정도에 기초하여 선택하는 방법이나, 스텝 P2, 3에서 취득한 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터와 설계 조건에 있어서의 CAD 데이터의 차분을 구하고, 스텝 P1에서 취득한 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터와 설계 조건에 있어서의 CAD 데이터의 차분을 구하고, 이들의 차분의 결과를 비교하여 선택하는 방법이어도 된다. 또한, 스텝 P2, 3에서 취득한 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 선택할 수 있는 한에 있어서는, 계측 데이터의 평가 방법은 상술한 방법에 한정되지 않는다.
또한, 본 실시 형태에서는 스텝 B7과 병행하여 본 스텝을 실행하는 경우를 예시하여 설명하고 있지만, 반드시 스텝 B7과 병행하여 본 스텝을 실행할 필요는 없다. 예를 들어, 스텝 B7보다도 앞에 본 스텝을 실행해도 된다.
· 스텝 P5
스텝 P4에서 선택한 시뮬레이션 데이터에 기초하여, 개방 상태의 하반 차실에 상반 차실을 볼트(13)로 체결했을 때의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출한다. 구체적으로, 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)과 체결되어 있지 않은 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)의 형상의 시뮬레이션 데이터 및 개방 상태의 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)의 형상의 시뮬레이션 데이터와, 개방 상태로부터 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)과 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)을 볼트(13)로 체결한 상태의 상반 외부 차실(12), 상반 내부 차실(22), 하반 외부 차실(11) 및 상반 내부 차실(22)의 형상의 시뮬레이션 데이터에 기초하여, 개방 상태의 하반 차실에 상반 차실을 볼트(13)로 체결했을 때의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출한다. 그리고, 산출한 변화량에 기초하여, 다이어프램(6)의 설치 위치에 대한 조정량을 산출한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 스텝 P4에 있어서 다이어프램(6)의 설치 위치에 대한 조정량을 산출한 후, 스텝 B8과 병행하여 본 스텝을 실행한다.
본 실시 형태에서는, 스텝 P4에 있어서, 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터와 시뮬레이션 데이터를 비교하고, 상반 차실 및 하반 차실의 형상에 대하여 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 하나 선택하는 경우를 예시하고 있지만, 상반 차실 및 하반 차실의 형상에 대하여 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 복수 선택해도 된다. 이 경우, 복수의 시뮬레이션 데이터로부터 근사적으로 개방 상태의 하반 차실에 상반 차실을 볼트(13)로 체결했을 때의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는 개방 상태의 하반 차실에 상반 차실을 볼트(13)로 체결했을 때의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 개방 상태의 하반 차실에 상반 차실을 볼트(13)로 체결했을 때의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량도 시뮬레이션 데이터와 관련지어 기억 장치에 저장되어 있어도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는 스텝 B8과 병행하여 본 스텝을 실행하는 경우를 예시하여 설명하고 있지만, 반드시 스텝 B8과 병행하여 본 스텝을 실행할 필요는 없다. 예를 들어, 스텝 B8보다도 앞에 본 스텝을 실행해도 된다.
그리고, 본 스텝이 완료된 후, 스텝 B9에 있어서, 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량에 기초하여 산출한 다이어프램(6)의 설치 위치에 대한 조정량을 가미하고, 차실의 내부에 있어서의 다이어프램(6)의 설치 위치를 조정한다. 이후, 스텝 B10 내지 스텝 B14를 실행하고, 스텝 B15에 있어서 터빈의 최종 조립을 행한다.
(효과)
(1) 본 실시 형태에서는 하반 차실과 체결되어 있지 않은 상반 차실의 형상의 계측 데이터 및 상반 차실과 터빈 로터가 분리되고 다이어프램이 조립 장착된 상태인 개방 상태의 하반 차실의 형상의 계측 데이터와, 미리 수치 해석에 의해 얻어진 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 비교하여, 상반 차실 및 하반 차실의 형상에 대하여 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 선택하고, 선택한 시뮬레이션 데이터에 기초하여, 개방 상태의 하반 차실에 상반 차실을 볼트로 체결했을 때의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출하고, 하반 차실에 상반 차실을 볼트로 체결했을 때의 다이어프램(6)의 변위 정보를 취득할 수 있다. 그로 인해, 종래의 조립 방법에 있어서의 스텝 B3 내지 스텝 B6의 작업, 즉, 내부 차실 및 외부 차실을 볼트로 체결하여 가조립을 행하고, 다이어프램의 얼라인먼트 조정용의 계측을 행한 후, 내부 차실 및 외부 차실을 체결하는 볼트를 분리하고, 다이어프램의 얼라인먼트 조정용의 계측을 행하고, 외부 차실 및 내부 차실을 볼트로 체결했을 때의 다이어프램의 변위 정보를 취득하는 작업을, 스텝 P3의 작업, 즉, 개방 상태의 하반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하는 작업만으로 단축하면서, 하반 차실에 상반 차실을 볼트로 체결했을 때의 다이어프램(6)의 변위 정보를 취득할 수 있다. 이상의 점에서, 본 실시 형태에서는 차실의 가조립을 생략하여 터빈 조립 기간을 단축화하면서, 다이어프램(6)의 위치 조정의 정밀도를 유지할 수 있다.
(2) 터빈의 조립 방법의 1종으로, 하반 차실만의 상태에 있어서의 다이어프램의 설치 위치의 계측 결과에 기초하여, 터빈의 각 구성 부품의 설치 위치를 경험칙에 기초하여 계산하고, 조정하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법에서는, 하반 차실에 대한 다이어프램의 지지 위치의 상대 높이에 기초하여 오프셋값을 예측하여 다이어프램의 지지 위치의 높이를 조정하고 있다. 그로 인해, 고압 터빈, 고중압 터빈, 중압 터빈 및 저압 터빈 중, 특히, 고압 터빈, 고중압 터빈 및 중압 터빈 등과 같이 고온 조건 하에서 사용되고 비탄성 변형을 무시할 수 없는 것을 대상으로 하는 경우, 비탄성 변형에 의한 지지 위치의 변위량을 정확하게 예측하는 것은 곤란하다.
