DE112020004297T5

DE112020004297T5 - Dampfturbine

Info

Publication number: DE112020004297T5
Application number: DE112020004297.9T
Authority: DE
Inventors: Makoto Kondo; Katsuhisa HAMADA
Original assignee: Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2022-06-23
Also published as: KR20220003015A; CN114008300A; WO2021049263A1; CN114008300B; KR102685988B1; JP2021042713A; US20220235674A1; JP7300944B2; US11859505B2

Abstract

Diese Dampfturbine ist versehen mit: einem Dampfturbinenrotor, der sich in einer Axialrichtung erstreckt; einem Paar von Lagern, die den Dampfturbinenrotor so lagern, dass er in der Lage ist, sich um die Axialrichtung zu drehen; einem Dampfturbinengehäuse, die den Dampfturbinenrotor zwischen dem Paar von Lagern einschließt; einer Gehäusestützeinheit, die das Dampfturbinengehäuse von unten stützt; und einer ersten Heizeinheit, die an der Gehäusestützeinheit vorgesehen ist und die in der Lage ist, die Gehäusestützeinheit zu erwärmen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Dampfturbine.
Priorität wird auf die japanische Patentanmeldung Nr. 2019-165348 beansprucht, die am 11. September 2019 eingereicht wurde und deren Inhalt hierin durch Verweis aufgenommen wird.
Stand der Technik
Die Dampfturbine enthält einen Dampfturbinenrotor, der sich um eine Achse dreht, ein Paar von Lagern, die beide Enden des Dampfturbinenrotors drehbar lagern, ein Dampfturbinengehäuse, die den Dampfturbinenrotor zwischen den Lagern abdeckt, und eine Gehäusestützeinheit, die das Dampfturbinengehäuse stützt. Der Dampfturbinenrotor weist einen säulenförmigen Rotorkörper, der sich entlang der Achse erstreckt, und mehrere Rotorschaufelstufen auf, die auf einer Außenumfangsfläche des Rotorkörpers vorgesehen sind. Mehrere stationäre Schaufelstufen, die so angeordnet sind, dass sie sich mit den Rotorschaufelstufen abwechseln, sind auf einer Innenumfangsfläche des Dampfturbinengehäuses vorgesehen (siehe das folgende Patentdokument 1).
Um die Leistung der Dampfturbine zu verbessern, ist es hier wichtig, den Zwischenraum zwischen dem als ein Drehkörper dienenden Dampfturbinenrotor und dem als ein stationärer Körper dienenden Dampfturbinengehäuse klein zu machen, um einen Verlust aufgrund von Dampfleckage zu reduzieren. Insbesondere ist es erforderlich, dass der Zwischenraum zwischen der Spitze jeder Rotorschaufelstufe und der Innenumfangsfläche des Dampfturbinengehäuses und dass der Zwischenraum zwischen der Spitze jeder stationären Schaufelstufe und der Außenumfangsfläche des Rotorkörpers so klein wie möglich ist.
Zitatliste
Patentliteratur
[PTL 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2009-052547 Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Unterdessen gibt es einen Fall, in dem der Dampfturbinenrotor und das Dampfturbinengehäuse entsprechend durch separate Stützstrukturen auf einem Boden gestützt werden. Da die Größe von thermischer Ausdehnung zwischen dem Dampfturbinenrotor und dem Dampfturbinengehäuse unterschiedlich ist, besteht in diesem Fall eine Möglichkeit, dass der Drehkörper und der stationäre Körper miteinander in Kontakt kommen, wenn die Dampfturbine gestartet oder gestoppt wird. Andererseits wird in einem Fall, in dem ein großer Zwischenraum im Voraus sichergestellt wird, um den Kontakt zu vermeiden, der Zwischenraum während Nennbetrieb übermäßig. Daher besteht eine Möglichkeit, dass sich die Leistung der Dampfturbine verschlechtert.
Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Dampfturbine mit weiter verbesserter Leistung vorzusehen, indem ein Zwischenraum klein gehalten wird.
Lösung für das Problem
Um die obigen Probleme zu lösen, enthält eine Dampfturbine gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Dampfturbinenrotor, der sich in einer Richtung einer Achse erstreckt; ein Paar von Lagern, die den Dampfturbinenrotor drehbar um die Achse lagern; ein Dampfturbinengehäuse, die den Dampfturbinenrotor zwischen dem Paar von Lagern umgibt; eine Gehäusestützeinheit, die das Dampfturbinengehäuse von unten stützt; und eine erste Heizeinheit, die bei der Gehäusestützeinheit vorgesehen ist und die in der Lage ist, die Gehäusestützeinheit zu erwärmen.
Eine Dampfturbine gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält einen Dampfturbinenrotor, der sich in einer Richtung einer Achse erstreckt; ein Paar von Lagern, die den Dampfturbinenrotor drehbar um die Achse lagern; ein Dampfturbinengehäuse, die den Dampfturbinenrotor zwischen dem Paar von Lagern umgibt; und eine Gehäusestützeinheit, die das Dampfturbinengehäuse von unten stützt. Das Dampfturbinengehäuse weist eine obere Gehäusehälfte und eine untere Gehäusehälfte auf, die durch miteinander Kombinieren von Flanschen davon verbunden sind, und die Dampfturbine enthält ferner eine zweite Heizeinheit, die an Seitenflächen der Flansche der oberen Gehäusehälfte und der unteren Gehäusehälfte befestigt ist und die in der Lage ist, die Flansche zu erwärmen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Dampfturbine mit weiter verbesserter Leistung vorgesehen werden, indem der Zwischenraum klein gehalten wird.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht, die eine Konfiguration einer Dampfturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration der Dampfturbine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, und ist eine Ansicht, die die Anordnung eines Dampfturbinenrotors zeigt.
