JP2001508146A - タービン設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、少なくとも２組の部分タービン（２，３ａ，３ｂ，３ｃ）を備え、各部分タービンはそれぞれ主軸（４）に沿って延びるタービンロータ（５）およびガイドブレード（６）を取り付ける内部ハウジング（８ａ，８ｂ，８ｃ）を備えたタービン設備（１）、特に蒸気タービン設備に関する。少なくとも１組の内部ハウジング（８ａ，８ｂ，８ｃ）は軸方向に変位することができ、この軸方向変位を補償するために熱膨張する摺動部材（９）が設けられる。この摺動部材（９）は第１の膨張部材（１０ａ）および第２の膨張部材（１０ｂ）を有し、両膨張部材は連結部材（１１）を介して互いに連結されている。連結部材（１１）は、第１の膨張部材（１０ａ）の熱膨張および／または軸方向変位よりも大きい第２の膨張部材（１０ｂ）の軸方向変位を機械的および／または流体的に生じさせる。本発明はさらに摺動部材（９）に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 タービン設備 本発明は、少なくとも２組の部分タービンを備え、各部分タービンは主軸に沿 って延びるタービンロータを備え、これらのタービンロータは相互に強固に連結 されているタービン設備、特に蒸気タービン設備に関する。各部分タービンはガ イドブレードを取り付ける内部ハウジングを備えており、少なくとも１組の内部 ハウジングは軸方向に動くことができる。この内部ハウジングの軸方向変位のた めに熱膨張する摺動部材が設けられている。本発明はさらに摺動部材に関する。 ドイツ国特許出願公開第３５２２９１６号明細書には、少なくとも１組の外部 ハウジングおよびそれに対して同軸配置の内部ハウジングを有する低圧部分ター ビンと、低圧部分タービンに対して同軸にかつその上流側に配置された少なくと も１組の高圧部分タービンおよび／または中圧部分タービンとを備えたタービン 装置が開示されている。部分タービンの軸は１つの軸部材に相互に強固に連結さ れている。低圧部分タービンの上流側には基準平面を画成する軸部材のためのス ラスト軸受が設けられており、その基準面から軸方向の軸膨張および軸変位が出 発している。内部ハウジングは変位を伝達する連結棒によって、軸方向に隣接す る部分タービンハウジングの軸方向に動けるように支持された端部またはタービ ン軸受ハウジングに連結されている。連結棒は外部ハウジングの壁を通して、制 限された横方向の動きも可能にするシール部材によって熱的に動くことができ、 かつ真空密に導出されている。低圧タービンの前方に配置されているタービン軸 受は第２の基準平面を画成しており、この基準面からこのタービン軸受に支持さ れている部分タービンハウジングおよびそれに連結されている部分タービンハウ ジングの軸方向膨張および変位が出発している。こうすることによって軸部材お よびタービンハウジングの軸方向変位が事実上同一軸方向膨張および同一方向に 行われ、互いに隣接する回転ブレード面およびガイドブレード面の間に最小の軸 方向遊びしか生じない。連結棒による変位伝達部は変位を伝達するタービン軸受 の領域内に設けられる。また、連結棒の密封貫通部は低圧部分タービンの内部ハ ウジングの水平熱動型の突出支持部と構造的に結合される。内部ハウジングの突 出アームは軸に平行な方向に延び、滑動する支持面およびガイド面で付属の軸受 ハウジングの支承部に位置する。連結棒はタービン軸受の領域内で突出アームに 摩擦力をもって結合され、特に真空密の貫通のための膜シールは外部環状フラン ジで低圧部分タービンの外部ハウジングの端面に連結され、内部環状フランジで タービン軸受ハウジング部分に真空密に封鎖される。外部ハウジングの端面壁お よび軸受ハウジングの両座り面間、すなわち、わずかな相対変位しか生じない部 分間へのシール部材の配置は、内部ハウジングの大きな熱変位がシール部材によ って減結合される、という役割を果たしていることになる。 