CN104948242A - 回转机械及回转机械控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种回转机械及回转机械控制方法，进一步提高回转机械的运转效率。具有：转子；动叶片，固定于转子；机室，与动叶片面对配置，且在内表面固定有静叶片；轴承，配置在机室之外，支承转子，且支承于架台；移动部，在转子的径向上，使机室相对于架台的位置移动；检测部，检测运转状态；及控制部，基于由检测部检测到的结果，控制移动部，从而控制机室与转子之间的相对位置。

Description

回转机械及回转机械控制方法

技术领域

本发明涉及驱动转子旋转的回转机械及回转机械控制方法。

背景技术

作为使转子旋转的回转机械，有蒸汽轮机、压缩机等各种机械。例如，蒸汽轮机在外部机室内设置内部机室，并且在上部设置蒸汽入口部，在中心部旋转自如地支承转子。在该转子上遍布多级地固定有多个动叶片，而在支承于内部机室的叶片环圈上遍布多级地固定有静叶片，多级的动叶片与静叶片交替配置。蒸汽轮机在蒸汽从蒸汽入口部进入内部机室时，将蒸汽向多级的静叶片和动叶片供给，由此经由该多级的动叶片使转子旋转。

在此，蒸汽轮机由于向内部机室与转子之间的空间、即多级的动叶片与静叶片交替配置的空间流动的高温的蒸汽，有时在转子与内部机室会产生相对的热膨胀引起的热伸长差。相对于此，例如在专利文献1中记载了一种蒸汽轮机的机室位置调整装置，具备能够使转子的轴向上的内部机室的位置移动来相对于转子调整内部机室的位置的机构。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】国际公开第2012/132085号

发明内容

【发明要解决的课题】

在上述的专利文献1记载的蒸汽轮机中，能够调整转子的轴向上的位置，抑制轴向上的转子与内部机室之间的相对位置的错动，由此来抑制旋转部(转子及动叶片)与静止部(内部机室及静叶片)之间的相对位置的错动。然而，蒸汽轮机的机室位置调整装置虽然能够抑制转子的轴向的相对位置的错动，但是转子与机室之间的错动有时也会在其他的方向上产生。在转子与机室之间产生错动的情况下，为了允许该错动，而无法减小设置在旋转部与固定部之间的缝隙(间隙)，成为运转效率的下降的主要原因。

本发明解决上述的课题，目的在于提供一种能够进一步提高回转机械的运转效率的回转机械及回转机械控制方法。

【用于解决课题的方案】

用于实现上述的目的的本发明的回转机械的特征在于，具有：转子；动叶片，固定于所述转子；机室，与所述动叶片面对配置，且在内表面固定有静叶片；轴承，配置在所述机室之外，支承所述转子，且支承于架台；移动部，在所述转子的径向上，使所述机室相对于所述架台的位置移动；检测部，检测运转状态；控制部，基于由所述检测部检测到的结果，控制所述移动部，从而控制所述机室与所述转子之间的相对位置。

上述结构的回转机械对应于运转状态，在转子的径向上，控制转子与机室之间的相对位置，由此能够抑制转子与机室的径向上的位置错动。由此，能够使旋转的部分与固定的部分之间的径向的相对位置接近，能够减小旋转的部分与固定的部分的间隙，能够进一步提高回转机械的运转效率。

另外，所述检测部优选包括检测所述转子的转速的转速检测部。由此，能够对应于因转子的旋转而变动的径向的位置，来调整相对位置。

另外，优选的是，所述回转机械还具有收容所述轴承的轴承箱，所述检测部包括检测所述轴承箱的温度的温度检测部。由此，能够对应于因温度的变化而产生的轴承的热膨胀引起的变化，来调整相对位置。

另外，优选的是，所述检测部包括检测与所述机室连结的冷凝器内的气压的气压检测部，所述控制部基于由所述气压检测部检测到的所述冷凝器内的真空度，来控制所述移动部的动作。由此，能够抑制由于与回转机械连结的冷凝器内的真空度上升引起的架台的变形而产生的相对位置的变化。