도 7은 장기 가동 후의 증기 터빈의 차실을 도시하는 측면도, 도 8은 도 7의 화살표 VIII-VIII선에 의한 화살표 방향에서 본 단면도이다.
고압 터빈, 고중압 터빈, 중압 터빈 및 저압 터빈 중, 특히, 고압 터빈, 고중압 터빈 및 중압 터빈의 차실은 고온, 고압의 증기에 노출된다. 그로 인해, 도7, 8에 예시한 바와 같이, 고압 터빈, 고중압 터빈 및 중압 터빈의 차실에는 장기 가동에 수반하여 고온 크리프 변형을 주로 하는 비탄성 변형이 발생하고, 개방 상태에 있어서 플랜지부(15, 16)의 접촉면(10)이 물결치는 것처럼 변형되는 경우가 있다. 고온 크리프 변형은 일반적으로, 터빈의 가동 시간이나 작동유체의 온도, 차실의 재료의 변동 등의 인자에 의해 복잡한 거동을 나타내고, 동일한 설계에 기초하는 터빈이라도 개체차가 발생할 수 있기 때문에, 경험칙에 의한 평가에 기초하여 다이어프램의 지지 위치의 변위량을 정확하게 예측하는 것은 곤란하다.
상술한 고온 크리프 변형을 주로 하는 비탄성 변형을 정확하게 평가하는 경우, 현지에 있어서, 3차원 스캐너 등을 사용하여 차실의 3차원 형상을 정확하게 계측하고, 형상의 계측 데이터를 취득하고, 최종적으로 유한 요소 해석에 의한 볼트 재체결 해석을 실행하여, 차실의 조립에 의한 각 구성 부품의 설치 위치의 변위량을 산출하는 것이 이상적이다. 그러나, 형상의 계측 데이터로부터 수치 해석 모델을 작성하여 평가하는 공정을 현지에 있어서의 다른 작업과 병행하여 행하기 위해서는 기술적, 시간적인 과제가 있다. 또한, 현지에 설치된 터빈의 하반 차실에는 보온재가 엄중하게 설치되어 있고, 차실의 형상의 완전한 계측 데이터를 취득하는 것이 어려운 경우도 있고, 반드시 상술한 방법을 사용할 수는 없다.
이에 비해, 본 실시 형태에서는 터빈의 특성을 모의한 터빈 모델에 대하여 유한 요소법에 의한 크리프 변형 해석을 사용하여, 터빈에 공급되는 작동유체의 온도, 작동유체와 차실 사이의 열전달률 및 터빈의 가동 시간을 포함하는 파라미터의 수치를 터빈의 설계 조건을 기준으로 하여 변화시켜 터빈 모델에 입력하고, 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 취득하고 있다. 그리고, 하반 차실과 체결되어 있지 않은 상반 차실의 형상의 계측 데이터 및 개방 상태의 하반 차실의 형상의 계측 데이터와 전출의 시뮬레이션 데이터를 비교하여, 상반 차실 및 하반 차실의 형상에 대하여 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 선택하고, 선택한 시뮬레이션 데이터에 기초하여, 개방 상태의 하반 차실에 상반 차실을 볼트로 체결했을 때의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출한다. 그로 인해, 형상의 계측 데이터로부터 수치 해석 모델을 작성하여 평가하는 공정을 현지에서 다른 작업과 병행하여 행할 필요는 없다. 또한, 현지에 고정 설치된 증기 터빈의 하반 차실을 분리하는 것이 곤란한 경우라도, 계측 가능한 범위에서 하반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득할 수 있으면, 시뮬레이션 데이터와 비교할 수 있고, 개방 상태의 하반 차실에 상반 차실을 볼트로 체결했을 때의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출할 수 있다. 이상의 점에서, 본 실시 형태에서는, 고압 터빈, 고중압 터빈 및 중압 터빈 등과 같이 고온 조건 하에서 사용되고 비탄성 변형을 무시할 수 없는 것을 대상으로 하는 경우라도, 다이어프램의 변위 정보를 정확하게 취득할 수 있다.
(3) 본 실시 형태에서는 상반 차실 및 하반 차실의 표면 형상을 3차원 레이저 계측기로 계측하여 복수의 점 데이터를 취득하고, 복수의 점 데이터를 면 데이터화하여 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하고, 시뮬레이션 데이터와 비교하여, 개방 상태의 하반 차실에 상반 차실을 볼트로 체결했을 때의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출한다. 그로 인해, 계측원의 기능 레벨에 의해 다이어프램의 이동량의 계측 정밀도에 변동이 발생하는 것을 회피할 수 있고, 다이어프램의 위치 조정의 정밀도를 유지할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 계측원이 터빈에 들어갈 필요가 없기 때문에, 소형 터빈 등에도 적용할 수 있다.
(4) 일반적으로, 터빈은 부품 개수도 많고 평가해야 할 점(항목)도 많은 데다가 요구 정밀도가 높고 복잡하기 때문에, 종래의 해석 시스템에서는 차실, 터빈 로터 및 다이어프램 등의 터빈의 구성 부품의 형상의 시뮬레이션 데이터 등을 취득하는 것은 곤란하다. 그러나, 해석 시스템의 개량 등에 수반하여, 본 실시 형태에서는 터빈의 구성 부품의 형상의 시뮬레이션 데이터를 해석 시스템을 사용하여 취득하고, 터빈의 조립 방법에 적용하고 있다. 이 점도, 터빈 조립 기간의 단축화 및 다이어프램의 위치 조정의 정밀도의 유지에 기여하고 있다.
<제2 실시 형태>
도 9는 본 실시 형태에 관한 조립 방법의 수순을 도시하는 흐름도이다. 도 9에 있어서, 도 6에 도시한 흐름도와 동일한 스텝에는 동일한 부호를 부여하여, 적절히 설명을 생략한다. 이하, 본 실시 형태에 관한 조립 방법을 설명한다.