ドイツ国特許出願公告第１２１６３２２号明細書には、前後に同軸に配置され た複数の部分タービンを有し、それらの軸が相互に強固に連結され、それらのハ ウジングのうち少なくとも一つは軸方向に動くことができ、固定配置の部分ター ビンハウジングまたは軸受台に結合されている蒸気タービンまたはガスタービン が記載されている。タービンの低圧ハウジングはそれぞれ外部ハウジングおよび 内部ハウジングからなっている。低圧タービンの内部ハウジングと隣接する部分 タービンハウジングまたは軸受台との連結は、外部ハウジングの壁を貫通して蒸 気密に且つ熱変位ができるように導出された連結棒によって行われる。この連結 棒は１本の棒材とすることができ、外部ハウジングの壁内で軸方向および半径方 向に従動するべローズによって密封されている。さらに連結棒は軸方向に整列さ れ互いにリンク結合された３つの棒材から構成され、その中央のものは外部ハウ ジングの壁のブッシュ内で滑動はめあいをもって軸方向に動くようにすることが できる。このような連結棒によりハウジングの軸方向変位が行われなければなら ず、それによってロータとハウジング間の軸方向遊びができるだけ一定に保たれ なければならない。軸方向遊びの大きさを変えるために、連結棒の長さの変化が その温度の変化によって可能である。温度のこの変化は蒸気または流体による連 結棒の付加的な熱負荷によって実施される。 管を通して高温蒸気が導かれる軸方向遊びの大きさの上述の変化は英国特許第 １１４５６１２号明細書に記載されている。軸方向に膨張し得る管は各端面側で それぞれの棒材に連結され、さらにその棒材は低圧部分タービンの内部ハウジン グに取り付けられる。タービンロータに対する内部ハウジングの軸方向変位は内 部ハウジングの膨張、連結棒の膨張、さらには膨張管の膨張を合成したものであ る。互いに連結された内部ハウジングの熱膨張は、上流側に最も遠くに配置され た低圧部分タービンの外部ハウジングに配置された固定点から出発して定義され る。内部ハウジングの熱膨張のこの出発点は、さらに上流側に位置する軸受内で 定義されるロータの熱膨張の出発点とは異なる。膨張管は補償器を介して低圧部 分タービンの対応する外部ハウジングに連結され、それにより、内部ハウジング および連結棒からなるシステムの絶対的な膨張が補償器によって吸収されるよう にしている。内部ハウジングおよび連結棒からなるシステムとタービンロータの 膨張部との間を一定の関係に保証するために、上述のように膨張管に蒸気が導入 されなければならない。この蒸気は蒸気プロセスから取り出すか、または特別に あつらえなければならい。いずれにしても、軸方向遊びの補償のために必要な蒸 気が蒸気タービンの運転状態に従って熱膨張管に導入されるような調整システム および監視システムも必要となる。 本発明の課題は、簡易な構造および方式で、特に高価な調整システムおよび監 視システムを用いることなく、タービンロータと内部ハウジングとの間の軸方向 遊びを所定値以下に維持し得るタービン設備を提供することにある。本発明の他 の課題は、タービン設備のタービンロータと内部ハウジングとの間の軸方向遊び を減少させるための適当な摺動部材を提供することにある。 タービン設備に向けられた課題は、軸方向に変位し得る内部ハウジングに軸方 向変位を補償するために熱膨張する摺動部材が設けられ、この部材が第１の膨張 部材および第２の膨張部材を有し、両膨張部材が連結部材を介して互いに連結さ れることによって解決される。この連結部材は、第１の膨張部材の軸方向変位お よび／または軸方向熱膨張よりも大きい第２の膨張部材の軸方向変位を機械的お よび／または流体的に生じさせる。 連結部材は、好ましくは機械的なレバーである。このレバーは固定点を中心と して回動することができ、第１の膨張部材および第２の膨張部材は各連結部でレ バーとともに回動できるように連結される。第２の連結部の固定点からの距離は 、第１の連結部の固定点からの距離よりも大きい。第１の膨張部材の熱膨張およ び ／または変位によって引き起こされた第１の連結部材の変位は、従って機械的レ バーをその固定点を中心として回動させる。