JP2003013709A - クラッチ嵌合検出装置及びこれを備えた一軸コンバインドプラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヘリカルスプライン嵌合構造を用いたクラッ
チの嵌合状態を正確に検出することができるクラッチ嵌
合検出装置及びこれを備えた一軸コンバインドプラント
を提供する。 【解決手段】 蒸気タービン負荷投入後、所定時間が経
過するまでの間にガスタービン回転数検出値と蒸気ター
ビン回転数検出値との差が、検出誤差以下となればクラ
ッチが嵌合したと判断する。蒸気タービン回転数検出値
がガスタービン回転数検出値を所定回転数α以上上回っ
た場合、又は、クラッチ嵌合検出後、蒸気タービン回転
数検出値がガスタービン回転数検出値よりも所定回転数
β以上低くなった場合にはクラッチが異常であると判断
する。或いは、ガスタービン回転パルスの一定数ごとに
蒸気タービン回転パルスをカウントし、且つ、このカウ
ント値に基づいて減算又は加算することにより、蒸気タ
ービンとガスタービンとの相対回転角を求めて、クラッ
チ嵌合検出を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はクラッチ嵌合検出装
置及びこれを備えた一軸コンバインドプラントに関し、
特に、ヘリカルスプライン嵌合構造を用いたクラッチを
ガスタービンと蒸気タービンとの間に設けた一軸コンバ
インドプラントに適用して有用なものである。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンと蒸気タービンとを１本の
軸で繋いだ一軸コンバインドプラントは、高効率で且つ
有害物質（ＮＯＸ等）の排出量が少なく、また、一日の
消費電力量の変化に柔軟に対応可能なプラントである
が、最近、この一軸コンバインドプラントに対して、更
に建設コストの低減要求が高まってきている。従来の一
軸コンバインドプラントでは下記に示す事項がコストア
ップの要因となっている。

【０００３】（１） 起動時にガスタービンと蒸気ター
ビンとを同時に起動するため、巨大な起動トルクを発生
させることが可能なサイリスター（起動装置）を必要と
する。 （２） 起動時にガスタービンとともに蒸気タービンも
回転するため、蒸気タービンの羽根が風損によって過度
に温度上昇しないように蒸気タービンに冷却蒸気を供給
することが必要である。しかしながら、ガスタービンに
よる発電機出力が上昇するまでは、ガスタービンの排気
ガスで蒸気を作る排ガスボイラーにおいて蒸気タービン
に投入可能な蒸気が作れない。このため、排ガスボイラ
ーで蒸気タービンに投入可能な蒸気が作られるまでの
間、十分な冷却蒸気を蒸気タービンに供給することがで
きるだけの非常に容量の大きな補助ボイラーが必要とな
る。

【０００４】そこで、現在、建設コストの低減を図るた
め、図１０に示すようなクラッチを適用した一軸コンバ
インドプラントが提案されている。図１０では、ガスタ
ービン１と蒸気タービン２とが１本の軸３で繋がれ、こ
の軸３に発電機４も繋がれている。そして、ガスタービ
ン１（発電機４）と蒸気タービン２との間にはクラッチ
５を介設しており、このクラッチ５によってガスタービ
ン１と蒸気タービン２の結合・切り離しを可能としてい
る。ガスタービン１には燃料制御弁７を介して燃料が供
給され、蒸気タービン６には排ガスボイラなどの蒸気が
蒸気加減弁６を介して供給される。

【０００５】このクラッチ５を適用した一軸コンバイン
ドプラントでは、クラッチ５によりガスタービン１と蒸
気タービン２とを切り離した状態で、まず、ガスタービ
ン１と発電機４のみを起動する。ガスタービン１が定格
回転数に到達すると、発電機４を併入する。発電機併入
後、ガスタービン１の排ガスにより図示しない排ガスボ
イラーで発生する蒸気を、蒸気タービン２に供給可能に
なった時点で蒸気タービン２に供給して、蒸気タービン
２を起動する。そして、蒸気タービン２が定格回転数に
到達後、クラッチ５を嵌合させて蒸気タービン２のトル
クを発電機４に伝える。

【０００６】クラッチ５はヘリカルスプライン嵌合構造
を用いたものであり（図６に示すクラッチ１５と同じ：
詳細後述）、蒸気タービン２の回転数が上昇してガスタ
ービンの回転数と同じ回転数に達すると爪が嵌合し、更
に、蒸気タービン２の回転数がガスタービン１の回転数
を少し上回ると、摺動部が摺動してヘリカルスプライン
嵌合部及びメインギア部が完全嵌合するものである。

【０００７】このクラッチ５を適用した一軸コンバイン
ドプラントによれば、まず、ガスタービン１と発電機４
のみを起動するため、起動に必要なサイリスターの容量
を小さくすることができる（蒸気タービン２の重量分、
容量が小さくてすむ）。また、ガスタービン１と発電機
４のみが運転されている期間には、蒸気タービン２は低
速回転で回っており、冷却蒸気は不要となるため、補助
ボイラーの容量を小さくすることもできる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなクラッチ
５を適用した一軸コンバインドプラントを、良好に制御
するためには、クラッチ５が嵌合状態にあるか、非嵌合
状態にあるかを正確に判定できる機能が必要である。

