JP2002206407A - Axial flow exhaust type turbine device - Google Patents

Axial flow exhaust type turbine device

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JP2002206407A
JP2002206407A JP2001002804A JP2001002804A JP2002206407A JP 2002206407 A JP2002206407 A JP 2002206407A JP 2001002804 A JP2001002804 A JP 2001002804A JP 2001002804 A JP2001002804 A JP 2001002804A JP 2002206407 A JP2002206407 A JP 2002206407A
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turbine
bearing
turbine device
steam turbine
turbine shaft
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Sakae Izumi
栄 和泉
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an axial flow exhaust type turbine device suitable for reducing losses generated at a thrust bearing part. SOLUTION: This axial flow exhaust type turbine device (steam turbine device) 1 is provided with a turbine shaft 2 supported at a closer position to a drive side end part by a journal bearing 5, and supported by a journal bearing 4 and a thrust bearing 3 at a closer position to a counter-drive side end part, compared to the conventional devices. For the diameter of the turbine shaft 2, a part supported by the journal bearing 5 is set thicker than a part supported by the journal bearing 4, and a part supported by the thrust bearing 3 is set thinner than the part supported by the journal bearing 4. A thermal expansion base point of the turbine shaft 2 is located at the thrust bearing 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、スラスト軸受が
配設されたタービン軸を備える軸流排気式のタービン装
置に係わり、スラスト軸受部に発生する損失の低減に好
適なその構成に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an axial exhaust type turbine device having a turbine shaft provided with a thrust bearing, and relates to a structure suitable for reducing a loss generated in a thrust bearing portion.

【0002】[0002]

【従来の技術】蒸気タービンやガスタービンなどのター
ビン装置は、蒸気,ガスなどの流体が持つ運動エネルギ
ーを有用な動力に変換する回転機械装置であり、発電機
などの大形の回転負荷装置の駆動に用いられる原動機な
どとして広く採用されている。この種のタービン装置は
その排気の排出方向に関し、軸流排気式と下向き排気式
とに大別されている。下向き排気式のタービン装置で
は、排出時に排気の方向を直角に曲げる必要があること
から軸流排気式の場合よりも大きな排気損失が発生する
が、軸流排気式のタービン装置は方向を変えることなく
排気を排出できるので、下向き排気式の場合よりも排気
損失が低減される利点を持っている。以下に従来例の軸
流排気式のタービン装置を、蒸気タービンの場合に代表
させて図3,図4を用いて説明する。なお図3には蒸気
タービンで駆動される発電機などの回転負荷装置の回転
軸の端部部分を一点鎖線で示しており、このことは以降
の図5,図1でも同様である。ここで図3は従来例の軸
流排気式の蒸気タービン装置の要部を示す縦断面図であ
り、図4は図3におけるS部の拡大断面図である。
2. Description of the Related Art Turbine devices such as steam turbines and gas turbines are rotary mechanical devices that convert kinetic energy of a fluid such as steam or gas into useful power, and are used for large rotary load devices such as generators. It is widely used as a prime mover used for driving. This type of turbine device is roughly classified into an axial exhaust type and a downward exhaust type with respect to the exhaust direction of the exhaust gas. Downward exhaust turbines require larger bends in the exhaust direction than at axial exhaust because exhaust must be bent at a right angle during discharge, but axial exhaust turbines must change direction. Since the exhaust gas can be exhausted without exhaustion, there is an advantage that the exhaust loss is reduced as compared with the case of the downward exhaust type. Hereinafter, a conventional axial exhaust type turbine device will be described with reference to FIGS. 3 and 4 as a typical example of a steam turbine. In FIG. 3, an end portion of a rotating shaft of a rotary load device such as a generator driven by a steam turbine is indicated by a dashed line, and the same applies to FIGS. Here, FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a main part of a conventional axial-flow exhaust type steam turbine device, and FIG. 4 is an enlarged sectional view of a portion S in FIG.

【0003】図3,図4に示した従来例の蒸気タービン
装置9は、蒸気加減弁91を介して流入させた高温・高
圧の蒸気99を静翼92と動翼93に通流させることで
動力を発生させタービン軸8を回転させる。蒸気タービ
ン装置9では、静翼92および動翼93のそれぞれは環
状翼列として形成され、蒸気99の通流方向に関して互
いに隣接して配設された静翼92と動翼93の各1組で
1段の翼段を構成し、合計27段の翼段を備えている。
タービン軸8は図3から明らかなように多数の段付部や
テーパー部を持つ円柱状の軸体であり、軸長のほぼ中央
部に27組の動翼93を取り付けると共に、回転負荷装
置を接続するためのカップリング(負荷接続部)81,
円板状のバラストピストン84,円板状のスラストカラ
ー85,85などが一体に形成されている。
In the conventional steam turbine device 9 shown in FIGS. 3 and 4, high-temperature and high-pressure steam 99 flowing through a steam control valve 91 flows through a stationary blade 92 and a moving blade 93. The power is generated to rotate the turbine shaft 8. In the steam turbine device 9, each of the stationary blades 92 and the moving blades 93 is formed as an annular cascade, and each set of the stationary blades 92 and the moving blades 93 arranged adjacent to each other in the flow direction of the steam 99. One wing stage is provided, and a total of 27 wing stages are provided.
As is apparent from FIG. 3, the turbine shaft 8 is a columnar shaft having a large number of stepped portions and tapered portions. Coupling (load connection part) 81 for connection
A disc-shaped ballast piston 84, disc-shaped thrust collars 85, 85 and the like are integrally formed.