3 ist ein Hardwarekonfigurationsdiagramm, das eine Konfiguration einer Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
4 ist ein Funktionsblockdiagramm, das eine Konfiguration der Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsfluss einer Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Beschreibung von Ausführungsformen

(Konfiguration von Dampfturbine)
Nachstehend wird eine Dampfturbine 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben. Wie in 1 und 2 gezeigt, enthält die Dampfturbine 100 einen Dampfturbinenrotor 1, ein Lager 2, ein Dampfturbinengehäuse 3, eine Gehäusestützeinheit 4, eine erste Heizeinheit 5, eine zweite Heizeinheit 6, ein Temperaturdetektionssystem T, eine Zwischenraumdetektionseinheit 7 und eine Steuervorrichtung 90.
Der Dampfturbinenrotor 1 weist eine sich in eine Richtung einer Achse Ax erstreckende Säulenform auf und wird von einem Lager 2 in einem um die Achse Ax drehbaren Zustand gelagert. Wie in 2 gezeigt, weist der Dampfturbinenrotor 1 einen säulenförmigen Rotorkörper 1S, der sich entlang der Achse Ax erstreckt, und eine Rotorschaufelstufe 1B auf, die an einer Außenumfangsfläche des Rotorkörpers 1S vorgesehen ist. Darüber hinaus zeigt 2 schematisch nur die Außenform der Rotorschaufelstufe 1B. Mehrere der Rotorschaufelstufen 1B sind in Abständen in der Richtung der Achse Ax auf der Außenumfangsfläche des Rotorkörpers 1S angeordnet.
Ein Lager 2 ist an jedem von beiden Endabschnitten des Dampfturbinenrotors 1 vorgesehen. Wie in 2 gezeigt, sind die Lager 2 Radiallager, die eine von dem Rotorkörper 1S ausgeübte Radiallast stützen. Das Lager 2 weist einen Lagerkörper 2H und ein Lagerstützelement 2S auf, das den Lagerkörper 2H stützt. Ein Endabschnitt des Rotorkörpers 1S wird durch den Lagerkörper 2H eingeführt. Darüber hinaus ist es zusätzlich zu dem als ein Radiallager dienenden Lager 2 auch möglich, ein Drucklager vorzusehen, das eine Last in der Richtung der Achse Ax stützt, auch wenn dies nicht detailliert gezeigt wird. Zusätzlich wird in 2 die Darstellung der oben erwähnten Gehäusestützeinheit 4 weggelassen.
Das Dampfturbinengehäuse 3 umgibt einen Abschnitt des Dampfturbinenrotors 1 zwischen den Lagern 2 von einer Außenumfangsseite. Das Dampfturbinengehäuse 3 weist eine obere Gehäusehälfte 31 und eine untere Gehäusehälfte 32, die in einer Auf- und Abwärtsrichtung miteinander verbunden sind, und eine stationäre Schaufelstufe 31S auf. Die obere Gehäusehälfte 31 weist eine halbzylindrische Form auf, die auf der Achse Ax zentriert ist, und weist einen oberen Gehäusehälftenkörper 31H, der sich nach unten öffnet, und eine obere Flanschhälfte 31F (Flansch) auf, die integral in dem oberen Gehäusehälftenkörper 31H vorgesehen ist. Die obere Flanschhälfte 31F ragt in einer Plattenform von dem Rand eines Öffnungsabschnitts des oberen Gehäusehälftenkörpers 31H zu der Außenseite hin in der horizontalen Ebene vor. Die obere Flanschhälfte 31F ist mit einem Stützabschnitt Sp zum Stützen der oberen Flanschhälfte 31F an der Gehäusestützeinheit 4 versehen, die unten beschrieben wird.
In ähnlicher Weise weist die untere Gehäusehälfte 32 eine halbzylindrische Form auf, die auf der Achse Ax zentriert ist, und weist einen unteren Gehäusehälftenkörper 32H, der sich nach oben öffnet, und eine untere Flanschhälfte 32F (Flansch) auf, die integral in dem unteren Gehäusehälftenkörper 32H vorgesehen ist. Die untere Flanschhälfte 32F ragt in einer Plattenform von dem Rand eines Öffnungsabschnitts des unteren Gehäusehälftenkörpers 32H zu der Außenseite hin in der horizontalen Ebene vor. Die untere Flanschhälfte 32F ist mit einem Stützabschnitt Sp zum Stützen der unteren Flanschhälfte 32F an der Gehäusestützeinheit 4 versehen, die unten beschrieben wird.
Das Dampfturbinengehäuse 3 wird gebildet, indem bewirkt wird, dass die obere Flanschhälfte 31F und die untere Flanschhälfte 32F aus der Auf- und Abwärtsrichtung aneinander anliegen. Ein Raum, der den oben erwähnten Dampfturbinenrotor 1 aufnimmt, ist innerhalb des Dampfturbinengehäuses 3 gebildet. Wie in 2 gezeigt ist, sind eine Innenumfangsfläche der oberen Gehäusehälfte 31 und eine Innenumfangsfläche der unteren Gehäusehälfte 32 mit der stationären Schaufelstufe 31S versehen, die in das Innere des Raums vorsteht. Obwohl nicht detailliert gezeigt, sind mehrere der stationären Schaufelstufen 31S abwechselnd mit den Rotorschaufelstufen 1B des Dampfturbinenrotors 1 in der Richtung der Achse Ax angeordnet. Zusätzlich ist das Dampfturbinengehäuse 3 mit einem Einlassloch 3H zum Leiten von Dampf von der Außenseite und einem Auslassloch 3E zum Ablassen von Dampf zu der Außenseite versehen.
Das so konfigurierte Dampfturbinengehäuse 3 wird von unten auf einem Ständer 40 durch die Gehäusestützeinheit 4 gestützt. Eine Gehäusestützeinheit 4 ist auf jeder Seite des Dampfturbinengehäuses 3 in der Richtung der Achse Ax vorgesehen. Der Ständer 40 ist mit einem nach unten vertieften Öffnungsabschnitt 40H gebildet, und der größte Teil der unteren Gehäusehälfte 32 des Dampfturbinengehäuses 3 ist in dem Öffnungsabschnitt 40H versenkt.