第２の膨張部材のレバーアームすな わち第２の連結部と固定点との距離は第１の膨張部材のレバーアームよりも長い ので、機械的レバーは、第１の連結部材の軸方向変位より大きく同一方向の第２ の膨張部材の軸方向変位を引き起こす。 こうすることによって、特に蒸気タービン設備において低い冷却水温度のもと で用いられる大容量の３連型の低圧部分タービン装置において、タービンロータ に対する第３の低圧内部ハウジングの相対膨張が小さい値に保たれ、静止状態の ガイドブレードと回転ブレードとの間では蒸気タービン設備の全負荷時において も軸方向遊びが所定値以下に保たれる。それに対応する同一方向に向けられたレ バーアームの選択によって、軸方向遊びを、他の低圧部分タービンの軸方向遊び にほぼ対応する値に調整することができる。したがって、低圧部分タービン全体 を類似構造にすることができる。 自明のごとく、軸方向に並置された低圧部分タービン全体を摺動部材を介して 上述の簡易なリンク機構に連結することができる。レバーアームの適切な選択つ まりは対応する伝達比の適切な選択によって、低圧部分タービンのそれぞれに対 して、タービンロータに対する相対膨張を所定値だけ減少させる軸方向の動きを 発生させることができる。特に相対膨張はその都度一定値に調整することができ る。同様に個々の低圧部分タービンは剛性のある摺動部材を介して機械的または 流体的な変位増幅器を用いることなく相互に連結することができる。 機械的および／または流体的なやり方で第１の膨張部材の軸方向変位および／ または軸方向膨張を同一方向に増幅させる連結部材は構造的に容易に実現するこ とができ、複雑な監視装置や調整装置を必要とすることがなく、付加的な導管を 介して蒸気を導入する必要もない。かくして上述の連結部材によれば、構造的に および作業上わずかな費用でタービン設備のガイドブレードと回転ブレード間の 軸方向遊びの減少を達成することができ、それによりタービン設備の運転効率を 向上させることができる。 好ましくは摺動部材は内部ハウジングを支持する軸受の受け面と共通に内部ハ ウジングを包囲する外部ハウジングのシール部を貫通させるのがよい。シールは 軸方向に膨張し得るシール用ベローズを備えるのがよい。共通のシールによって 外部ハウジングの貫通部の減少を達成し、それによって構造的な簡易化を達成す ることができる。 好ましくは、変位増幅器（レバー）を有する摺動部材、１つまたは複数の内部 ハウジング、および場合により変位増幅器（連結棒）なしの摺動部材を含む軸方 向の膨張複合部と、相互に連結されたタービンロータとは共通の軸方向固定点を 持つのがよい。この軸方向固定点は中圧部分タービンの外部ハウジングおよび２ 組以上の低圧部分タービンを備えた膨張複合部において軸方向に全部分タービン の前に配置された中圧部分タービンの外部ハウジングの支持のために用いられる タービン軸受とするのがよい。 主軸に沿って膨張し得る互いに独立の２つの部材、特にタービンロータとター ビン設備の内部ハウジングとの間の異なる軸方向膨張を減少させるための摺動部 材に向けられた課題は、第１の膨張部材、第２の膨張部材および連結部材を有す る摺動部材によって解決される。連結部材は、固定点を中心として回動すること ができ、第１の膨張部材および第２の膨張部材がレバーの同一側に各連結部で回 動できるように連結された機械的レバーとするのがよい。第２の連結部は固定点 から第１の連結部よりもさらに離れている。こうすることによって、第１の連結 部の変位の際のてこ作用のために第２の連結部の変位の増幅作用が生じ、それに よって第２の連結部は第１の連結部よりも軸方向にさらに変位させられる。摺動 部材は流体的な変位増幅器を備えることもできる。例えば摺動部材は主軸に沿っ て先細に形成された流体チャネルによって構成することができる。流体チャネル の端末部にはそれぞれ第１の膨張部材および第２の膨張部材が接続される。流体 チャネルの先細方向に見て第１の膨張部材の変位はそこに配置された非圧縮流体 を先細部に押し出すことになる。