【０００９】しかしながら、クラッチ５の嵌合・切り離
しを行うとき、クラッチ５自体も３０００ｒｐｍ（５０
Ｈ_Z ）或いは３６００ｒｐｍ（６０Ｈ_Z ）の高速回転数
で回転しているため、リミットスイッチを使ってクラッ
チ５が嵌合状態にあるか、非嵌合状態にあるかを高い信
頼性をもって判定することはできない。このため、現状
では、図示は省略するが、クラッチ５の摺動部の外周部
近傍に同外周部と非接触に設けた位置センサによって前
記摺動部の軸方向位置を検出することにより、クラッチ
５の嵌合／非嵌合検出を行っている。なお、この位置セ
ンサは、センサ先端のコイルに高周波電流を流し、検出
対象物（前記摺動部）に渦電流を発生させて、この渦電
流の変化によるコイルのインピーダンス変化をみて検出
対象物の位置を検出する方式のものである。

【００１０】しかし、この方法でも、タービン１，２自
体が高速で回転しており、上下方向や左右方向にも振動
し、且つ、伸び縮みもある一方、位置センサの取り付け
てある場所は固定であるため、クラッチ５の嵌合／非嵌
合を正確に判定することには限界がある。

【００１１】従って、本発明は上記の事情に鑑み、ヘリ
カルスプライン嵌合構造を用いたクラッチの嵌合状態を
正確に検出することができるクラッチ嵌合検出装置及び
これを備えた一軸コンバインドプラントを提供すること
を課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
発明のクラッチ嵌合検出装置は、第１回転機と第２回転
機との間に介設されているヘリカルスプライン嵌合構造
を用いたクラッチの嵌合状態を検知するクラッチ嵌合検
出装置であって、前記クラッチが嵌合して第２回転機が
第１回転機に結合される際、所定時間が経過した時点
で、第１回転機の回転数検出値と第２回転機の回転数検
出値との差が、第１回転機及び第２回転機の回転数を検
出する回転検出計の検出誤差以下であれば、前記クラッ
チは嵌合していると判断するクラッチ嵌合判断ロジック
を有することを特徴とする。

【００１３】また、第２発明のクラッチ嵌合検出装置
は、第１発明のクラッチ嵌合検出装置において、第２回
転機の回転数検出値が第１回転機の回転数検出値を所定
の回転数以上に上回った場合、又は、前記クラッチ嵌合
判断ロジックによって前記クラッチは嵌合したと判断し
た後、第２回転機の回転数検出値が第１回転機の回転数
検出値よりも所定の回転数以上に低くなった場合には、
クラッチが異常であると判断するクラッチ異常判断ロジ
ックを有することを特徴とする。

【００１４】また、第３発明のクラッチ嵌合検出装置
は、第１回転機と第２回転機との間に介設されているヘ
リカルスプライン嵌合構造を用いたクラッチの嵌合状態
を検知するクラッチ嵌合検出装置であって、第１回転機
と第２回転機の一定回転角ごとにそれぞれパルス信号を
出力するパルス発生手段と、第１カウンタ及び第２カウ
ンタとを備え、前記クラッチが嵌合して第２回転機が第
１回転機に結合される際、第１カウンタでは、第１回転
機の回転に応じてパルス発生手段から出力されるパルス
の一定数ごとに、第２回転機の回転に応じてパルス発生
手段から出力されるパルスの数をカウントするととも
に、第２カウンタでは、第１カウンタのカウント値に応
じて加算又は減算をし、この第２カウンタの前記第１回
転機と前記第２回転機との相対回転角に相当するカウン
ト値とに基づいて前記クラッチの嵌合状態を判断するロ
ジックを有することを特徴とする。

【００１５】また、第４発明の一軸コンバインドプラン
トは、ガスタービンと蒸気タービンとを１本の軸で繋
ぎ、且つ、ガスタービンと蒸気タービンとの間にヘリカ
ルスプライン嵌合構造を用いたクラッチを介設して、ガ
スタービンと蒸気タービンの結合・切り離しを可能とし
た一軸コンバインドプラントにおいて、請求項１，２又
は３に記載のクラッチ嵌合検出装置を備え、前記第１回
転機はガスタービン、前記第２回転機は蒸気タービンで
あることを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００１７】＜実施の形態１＞図１は本発明の実施の形
態１に係るクラッチ嵌合検出装置の構成図、図２は前記
クラッチ嵌合検出装置に備えたクラッチ嵌合判断ロジッ
クの説明図、図３は前記クラッチ嵌合判断ロジックを適
用した蒸気タービン起動ロジックの説明図である。図４
は前記クラッチ嵌合検出装置に備えたクラッチ異常判断
ロジックの説明図、図５は前記クラッチ異常判断ロジッ
クを適用したタービン保護インターロックロジックの説
明図である。また、図６はクラッチの構造を示す縦断面
図、図７は前記クラッチの爪部の構造を示す横断面図
（図６のＡ部の横断面図）である。

【００１８】図５に示すように、本実施の形態に係る一
軸コンバインドプラントでは、ガスタービン１１と蒸気
タービン１２とが１本の軸１３で繋がれ、この軸１３に
発電機１４も繋がれている。そして、ガスタービン１１
（発電機１４）と蒸気タービン１２との間にはクラッチ
１５を介設しており、このクラッチ１５によってガスタ
ービン１１と蒸気タービン１２の結合・切り離しを可能
とすることにより、サイリスターや補助ボイラの容量の
低減を図っている。ガスタービン１１には燃料制御弁１
７を介して燃料が供給され、蒸気タービン１２には蒸気
加減弁１６を介して排ガスボイラなどの蒸気が供給され
る。クラッチ１５としては所謂ＳＳＳクラッチ（商品
名）を適用することができる。