Die Gehäusestützeinheit 4 ist mit einer ersten Heizeinheit 5 zum Erwärmen der Gehäusestützeinheit 4 versehen. Insbesondere wird als die erste Heizeinheit 5 geeigneterweise eine elektrische Heizung verwendet, die aufgrund von Innenwiderstand Wärme erzeugt, wenn ein elektrischer Strom geleitet wird.
Darüber hinaus sind die obere Flanschhälfte 31F und die untere Flanschhälfte 32F, die oben erwähnt wurden, jeweils mit einer zweiten Heizeinheit 6 versehen. Die zweite Heizeinheit 6 erwärmt die obere Flanschhälfte 31F und die untere Flanschhälfte 32F. Die zweite Heizeinheit 6 ist an jeder von Seitenflächen (das heißt Flächen, die in eine horizontale Richtung weisen) der oberen Flanschhälfte 31F und der unteren Flanschhälfte 32F vorgesehen. Insbesondere wird als die zweite Heizeinheit 6 eine elektrische Heizung ähnlich der der ersten Heizeinheit 5 geeigneterweise verwendet.
Das Temperaturdetektionssystem T, das die Temperatur jedes Elements detektiert, ist bei dem Lager 2, dem oberen Gehäusehälftenkörper 31H, der oberen Flanschhälfte 31F, der unteren Flanschhälfte 32F, der Gehäusestützeinheit 4 und dem Stützabschnitt Sp vorgesehen. Insbesondere enthält das Temperaturdetektionssystem T eine Lagertemperaturdetektionseinheit 2T, die an dem Lager 2 (Lagerstützelement 2S) vorgesehen ist, eine Temperaturdetektionseinheit 31T für obere Flanschhälfte, die an der oberen Flanschhälfte 31F vorgesehen ist, eine Temperaturdetektionseinheit 32T für untere Flanschhälfte, die an der unteren Flanschhälfte 32F vorgesehen ist, eine Gehäusetemperaturdetektionseinheit 4T, die bei der Gehäusestützeinheit 4 vorgesehen ist, eine Temperaturdetektionseinheit HT für obere Gehäusehälfte, die bei dem oberen Gehäusehälftenkörper 31H vorgesehen ist, und eine Temperaturdetektionseinheit ST für Stützabschnitt, die bei dem Stützabschnitt vorgesehen ist. Das Temperaturdetektionssystem T detektiert die Temperatur eines Objekts und gibt den Detektionswert als ein elektrisches Signal in eine nachfolgend zu beschreibende Steuervorrichtung 90 ein. Das heißt, das Temperaturdetektionssystem T ist elektrisch mit der Steuervorrichtung 90 durch eine Signalleitung (nicht gezeigt) oder eine drahtlose Leitung verbunden.
Darüber hinaus ist, wie in 2 gezeigt, die Zwischenraumdetektionseinheit 7, die den Zwischenraum zwischen dem Dampfturbinenrotor 1 und des Dampfturbinengehäuses 3 detektiert, in dem Dampfturbinengehäuse 3 vorgesehen. Genauer gesagt, detektiert die Zwischenraumdetektionseinheit 7 die Größe des Zwischenraums zwischen einer Spitze der Rotorschaufelstufe 1B und einer Innenumfangsfläche des Dampfturbinengehäuses 3. Die Größe des von der Zwischenraumdetektionseinheit 7 detektierten Zwischenraums wird als ein elektrisches Signal in die Steuervorrichtung 90 eingegeben.
(Konfiguration von Steuervorrichtung)
Die Steuervorrichtung 90 schaltet die Betriebszustände der ersten Heizeinheit 5 und der zweiten Heizeinheit 6 auf der Grundlage der jeweiligen Detektionswerte um, die von dem Temperaturdetektionssystem T und der Zwischenraumdetektionseinheit 7, die oben erwähnt wurden, eingegeben werden. Der Betrieb der ersten Heizeinheit 5 und der zweiten Heizeinheit 6 kann zwischen einem EIN-Zustand, in dem Erwärmen durch Zuführen eines elektrischen Stroms möglich ist, und einem AUS-Zustand, in dem Erwärmen durch Unterbrechen des elektrischen Stroms nicht möglich ist, umgeschaltet werden. Die Steuervorrichtung 90 führt Umschalten zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand auf der Grundlage jedes Detektionswerts durch.
Wie in 3 gezeigt, ist die Steuervorrichtung 90 ein Computer, der eine Zentraleinheit (central processing unit, CPU) 91, einen Festspeicher (read only memory, ROM) 92, einen Arbeitsspeicher (random access memory, RAM) 93, ein Festplattenlaufwerk (hard disk drive, HDD) 94 und ein Signalempfangsmodul 95 (input/output, I/O: Eingang/Ausgang) enthält. Das Signalempfangsmodul 95 empfängt elektrische Signale von dem Temperaturdetektionssystem T und der Zwischenraumdetektionseinheit 7. Das Signalempfangsmodul 95 kann ein verstärktes Signal beispielsweise via einen Ladungsverstärker oder dergleichen empfangen. Darüber hinaus fungiert die CPU 91 der Steuervorrichtung 90, wie in 4 gezeigt, als eine Steuereinheit 81, eine Speichereinheit 82, eine Bestimmungseinheit 83, eine Eingabeeinheit 84 und eine Heizsteuereinheit 85 durch Ausführen eines im Voraus in der CPU 91 gespeicherten Programms. Die Steuereinheit 81 steuert andere Funktionseinheiten, die bei der Steuervorrichtung 90 vorgesehen sind.
Die Speichereinheit 82 speichert die Solltemperatur der Gehäusestützeinheit 4, wenn sie durch die erste Heizeinheit 5 erwärmt wird. Darüber hinaus speichert die Speichereinheit 82 die Solltemperaturen der oberen Flanschhälfte 31F und der unteren Flanschhälfte 32F, wenn die Flansche durch die zweite Heizeinheit 6 erwärmt werden. Darüber hinaus speichert die Speichereinheit 82 einen Sollwert der Größe des Zwischenraums zwischen dem Dampfturbinengehäuse 3 und dem Dampfturbinenrotor 1.
