DE112017001730T5

DE112017001730T5 - Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112017001730T5
Application number: DE112017001730.0T
Authority: DE
Inventors: Takumi Hori; Hidekazu Uehara; Kentarou Saeki; Katsuhisa HAMADA
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-12-13
Anticipated expiration: 2037-03-01
Also published as: DE112017001730B4; CN108884724A; JP6612433B2; CN108884724B; KR20180115752A; KR102115284B1; US20190093514A1; JPWO2017169483A1; WO2017169483A1; US11028731B2

Abstract

In einer Dampfturbine mit einem Rotor (12) mit einem freien Seitenende, das durch ein Radiallager in einer Radialrichtung (nicht dargestellt) befestigt ist, und einem befestigten Seitenende, das durch ein Axiallager (16) in der Axialrichtung befestigt ist, und einem Gehäuse (11) mit einem befestigten Seitenende, das durch das Axiallager in der Axialrichtung (Rotoraxialrichtung) befestigt ist, ist eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung konfiguriert, um eine axiale Stellung des Gehäuses (11) in Bezug auf den Rotor (12) aufgrund einer Wärmeausdehnung zu regulieren. Die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung schließt Folgendes ein: eine Niederdruckgehäuseendplatte (11a), die eine Endplatte ist, die zu einer freien Seite in der Axialrichtung in einem Niederdruckgehäuse des Gehäuses (11) ausgerichtet ist und eine in Axialrichtung verformbare Diaphragmaform hat; und Betätigungselemente (17), die die Niederdruckgehäuseendplatte (11a) so verformen, dass sich die Niederdruckgehäuseendplatte (11a) in Axialrichtung zur freien Seite hin ausdehnt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung für eine Dampfturbine, die zum Beispiel in einem Kraftwerk zu verwenden ist.
Stand der Technik
Eine Dampfturbine wird verwendet, um einem Generator in beispielsweise einem Kraftwerk Antriebsleistung zuzuführen. Ein an der Dampfturbine vorgesehener Rotor ist in einer Radialrichtung durch ein Radiallager auf einer vorderen Seite eines Gehäuses befestigt, und ist in einer Axialrichtung durch ein Axiallager auf einer hinteren Seite des Gehäuses befestigt.
In der Dampfturbine sind der Rotor und ein Turbinengehäuse (inneres Gehäuse) aufgrund eines Phänomens, das als „Wärmeausdehnung“ bezeichnet wird, von dem Axiallager in der Rotoraxialrichtung in der Länge vergrößert. Ein durch die Wärmeausdehnung verursachter Verlagerungsbetrag ist auf der Rotorseite größer als auf der Gehäuseinnenseite. Hierbei wird eine Differenz zwischen dem durch die Wärmeausdehnung auf der Rotorseite verursachten Verlagerungsbetrag und demjenigen auf der Gehäuseinnenseite als „Wärmeausdehnungsdifferenz“ bezeichnet. Die Wärmeausdehnungsdifferenz verschlechtert den Turbinenwirkungsgrad.
Liste der Dokumente des Stands der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: JP 2013-234664 A
Patentdokument 2: JP 2013-170468 A

Kurzdarstellung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Zum Beispiel ist eine abreibbare ACC-Dichtung an einer Innenumfangsfläche eines Hochdruckturbinen-Dummyabschnitts in dem Gehäuse vorgesehen. Dichtungsdämme, die zur Rotorseite vorstehen, sind an der abreibbaren ACC-Dichtung in einem vorher festgelegten Intervall in der Rotoraxialrichtung ausgebildet. Ferner sind Dichtungsrippen, die zur Gehäuseseite vorstehen, an dem Rotor in einem vorher festgelegten Intervall in der Rotoraxialrichtung ausgebildet. Ferner sind die Dichtungsdämme, die an der abreibbaren ACC-Dichtung ausgebildet sind, und die Dichtungsrippen, die an dem Rotor ausgebildet sind, in der Rotoraxialrichtung getrennt voneinander ausgebildet.
Wenn jedoch die Wärmeausdehnungsdifferenz verursacht wird, werden die Dichtungsrippen und die Dichtungsdämme relativ zueinander versetzt, so dass die Dichtungsrippen mit den Dichtungsdämmen in Kontakt gebracht werden können. Daher ist es erforderlich, vorab einen großen Zwischenraum unter Berücksichtigung der Wärmeausdehnungsdifferenz zu bemessen. Jedoch wird mit dem Zwischenraum eine Austrittsmenge an dem Abschnitt erhöht, und somit wird der Turbinenwirkungsgrad verschlechtert.
Ferner besteht die Gefahr, dass die Dichtungsrippen bei der Verursachung der Wärmeausdehnungsdifferenz von den Dichtungsdämmen gelöst werden. Durch das Lösen wird eine Austrittsmenge zwischen den Dichtungsdämmen und den Dichtungsrippen erhöht, und der Wirkungsgrad der Dampfturbine wird verschlechtert.
Unterdessen ist eine Wellendichtung (wie etwa eine Labyrinthdichtung) an einer Innenumfangsfläche eines Hochdruckturbinen-Kaskadenabschnitts in dem Gehäuse vorgesehen. Die Wellendichtung weist eine Oberfläche auf, die dem Rotor gegenüberliegt und so ausgebildet ist, dass sie sich bei Annäherung an das Axiallager schrittweise an die Rotorseite annähert. Ferner ist an jeder Stufe der Oberfläche eine Dichtungsrippe ausgebildet, die zur Rotorseite vorsteht. Ferner weist eine Rotorlaufschaufel, die an dem Rotor vorgesehen ist, eine Oberfläche auf, die dem Gehäuse gegenüberliegt und so ausgebildet ist, dass sie sich bei Annäherung an das Axiallager schrittweise an die Gehäuseseite annähert. Ferner sind die Dichtungsrippen der Wellendichtung in optimalen Stellungen entsprechend den Stufen der Rotorlaufschaufel angeordnet.
Bei der Verursachung der Wärmeausdehnungsdifferenz werden jedoch die Dichtungsrippen der Wellendichtung aus den optimalen Stellungen verlagert, so dass die Dichtungsrippen von den Stufen der Rotorlaufschaufel gelöst werden können. Durch das Lösen wird eine Austrittsmenge zwischen den Dichtungsrippen und der Rotorlaufschaufel erhöht, und der Turbinenwirkungsgrad wird verschlechtert.
Um die vorstehend genannten Probleme zu lösen, gibt es als bestehende Technik ein Verfahren zum Regulieren von Stellungen des Gehäuses und des Rotors durch ein Betätigungselement entsprechend der Wärmeausdehnungsdifferenz.
In einem Fall, in dem die Wärmeausdehnungsdifferenz durch eine passive Steuerung auf der Rotorseite verstellt wird, gibt es ein Verfahren, bei dem beispielsweise eine Wellenverbindung (beispielsweise eine Zahnradkupplung oder eine Verbindung aus einem Material mit einem kleinen linearen Ausdehnungskoeffizienten) verwendet wird, die in der Lage ist, eine Wärmeausdehnung des Rotors zu absorbieren. Entsprechend wird die Wärmeausdehnungsdifferenz verringert. Jedoch wird bei diesem Verfahren keine Sensorrückkopplung durchgeführt. Somit besteht ein Problem darin, dass die Wärmeausdehnungsdifferenz nicht innerhalb eines Sollwertbereichs mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann.