【００１９】このクラッチ１５を適用した一軸コンバイ
ンドプラントでは、クラッチ１５によりガスタービン１
１と蒸気タービン１２とを切り離した状態で、まず、ガ
スタービン１１と発電機１４のみを起動する。ガスター
ビン１１が定格回転数に到達すると、発電機１４を併入
する。発電機併入後、ガスタービン１１の排ガスにより
図示しない排ガスボイラーで発生する蒸気を、蒸気ター
ビン１２に供給可能になった時点で蒸気タービン１２に
供給して、蒸気タービン１２を起動する。そして、蒸気
タービン１２が定格回転数に到達後、クラッチ１５を嵌
合させて蒸気タービン１２のトルクを発電機１４に伝え
る。

【００２０】クラッチ１５はヘリカルスプライン嵌合構
造を用いた公知のものであり、次のような特徴を有して
いる。

【００２１】（１） 蒸気タービン１２の回転数がガス
タービン１１の回転数に到達すると、爪が噛み込んで嵌
合する仕組みとなっている。 （２） 嵌合するときにしっかりと嵌合させて、蒸気タ
ービン１２に現在の回転数で回転するのに必要なトルク
以上のトルクが生じていれば離脱しない。逆に、しっか
りと嵌合していない場合には、蒸気タービン１２に発電
機１４の負担がかからないため、蒸気タービン１２の回
転数がガスタービン１１の回転数を追い抜いて、ますま
す上昇していく。 （３） クラッチ１５が嵌合してガスタービン１１と蒸
気タービン１２とが一体化した状態で回転しているとき
に、蒸気タービン１２の推進トルクを遮断すると（蒸気
タービン１２への蒸気供給を停止すると）、クラッチ１
５は自動的に離脱して蒸気タービン１２の回転数は低下
していく。

【００２２】このクラッチ１５の具体的な構造は図６及
び図７に示すとおりである。即ち、図６に示すように、
クラッチ１５は軸方向（図中左右方向）両側に設けた駆
動部／被駆動部（Input Component ／Output Componen
t）３１，３２と、これらの駆動部／被駆動部３１，３
２の間に設けた摺動部（Sliding Component ）３３とを
有している。図６中の摺動部３３にはハッチングを施し
ている。駆動部３１は蒸気タービン１２側の回転軸３に
結合されて蒸気タービン１２とともに回転し、被駆動部
３２はガスタービン１１側（発電機１４側）の回転軸３
に結合されてガスタービン１１（発電機１４）とともに
回転する。摺動部３３はクラッチ嵌合前は駆動部３１と
ともに回転し、クラッチ嵌合後は駆動部／被駆動部３
１，３２とともに回転する。

【００２３】摺動部３３は本体部分３４と、この本体部
分３４に対しヘリカルスプライン嵌合部３６において摺
動可能に嵌合している摺動部分３５とを有してなるもの
である。摺動部分３５はヘリカルスプライン嵌合部３６
により回転しながら軸方向へ移動する。本体部分３４は
ヘリカルスプライン嵌合部３７において駆動部３１と摺
動可能に嵌合しており、ヘリカルスプライン嵌合部３７
により回転しながら軸方向へ移動する。また、摺動部３
３の本体部分３４は図中左方向へ移動したとき、そのメ
インギア３８が被駆動部３２のメインギア３９と嵌合す
る。なお、図６において、上半分には嵌合前の状態を示
し、下半分には完全嵌合した状態を示している。

【００２４】図７に示すように、被駆動部３２にはバネ
４２で付勢された１次爪４０が設けられている。低速域
（〜約５００ｒｐｍ）では、蒸気タービン１２の回転
数、即ち、蒸気タービン１２（駆動部３１）とともに回
転する摺動部３３の回転数がガスタービン１１（被駆動
部３２）の回転数を上回ろうとすると、被駆動部３２に
取り付けられた１次爪４０が、摺動部３３の摺動部分３
５の外周の係止部（ラチェット部）４３に係止（ラチェ
ット）して、摺動部分３５が被駆動部３２とともに回転
する。この結果、駆動部３１と被駆動部３２との回転角
差がヘリカルスプライン嵌合部３７の機構により図中左
方向へ移動させ、次いで、補助ギア４５，４６が嵌合
し、１次爪４０のラチェットが確実なものとなり、摺動
部分３５が摺動部３３の図中左端に達すると摺動部３３
が被駆動部３２とともに回転する。更に、摺動部３３の
本体部分３４も図中左方向に移動して、ヘリカルスプラ
イン嵌合部３７の嵌合動作及びメインギア３８，３９の
嵌合動作が進行する。そして、ついにはヘリカルスプラ
イン嵌合部３７が完全嵌合し、同時に、メインギア３
８，３９が完全嵌合する。

【００２５】高速域（約５００ｒｐｍ〜）では、遠心力
により１次爪４０が機能しなくなり、逆に２次爪４１が
機能を開始する。蒸気タービン１２の回転数、即ち、蒸
気タービン１２（駆動部３１）とともに回転する摺動部
３３の回転数がガスタービン１１（被駆動部３２）の回
転数を上回ろうとすると、摺動部３３の摺動部分３５に
取り付けられた２次爪４１が、被駆動部３２の内周の係
止部（ラチェット部）４４に係止（ラチェット）して、
摺動部分３５が被駆動部３２とともに回転する。この結
果、駆動部３１と被駆動部３２との回転角差がヘリカル
スプライン嵌合部３７の機構により図中左方向へ移動さ
せ、次いで、補助ギア４５，４６が嵌合し、２次爪４１
のラチェットが確実なものとなり、摺動部分３５が摺動
部３３の図中左端に達すると摺動部３３が被駆動部３２
とともに回転する。更に、摺動部３３の本体部分３４も
図中左方向に移動して、ヘリカルスプライン嵌合部３７
及びメインギア３８，３９の嵌合動作が進行し、ついに
はヘリカルスプライン嵌合部３７が完全嵌合すると同時
にメインギア３８，３９が完全嵌合する。