Die Bestimmungseinheit 83 bestimmt die Größe von jeweiligen Detektionswerten des Temperaturdetektionssystems T und der Zwischenraumdetektionseinheit 7, die via die Eingabeeinheit 84 empfangen wurden, und jeweiligen Sollwerten. In einem Fall, in dem die Bestimmungseinheit 83 bestimmt, dass jeder Detektionswert kleiner als jeder Sollwert ist, schaltet die Heizsteuereinheit 85 zumindest eine von der ersten Heizeinheit 5 und der zweiten Heizeinheit 6 ein. Dementsprechend wird mindestens eine von der Gehäusestützeinheit 4 und des Dampfturbinengehäuses 3 erwärmt, um thermische Ausdehnung zu bewirken.
Genauer gesagt, wenn die Gehäusestützeinheit 4 durch die erste Heizeinheit 5 erwärmt wird, expandiert das Dampfturbinengehäuse 3 aufgrund der thermischen Ausdehnung in der Auf- und Abwärtsrichtung. Wenn die obere Flanschhälfte 31F und die untere Flanschhälfte 32F durch die zweite Heizeinheit 6 erwärmt werden, expandiert das Dampfturbinengehäuse 3 in der Richtung der Achse Ax. Durch Kombinieren dieser Phänomene wird der Zwischenraum zwischen dem Dampfturbinengehäuse 3 und dem Dampfturbinenrotor 1 angepasst.
Andererseits schaltet die Heizsteuereinheit 85 in einem Fall, in dem die Bestimmungseinheit 83 bestimmt, dass jeder Detektionswert größer als jeder Sollwert ist, zumindest eine von der ersten Heizeinheit 5 und der zweiten Heizeinheit 6 aus. Dementsprechend wird mindestens eine von der Gehäusestützeinheit 4 und des Dampfturbinengehäuses 3 von der thermischen Ausdehnung, die bisher aufgetreten ist, eliminiert und zieht sich zusammen.
Genauer gesagt, wenn das Erwärmen der Gehäusestützeinheit 4 durch die erste Heizeinheit 5 gestoppt wird, zieht sich das Dampfturbinengehäuse 3 aufgrund der Eliminierung der thermischen Ausdehnung in der Auf- und Abwärtsrichtung zusammen. Wenn das Erwärmen der oberen Flanschhälfte 31F und der unteren Flanschhälfte 32F durch die zweite Heizeinheit 6 beendet wird, zieht sich das Dampfturbinengehäuse 3 in der Richtung der Achse Ax zusammen. Durch Kombinieren dieser Phänomene wird der Zwischenraum zwischen dem Dampfturbinengehäuse 3 und dem Dampfturbinenrotor 1 angepasst.
Darüber hinaus ist es wünschenswert, dass die Temperaturdetektion jedes Teils durch das Temperaturdetektionssystem T vorranging vor der Zwischenraumdetektion durch die Zwischenraumdetektionseinheit 7 durchgeführt wird. Dies liegt daran, dass ein Temperatursensor, der als das Temperaturdetektionssystem T verwendet wird, im Allgemeinen eine höhere Haltbarkeit als ein Abstandsmesssensor des kontaktlosen Typs, der als die Zwischenraumdetektionseinheit 7 verwendet wird, aufweist. Das heißt, durch gleichzeitiges Detektieren der Temperatur via das Temperaturdetektionssystem T können die Redundanz und die Ausfallsicherheit im Vergleich zu beispielsweise einem Fall, in dem der Zwischenraum nur durch die Zwischenraumdetektionseinheit 7 angepasst wird, verbessert werden.
Nachfolgend wird bei dem Betrieb der Steuervorrichtung 90 insbesondere der Betrieb beim Starten der Dampfturbine 100 unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Wie in der Figur gezeigt, werden in diesem Steuerfluss die Betriebszustände der ersten Heizeinheit 5 und der zweiten Heizeinheit 6 auf der Grundlage der Last der Dampfturbine 100 umgeschaltet. Zuerst schaltet die Steuervorrichtung 90 die erste Heizeinheit 5 und die zweite Heizeinheit 6 vor dem Start der Dampfturbine 100 (vor dem Start) ein (Schritte Sil und S12) . Dementsprechend erfolgt die thermische Ausdehnung (Expansion) in der Auf- und Abwärtsrichtung und in der Richtung der Achse Ax in dem Dampfturbinengehäuse 3. Das heißt, vor dem Start der Dampfturbine 100 wird der oben erwähnte Zwischenraum vergrößert.
Danach wird die Dampfturbine 100 gestartet. Gleichzeitig mit dem Start der Dampfturbine 100 schaltet die Steuervorrichtung 90 die erste Heizeinheit 5 aus (Schritt S2). Die zweite Heizeinheit 6 behält den EIN-Zustand bei. Nachfolgend, wenn der Detektionswert durch das Temperaturdetektionssystem T oder der Detektionswert durch die Zwischenraumdetektionseinheit 7 einen vorbestimmten Sollwert (Temperatursollwert oder Zwischenraumsollwert) erreicht (Schritt S31, Schritt S32: Ja), schaltet die Steuervorrichtung 90 die erste Heizeinheit 5 wieder ein (Schritt S41) und schaltet die zweite Heizeinheit 6 aus (Schritt S42). Nachfolgend, wenn der Detektionswert durch das Temperaturdetektionssystem T oder der Detektionswert durch die Zwischenraumdetektionseinheit 7 erneut einen vorbestimmten Sollwert (Temperatursollwert oder Zwischenraumsollwert) erreicht (Schritt S51: Ja), schaltet die Steuervorrichtung 90 die erste Heizeinheit 5 wieder aus (Schritt S52). Dementsprechend ist der Start der Dampfturbine 100 abgeschlossen.