另外，优选的是，所述机室是内部机室，所述回转机械还具有将所述内部机室覆盖的外部机室，所述移动部配置在所述内部机室与所述外部机室之间。由此，能够适当地控制维持与转子的动叶片面对的静叶片的内部机室的位置。

另外，优选的是，所述移动部通过液压而工作。由此，能够高精度地控制机室的位置。

用于实现上述的目的的本发明涉及一种回转机械控制方法，对回转机械进行控制，该回转机械具有：转子；动叶片，固定于所述转子；机室，与所述动叶片面对配置，且在内表面固定有静叶片；轴承，配置在所述机室之外，支承所述转子，且支承于架台，所述回转机械控制方法的特征在于，检测运转状态，基于检测到的结果，在所述转子的径向上使所述机室相对于所述架台的位置移动，来控制所述机室与所述转子之间的相对位置。

上述结构的回转机械控制方法对应于运转状态，在转子的径向上，控制转子与机室之间的相对位置，由此能够抑制转子与机室之间的径向上的位置错动。由此，能够使旋转的部分与固定的部分之间的径向的相对位置接近，能够减小旋转的部分与固定的部分之间的间隙，能够进一步提高回转机械的运转效率。

【发明效果】

根据本发明，对应于运转状态，在转子的径向上，控制转子与机室之间的相对位置，由此能够抑制转子与机室之间的径向上的位置错动。由此，能够使旋转的部分与固定的部分之间的径向的相对位置接近，能够减小旋转的部分与固定的部分的间隙，能够进一步提高回转机械的运转效率。

附图说明

图1是表示具有作为本发明的回转机械的一实施例的蒸汽轮机的发电系统的概略结构的示意图。

图2是表示蒸汽轮机的概略结构的剖视图。

图3是表示蒸汽轮机的概略结构的剖视图。

图4是表示架台的概略结构的立体图。

图5是表示高度调整机构的概略结构的示意图。

图6是用于说明蒸汽轮机的动作的流程图。

图7是用于说明蒸汽轮机的动作的流程图。

【标号说明】

10 发电系统

12 蒸汽供给源

14 蒸汽轮机(回转机械)

16 冷凝器

18 载热介质循环线路

20 发电机

22 架台

24 真空泵

30 外部机室

32 内部机室

34 静叶片

36 转子

38 动叶片

40 轴承

42 轴承箱

44 润滑油供给装置

46 蒸汽供给口

48 蒸汽排出口

50 控制装置

52 温度检测部

54 气压检测部

56 转速检测部

60 高度调整机构

62 液压千斤顶

64 工作油供给机构

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的优选实施例。需要说明的是，没有通过该实施例来限定本发明，而且，在实施例存在多个的情况下，也包括将各实施例组合而构成的情况。需要说明的是，在以下的实施例中，说明将回转机械作为发电系统的蒸汽轮机的情况，但也可以适用于压缩机、涡轮等各种设备。

【实施例】

图1是表示具有作为本发明的回转机械的一实施例的蒸汽轮机的发电系统的概略结构的示意图。图1所示的发电系统10具有蒸汽供给源12、蒸汽轮机(回转机械)14、冷凝器16、载热介质循环线路18、发电机20、架台22、真空泵24。需要说明的是，本实施例的发电系统使用水(蒸汽)作为载热介质，但也可以使用各种液体、流体。

蒸汽供给源12是向蒸汽轮机14供给蒸汽的设备。蒸汽供给源12包括对作为载热介质的水进行加热而产生蒸汽的锅炉、热交换器、或者使比蒸汽轮机14高温高压的蒸汽流通的蒸汽轮机等。蒸汽轮机14借助从蒸汽供给源12供给的蒸汽而旋转。蒸汽轮机14由蒸汽供给源12从铅垂方向上侧的端面供给蒸汽，并从铅垂方向下侧的端面排出蒸汽。关于蒸汽轮机14，在后文叙述。