【００２６】その後、蒸気タービン１２の回転数（摺動
部３３の回転数）がガスタービン１１の回転数よりも低
下すると、ヘリカルスプライン嵌合部３７が機能して、
摺動部３３を図中右方向へ移動させ、メインギア３８，
３９を離脱させる。次いで、ヘリカルスプライン嵌合部
３６が機能して、摺動部分３５を図中右方向へ移動さ
せ、補助ギア４５，４６を離脱させる。この時点で１次
爪４０又は２次爪４１が待機状態となり、完全離脱とな
る。

【００２７】そして、このクラッチ１５の嵌合状態を検
出するため、本実施の形態の一軸コンバインドプラント
では、図１に示すようなクラッチ嵌合検出装置５１を備
えている。

【００２８】図１に示すように、クラッチ嵌合検出装置
５１は回転検出計５２，５３と、ロジック装置５３とを
有してなるものである。回転検出計５２，５３はガスタ
ービン１１や蒸気タービン１２の回転数をこれらに非接
触で検出するために設置されたものであり、ガスタービ
ン１１や蒸気タービン１２の一定回転角ごとにパスル信
号を出力し（例えば１回転あたり６０個のパルス信号を
出力し）、これらのパルス信号を演算処理して回転数を
求める一般的なものである。なお、回転検出計５２，５
３としては、渦電流式の電磁ピックアップなど、適宜の
ものを用いることができる。また、本実施の形態１にお
いては必ずしもパルス信号を出力するものに限定され
ず、他の方式の回転検出計を用いることもできる。

【００２９】回転検出計５２，５３の回転数検出信号は
ロジック装置５４に入力される。そして、このロジック
装置５４には図２に示すクラッチ嵌合判断ロジックと、
図３に示すクラッチ異常判断ロジックとが設けられてい
る。

【００３０】図２に示すように、クラッチ嵌合判断ロジ
ックでは、蒸気タービン１２に負荷が投入（蒸気タービ
ン負荷投入信号が出力）されてから（Ｓ１）、ＯＤＮ
（ON DELAY TIMER：入力したＯＮ信号を所定時間遅らせ
て出力するもの）で設定した所定時間が経過するまでの
間に（Ｓ２）、回転検出計５２によるガスタービン１１
の回転数検出値と、回転検出計５３による蒸気タービン
１２の回転数検出値との差が、回転検出計５２，５３の
検出誤差以下となれば（Ｓ３）、ＡＮＤ条件が成立して
（Ｓ４）、クラッチ１５が嵌合したと判断し、クラッチ
嵌合検出信号を出力する（Ｓ５）。

【００３１】つまり、蒸気タービン２の回転数が上昇し
て、蒸気タービン１２とガスタービン１１の回転数差が
小さくなり、蒸気タービン１２に負荷をかけるだけの蒸
気を蒸気タービン１２に投入後、しばらく運転して（所
定時間が経過するまでに）、蒸気タービン１２とガスタ
ービン１１の回転数差が、回転検出計５２，５３の検出
誤差以下であれば、クラッチ１５は嵌合していると判断
する。

【００３２】図３に基づき、このクラッチ嵌合判断ロジ
ックを適用した蒸気タービン起動ロジックについて説明
する。クラッチ１５を適用した一軸コンバインドプラン
トにおいては、下記のような点を考慮して蒸気タービン
起動時のロジックを構成する必要がある。

【００３３】（１） クラッチ１５を嵌合させるときの
み、大量の蒸気を蒸気タービン１２に送り込んでクラッ
チ１５をしっかりと嵌合させるようにロジックを組む必
要がある。クラッチ１５をしっかりと嵌合させないと、
後でクラッチ１５が離脱する恐れがある。 （２） クラッチ１５がしっかりと嵌合して蒸気タービ
ン１２に発電機負荷がかかったと判断されてから、投入
蒸気を徐々に増やしていくようにロジックを構成する必
要がある。クラッチ１５がしっかりと嵌合されておら
ず、蒸気タービン１２に発電機負荷がかかっていない状
態で大量の蒸気を蒸気タービン１２へ投入すると、蒸気
タービン１２の回転数のみが上昇する恐れがある。

【００３４】このことを実現するため、図３に示すよう
な蒸気タービン起動ロジックを構成する。この蒸気ター
ビン起動ロジックの内容は次のとおりである。

【００３５】（１） 蒸気タービン１２の起動条件が整
うと、昇速用開度指令に基づき（Ｓ２１）、蒸気加減弁
１６を少し開けて蒸気タービン１２に蒸気を通気する。 （２） 昇速用開度指令に基づき（Ｓ２１）、蒸気加減
弁１６で蒸気タービン１２に入る蒸気を調整しながら、
蒸気タービン１２を定められた昇速レートで昇速させて
いく。 （３） 回転検出計５２によって計測されるガスタービ
ン１１の回転数と、回転検出計５３によって計測される
蒸気タービン１２の回転数とを比較しながら（Ｓ２２，
Ｓ２３，Ｓ２４）、徐々に蒸気加減弁１６を開けてい
き、蒸気タービン１２の回転数を上げていく。 （４） ガスタービン１１の回転数と蒸気タービン１２
の回転数の差がなくなって、回転検出計５２，５３の検
出誤差以下になると（Ｓ２５）、蒸気加減弁１６を、初
負荷保持指令に基づき（Ｓ２６）、初負荷（蒸気タービ
ンFULL LOAD の約１０％程度）に相当する開度まで一気
に開ける。このときクラッチ１５が嵌合する。即ち、ク
ラッチ１５を嵌合させるときには、大量の蒸気を送り込
んでしっかりと嵌合させる。 （５） 上記（４）の状態（初期負荷状態）でしばらく
の間運転をして、クラッチ１５がしっかりと嵌合した状
態を作る。後から、クラッチ１５が離脱しないようにす
るためである。 （６） 蒸気タービン１２に規定負荷以上の蒸気を投入
してしばらく運転し、上記のクラッチ嵌合判断ロジック
で「クラッチ嵌合」と検出されると（Ｓ２７）、蒸気加
減弁開度指令を（Ｓ２８）、昇負荷用開度指令（ミニマ
ム蒸気圧力保持）に切り換えて（Ｓ２９，Ｓ３０）、蒸
気加減弁１６を徐々に開けていくとにより、蒸気タービ
ン１２による発電機出力量を少しずつ上げていく。