【0004】カップリング81はタービン軸8の蒸気9
9の排気98が排出される側とは反対側の端部(駆動側
端部)に形成され、バラストピストン84は蒸気99の
流入端に位置する動翼93よりもカップリング81側に
位置してケーシング7で覆われる部位に形成されてい
る。またスラストカラー85,85は、複合軸受86を
両側から挟むようにしてその側面を複合軸受86のスラ
スト軸受部と対峙させて形成され、この側面部からスラ
スト軸受部にスラスト力を伝達する。蒸気タービン装置
9では、静翼92で膨張されて高速になった蒸気99の
衝撃力に加えて、動翼93内でも蒸気99を膨張させて
加速することで発生する反動力も利用して動力を発生し
ている。バラストピストン84はこの反動力を相殺し、
タービン軸8にその軸長方向に働くスラスト力を低減す
るために備えられている。
The coupling 81 is connected to the steam 9 of the turbine shaft 8.
The ballast piston 84 is formed at the end (drive side end) opposite to the side from which the exhaust 98 is discharged, and the ballast piston 84 is located closer to the coupling 81 than the bucket 93 located at the inflow end of the steam 99. And is formed at a portion covered by the casing 7. Further, the thrust collars 85, 85 are formed so that the side surfaces thereof face the thrust bearing portion of the composite bearing 86 so as to sandwich the composite bearing 86 from both sides, and transmit the thrust force from the side surface portions to the thrust bearing portion. In the steam turbine device 9, in addition to the impact force of the steam 99 expanded by the stationary blade 92 and having a high speed, the reaction force generated by expanding and accelerating the steam 99 in the moving blade 93 is also used to generate power. It has occurred. The ballast piston 84 offsets this reaction,
It is provided to reduce the thrust force acting on the turbine shaft 8 in the axial direction thereof.

【0005】バラストピストン84の動翼93側の端面
が置かれる空間を高圧部とし、バラストピストン84の
カップリング81側の端面が置かれる空間を低圧部とす
ることで、反動力を相殺する相殺力をバラストピストン
84に発生させる。カップリング81は回転負荷装置の
回転軸69をタービン軸8に接続させる部位であるが、
この事例の場合には両者間に低速回転装置82を挟込ん
で結合させている。この低速回転装置82は蒸気タービ
ン装置9の停止時に、蒸気タービン装置9を暫時低速で
回転させる際に用いられる円板状の装置で、外周部に歯
車が形成されている。またタービン軸8はカップリング
81が形成されている端部(駆動側端部)の近傍を複合
軸受86で支承され、排気98が排出される側の端部
(排気排出側端部であり、この事例の場合の一方の端
部)の近傍をジャーナル軸受4で支承されている。
The space where the end face of the ballast piston 84 on the rotor blade 93 side is set as a high-pressure part, and the space where the end face of the ballast piston 84 on the coupling 81 side is set as a low-pressure part, cancels out the reaction force. A force is generated on the ballast piston 84. The coupling 81 connects the rotary shaft 69 of the rotary load device to the turbine shaft 8.
In this case, the low-speed rotating device 82 is interposed between the two to be connected. The low-speed rotating device 82 is a disk-shaped device used to temporarily rotate the steam turbine device 9 at a low speed when the steam turbine device 9 is stopped, and has a gear formed on an outer peripheral portion. Further, the turbine shaft 8 is supported by a composite bearing 86 in the vicinity of the end (drive end) where the coupling 81 is formed, and the end on the exhaust discharge side (exhaust discharge end, The vicinity of one end in this case) is supported by a journal bearing 4.

