JPS6041204B2 - タ−ビンのメタル温度監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は駆動媒体に曝されるメタルの表面温度と平均温
度との許容温度差をタービンの起動時のメタル温度に応
じて自動的に可変となるように改良したメタル温度監視
装置に関する。

本発明を説明するにあたり、まずタービンのメタル温度
監視装置の従来の例について説明する。

タービン、例えば蒸気タービンを例にとると、その起動
時のように冷えた機体に高温の蒸気が供給されると、蒸
気に接するメタル表面部分とメタル中間部分との温度差
により、大きな熱応力が生じる。この応力の大きさは、
設定した疲労寿名に応じおのずと一定値以下に制限しな
ければならない。これは具体的にはメタルの表面温度と
該メタルの平均温度との差を制限することによりなせる
。例えばケーシング壁の応力に注目する場合、第１図に
示すようにケーシング壁１の蒸気と接する表面の１部Ｆ
の温度Ｔｆと、ケーシング壁の平均温度を与える中間部
分Ｍ（予め計算又は測定により求める）の温度Ｔｍとを
求めＴｆ−Ｔｍ＝△Ｔを求め、この△Ｔが許容限度に入
るように蒸気加減弁開度を制限する。また、ロータ２な
どの回転体の熱応力を制限する場合には、それに近接し
た静止部分たとえばケーシング内壁や静翼先端部におい
て上述の手法により△Ｔを求め、それを予め実験又は演
算で求めた関係によりロータにおける温差に換算してこ
れを用いる。尚、このように温度差△Ｔを熱応力を表す
値として使用できるのは次の関係が成立することによる
。

Ｓ＝△Ｔ・Ｋ （但し、Ｓは熱応力、Ｋは金属材料の物性により決まる
定数）但し、このＫの値は実際には温度が変ると金属材
料の物性も変るため一定の許容応力に対し許容される△
Ｔは変化しまた許容される応力自体も温度により変るた
め、第２図に示すように許容温度差△Ｔは材料の温度Ｔ
により変化する。

この曲線を温度差制限曲線と称する。例えば実測された
△Ｔをその許容限度と比較しその結果に応じ蒸気加減弁
の制御装置に制御信号を送る比較器には第２図に示しよ
うな特性を記憶させて、実測された△Ｔとその時の温度
に応じた△Ｔの許容限度とを比較させるようにしなけれ
ばならない。上述した従釆例においては、温度差制限曲
線は運転条件に関係なく単一のものが用いられる。

即ち第３図に示した疲労曲線（Ｎ・・・回数；Ｓ…応力
）において、設定した寿名がＮｚであればこれに応じた
許容応大６ｚが求まりこれを基にした温度差制限曲線が
どの運転条件においても用いられる。しかしながら、タ
ービンが完全に冷えた状態から起動するいわゆるコール
ドスタートにおいては、温度差をこの一定の許容限度に
制限するためには蒸気の供給は非常に制限した状態から
開始しなければならず定常状態に達するまで多大な時間
を要する。その他にある程度温まった状態から起動する
ウオームスタートや高温状態から起動するホットスター
ト等が行なわれるが、ホットスタート時には熱応力をＳ
ｚより小さく抑えても充分短時間に定常状態に達するこ
とができる。このように単一の温度差制限曲線を用いる
ために、寿名が効率よく消費されないという短所を有し
ている。本発明は、メタルの初期温度に応じて異る温度
差制限曲線も用いるようにして上述の短所を解消したも
のであり、以下、第４図に示したその１つの実施例につ
いて説明する。第４図において、１川ま温度差測定装置
であり、タービン１１のうち熱応力制限を行なおうとし
ている部分のメタル表面温度とメタル平均温度とを測定
しその差△Ｔを求めその値に応じた信号を回路切換装置
１２に送る。