冷凝器16配置在蒸汽轮机14的铅垂方向下侧，被供给通过了蒸汽轮机14后的蒸汽。冷凝器16使从蒸汽轮机14供给的蒸汽冷凝而形成为冷凝水。载热介质循环线路18将积存于冷凝器16的冷凝水通过未图示的泵向蒸汽供给源12供给。这样发电系统10使载热介质按照蒸汽供给源12、蒸汽轮机14、冷凝器16、载热介质循环线路18的顺序循环。

发电机20与蒸汽轮机14连结。发电机20通过蒸汽轮机14的旋转而进行发电。架台22是支承蒸汽轮机14的基座，由混凝土等制作。真空泵24与冷凝器16连接，使冷凝器16内成为真空状态或接近于真空的状态。

接着，使用图1至图5，说明蒸汽轮机14。图2是表示蒸汽轮机的概略结构的剖视图。图3是表示蒸汽轮机的概略结构的剖视图。图4是表示架台的概略结构的立体图。图5是表示高度调整机构的概略结构的示意图。

蒸汽轮机14具有外部机室30、内部机室32、静叶片34、转子36、动叶片38、轴承40、轴承箱42、润滑油供给装置44、控制装置50、温度检测部52、气压检测部54、转速检测部56、高度调整机构60。

外部机室30是框体，支承于架台22。在外部机室30内配置有内部机室32、静叶片34、具备动叶片38的转子36。外部机室30将外部机室上半部30a和外部机室下半部30b通过凸缘等固定，且在内部形成空间。内部机室32在外部机室30的内部以包围转子36的方式配置。内部机室32经由高度调整机构60而支承于外部机室30。内部机室32将内部机室上半部32a和内部机室下半部32b通过凸缘等固定，且在内部形成空间。

多个静叶片34固定在内部机室32的内表面、即与转子36面对的面上。静叶片34以包围转子36的周围的方式配置多片，成为1级的静叶片单元。动叶片38将静叶片单元在轴向上配置多级。

转子34插入到外部机室30的内部和内部机室32的内部。转子34的两端向外部机室30的外侧突出，一方的端部与发电机20连结。多个动叶片38配置在转子34的外周。动叶片38在转子34的周向上配置多片而成为1级的动叶片单元。动叶片38将动叶片单元在轴向上配置多级。在此，蒸汽轮机14在转子34的轴向上，将静叶片34与动叶片38交替配置。

轴承40配置在外部机室30的外侧的架台22上。具体而言，如图3及图4所示，轴承40配置在转子36的从外部机室30突出的部分的两侧。轴承40将转子36支承为能够旋转的状态。轴承箱42分别配置于轴承40，将轴承40的周围覆盖。润滑油供给装置44向轴承40供给润滑油，在轴承40的旋转的部分与固定的部分之间形成油膜。需要说明的是，如图4所示，架台22以包围设置外部机室30的部分的方式配置。即架台22形成作为配置外部机室30的部分成为开口的框。

蒸汽轮机14在外部机室30和内部机室32形成贯通于铅垂方向上侧的面的蒸汽供给口46。蒸汽供给口46经由配管等而与蒸汽供给源12连结。而且，蒸汽轮机14在外部机室30的铅垂方向下侧的面上形成蒸汽排出口48。蒸汽排出口48与冷凝器16连结。

蒸汽轮机14在运转时若蒸汽从蒸汽供给口46进入内部机室32，则该蒸汽经由静叶片34向动叶片38喷出，由此使转子36旋转，对与该转子36连结的发电机20进行驱动。而且，蒸汽轮机14将经由静叶片34向动叶片38喷出的蒸汽从蒸汽排出口48向冷凝器16供给。

控制装置50调整铅垂方向上的转子36与内部机室32之间的相对位置。具体而言，控制装置50基于温度检测部52、气压检测部54、转速检测部56的检测结果，控制高度调整机构60的动作，从而调整内部机室32相对于架台22的铅垂方向的位置。在此，内部机室32的铅垂方向是与转子36的轴正交的面的1个方向，是包含于转子36的径向的方向。