【0006】この複合軸受86にはジャーナル軸受部
と、それぞれのスラストカラー85の側面と対峙する部
位に形成されたスラスト軸受部とが一体の構造体として
形成されている。複合軸受86のスラスト軸受部は扇形
状のスラスト片〔スラストカラー85と当接される面に
は滑り軸受材(例えば、ホワイトメタル)の層が形成さ
れている〕の複数個で構成され、それぞれのスラスト片
は揺動自在かつ弾性的に支持されている。ケーシング7
は、静翼92の支持,蒸気99のシールなどを主な役目
とし、全体として筒状に形成された構造体であり、基礎
97(図3にその一部を示す)に据え付けられ、蒸気タ
ービン装置9の組み立て作業の必要から上下に2分割さ
れている。ケーシング7には点検口79などが備えら
れ、また、ケーシング7の排気98の排出端側には図示
しない復水器が設置される。
In the composite bearing 86, a journal bearing portion and a thrust bearing portion formed at a portion facing the side surface of each thrust collar 85 are formed as an integral structure. The thrust bearing portion of the composite bearing 86 is constituted by a plurality of fan-shaped thrust pieces (a layer of a sliding bearing material (for example, white metal) is formed on a surface that comes into contact with the thrust collar 85). The thrust pieces are swingably and elastically supported. Casing 7
Is a cylindrical structure having a main role of supporting the stationary blades 92, sealing the steam 99, and the like, and is installed on a base 97 (a part of which is shown in FIG. 3). The device 9 is divided into upper and lower parts because of the necessity of assembling the device 9. The casing 7 is provided with an inspection port 79 and the like, and a condenser (not shown) is installed on the discharge end side of the exhaust gas 98 of the casing 7.

【0007】蒸気タービン装置9の27組の静翼92は
複数の静翼ホルダー71を介してケーシング7に取り付
けられており、蒸気加減弁91から流入した直後の蒸気
99が流入する静翼92が取り付けられる静翼ホルダー
71には、蒸気99の流入口72が形成されている。な
お、96は基礎97の上面部に設置された台板であり、
95は台板96の上側に配設された滑り板である。ま
た、61は駆動側端部側の軸受箱であって、この事例の
場合には基礎97に据え付けられ、複合軸受86,カッ
プリング81を内部に収納すると共に、低速回転装置8
2の歯車と噛み合う駆動部を持つ低速回転装置駆動用の
電動機83を上部に配設している。62は反駆動側端部
側の軸受箱であって、この事例の場合には排出端付近の
ケーシング7に固着された軸受箱支持用の梁78に支持
され、内部にジャーナル軸受4を収納している。
[0007] Twenty-seven sets of stationary blades 92 of the steam turbine device 9 are attached to the casing 7 via a plurality of stationary blade holders 71. The stationary blades 92 into which the steam 99 immediately flows in from the steam control valve 91 flows. An inlet 72 for steam 99 is formed in the stationary blade holder 71 to be attached. In addition, 96 is a base plate installed on the upper surface of the foundation 97,
Reference numeral 95 denotes a slide plate provided above the base plate 96. Numeral 61 denotes a bearing box on the drive side end side. In this case, the bearing box 61 is installed on a foundation 97, accommodates the composite bearing 86 and the coupling 81 therein, and includes a low-speed rotating device 8
An electric motor 83 for driving a low-speed rotating device having a driving portion meshing with the second gear is provided at the upper part. Numeral 62 denotes a bearing box on the side opposite to the driving end, which in this case is supported by a beam 78 for bearing box support fixed to the casing 7 near the discharge end, and houses the journal bearing 4 therein. ing.

【0008】これ等の軸受の内、複合軸受86のジャー
ナル軸受部とジャーナル軸受4とは蒸気タービン装置9
の回転部分の荷重を支承し、複合軸受86のスラスト軸
受部は前記の反動力と相殺力との差異によるスラスト力
を支承する。このスラスト力の大きさと方向は、蒸気タ
ービン装置9の負荷の状態などに依存するので一定しな
い。スラストカラー85,85が複合軸受86を両側か
ら挟むようにして形成されている理由はここにある。ま
た、複合軸受86で支承される部位のタービン軸8の直
径は回転負荷装置の駆動トルクの伝達および、回転負荷
装置が同期発電機の場合には同期発電機の短絡トルクに
耐える大きさになっている。さらに、複合軸受86をタ
ービン軸8の他方の端部(負荷側端部)の近傍に配設し
た理由は、蒸気タービン装置9の運転開始時などにおけ
る、静翼92と動翼93との間の軸長方向の間隙長δ
(図4参照)の変動量を抑制するためである。
[0008] Of these bearings, the journal bearing portion of the composite bearing 86 and the journal bearing 4 are connected to the steam turbine device 9.
, And the thrust bearing portion of the composite bearing 86 supports the thrust force due to the difference between the reaction force and the canceling force. The magnitude and direction of the thrust force are not constant because they depend on the load condition of the steam turbine device 9 and the like. This is why the thrust collars 85 are formed so as to sandwich the composite bearing 86 from both sides. The diameter of the turbine shaft 8 at the portion supported by the composite bearing 86 is large enough to transmit the driving torque of the rotary load device and withstand the short-circuit torque of the synchronous generator when the rotary load device is a synchronous generator. ing. Further, the reason why the composite bearing 86 is disposed near the other end (load-side end) of the turbine shaft 8 is that a gap between the stationary blade 92 and the moving blade 93 at the start of operation of the steam turbine device 9 or the like. Gap length δ in the axial direction of
(See FIG. 4).