回路切換装置１２はタービン１１の任意の部分の起動時
の温度に応じてその切換作動となすような構成とされる
。この例では起動時の温度Ｔが、Ｔく１５０００のとき
をコールドスタート、１５０ミＴ＜４５００○のときウ
オームスタート、４５０ＳＴのときホットスタートと定
義し、各々の起動時温度条件のとき温度差測定装置より
の信号を、コールドスタート用比較器１３Ａ、あるいは
ウオームスタート用比較器１３Ｂ、またはホットスター
ト用比較器１３Ｃへと送るように回路を切換える。各々
の比較器にはそれぞれ互に異る温度差制限曲線が記憶さ
せてあり、装置１０よりの信号により表わされる△Ｔの
値と、温度測定部におけるその時の温度によって温度差
制限曲線から求まる許容温度差とを比較し、この比較し
た値に応じた信号を蒸気加減弁の制御装置１４に送り、
これにより△Ｔは常に温度差制限曲線の許容側にあるよ
うにする。

この例では各比較における温度差制限曲線は許容温度差
が１３Ａ＞１３８＞１３Ｃとなるように設定される。予
め決定された寿命をＮｚ回とし、この内コ−ルドスター
ト、ウオームスタート、及びホットスタートが行なわれ
る想定回数をそれぞれＮ，，Ｎ２，Ｎ３回（Ｎ，十Ｎ２
十Ｎ３＝Ｎｚ）とすると、各々のスタート条件における
寿命消費率を予め決定することにより、各スタート条件
における許容応力Ｓ，，Ｓ２，Ｓ３が求まる。

即ち、各々のスタート条件における寿命消費率をＸ，，
Ｘ２，Ｘ３とすれば、ｘ，＝学，ｘ２＝鏡ｘ３＝蔓（但
し、Ｎｚ，，Ｎｚ２，Ｎｚ３は第３図に示した寿命曲線
においてＳ，，Ｓ２，Ｓ３に対応する寿命）上記式より
Ｎｚ，，Ｎｚ２，Ｎｚ３が求まりこれに対応するＳ．，
Ｓ２，Ｓ３は第３図より直ちに求まる。

このＳ，，Ｓ２，Ｓ３の値に応じた温度差許容曲線がそ
れぞれ求められ各々の比較器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに
記憶させられるのである。以上説明したように、メタル
の初期温度に応じ異なる温度差許容曲線を適用すること
により、コールドスタート時には高い許容温度差により
大きな蒸気供給量が得られ、これによってより早く定常
運転状態に達することができる。

またホットスタート時にはより低い許容温度差とするこ
とによりその余剰寿命をコールドスタート時のために振
分けることができ、寿命を有効に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はタービンにおけるメタルの表面温度と平均温度
との温度差を求める方法を説明する断面図、第２図は許
容温度差が温度により変化することを示すグラフ、第３
図はタービンの構成部品材質の寿命曲線、第４図は本発
明の１つの実施例の構成を説明図するブロック線図、で
ある。 １０・・・温度差測定装置、１２・・・回路切換装置、
１３Ａ〜１３Ｃ・・・比較器。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 駆動媒体に曝されるメタルの表面温度と平均温度と
   の温度差を測定し又は計算しそれに応じた第１の信号を
   発生する温度差測定装置、および温度差測定装置に接続
   されて前記第１の信号を予め設定された許容温度差と比
   較しこれに応じた第２の信号を加減弁の制御装置に送る
   比較器により構成されたメタル温度監視装置において、
   前記比較器を複数個設け、その各々の少なくともタービ
   ンのコールドスタート時のメタルの初期温度に相応した
   高い許容温度差とホツトスタート時のメタルの初期温度
   に相応した低い許容温度差とを含むメタルの初期温度に
   応じた異なる許容温度差を設定し、かつタービンの起動
   時のメタル温度によつて前記温度差監視装置を相応した
   許容温度差が設定された比較器と選択的に接続させる回
   路切換装置を設けたことを特徴とするタービンのメタル
   温度監視装置。