(Arbeitseffekte)
Wenn die Dampfturbine 100 gestartet wird, wird der Dampfturbinenrotor 1 aufgrund eines Unterschieds von Wärmekapazität früher als das Dampfturbinengehäuse 3 durch die thermische Ausdehnung leicht nach oben verschoben. Aufgrund dieser Verschiebung besteht eine Möglichkeit, dass der Zwischenraum zwischen dem Dampfturbinenrotor 1 und dem Dampfturbinengehäuse 3 übermäßig klein wird. Bei der obigen Konfiguration kann jedoch die thermische Ausdehnung in dem Dampfturbinengehäuse 3 durch Erwärmen der Gehäusestützeinheit 4 mit der ersten Heizeinheit 5 bewirkt werden. Dementsprechend kann der obige Zwischenraum aufrechterhalten werden.
Insbesondere gibt es einen Fall, in dem die thermische Ausdehnung in der Richtung der Achse Ax in dem Dampfturbinenrotor 1 auftritt. Gemäß der obigen Konfiguration kann selbst in einem Fall, in dem die thermische Ausdehnung in der Richtung der Achse Ax aufgetreten ist, die thermische Ausdehnung in der Richtung der Achse Ax auch in dem Dampfturbinengehäuse 3 durch Erwärmen der Flansche (die obere Flanschhälfte 31F und die untere Flanschhälfte 32F) mit der zweiten Heizeinheit 6 bewirkt werden. Dementsprechend kann die relative Position zwischen dem Dampfturbinenrotor 1 und dem Dampfturbinengehäuse 3 in der Richtung der Achse Ax aufrechterhalten werden.
Darüber hinaus können gemäß der obigen Konfiguration der EIN-Zustand und der AUS-Zustand der ersten Heizeinheit 5 und der zweiten Heizeinheit 6 auf der Grundlage der Temperatur jedes Teils, die durch das Temperaturdetektionssystem T detektiert wird, umgeschaltet werden. Dementsprechend können die erste Heizeinheit 5 und die zweite Heizeinheit 6 in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Dampfturbine 100 in geeigneter Weise betrieben werden.
Zusätzlich dehnt sich nach dem Start der Dampfturbine 100 zunächst der Dampfturbinenrotor 1 thermisch weiter als das Dampfturbinengehäuse 3 aus. Daher ist es wünschenswert, die thermische Ausdehnung in dem Dampfturbinengehäuse 3 im Voraus zu bewirken, indem die erste Heizeinheit 5 vor dem Start der Dampfturbine 100 eingeschaltet wird. Dementsprechend kann der Zwischenraum aufrechterhalten werden. Andererseits kann während einer gewissen Periode unmittelbar nach Starten der Dampfturbine 100 die thermische Ausdehnung des Dampfturbinengehäuses 3 die thermische Ausdehnung des Dampfturbinenrotors 1 überschreiten. Daher ist es durch Ausschalten der ersten Heizeinheit 5 gleichzeitig mit dem Start der Dampfturbine 100 wie bei der obigen Konfiguration möglich, übermäßige thermische Ausdehnung des Dampfturbinengehäuses 3 zu unterdrücken. Wenn sich die Gehäusetemperatur aufgrund des schnellen Einströmens von Hochtemperaturdampf in das Turbinengehäuse geändert hat, befindet sich darüber hinaus der Dampfturbinenrotor 1 in einem Zustand, in dem er sich thermisch weiter als das Dampfturbinengehäuse 3 ausgedehnt hat. Daher kann wie bei der obigen Konfiguration, wenn der Temperaturdetektionswert oder der Zwischenraumdetektionswert den Sollwert erreicht hat, die erste Heizeinheit 5 wieder eingeschaltet werden, um den Unterschied von thermischer Ausdehnung zwischen dem Dampfturbinenrotor 1 und dem Dampfturbinengehäuse 3 zu minimieren.
Zusätzlich kann gemäß der obigen Konfiguration durch Einschalten der zweiten Heizeinheit 6 vor dem Start der Dampfturbine 100 bewirkt werden, dass sich das Dampfturbinengehäuse 3 im Voraus thermisch in der Richtung der Achse Ax ausdehnt. Dementsprechend kann die relative Position zwischen dem Dampfturbinenrotor 1 und dem Dampfturbinengehäuse 3 nach dem Start in der Richtung der Achse Ax aufrechterhalten werden.
Hier ist die Größe der in dem Lager 2 auftretenden thermischen Ausdehnung in der Auf- und Abwärtsrichtung proportional zu der Temperatur des Lagers 2. Gemäß der obigen Konfiguration ist es durch Detektieren der Temperatur des Lagers 2 mit der Lagertemperaturdetektionseinheit 2T möglich, die Verschiebung zu kennen, die durch die thermische Ausdehnung verursacht wird, die in dem Lager 2 aufgetreten ist.
Darüber hinaus ist die Größe der in der Gehäusestützeinheit 4 auftretenden thermischen Ausdehnung in der Auf- und Abwärtsrichtung proportional zu der Temperatur der Gehäusestützeinheit 4. Gemäß der obigen Konfiguration ist es durch Detektieren der Temperatur der Gehäusestützeinheit 4 mit der Gehäusetemperaturdetektionseinheit 4T möglich, die Verschiebung zu kennen, die durch die thermische Ausdehnung verursacht wird, die in der Gehäusestützeinheit 4 aufgetreten ist.
Darüber hinaus ist die Größe der in dem Dampfturbinengehäuse 3 auftretenden thermischen Ausdehnung in der Richtung der Achse Ax proportional zu der Temperatur des Flansches. Gemäß der obigen Konfiguration ist es durch Detektieren der Temperatur des Flansches mit den Flanschtemperaturdetektionseinheiten 31T und 32T möglich, die Verschiebung aufgrund der thermischen Ausdehnung in der Richtung der Achse Ax zu kennen, die in dem Dampfturbinengehäuse 3 aufgetreten ist.
