DE102019202875A1

DE102019202875A1 - Rotationsmaschine

Info

Publication number: DE102019202875A1
Application number: DE102019202875.6A
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Matsumoto
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2019-09-12
Also published as: JP7029317B2; CN110242364B; JP2019157713A; US10876421B2; CN110242364A; US20190277151A1

Abstract

Bereitgestellt wird eine Rotationsmaschine mit einer Rotationswelle, die ausgestaltet ist, sich um eine Achse zu drehen; Laufschaufeln; einem Gehäuse, das die Laufschaufeln radial außerhalb der Laufschaufeln umgibt, und in welchem ein ausgesparter Abschnitt Spitzen der Laufschaufeln aufnimmt; einem Dichtabschnitt, der sich von einem von einem Bodenabschnitt des ausgesparten Abschnitts und der Spitze der Laufschaufel erstreckt, und einen Freiraum zu der anderen aufweist; und einem variablen Brecher, der in dem Gehäuse installiert ist und imstande ist, zwischen einer Vorsprungsposition, wo der variable Brecher in den ausgesparten Abschnitt vorsteht, und einer Aufnahmeposition, wo der variable Brecher in dem Gehäuse aufgenommen ist, versetzt zu werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationsmaschine.
Beschreibung der verwandten Technik
Eine Dampfturbine enthält einen Rotor, der sich um eine Achse dreht; eine Mehrzahl an Laufschaufeln, die an dem Rotor angebracht sind; ein Gehäuse, das den Rotor und die Laufschaufeln von der Außenseite bedeckt; und eine Mehrzahl an Leitschaufeln, die an einer inneren Oberfläche des Gehäuses angebracht sind. Hochtemperatur- und Hochdruckdampf strömt von einer Seite in einer axialen Richtung in die Dampfturbine, und auf diese Weise wird Energie auf die Laufschaufeln aufgebracht, und eine Rotationswelle dreht sich. Ein Generator oder dergleichen, der mit der Dampfturbine verbunden ist, wird durch die Rotationsenergie angetrieben.
Bei einer derartigen Dampfturbine wird üblicherweise ein vorbestimmter Freiraum zwischen einem Spitzenabschnitt (Deckband) der Laufschaufel und einer inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses vorgesehen, um eine ruhige Rotation des Rotors zu gestatten. Weil durch den Freiraum strömender Dampf stromabwärts strömt ohne mit den Laufschaufeln oder den Leitschaufeln zu kollidieren, trägt der Dampf nicht zu der Rotation des Rotors bei. Der durch den Freiraum strömende Dampf enthält Wirbelkomponenten (Geschwindigkeitskomponenten in einer Umfangsrichtung). Die Druckverteilung in dem Freiraum wird aufgrund derartiger Wirbelkomponenten ungleichmäßig, und als eine Folge kann eine Vibration in dem Rotor auftreten. Deshalb ist eine Technologie des Verringerns der Wirbelkomponenten wünschenswert.
Die Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Erste Veröffentlichung Nr. 2006-104952, offenbart eine Vorrichtung als ein Beispiel einer derartigen Technologie. Bei der Vorrichtung ist eine Führungsschaufel zum Führen einer Strömungsrichtung von Dampf in einem Düsenabschnitt der Leitschaufel vorgesehen, der stromaufwärts des Deckbands der Laufschaufel positioniert ist. Aufgrund der Führungsschaufel ist es möglich, die Wirbelkomponenten zu verringern, und eine Vibration des Rotors einzuschränken.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist bekannt, dass Wirbelkomponenten enthaltender Leckagedampf die Rotation des Rotors fördert (unterstützt), aufgrund von Reibungskraft, die zwischen dem Rotor und dem Leckagedampf auftritt. Bei der Ausgestaltung der Vorrichtung, die in der Japanischen ungeprüften Patentanmeldung, Erste Veröffentlichung Nr. 2006-104952, offenbart ist, kann eine Vibration des Rotors eingeschränkt werden, und andererseits nimmt auch die Reibungskraft einher mit dem Abnehmen von Wirbelkomponenten ab. Als eine Folge wird eine Kraft, um den Rotor in der Umfangsrichtung zu drehen, schwach, und eine Leistung der Turbine nimmt weiter ab, verglichen damit, wenn keine Führungsschaufeln vorgesehen sind. Deshalb ist die Vorrichtung wünschenswerterweise lediglich imstande Wirbelkomponenten zu verringern, wenn es notwendig ist.
Die vorliegende Erfindung ist ausgeführt worden, um das Problem zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dampfturbine bereitzustellen, bei welcher eine Vibration und eine Leistungsabnahme eingeschränkt werden können.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Rotationsmaschine bereitgestellt, mit einer Rotationswelle, die ausgestaltet ist, sich um eine Achse zu drehen; einer Mehrzahl an Laufschaufeln bzw. Rotorschaufeln, die sich von der Rotationswelle in einer radialen Richtung der Rotationswelle nach außen erstrecken und mit Zwischenräumen bzw. Spalten zwischen ihnen in einer Umfangsrichtung der Rotationswelle versehen sind; einem Gehäuse, das die Laufschaufeln radial außerhalb der Laufschaufeln umgibt, und in welchem ein ausgesparter Abschnitt als ein Hohlraum Spitzen bzw. Enden der Laufschaufeln aufnimmt; einem Dichtabschnitt, der sich von einem/einer von einem Bodenabschnitt des ausgesparten Abschnitts und der Spitze der Laufschaufel erstreckt, und einen Freiraum bzw. Abstand zu dem/der anderen aufweist; und einem variablen Brecher, der in dem Gehäuse installiert ist und imstande ist zwischen einer Vorsprungsposition, wo der variable Brecher in den Hohlraum vorsteht, und einer Aufnahmeposition, wo der variable Brecher in dem Gehäuse aufgenommen ist, versetzt bzw. verschoben zu werden.
Gemäß der Ausgestaltung, wenn der variable Brecher in bzw. an der Vorsprungsposition ist, ist es möglich, aufgrund des variablen Brechers die Wirbelkomponente innerhalb des Hohlraums zu verringern und einzuschränken. Andererseits, wenn der variable Brecher in bzw. an der Aufnahmeposition ist, strömt die Wirbelkomponente ruhig innerhalb des Hohlraums. In diesem Fall, weil die Wirbelkomponente die Spitze der Laufschaufel in eine Rotationsrichtung zieht, ist es möglich einen Teil der Energie der Wirbelkomponente als eine Rotationsenergie eines Rotors zurückzugewinnen.
Gemäß einer derartigen Ausgestaltung, wenn eine Vibration in der Rotationswelle auftritt, ist es möglich, die minimale Anzahl der variablen Brecher in die Vorsprungsposition zu versetzen, welche erforderlich sind um zu gestatten, dass die Vibration konvergiert bzw. zusammenläuft. Wenn eine Vibration konvergiert, ist es möglich den variablen Brecher in die Aufnahmeposition zu versetzen. Deshalb ist es möglich, eine durch die Wirbelkomponente verursachte Vibration einzuschränken, während eine Leistungsabnahme der Dampfturbine minimiert wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der variable Brecher imstande sein zum Schwenken um eine Schwenkachse, die sich in die radiale Richtung in Bezug auf die Achse erstreckt.
Gemäß der Ausgestaltung ist es möglich, den variablen Brecher in die Vorsprungsposition zu versetzen, indem lediglich gestattet wird, dass der variable Brecher um die Schwenkachse schwenkt. Deshalb ist es möglich, die Wirbelkomponente zu verringern. Jede Art von einer Antriebsquelle kann eingesetzt werden, falls die Antriebsquelle eine Rotationskraft auf den variablen Brecher anwenden kann. Deshalb ist es möglich, die Ausgestaltung der Vorrichtung zu vereinfachen, und Kosten zu reduzieren. Andererseits, wenn der variable Brecher in der Aufnahmeposition aufgenommen ist, weil die Wirbelkomponente nicht blockiert wird, ist es möglich die Turbine mit der gleichen Leistung, wie diejenige einer Turbine ohne installierte Wirbelbrecher, zu betreiben.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der variable Brecher imstande sein, sich von dem Gehäuse in den Hohlraum in der radialen Richtung in Bezug auf die Achse zurückziehbar vorwärtszubewegen bzw. zurückziehbar vorangebracht zu werden.