In einem Fall, in dem die Wärmeausdehnungsdifferenz durch eine aktive Steuerung auf der Rotorseite reguliert wird, gibt es ein beispielsweise Verfahren des Drückens eines Lagerkissens durch einen Positionierungsmechanismus (Betätigungselement) von einer hinteren Oberfläche des Axiallagers. Entsprechend wird die Wärmeausdehnungsdifferenz reguliert. Bei diesem Verfahren muss das Betätigungselement jedoch ähnlich wie das Axiallager und andere Komponenten in das Gehäuse eingebaut werden. Somit kann im Fehlerfall keine prompte Maßnahme ergriffen werden. Außerdem besteht das Problem, dass es schwierig ist, das Verfahren auf eine bestehende Dampfturbine anzuwenden.
In einem Fall, in dem die Wärmeausdehnungsdifferenz durch eine passive Steuerung auf der Gehäuseseite reguliert wird, gibt es beispielsweise ein Verfahren, um eine Wärmeausdehnung eines Zugbalkens zu ermöglichen, so dass das an eine Basis gekoppelte innere Gehäuse ebenfalls eine Wärmeausdehnung erfährt. Entsprechend sind ein Wärmeausdehnungsbetrag des Innengehäuses und ein Wärmeausdehnungsbetrag des Rotors gleich, wodurch sich die Wärmeausdehnungsdifferenz verringert. Jedoch wird bei diesem Verfahren keine Sensorrückkopplung durchgeführt. Somit besteht ein Problem darin, dass die Wärmeausdehnungsdifferenz nicht innerhalb eines Sollwertbereichs mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann.
Daher ist es erwünscht, dass die Wärmeausdehnungsdifferenz durch aktive Steuerung auf der Gehäuseseite reguliert wird. Als ein solches Verfahren, wie es beispielsweise in dem vorstehend beschriebenen Patentdokument 1 beschrieben ist, wird die Wärmeausdehnungsdifferenz gemessen, und das gesamte Innengehäuse wird aktiv durch ein hydraulisches oder pneumatisches Betätigungselement bewegt. Entsprechend wird die Wärmeausdehnungsdifferenz verringert.
Jedoch ist eine Axiallast, die während eines normalen Betriebs oder eines Erdbebens erzeugt wird, übermäßig groß. Somit muss mit dem Verfahren, das in dem vorstehend beschriebenen Patentdokument 1 beschrieben ist, das Betätigungselement oder ein Reaktionskraftaufnehmer vergrößert werden, wenn die Axiallast durch das Betätigungselement getragen wird. Entsprechend besteht ein Problem darin, dass es schwierig ist, Einbauraum bereitzustellen. Ferner besteht die Gefahr eines Laufschaufelkontakts, wenn die Schubkraft des Betätigungselements verloren geht.
Angesichts der vorstehend genannten technischen Probleme hat die vorliegende Erfindung daher die Aufgabe, eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung bereitzustellen, bei der eine Axiallast durch Ankerbolzen aufgenommen und eine Wärmeausdehnungsdifferenz aufgehoben wird, so dass ein Turbinenwirkungsgrad verbessert werden kann.
Lösung des Problems
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, wird eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer ersten Erfindung bereitgestellt. In einer Dampfturbine mit einem Rotor mit einem freien Seitenende, das durch ein Radiallager in einer Radialrichtung befestigt ist, und einem befestigten Seitenende, das durch ein Axiallager in einer Axialrichtung befestigt ist, und einem Gehäuse mit einem befestigten Seitenende, das durch das Axiallager in der Axialrichtung befestigt ist, ist die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung konfiguriert, um eine axiale Stellung des Gehäuses in Bezug auf den Rotor aufgrund einer Wärmeausdehnung zu regulieren. Die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung umfasst: eine Niederdruckgehäuseendplatte, die eine Endplatte ist, die zu einer freien Seite in Axialrichtung in einem Niederdruckgehäuse des Gehäuses ausgerichtet ist und eine in Axialrichtung verformbare Diaphragmaform aufweist; und Betätigungselemente, die die Niederdruckgehäuseendplatte so verformen, dass sich die Niederdruckgehäuseendplatte in Axialrichtung zur freien Seite hin ausdehnt.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der ersten Erfindung eine Gehäusestellungregulierungsvorrichtung gemäß einer zweiten Erfindung. Das Gehäuse ist durch Ankerbolzen auf der befestigten Seite in Axialrichtung in Bezug auf die Niederdruckgehäuseendplatte befestigt.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der ersten Erfindung oder der zweiten Erfindung eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer dritten Erfindung. Die Betätigungselemente sind jeweils von der freien Seite in Axialrichtung aus mit beiden Enden der unteren Niederdruckgehäuseendplatte in der Radialrichtung und einer Horizontalrichtung verbunden.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der ersten Erfindung oder der zweiten Erfindung eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer vierten Erfindung. Das Radiallager ist an dem Gehäuse befestigt, das Arme aufweist, die sich jeweils von beiden Seiten in der Radialrichtung und der Horizontalrichtung erstrecken. Die Betätigungselemente sind jeweils von der befestigten Seite in Axialrichtung aus mit den Armen verbunden.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der ersten Erfindung oder der zweiten Erfindung eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer fünften Erfindung, die ferner Folgendes einschließt: einen ersten Sensor zum Messen einer Wärmeausdehnungsdifferenz, die eine Differenz aus einem Verlagerungsbetrag des Rotors und einem Verlagerungsbetrag des Gehäuses aufgrund der Wärmeausdehnung ist; und eine Steuerung zum Steuern der Betätigungselemente auf der Grundlage eines vom ersten Sensor erhaltenen Messwerts.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der fünften Erfindung eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer sechsten Erfindung, die ferner einen zweiten Sensor zum Messen der Schubkraft der Betätigungselemente einschließt. Die Steuerung steuert die Betätigungselemente derart, dass ein von dem zweiten Sensor erhaltener Messwert gleich oder kleiner als ein erster vorher festgelegter Wert wird.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der fünften Erfindung eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer siebten Erfindung, die ferner einen dritten Sensor zum Messen einer Verformungskraft der Niederdruckgehäuseendplatte einschließt. Die Steuerung steuert die Betätigungselemente derart, dass ein durch den dritten Sensor erhaltener Messwert gleich oder kleiner als ein zweiter vorher festgelegter Wert wird.
Um die vorstehend genannten Aufgabe zu lösen, umfasst die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer der fünften Erfindung eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer achten Erfindung, die ferner einen vierten Sensor zum Messen einer Vibration der Niederdruckgehäuseendplatte einschließt. Die Steuerung steuert die Betätigungselemente derart, dass ein von dem vierten Sensor erhaltener Messwert gleich oder kleiner als ein dritter vorher festgelegter Wert wird.