Darüber hinaus kann gemäß der obigen Konfiguration durch Umschalten des EIN-Zustands und des AUS-Zustands der ersten Heizeinheit 5 auf der Grundlage der Größe des Zwischenraums der Zwischenraum zwischen dem Dampfturbinenrotor 1 und dem Dampfturbinengehäuse 3 größer sein als aktiv optimiert.
(Andere Ausführungsformen)
Die Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Eine spezifische Konfiguration ist jedoch nicht auf die Ausführungsform beschränkt, und enthält Konstruktionsänderungen oder dergleichen, ohne von dem Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
<Zusätzliche Hinweise>
Die in den jeweiligen Ausführungsbeispielen beschriebenen Dampfturbinen werden beispielsweise wie folgt verstanden.

(1) Eine Dampfturbine 100 gemäß einem ersten Aspekt enthält einen Dampfturbinenrotor 1, der sich in einer Richtung einer Achse Ax erstreckt, ein Paar von Lagern 2, die den Dampfturbinenrotor 1 drehbar um die Achse Ax lagern, ein Dampfturbinengehäuse 3, die den Dampfturbinenrotor 1 zwischen dem Paar von Lagern 2 umgibt, eine Gehäusestützeinheit 4, die das Dampfturbinengehäuse 3 von unten stützt, und eine erste Heizeinheit 5, die bei der Gehäusestützeinheit 4 vorgesehen ist und die in der Lage ist, die Gehäusestützeinheit 4 zu erwärmen.

Wenn die Dampfturbine 100 gestartet wird, wird der Dampfturbinenrotor 1 aufgrund eines Unterschieds von Wärmekapazität früher als das Dampfturbinengehäuse 3 durch die thermische Ausdehnung leicht nach oben verschoben. Aufgrund dieser Verschiebung besteht eine Möglichkeit, dass der Zwischenraum zwischen dem Dampfturbinenrotor 1 und dem Dampfturbinengehäuse 3 übermäßig klein wird. Bei der obigen Konfiguration kann jedoch die thermische Ausdehnung in dem Dampfturbinengehäuse 3 durch Erwärmen der Gehäusestützeinheit 4 mit der ersten Heizeinheit 5 bewirkt werden. Dementsprechend kann der obige Zwischenraum aufrechterhalten werden.
(2) Bei der Dampfturbine 100 gemäß einem zweiten Aspekt weist das Dampfturbinengehäuse 3 eine obere Gehäusehälfte 31 und eine untere Gehäusehälfte 32 auf, die durch miteinander Kombinieren von Flanschen 31F und 32F davon verbunden sind, und die Dampfturbine enthält ferner eine zweite Heizeinheit 6, die an Seitenflächen der Flansche 31Fund 32F der oberen Gehäusehälfte 31 und der unteren Gehäusehälfte 32 befestigt ist und die in der Lage ist, die Flansche 31F und 32F zu erwärmen.
Wenn die Dampfturbine 100 gestartet wird, fährt der Dampfturbinenrotor 1 aufgrund des Unterschieds in Wärmekapazität thermisch früher aus als das Dampfturbinengehäuse 3. Insbesondere gibt es einen Fall, in dem die thermische Ausdehnung in der Richtung der Achse Ax in dem Dampfturbinenrotor 1 auftritt. Gemäß der obigen Konfiguration kann selbst in einem Fall, in dem die thermische Ausdehnung in der Richtung der Achse Ax aufgetreten ist, die thermische Ausdehnung in der Richtung der Achse Ax auch in dem Dampfturbinengehäuse 3 durch Erwärmen der Flansche 31F und 32F mit der zweiten Heizeinheit 6 bewirkt werden. Dementsprechend kann die relative Position zwischen dem Dampfturbinenrotor 1 und dem Dampfturbinengehäuse 3 in der Richtung der Achse Ax aufrechterhalten werden.
(3) Die Dampfturbine 100 gemäß einem dritten Aspekt enthält ferner ein Temperaturdetektionssystem T, das die Temperatur von mindestens einem von dem Lager 2, den Flanschen 31F und 32F und der Gehäusestützeinheit 4 detektiert, und eine Steuervorrichtung 90, die auf der Grundlage eines Detektionsergebnisses des Temperaturdetektionssystems T Umschalten zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand der ersten Heizeinheit 5 und der zweiten Heizeinheit 6 durchführt.
Gemäß der obigen Konfiguration können der EIN-Zustand und der AUS-Zustand der ersten Heizeinheit 5 und der zweiten Heizeinheit 6 auf der Grundlage der Temperatur jedes Teils, die durch das Temperaturdetektionssystem T detektiert wird, umgeschaltet werden.Dementsprechend können die erste Heizeinheit 5 und die zweite Heizeinheit 6 in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Dampfturbine 100 in geeigneter Weise betrieben werden.
(4) In der Dampfturbine 100 gemäß einem vierten Aspekt schaltet die Steuervorrichtung 90 die erste Heizeinheit 5 vor dem Start der Dampfturbine 100 ein, schaltet die erste Heizeinheit 5 aus, wenn die Dampfturbine 100 gestartet wird, und schaltet die erste Heizeinheit 5 wieder ein, wenn das Detektionsergebnis des Temperaturdetektionssystems T einen vorbestimmten Sollwert erreicht hat.
Nach dem Start der Dampfturbine 100 dehnt sich zunächst der Dampfturbinenrotor 1 thermisch weiter aus als das Dampfturbinengehäuse 3. Daher ist es wünschenswert, die thermische Ausdehnung in dem Dampfturbinengehäuse 3 im Voraus zu bewirken, indem die erste Heizeinheit 5 vor dem Start der Dampfturbine 100 eingeschaltet wird. Dementsprechend kann der Zwischenraum aufrechterhalten werden. Andererseits kann während einer gewissen Periode unmittelbar nach Starten der Dampfturbine 100 die thermische Ausdehnung des Dampfturbinengehäuses 3 die thermische Ausdehnung des Dampfturbinenrotors 1 überschreiten. Daher ist es durch Ausschalten der ersten Heizeinheit 5 bei dem Start der Dampfturbine 100 wie bei der obigen Konfiguration möglich, übermäßige thermische Ausdehnung des Dampfturbinengehäuses 3 zu unterdrücken. Darüber hinaus befindet sich, wenn das Detektionsergebnis des Temperaturdetektionssystems T den vorbestimmten Sollwert erreicht hat, der Dampfturbinenrotor 1 in einem Zustand, in dem er sich thermisch weiter ausgedehnt hat als das Dampfturbinengehäuse 3. Daher kann wie bei der obigen Konfiguration, wenn die Last der Dampfturbine 100 100 % erreicht hat, die erste Heizeinheit 5 wieder eingeschaltet werden, um den Unterschied in thermischer Ausdehnung zwischen dem Dampfturbinenrotor 1 und dem Dampfturbinengehäuse 3 zu minimieren.