Gemäß der Ausgestaltung, bewegt sich der variable Brecher vor und zieht sich zurück von der Innenseite des Hohlraums in der radialen Richtung in Bezug auf die Achse. Eine Strömung (Wirbelkomponente), die eine periphere Komponente bzw. Umfangskomponente in Bezug auf die Achse enthält, wird innerhalb des Hohlraums ausgebildet. Wenn der variable Brecher in der Vorsprungsposition ist, ist es deshalb möglich, die Wirbelkomponente mittels des variablen Brechers effizient zu blockieren. Andererseits, wenn der variable Brecher in der Aufnahmeposition aufgenommen ist, weil die Wirbelkomponente nicht blockiert wird, ist es möglich die Turbine mit der gleichen Leistung, wie diejenige von einer Turbine ohne installierte Wirbelbrecher, zu betreiben.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der variable Brecher imstande sein sich von dem Gehäuse in den Hohlraum in einer Richtung der Achse zurückziehbar vorwärtszubewegen.
Gemäß der Ausgestaltung bewegt sich der variable Brecher vor und zieht sich zurück von der Innenseite des Hohlraums in der axialen Richtung. Eine Strömung (Wirbelkomponente), die eine Umfangskomponente in Bezug auf die Achse enthält, wird innerhalb des Hohlraums ausgebildet. Wenn der variable Brecher in der Vorsprungsposition ist, ist es deshalb möglich, die Wirbelkomponente mittels des variablen Brechers effizient zu blockieren. Andererseits, wenn der variable Brecher in der Aufnahmeposition aufgenommen ist, weil die Wirbelkomponente nicht blockiert wird, ist es möglich die Turbine mit der gleichen Leistung, wie diejenige von einer Turbine ohne installierte Wirbelbrecher, zu betreiben.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Gehäuse mit einer Fixiernut versehen sein, die sich in die radiale Richtung in Bezug auf die Achse erstreckt, und wenn der variable Brecher in der Vorsprungsposition ist, ist zumindest ein Teil des variablen Brechers durch die Fixiernut eingeschränkt bzw. begrenzt.
Gemäß der Ausgestaltung, wenn der variable Brecher in der Vorsprungsposition ist, ist zumindest ein Teil des variablen Brechers an der Fixiernut fixiert, derart dass der variable Brecher nicht imstande ist in der Umfangsrichtung versetzt zu werden. Deshalb kann der variable Brecher der Wirbelkomponente, die mit dem variablen Brecher in der Umfangsrichtung kollidiert, ausreichend standhalten. Mit anderen Worten ist es möglich die Möglichkeit zu verringern, dass der variable Brecher durch die Wirbelkomponente verweht oder gebogen wird.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Mehrzahl der variablen Brecher derart installiert sein, dass die variablen Brecher in der Umfangsrichtung in Bezug auf die Achse abstandsgleich voneinander sind.
Gemäß der Ausgestaltung, weil die Mehrzahl an variablen Brechern vorgesehen ist, während sie in der Umfangsrichtung abstandsgleich voneinander sind, sogar wenn die variablen Brecher in der Vorsprungsposition sind, ist es möglich eine gleichmäßige Umfangsdruckverteilung innerhalb des Gehäuses zu erzielen. Das heißt, es ist möglich ein Druckungleichgewicht in der Umfangsrichtung einzuschränken, welches durch die Anordnung der variablen Brecher verursacht wird.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Rotationsmaschine ferner eine Vibrationserfassungseinheit, die ausgestaltet ist, eine Vibration der Rotationswelle zu erfassen, und eine Steuereinrichtung enthalten, die ausgestaltet ist, den variablen Brecher zu der bzw. in die Vorsprungsposition zu versetzen, wenn die Vibrationserfassungseinheit die Vibration erfasst, und den variablen Brecher zu der bzw. in die Aufnahmeposition zu versetzen, wenn die Vibration der Rotationswelle nicht erfasst wird.
Gemäß der Ausgestaltung, wenn eine Vibration der Rotationswelle erfasst wird, ist es möglich die Wirbelkomponente zu verringern, und die Vibration einzuschränken, durch Versetzen der variablen Brecher in die Vorsprungsposition. Wenn eine Vibration konvergiert, ist es möglich eine Leistungsabnahme der Dampfturbine einzuschränken, durch Versetzen der variablen Brecher in die Aufnahmeposition. Das heißt, es ist möglich die Turbine mit der gleichen Leistung, wie diejenige von einer Turbine ohne installierte Wirbelbrecher, zu betreiben.
Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Rotationsmaschine ferner eine Vibrationserfassungseinheit, die ausgestaltet ist, eine Vibration der Rotationswelle zu erfassen, und eine Steuereinrichtung enthalten, die ausgestaltet ist, den variablen Brecher zu der Vorsprungsposition zu versetzen, wenn die Vibrationserfassungseinheit die Vibration erfasst, und den variablen Brecher zu der Aufnahmeposition zu versetzen, wenn die Vibration der Rotationswelle nicht erfasst wird. Die Steuereinrichtung kann die Anzahl der variablen Brecher bestimmen, welche in die Vorsprungsposition zu versetzen sind, als Reaktion auf eine Intensität einer Vibration der Rotationswelle.
Gemäß der Ausgestaltung wird die Anzahl der variablen Brecher, welche in die Vorsprungsposition zu versetzen sind, als Reaktion auf die Intensität einer Vibration der Rotationswelle bestimmt. Das heißt, wenn die Intensität einer Vibration hoch ist, ist es möglich eine große Anzahl der variablen Brecher in die Vorsprungsposition zu versetzen. Deshalb ist es möglich der Vibration zu gestatten, früh zu konvergieren. Andererseits, wenn die Intensität einer Vibration niedrig ist, ist es möglich einer Vibration zu gestatten, zu konvergieren, während eine Leistungsabnahme der Dampfturbine durch Versetzen der minimalen Anzahl der variablen Brecher zu der Vorsprungsposition eingeschränkt wird.
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wenn die Intensität einer Vibration der Rotationswelle zunimmt, kann die Steuereinrichtung die Anzahl der variablen Brecher erhöhen, welche von der Aufnahmeposition in die Vorsprungsposition zu versetzen sind, und eine Mehrzahl der variablen Brecher in die Vorsprungsposition versetzen, derart dass die variablen Brecher in der Umfangrichtung abstandsgleich voneinander sind.
Gemäß der Ausgestaltung, wenn die Intensität einer Vibration hoch ist, ist es möglich eine große Anzahl der variablen Brecher in die Vorsprungsposition zu versetzen. Deshalb ist es möglich der Vibration zu gestatten, früh konvergieren. Weil die variablen Brecher angeordnet sind, während sie in der Umfangsrichtung abstandsgleich voneinander sind, sogar wenn die variablen Brecher in der Vorsprungsposition sind, ist es möglich eine gleichmäßige Umfangsdruckverteilung innerhalb des Gehäuses zu erzielen. Das heißt, es ist möglich ein Druckungleichgewicht in der Umfangsrichtung einzuschränken, welches durch die Anordnung der variablen Brecher verursacht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich eine Vibration einzuschränken, und eine Leistungsabnahme zu minimieren.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die eine Ausgestaltung einer Dampfturbine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines variablen Brechers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Ansicht des variablen Brechers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer radialen Richtung gesehen.
4 ist eine Querschnittansicht der Dampfturbine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer axialen Richtung gesehen.
5 ist eine Darstellung, die eine Hardware-Ausgestaltung einer Steuereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Ausgestaltung der Steuereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7A ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zeigt, der durch die Steuereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
7B ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zeigt, der durch eine Steuereinrichtung gemäß eines Modifikationsbeispiels der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
8 ist eine Ansicht, die ein Modifikationsbeispiel des variablen Brechers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist eine Ansicht, die ein anderes Modifikationsbeispiel des variablen Brechers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine Ansicht eines variablen Brechers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der radialen Richtung gesehen.