Um die vorstehend genannten Aufgabe zu lösen, umfasst die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer der fünften Erfindung eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer neunten Erfindung, die ferner einen fünften Sensor zum Messen eines Drehmoments des Rotors einschließt. Die Steuerung steuert die Betätigungselemente derart, dass auf Basis eines vom fünften Sensor erhaltenen Messwertes eine relative Stellung zwischen Gehäuse und Rotor in Axialrichtung zu einer Stellung wird, die eine maximale Leistung der Dampfturbine ermöglicht.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der fünften Erfindung eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer zehnten Erfindung, die ferner einen sechsten Sensor zum Messen einer Temperatur in dem Gehäuse einschließt. Die Steuerung steuert die Betätigungselemente derart, dass auf Basis eines vom sechsten Sensor erhaltenen Messwertes eine relative Stellung zwischen Gehäuse und Rotor in Axialrichtung zu einer Stellung wird, die eine maximale Leistung der Dampfturbine ermöglicht.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der dritten Erfindung eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer elften Erfindung. Das Gehäuse ist über eine Basisplatte auf der Basis befestigt. Reaktionskraftaufnehmer sind jeweils auf der freien Seite an beiden Enden der Niederdruckgehäuseendplatte in Radialrichtung und in Horizontalrichtung auf der Basis angeordnet. Untere Teile der Reaktionskraftaufnehmer erstrecken sich zu der Basisplatte hin und sind befestigt. Die Betätigungselemente sind zwischen den Reaktionskraftaufnehmern und der Niederdruckgehäuseendplatte angeordnet.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der dritten Erfindung eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer zwölften Erfindung. Die Reaktionskraftaufnehmer sind jeweils auf der freien Seite an beiden Enden der Niederdruckgehäuseendplatte in der Radialrichtung und der Horizontalrichtung auf der Basis befestigt. Die Betätigungselemente sind zwischen den Reaktionskraftaufnehmern und der Niederdruckgehäuseendplatte angeordnet.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vierten Erfindung eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer dreizehnten Erfindung. Reaktionskraftaufnehmer sind jeweils an befestigten Seiten der Arme auf der Basis befestigt. Die Betätigungselemente sind zwischen den Reaktionskraftaufnehmern und den Armen angeordnet.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der ersten Erfindung eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer vierzehnten Erfindung. Die Betätigungselemente sind in der Radialrichtung in einem äußersten Durchmesser der Niederdruckgehäuseendplatte angeordnet.
Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, umfasst die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der ersten Erfindung eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer fünfzehnten Erfindung. Die Niederdruckgehäuseendplatte ist in der Radialrichtung im Wesentlichen halbkreisförmig ausgedehnt und hat eine Form, bei der ein Umfang eines radialen Außenumfangs in der Axialrichtung geneigt ist.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
Mit der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Axiallast von den Ankerbolzen aufgenommen und die Wärmeausdehnungsdifferenz wird aufgehoben. Entsprechend kann der Turbinenwirkungsgrad verbessert werden.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht eines Gehäuses und eines Umfangs des Gehäuses einer Dampfturbine in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2A und 2B sind Ansichten zum Veranschaulichen eines Beispiels einer Form des Gehäuses einschließlich eines Diaphragmaabschnitts.
2A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie a-a von 1, und
2B ist eine perspektivische Ansicht des Gehäuses.
3A bis 3C sind schematische Ansichten des Gehäuses und des Umfangs des Gehäuses der Dampfturbine in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3A ist eine Teildraufsicht. 3B ist eine Seitenansicht. 3C ist eine Teilvorderansicht.
4A bis 4C sind schematische Ansichten zum Veranschaulichen von Einbaupositionen von Betätigungselementen in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4A ist eine Draufsicht.
4B ist eine Seitenansicht. 4C ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines von der gestrichelten Linie von 4B umgebenen Abschnitts.
5A und 5B entsprechen 2A und sind Ansichten zum Veranschaulichen eines Beispiels von Zugstellungen der Betätigungselemente und eines Ergebnisses einer Verformungsanalyse durch das FEM. 5A ist eine Ansicht eines Zustands vor einer Verformung, und 5B ist eine Ansicht eines Zustands nach der Verformung.
6 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Steuersystems für das Betätigungselement in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Schaltungsdiagramm zum Veranschaulichen eines Aufbaus einer Hydraulikeinheit, die durch eine Steuerung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu steuern ist.
8A bis 8C sind schematische Ansichten zum Veranschaulichen von Einbaupositionen von Betätigungselementen in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8A ist eine Draufsicht.
8B ist eine Seitenansicht. 8C ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines von der gestrichelten Linie von 8B umgebenen Abschnitts.
9 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die 4C entspricht, zum Veranschaulichen von Einbaupositionen von Betätigungselementen in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nun erfolgt eine detaillierte Beschreibung einer Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Erste Ausführungsform
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Gehäuses und eines Umfangs des Gehäuses einer Dampfturbine. Eine linke Seite des Zeichnungsblatts ist eine freie Seite, und eine rechte Seite des Zeichnungsblatts ist eine befestigte Seite. In 1 sind ein Radiallager zum Tragen einer freien Seite eines Rotors 12 und ein Axiallager zum Tragen einer befestigten Seite des Rotors 12 nicht dargestellt. Eine axiale Position der „Axiallager-Einbauposition“ wird jedoch durch die gestrichelte Linie angezeigt. Ferner zeigt der weiße durchgezogene Pfeil mit einem Ausgangspunkt von der gestrichelten Linie, der die Axiallager-Einbauposition anzeigt, an, dass der Rotor 12 von dem Ausgangspunkt ausgehend thermisch ausgedehnt ist. Die Ausrichtung des Pfeils gibt die Richtung der Wärmeausdehnung des Rotors 12 an.
Die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist konfiguriert, um eine Positionierungssteuerung auf der Gehäuseseite in der Axialrichtung auszuführen. Ferner befindet sich in dieser Ausführungsform im Gegensatz zum vorstehend beschriebenen Patentdokument 1 nicht das ganze Gehäuse 11 in einem in Axialrichtung völlig freien Zustand. Stattdessen ist das Gehäuse 11 durch Ankerbolzen an einer axialen Position des „Gehäuseankerpunkts“ befestigt, der durch die gestrichelte Linie in 1 angezeigt ist. Es ist zu beachten, dass der weiße durchgezogene Pfeil, der sich von der gestrichelten Linie des Gehäuseankerpunkts erstreckt, die Wärmeausdehnung des Gehäuses 11 anzeigt. Ferner zeigt der weiße durchgezogene Pfeil mit einem Ausgangspunkt von der gestrichelten Linie des Gehäuseankerpunkts an, dass das Gehäuse 11 von dem Ausgangspunkt ausgehend einer Wärmeausdehnung unterliegt. Die Ausrichtung des Pfeils gibt eine Richtung der Wärmeausdehnung des Gehäuses 11 an.
Ferner weist eine Platte (Niederdruckgehäuseendplatte) 11a (durch den gestrichelten Linienrahmen angezeigt) auf einer Endfläche eines Niederdruckgehäuses 11A, das zur freien Seite in Axialrichtung ausgerichtet ist, eine flexible Struktur in einer Diaphragmaform auf. An einer Außenoberfläche des Niederdruckgehäuses 11A ist eine Rippe 11B vorgesehen. Insbesondere ist in folgender Weise eine Auslegung für Festigkeit vorgesehen: Die Niederdruckgehäuseendplatte 11a, die den Einfluss der Druckverformung unterdrücken kann, wird in der Dicke reduziert, um an einem dickenreduzierten Abschnitt eine Verformung um ein Regulierungsmaß der Wärmeausdehnungsdifferenz von ±2 mm zu ermöglichen. Ferner wird die Niederdruckgehäuseendplatte 11a durch ein Betätigungselement verformt. Es ist zu beachten, dass die Niederdruckgehäuseendplatte 11a in einer im Wesentlichen halbkreisförmigen Form in einer Radialrichtung ausgedehnt ist und eine Form aufweist, in der ein Umfang eines radialen Außenumfangs in der Axialrichtung geneigt ist, wie in 1 dargestellt.
Das heißt, die Ankerbolzen nehmen eine Axiallast auf und ein Teil des Gehäuses 11 (die Niederdruckgehäuseendplatte 11a) wird in eine Diaphragmaform verformt, so dass ein Laufschaufelring im Inneren einer Positionierungsregulierung unterzogen wird.