【0009】運転開始時に蒸気タービン装置9は流入す
る蒸気99によって冷(常温)状態から高温状態に急速
に加熱されるが、熱容量や熱伝達などの関係でケーシン
グ7の温度よりもタービン軸8の温度が先に上昇する。
この温度上昇による熱膨張の基点は高温の発生部である
蒸気99の流入口72の近傍に設定する方が間隙長δの
変動量を抑制できる。この間隙長δは蒸気タービン装置
9の損失量(タービン損失量)に影響を与える要素であ
り、間隙長δとタービン損失量との関係はV字状を示す
関係に有り、タービン損失量が最低になる最適な間隙長
δが存在することが知られている。蒸気タービン装置9
の場合、タービン軸8の熱膨張の基点はスラストカラー
85,85と組み合わされる複合軸受86であるので、
複合軸受86は前記部位に配設されている。そうして、
複合軸受86およびジャーナル軸受4には図示しない潤
滑油が通流されており、荷重およびスラスト力の支承部
がこの潤滑油で潤滑されると共に、軸受各部はこの潤滑
油によって所要温度に冷却されている。
At the start of operation, the steam turbine apparatus 9 is rapidly heated from a cold (normal temperature) state to a high temperature state by the inflowing steam 99. However, the temperature of the turbine shaft 8 is higher than the temperature of the casing 7 due to heat capacity and heat transfer. The temperature rises first.
The variation of the gap length δ can be suppressed by setting the base point of the thermal expansion due to the temperature rise near the inflow port 72 of the steam 99, which is the high-temperature generating section. The gap length δ is an element that affects the loss amount (turbine loss amount) of the steam turbine device 9, and the relationship between the gap length δ and the turbine loss amount has a V-shaped relationship, and the turbine loss amount is the lowest. It is known that there exists an optimum gap length δ. Steam turbine device 9
In the case of, since the base point of the thermal expansion of the turbine shaft 8 is the composite bearing 86 combined with the thrust collars 85, 85,
The composite bearing 86 is provided at the above-mentioned portion. And then
A lubricating oil (not shown) flows through the composite bearing 86 and the journal bearing 4. The bearings for load and thrust force are lubricated with the lubricating oil, and the bearings are cooled to required temperatures by the lubricating oil. I have.

【0010】ところで、軸流排気式の蒸気タービン装置
の他に、システム構成(コンバインド発電であるか否か
など)や建屋,敷地などのプラント全体の計画などによ
っては、下向き排気式の蒸気タービン装置が採用される
場合がある。次に、この下向き排気式の蒸気タービン装
置の一事例を図5を用いて説明する。ここで図5は参考
例の下向き排気式の蒸気タービン装置の要部を示す縦断
面図である。なお以下の説明では、図3,図4に示した
従来例の蒸気タービン装置と同一部分には同じ符号を付
しその説明を省略する。また以後の説明に用いる図中に
は、図3,図4で付した符号については極力代表的な符
号のみを記すようにしている。
By the way, in addition to the axial exhaust type steam turbine device, depending on the system configuration (whether or not combined power generation is used) and the plan of the whole plant such as the building and the site, etc., the downward exhaust type steam turbine device may be used. May be adopted. Next, an example of the downward exhaust type steam turbine device will be described with reference to FIG. Here, FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a main part of the downward exhaust type steam turbine device of the reference example. In the following description, the same parts as those of the conventional steam turbine device shown in FIGS. 3 and 4 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In addition, in the drawings used in the following description, only reference numerals shown in FIGS. 3 and 4 are represented as much as possible.

【0011】図5において、9Aは、図3,図4に示し
た従来例による蒸気タービン装置9と対比すると、ケー
シング7,タービン軸8をケーシング7A,タービン軸
8Aに代えると共に、タービン軸8Aの排気98が排出
される側の端部を駆動側端部とした蒸気タービン装置と
言える。ケーシング7Aは蒸気タービン装置9のケーシ
ング7に対し、蒸気99が排気98として排出される部
位を下向き排気式に対応させた構成としていることが大
きな相異点である。このために、タービン軸8Aは蒸気
タービン装置9のタービン軸8に対し、排気98が排出
される側の端部(排気排出側端部)にカップリング81
が形成されている。そうしてこのことに伴ってタービン
軸8Aは、排気排出側端部(この事例の場合の駆動側端
部)の近傍でジャーナル軸受5により支承され、排気排
出側とは反対側の端部(反排気排出側端部でありかつ、
この事例の場合の反駆動側端部)の近傍でジャーナル軸
受4およびスラスト軸受3により支承されている。
In FIG. 5, 9A is different from the conventional steam turbine device 9 shown in FIGS. 3 and 4 in that the casing 7 and the turbine shaft 8 are replaced by the casing 7A and the turbine shaft 8A, and the turbine shaft 8A It can be said that this is a steam turbine device in which the end on the side from which the exhaust gas 98 is discharged is the drive-side end. The main difference between the casing 7A and the casing 7 of the steam turbine device 9 is that the portion where the steam 99 is discharged as the exhaust 98 is configured to correspond to the downward exhaust type. Therefore, the turbine shaft 8A is coupled to the turbine shaft 8 of the steam turbine device 9 at an end on the side where the exhaust 98 is discharged (an end on the exhaust discharge side).
Are formed. Accordingly, the turbine shaft 8A is supported by the journal bearing 5 near the exhaust discharge end (the drive end in this case), and the end (the end opposite to the exhaust discharge side). The end on the anti-exhaust discharge side, and
In this case, it is supported by a journal bearing 4 and a thrust bearing 3 in the vicinity of the opposite end (on the opposite side to the driving side).