11 ist eine Ansicht eines variablen Brechers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der radialen Richtung gesehen.
12 ist eine Ansicht eines variablen Brechers gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der radialen Richtung gesehen.
13 ist eine Ansicht, die ein Modifikationsbeispiel des variablen Brechers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Wie in 1 gezeigt, enthält eine Dampfturbine 1 einen Rotor (Rotationswelle) 3, welcher sich entlang der Richtung einer Achse O erstreckt; ein Gehäuse 2, welches den Rotor 3 von einer äußeren Umfangsseite bedeckt; Radiallager bzw. Wellenlager 4, welche Schaft- bzw. Wellenenden 11 des Rotors 3 derart stützen, dass sich der Rotor 3 um die Achse O drehen kann; und ein Axiallager bzw. Drucklager 5.
Der Rotor 3 weist eine Mehrzahl an Laufschaufeln 30 auf. Die Mehrzahl an Laufschaufeln 30 ist mit vorbestimmten Zwischenräumen dazwischen in einer Umfangsrichtung des Rotors 3 angeordnet. Eine Mehrzahl an Reihen der Laufschaufeln 30 ist mit vorbestimmten Zwischenräumen dazwischen gleich- bzw. regelmäßig in der Richtung der Achse O angeordnet. Die Laufschaufel 30 weist einen Schaufelkörper 31 und ein Laufschaufeldeckband bzw. -versteifungsband (Deckband) 34 auf. Der Schaufelkörper 31 steht von einer äußeren Umfangsoberfläche des Rotors 3 in einer radialen Richtung nach außen vor. Der Schaufelkörper 31 weist, in der radialen Richtung gesehen, einen flügel- bzw. schaufelförmigen Querschnitt auf. Das Laufschaufeldeckband 34 ist in einem Spitzenabschnitt (äußerer Endabschnitt in der radialen Richtung) des Schaufelkörpers 31 vorgesehen.
Das Gehäuse 2 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form auf und bedeckt den Rotor 3 von der äußeren Umfangsseite. Ein Dampfzuleitungsrohr 12 zum (An-)Saugen von Dampf ist auf einer Seite des Gehäuses 2 in der Richtung der Achse O vorgesehen. Ein Dampfableitungsrohr 13 zum Ablassen von Dampf ist auf der anderen Seite des Gehäuses 2 in der Richtung der Achse O vorgesehen. In der untenstehenden Beschreibung bezieht sich eine stromaufwärtige Seite auf eine Seite, wo das Dampfzuleitungsrohr 12 in dem Blickpunkt des Dampfableitungsrohrs 13 positioniert ist. Eine stromabwärtige Seite bezieht sich auf eine Seite, wo das Dampfableitungsrohr 13 in dem Blickpunkt des Dampfzuleitungsrohrs 12 positioniert ist.
Eine Mehrzahl an Leitschaufeln 21 ist entlang einer inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 2 vorgesehen. Die Leitschaufel 21 ist ein flügel- bzw. schaufelförmiges Element, das mit der inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 2 mittels einer Leitschaufelbasis 24 verbunden ist. Ein Leitschaufeldeckband 22 ist in einem Spitzenabschnitt (innerer Endabschnitt in der radialen Richtung) der Leitschaufel 21 vorgesehen. Ähnlich zu der Laufschaufel 30 ist die Mehrzahl an Leitschaufeln 21 an der inneren Umfangsoberfläche entlang der Umfangsrichtung und der Richtung der Achse O angeordnet. Die Laufschaufel 30 ist in einem Bereich zwischen der Mehrzahl an aneinander angrenzenden Leitschaufeln 21 angeordnet.
Ein Hauptströmungsdurchgang 20 ist durch einen Bereich ausgebildet, in welchem die Leitschaufeln 21 und die Laufschaufeln 30 innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet sind, und Dampf S, welcher ein Arbeitsfluid ist, strömt durch den Hauptströmungsdurchgang 20. Ein ausgesparter Abschnitt 50 ist in dem gesamten Umfangsbereich zwischen der inneren Umfangsoberfläche des Gehäuses 2 und den Laufschaufeldeckbändern 34 ausgebildet, und ist nach außen in der radialen Richtung in Bezug auf die Achse O ausgespart. Der ausgesparte Abschnitt 50 bildet einen Hohlraum aus, der Spitzen (Laufschaufeldeckbänder 34) der Laufschaufeln 30 aufnimmt. Das heißt, der ausgesparte Abschnitt 50 weist ein ausreichend großes Volumen auf, verglichen mit dem Volumen der Laufschaufeldeckbänder 34.
Der Dampf S wird an die Dampfturbine 1 mit der vorangehenden Ausgestaltung mittels des Dampfzuleitungsrohrs 12 auf der stromaufwärtigen Seite zugeführt. Danach, wenn sich der Rotor 3 dreht, geht der Dampf S durch die Reihen der Leitschaufeln 21 und der Laufschaufeln 30 durch, und wird kurz danach mittels des Dampfableitungsrohrs 13 auf der stromabwärtigen Seite an eine nachfolgende Vorrichtung (nicht gezeigt) abgelassen. Der Dampf S strömt auch in die ausgesparten Abschnitte 50, wenn er durch die Reihen der Leitschaufeln 21 und der Laufschaufeln 30 durchgeht.
Die Radiallager 4 stützen eine Last, die in der radialen Richtung in Bezug auf die Achse O angewandt wird. Die Radiallager 4 sind entsprechend an beiden Enden des Rotors 3 vorgesehen. Das Axiallager 5 stützt eine Last, die in der Richtung der Achse O angewandt wird. Das Axiallager 5 ist lediglich in einem stromaufwärtigen Endabschnitt des Rotors 3 vorgesehen.
2 zeigt den Umfang des ausgesparten Abschnitts 50 auf eine vergrößerte Art. Eine Dichtrippe 6 ist an zumindest einer von einer Spitze (äußere Deckband-Umfangsoberfläche 341) des Laufschaufeldeckbands 34 und einer Oberfläche (welche einer inneren Umfangsseite zugewandt ist) (Ausgesparter-Abschnitt-Bodenoberfläche 51) des ausgesparten Abschnitts 50 und zwischen der äußeren Deckband-Umfangsoberfläche 341 und der Ausgesparter-Abschnitt-Bodenoberfläche 51 vorgesehen, und steht zu der anderen vor. Die Dichtrippe 6 ist vorgesehen um zu verhindern, dass eine Strömung (Leckageströmung St2) des Dampfes von Dampf (Hauptdampf St1), der durch den Hauptströmungsdurchgang 20 strömt, divergiert bzw. auseinanderläuft, und dass sie zu dem ausgesparten Abschnitt 50 strömt.
Bei der Ausführungsform ist eine Dichtrippe 6 (deckbandseitige Dichtrippe 61) an der äußeren Deckband-Umfangsoberfläche 341 vorgesehen, und zwei Dichtrippen 6 (Ausgesparter-Abschnitt-seitige Dichtrippen 62) sind an der Ausgesparter-Abschnitt-Bodenoberfläche 51 vorgesehen. Die deckbandseitige Dichtrippe 61 ist zwischen zwei Ausgesparter-Abschnitt-seitigen Dichtrippen 62 angeordnet. Kleine Zwischenräume (Freiräume), die sich in die radiale Richtung verbreitern, sind zwischen der deckbandseitigen Dichtrippe 61 und der Ausgesparter-Abschnitt-Bodenoberfläche 51 und zwischen den Ausgesparter-Abschnitt-seitigen Dichtrippen 62 und der äußeren Deckband-Umfangsoberfläche 341 ausgebildet.
