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技術 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

出願人 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
発明者 ウェルチ,デイヴィッド・アーネストフルッチー,クリストファー・ジョンクドゥラチック,エドワード・レオ
出願日 2017年6月27日 (2年10ヶ月経過) 出願番号 2018-567913
公開日 2019年9月12日 (7ヶ月経過) 公開番号 2019-526008
状態 不明
技術分野
  • -
主要キーワード 低温位置 非回転部品 収束ノズル 線形可変差動変圧器 電磁作動弁 水平ジョイント 静止構造体 中央キャビティ
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重要な関連分野

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図面 (7)

課題・解決手段

非回転のターボ機械部品(100、200)を監視するための方法(600)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(610)が、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。収集ステップ(620)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(630)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(420)を、小さい熱膨張係数を有する材料で形成されたロッド(424)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(422)を、非接触式センサに近接する静止構造体(401)に取り付けることができる。

概要

背景

蒸気タービン運転は、機械上流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。

据え付け時配管過度荷重が加わると、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。

概要

非回転のターボ機械部品(100、200)を監視するための方法(600)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(610)が、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。収集ステップ(620)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(630)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(420)を、小さい熱膨張係数を有する材料で形成されたロッド(424)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(422)を、非接触式センサに近接する静止構造体(401)に取り付けることができる。

目的

また、このシステムを、シャフト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リアルタイムで提供する

効果

実績

技術文献被引用数
- 件
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請求項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)。

請求項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)によってターボ機械へと取り付けられ、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、請求項1に記載の方法(600)。

請求項3

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、請求項1に記載の方法(600)。

請求項4

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3に記載の方法(600)。

請求項5

前記材料は、Invar、FeNi36、または64FeNiを含む、請求項3に記載の方法(600)。

請求項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、請求項5に記載の方法(600)。

請求項7

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、請求項1に記載の方法(600)。

請求項8

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、請求項1に記載の方法(600)。

請求項9

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)。

請求項10

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9に記載のシステム(450)。

請求項11

前記材料は、Invar、FeNi36、または64FeNiを含む、請求項9に記載のシステム(450)。

請求項12

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、請求項9に記載のシステム(450)。

請求項13

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、請求項9に記載のシステム(450)。

請求項14

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9に記載のシステム(450)。

請求項15

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、請求項9に記載のシステム(450)。

技術分野

0001

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監視するための方法およびシステムに関する。

背景技術

0002

蒸気タービン運転は、機械上流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。

0003

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。

0004

据え付け時配管過度荷重が加わると、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。

0005

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。

先行技術

0006

欧州特許出願公開第2813685号明細書

0007

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。

0008

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。

図面の簡単な説明

0009

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。
停止/制御複合弁アセンブリの部分断面図を示している。
中間的な開弁状態にある流量制御弁および停止弁を示す要部拡大断面図を示している。
本発明の一態様によるターボ機械の簡単な断面概略図である。
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の簡単な上面概略図を示している。
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のフロー図である。

実施例

0010

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。

0011

本発明の種々の実施形態の構成要素を紹介するとき、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。

0012

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。

0013

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。

0014

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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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紙面出入りする方向であると考えられる。

0020

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。

0021

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。

0022

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。

0023

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、難しいロータ列振動問題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。

0024

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。

0025

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)。

0026

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

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