(5) Bei der Dampfturbine 100 nach einem fünften Aspekt schaltet die Steuervorrichtung 90 vor dem Start der Dampfturbine 100 die zweite Heizeinheit 6 ein, um zu bewirken, dass sich das Dampfturbinengehäuse 3 im Voraus in der Richtung der Achse Ax thermisch ausdehnt.
Gemäß der obigen Konfiguration kann durch Einschalten der zweiten Heizeinheit 6 vor dem Start der Dampfturbine 100 bewirkt werden, dass sich das Dampfturbinengehäuse 3 im Voraus in der Richtung der Achse Ax thermisch ausdehnt. Dementsprechend kann die relative Position zwischen dem Dampfturbinenrotor 1 und dem Dampfturbinengehäuse 3 nach dem Start in der Richtung der Achse Ax aufrechterhalten werden.
(6) Bei der Dampfturbine 100 gemäß einem sechsten Aspekt weist das Temperaturdetektionssystem T eine Lagertemperaturdetektionseinheit 2T auf, die die Temperatur des Lagers 2 detektiert.
Die Größe der in dem Lager 2 auftretenden thermischen Ausdehnung in der Auf- und Abwärtsrichtung ist proportional zu der Temperatur des Lagers 2. Gemäß der obigen Konfiguration ist es durch Detektieren der Temperatur des Lagers 2 mit der Lagertemperaturdetektionseinheit 2T möglich, die Verschiebung zu kennen, die durch die thermische Ausdehnung verursacht wird, die in dem Lager 2 aufgetreten ist.
(7) Bei der Dampfturbine 100 gemäß einem siebten Aspekt weist das Temperaturdetektionssystem T eine Gehäusetemperaturdetektionseinheit 4T auf, die die Temperatur der Gehäusestützeinheit 4 detektiert.
Die Größe der in der Gehäusestützeinheit 4 auftretenden thermischen Ausdehnung in der Auf- und Abwärtsrichtung ist proportional zu der Temperatur der Gehäusestützeinheit 4. Gemäß der obigen Konfiguration ist es durch Detektieren der Temperatur der Gehäusestützeinheit 4 mit der Gehäusetemperaturdetektionseinheit 4T möglich, die Verschiebung zu kennen, die durch die thermische Ausdehnung verursacht wird, die in der Gehäusestützeinheit 4 aufgetreten ist.
(8) Bei der Dampfturbine 100 gemäß einem achten Aspekt weist das Temperaturdetektionssystem T Flanschtemperaturdetektionseinheiten 31T und 32T auf, die die Temperaturen der Flansche 31F und 32F detektieren.
Die Größe der in dem Dampfturbinengehäuse 3 auftretenden thermischen Ausdehnung in der Richtung der Achse Ax ist proportional zu den Temperaturen der Flansche 31F und 32F. Gemäß der obigen Konfiguration ist es durch Detektieren der Temperaturen der Flansche 31F und 32F mit den Flanschtemperaturdetektionseinheiten 31F und 32F möglich, die durch die thermische Ausdehnung in der Richtung der Achse Ax verursachte Verschiebung zu kennen, die in dem Dampfturbinengehäuse 3 aufgetreten ist.
(9) Die Dampfturbine 100 gemäß einem neunten Aspekt enthält ferner eine Zwischenraumerfassungseinheit 7, die einen Zwischenraum zwischen dem Dampfturbinenrotor 1 und dem Dampfturbinengehäuse 3 detektiert, und die Steuervorrichtung 90 führt Umschalten zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand der ersten Heizeinheit 5 durch, wenn der von der Zwischenraumdetektionseinheit 7 erfasste Zwischenraum einen vorbestimmten Zwischenraumsollwert erreicht hat.
Gemäß der obigen Konfiguration kann durch Umschalten des EIN-Zustands und des AUS-Zustands der ersten Heizeinheit 5 auf der Grundlage der Größe des Zwischenraums der Zwischenraum zwischen dem Dampfturbinenrotor 1 und dem Dampfturbinengehäuse 3 aktiver optimiert werden.
(10) Eine Dampfturbine 100 gemäß einem zehnten Aspekt enthält einen Dampfturbinenrotor 1, der sich in einer Richtung einer Achse Ax erstreckt, ein Paar von Lagern 2, die den Dampfturbinenrotor 1 drehbar um die Achse Ax lagern, ein Dampfturbinengehäuse 3, die den Dampfturbinenrotor 1 zwischen dem Paar von Lagern 2 umgibt, und eine Gehäusestützeinheit 4, die das Dampfturbinengehäuse 3 von unten stützt, und das Dampfturbinengehäuse 3 weist eine obere Gehäusehälfte 31 und eine untere Gehäusehälfte 32 auf, die miteinander verbunden sind, indem Flansche 31F und 32F davon miteinander kombiniert werden, und die Dampfturbine enthält ferner eine zweite Heizeinheit 6, die an Seitenflächen der Flansche 31F und 32F der oberen Gehäusehälfte 31 und der unteren Gehäusehälfte 32 befestigt ist und die in der Lage ist, die Flansche 31F und 32F zu erwärmen.