Wie in 2 und 3 gezeigt, ist ein variabler Brecher 70 an einer Oberfläche (Ausgesparter-Abschnitt-Stromaufwärtige-Oberfläche 52) des ausgesparten Abschnitts 50 vorgesehen, welche stromaufwärts positioniert ist. Der variable Brecher 70 ist vorgesehen, um eine Wirbelkomponente (Wirbelströmungskomponente) Fs zu blockieren, die in der Leckageströmung St2 enthalten ist, die von dem Hauptdampf St1 divergiert und innerhalb des ausgesparten Abschnitts 50 strömt. Der variable Brecher 70 weist eine rechteckige plattenartige Form auf. Der variable Brecher 70 kann um eine Schwenkachse 71 schwenken, die sich in die radiale Richtung in Bezug auf die Achse O erstreckt. Die Schwenkachse 71 ist an der Ausgesparter-Abschnitt-Stromaufwärtige-Oberfläche 52 angebracht, und stützt einen Rand des variablen Brechers 70, welcher auf einer Seite in der Umfangsrichtung positioniert ist.
Eine Aufnahmenut 40, welche die gleiche Fläche und Tiefe (Abmessung in der Richtung der Achse O) wie jene des variablen Brechers 70 aufweisen muss, ist in der Ausgesparter-Abschnitt-Stromaufwärtige-Oberfläche 52 ausgebildet. Die Schwenkachse 71 ist an einem Rand der Aufnahmenut 40 angebracht, welcher auf einer Seite in der Umfangsrichtung positioniert ist. Der variable Brecher 70 schwenkt mittels einer von einer Antriebsquelle 72 (Bezug auf 4) übertragenen Antriebskraft um die Schwenkachse 71, und kann somit zwischen einer Aufnahmeposition, wo der variable Brecher 70 in der Aufnahmenut 40 aufgenommen ist, und einer Vorsprungsposition, wo der variable Brecher 70 in den ausgesparten Abschnitt 50 vorsteht, versetzt bzw. verlagert werden. Genauer kann der variable Brecher 70 von der anderen Seite zur einen Seite in der Umfangsrichtung, von einer Außenseite in der radialen Richtung gesehen, um die Schwenkachse 71 schwenken. Ein Elektromotor, ein Hydraulikmotor oder dergleichen wird vorzugsweise als die Antriebsquelle 72 des variablen Brechers 70 verwendet.
In der untenstehenden Beschreibung kann das Versetzen bzw. Verlagern des variablen Brechers 70 von der Aufnahmeposition in die Vorsprungsposition als „das Aufklappen des variablen Brechers 70“ bezeichnet werden. Das Versetzen des variablen Brechers 70 von der Vorsprungsposition in die Aufnahmeposition kann als „das Aufnehmen des variablen Brechers 70“ bezeichnet werden.
Der variable Brecher 70 in einem aufgeklappten bzw. entfalteten Zustand ist im Wesentlichen senkrecht zu der Ausgesparter-Abschnitt-Stromaufwärtige-Oberfläche 52. Mit anderen Worten erstreckt sich der variable Brecher 70 in einem aufgeklappten Zustand innerhalb des ausgesparten Abschnitts 50 in die Richtung der Achse O. Wenn der variable Brecher 70 aufgenommen ist, ist der variable Brecher 70 in der Aufnahmenut 40 aufgenommen, und eine stromabwärtige Oberfläche (Brecher-Hauptoberfläche 73) des variablen Brechers 70 ist bündig bzw. auf gleicher Ebene mit der Ausgesparter-Abschnitt-Stromaufwärtige-Oberfläche 52. Mit anderen Worten, wenn der variable Brecher 70 in der Aufnahmenut 40 ist, wird keine Stufe zwischen dem variablen Brecher 70 und der Ausgesparter-Abschnitt-Stromaufwärtige-Oberfläche 52 ausgebildet.
Bei der Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, ist eine Mehrzahl von (vier) der variablen Brecher 70 innerhalb des ausgesparten Abschnitts 50 vorgesehen, während sie in der Umfangsrichtung abstandsgleich voneinander sind (4 zeigt die Laufschaufeln 30 auf eine vereinfachte Art. Das heißt, die Anzahl der Laufschaufeln 30 ist nicht auf die Anzahl in dem in 4 gezeigten Beispiel beschränkt). Die Antriebsquelle 72, die jedem der variablen Brecher 70 entspricht, ist mit der Steuereinrichtung 90 mittels einer Signalleitung L verbunden. Die Dampfturbine 1 ist mit einem Vibrationssensor 80 versehen, der eine Vibration des Rotors 3 erfasst. Insbesondere ist der Vibrationssensor 80 an dem Radiallager 4 oder dem Axiallager 5 angebracht. Der Vibrationssensor 80 überträgt die erfasste Vibration des Rotors 3 an die Steuereinrichtung 90 als elektrische Signale.
Wie in 5 gezeigt, ist die Steuereinrichtung 90 ein Computer mit einer Zentraleinheit (CPU) 91, einem Festwertspeicher (ROM) 92, einem Arbeitsspeicher (RAM) 93, einem Festplattenlaufwerk (HDD) 94 und einem Signalempfangsmodul (Eingabe/Ausgabe: E/A) 95. Das Signalempfangsmodul 95 empfängt Signale von dem Vibrationssensor 80. Das Signalempfangsmodul 95 kann Signale empfangen, die mittels eines Ladungsverstärkers oder dergleichen verstärkt werden.
Wie in 6 gezeigt, führt die CPU 91 der Steuereinrichtung 90 ein vorab in der Einrichtung gespeichertes Programm aus, und weist einen Controller bzw. ein Steuergerät 81, eine Vibrationserfassungseinheit 82; eine Bestimmungseinheit 83 und eine Antriebssteuereinheit 84 auf. Der Controller 81 steuert andere Funktionseinheiten der Steuereinrichtung 90. Die Vibrationserfassungseinheit 82 empfängt Informationen (Amplitude, Frequenz und dergleichen) über die Vibration des Rotors 3, welche von dem Vibrationssensor 80 mittels des Signalempfangsmoduls empfangen werden. Die Bestimmungseinheit 83 bestimmt, ob die Vibration des Rotors 3 größer als ein vorgespeicherter Grenz- bzw. Schwellenwert ist. Die Antriebssteuereinheit 84 überträgt Antriebssignale bzw. Ansteuersignale an die Antriebsquelle 72 basierend auf dem Bestimmungsergebnis der Bestimmungseinheit 83. Die Antriebsquelle 72 weist mittels der Antriebssignale an, dass der variable Brecher 70 aufgeklappt oder aufgenommen werden sollte.
Nachfolgend wird ein Betrieb der Dampfturbine 1 gemäß der Ausführungsform beschrieben werden. Beim Betrieb der Dampfturbine 1 wird Hochtemperatur- und Hochdruckdampf von einer außenseitigen Dampfzuleitungsquelle (nicht gezeigt) zu der Innenseite (der Hauptströmungsdurchgang 20) des Gehäuses 2 mittels des Dampfzuleitungsrohrs 12 zugeführt. Der Dampf bildet eine Strömung (den Hauptdampf St1) aus, der entlang des Hauptströmungsdurchgangs 20 von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite strömt. Der Hauptdampf St1 geht durch den Hauptströmungsdurchgang 20 durch, wo die Leitschaufeln 21 und die Laufschaufeln 30 vorgesehen sind, wodurch eine Rotationskraft an den Rotor 3 mittels der Laufschaufeln 30 verliehen wird. Die Rotation des Rotors 3 wird von einem Wellenende entnommen, und treibt eine externe Betriebseinrichtung wie beispielsweise einen Generator (nicht gezeigt) an.
Nachfolgend wird ein Verhalten bzw. eine Betriebseigenschaft von Dampf in der Umgebung des ausgesparten Abschnitts 50 unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden. Wie in der gleichen Zeichnung gezeigt, bilden einige Komponenten des Hauptdampfes St1 eine Strömung (die Leckageströmung St2) aus, die von dem Hauptdampf St1 abweicht und in den ausgesparten Abschnitt 50 strömt. Die Leckageströmung St2 enthält eine Wirbelkomponente (Wirbelströmungskomponente) Fs, die verliehen wird, wenn die Leckageströmung St2 an den am Gehäuse 2 vorgesehenen Leitschaufeln 21 vorbeigeht. Wie in 3 gezeigt, strömt die Wirbelkomponente Fs bei Bewegung von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite nach vorne (von einer Seite zu der anderen Seite in der Umfangsrichtung) in der Rotationsrichtung des Rotors 3.