【0012】スラスト軸受3をこの部位に配設する理由
は、蒸気タービン装置9の場合と同様に熱膨張による間
隙長δの変動量を抑制するためである。これ等の軸受の
内、ジャーナル軸受4,5は蒸気タービン装置9Aの回
転部分の荷重を支承し、スラスト軸受3は前記スラスト
力を支承している。またこれ等に伴って、軸受箱61は
排気排出側端部で、また軸受箱62は反排気排出側端部
で、それぞれ基礎97に据え付けられるようにしてい
る。さらにスラスト軸受3の構成は、それぞれのスラス
トカラー85の側面部に対向させて複数個の扇形状のス
ラスト片を配設しているなど、蒸気タービン装置9の複
合軸受86のスラスト軸受部の構成と基本的に同一であ
る。
The reason for disposing the thrust bearing 3 at this position is to suppress the variation of the gap length δ due to thermal expansion as in the case of the steam turbine device 9. Among these bearings, the journal bearings 4 and 5 support the load of the rotating part of the steam turbine device 9A, and the thrust bearing 3 supports the thrust force. Accordingly, the bearing box 61 is mounted on the foundation 97 at the end on the exhaust discharge side, and the bearing box 62 is mounted on the foundation 97 at the end on the non-exhaust discharge side. Further, the configuration of the thrust bearing 3 is such that a plurality of fan-shaped thrust pieces are disposed so as to face the side portions of the respective thrust collars 85, for example, the configuration of the thrust bearing portion of the composite bearing 86 of the steam turbine device 9. Is basically the same as

【0013】そうして、ジャーナル軸受5で支承される
部位のタービン軸8Aの直径は、タービン軸8の場合と
同様の理由でジャーナル軸受4で支承される部位のター
ビン軸8Aの直径よりも太くなっている。また、スラス
ト軸受3で支承される部位のタービン軸8Aは、回転負
荷装置の駆動トルクおよび回転部分の荷重の支承が不要
のために、ジャーナル軸受4で支承される部位のタービ
ン軸8Aの直径よりも細くなっている。すなわち、蒸気
タービン装置9Aのスラスト軸受3で支承される部位の
タービン軸8Aの直径は、蒸気タービン装置9Aのター
ビンとしての仕様が蒸気タービン装置9と同一である場
合に、蒸気タービン装置9の複合軸受86で支承される
部位のタービン軸8の直径よりも大幅に細くなってい
る。これによりスラスト軸受3のスラスト片の平均直径
を複合軸受86の場合よりも減少できて、スラスト軸受
で発生するスラスト軸受損失を蒸気タービン装置9より
も低減できている。なお、タービン軸8Aの熱膨張の基
点はスラスト軸受3である。
The diameter of the turbine shaft 8A at the portion supported by the journal bearing 5 is larger than the diameter of the turbine shaft 8A at the portion supported by the journal bearing 4 for the same reason as in the case of the turbine shaft 8. Has become. Further, since the turbine shaft 8A at the portion supported by the thrust bearing 3 does not need to support the driving torque of the rotary load device and the load at the rotating portion, the diameter of the turbine shaft 8A at the portion supported by the journal bearing 4 is larger than the diameter of the turbine shaft 8A. Is also thin. That is, the diameter of the turbine shaft 8A at the portion supported by the thrust bearing 3 of the steam turbine device 9A is a composite of the steam turbine device 9 when the specification of the steam turbine device 9A as the turbine is the same as that of the steam turbine device 9. The diameter is much smaller than the diameter of the turbine shaft 8 at the portion supported by the bearing 86. As a result, the average diameter of the thrust pieces of the thrust bearing 3 can be reduced as compared with the case of the composite bearing 86, and the thrust bearing loss generated in the thrust bearing can be reduced as compared with the steam turbine device 9. The base point of the thermal expansion of the turbine shaft 8A is the thrust bearing 3.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術によ
る軸流排気式の蒸気タービン装置9では、蒸気タービン
装置9の運転開始時などにおける間隙長δの変動量の抑
制に有利なことで、スラスト軸受部を持つ複合軸受86
はタービン軸8の駆動側端部(反排気排出側端部)の近
傍に配設されている。しかしながら、複合軸受86が支
承する部位のタービン軸8の直径は前述理由によりジャ
ーナル軸受4で支承される部位の直径よりも太くなって
いる。このために、蒸気タービン装置9のスラスト軸受
部のスラスト片の平均直径は、下向き排気式の前述蒸気
タービン装置9Aのスラスト軸受3のスラスト片の平均
直径よりも大きくならざるを得ない。この結果、軸流排
気式の蒸気タービン装置9では、スラスト軸受部の軸受
摩擦損失が大きくなっている。
The above-described axial-flow exhaust type steam turbine device 9 according to the prior art is advantageous in suppressing the variation of the gap length δ at the start of operation of the steam turbine device 9 and the like. Composite bearing 86 with bearing
Is disposed in the vicinity of the drive side end of the turbine shaft 8 (the end opposite to the exhaust discharge side). However, the diameter of the turbine shaft 8 at the portion supported by the composite bearing 86 is larger than the diameter at the portion supported by the journal bearing 4 for the above-described reason. For this reason, the average diameter of the thrust pieces of the thrust bearing portion of the steam turbine device 9 has to be larger than the average diameter of the thrust pieces of the thrust bearing 3 of the above-described downward exhaust type steam turbine device 9A. As a result, in the axial exhaust type steam turbine device 9, bearing friction loss of the thrust bearing portion is large.