Selbst wenn das Gehäuse 11 sich im völlig freien Zustand befindet, ist es erforderlich, dass alle auf das Gehäuse 11 ausgeübten Axiallasten (Lasten, die aufgrund einer Druckdifferenz, Wärmeausdehnung, Erdbebenbeschleunigung oder anderer Faktoren erzeugt werden) von dem Betätigungselement getragen werden. Somit entstehen Probleme wie beispielsweise ein Laufschaufelkontakt aufgrund von beispielsweise dem Schubkraftverlust des Betätigungselements und einer Größenzunahme des Betätigungselements. Daher wird in dieser Ausführungsform die Axiallast durch die Ankerbolzen aufgenommen, und der Teil des Gehäuses 11 (die Niederdruckgehäuseendplatte 11a) wird zu einer Diaphragmaform verformt, um dadurch eine Positionierungsregulierung auszuführen. Auf diese Weise wird Ausfallsicherheit in einem Notfall ermöglicht, und die Größe des Betätigungselements kann reduziert werden.
2A und 2B sind Ansichten zum Veranschaulichen eines Beispiels einer Form des Gehäuses, das einen Diaphragmaabschnitt aufweist. 2A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie a-a von 1, und 2B ist eine perspektivische Ansicht des Gehäuses. Die Niederdruckgehäuseendplatte 11a mit einer Diaphragmaform verbiegt sich, wenn ein starrer Abschnitt (Hochdruckgehäuse) 11b bewegt und zur freien Seite in der Axialrichtung verstellt wird. Auf diese Weise wird nur der starre Abschnitt (Hochdruckgehäuse) 11b bewegt und um ±2 mm verstellt, während das Gehäuse 11 durch den Anker befestigt ist.
3A bis 3C sind schematische Ansichten des Gehäuses 11 und des Umfangs des Gehäuses 11 der Dampfturbine. 3A ist eine Teildraufsicht. 3B ist eine Seitenansicht. 3C ist eine Teilvorderansicht. Ferner ist in 3B ein Axiallager 16 dargestellt. Ferner ist in 3A und 3B die gestrichelte Linie, welche die axiale Position des Verankerungspunktes des Gehäuses anzeigt, dargestellt. Ähnlich wie bei 1 liegt der Ausgangspunkt des weißen durchgezogenen Pfeils an der gestrichelten Linie. Ferner liegt der Ausgangspunkt des weißen durchgezogenen Pfeils, ähnlich wie der weiße Pfeil, dessen Ausgangspunkt die Axiallager-Einbauposition in 1 ist, am Axiallager 16.
Wie in 3A, 3B und 3C dargestellt, sind das Gehäuse 11, ein Lagergehäuse 13 des Radiallagers und das Axiallager 16 auf einer Basis 14 angeordnet. Wie in 3A dargestellt, ist das Gehäuse 11 an beiden Enden in der Rotorradialrichtung und einer Horizontalrichtung des Gehäuses 11 durch Ankerbolzen 15 an der Basis 14 befestigt, die in Bezug auf die Niederdruckgehäuseendplatte 11a auf der in Rotoraxialrichtung befestigten Seite angeordnet sind. Wie der weiße durchgezogene Pfeil in 3B zeigt, unterliegt das Gehäuse 11 von den Ankerbolzen 15 ausgehend einer Wärmeausdehnung in Rotoraxialrichtung.
Das Lagergehäuse 13 ist an dem Gehäuse 11 durch eine Stange (nicht dargestellt) befestigt. Ferner ist der Rotor 12 gegenüber dem Lagergehäuse 13 in Rotoraxialrichtung beweglich. Deshalb wird das Lagergehäuse 13 aufgrund der Wärmeausdehnung des Gehäuses 11 in der Rotoraxialrichtung bewegt. Es ist zu beachten, dass, wie durch den weißen durchgezogenen Pfeil angezeigt, der Rotor 12 (in 3 weggelassen) vom Axiallager 16 aus einer Wärmeausdehnung zur freien Seite unterliegt.
4A bis 4C sind schematische Ansichten zum Veranschaulichen von Einbaupositionen von Betätigungselementen 17 in der vorliegenden Ausführungsform. 4A ist eine Draufsicht. 4B ist eine Seitenansicht. 4C ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines von der gestrichelten Linie von 4B umgebenen Abschnitts. Es ist zu beachten, dass in 4A und 4B die Darstellung des Axiallagers weggelassen ist.
Wie in 4C dargestellt, sind die Ankerbolzen 15 so angeordnet, dass sie durch das Gehäuse 11, eine Basisplatte 14a und die Basis 14 verlaufen. Auf diese Weise ist das Gehäuse 11 über die Basisplatte 14a an der Basis 14 befestigt.
Ferner sind Reaktionskraftaufnehmer 18 jeweils auf der freien Seite an beiden Enden der Niederdruckgehäuseendplatte 11a in der Rotorradialrichtung und der Horizontalrichtung auf der Basis 14 angeordnet. Ferner erstrecken sich untere Teile der Reaktionskraftaufnehmer 18 zu der Basisplatte 14a hin, und die Erstreckungsteile der Reaktionskraftaufnehmer 18 und die Basisplatte 14a sind durch Schweißen, einen Bolzen oder dergleichen aneinander befestigt. Ferner sind die Betätigungselemente 17 zwischen den Reaktionskraftaufnehmern 18 und der Niederdruckgehäuseendplatte 11a angeordnet und befestigt. Das heißt, die Betätigungselemente 17 sind jeweils mit den beiden Enden der Niederdruckgehäuseendplatte 11a in der Rotorradialrichtung und der Horizontalrichtung verbunden.
In der Gehäusestelleinstellvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ziehen die Betätigungselemente 17 bei der Verursachung der Wärmeausdehnungsdifferenz die Niederdruckgehäuseendplatte 11a zur freien Seite (Wärmeausdehnungsrichtung). Wie durch die gestrichelten Linien in 4A und 4B angezeigt, wird die Niederdruckgehäuseendplatte 11a verformt, um sich in der Wärmeausdehnungsrichtung des Rotors (zu der freien Seite in der Rotorradialrichtung) auszudehnen. Dann werden das Gehäuse 11 und das Lagergehäuse 13, das an dem Gehäuse 11 befestigt ist, in der Wärmeausdehnungsrichtung des Rotors (zu der freien Seite in der Rotorradialrichtung) verlagert. Somit kann die Wärmeausdehnungsdifferenz aufgehoben werden.
Reaktionskräfte, die erzeugt werden, wenn die Betätigungselemente 17 die Niederdruckgehäuseendplatte 11a ziehen, werden von den Ankerbolzen 15 aufgenommen. Ferner wird beispielsweise eine Druckausführung für die Betätigungselemente 17 eingesetzt. Besonders bevorzugt wird beispielsweise eine hydraulische Hubvorrichtung eingesetzt, die auch bei Schwerlastarbeiten von mehreren hundert Tonnen, wie beispielsweise im Ofenbau, zum Einsatz kommt.