温度检测部52检测轴承箱42内的温度。温度检测部52在每个轴承箱42配置，即在2个轴承箱42分别配置。温度检测部52将检测到的轴承箱42内的温度的信息向控制装置50传送。气压检测部54配置在冷凝器16内，检测冷凝器16内的气压(真空度)。气压检测部54将检测到的冷凝器16内的气压(真空度)的信息向控制装置50传送。转速检测部56检测转子36的转速。转速检测部56将检测到的转子36的转速向控制装置50传送。本实施方式的转速检测部56检测转子36的转速作为转速。作为温度检测部52、气压检测部54、转速检测部56，可以使用各种计测设备。

高度调整机构60配置在将内部机室32支承于外部机室30的部分的四个部位，具体而言，如图4所示，配置在铅垂方向上外部机室30及内部机室32与架台22重叠的部分的四个部位。外部机室30及内部机室32与架台22重叠的部分如图2所示，外部机室30配置在架台22上，在其铅垂方向上侧配置内部机室32。配置在四个部位的高度调整机构60是同样的结构。

如图5所示，高度调整机构60具有液压千斤顶62和工作油供给机构64。液压千斤顶62配置在外部机室30与内部机室32之间。设置有液压千斤顶62的部分的外部机室30的铅垂方向下侧的面与架台22相接。液压千斤顶62设置在外部机室30的铅垂方向上侧的面上，从内部机室32的铅垂下侧的面支承内部机室32。工作油供给机构64向液压千斤顶62供给工作油。高度调整机构60通过控制从工作油供给机构64向液压千斤顶62供给的工作油，而使内部机室32相对于外部机室30及架台22的铅垂方向的位置移动。

接着，使用图6，说明蒸汽轮机14的高度调整机构60的动作。图6是用于说明蒸汽轮机的动作的流程图。图6所示的处理能够通过利用控制装置50执行运算处理来实现。控制装置50检测轴承箱42内的温度(步骤S12)。具体而言，通过温度检测部52来检测轴承箱42的内部的温度。控制装置50基于由温度检测部52检测到的温度，算出控制值(步骤S14)。控制值是用于控制高度调整机构60的指示值，是表示通过高度调整机构60使内部机室32沿高度方向(铅垂方向)移动的量的值。需要说明的是，在图6的处理中算出的控制值在其他情况下也同样。控制装置50存储轴承箱42内的温度、和内部机室32与转子36之间的相对位置的变化量之间的关系，基于检测到的温度和该关系，算出控制值。

接着，控制装置50检测转子36的转速(步骤S16)。具体而言，通过转速检测部56检测转子36的转速。控制装置50基于由转速检测部56检测到的转子36的转速，算出控制值(步骤S18)。控制装置50存储转子36的转速、和内部机室与转子之间的相对位置的变化量之间的关系，基于检测到的转子36的转速和该关系，算出控制值。

接着，控制装置50检测冷凝器16的真空度(步骤S20)。具体而言，通过气压检测部54来检测冷凝器16的内部的真空度。控制装置50基于由气压检测部54检测到的气压，算出冷凝器16的内部的真空度。需要说明的是，检测结果与真空度的关系只要预先存储于控制装置50即可。控制装置50基于冷凝器内的真空度，算出控制值(步骤S22)。控制装置50存储冷凝器内的真空度、和内部机室32与转子26之间的相对位置的变化量之间的关系，基于检测到的真空度和该关系，算出控制值。

接着，控制装置50基于控制值的合计，调整内部机室32的高度(步骤S24)。即控制装置50将基于轴承箱42内的温度的控制值、基于转子的转速的控制值、基于冷凝器内的真空度的控制值进行合计，并基于合计后的值，控制高度调整机构60的动作，调整内部机室32的高度(铅垂方向的位置)。

控制装置50通过反复执行图6所示的处理来调整内部机室32相对于架台22的铅垂方向的位置，由此来调整经由轴承40支承于架台22的转子36与内部机室32之间的铅垂方向的相对位置。需要说明的是，执行步骤S12及步骤S14的基于温度的处理、步骤S16及步骤S18的基于转速的处理、步骤S20及步骤S22的基于真空度的处理的顺序没有限定为该顺序，可以并行执行，也可以按照不同的顺序执行。