【0015】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされ、その目的は、スラスト軸受部に発生する損失
の低減に好適な軸流排気式のタービン装置を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and has as its object to provide an axial exhaust type turbine device suitable for reducing a loss generated in a thrust bearing portion.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、 1)運動エネルギーを持つ流体から動力を取り出す動力
発生体が取り付けられた軸体であるタービン軸と、この
タービン軸の軸長方向に沿って通流する前記流体をター
ビン軸の一方の端部付近からこの軸長方向にほぼ平行す
る方向に排気として排出させるケーシングと、タービン
軸の前記一方の端部の近傍に配設されこのタービン軸に
対しその軸長方向に働くスラスト力を支承するスラスト
軸受とを備え、前記タービン軸は前記一方の端部に対し
て反対側となる他方の端部部分にこのタービン装置によ
り駆動される回転負荷装置を接続する負荷接続部を有す
ることにより達成される。
According to the present invention, there are provided the following objects: 1) a turbine shaft which is a shaft to which a power generator for extracting power from a fluid having kinetic energy is attached, and an axial direction of the turbine shaft; A casing that discharges the fluid flowing along the vicinity of one end of the turbine shaft as exhaust gas in a direction substantially parallel to the axial direction, and a casing disposed near the one end of the turbine shaft. A thrust bearing for supporting a thrust force acting on the turbine shaft in the axial direction thereof, wherein the turbine shaft is driven by the turbine device at the other end portion opposite to the one end portion. This is achieved by having a load connection for connecting a rotary load device.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。なお以下の説明では、図5
に示した参考例の下向き排気式の蒸気タービン装置9A
と同一部分には同じ符号を付しその説明を省略する。図
1はこの発明の実施の形態の一例による軸流排気式の蒸
気タービン装置の要部を一部破断して示す縦断面図であ
り、図2は蒸気タービン装置の間隙長δとタービン損失
量との関係を説明する説明図である。図1において、1
は、図3に示した従来例による軸流排気式の蒸気タービ
ン装置9に対し、タービン軸8,複合軸受86に代え、
タービン軸2,スラスト軸受3,ジャーナル軸受5を用
いると共に、スラスト軸受3をタービン軸2の排気排出
側の端部の近傍に配設するようにした軸流排気式の蒸気
タービン装置である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following description, FIG.
9A of a downward exhaust type steam turbine device shown in FIG.
The same parts as those described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a part of an axial flow exhaust type steam turbine device according to an embodiment of the present invention, partially cut away, and FIG. 2 is a gap length δ and a turbine loss amount of the steam turbine device. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a relationship with the above. In FIG. 1, 1
Is different from the conventional axial-flow exhaust type steam turbine device 9 shown in FIG.
This is an axial-flow exhaust-type steam turbine device in which a turbine shaft 2, a thrust bearing 3, and a journal bearing 5 are used, and the thrust bearing 3 is disposed near an end on the exhaust discharge side of the turbine shaft 2.