【００３６】また、図４に示すように、クラッチ異常判
断ロジックでは、回転検出計５３による蒸気タービン１
２の回転数検出値が、回転検出計５２によるガスタービ
ン１１の回転数検出値を、所定回転数α以上に上回った
場合（Ｓ１１）、又は（Ｓ１５：ＯＲ回路）、前記クラ
ッチ嵌合判断ロジックによってクラッチ１５は嵌合した
と判断した後（Ｓ１２）、回転検出計５３による蒸気タ
ービン１２の回転数検出値が、回転検出計５２によるガ
スタービン１１の回転数検出値よりも所定回転数β以上
に低くなった場合には（Ｓ１２，Ｓ１３：ＡＮＤ回路Ｓ
１４）、クラッチ１５が異常であると判断して、クラッ
チ異常信号を出力する（Ｓ１６）。

【００３７】つまり、蒸気タービン１２の回転数がガス
タービン１１の回転数を所定回転数α以上上回った場
合、また、一度、クラッチ１５が嵌合したと判断した
後、蒸気タービン１２の推進トルクを遮断していないの
に（蒸気タービン１１への蒸気供給を停止していないの
に）、蒸気タービン１２の回転数がガスタービン１１の
回転数よりも所定回転数β以上低くなった場合には、ク
ラッチ１５が異常（例えば爪４０，４１が壊れて蒸気タ
ービン１２のトルクが発電機１４に伝わっていない）と
判断する。この場合には安全のため、ガスタービン１１
及び蒸気タービン１２を、ともに停止する。

【００３８】図５に基づき、このクラッチ異常判断ロジ
ックを適用したタービン保護インターロックロジックに
ついて説明する。

【００３９】図５に示すように、一軸コンバインドプラ
ントでは、ガスタービン１１又は蒸気タービン１２に軸
振動大（Ｓ４１）、失火（Ｓ４２）、排気ガス温度高
（Ｓ４３）などの異常が発生した場合、非常遮断油ライ
ン１９に設けたトリップ電磁弁１８を非励磁にして開く
ことにより、非常遮断油ライン１９を介して、蒸気加減
弁１６及び燃料制御弁１７から非常遮断油を抜く、その
結果、蒸気加減弁１６及び燃料制御弁１７の制御油が逃
げて、これらの弁１６，１７が遮断する（全閉になる）
ことにより、蒸気タービン１２及びガスタービン１１を
安全に停止させることができる。

【００４０】このようなタービン保護インターロックロ
ジック（リレー回路）にクラッチ異常判断ロジックのク
ラッチ異常信号（Ｓ４４）も組み込むことにより、この
クラッチ異常信号（Ｓ４４）が出力されたときにも、ト
リップ電磁弁１８を開いて蒸気タービン１２及びガスタ
ービン１１を停止させることができるようになる。

【００４１】なお、図５ではクラッチ異常検出ロジック
を多重化（３重化）しており、３つのうちの何れか２つ
で（Ｓ５５，Ｓ５９）、「蒸気タービン１２の回転数検
出値がガスタービン１１の回転数検出値を所定回転数α
以上上回ったという条件」、又は、「クラッチ嵌合判断
ロジックによってクラッチ嵌合を検出した後、蒸気ター
ビン１２の回転数検出値がガスタービン１１の回転数検
出値よりも所定回転数β以上低くなったという条件」が
成立した場合にクラッチ異常信号（Ｓ４４）を出力する
ようにしている（Ｓ４６〜Ｓ６０）。

【００４２】以上のことから、本実施の形態１によれ
ば、図２に示すクラッチ嵌合判断ロジックによって、よ
り確実にクラッチ１５の嵌合を検出することができる。
また、図４に示すクラッチ異常判断ロジックによって、
クラッチ異常を確実に検出することもできる。そして、
これらのクラッチ嵌合判断ロジックやクラッチ異常判断
ロジックはクラッチ１５を適用した一軸コンバインドプ
ラントには不可欠のものであるため、クラッチ１５を適
用して従来よりも低いコストで一軸コンバインドプラン
トを製作することができるようになる。

【００４３】＜実施の形態２＞図２に示すクラッチ嵌合
判断ロジックや図４に示すクラッチ異常判断ロジックに
代えて、図８に示すようなロジックを図１のロジック装
置５４に備えるようにしてもよい。なお、図８は本実施
の形態２に係るクラッチ嵌合検出装置のロジックを示す
説明図、図９は前記ロジックにおけるパルスカウント値
の具体例を示す説明図である。

【００４４】本実施の形態２のロジックでは、パルス発
生手段として、回転検出計５２，５３を用いる。即ち、
回転検出計５２，５３から出力される回転パルス信号を
利用する。なお、これに限定するものではなく、パルス
発生手段としては、ガスタービン１１の一定回転角ごと
にパスル信号（ガスタービン回転パルス）を出力し、ま
た、蒸気タービン１２の一定回転角ごとにパルス信号
（蒸気タービン回転パルス）を出力するものであればよ
い。なお、ガスタービン回転パルスと蒸気タービン回転
パルスは、同じ一定回転角ごとに出力させる。