图7是用于说明蒸汽轮机的动作的流程图。图7示出使停止状态的蒸汽轮机运转之前的处理的一例。使用图7，说明使停止状态的蒸汽轮机运转之前的处理的一例，并说明使用了高度调整机构60的调整动作的具体的一例。

蒸汽轮机14开始向轴承40供给润滑油(步骤S40)。即，从润滑油供给装置44向轴承40供给润滑油，在轴承40的旋转部分与固定部分之间形成油膜。蒸汽轮机14向轴承40供给润滑油，形成油膜，由此将转子36顶起。

蒸汽轮机14在开始向轴承40供给润滑油之后，开始转子36的旋转(步骤S42)。控制装置50当检测到转子36的旋转时，基于转速的控制值变化。蒸汽轮机14通过旋转而形成油膜，转子36相比停止的状态浮起。控制装置50基于转子36的转速进行控制，由此通过高度调整机构60使内部机室32向铅垂方向上侧移动。由此，能够减少通过油膜形成而浮起的转子36与内部机室32的铅垂方向上的相对位置的变动。

蒸汽轮机14在开始了转子36的旋转之后，使冷凝器16内为真空(步骤S44)。具体而言，使用真空泵24，吸引冷凝器16内的空气，使真空度上升。控制装置50当检测到冷凝器16内的真空度的变化时，使基于真空度的控制值变化。蒸汽轮机14在冷凝器16内的真空度上升(更接近真空)时，架台22变形，支承于架台22的外部机室30及内部机室32被向冷凝器16侧牵拉。控制装置50基于冷凝器16内的真空度进行控制，由此利用高度调整机构60使内部机室32向铅垂方向上侧移动。由此，能够减少通过冷凝器16内的真空度的上升而位移的转子36与内部机室32之间的铅垂方向上的相对位置的变动。

当蒸汽轮机14被供给蒸汽时(步骤S46)，转子36开始旋转。在此，由于伴随着转子34的转速的上升而在轴承40中增加的摩擦热，轴承箱42内的温度上升。控制装置50当检测到轴承箱42内的温度的变化时，基于温度的控制值发生变化。蒸汽轮机14当轴承箱42内的温度上升时，轴承40发生热膨胀，转子36相对于架台22的位置发生位移。控制装置50基于轴承箱42内的温度进行控制，由此通过高度调整机构60使内部机室32沿铅垂方向移动。由此，能够减少由于轴承箱42内的温度上升而位移的转子34与内部机室32之间的铅垂方向上的相对位置的变动。

在转子34到达了规定的运转转速之后(步骤S48)，通过发电机20开始发电(步骤S50)。控制装置50在通过蒸汽轮机14的运转而轴承箱42内的温度发生了变化，或转子34的转速发生了变化，或机室内的真空度发生了变化时，对应于该变化而通过高度调整机构60来调整内部机室32的高度方向的位置。

蒸汽轮机14通过设置调整内部机室32相对于转子36的铅垂方向的位置的高度调整机构60，能够追随转子36与内部机室32之间的相对位置的错动，而调整内部机室32相对于转子36的铅垂方向的位置。由此，能够抑制内部机室32相对于转子36的铅垂方向的位置的错动。由于能够抑制转子36与内部机室32之间的位置的错动，从而能够抑制作为蒸汽轮机14的旋转部的转子36及动叶片38、与作为固定部(静止部)的内部机室32和静叶片34之间的铅垂方向的相对位置的错动。由此，能够抑制旋转部与固定部的接触，并减小旋转部与固定部的铅垂方向上的缝隙。这样，通过减小旋转部与固定部的铅垂方向上的缝隙，能够减小转子36的径向上的旋转部与固定部的缝隙，能够减小能量损失。由此，能够使蒸汽轮机14更高效地运转。

另外，蒸汽轮机14基于由温度检测部52检测到的轴承箱42内的温度来控制高度调整机构60，由此能够对应于与因轴承40的温度变化而产生的膨胀、伸缩相应的转子36的位置变动，来调整内部机室32的位置。由此，能够减小旋转部与固定部的缝隙，能够减小能量损失。