Insbesondere ist bei der Dampfturbine, die den Rotor 12 und das Gehäuse 11 enthält, die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform konfiguriert, um die axiale Stellung des Gehäuses 11, das in Bezug auf den Rotor 12 einer Wärmeausdehnung unterliegt, zu regulieren. Der Rotor 12 schließt ein freies Seitenende, das durch das Radiallager (nicht dargestellt) in der Radialrichtung befestigt ist, ein, und ein festes Seitenende ein, das durch das Axiallager 16 in der axialen Richtung befestigt ist. Das Gehäuse 11 schließt ein befestigtes Seitenende ein, das durch das Axiallager 16 in der Axialrichtung (Rotoraxialrichtung) befestigt ist. Die Gehäusestelleinstellvorrichtung schließt die Niederdruckgehäuseendplatte 11a und die Betätigungselemente 17 ein. Die Niederdruckgehäuseendplatte 11a ist eine Endplatte, die zur freien Seite in Axialrichtung in dem Niederdruckgehäuse des Gehäuses 11 ausgerichtet ist, und weist eine verformbare Diaphragmaform auf. Die Betätigungselemente 17 verformen die Niederdruckgehäuseendplatte 11a, so dass sich die Niederdruckgehäuseendplatte 11a in der Axialrichtung zu der freien Seite hin ausdehnt.
Ferner ist das Gehäuse 11 durch die Ankerbolzen 15 auf der befestigten Seite in Axialrichtung in Bezug auf die Niederdruckgehäuseendplatte 11a befestigt. Ferner sind die Betätigungselemente 17 von der freien Seite in Axialrichtung ausgehend jeweils mit beiden Enden der Niederdruckgehäuseendplatte 11a in der Radialrichtung und der Horizontalrichtung verbunden.
Ferner ist das Gehäuse 11 über die Basisplatte 14a auf der Basis 14 befestigt. Die Reaktionskraftaufnehmer 18 sind jeweils auf der freien Seite an den beiden Enden der Niederdruckgehäuseendplatte 11a in der Radialrichtung und der Horizontalrichtung auf der Basis 14 angeordnet. Die unteren Teile der Reaktionskraftaufnehmer 18 erstrecken sich zu der Basisplatte 14a hin und sind befestigt. Die Betätigungselemente 17 sind zwischen den Reaktionskraftaufnehmern 18 und der Rippe 11a angeordnet.
5A und 5B entsprechen 2A und sind Ansichten zum Veranschaulichen eines Beispiels von Zugpositionen der Betätigungselemente und eines Ergebnisses einer Verformungsanalyse durch das FEM. 5A ist eine Ansicht eines Zustands vor einer Verformung, und 5B ist eine Ansicht eines Zustands nach der Verformung. Wenn die Niederdruckgehäuseendplatte 11a an den Zugpositionen des Aktuators (äußerste Durchmesserstellung der Niederdruckgehäuseendplatte 11a) b, die in 5B dargestellt sind, gezogen wird, bedeutet dies im schlimmsten Fall, dass die Niederdruckgehäuseendplatte 11a maximal verformt wird, die maximale Spannung erhöht wird und ein Bewegungsbetrag des Endes des starren Abschnitts (Hochdruckgehäuse) 11b auf der freien Seite maximal ist. Als Ergebnis der Analyse unter dieser Bedingung beträgt die Spannung der Niederdruckgehäuseendplatte 11a an einem Schweißabschnitt bei höchstens 151,9 MPa und erfüllt die zulässige Spannung gleich oder kleiner als 199,9 MPa (1,5 σa). Das Ende des starren Abschnitts (Hochdruckgehäuse) 11b auf der freien Seite wird unter Minimalbedingungen um 2,2 mm bewegt, und somit ist davon auszugehen, dass ein erforderlicher Wärmeausdehnungsdifferenz-Bewegungsbetrag gesichert werden kann. Daher ist anzunehmen, dass, wenn die Betätigungselemente innerhalb des äußersten Durchmessers der Niederdruckgehäuseendplatte 11a in der Radialrichtung angeordnet sind und einen Zugvorgang durchführen, die Regulierung der Wärmeausdehnungsdifferenz ausgeführt werden kann.
Insbesondere wenn die Betätigungselemente an den starren Abschnitten (Hochdruckgehäuse) 11b angeordnet sind und einen Zugvorgang ausführen, wird die Regulierung der Wärmeausdehnungsdifferenz bezüglich Spannung und Steuergenauigkeit erleichtert.
6 ist ein Blockdiagramm zum Veranschaulichen eines Steuersystems für das Betätigungselement 17 in der vorliegenden Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass die Beschreibung des Betätigungselements 17 als Hydraulikzylinder erfolgt. Jedoch ist diese Ausführungsform nicht darauf beschränkt.
Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Struktur, wie in 6 veranschaulicht, schließt die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zum Steuern des Betätigungselements 17 einen Sensor 21, eine Steuerung 22 und eine Hydraulikeinheit 23 ein.
Als Sensor 21 wird zunächst eine Wärmeausdehnungsdifferenz-Messvorrichtung (oder Lagergehäuseverlagerungs-Messvorrichtung) zur Erfassung eines Erfassungswertes für die Rückkopplung verwendet. Der Wärmeausdehnungsdifferenzmesser ist in dem Lagergehäuse 13 befestigt und erfasst eine Stellung des Rotors 12, um eine Wärmedifferenz zwischen dem Gehäuse 11 und dem Rotor 12 zu messen. Es ist zu beachten, dass die Lagergehäuseverlagerungs-Messvorrichtung zum Messen eines Verlagerungsbetrags des Lagergehäuses 13 vorgesehen ist.
Ferner ist es zur Verbesserung der Zuverlässigkeit wünschenswert, dass als Sensor 21 auch andere Sensoren zusammen mit der Wärmeausdehnungsdifferenz-Messvorrichtung (oder Lagergehäuseverlagerungs-Messvorrichtung) verwendet werden. Als die anderen Sensoren kann ein Verwaltungssensor zur Überwachung und Auslösung (Abschaltung) eingesetzt werden, der je nach Situation überwacht, steuert oder sogar auslöst (abschaltet), so dass ein Befehlswert an das Betätigungselement 17 nicht zu groß wird. Ferner kann ein Vergleichsauswertungssensor verwendet werden, der einen Vergleich zwischen einem geplanten Wert und einem gemessenen Wert des Wirkungsgrades der Stromerzeugung durchführt und das Ergebnis auswertet.
Als Verwaltungssensor zur Überwachung und Auslösung werden beispielsweise ein oder mehrere Sensoren unter einem Betätigungselementschubkraftmesser (Wägezelle) zur Messung der Schubkraft des Betätigungselements 17 (Kraft einer Last eines Hydraulikzylinders), ein Verformungsmesser zur Messung einer Verformungskraft (Spannung) der Niederdruckgehäuseendplatte 11a und ein Beschleunigungsmesser zur Messung der Vibration der Niederdruckgehäuseendplatte 11a verwendet.
Als Vergleichsauswertungssensor werden beispielsweise eines oder beide des Folgenden verwendet: ein axialer Drehmomentmesser zur Messung des Drehmoments des Rotors 12 und ein Gehäuse-Thermometer zur Messung der Temperatur im Gehäuse 11.
Die Steuerung 22 steuert das Betätigungselement 17 durch die Hydraulikeinheit 23. Basierend auf dem gemessenen Wert der Wärmeausdehnungsdifferenz, die der Sensor 21 als Wärmeausdehnungsdifferenzmesser erhält (oder dem gemessenen Wert des Verlagerungsbetrags des Lagergehäuses 13, den der als Lagergehäuseverlagerungsmesser dienende Sensor 21 erhält), wird das Betätigungselement 17 so gesteuert, dass die Wärmeausdehnungsdifferenz 0 (oder ein im Voraus eingegebener Sollwert) wird. Speziell wird ein Steuerbetrag des Betätigungselements 17 berechnet und das Betätigungselement 17 wird durch die Hydraulikeinheit 23 gesteuert, so dass der Steuerbetrag des Betätigungselements 17 der Sollwert wird (wenn ferner eine Sollsteuergeschwindigkeit eingestellt wird und eine Verlagerungsgeschwindigkeit basierend auf dem Verlagerungsbetrag des Lagergehäuses 13 berechnet wird, kann das Ergebnis zum Steuern des Betätigungselements 17 verwendet werden).