したがって、体積一定の原理によって流体は第 １の膨張部材によって排除されるときさらに先細部に押し出される。こうして非 圧縮流体による変位の増幅が引き起こされる。 次に図面に示された実施形態を参照して、摺動部材を有するタービン設備につ いてさらに詳細に説明する。図面において、 図１は、蒸気タービン設備の縦断面図を示し、 図２は、摺動部材を有する２組の低圧部分タービン間に配置された軸受の縦断 面図を示し、 図３は、図２の摺動部材の平面図を示すものである。 図１には、主軸４に沿って前後に配置された高圧部分タービン２３、中圧部分 タービン２、およびほぼ同一構造の３組の低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃを 備えた蒸気タービン設備１が示されている。低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃ は流体技術的に蒸気導管２４を通して中圧部分タービン２に接続されている。中 圧部分タービン２は外部ハウジング２２を備えている。各低圧部分タービン３ａ ，３ｂ，３ｃはそれぞれ内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃおよびその内部ハウジ ングを取り囲む外部ハウジング１４を備えている。各内部ハウジング８ａ，８ｂ ，８ｃは低圧蒸気を受けるガイドブレード６を支持している。各内部ハウジング ８ａ，８ｂ，８ｃ内には、それぞれ主軸４に沿って延びるタービンロータ５が配 置されている。タービンロータ５は低圧回転ブレード２７を支持している。中圧 部分タービン２は内部ハウジング７を備えている。中圧部分タービン２と第１の 低圧部分タービン３ａとの間、および各隣接低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃ 相互間にはそれぞれ軸受１５が配置されている。この軸受１５はタービンロータ ５の支持の機能を果たすとともに、各内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃの支持の 機能をも果たす。高圧部分タービン２３と中圧部分タービン２との間にも同様に これらの部分タービン２，２３のタービンロータを支持するための軸受１５ａが 設けられている。各軸受１５の内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃの支持領域内に はそれぞれ主軸４に平行に連結棒９ａが導かれている。各連結棒９ａは中圧部分 タービン２を第１の低圧部分タービン３ａおよびそれに隣接する低圧部分タービ ン３ａ，３ｂ，３ｃの内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃに相互に連結する。外部 ハウジング２２、内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃおよびこれらを連結する連結 棒９ａ，２１は、高温の蒸気が流れたとき主軸４に沿って軸方向に膨張する膨張 複合部を形成する。このように形成された膨張複合部は、高圧部分タービン２３ と中圧部分タービン２との間の軸受１５ａにある固定点２０を持っている。この 固定点２０から主軸４に沿って計算される熱膨張の大きさは、膨張線２５によっ て示されている。中圧部分タービン２および低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃ の 相互に強固に連結されたタービンロータ５の対応する膨張線26も同様に示されて いる。内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃを図示していない発電機の方向に主軸４ に沿って変位させるために、中圧部分タービン２の外部ハウジング２２と組合わ せた膨張複合部に対する低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃの連結を通して個々 の熱膨張が利用される。