另外，蒸汽轮机14基于由气压检测部54检测到的冷凝器16内的真空度来控制高度调整机构60，由此能够在冷凝器16被减压成为真空状态而产生的载荷的作用下，配合支承于架台22的内部机室32的位置的变动，来调整内部机室32的位置。由此，能够减小旋转部与固定部的缝隙，能够减小能量损失。

另外，蒸汽轮机14基于由转速检测部56检测到的转子36的转速来控制高度调整机构60，由此，能够对应于与根据转子36的转速而变动的轴承40的旋转部与固定部之间的油膜的厚度的变动相应的转子36的位置变动，来调整内部机室32的位置。由此，能够减小旋转部与固定部的缝隙，能够减小能量损失。

另外，本实施例的蒸汽轮机14使用温度检测部52、气压检测部54、转速检测部56这3个检测结果，来控制高度调整机构60的动作，由此能够减小转子36与内部机室32的间隙，能够减小缝隙，因此优选，但没有限定于此。蒸汽轮机14只要使用温度检测部52、气压检测部54、转速检测部56这3个检测结果中的至少1个检测结果进行控制即可。而且，也可以使用温度检测部52、气压检测部54、转速检测部56这3个的检测结果以外的、成为转子36与内部机室32之间的铅垂方向的相对位置的变动的主要原因的运转状态的检测结果，来控制高度调整机构60。

另外，在本实施例中，机室形成为由内部机室32和外部机室30构成的双重机室结构，但机室的结构没有限定于此。机室可以设为在向外部露出的结构物的内壁上安装有静叶片34的结构。而且，本实施例的蒸汽轮机14设为从铅垂方向上侧供给蒸汽且向铅垂方向下侧排出蒸汽的直流型，但没有限定于此。例如，蒸汽轮机14也可以从水平方向供给蒸汽，并沿水平方向排出蒸汽。

另外，上述实施例的高度调整机构配置在外部机室内，但本发明没有限定于此。高度调整机构也可以设置与内部机室连结并贯通外部机室的臂，通过使臂沿上下方向移动来调整内部机室与转子之间的相对位置。需要说明的是，外部机室的臂通过的部分设为臂在能够上下移动的状态下被密封的机构。由此，即使是臂贯通的机构，也能够抑制载热介质(蒸汽)从外部机室的内部向外部泄漏的情况。

Claims (7)

1.一种回转机械，其特征在于，具有：

转子；

动叶片，固定于所述转子；

机室，与所述动叶片面对配置，且在内表面固定有静叶片；

轴承，配置在所述机室之外，支承所述转子，且支承于架台；

移动部，在所述转子的径向上，使所述机室相对于所述架台的位置移动；

检测部，检测运转状态；及

控制部，基于由所述检测部检测到的结果，控制所述移动部，从而控制所述机室与所述转子之间的相对位置。

2.根据权利要求1所述的回转机械，其特征在于，

所述检测部包括检测所述转子的转速的转速检测部。

3.根据权利要求1或2所述的回转机械，其特征在于，

所述回转机械还具有收容所述轴承的轴承箱，

所述检测部包括检测所述轴承箱的温度的温度检测部。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的回转机械，其特征在于，

所述检测部包括检测与所述机室连结的冷凝器内的气压的气压检测部，

所述控制部基于由所述气压检测部检测到的所述冷凝器内的真空度，来控制所述移动部的动作。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的回转机械，其特征在于，

所述机室是内部机室，

所述回转机械还具有将所述内部机室覆盖的外部机室，

所述移动部配置在所述内部机室与所述外部机室之间。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的回转机械，其特征在于，

所述移动部通过液压而工作。

7.一种回转机械控制方法，对回转机械进行控制，该回转机械具有：转子；动叶片，固定于所述转子；机室，与所述动叶片面对配置，且在内表面固定有静叶片；及轴承，配置在所述机室之外，支承所述转子，且支承于架台，所述回转机械控制方法的特征在于，

检测运转状态，

基于检测到的结果，在所述转子的径向上使所述机室相对于所述架台的位置移动，来控制所述机室与所述转子之间的相对位置。