【００４５】図８に示すように、第１カウンタでは、ガ
スタービン１１の回転に応じてパルス発生手段（回転検
出計５２）から出力されるパルス（ガスタービン回転パ
ルス）の一定数ごとに、蒸気タービン１２の回転に応じ
てパルス発生手段（回転検出計５３）から出力されるパ
ルス（蒸気タービン回転パルス）の数をカウント（第１
カウント）する（Ｓ７１，Ｓ７１，Ｓ７３）。つまり、
前記一定数ごとカウント値はリセットして、新たに１か
ら蒸気タービン回転パルスをカウントする。なお、蒸気
タービン回転パルスのカウント周期は、ガスタービン回
転パルスの何パルスごとでもよいが、ここでは、１つの
ガスタービン回転パルスが出力されてから、その次のガ
スタービン回転パルスが出力されるまでの間に出力され
る蒸気タービン回転パルスの数をカウントしている。

【００４６】その結果、この第１カウンタによる第１カ
ウント値は、蒸気タービン１２の回転数に応じて、０の
場合（Ｓ７４）と、１の場合（Ｓ７５）と、２の場合
（Ｓ７６）と、２よりも大きい場合（Ｓ７７）とがあ
る。

【００４７】つまり、図９に例示するように、「ガスタ
ービン回転パルス」に対し、ガスタービン回転数より蒸
気タービン回転数のほうが小さい「蒸気タービン回転パ
ルスＡ」の場合には、第１カウント値が、第１カウント
値Ａのように１なったり、０になったりする。ガスター
ビン回転数と蒸気タービン回転数が同じ「蒸気タービン
回転パルスＢ」の場合には、第１カウント値が、第１カ
ウント値Ｂのように連続的に１となる。ガスタービン回
転数よりも蒸気タービン回転数のほうが大きい「蒸気タ
ービン回転パルスＣ」の場合には、第１カウント値が、
第１カウント値Ｃのように２になったり、１になったり
する。また、図示はしていないが、蒸気タービン回転数
が更にガスタービン回転数よりも大きくなった場合に
は、第１カウント値が２よりも大きくなる。

【００４８】クラッチ１５の１次爪４０又は２次爪４１
の係止から摺動部分３５の移動、補助ギア４５，４６の
嵌合、次いで、摺動部３３の移動を経てメインギア３
８，３９の完全嵌合までの過程では、蒸気タービン回転
数がガスタービン回転数よりも少し上回るため（勿論、
完全嵌合すれば蒸気タービン回転数とガスタービン回転
数は同じになる）、ここでは、クラッチ１５の嵌合動作
が正常に進行しているときには、第１カウント値が２に
なる、或いは、２になったり１になったりするものとす
る。

【００４９】そして、図８に示すように、第１カウント
値が１の場合には「リターン」とし（Ｓ７８）、第１カ
ウント値が２よりも大きい場合には「ＡＮＮ（警報）」
を発する（Ｓ７７）。つまり、第１カウント値が２より
も大きくなったときには、１次爪４０や２次爪４１の故
障（ラチェットしない）などにより、蒸気タービン回転
数がガスタービン回転数よりも異常に大きくなったもの
として、「ＡＮＮ（警報）」（この場合、蒸気タービン
の回転数はガスタービンの回転数の１５０％以上を検出
したことになり、物理的にありえぬことであり、ロジッ
クか計測器の故障と判断できる）を発する。

【００５０】一方、第１カウント値が０と２の場合に
は、続いて、第２カウンタによるカウント（第２カウン
ト）を行う（Ｓ８０）。第２カウントでは、第１カウン
ト値が２のときには１を加算（カウントアップ）し、第
１カウント値が０のときには１を減算（カウントダウ
ン）する。図９に例示するように、第２カウンタによる
第２カウント値は、「第１カウント値Ａ」の場合には
「第２カウント値Ａ」のように減少してγがγ−１とな
り、「第１カウント値Ｂ」の場合には「第２カウント値
Ｂ」のようにγのまま変化せず、そして、「第１カウン
ト値Ｃ」の場合には「第２カウント値Ｃ」のようにγが
γ＋１となる。なお、第２カウンタの第２カウント値が
０以下となった場合に対し、第２カウンタに自動的に０
へリセットする機能を持たせている（Ｓ８９，Ｓ９
０）。また、第２カウンタの第２カウント値がα＋β以
上となった場合は制御ロッジク故障又はクラッチ故障と
判断し、「ＡＮＮ（警報）」を発する（Ｓ８７，Ｓ８
８）。

【００５１】そして、図８に示すように、第２カウンタ
による第２カウント値が１よりも大きければ「爪嵌
合」、即ち、１次爪４０或いは２次爪４１が嵌合（ラチ
ェット）したと判断し（Ｓ８２，Ｓ８５）、更に、第２
カウント値が所定値αよりも大きくなれば「完全嵌合」
したと判断する（Ｓ８１，Ｓ８４）。一方、第２カウン
ト値が０となれば「離脱」したと判断する（Ｓ８３，Ｓ
８６）。