Wie in 7A gezeigt, wenn die Dampfturbine 1 betrieben wird, führt die Bestimmungseinheit 83 einen Größenvergleich bzw. Vergleich der Größenordnung zwischen der Vibration des Rotors 3 und dem Grenzwert durch (Schritt S1). Wenn die Bestimmungseinheit 83 bestimmt, dass die Vibration des Rotors 3 größer als der Grenzwert ist (Schritt S1: Nein), überträgt die Antriebssteuereinheit 84 Antriebssignale an die Antriebsquelle 72. Der variable Brecher 70 wird mittels der Antriebssignale aufgeklappt (Schritt S2). Deshalb verringert sich die innerhalb des ausgesparten Abschnitts 50 strömende Wirbelkomponente Fs der Leckageströmung St2, und die Vibration des Rotors 3 wird eingeschränkt.
Andererseits, wenn die Bestimmungseinheit 83 bestimmt, dass die Vibration des Rotors 3 weniger als der Grenzwert ist (Schritt S1: Ja), beendet die Antriebssteuereinheit 84 die Steuerung ohne Antriebssignale an die Antriebsquelle 72 zu übertragen. Sogar danach werden die Schritte S1 und S2 kontinuierlich oder intermittierend wiederholt ausgeführt, und somit wird die Vibration des Rotors 3 überwacht.
Es ist bekannt, dass die Leckageströmung St2, welche die Wirbelkomponente Fs enthält, die Rotation des Rotors 3 fördert (unterstützt), aufgrund von Reibungskraft, die zwischen dem Rotor 3 und der Leckageströmung St2 auftritt. Bei der Ausgestaltung kann die Vibration des Rotors 3 eingeschränkt werden, und andererseits verringert sich auch die Reibungskraft einher mit der Verringerung der Wirbelkomponente Fs. Als eine Folge kann eine Kraft, um den Rotor 3 in der Umfangsrichtung zu drehen, schwach werden, und eine Leistung der Dampfturbine 1 kann sich verringern.
Als Reaktion auf die Intensität (Größenordnung der Amplitude von Frequenzkomponenten, welche eine instabile Vibration des Rotors verursachen können) einer Vibration des Rotors 3, bestimmt die Steuereinrichtung 90 gemäß der Ausführungsform die Anzahl der variablen Brecher 70, welche aufgeklappt werden. Insbesondere klappt die Antriebssteuereinheit 84 in einer Anfangsphase der Erfassung einer Vibration zwei von vier variablen Brechern 70 auf. Die variablen Brecher 70, welche aufgeklappt werden, sind ein Paar der variablen Brecher 70, die einander in einer Durchmesserrichtung in Bezug auf die Achse O zugewandt sind. Das heißt, die variablen Brecher 70, welche aufgeklappt sind, sind innerhalb des ausgesparten Abschnitts 50 in der Umfangsrichtung abstandsgleich voneinander.
In diesem Zustand vergleicht die Bestimmungseinheit 83 erneut eine Vibrationsintensität des Rotors 3 mit dem Grenzwert. Wenn bestimmt wird, dass die Vibrationsintensität des Rotors 3 immer noch größer als der Grenzwert ist, werden die verbleibenden zwei variablen Brecher 70 aufgeklappt. Das heißt, vier variable Brecher 70 sind aufgeklappt, während sie in der Umfangsrichtung abstandsgleich voneinander sind. Dementsprechend erhöht sich bei der Ausführungsform, wenn die Intensität einer Vibration des Rotors 3 zunimmt, die Anzahl der aufzuklappenden variablen Brecher 70.
Sogar danach wiederholt die Bestimmungseinheit 83 kontinuierlich oder intermittierend einen Größenvergleich zwischen der Vibrationsintensität und dem Grenzwert. Wenn bestimmt wird, dass die Vibrationsintensität des Rotors 3 weniger als der Grenzwert ist, weist die Antriebssteuereinheit 84 an, dass zwei der variablen Brecher 70 aufgenommen werden sollten, welche einander in der Durchmesserrichtung zugewandt sind. Wenn bestimmt wird, dass die Vibrationsintensität des Rotors 3 immer noch weniger als der Grenzwert ist, weist die Antriebssteuereinheit 84 an, dass die verbleibenden zwei variablen Brecher 70 aufgenommen werden sollten.
Wie oben beschrieben, bei der Dampfturbine 1 gemäß der Ausführungsform, wenn der variable Brecher 70 in der Vorsprungsposition ist, ist es aufgrund des variablen Brechers 70 möglich, die Wirbelkomponente innerhalb des ausgesparten Abschnitts 50 zu verringern und einzuschränken. Andererseits, wenn der variable Brecher 70 in der Aufnahmeposition ist, weil die Wirbelkomponente ruhig innerhalb des ausgesparten Abschnitts 50 strömt, zieht die Wirbelkomponente Fs die Spitze der Laufschaufel 30 in die Rotationsrichtung. Deshalb ist es möglich, einen Teil der Energie der Wirbelkomponente als eine Rotationsenergie des Rotors zurückzugewinnen. Das heißt, gemäß der Ausgestaltung ist es möglich den variablen Brecher 70 zu der Vorsprungsposition zu versetzen, wenn eine Vibration in dem Rotor 3 auftritt, und den variablen Brecher 70 zu der Aufnahmeposition zu versetzen, wenn eine Vibration konvergiert. Deshalb ist es möglich eine durch die Wirbelkomponente verursachte Vibration einzuschränken, während eine Leistungsabnahme von einer Dampfturbine 1 minimiert wird.
Gemäß der Ausgestaltung ist es möglich, den variablen Brecher 70 lediglich durch Gestatten, dass der variable Brecher 70 um die Schwenkwelle 71 schwenkt, zu der Vorsprungsposition zu versetzen. Jede Art von einer Antriebsquelle kann als die Antriebsquelle 72 verwendet werden, falls die Antriebsquelle eine Rotationskraft auf den variablen Brecher 70 aufbringen kann. Deshalb ist es möglich die Ausgestaltung der Vorrichtung zu vereinfachen, und Kosten zu reduzieren. Andererseits, wenn der variable Brecher 70 in der Aufnahmeposition aufgenommen ist, weil die Wirbelkomponente nicht blockiert wird, ist es möglich die Dampfturbine 1 mit der gleichen Leistung, wie diejenige von einer Dampfturbine ohne installierte Wirbelbrecher, zu betreiben.
Gemäß der Ausgestaltung, wenn der Vibrationssensor 80 eine Vibration des Rotors 3 erfasst, ist es möglich die Wirbelkomponente Fs zu verringern, und die Vibration durch Versetzen des variablen Brechers 70 zu der Vorsprungsposition einzuschränken. Wenn eine Vibration konvergiert, ist es möglich eine Leistungsabnahme der Dampfturbine 1 einzuschränken, durch Versetzen des variablen Brechers 70 zu der Aufnahmeposition. Das heißt, es ist möglich eine Leistungsabnahme der Dampfturbine 1 weiter einzuschränken, verglichen damit, wenn Wirbelbrecher oder dergleichen vorgesehen sind.
Gemäß der Ausgestaltung, weil die Mehrzahl an variablen Brechern 70 vorgesehen sind, während sie in der Umfangsrichtung abstandsgleich voneinander sind, sogar wenn die variablen Brecher 70 in der Vorsprungsposition sind, ist es möglich eine gleichmäßige Umfangsdruckverteilung innerhalb des Gehäuses 2 zu erzielen. Das heißt, es ist möglich ein Druckungleichgewicht in der Umfangsrichtung einzuschränken, welches durch die Anordnung der variablen Brecher 70 verursacht wird.