본 실시 형태에 관한 터빈의 조립 방법은 스텝 P0을 더 갖는 점에서 제1 실시 형태에 관한 터빈의 조립 방법과 상이하다. 그 밖에는, 제1 실시 형태에 관한 터빈의 조립 방법과 마찬가지이다.
· 스텝 P0
상반 차실 및 하반 차실의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터를 취득하고, 취득한 상반 차실 및 하반 차실의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터를 터빈 모델에 반영시킨다. 구체적으로, 스텝 P2, P3에 있어서의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하는 수순과 마찬가지로, 3차원 레이저 계측기를 사용하여 상반 차실 및 하반 차실의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터를 취득한다. 즉, 상반 차실 및 하반 차실의 제조 시에 있어서의 표면 형상을 3차원 레이저 계측기로 계측하여 복수의 점 데이터를 취득하고, 취득한 점군 데이터로부터 노이즈를 제거한 후, 이것을 면 데이터화하여 계측 데이터를 취득한다.
본 실시 형태에서는, 스텝 P1을 실행하기 전에 본 스텝을 실행한다. 본 스텝은, 예를 들어 차실의 제조 후(완성 후)에 행해지는 검사 단계에서 실행하는 것이 권장된다. 이 단계라면, 현지의 가동 실기와 달리, 차실의 외측에 보온재나 배관이 설치되어 있지 않고, 완전한 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득할 수 있기 때문이다. 또한, 본 스텝은 스텝 P1보다도 앞에 실행되는 한에 있어서는, 반드시 검사 단계에서 실행할 필요는 없다. 예를 들어, 기계 가공 전의 주물 납입품 상태의 형상을 검사하는 단계에 본 스텝을 도입하고, 형상의 검사에 사용한 계측 데이터를 사용해도 된다. 통상, 기계 가공부에 있어서의 치수 정밀도는 차실의 주조 표면부(주물의 표면 부분)에 비해 충분히 높기 때문에, 스텝 P1에 있어서의 수치 해석의 정밀도에 대한 영향은 작다. 따라서, 검사 후에 가공되는 차실 내면의 기계 가공면은 설계 형상을 사용하면 된다.
본 실시 형태에서는 제1 실시 형태와 동일한 효과에 더하여 이하의 효과가 얻어진다.
고압 터빈, 고중압 터빈, 중압 터빈 및 저압 터빈 중, 특히, 고온 조건 하에서 사용되는 고압 터빈, 고중압 터빈 및 중압 터빈 등의 차실은 일반적으로, 대형의 일체 주조로 제조된다. 대형의 일체 주조에서는, 기본적으로, 설계 조건에 대하여 잉여 부분을 크게 확보하여 제조되는 경우가 많고, 예를 들어 설계 조건에 있어서의 차실의 두께가 100㎜ 정도인 것에 비해, 10㎜ 이상 두껍게 제조되는 경우도 있다. 그로 인해, 잉여 부분이 크게 확보되는 것에 의한 차실의 강성에 대한 영향을 무시할 수 없는 경우가 있다.
이에 비해, 본 실시 형태에서는 상반 차실 및 하반 차실의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터를 취득하고, 취득한 상반 차실 및 하반 차실의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터를 터빈 모델에 반영시킨 후에 수치 해석을 행하고, 시뮬레이션 데이터를 취득한다. 그로 인해, 잉여 부분이 확보되는 것에 의한 차실의 강성에 대한 영향을 고려한 시뮬레이션 데이터를 취득할 수 있고, 그만큼, 제1 실시 형태에 비해, 다이어프램의 변위 정보의 추정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 상반 차실 및 하반 차실의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터를 차실의 검사 단계에 사용함으로써, 계측 데이터와 설계 조건에 있어서의 CAD 데이터의 치수 비교가 용이해져, 종래에는 곤란한 대형 주조 구조물인 차실의 치수 검사를 용이하게 실행할 수 있다.
<제3 실시 형태>
도 10은 본 실시 형태에 관한 조립 방법의 수순을 도시하는 흐름도이다. 도 10에 있어서, 도 9에 도시한 흐름도와 동일한 스텝에는 동일한 부호를 부여하여, 적절히 설명을 생략한다. 이하, 본 실시 형태에 관한 조립 방법을 설명한다.
본 실시 형태는 증기 터빈을 구비하는 발전 플랜트의 건설 시에 있어서의 증기 터빈의 설치 시에 적용한다. 구체적으로, 본 실시 형태에 관한 조립 방법은 스텝 B1 대신에 스텝 B1a, 스텝 P1 대신에 스텝 P1a를 각각 갖는 점에서 제2 실시 형태에 관한 조립 방법과 상이하다. 그 밖에는, 제2 실시 형태에 관한 조립 방법과 마찬가지이다.
· 스텝 B1a
하반 외부 차실(11), 하반 내부 차실(21) 및 베어링을 설치한다. 구체적으로, 하반 외부 차실(11)을 설치하고, 하반 내부 차실(21)을 하반 외부 차실(11)에 설치한다. 그리고, 베어링을 하반 내부 차실(21)에 설치한다. 본 스텝이 완료된 후, 스텝 B2 및 스텝 P2를 실행한다.
· 스텝 P1a
조립하는 대상이 되는 터빈의 특성을 모의한 터빈 모델에 대하여, 수치 해석에 의해, 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 취득하고, 기억 장치에 저장하여 데이터 베이스화한다. 구체적으로, 본 실시 형태에서는 볼트(13)로 체결되어 있지 않은 외부 차실 및 내부 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터와, 볼트(13)로 체결된 외부 차실 및 내부 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 취득한다.