Ferner führt die Steuerung 22, wenn als Sensor 21 außerdem der vorstehend beschriebene Betätigungselementschubmesser verwendet wird, eine Überwachung und Steuerung des Betätigungselements 17 durch, so dass der Messwert des Betätigungselements 17, der durch den als Betätigungselementschubmesser dienenden Sensor 21 erhalten wird, gleich oder kleiner wird als eine vorher festgelegte Kraft (erster vorher festgelegter Wert).
Ferner führt die Steuerung 22, wenn als Sensor 21 außerdem der vorstehend beschriebene Verformungskraftmesser verwendet wird, um die Stärke der Niederdruckgehäuseendplatte 11a zu überwachen, eine Überwachung und Steuerung des Betätigungselements 17 durch, so dass der durch den als Verformungskraftmesser dienenden Sensor 21 erhaltene Messwert der Verformungskraft der Niederdruckgehäuseendplatte 11a gleich oder kleiner wird als eine vorher festgelegte Verformung (zweiter vorher festgelegter Wert).
Ferner führt die Steuerung 22, wenn als Sensor 21 außerdem der vorstehend beschriebene Beschleunigungsmesser verwendet wird, eine Überwachung und Steuerung des Betätigungselements 17 durch, so dass der Messwert der Vibration der Niederdruckgehäuseendplatte 11a, der durch den als Beschleunigungsmesser dienenden Sensor 21 erhalten wird, gleich oder kleiner wird als eine vorher festgelegte Vibration (dritter vorher festgelegter Wert).
Ferner führt die Steuerung 22, wenn als Sensor 21 außerdem der axiale Drehmomentmesser verwendet wird, die Steuerung des Betätigungselements 17 durch, so dass, basierend auf dem Messwert des axialen Drehmoments, den der als axialer Drehmomentmesser dienende Sensor 21 erhält, eine relative Stellung zwischen dem Gehäuse 11 und dem Rotor 12 in der Rotoraxialrichtung eine Stellung wird, die die maximale Ausgangsleistung der Dampfturbine ermöglicht. Entsprechend wird die Wärmeausdehnungsdifferenz reguliert.
Ferner führt die Steuerung 22, wenn als Sensor 21 außerdem das Gehäuse-Thermometer verwendet wird, eine Steuerung des Betätigungselements 17 durch, so dass die relative Stellung zwischen dem Gehäuse 11 und dem Rotor 12 in der Rotoraxialrichtung basierend auf dem von dem als Gehäuse-Thermometer dienenden Sensor 21 erhaltenen Messwert der Gastemperatur im Gehäuse 11 zu einer Stellung wird, die den maximalen Wirkungsgrad der Dampfturbine ermöglicht. Entsprechend wird die Wärmeausdehnungsdifferenz reguliert.
Die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform schließt die Konfiguration wie vorstehend beschrieben ein. Wenn somit die Steuerung 22 das Steuern des Betätigungselements 17 durchführt, dehnt sich die Niederdruckgehäuseendplatte 11a in der Wärmeausdehnungsrichtung des Rotors aus, und die Wärmeausdehnungsdifferenz kann aufgehoben werden.
7 ist ein Schaltungsdiagramm zum Veranschaulichen eines Aufbaus der Hydraulikeinheit 23, die durch die Steuerung 22 zu steuern ist. Wie in 7 dargestellt, schließt die Hydraulikeinheit 23 einen Hydrauliktank 23a, einen Filter 23b, einen Motor 23c, eine Hydraulikpumpe 23d, ein Rückschlagventil 23e, ein Überdruckventil 23f, einen Druckmesser 23g, ein Magnetventil 23h, Vorsteuerventil 23i und 23j und Geschwindigkeitsregeldrosseln 23k und 23l ein.
Die Hydraulikpumpe 23d saugt Öl aus dem Hydrauliktank 23a durch den Filter 23b an und sendet das Öl zu der befestigten Seite der Hydraulikeinheit 23. Die Hydraulikpumpe 23d wird durch den Motor 23c betätigt, mit dem die Hydraulikpumpe 23d verbunden ist. Ferner ist auf der befestigten Seite der Hydraulikpumpe 23d die Hydraulikpumpe 23d zu dem Überdruckventil 23f und dem Magnetventil 23h (durch das Rückschlagventil 23e) parallel geschaltet. Ferner ist zwischen der Hydraulikpumpe 23d und dem Magnetventil 23h der Druckmesser 23g vorgesehen. Es ist zu beachten, dass das Überdruckventil 23f verhindert, dass ein Hydraulikdruck ansteigt und einen eingestellten Druck überschreitet.
Das Magnetventil 23h schaltet eine Strömungsrichtung des von der Hydraulikpumpe 23d gesendeten Öls zwischen zwei Richtungen um. An einem Teil des Magnetventils 23h auf der befestigten Seite sind das Vorsteuerventil 23i und die Geschwindigkeitsregeldrossel 23k vorgesehen. An einem anderen Teil des Magnetventils 23h auf der befestigten Seite sind das Vorsteuerventil 23j und die Geschwindigkeitsregeldrossel 231 vorgesehen.
In einem Fall, in dem die Pumpe beispielsweise aufgrund einer Stromunterbrechung gestoppt wird, sind die Vorsteuerventile 23i und 23j Ventile zum Einstellen des Betätigungselements 17 als Hydraulikzylinder, um seine Stellung aufrechtzuerhalten.
Die Geschwindigkeitsregeldrosseln 23k und 23l sind jeweils auf den befestigten Seiten der Vorsteuerventile 23i und 23j vorgesehen. Die Geschwindigkeitsregeldrossel 23k dient als Geschwindigkeitsregeldrossel (Zufuhrbemessungsventil), wenn das Gehäuse 11 durch das Betätigungselement 17 gedrückt wird. Ferner dient die Geschwindigkeitsregeldrossel 23k als Geschwindigkeitsregler, wenn beispielsweise aufgrund einer Druckänderung in dem Gehäuse 11 eine Stoßbelastung in einer Richtung des Drückens des Betätigungselements 17 von der Seite des Gehäuses 11 aus ausgeübt wird. Unterdessen dient die Geschwindigkeitsregeldrossel 23l als Geschwindigkeitsregeldrossel (Zufuhrbemessungsventil), wenn das Betätigungselement 17 das Gehäuse 11 zieht und positioniert.
Das heißt, dass in einem Fall, in dem das Betätigungselement 17 von hydraulischer (oder pneumatischer) Ausführung ist, die Vorsteuerventile 23i und 23j vorgesehen sind, so dass die Schubkraft des Betätigungselements 17 nicht durch beispielsweise eine Stromunterbrechung verloren geht. Die Geschwindigkeitsregeldrosseln 23k und 23l sind enthalten, um die Betriebsgeschwindigkeit zu regeln, so dass ein plötzlicher Betrieb des Betätigungselements 17 verhindert wird.
Die Beschreibung der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung erfolgte gemäß der vorliegenden vorstehend genannten Ausführungsform. In der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Wärmeausdehnungsdifferenz einer Sensorrückkopplung unterzogen und die Regulierung der Gehäusestellung wird durchgeführt. Entsprechend kann der Turbinenwirkungsgrad verbessert werden.