Gemäß der Ausgestaltung wird die Anzahl der variablen Brecher 70, welche aufzuklappen sind, als Reaktion auf die Intensität einer Vibration des Rotors 3 bestimmt. Das heißt, wenn die Intensität einer Vibration hoch ist, ist es möglich eine größere Anzahl der variablen Brecher 70 zu der Vorsprungsposition zu versetzen. Deshalb ist es möglich zu gestatten, dass die Vibration früh konvergiert. Andererseits, wenn die Intensität einer Vibration niedrig ist, ist es möglich zu gestatten, dass eine Vibration konvergiert, während eine Leistungsabnahme der Dampfturbine 1 minimiert wird, durch Aufklappen der minimalen Anzahl der variablen Brecher 70.
Die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist oben beschrieben worden. Verschiedene Formen von Modifikationen oder Verbesserungen können an der Ausgestaltung ausgeführt werden, ohne von dem Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Bei dem Beispiel der Ausführungsform sind vier variable Brecher 70 in der Umfangsrichtung angeordnet. Die Anzahl der variablen Brecher 70 ist jedoch nicht auf vier beschränkt, und kann größer als oder gleich fünf sein. Wünschenswert ist die Anzahl der variablen Brecher 70 eine gerade Anzahl von dem Gesichtspunkt einer gleichmäßigen Umfangsdruckverteilung.
Bei der Ausführungsform ist es möglich, jeden der variablen Brecher 70 zwischen der Aufnahmeposition und der Vorsprungsposition selektiv zu versetzen. Es ist jedoch auch möglich, einen Schwenkbetrag (Position oder Stellung) des variablen Brechers 70 zwischen der Aufnahmeposition und der Vorsprungsposition kontinuierlich zu ändern. Gemäß einer derartigen Ausgestaltung ist es möglich, einen Abnahmebetrag der Wirbelkomponente Fs genauer anzupassen bzw. einzustellen.
Bei der Ausgestaltung der Ausführungsform wird der variable Brecher 70 von der anderen Seite zu einer Seite in der Umfangsrichtung um die Schwenkwelle 71 aufgeklappt. Das heißt, bei der Ausführungsform wird der variable Brecher 70 in eine Richtung entgegengesetzt zu der Wirbelkomponente Fs aufgeklappt, die von einer Seite zu der anderen Seite in der Umfangsrichtung strömt. Die Aufklapprichtung des variablen Brechers 70 ist jedoch nicht auf die oben beschriebene Richtung beschränkt, und es ist möglich eine Ausgestaltung anzunehmen, wo der variable Brecher 70 von einer Seite zu der anderen Seite in der Umfangsrichtung um die Schwenkwelle 71 aufgeklappt wird.
Bei dem Beispiel der Ausführungsform ist der variable Brecher 70 in der Ausgesparter-Abschnitt-Stromaufwärtige-Oberfläche 52 angeordnet. Die Position, wo der variable Brecher 70 angeordnet ist, ist jedoch nicht auf die oben beschriebene Position beschränkt. Wie in 8 gezeigt, als ein anderes Beispiel, ist es möglich den variablen Brecher 70 in einem Raum zwischen den aneinander angrenzenden Dichtrippen 6 anzuordnen.
Bei dem Beispiel der Ausführungsform weist der variable Brecher 70 eine rechteckige plattenartige Form auf. Die Form des variablen Brechers 70 ist jedoch nicht auf die oben beschriebene Form beschränkt. Wie in 9 gezeigt, kann ein Element mit einem dreieckigen Querschnitt, in der radialen Richtung gesehen, als der variable Brecher 70 verwendet werden.
Bei dem Beispiel der Ausführungsform führt die Steuereinrichtung 90 in 7A gezeigte Schritte S1 und S2 aus. Der Betrieb der Steuereinrichtung 90 ist jedoch nicht auf den oben beschriebenen Betrieb beschränkt, und die Steuereinrichtung 90 kann einen in 7B gezeigten Betrieb ausführen, welcher ein anderes Beispiel ist.
Bei dem Beispiel von 7B, ungeachtet ob eine Vibration auftritt, klappt die Steuereinrichtung 90 zu Beginn sämtliche der variablen Brecher 70 auf (Schritt S21). Nachfolgend vergleicht die Bestimmungseinheit 83 eine Vibrationsintensität des Rotors 3 mit dem Grenzwert (Schritt S22). Wenn die Bestimmungseinheit 83 bestimmt, dass die Vibrationsintensität weniger als der oder gleich dem Grenzwert ist (Schritt S22: Ja), weist die Steuereinrichtung 90 (die Antriebssteuereinheit 84) an, dass lediglich eine vorbestimmte n Anzahl der variablen Brecher 70 aufgenommen werden sollten (Schritt S23). Wünschenswert wird der Wert von n als Reaktion auf eine Betriebsaufzeichnung oder Leistung der Dampfturbine 1 angemessen bestimmt.
Nachdem Schritt S23 ausgeführt ist, vergleicht die Bestimmungseinheit 83 erneut die Vibrationsintensität mit dem Grenzwert. Wenn die Bestimmungseinheit 83 bestimmt, dass die Vibrationsintensität größer als der oder gleich dem Grenzwert ist (Schritt S22: Nein), ist es möglich das Bestimmungsergebnis als ein Wiederauftreten einer Vibration des Rotors 3 zu erachten, aufgrund dessen, dass eine große Anzahl der variablen Brecher 70 in Schritt S23 aufgenommen werden. Die Steuereinrichtung 90 (die Antriebssteuereinheit 84) verringert die Anzahl der variablen Brecher 70 um eins, welche aufzunehmen sind. Das heißt, ein variabler Brecher 70 wird aufgeklappt, derart dass (n-1) Anzahl der variablen Brecher 70 aufgenommen sind (Schritt S24).
Gemäß der Ausführungsform ist es möglich, lediglich eine Anzahl der variablen Brecher 70 aufzuklappen, welche erforderlich sind, um die Vibration des Rotors 3 einzuschränken. Das heißt, es ist möglich eine Betriebsbedingung mit hoher Genauigkeit zu realisieren, unter welcher es möglich ist, eine Leistungsabnahme der Dampfturbine 1 zu minimieren, während die Vibration des Rotors 3 verringert wird.
Bei der Ausführungsform ist die Dampfturbine 1 ein Beispiel einer Rotationsmaschine. Die Form der Rotationsmaschine ist jedoch nicht auf die Dampfturbine 1 beschränkt, und die Rotationsmaschine kann ein Zentrifugalkompressor oder eine Gasturbine sein.
Zweite Ausführungsform
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 10 beschrieben werden. Die gleichen Bezugszeichen werden den gleichen Komponenten wie bei der ersten Ausführungsform zugeordnet, und ausführliche Beschreibungen davon werden weggelassen. Wie in der gleichen Zeichnung gezeigt, ist bei der Ausführungsform eine Aufnahmenut 41 in der Ausgesparter-Abschnitt-Bodenoberfläche 51 ausgebildet, und erstreckt sich in die radiale Richtung in Bezug auf die Achse O. Genauer ist die Aufnahmenut 41 längsseits eines stromaufwärtigen Rands der Ausgesparter-Abschnitt-Bodenoberfläche 51 ausgebildet. Die Aufnahmenut 41 kann einen variablen Brecher 70B mit einer rechteckigen plattenartigen Form aufnehmen.
Der variable Brecher 70B kann zwischen einer Aufnahmeposition, wo der variable Brecher 70B in der Aufnahmenut 41 aufgenommen ist, und einer Vorsprungsposition versetzt werden, wo der variable Brecher 70B nach innen von der Aufnahmenut 41 in die radiale Richtung vorsteht. Das heißt, der variable Brecher 70B kann sich vorwärtsbewegen und zurückziehen in die Aufnahmenut 41 in der radialen Richtung. Wenn der variable Brecher 70B in der Vorsprungsposition ist, stützt die Aufnahmenut 41 einen Rand des variablen Brechers 70B, welcher an der Außenseite in der radialen Richtung positioniert ist. Ähnlich zu der ersten Ausführungsform, ist auch bei der Ausführungsform eine Mehrzahl der variablen Brecher 70B innerhalb des ausgesparten Abschnitts 50 vorgesehen, während sie in der Umfangsrichtung abstandsgleich voneinander sind.