従って、主軸４に沿って内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ ｃ全体の熱膨張が加算され、それにより相互に強固に連結されたタービンロータ ５に対する相対膨張が減少させられる。膨張線２５および２６の比較により、そ れにもかかわらずタービンロータ５と最後の低圧部分タービン３ｃの内部ハウジ ング８ｃとの間の膨張差がタービン設備１の全長にわたって存在していることが 分かる。この膨張差は各低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃのガイドブレード６ と回転ブレード２７との間の異なる軸方向遊びを生じさせる。 図２および３に詳細に示されている低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃの内部 ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃの変位増幅部を有する摺動部材９を用いることによ って、上述の膨張差を所定値だけ明らかに減少させることができる。この摺動部 材９は中圧部分タービン２と第１の低圧部分タービン３ａとの間、および隣接す る各低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃ相互間の連結棒９ａの代わりに配置する ことができる。好ましくは、それは第２・第３の低圧部分タービン３ｂ，３ｃ間 に配置すればよい。摺動部材９は、ほぼ棒状の第１の膨張部材１０ａと、同様に ほぼ棒状の第２の膨張部材１０ｂとを備えている。これらの膨張部材１０ａ，１ ０ｂは連結部材１１を介して相互にリンク結合されている。この連結部材は、図 ３から明らかなように、固定点１２を中心として回動し得る機械的レバーである 。各連結部１３ａ，１３ｂでは、膨張部材１０ａ，１０ｂはそれぞれ図示してい ないピンによって連結部材１１に回動自在に主軸４の方向に変位し得るように連 結されている。連結部１３ａは連結部１３ｂよりも固定点１２の近くにある。つ まり連結部１３ａは連結部１３ｂと固定点１２との間にあり、したがって主軸４ の方向の連結部１３ａの変位は主軸４の方向の連結部１３ｂのより大きな変位を 生じさせる。膨張部材１０ａ，１０ｂはそれぞれの軸受１５を貫通し、各受け領 域２８ｂ，２８ｃと共に対応する低圧部分タービン３ｂ，３ｃの各外部ハウジン グ１４を通して導かれる。この貫通はそれぞれシール１６によってガス密に行わ れ、 シール１６は主軸４の方向に回動自在のシール用ベローズ１８を備えている。支 承部２８ａには内部ハウジング８ｂが載置され、そこに膨張部材１０ａが固くね じ込まれている。同様に支承部２８ｂに内部ハウジング８ｃが載置され、膨張部 材１０ｂは内部ハウジング８ｃの対応する突出支持部１７に固くねじ込まれてい る。 連結部１３ａ，１３ｂの固定点１２に対する位置に従い連結部材１１によって 対応する変位の増幅量が所定値だけ調整される。このようにして連結部材１１は 構造的に簡易で保守の手間を大幅に削減した形で、従来は蒸気による温度上昇に よる変位増幅の際に必要とした高価な調整システムや監視システム、管路システ ムを備えることなしに、実現することができる。 本発明は、機械的および／または流体的な方法で変位増幅が達成される複数の 部分タービンを備えたタービン設備における摺動部材によって特徴付けられる。 摺動部材は、好ましくは機械的レバーとして実施される連結部材を有する。この レバーには固定点に関し異なる位置にありしかし同一側にあるレバーアームを有 する２つの摺動棒がリンク結合される。部分タービンにおける内部ハウジングの 変位の軸方向に発生する増幅は、タービンロータの回転ブレードと内部ハウジン グのガイドブレードとの間の軸方向遊びの減少を生じさせる。このことは、ほぼ 同一構造の複数組の内部ハウジングの使用と共に、タービン設備全体の効率向上 にも役立つ。