【0018】タービン軸2は蒸気タービン装置9のター
ビン軸8に対し、排気98が排出される側の端部(排気
排出側端部でしかも反駆動側端部であり、この事例の場
合の一方の端部)の近傍にスラスト軸受3が配設されて
いることが特徴点である。そうしてこのことに伴ってタ
ービン軸2は、駆動側端部(この事例の場合の他方の端
部)の近傍でジャーナル軸受5により支承され、反駆動
側端部の近傍でジャーナル軸受4およびスラスト軸受3
により支承される。そうして、蒸気タービン装置1のタ
ービンとしての仕様が蒸気タービン装置9,9Aと同一
である場合に、タービン軸2の、ジャーナル軸受5で支
承される部位,ジャーナル軸受4で支承される部位およ
びスラスト軸受3で支承される部位の直径は、蒸気ター
ビン装置9Aの場合と同等である。また、タービン軸2
の熱膨張の基点も蒸気タービン装置9Aと同等にスラス
ト軸受3である。
The turbine shaft 2 is located at the end of the exhaust shaft 98 (exhaust exhaust end and opposite to the driving end) with respect to the turbine shaft 8 of the steam turbine device 9. Is characterized in that the thrust bearing 3 is disposed in the vicinity of the end of the thrust bearing 3). The turbine shaft 2 is thus supported by journal bearings 5 near the drive end (the other end in this case) and journal bearings 4 and 5 near the non-drive end. Thrust bearing 3
Supported by Then, when the specification of the steam turbine device 1 as the turbine is the same as that of the steam turbine devices 9 and 9A, the portion of the turbine shaft 2 supported by the journal bearing 5, the portion supported by the journal bearing 4, and The diameter of the portion supported by the thrust bearing 3 is equivalent to that of the steam turbine device 9A. In addition, the turbine shaft 2
The base point of thermal expansion is the thrust bearing 3 similarly to the steam turbine device 9A.

【0019】図1に示すこの発明の実施の形態の一例に
よる蒸気タービン装置1は前述の構成を持つが、発明者
らは間隙長δとタービン損失量との関係を究明してこの
発明に至った。すなわち、間隙長δとタービン損失量と
の関係は、従来から言われているようにV字状を示す関
係に有ってタービン損失量Lが最低タービン損失量L m
になる最適間隙長δm が確かに存在するが、しかし、最
適間隙長δm 付近では間隙長δの変化量に対するタービ
ン損失量Lの変化量が存外に少ないことが確認された。
すなわち、最適間隙長δm 付近での間隙長δでは、ター
ビン損失量Lは最低タービン損失量Lm よりも増大する
が、その増大量は僅かである(図2参照)。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
The steam turbine device 1 according to the present invention has the above-described configuration.
Investigated the relationship between the gap length δ and the turbine loss, and
Invented the invention. That is, the gap length δ and the turbine loss amount
Is related to a V-shape as conventionally known.
Therefore, the turbine loss amount L is equal to the minimum turbine loss amount L. m
Optimal gap length δmCertainly exists, but
Suitable gap length δmNear the gap length δ
It was confirmed that the amount of change in the loss amount L was extremely small.
That is, the optimum gap length δmIn the vicinity of the gap length δ,
Bin loss L is the minimum turbine loss LmMore than
However, the increase is slight (see FIG. 2).

【0020】このことは、温度上昇による熱膨張の基点
を蒸気99の流入口72から離れた部位に設定したとし
ても、それにより増大した間隙長δで生じるタービン損
失量Lが最低タービン損失量Lm よりも若干増大する程
度に納まるならば、熱膨張の基点を蒸気99の流入口7
2の近傍に置くことにこだわる必要が無いことを意味す
る。このことに着目して成されたのがこの発明であり、
前記したことから、蒸気タービン装置1ではタービン損
失量Lは蒸気タービン装置9の場合よりも若干増大する
ことを覚悟しなければならないが、スラスト軸受部にス
ラスト片の平均直径が小さいスラスト軸受3を採用でき
ることによるスラスト軸受損失の低減量の方が大きい。
この結果、この発明の蒸気タービン装置1は、従来例の
蒸気タービン装置9の場合よりも全損失量が低減され
る。
This means that even if the starting point of the thermal expansion due to the temperature rise is set at a position distant from the inlet 72 of the steam 99, the turbine loss L caused by the increased gap length δ becomes the minimum turbine loss L m , the starting point of the thermal expansion is set to the inlet 7 of the steam 99.
This means that it is not necessary to stick to the vicinity of 2. This invention was made by paying attention to this,
From the above, it must be prepared that the turbine loss L is slightly increased in the steam turbine device 1 as compared with the steam turbine device 9. However, the thrust bearing 3 is provided with the thrust bearing 3 having a small average diameter of the thrust piece. The amount of reduction in thrust bearing loss due to adoption is greater.
As a result, the total loss of the steam turbine device 1 of the present invention is smaller than that of the steam turbine device 9 of the conventional example.