본 실시 형태에서는 고압 터빈, 고중압 터빈, 중압 터빈 및 저압 터빈의 내부 차실 및 외부 차실을 대상으로 하고, 내부 차실 및 외부 차실의 탄성 변형을 평가한다. 탄성 변형을 평가하는 데 있어서, 수치 해석으로서, 유한 요소 해석에 의한 탄성 해석을 채용한다. 또한, 본 실시 형태에서는 상반 차실 및 하반 차실의 재료 상수를 포함하는 파라미터의 수치를, 터빈의 설계 조건을 기준으로 하여 변화시키고, 터빈 모델에 입력하고, 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 취득한다. 이에 의해, 예를 들어 볼트로 체결되어 있지 않은 상태의 외부 차실 및 내부 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터와, 볼트로 체결된 상태의 외부 차실 및 내부 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 포함하는 다양한 변형 패턴에 대하여 시뮬레이션 데이터를 취득하여 데이터 베이스화할 수 있다.
스텝 P1a, P2, P3이 완료된 후, 스텝 P4에 있어서, 스텝 P2, P3에서 취득한 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터와, 스텝 P1a에서 취득한 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 비교하여, 상반 차실 및 하반 차실의 형상에 대하여 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 하나 선택하고, 스텝 P5에 있어서, 스텝 P4에서 선택한 시뮬레이션 데이터에 기초하여, 개방 상태의 하반 차실에 상반 차실을 볼트(13)로 체결했을 때의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출한다. 이후, 스텝 스텝 B9 내지 스텝 B14를 실행하고, 스텝 B15에 있어서 터빈의 최종 조립을 행한다.
또한, 본 실시 형태에서는 상반 차실 및 하반 차실의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터를 취득하고, 취득한 상반 차실 및 하반 차실의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터를 터빈 모델에 반영시키는 스텝 P0을 실행하는 경우를 예시하고 있지만, 스텝 P0은 생략하는 것도 가능하다.
본 실시 형태에서는 제2 실시 형태와 동일한 효과에 더하여 이하의 효과가 얻어진다.
본 실시 형태와 같이, 증기 터빈을 구비하는 발전 플랜트의 건설 시에 있어서의 증기 터빈의 고정 설치 시에도 적용할 수 있고, 이 경우라도, 차실의 가조립을 생략하여 터빈 조립 기간을 단축화하면서, 다이어프램(6)의 위치 조정의 정밀도를 유지할 수 있다.
<제4 실시 형태>
도 11은 본 실시 형태에 관한 조립 방법의 수순을 도시하는 흐름도이다. 도 11에 있어서, 도 9에 도시한 흐름도와 동일한 스텝에는 동일한 부호를 부여하여, 적절히 설명을 생략한다. 이하, 본 실시 형태에 관한 조립 방법을 설명한다.
본 실시 형태는 상반 차실 및 하반 차실에 더하여, 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)에 대해서도 시뮬레이션 데이터 및 계측 데이터를 취득하고, 취득한 계측 데이터 및 시뮬레이션 데이터로부터, 다이어프램(6)과 터빈 로터(3)의 간극 폭을 산출하고, 산출한 간극 폭을 더욱 가미하여 차실의 내부에 있어서의 다이어프램(6)의 설치 위치를 조정한다. 구체적으로, 본 실시 형태에 관한 조립 방법은 스텝 P0 대신에 스텝 P0b, 스텝 P1 대신에 스텝 P1b, 스텝 P4 대신에 스텝 P4b, 스텝 P5 대신에 스텝 P5b, 스텝 B9 대신에 스텝 B9b를 각각 갖고, 또한 스텝 P2b를 갖는 점에서 제2 실시 형태에 관한 터빈의 조립 방법과 상이하다. 그 밖에는, 제2 실시 형태에 관한 터빈의 조립 방법과 마찬가지이다.
· 스텝 P0b
상반 차실 및 하반 차실의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터에 더하여, 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터를 취득하고, 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터를 터빈 모델에 반영시킨다. 본 실시 형태에서는 제2 실시 형태에 관한 조립 방법에 있어서의 스텝 P0과 마찬가지로, 3차원 레이저 계측기를 사용하여 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터를 취득한다. 즉, 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 제조 시에 있어서의 표면 형상을 3차원 레이저 계측기로 계측하여 복수의 점 데이터를 취득하고, 취득한 점군 데이터로부터 노이즈를 제거한 후, 이것을 면 데이터화하여 계측 데이터를 취득한다.
· 스텝 P1b
조립하는 대상이 되는 터빈의 특성을 모의한 터빈 모델에 대하여 미리 준비된 수치 해석에 의해, 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터에 더하여, 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 형상의 시뮬레이션 데이터를 취득하고, 기억 장치에 저장하여 데이터 베이스화한다. 본 실시 형태에서는 하반 차실에 조립 장착되어 있지 않은 상태의 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 형상의 시뮬레이션 데이터와, 하반 차실에 조립 장착된 상태의 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 형상의 시뮬레이션 데이터를 취득한다.
· 스텝 P2b
하반 차실에 조립 장착되어 있지 않은 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 형상의 계측 데이터를 취득한다. 본 실시 형태에서는 본 스텝을 스텝 P2와 병행하여 실행한다. 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 형상의 계측 데이터의 취득은 스텝 P2와 마찬가지로, 3차원 레이저 계측기를 사용하여 행한다. 구체적으로, 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 표면 형상을 3차원 레이저 계측기로 계측하여 복수의 점 데이터를 취득하여 노이즈를 제거한 후, 면 데이터화하여 계측 데이터를 취득한다.
· 스텝 P4b
스텝 P2, P2b, P3에서 취득한 상반 차실 및 하반 차실, 다이어프램(6), 그리고 터빈 로터(3)의 형상의 계측 데이터와, 스텝 P1b에서 취득한 상반 차실 및 하반 차실, 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 형상의 시뮬레이션 데이터를 비교하여, 상반 차실 및 하반 차실, 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 형상에 대하여 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 하나 선택한다.