【００５２】つまり、先にも述べたようにクラッチ１５
におけるヘリカルスプライン嵌合部３６，３７の嵌合動
作が正常に進行する場合には、蒸気タービン回転数がガ
スタービン回転数を少し上回り、且つ、この状態がある
程度の時間（ヘリカルスプライン嵌合部が完全嵌合する
までの時間）継続することになる。従って、この間には
第１カウント値が２になる状態或いは２や１になる状態
が継続するため、第２カウント値は完全嵌合するまで
（蒸気タービン回転数とガスタービン回転数が同じにな
って第１カウント値が連続的に１になるまで）増加して
所定値α以上となる。即ち、第２カウンタの第２カウン
ト値はヘリカルスプライン嵌合部３６，３７での蒸気タ
ービン軸とガスタービン軸の相対回転角に比例する。従
って、第２カウント値が所定値αよりも大きくなったか
否かを監視することによって、クラッチ１５が完全嵌合
したか否かを判断するとができる。

【００５３】一方、嵌合動作の途中でヘリカルスプライ
ン嵌合部３６，３７や補助ギア４５，４６及びメインギ
ア３８，３９が焼きつきなどによって固着したような場
合には、その時点で蒸気タービン回転数とガスタービン
回転数が同じになって第１カウント値が連続的に１にな
るため、第２カウント値は所定値αに達しない。このと
きにはクラッチ１５が不完全な状態で嵌合していること
になるため、クラッチ１５の破損を招いたり、負荷が大
きくなったときなどにはクラッチ１５が離脱してしまう
恐れがある。また、蒸気タービン回転数がガスタービン
回転数よりも低下すると、第１カウント値は０又は１と
なるため、第２カウント値は減算されて減少する。従っ
て、第２カウント値が０となったときには、クラッチ１
５が離脱したと判断することができる。

【００５４】なお、このロジックにおける各設定値は、
実際のクラッチ特性や、パルスカウント周期（ガスター
ビン回転パルスの何パルスごとに蒸気タービン回転パル
スをカウントするか）などに応じて、適宜、変更しても
よい。

【００５５】以上のことから、本実施の形態２によれ
ば、確実にクラッチ１５の嵌合やクラッチ１５の異常を
検出することができ、クラッチ１５を適用した一軸コン
バインドプラントの実現に資することができる。しか
も、本実施の形態２ではクラッチ１５の嵌合状態を、よ
り具体的に把握することができる。つまり、ガスタービ
ン１１と蒸気タービン１２が同じ回転数で回転していて
も、クラッチ１５が完全嵌合しているとは限らないが、
本実施の形態２によれば、摺動部分３５又は摺動部３３
が完全に押し込まれてヘリカルスプライン嵌合部３６，
３７が完全嵌合したのか、嵌合途中で固着してしまった
のかを判断することができる。

【００５６】なお、本発明はクラッチ１５を用いた一軸
コンバインドプラントに適用して有用なものであるが、
必ずしもこれに限定するものではなく、ガスタービンや
蒸気タービン以外の回転機の間にクラッチ１５を介設し
た場合にも適用することができる。

【００５７】

【発明の効果】以上、発明の実施の形態とともに具体的
に説明したように、第１発明のクラッチ嵌合検出装置
は、第１回転機と第２回転機との間に介設されているヘ
リカルスプライン嵌合構造を用いたクラッチの嵌合状態
を検知するクラッチ嵌合検出装置であって、前記クラッ
チが嵌合して第２回転機が第１回転機に結合される際、
所定時間が経過した時点で、第１回転機の回転数検出値
と第２回転機の回転数検出値との差が、第１回転機及び
第２回転機の回転数を検出する回転検出計の検出誤差以
下であれば、前記クラッチは嵌合していると判断するク
ラッチ嵌合判断ロジックを有することを特徴とする。

【００５８】従って、この第１発明のクラッチ嵌合検出
装置によれば、クラッチ嵌合判断ロジックによって、よ
り確実にクラッチの嵌合を検出することができる。

【００５９】また、第２発明のクラッチ嵌合検出装置
は、第１発明のクラッチ嵌合検出装置において、第２回
転機の回転数検出値が第１回転機の回転数検出値を所定
の回転数以上に上回った場合、又は、前記クラッチ嵌合
判断ロジックによって前記クラッチは嵌合したと判断し
た後、第２回転機の回転数検出値が第１回転機の回転数
検出値よりも所定の回転数以上に低くなった場合には、
クラッチが異常であると判断するクラッチ異常判断ロジ
ックを有することを特徴とする。

【００６０】従って、この第２発明のクラッチ嵌合検出
装置によれば、クラッチ異常判断ロジックによって、ク
ラッチ異常を確実に検出することができる。

【００６１】また、第３発明のクラッチ嵌合検出装置
は、第１回転機と第２回転機との間に介設されているヘ
リカルスプライン嵌合構造を用いたクラッチの嵌合状態
を検知するクラッチ嵌合検出装置であって、第１回転機
と第２回転機の一定回転角ごとにそれぞれパルス信号を
出力するパルス発生手段と、第１カウンタ及び第２カウ
ンタとを備え、前記クラッチが嵌合して第２回転機が第
１回転機に結合される際、第１カウンタでは、第１回転
機の回転に応じてパルス発生手段から出力されるパルス
の一定数ごとに、第２回転機の回転に応じてパルス発生
手段から出力されるパルスの数をカウントするととも
に、第２カウンタでは、第１カウンタのカウント値に応
じて加算又は減算をし、この第２カウンタの前記第１回
転機と前記第２回転機との相対回転角に相当するカウン
ト値とに基づいて前記クラッチの嵌合状態を判断するロ
ジックを有することを特徴とする。

【００６２】従って、この第３発明のクラッチ嵌合検出
装置によれば、確実にクラッチの嵌合状態を判断するこ
とができる。しかも、クラッチの嵌合状態を、より具体
的に把握することができる。つまり、第１回転機と第２
回転機が同じ回転数で回転していても、クラッチが完全
嵌合しているとは限らないが、この第３発明によれば、
クラッチが完全嵌合したのか、嵌合途中で固着してしま
ったのかを判断することができる。