Ferner kann in der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform bei Ausübung einer großen Axiallast beispielsweise aufgrund eines Erdbebens die Last durch die Ankerbolzen anstelle der Betätigungselemente aufgenommen werden. Entsprechend kann ein schwerwiegender Unfall, wie beispielsweise ein Laufschaufelkontakt, vermieden werden.
Ferner wird das Gehäuse bei Fehlfunktionen des Betätigungselements in der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführung durch die Ankerbolzen befestigt. Entsprechend kann ein schwerwiegender Unfall, wie beispielsweise ein Laufschaufelkontakt, vermieden werden.
Ferner erfordern in der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Betätigungselemente nur Schubkraft zur Verformung des Gehäuses. Somit können kleine und kostengünstige Betätigungselemente verwendet werden.
Ferner kann die Dampfturbine durch die Verwendung der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform am maximalen Leistungsabgabepunkt oder am maximalen Wirkungsgrad betrieben werden.
Zweite Ausführungsform
Die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch Ändern von Montagepositionen der Betätigungselemente in der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erhalten. Nachstehend werden hauptsächlich Konfigurationen beschrieben, die sich von denen in der ersten Ausführungsform unterscheiden. Auf die Beschreibung für identische Konfigurationen wird soweit wie möglich verzichtet.
8A bis 8C sind schematische Ansichten zum Veranschaulichen von Einbaupositionen der Betätigungselemente in der vorliegenden Ausführungsform. 8A ist eine Draufsicht. 8B ist eine Seitenansicht. 8C ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines von der gestrichelten Linie von 8B umgebenen Abschnitts. Es ist zu beachten, dass in 8A und 8B die Darstellung des Axiallagers weggelassen ist.
Ein Lagergehäuse 33 des Radiallagers, das in der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist, wird durch teilweises Ändern der Form des Lagergehäuses 13 erhalten. Ferner sind die Betätigungselemente 27 mit dem Lagergehäuse 33 verbunden.
Ein Arm 33a ist so ausgebildet, dass er sich von jeder der beiden Seitenflächen des Lagergehäuses 33 in der Rotorradialrichtung und der Horizontalrichtung in der gleichen Richtung erstreckt. Die Betätigungselemente 27 sind von der in Rotoraxialrichtung befestigten Seite an den Armen 33a befestigt und drücken das Lagergehäuse 33 in der Wärmeausdehnungsrichtung des Rotors 12 (zur in Rotoraxialrichtung freien Seite).
Die Reaktionskraftaufnehmer 28 sind 29 auf der in Rotoraxialrichtung befestigten Seite mit festen Bolzen (wie beispielsweise Ankerbolzen) an der Basis 14 befestigt, und die Betätigungselemente 27 sind an den Reaktionskraftaufnehmern 28 befestigt. Es ist zu beachten, dass ein oder eine Mehrzahl von Bolzen 29 verwendet werden kann.
In der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform drücken bei der Verursachung der Wärmeausdehnungsdifferenz die Betätigungselemente 27 das Lagergehäuse 33 in der Wärmeausdehnungsrichtung des Rotors 12 (zur in Rotoraxialrichtung freien Seite). Wie durch die gestrichelten Linien in 8A und 8B angezeigt, wird die Niederdruckgehäuseendplatte 11a verformt, um sich in der Wärmeausdehnungsrichtung des Rotors 12 (zu der in Rotoraxialrichtung freien Seite) auszudehnen. Dabei werden das Gehäuse 11 und das Lagergehäuse 33 in der Wärmeausdehnungsrichtung des Rotors verschoben. Entsprechend kann die Wärmeausdehnungsdifferenz aufgehoben werden.
Es ist zu beachten, dass die Reaktionskräfte der Betätigungselemente 27 in diesem Fall von den Reaktionskraftaufnehmern 28 aufgenommen werden. Die Reaktionskraftaufnehmer 28 sind durch die Bolzen 29 befestigt und werden daher nicht durch die Reaktionskräfte der Betätigungselemente 27 bewegt.
Es ist zu beachten, dass, wenn das Lagergehäuse 33 (und das Gehäuse 11) in der Wärmeausdehnungsrichtung verstellt wird, eine Kraft von 2838 kN (etwa 290 tf) als Gleitreibung in Rotoraxialrichtung erforderlich ist. Wenn die zwei Betätigungselemente 27 das Lagergehäuse 33 gegen die Reibung drücken und ziehen, erfordert jedes Betätigungselement eine Schubkraft gleich oder größer als 1419 kN. Um die Schubkraft zu erreichen und eine kompakte Bauweise zu ermöglichen, werden hydraulische Betätigungselemente, die einen hohen Druck von 70 mPa ausüben, als Betätigungselemente 27 verwendet.
Das heißt, bei der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Radiallager (nicht dargestellt) an dem Gehäuse 11 befestigt und schließt das Lagergehäuse 33 mit den Armen 33a ein, die sich jeweils von beiden Seiten in der Radialrichtung und der Horizontalrichtung erstrecken. Die Betätigungselemente 27 sind jeweils von der befestigten Seite in Axialrichtung aus mit den Armen 33a verbunden.
Ferner sind die Reaktionskraftaufnehmer 28 jeweils an den befestigten Seiten der Arme 33a auf der Basis 14 befestigt, und die Betätigungselemente 27 sind zwischen den Reaktionskraftaufnehmern 28 und den Armen 33a angeordnet.
In der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Betätigungselemente 27 auf der Seite des Lagergehäuses 33 vorgesehen, und daher ist eine Höhe von der Basis an den Verbindungspositionen relativ klein. Somit kann die Größe der Reaktionskraftaufnehmer 28 reduziert werden. Ferner können Montagearbeiten oder andere Arbeiten erleichtert werden.
In der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Oberflächentemperatur des Lagergehäuses 33 gleich oder kleiner als etwa 60°, und die Betätigungselemente 27 sind mit dem Lagergehäuse 33 durch die Arme 33a verbunden. Somit können die Betätigungselemente 27 bei normaler Temperatur verwendet werden.
In der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die radiale Verformung des Lagergehäuses 33 aufgrund der Wärmeausdehnung vernachlässigbar, so dass es nicht erforderlich ist, Universalgelenke an den Betätigungselementen 27 und den Verbindungsabschnitten anzubringen.
Dritte Ausführungsform
Die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch Veränderung der Form der Reaktionskraftaufnehmer 18 in der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erhalten. Nachstehend werden hauptsächlich Konfigurationen beschrieben, die sich von denen in der ersten Ausführungsform unterscheiden. Auf die Beschreibung für identische Konfigurationen wird soweit wie möglich verzichtet.
9 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht, die 4C entspricht, zum Veranschaulichen von Veranschaulichungsstellungen der Betätigungselemente 17 in der vorliegenden Ausführungsform.
In der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Betätigungselemente 17 ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform jeweils mit beiden Enden der Niederdruckgehäuseendplatte 11a in der Rotorradialrichtung und der Horizontalrichtung verbunden.
Die Betätigungselemente 17 sind jeweils an den Reaktionskraftaufnehmern 38 befestigt, die jeweils auf der freien Seite an beiden Seiten der Niederdruckgehäuseendplatte 11a in der Horizontalrichtung auf der Basis 14 angeordnet sind. Die Reaktionskraftaufnehmer 38 sind an der Basis 14 durch feste Bolzen (wie beispielsweise Ankerbolzen) 39 befestigt.