Gemäß der Ausgestaltung bewegt sich der variable Brecher 70B vorwärts und zieht sich zurück von der Innenseite des ausgesparten Abschnitts 50 in die radiale Richtung in Bezug auf die Achse O. Eine Strömung (Wirbelkomponente), die eine Umfangskomponente in Bezug auf die Achse O enthält, wird innerhalb des ausgesparten Abschnitts 50 ausgebildet. Wenn der variable Brecher 70B in der Vorsprungsposition ist, ist es deshalb möglich, die Wirbelkomponente mittels des variablen Brechers 70B effizient zu blockieren. Andererseits, wenn der variable Brecher 70B in der Aufnahmeposition aufgenommen ist, weil die Wirbelkomponente nicht blockiert wird, ist es möglich die Dampfturbine 1 mit der gleichen Leistung, wie diejenige von einer Turbine ohne installierte Wirbelbrecher, zu betreiben.
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist oben beschrieben worden. Verschiedene Formen von Modifikationen oder Verbesserungen können an der Ausgestaltung ausgeführt werden, ohne von dem Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Bei der Ausführungsform ist es möglich, den variablen Brecher 70B zwischen der Aufnahmeposition und der Vorsprungsposition selektiv zu versetzen. Es ist jedoch auch möglich, einen Vorwärtsbewegungsbetrag des variablen Brechers 70B zwischen der Aufnahmeposition und der Vorsprungsposition kontinuierlich zu ändern. Gemäß einer derartigen Ausgestaltung ist es möglich, einen Abnahmebetrag der Wirbelkomponente Fs genauer anzupassen.
Bei der Ausführungsform ist die Dampfturbine 1 ein Beispiel einer Rotationsmaschine. Die Form der Rotationsmaschine ist jedoch nicht auf die Dampfturbine 1 beschränkt, und die Rotationsmaschine kann ein Zentrifugalkompressor oder eine Gasturbine sein.
Dritte Ausführungsform
Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 11 beschrieben werden. Die gleichen Bezugszeichen werden den gleichen Komponenten wie bei den Ausführungsformen zugeordnet, und ausführliche Beschreibungen davon werden weggelassen. Wie in der gleichen Zeichnung gezeigt, ist bei der Ausführungsform eine Aufnahmenut 42 in der Ausgesparter-Abschnitt-Stromaufwärtige-Oberfläche 52 ausgebildet, und erstreckt sich in die Richtung der Achse O. Genauer ist die Aufnahmenut 42 längsseits eines Rands der Ausgesparter-Abschnitt-Stromaufwärtige-Oberfläche 52 ausgebildet, welcher an der Außenseite in der radialen Richtung positioniert ist. Die Aufnahmenut 42 kann einen variablen Brecher 70C mit einer rechteckigen plattenartigen Form aufnehmen.
Der variable Brecher 70C kann zwischen einer Aufnahmeposition, wo der variable Brecher 70C in der Aufnahmenut 42 aufgenommen ist, und einer Vorsprungsposition versetzt werden, wo der variable Brecher 70C stromabwärts von der Aufnahmenut 42 vorsteht. Das heißt, der variable Brecher 70C kann sich vorwärtsbewegen und zurückziehen in die Aufnahmenut 42 in die Richtung der Achse O. Wenn der variable Brecher 70C in der Vorsprungsposition ist, stützt die Aufnahmenut 42 einen stromaufwärtigen (auf einer Seite in der Richtung der Achse O) Rand des variablen Brechers 70C. Ähnlich zu den Ausführungsformen, ist auch bei der Ausführungsform eine Mehrzahl der variablen Brecher 70C innerhalb des ausgesparten Abschnitts 50 vorgesehen, während sie in der Umfangsrichtung abstandsgleich voneinander sind.
Gemäß der Ausgestaltung bewegt sich der variable Brecher 70C vorwärts und zieht sich zurück von der Innenseite des ausgesparten Abschnitts 50 in die Richtung der Achse O. Eine Strömung (Wirbelkomponente), die eine Umfangskomponente in Bezug auf die Achse O enthält, wird innerhalb des ausgesparten Abschnitts 50 ausgebildet. Wenn der variable Brecher 70C in der Vorsprungsposition ist, ist es deshalb möglich, die Wirbelkomponente mittels des variablen Brechers 70C effizient zu blockieren. Andererseits, wenn der variable Brecher 70C in der Aufnahmeposition aufgenommen ist, weil die Wirbelkomponente nicht blockiert wird, ist es möglich die Dampfturbine 1 mit der gleichen Leistung, wie diejenige von einer Turbine ohne installierte Wirbelbrecher, zu betreiben.
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist oben beschrieben worden. Verschiedene Formen von Modifikationen oder Verbesserungen können an der Ausgestaltung ausgeführt werden, ohne von dem Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Bei der Ausführungsform ist es möglich, den variablen Brecher 70C zwischen der Aufnahmeposition und der Vorsprungsposition selektiv zu versetzen. Es ist jedoch auch möglich, einen Vorwärtsbewegungsbetrag des variablen Brechers 70C zwischen der Aufnahmeposition und der Vorsprungsposition kontinuierlich zu ändern. Gemäß einer derartigen Ausgestaltung ist es möglich, einen Abnahmebetrag der Wirbelkomponente Fs genauer anzupassen.
Bei der Ausführungsform ist die Dampfturbine 1 ein Beispiel einer Rotationsmaschine. Die Form der Rotationsmaschine ist jedoch nicht auf die Dampfturbine 1 beschränkt, und die Rotationsmaschine kann ein Zentrifugalkompressor oder eine Gasturbine sein.
Vierte Ausführungsform
Nachfolgend wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 12 beschrieben werden. Die gleichen Bezugszeichen werden den gleichen Komponenten wie bei den Ausführungsformen zugeordnet, und ausführliche Beschreibungen davon werden weggelassen. Wie in der gleichen Zeichnung gezeigt, ähnlich zu der zweiten Ausführungsform, ist die Aufnahmenut 41 in der Ausgesparter-Abschnitt-Bodenoberfläche 51 ausgebildet, und erstreckt sich in die radiale Richtung in Bezug auf die Achse O. Genauer ist die Aufnahmenut 41 längsseits eines stromaufwärtigen Rands der Ausgesparter-Abschnitt-Bodenoberfläche 51 ausgebildet. Die Aufnahmenut 41 kann einen variablen Brecher 70D mit einer rechteckigen plattenartigen Form aufnehmen.
Der variable Brecher 70D kann zwischen einer Aufnahmeposition, wo der variable Brecher 70D in der Aufnahmenut 41 aufgenommen ist, und einer Vorsprungsposition versetzt werden, wo der variable Brecher 70D nach innen von der Aufnahmenut 41 in die radiale Richtung vorsteht. Das heißt, der variable Brecher 70D kann sich vorwärtsbewegen und zurückziehen in die Aufnahmenut 41 in der radialen Richtung. Eine Fixiernut 43 ist in der Ausgesparter-Abschnitt-Stromaufwärtige-Oberfläche 52 ausgebildet, und steht mit der Aufnahmenut 41 in der radialen Richtung in Verbindung. Die Fixiernut 43 erstreckt sich in die radiale Richtung in Bezug auf die Achse O, und nimmt zumindest einen Teil des variablen Brechers 70D in der Vorsprungsposition auf. Insbesondere nimmt die Fixiernut 43 einen Teil des variablen Brechers 70D auf, welcher einen stromaufwärtigen Rand des variablen Brechers 70D enthält. Das heißt, der variable Brecher 70D in der Vorsprungsposition wird durch die Aufnahmenut 41 von der Außenseite in der radialen Richtung gestützt, und durch die Fixiernut 43 von der stromaufwärtigen Seite.
Gemäß der Ausgestaltung bewegt sich der variable Brecher 70D vorwärts und zieht sich zurück von der Innenseite des ausgesparten Abschnitts 50 in die radiale Richtung in Bezug auf die Achse O. Eine Strömung (Wirbelkomponente), die eine Umfangskomponente in Bezug auf die Achse O enthält, wird innerhalb des ausgesparten Abschnitts 50 ausgebildet. Wenn der variable Brecher 70D in der Vorsprungsposition ist, ist es deshalb möglich, die Wirbelkomponente mittels des variablen Brechers 70D effizient zu blockieren. Andererseits, wenn der variable Brecher 70D in der Aufnahmeposition aufgenommen ist, weil die Wirbelkomponente nicht blockiert wird, ist es möglich die Dampfturbine 1 mit der gleichen Leistung, wie diejenige von einer Turbine ohne installierte Wirbelbrecher, zu betreiben.