タービン設備は、好ましくは、高圧部分タービン、中圧部分タービ ン、および２組またはそれ以上、特に３組の低圧部分タービンを備えた蒸気ター ビン設備である。自明のごとく、上述の摺動部材は複数組の部分タービンを備え たガスタービン設備における軸方向遊びの減少のためにも適したものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 少なくとも２組の部分タービン（２，３ａ，３ｂ，３ｃ）を備え、各部分 タービンは主軸（４）に沿って延びるタービンロータ（５）を備え、これらのタ ービンロータ（５）は相互に強固に連結され、さらにガイドブレード（６）を取 り付ける内部ハウジング（８ａ，８ｂ，８ｃ）を備え、内部ハウジング（８ａ， ８ｂ，８ｃ）のうちの少なくとも１つは軸方向に変位することができ、この内部 ハウジング（８ａ，８ｂ，８ｃ）の軸方向変位を補償するために熱膨張する摺動 部材（９）が設けられているタービン設備（１）、特に蒸気タービン設備におい て、 摺動部材（９）は第１の膨張部材（１０ａ）および第２の膨張部材（１０ｂ） を有し、両膨張部材（１０ａ，１０ｂ）は連結部材（１１）を介して互いに連結 され、連結部材（１１）は、第１の膨張部材（１０ａ）の熱膨張および／または 軸方向変位よりも大きい第２の膨張部材（１０ｂ）の軸方向変位を機械的および ／または流体的に生じさせることを特徴とするタービン設備。 ２． 連結部材（１１）は固定点（１２）を中心として回動することができる機 械的なレバーであり、このレバーには第１の膨張部材（１０ａ）および第２の膨 張部材（１０ｂ）が各連結部（１３ａ，１３ｂ）で回動できるように連結され、 第２の連結部（１３ｂ）は固定点（１２）から第１の連結部（ｌ３ａ）よりも離 れていることを特徴とする請求項１記載のタービン設備（１）。 ３． 摺動部材（９）に連結された少なくとも１組の部分タービン（３ａ，３ｂ ，３ｃ）は内部ハウジング（８ａ，８ｂ，８ｃ）を取り囲む外部ハウジング（１ ４）を備え、内部ハウジング（８ａ，８ｂ）を支持する軸受（１５）の支承部（ ２８ａ，２８ｂ）および摺動部材（９）はシール（１６）を通して共通に導かれ ていることを特徴とする請求項１または２記載のタービン設備（１）。 ４． 摺動部材（９）を取り囲む軸方向膨張複合部および相互に連結されたター ビンロータ（５）が共通の軸方向固定点（２０）を備えていることを特徴とする 請求項１ないし３のいずれか１つに記載のタービン設備（１）。 ５． 中圧部分蒸気タービン（２）および少なくとも２組の低圧部分蒸気タービ ン（３ａ，３ｂ）を備え、各部分蒸気タービンは主軸（４）に沿って配置されて おり、低圧部分蒸気タービン（３ａ，３ｂ）の内部ハウジング（８ａ，８ｂ）が 摺動部材（９）に連結されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか １つに記載のタービン設備（１）。 ６． 中圧部分蒸気タービン（２）は外部ハウジング（２２）を有し、この外部 ハウジング（２２）は軸方向に後置された低圧部分蒸気タービン（３ａ）の内部 ハウジング（８ａ）に押し連結部材（２１）を介して連結され、外部ハウジング （２２）に連結された軸受（１５ａ）が軸方向の熱膨張に対する軸方向固定点（ ２０）を形成していることを特徴とする請求項５記載のタービン設備（１）。 ７． 主軸（４）に沿って膨張し得る互いに独立した２組の部材間、特にタービ ンロータ（５）とタービン設備の内部ハウジング（７，８ａ，８ｂ，８ｃ）との 間の異なる軸方向膨張を減少させるための摺動部材（９）において、 第１の膨張部材（１０ａ）、第２の膨張部材（１０ｂ）、および連結部材（１ １）を有し、連結部材（１１）は固定点（１２）を中心として回動し得る機械的 レバーであり、このレバーに第１の膨張部材（１０ａ）および第２の膨張部材（ １０ｂ）がそれぞれ連結部（１３ａ，１３ｂ）で回動自在に連結され、第２の連 結部（１３ｂ）は固定点（１２）から第１の連結部（１３ａ）よりも離れている ことを特徴とする摺動部材。