· 스텝 P5b
스텝 P4에서 선택한 시뮬레이션 데이터에 기초하여, 개방 상태의 하반 차실에 상반 차실을 볼트(13)로 체결했을 때의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량에 더하여, 하반 차실에 조립 장착되어 있지 않은 상태의 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 형상의 시뮬레이션 데이터와, 하반 차실에 조립 장착된 상태의 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 형상의 시뮬레이션 데이터로부터 하반 차실에 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)를 조립 장착했을 때의 다이어프램(6)과 터빈 로터(3)의 간극 폭을 산출하고, 산출한 변화량 및 간극 폭에 기초하여 다이어프램(6)의 설치 위치에 대한 조정량을 산출한다.
또한, 본 실시 형태에서는 하반 차실에 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)를 조립 장착했을 때의 다이어프램(6)과 터빈 로터(3)의 간극 폭을 산출하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 하반 차실에 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)를 조립 장착했을 때의 다이어프램(6)과 터빈 로터(3)의 간극 폭도 시뮬레이션 데이터와 관련지어 기억 장치에 저장되어 있어도 된다.
· 스텝 B9b
터빈 로터(3)를 하반 내부 차실로부터 취출한다. 이후, 스텝 B16에 있어서, 스텝 P5b에서 산출한 변화량 및 간극 폭을 가미하고, 차실의 내부에 있어서의 다이어프램(6)의 설치 위치를 조정하여, 터빈의 최종 조립을 행한다.
본 실시 형태에서는 제2 실시 형태와 동일한 효과에 더하여 이하의 효과가 얻어진다.
본 실시 형태에서는, 하반 차실에 조립 장착되어 있지 않은 상태의 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 형상의 시뮬레이션 데이터와, 하반 차실에 조립 장착된 상태의 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)의 형상의 시뮬레이션 데이터로부터, 하반 차실에 다이어프램(6) 및 터빈 로터(3)를 조립 장착했을 때의 다이어프램(6)과 터빈 로터(3)의 간극 폭을 산출할 수 있다. 그로 인해, 종래의 조립 방법에 있어서의 스텝 B3 내지 스텝 B6의 작업에 더하여, 스텝 B10 내지 스텝 B14의 작업, 즉 연선을 사용하여 시일부의 간극을 계측하는 작업도 생략할 수 있다. 이에 의해, 터빈 조립 기간을 더 단축화할 수 있다.
<제5 실시 형태>
본 발명에 관한 터빈의 조립 방법을 터빈 조립 지원 시스템으로서 실현할 수도 있다. 이하, 본 발명에 관한 터빈의 조립 방법을 터빈 조립 지원 시스템으로서 실현한 경우를 설명한다.
도 12는 본 실시 형태에 관한 터빈 조립 지원 시스템의 기능 블록을 나타내는 도면이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 터빈 조립 지원 시스템(200)은 형상 시뮬레이션 데이터 취득부(201), 상반 차실 형상 데이터 취득부(202), 하반 차실 형상 데이터 취득부(203), 시뮬레이션 데이터 평가부(204), 형상 변화량 산출부(205), 설치 위치 조정량 산출부(206) 및 출력부(207)를 구비하고 있다.
형상 시뮬레이션 데이터 취득부(201)는 터빈 모델(208)에 의한 수치 해석에 의해 얻어진, 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 취득하는 것이다. 구체적으로, 본 실시 형태에서는 형상 시뮬레이션 데이터 취득부(201)는 터빈 모델(208)과 전기적으로 접속되어 있고, 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)과 체결되어 있지 않은 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)의 형상의 시뮬레이션 데이터, 개방 상태의 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)의 형상의 시뮬레이션 데이터 및 개방 상태로부터 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)과 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)을 볼트(13)로 체결한 상태의 상반 외부 차실(12), 상반 내부 차실(22), 하반 외부 차실(11) 및 상반 내부 차실(22)의 형상의 시뮬레이션 데이터를 취득한다.
상반 차실 형상 데이터 취득부(202)는 하반 차실과 체결되어 있지 않은 상반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하는 것이다. 구체적으로, 본 실시 형태에서는, 상반 차실 형상 데이터 취득부(202)는 입력 장치(209)와 전기적으로 접속되어 있고, 상반 외부 차실(12)을 하반 외부 차실(11)로부터 분리하고, 상반 내부 차실(22)을 하반 내부 차실(21)로부터 분리한 후, 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)의 형상을 계측하여 데이터화한 것을 입력 장치(209)를 통해 입력하고, 계측 데이터로서 취득한다. 또한, 입력 장치(209)는 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하는 것이고, 예를 들어 3차원 레이저 계측기나 3차원 레이저 계측기에 접속하는 기기 등으로 할 수 있다.
하반 차실 형상 데이터 취득부(203)는 개방 상태의 하반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하는 것이다. 구체적으로, 본 실시 형태에서는, 하반 차실 형상 데이터 취득부(203)는 입력 장치(209)와 전기적으로 접속되어 있고, 터빈 로터의 얼라인먼트 조정용의 계측을 행한 후, 상반 외부 차실(12) 및 상반 내부 차실(22)이 분리된 상태의 하반 외부 차실(11) 및 하반 내부 차실(21)의 형상을 계측하여 데이터화한 것을 입력 장치(209)를 통해 입력하고, 계측 데이터로서 취득한다.
시뮬레이션 데이터 평가부(204)는 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터와, 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 비교하여, 상반 차실 및 하반 차실의 형상에 대하여 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 선택하는 것이다. 구체적으로, 본 실시 형태에서는, 시뮬레이션 데이터 평가부(204)는 형상 시뮬레이션 데이터 취득부(201), 상반 차실 형상 데이터 취득부(202) 및 하반 차실 형상 데이터 취득부(203)와 전기적으로 접속되어 있고, 상반 차실 형상 데이터 취득부(202)에서 취득된 상반 차실의 형상의 계측 데이터 및 하반 차실 형상 데이터 취득부(203)에서 취득된 하반 차실의 형상의 계측 데이터와, 형상 시뮬레이션 데이터 취득부(201)에서 취득된 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 입력하여 비교하여, 상반 차실 및 하반 차실의 형상에 대하여 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 하나 선택한다.