Das heißt, dass in der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Reaktionskraftaufnehmer 38 jeweils auf der freien Seite an beiden Enden der Niederdruckgehäuseendplatte 11a in der Radialrichtung und der Horizontalrichtung auf der Basis 14 befestigt sind. Die Betätigungselemente 17 sind zwischen den Reaktionskraftaufnehmern 38 und der Niederdruckgehäuseendplatte 11a angeordnet.
In der Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die Betätigungselemente 17 die Niederdruckgehäuseendplatte 11a ziehen, die Niederdruckgehäuseendplatte 11a verformt, um sich in der Wärmeausdehnungsrichtung des Rotors 12 (zu der freien Seite in Axialrichtung) zu erstrecken. In diesem Fall werden die Reaktionskräfte der Betätigungselemente 17 von den Reaktionskraftaufnehmern 38 aufgenommen. Die Reaktionskraftaufnehmer 38 sind durch die Bolzen 39 befestigt und werden daher nicht durch die Reaktionskräfte der Betätigungselemente 17 bewegt. Auf diese Weise wird Spannung auf andere Teile ausgeübt und eine Verformung verhindert. Somit wird eine weitere hohe Verantwortung erreicht.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist für eine Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung für eine Dampfturbine geeignet, die zum Beispiel in einem Kraftwerk zu verwenden ist.
Bezugszeichenliste

11: Gehäuse
11A: Niederdruckgehäuse
11a: Niederdruckgehäuseendplatte
11B: Rippe
11b: starrer Abschnitt (Hochdruckgehäuse)
12: Rotor
13, 33: Lagergehäuse
14: Basis
14a: Basisplatte
15: Ankerbolzen
16: Axiallager
17, 27: Betätigungselement
18, 28, 38: Reaktionskraftaufnehmer
21: Sensor
22: Steuerung
23: Hydraulikeinheit
23a: Hydrauliktank
23b: Filter
23c: Motor
23d: Hydraulikpumpe
23e: Rückschlagventil
23f: Überdruckventil
23g: Druckmesser
23h: Magnetventil
23i, 23j: Vorsteuerventil
23k, 23l: Geschwindigkeitsregeldrossel
29, 39: Bolzen
33a: Arm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2013234664 A [0003]
JP 2013170468 A [0003]

Claims

Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung in einer Dampfturbine mit einem Rotor mit einem freien Seitenende, das durch ein Radiallager in einer Radialrichtung befestigt ist, und einem befestigten Seitenende, das durch ein Axiallager in einer Axialrichtung befestigt ist, und einem Gehäuse mit einem festen Seitenende, das durch das Axiallager in der Axialrichtung befestigt ist, wobei die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung konfiguriert ist, um eine axiale Stellung des Gehäuses in Bezug auf den Rotor aufgrund einer Wärmeausdehnung zu regulieren, wobei die Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Niederdruckgehäuseendplatte, die eine Endplatte ist, die zu einer freien Seite in Axialrichtung in einem Niederdruckgehäuse des Gehäuses ausgerichtet ist und eine Diaphragmaform aufweist, die in der Axialrichtung verformbar ist; und Betätigungselemente, die die Niederdruckgehäuseendplatte derart verformen, dass sich die Niederdruckgehäuseendplatte in der Axialrichtung zur freien Seite hin ausdehnt.
Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse durch Ankerbolzen an der befestigten Seite in Axialrichtung in Bezug auf die Niederdruckgehäuseendplatte befestigt ist.
Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Betätigungselemente jeweils von der freien Seite in Axialrichtung aus mit beiden Enden der Niederdruckgehäuseendplatte in der Radialrichtung und einer Horizontalrichtung verbunden sind.
Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Radiallager an dem Gehäuse befestigt ist, das Arme aufweist, die sich jeweils von beiden Seiten in der Radialrichtung und der Horizontalrichtung erstrecken, und die Betätigungselemente jeweils von der befestigten Seite in Axialrichtung aus mit den Armen verbunden sind.
Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: einen ersten Sensor zum Messen einer Wärmeausdehnungsdifferenz, die eine Differenz aus einem Verlagerungsbetrag des Rotors und einem Verlagerungsbetrag des Gehäuses aufgrund einer Wärmeausdehnung ist; und eine Steuerung zum Steuern der Betätigungselemente auf Basis eines von dem ersten Sensor erhaltenen Messwerts.
Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner einen zweiten Sensor zum Messen der Schubkraft der Betätigungselemente umfasst, wobei die Steuerung die Betätigungselemente derart steuert, dass ein von dem zweiten Sensor erhaltener Messwert gleich oder kleiner als ein erster vorher festgelegter Wert wird.
Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner einen dritten Sensor zum Messen einer Verformungskraft der Niederdruckgehäuseendplatte umfasst, wobei die Steuerung die Betätigungselemente derart steuert, dass ein von dem dritten Sensor erhaltener Messwert gleich oder kleiner als ein zweiter vorher festgelegter Wert wird.
Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner einen vierten Sensor zum Messen einer Vibration der Niederdruckgehäuseendplatte umfasst, wobei die Steuerung die Betätigungselemente derart steuert, dass ein von dem vierten Sensor erhaltener Messwert gleich oder kleiner als ein dritter vorher festgelegter Wert wird.
Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner einen fünften Sensor zum Messen eines Drehmoments des Rotors umfasst, wobei die Steuerung die Betätigungselemente derart steuert, dass auf Basis eines von dem fünften Sensor erhaltenen Messwert eine relative Stellung zwischen dem Gehäuse und dem Rotor in der Axialrichtung zu einer Stellung wird, die eine maximale Leistung der Dampfturbine ermöglicht.
Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner einen sechsten Sensor zum Messen einer Temperatur in dem Gehäuse umfasst, wobei die Steuerung die Betätigungselemente derart steuert, dass auf Basis eines von dem sechsten Sensor erhaltenen Messwert eine relative Stellung zwischen dem Gehäuse und dem Rotor in der Axialrichtung zu einer Stellung wird, die eine maximale Leistungsabgabe der Dampfturbine ermöglicht.
Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Gehäuse über eine Basisplatte auf der Basis befestigt ist, Reaktionskraftaufnehmer jeweils auf der freien Seite an beiden Enden der Niederdruckgehäuseendplatte in Radialrichtung und in Horizontalrichtung auf der Basis angeordnet sind, untere Teile der Reaktionskraftaufnehmer sich zur Basisplatte hin erstrecken und befestigt sind, und die Betätigungselemente zwischen den Reaktionskraftaufnehmern und der Niederdruckgehäuseendplatte angeordnet sind.
Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Reaktionskraftaufnehmer jeweils auf der freien Seite an beiden Enden der Niederdruckgehäuseendplatte in der Radialrichtung und der Horizontalrichtung auf der Basis befestigt sind, und die Betätigungselemente zwischen den Reaktionskraftaufnehmern und der Niederdruckgehäuseendplatte angeordnet sind.
Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Reaktionskraftaufnehmer jeweils an befestigten Seiten der Arme auf der Basis befestigt sind, und die Betätigungselemente zwischen den Reaktionskraftaufnehmern und den Armen angeordnet sind.
Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Betätigungselemente in der Radialrichtung in einem äußersten Durchmesser der Niederdruckgehäuseendplatte angeordnet sind.
Gehäusestellungsregulierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Niederdruckgehäuseendplatte in einer im Wesentlichen halbkreisförmigen Form in der Radialrichtung ausgedehnt ist und eine Form aufweist, in der ein Umfang eines radialen Außenumfangs in der Axialrichtung geneigt ist.