【0021】さらにこのスラスト軸受損失の低減は、次
記の利点を生み出す。すなわち、従来例の蒸気タービン
装置9の軸受各部は前述したように潤滑油によって所要
温度に冷却されており、この結果潤滑油の供給量が大き
くなっている。このために、蒸気タービン装置9では潤
滑油の供給設備(油槽,ポンプ,弁・配管類などを含
む)が大形化したり、潤滑油の供給用補機類(主油ポン
プなど)の所要動力が大きくなっりしている。蒸気ター
ビン装置1ではスラスト軸受損失が低減されることで、
潤滑油の供給設備の小形化および補機動力の低減に繋が
り、この補機動力の低減によっても、蒸気タービン装置
1の全体としての損失量が低減されると言う利点が得ら
れる。前述の説明では軸流排気式のタービン装置は蒸気
タービン装置であるとしてきたが、これに限定されるも
のではなく、この発明はガスタービンなどの蒸気タービ
ン以外のタービン装置に適用して好適である。
Further, the reduction of the thrust bearing loss has the following advantages. That is, each part of the bearing of the conventional steam turbine device 9 is cooled to a required temperature by the lubricating oil as described above, and as a result, the supply amount of the lubricating oil is increased. For this reason, in the steam turbine device 9, the lubricating oil supply equipment (including oil tanks, pumps, valves and piping, etc.) becomes large, and the required power of lubricating oil supply auxiliary equipment (main oil pump, etc.) Is getting bigger. By reducing the thrust bearing loss in the steam turbine device 1,
This leads to downsizing of the lubricating oil supply equipment and reduction of auxiliary power, and the reduction of auxiliary power also has the advantage of reducing the loss amount of the steam turbine device 1 as a whole. In the above description, the axial exhaust type turbine device has been described as a steam turbine device. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is suitably applied to a turbine device other than a steam turbine such as a gas turbine. .

【0022】[0022]

【発明の効果】この発明による軸流排気式のタービン装
置では、前記課題を解決するための手段の項で述べた構
成とすることで、静翼と動翼との間の軸長方向の間隙
長δが最適間隙長δm から外れることによるタービン損
失量Lの増大量を上回ってスラスト軸受損失量が低減さ
れるので、タービン装置の全損失量の低減が可能にな
り、また、スラスト軸受損失量が低減されることで、
潤滑油供給設備の小形化および補機動力が低減化され、
この補機動力の低減によってもタービン装置の全損失量
の低減が可能になると共に、蒸気タービン装置の建屋関
係を含めての製造原価の低減が可能になるとの効果を得
られる。
According to the turbine apparatus of the axial exhaust type according to the present invention, by adopting the structure described in the section of the means for solving the above-mentioned problems, the axial gap between the stationary blade and the moving blade can be improved. Since the thrust bearing loss is reduced by exceeding the increase in the turbine loss L due to the length δ deviating from the optimum gap length δ m , the total loss of the turbine device can be reduced, and the thrust bearing loss can be reduced. By reducing the amount,
The lubricating oil supply equipment has been downsized and auxiliary power has been reduced,
The reduction of the auxiliary power also makes it possible to reduce the total loss of the turbine device, and also to reduce the manufacturing cost including the building of the steam turbine device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施の形態の一例による軸流排気式
の蒸気タービン装置の要部を一部破断して示す縦断面図
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a main part of an axial-flow exhaust type steam turbine device according to an embodiment of the present invention, partially cut away;

【図2】蒸気タービン装置の間隙長δとタービン損失量
との関係を説明する説明図
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a relationship between a gap length δ and a turbine loss amount of the steam turbine device.

【図3】従来例の軸流排気式の蒸気タービン装置の要部
を示す縦断面図
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a main part of a conventional axial-flow exhaust type steam turbine device.

【図4】図3におけるS部の拡大断面図FIG. 4 is an enlarged sectional view of a portion S in FIG. 3;

【図5】参考例の下向き排気式の蒸気タービン装置の要
部を示す縦断面図
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a main part of a downward exhaust type steam turbine device of a reference example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 タービン装置(蒸気タービン装置) 2 タービン軸 3 スラスト軸受 4 ジャーナル軸受 5 ジャーナル軸受 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine device (steam turbine device) 2 Turbine shaft 3 Thrust bearing 4 Journal bearing 5 Journal bearing

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】運動エネルギーを持つ流体から動力を取り
出す動力発生体が取り付けられた軸体であるタービン軸
と、このタービン軸の軸長方向に沿って通流する前記流
体をタービン軸の一方の端部付近からこの軸長方向にほ
ぼ平行する方向に排気として排出させるケーシングと、
タービン軸の前記一方の端部の近傍に配設されこのター
ビン軸に対しその軸長方向に働くスラスト力を支承する
スラスト軸受とを備え、前記タービン軸は前記一方の端
部に対して反対側となる他方の端部部分にこのタービン
装置により駆動される回転負荷装置を接続する負荷接続
部を有することを特徴とする軸流排気式のタービン装
置。
1. A turbine shaft which is a shaft to which a power generator for extracting power from a fluid having kinetic energy is attached, and said fluid flowing along the axial direction of the turbine shaft is supplied to one of the turbine shafts. A casing that is discharged as exhaust in a direction substantially parallel to the axial direction from near the end,
A thrust bearing disposed near the one end of the turbine shaft and supporting a thrust force acting on the turbine shaft in the axial direction thereof, wherein the turbine shaft is on the opposite side to the one end. An axial exhaust type turbine device having a load connecting portion for connecting a rotary load device driven by the turbine device to the other end portion of the turbine device.
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