Wenn die Dampfturbine 100 gestartet wird, fährt der Dampfturbinenrotor 1 aufgrund des Unterschieds in Wärmekapazität thermisch früher aus als das Dampfturbinengehäuse 3. Insbesondere gibt es einen Fall, in dem die thermische Ausdehnung in der Richtung der Achse Ax in dem Dampfturbinenrotor 1 auftritt. Gemäß der obigen Konfiguration kann selbst in einem Fall, in dem die thermische Ausdehnung in der Richtung der Achse Ax aufgetreten ist, die thermische Ausdehnung in der Richtung der Achse Ax auch in dem Dampfturbinengehäuse 3 durch Erwärmen der Flansche 31F und 32F mit der zweiten Heizeinheit 6 bewirkt werden. Dementsprechend kann die relative Position zwischen dem Dampfturbinenrotor 1 und dem Dampfturbinengehäuse 3 in der Richtung der Achse Ax aufrechterhalten werden.
Bezugszeichenliste

100: Dampfturbine
1: Dampfturbinenrotor
1B: Rotorschaufelstufe
1S: Rotorkörper
2: Lager
2H: Lagerkörper
2S: Lagerstützelement
3: Dampfturbinengehäuse
3E: Auslassloch
3H: Einlassloch
31: obere Gehäusehälfte
31F: obere Flanschhälfte
31H: oberer Gehäusehälftenkörper
31S: stationäre Schaufelstufe
32: untere Gehäusehälfte
32F: untere Flanschhälfte
32H: unterer Gehäusehälftenkörper
31T: Temperaturdetektionseinheit für obere Flanschhälfte
32T: Temperaturdetektionseinheit für untere Flanschhälfte
4: Gehäusestützeinheit
4T: Gehäusetemperaturdetektionseinheit
5: erste Heizeinheit
6: zweite Heizeinheit
7: Zwischenraumdetektionseinheit
81: Steuereinheit
82: Speichereinheit
83: Bestimmungseinheit
84: Eingabeeinheit
85: Heizsteuereinheit
90: Steuervorrichtung
91: CPU
92: ROM
93: RAM
94: HDD
95: Signalempfangsmodul (I/O)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019165348 [0002]

Claims

Dampfturbine, umfassend: einen Dampfturbinenrotor, der sich in einer Richtung einer Achse erstreckt; ein Paar von Lagern, die den Dampfturbinenrotor drehbar um die Achse lagern; ein Dampfturbinengehäuse, die den Dampfturbinenrotor zwischen dem Paar von Lagern umgibt; eine Gehäusestützeinheit, die das Dampfturbinengehäuse von unten stützt; und eine erste Heizeinheit, die bei der Gehäusestützeinheit vorgesehen ist und die in der Lage ist, die Gehäusestützeinheit zu erwärmen.
Dampfturbine nach Anspruch 1, wobei das Dampfturbinengehäuse eine obere Gehäusehälfte und eine untere Gehäusehälfte aufweist, die durch miteinander Kombinieren von Flanschen davon verbunden sind, und die Dampfturbine ferner eine zweite Heizeinheit umfasst, die an Seitenflächen der Flansche der oberen Gehäusehälfte und der unteren Gehäusehälfte befestigt ist und die in der Lage ist, die Flansche zu erwärmen.
Dampfturbine nach Anspruch 2, ferner umfassend: ein Temperaturdetektionssystem, das eine Temperatur von mindestens einem von dem Lager, den Flanschen und der Gehäusestützeinheit detektiert; und eine Steuervorrichtung, die Umschalten zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand der ersten Heizeinheit und der zweiten Heizeinheit auf der Grundlage eines Detektionsergebnisses des Temperaturdetektionssystems durchführt.
Dampfturbine nach Anspruch 3, wobei die Steuervorrichtung die erste Heizeinheit vor Start der Dampfturbine einschaltet, die erste Heizeinheit abschaltet, wenn die Dampfturbine gestartet wird, und die erste Heizeinheit wieder einschaltet, wenn das Detektionsergebnis des Temperaturdetektionssystems einen vorbestimmten Sollwert erreicht hat.
Dampfturbine nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Steuervorrichtung die zweite Heizeinheit vor Start der Dampfturbine einschaltet, um zu bewirken, dass sich das Dampfturbinengehäuse im Voraus thermisch in der Richtung der Achse ausdehnt.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Temperaturdetektionssystem eine Lagertemperaturdetektionseinheit aufweist, die eine Temperatur des Lagers detektiert.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das Temperaturdetektionssystem eine Gehäusetemperaturdetektionseinheit aufweist, die eine Temperatur der Gehäusestützeinheit detektiert.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei das Temperaturdetektionssystem eine Flanschtemperaturdetektionseinheit aufweist, die Temperaturen der Flansche detektiert.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 3 bis 8, ferner umfassend: eine Zwischenraumdetektionseinheit, die einen Zwischenraum zwischen dem Dampfturbinenrotor und dem Dampfturbinengehäuse detektiert, wobei die Steuervorrichtung Umschalten zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand der ersten Heizeinheit durchführt, wenn der von der Zwischenraumdetektionseinheit detektierte Zwischenraum einen vorbestimmten Zwischenraumsollwert erreicht hat.
Dampfturbine, umfassend: einen Dampfturbinenrotor, der sich in einer Richtung einer Achse erstreckt; ein Paar von Lagern, die den Dampfturbinenrotor drehbar um die Achse lagern; ein Dampfturbinengehäuse, die den Dampfturbinenrotor zwischen dem Paar von Lagern umgibt; und eine Gehäusestützeinheit, die das Dampfturbinengehäuse von unten stützt, wobei das Dampfturbinengehäuse eine obere Gehäusehälfte und eine untere Gehäusehälfte aufweist, die durch miteinander Kombinieren von Flanschen davon verbunden sind, und die Dampfturbine ferner eine zweite Heizeinheit umfasst, die an Seitenflächen der Flansche der oberen Gehäusehälfte und der unteren Gehäusehälfte befestigt ist und die in der Lage ist, die Flansche zu erwärmen.