형상 변화량 산출부(205)는 시뮬레이션 데이터 평가부(204)와 전기적으로 접속되어 있고, 시뮬레이션 데이터 평가부(204)에서 선택된 시뮬레이션 데이터를 입력하고, 입력한 시뮬레이션 데이터에 기초하여, 개방 상태의 하반 차실에 상반 차실을 볼트로 체결했을 때의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출하는 것이다.
설치 위치 조정량 산출부(206)는 형상 변화량 산출부(205)와 전기적으로 접속되어 있고, 형상 변화량 산출부(205)에서 산출된 변화량을 입력하고, 입력한 변화량을 가미하고, 차실의 내부에 있어서의 정지체의 설치 위치의 조정량을 산출하는 것이다.
출력부(207)는 설치 위치 조정량 산출부(206)와 전기적으로 접속되어 있고, 설치 위치 조정량 산출부(206)에서 산출된 조정량을 출력 장치(표시 수단)(210)에 출력하는 것이다.
본 실시 형태에 관한 터빈 조립 지원 시스템(200)에 의한 처리는, 예를 들어 컴퓨터에 저장된 제어 프로그램으로 실행된다. 이하, 본 실시 형태에 관한 터빈 조립 지원 시스템에 의한 처리를 컴퓨터에 저장된 제어 프로그램으로 실행하는 경우를 설명한다.
도 13은 본 실시 형태에 관한 터빈 조립 지원 시스템에 의한 처리를 실행하는 컴퓨터의 모식도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 컴퓨터(300)는 CPU(중앙 연산 처리 장치)(301), HDD(하드디스크 드라이브)(302), RAM(랜덤 액세스 메모리)(303), ROM(리드 온리 메모리)(304), I/O 포트(305), 키보드(306), 기록 매체(307) 및 모니터(308)를 하드웨어로서 구비하고 있다. 탁상식, 노트북형, 태블릿형 등, 컴퓨터(300)의 형태는 한정되지 않는다.
본 실시 형태에서는, 제어 프로그램은 ROM(304)에 기억되어 있고, CPU(301)가 ROM(304)으로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행함으로써, 터빈 조립 지원 시스템(200)[형상 시뮬레이션 데이터 취득부(201), 상반 차실 형상 데이터 취득부(202), 하반 차실 형상 데이터 취득부(203), 시뮬레이션 데이터 평가부(204), 형상 변화량 산출부(205), 설치 위치 조정량 산출부(206), 출력부(207) 등]이 RAM(303) 상에 로드되어, 생성된다. 본 실시 형태에서는, 제어 프로그램은 하반 차실과 체결되어 있지 않은 상반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득시키는 처리를 형상 시뮬레이션 데이터 취득부(201)에 실행시킨다. 그리고, 제어 프로그램은 개방 상태의 하반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득시키는 처리를 하반 차실 형상 데이터 취득부(203)에 실행시킨다. 그리고, 제어 프로그램은 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터와 터빈의 특성을 모의한 터빈 모델에 대하여 미리 수치 해석에 의해 얻어진 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 비교시키고, 상반 차실 및 하반 차실의 형상에 대하여 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 선택시키는 처리를 시뮬레이션 데이터 평가부(204)에 실행시킨다. 그리고, 제어 프로그램은 시뮬레이션 데이터 평가부(204)에서 선택된 시뮬레이션 데이터에 기초하여, 개방 상태의 하반 차실에 상반 차실을 볼트로 체결했을 때의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출시키는 처리를 형상 변화량 산출부(205)에 실행시킨다. 그리고, 제어 프로그램은 형상 변화량 산출부(205)에서 산출된 변화량을 가미하고, 차실의 내부에 있어서의 상기 정지체의 설치 위치의 조정량을 산출하는 처리를 설치 위치 조정량 산출부(206)에 실행시킨다. 그리고, 제어 프로그램은 설치 위치 조정량 산출부(206)에서 산출된 조정량을 표시 수단에 출력시키는 처리를 출력부(207)에 실행시킨다. 본 실시 형태에서는, 키보드(306)로 입력된 수치나 신호는 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터나 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터와 함께, I/O 포트(305)를 통해 CPU(301)로 전달된다. 또한, 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터, 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터, 개방 상태의 하반 차실에 상반 차실을 볼트로 체결했을 때의 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량, 차실의 내부에 있어서의 정지체의 설치 위치의 조정량 등은 HDD(302), ROM(304) 등의 기억 매체에 저장된다. 또한, 차실의 내부에 있어서의 정지체의 설치 위치의 조정량 등은 I/O 포트(305)를 통해 모니터(표시 수단)(308)에 표시된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 관한 터빈 조립 지원 시스템(200)에 의한 처리는 컴퓨터에 저장된 제어 프로그램으로 실행되어도 된다. 제어 프로그램은, 예를 들어 서버 등으로부터 인스톨하여 전술한 처리를 실행시켜도 되고, 기록 매체(307)에 기록해 두고, 이것을 판독하고, 전술한 처리를 실행시키는 것도 가능하다. 기록 매체(307)로서는, CD-ROM, 플렉시블 디스크, 광자기 디스크 등과 같이 정보를 광학적, 전기적 혹은 자기적으로 기록하는 기록 매체, ROM, 플래시 메모리 등과 같이 정보를 전기적으로 기록하는 반도체 메모리 등, 다양한 타입의 매체를 사용할 수 있다. 터빈 모델(208)은 컴퓨터(300)와는 별도의 독립된 하드웨어로서 설치되어 있는 구성에 한정되지 않고, CPU(301)가 ROM(304)으로부터 제어 프로그램을 판독하여 실행함으로써 RAM(303) 상에 로드되는 구성이어도 된다.
<기타>
본 발명은 상술한 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상술한 각 실시 형태는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 어느 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것도 가능하고, 어느 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시 형태의 구성의 일부를 삭제하는 것도 가능하다.