【００６３】また、第４発明の一軸コンバインドプラン
トは、ガスタービンと蒸気タービンとを１本の軸で繋
ぎ、且つ、ガスタービンと蒸気タービンとの間にヘリカ
ルスプライン嵌合構造を用いたクラッチを介設して、ガ
スタービンと蒸気タービンの結合・切り離しを可能とし
た一軸コンバインドプラントにおいて、請求項１，２又
は３に記載のクラッチ嵌合検出装置を備え、前記第１回
転機はガスタービン、前記第２回転機は蒸気タービンで
あることを特徴とする。

【００６４】従って、この第４発明の一軸コンバインド
プラントによれば、クラッチを適用した一軸コンバイン
ドプラントにおいて不可欠なクラッチの嵌合検出を、ク
ラッチ嵌合検出装置によって確実に行うことができるた
め、クラッチを適用して従来よりも低いコストで一軸コ
ンバインドプラントを製作することができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るクラッチ嵌合検出
装置の構成図である。

【図２】前記クラッチ嵌合検出装置に備えたクラッチ嵌
合判断ロジックの説明図である。

【図３】前記クラッチ嵌合判断ロジックを適用した蒸気
タービン起動ロジックの説明図である。

【図４】前記クラッチ嵌合検出装置に備えたクラッチ異
常判断ロジックの説明図である。

【図５】前記クラッチ異常判断ロジックを適用したター
ビン保護インターロックロジックの説明図である。

【図６】クラッチの構造を示す縦断面図である。

【図７】前記クラッチの爪部の構造を示す横断面図（図
６のＡ部の横断面図）である。

【図８】本実施の形態２に係るクラッチ嵌合検出装置の
ロジックを示す説明図である。

【図９】前記ロジックにおけるパルスカウント値の具体
例を示す説明図である。

【図１０】クラッチを適用した一軸コンバインドプラン
トの構成図である。

【符号の説明】

１１ ガスタービン １２ 蒸気タービン １３ 軸 １４ 発電機 １５ クラッチ １６ 蒸気加減弁 １７ 燃料制御弁 １８ トリップ電磁弁 １９ 非常遮断油ライン ３１ 駆動部 ３２ 被駆動部 ３３ 摺動部 ３４ 本体部分 ３５ 摺動部分 ３６ ヘリカルスプライン嵌合部 ３７ ヘリカルスプライン嵌合部 ３８ メインギア ３９ メインギア ４０ １次爪 ４１ ２次爪 ４２ バネ ４３ 係止部 ４４ 係止部 ４５ 補助ギア ４６ 補助ギア ５１ クラッチ嵌合検出装置 ５２ 回転検出計 ５３ 回転検出計 ５４ ロジック装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 正章 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 込山 弘哉 神奈川県横浜市西区みなとみらい三丁目３ 番１号 株式会社エム・ディ・エス内 Ｆターム(参考） 3G081 BA16 BB00 BC07 BD00

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１回転機と第２回転機との間に介設さ
   れているヘリカルスプライン嵌合構造を用いたクラッチ
   の嵌合状態を検知するクラッチ嵌合検出装置であって、 前記クラッチが嵌合して第２回転機が第１回転機に結合
   される際、所定時間が経過した時点で、第１回転機の回
   転数検出値と第２回転機の回転数検出値との差が、第１
   回転機及び第２回転機の回転数を検出する回転検出計の
   検出誤差以下であれば、前記クラッチは嵌合していると
   判断するクラッチ嵌合判断ロジックを有することを特徴
   とするクラッチ嵌合検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載するクラッチ嵌合検出装
   置において、第２回転機の回転数検出値が第１回転機の
   回転数検出値を所定の回転数以上に上回った場合、又
   は、前記クラッチ嵌合判断ロジックによって前記クラッ
   チは嵌合したと判断した後、第２回転機の回転数検出値
   が第１回転機の回転数検出値よりも所定の回転数以上に
   低くなった場合には、クラッチが異常であると判断する
   クラッチ異常判断ロジックを有することを特徴とするク
   ラッチ嵌合検出装置。
3. 【請求項３】 第１回転機と第２回転機との間に介設さ
   れているヘリカルスプライン嵌合構造を用いたクラッチ
   の嵌合状態を検知するクラッチ嵌合検出装置であって、 第１回転機と第２回転機の一定回転角ごとにそれぞれパ
   ルス信号を出力するパルス発生手段と、第１カウンタ及
   び第２カウンタとを備え、前記クラッチが嵌合して第２
   回転機が第１回転機に結合される際、第１カウンタで
   は、第１回転機の回転に応じてパルス発生手段から出力
   されるパルスの一定数ごとに、第２回転機の回転に応じ
   てパルス発生手段から出力されるパルスの数をカウント
   するとともに、第２カウンタでは、第１カウンタのカウ
   ント値に応じて加算又は減算をし、この第２カウンタの
   前記第１回転機と前記第２回転機との相対回転角に相当
   するカウント値に基づいて前記クラッチの嵌合状態を判
   断するロジックを有することを特徴とするクラッチ嵌合
   検出装置。
4. 【請求項４】 ガスタービンと蒸気タービンとを１本の
   軸で繋ぎ、且つ、ガスタービンと蒸気タービンとの間に
   ヘリカルスプライン嵌合構造を用いたクラッチを介設し
   て、ガスタービンと蒸気タービンの結合・切り離しを可
   能とした一軸コンバインドプラントにおいて、 請求項１，２又は３に記載のクラッチ嵌合検出装置を備
   え、前記第１回転機はガスタービン、前記第２回転機は
   蒸気タービンであることを特徴とする一軸コンバインド
   プラント。