Gemäß der Ausgestaltung, wenn der variable Brecher 70D in der Vorsprungsposition ist, wird zumindest ein Teil des variablen Brechers 70D an der Fixiernut 43 fixiert, derart dass der variable Brecher 70D nicht in die Umfangsrichtung versetzt werden kann. Deshalb kann der variable Brecher 70D der Wirbelkomponente, die mit dem variablen Brecher 70D in der Umfangsrichtung kollidiert, ausreichend standhalten. Mit anderen Worten ist es möglich, die Möglichkeit zu verringern, dass der variable Brecher 70D durch die Wirbelkomponente verweht oder gebogen wird.
Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist oben beschrieben worden. Verschiedene Formen von Modifikationen oder Verbesserungen können an der Ausgestaltung ausgeführt werden, ohne von dem Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Bei der Ausführungsform ist es möglich, den variablen Brecher 70D zwischen der Aufnahmeposition und der Vorsprungsposition selektiv zu versetzen. Es ist jedoch auch möglich, einen Vorwärtsbewegungsbetrag des variablen Brechers 70D zwischen der Aufnahmeposition und der Vorsprungsposition kontinuierlich zu ändern. Gemäß einer derartigen Ausgestaltung ist es möglich, einen Abnahmebetrag der Wirbelkomponente genauer anzupassen.
Wie in 13 gezeigt, kann die Fixiernut 43 an den variablen Brecher 70C, der in der dritten Ausführungsform beschrieben wird, angewandt werden. Wie in der gleichen Zeichnung gezeigt, ist die Fixiernut 44 in der Ausgesparter-Abschnitt-Bodenoberfläche 51 ausgebildet, und steht mit der Aufnahmenut 42 in der radialen Richtung in Verbindung. Die Fixiernut 44 erstreckt sich in die radiale Richtung in Bezug auf die Achse O, und nimmt zumindest einen Teil des variablen Brechers 70C in der Vorsprungsposition auf. Das heißt, der variable Brecher 70C in der Vorsprungsposition wird durch die Aufnahmenut 42 von der Außenseite in der radialen Richtung gestützt, und durch die Fixiernut 44 von der stromaufwärtigen Seite.
Bei der Ausführungsform ist die Dampfturbine 1 ein Beispiel einer Rotationsmaschine. Die Form der Rotationsmaschine ist jedoch nicht auf die Dampfturbine 1 beschränkt, und die Rotationsmaschine kann ein Zentrifugalkompressor oder eine Gasturbine sein.
Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung oben beschrieben und gezeigt wurden, sollte verstanden werden, dass diese beispielhaft für die Erfindung sind und nicht als beschränkend zu erachten sind. Hinzufügungen, Weglassungen, Ersetzungen und andere Modifikationen können ausgeführt werden, ohne von dem Gedanken oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Folglich ist die Erfindung nicht als durch die vorangehende Beschreibung beschränkt zu erachten, und wird lediglich durch den Umfang der angehängten Ansprüche beschränkt.
Bezugszeichenliste

1:: Dampfturbine
2:: Gehäuse
3:: Rotor
4:: Radiallager
5:: Axiallager
6:: Dichtrippe
11:: Wellenende
12:: Dampfzuleitungsrohr
13:: Dampfableitungsrohr
20:: Hauptströmungsdurchgang
24:: Leitschaufelbasis
30:: Laufschaufel
31:: Schaufelkörper
34:: Laufschaufeldeckband
40, 41, 42:: Aufnahmenut
43, 44:: Fixiernut
50:: ausgesparter Abschnitt
51:: Ausgesparter-Abschnitt-Bodenoberfläche
52:: Ausgesparter-Abschnitt-Stromaufwärtige-Oberfläche
61:: deckbandseitige Dichtrippe
62:: Ausgesparter-Abschnitt-seitige Dichtrippe
70:: variabler Brecher
71:: Schwenkachse
72:: Antriebsquelle
73:: Brecher-Hauptoberfläche
80:: Vibrationssensor
81:: Controller
82:: Vibrationserfassungseinheit
83:: Bestimmungseinheit
84:: Antriebssteuereinheit
90:: Steuereinrichtung
91:: CPU
92:: ROM
93:: RAM
94:: HDD
95:: Signalempfangsmodul
L:: Signalleitung
O:: Achse
St1:: Hauptdampf
St2:: Leckageströmung

Claims

Rotationsmaschine, mit: einer Rotationswelle, die ausgestaltet ist, sich um eine Achse zu drehen; einer Mehrzahl an Laufschaufeln, die sich von der Rotationswelle in einer radialen Richtung der Rotationswelle nach außen erstrecken und mit Zwischenräumen zwischen ihnen in einer Umfangsrichtung der Rotationswelle versehen sind; einem Gehäuse, das die Laufschaufeln radial außerhalb der Laufschaufeln umgibt, und in welchem ein ausgesparter Abschnitt als ein Hohlraum Spitzen der Laufschaufeln aufnimmt; einem Dichtabschnitt, der sich von einem von einem Bodenabschnitt des ausgesparten Abschnitts und der Spitze der Laufschaufel erstreckt, und einen Freiraum zu dem anderen aufweist; und einem variablen Brecher, der in dem Gehäuse installiert ist und imstande ist zwischen einer Vorsprungsposition, wo der variable Brecher in den Hohlraum vorsteht, und einer Aufnahmeposition, wo der variable Brecher in dem Gehäuse aufgenommen ist, versetzt zu werden.
Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei der variable Brecher imstande ist um eine Schwenkachse, die sich in die radiale Richtung in Bezug auf die Achse erstreckt, herum zu schwenken.
Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei der variable Brecher imstande ist sich von der Innenseite des Gehäuses in den Hohlraum in der radialen Richtung in Bezug auf die Achse zurückziehbar vorwärtszubewegen.
Rotationsmaschine nach Anspruch 1, wobei der variable Brecher imstande ist sich von der Innenseite des Gehäuses in den Hohlraum in einer Richtung der Achse zurückziehbar vorwärtszubewegen.
Rotationsmaschine nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Gehäuse mit einer Fixiernut versehen ist, die sich in die radiale Richtung in Bezug auf die Achse erstreckt, und wenn der variable Brecher in der Vorsprungsposition ist, zumindest ein Teil des variablen Brechers durch die Fixiernut eingeschränkt ist.
Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Mehrzahl der variablen Brecher derart installiert ist, dass die variablen Brecher in der Umfangsrichtung in Bezug auf die Achse abstandsgleich voneinander sind.
Rotationsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit: einer Vibrationserfassungseinheit, die ausgestaltet ist, eine Vibration der Rotationswelle zu erfassen; und einer Steuereinrichtung, die ausgestaltet ist, den variablen Brecher zu der Vorsprungsposition zu versetzen, wenn die Vibration der Rotationswelle erfasst wird, und den variablen Brecher zu der Aufnahmeposition zu versetzen, wenn die Vibration der Rotationswelle nicht erfasst wird.
Rotationsmaschine nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung die Anzahl der variablen Brecher bestimmt, welche in die Vorsprungsposition zu versetzen sind, als Reaktion auf eine Intensität der Vibration der Rotationswelle.
Rotationsmaschine nach Anspruch 8, wobei, wenn die Intensität einer Vibration der Rotationswelle zunimmt, die Steuereinrichtung ausgestaltet ist, die Anzahl der variablen Brecher zu erhöhen, welche von der Aufnahmeposition in die Vorsprungsposition zu versetzen sind, und eine Mehrzahl der variablen Brecher zu der Vorsprungsposition zu versetzen, derart dass die variablen Brecher in der Umfangrichtung abstandsgleich voneinander sind.