상술한 각 실시 형태에서는 본 발명을 증기 터빈에 적용한 경우를 예로 들어 설명했다. 그러나, 본 발명의 본질적 효과는 차실의 가조립을 생략하여 터빈 조립 기간을 단축화하면서, 정지체의 위치 조정의 정밀도를 유지할 수 있는 터빈의 조립 방법, 터빈 조립 지원 시스템 및 제어 프로그램을 제공하는 것이고, 이 본질적 효과를 얻는 한에 있어서는, 반드시 상술한 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명을 가스 터빈에 적용하는 것도 가능하다. 이 경우라도, 상술한 각 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 각 실시 형태에서는 본 발명을 1축 터빈에 적용한 경우를 예로 들어 설명했지만, 2축 터빈에도 본 발명은 적용 가능하다. 이 경우라도, 상술한 각 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
3 : 터빈 로터(회전체)
6 : 다이어프램(정지체)
11 : 하반 외부 차실(하반 차실)
12 : 상반 외부 차실(상반 차실)
13 : 볼트
21 : 하반 내부 차실(하반 차실)
22 : 상반 내부 차실(상반 차실)
101 : 증기 터빈(터빈)

Claims (14)

  1. 상반 차실과 하반 차실을 볼트로 체결하여 구성된 차실과, 상기 차실의 내부에 수용된 정지체와, 상기 차실의 내부에 수용되고, 상기 정지체에 대하여 회전하는 회전체를 구비하는 터빈의 조립 방법에 있어서,
    상기 하반 차실과 체결되어 있지 않은 상기 상반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하고,
    상기 상반 차실과 상기 회전체가 분리되고 상기 정지체가 조립 장착된 상태인 개방 상태의 상기 하반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하고,
    상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터와, 상기 터빈의 특성을 모의한 터빈 모델에 대하여 미리 수치 해석에 의해 얻어진 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 비교하여, 상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상에 대하여 상기 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 선택하고,
    선택한 시뮬레이션 데이터에 기초하여, 상기 개방 상태의 하반 차실에 상기 상반 차실을 상기 볼트로 체결했을 때의 상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출하고,
    산출한 변화량을 가미하여, 상기 차실의 내부에 있어서의 상기 정지체의 설치 위치를 조정하고, 상기 터빈을 조립하며,
    상기 수치 해석은 유한 요소법에 의한 크리프 변형 해석이고,
    상기 터빈에 공급되는 작동유체의 온도, 상기 작동유체와 상기 차실 사이의 열전달률 및 상기 터빈의 가동 시간을 포함하는 파라미터의 수치를 상기 터빈의 설계 조건을 기준으로 하여 변화시켜 상기 터빈 모델에 입력하는 것을 특징으로 하는 터빈의 조립 방법.
  2. 상반 차실과 하반 차실을 볼트로 체결하여 구성된 차실과, 상기 차실의 내부에 수용된 정지체와, 상기 차실의 내부에 수용되고, 상기 정지체에 대하여 회전하는 회전체를 구비하는 터빈의 조립 방법에 있어서,
    상기 하반 차실과 체결되어 있지 않은 상기 상반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하고,
    상기 상반 차실과 상기 회전체가 분리되고 상기 정지체가 조립 장착된 상태인 개방 상태의 상기 하반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하고,
    상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터와, 상기 터빈의 특성을 모의한 터빈 모델에 대하여 미리 수치 해석에 의해 얻어진 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 비교하여, 상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상에 대하여 상기 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 선택하고,
    선택한 시뮬레이션 데이터에 기초하여, 상기 개방 상태의 하반 차실에 상기 상반 차실을 상기 볼트로 체결했을 때의 상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출하고,
    산출한 변화량을 가미하여, 상기 차실의 내부에 있어서의 상기 정지체의 설치 위치를 조정하고, 상기 터빈을 조립하며,
    상기 수치 해석은 유한 요소법에 의한 탄성 해석이고,
    상기 상반 차실 및 하반 차실의 재료 상수를 포함하는 파라미터의 수치를 상기 터빈의 설계 조건을 기준으로 하여 변화시켜 상기 터빈 모델에 입력하는 것을 특징으로 하는 터빈의 조립 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 크리프 변형 해석에, Norton-Bailey 법칙을 포함하는 멱승 크리프 법칙을 사용하는 것을 특징으로 하는 터빈의 조립 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터는 상기 상반 차실 및 하반 차실의 표면 형상을 3차원 레이저 계측기로 계측하여 복수의 점 데이터를 취득하고, 상기 복수의 점 데이터를 면 데이터화하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 터빈의 조립 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상반 차실 및 하반 차실의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터를 취득하고, 상기 상반 차실 및 하반 차실의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터를 상기 터빈 모델에 반영시켜 상기 수치 해석을 실행하는 것을 특징으로 하는 터빈의 조립 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 상반 차실 및 하반 차실의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터는 상기 상반 차실 및 하반 차실의 제조 시에 있어서의 표면 형상을 레이저 계측기로 계측하여 복수의 점 데이터를 취득하고, 상기 복수의 점 데이터를 면 데이터화하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 터빈의 조립 방법.
  7. 상반 차실과 하반 차실을 볼트로 체결하여 구성된 차실과, 상기 차실의 내부에 수용된 정지체와, 상기 차실의 내부에 수용되고, 상기 정지체에 대하여 회전하는 회전체를 구비하는 터빈의 조립 방법에 있어서,
    상기 하반 차실과 체결되어 있지 않은 상기 상반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하고,
    상기 상반 차실과 상기 회전체가 분리되고 상기 정지체가 조립 장착된 상태인 개방 상태의 상기 하반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하고,
    상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터와, 상기 터빈의 특성을 모의한 터빈 모델에 대하여 미리 수치 해석에 의해 얻어진 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 비교하여, 상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상에 대하여 상기 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 선택하고,
    선택한 시뮬레이션 데이터에 기초하여, 상기 개방 상태의 하반 차실에 상기 상반 차실을 상기 볼트로 체결했을 때의 상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출하고,
    산출한 변화량을 가미하여, 상기 차실의 내부에 있어서의 상기 정지체의 설치 위치를 조정하고, 상기 터빈을 조립하며,
    상기 하반 차실에 조립 장착되어 있지 않은 상기 정지체 및 회전체의 형상의 계측 데이터를 취득하고,
    상기 정지체 및 회전체의 계측 데이터와, 상기 수치 해석에 의해 얻어진 정지체 및 회전체의 형상의 시뮬레이션 데이터를 비교하여, 상기 정지체 및 회전체의 형상에 대하여 상기 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 선택하고,
    선택한 시뮬레이션 데이터에 기초하여, 상기 하반 차실에 상기 정지체 및 회전체를 조립 장착했을 때의 상기 정지체와 상기 회전체의 간극 폭을 산출하고,
    산출한 간극 폭을 더 가미하여, 상기 차실의 내부에 있어서의 상기 정지체의 설치 위치를 조정하고, 상기 터빈을 조립하는 것을 특징으로 하는 터빈의 조립 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 정지체 및 회전체의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터를 취득하고, 상기 정지체 및 회전체의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터를 상기 터빈 모델에 반영시켜 상기 수치 해석을 실행하는 것을 특징으로 하는 터빈의 조립 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 정지체 및 회전체의 제조 시에 있어서의 형상의 계측 데이터는 상기 정지체 및 회전체의 제조 시에 있어서의 표면 형상을 레이저 계측기로 계측하여 복수의 점 데이터를 취득하고, 상기 복수의 점 데이터를 면 데이터화하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 터빈의 조립 방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 차실은, 외부 차실과 상기 외부 차실의 내측에 설치된 내부 차실을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈의 조립 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 터빈은, 증기 터빈에 구비된 고압 터빈, 고중압 터빈 및 중압 터빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 터빈의 조립 방법.
  12. 상반 차실과 하반 차실을 볼트로 체결하여 구성된 차실과, 상기 차실의 내부에 수용된 정지체와, 상기 차실의 내부에 수용되고, 상기 정지체에 대하여 회전하는 회전체를 구비하는 터빈의 조립을 지원하는 터빈 조립 지원 시스템에 있어서,
    상기 하반 차실과 체결되어 있지 않은 상기 상반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하는 상반 차실 형상 데이터 취득부와,
    상기 상반 차실과 상기 회전체가 분리되고 상기 정지체가 조립 장착된 상태인 개방 상태의 상기 하반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하는 하반 차실 형상 데이터 취득부와,
    터빈의 특성을 모의한 터빈 모델에 의한 수치 해석에 의해 얻어진, 상기 상반 차실 및 상기 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 취득하는 형상 시뮬레이션 데이터 취득부와,
    상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터와, 상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 비교하여, 상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상에 대하여 상기 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 선택하는 시뮬레이션 데이터 평가부와,
    선택한 시뮬레이션 데이터에 기초하여, 상기 개방 상태의 하반 차실에 상기 상반 차실을 볼트로 체결했을 때의 상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출하는 형상 변화량 산출부와,
    산출한 변화량을 가미하여, 차실의 내부에 있어서의 상기 정지체의 설치 위치의 조정량을 산출하는 설치 위치 조정량 산출부와,
    상기 설치 위치 조정량 산출부로 산출한 조정량을 표시 수단에 출력하는 출력부를 구비하며,
    상기 수치 해석은 유한 요소법에 의한 크리프 변형 해석이고,
    상기 터빈에 공급되는 작동유체의 온도, 상기 작동유체와 상기 차실 사이의 열전달률 및 상기 터빈의 가동 시간을 포함하는 파라미터의 수치를 상기 터빈의 설계 조건을 기준으로 하여 변화시켜 상기 터빈 모델에 입력하는 것을 특징으로 하는 터빈 조립 지원 시스템.
  13. 상반 차실과 하반 차실을 볼트로 체결하여 구성된 차실과, 상기 차실의 내부에 수용된 정지체와, 상기 차실의 내부에 수용되고, 상기 정지체에 대하여 회전하는 회전체를 구비하는 터빈의 조립을 지원하는 터빈 조립 지원 시스템의 제어를 위한 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 있어서,
    컴퓨터와 결합되어,
    상기 하반 차실과 체결되어 있지 않은 상기 상반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득하는 처리와,
    상기 상반 차실과 상기 회전체가 분리되고 상기 정지체가 조립 장착된 상태인 개방 상태의 상기 하반 차실의 형상의 계측 데이터를 취득시키는 처리와,
    상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 계측 데이터와, 터빈의 특성을 모의한 터빈 모델에 대하여 미리 수치 해석에 의해 얻어진 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 시뮬레이션 데이터를 비교시켜, 상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상에 대하여 상기 계측 데이터에 가장 가까운 시뮬레이션 데이터를 선택시키는 처리와,
    선택한 시뮬레이션 데이터에 기초하여, 상기 개방 상태의 하반 차실에 상기 상반 차실을 볼트로 체결했을 때의 상기 상반 차실 및 하반 차실의 형상의 변화량을 산출시키는 처리와,
    산출한 변화량을 가미하여, 차실의 내부에 있어서의 상기 정지체의 설치 위치의 조정량을 산출하는 처리와,
    산출한 조정량을 표시 수단에 출력시키는 처리를
    상기 터빈 조립 지원 시스템에 실행시키며,
    상기 수치 해석은 유한 요소법에 의한 크리프 변형 해석이고,
    상기 터빈에 공급되는 작동유체의 온도, 상기 작동유체와 상기 차실 사이의 열전달률 및 상기 터빈의 가동 시간을 포함하는 파라미터의 수치를 상기 터빈의 설계 조건을 기준으로 하여 변화시켜 상기 터빈 모델에 입력하는 것을 특징으로 하는 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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