JP2004183614A

JP2004183614A - 回転機械

Info

Publication number: JP2004183614A
Application number: JP2002354318A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Yamashita; 勝也山下; Takanobu Oda; 隆信小田; Makihito Yamada; 牧人山田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】軸受アライメントの変化による回転軸の振動を効果的に抑制できる回転機械を提供すること。
【解決手段】この発明にかかる回転機械の一例であるタービン１は、回転軸２０の軸受を収容する軸受ハウジング２１を、回転軸２０を収容するケーシング１０の軸受支持部１１にて支持する。このタービン１では、軸受支持部１１の周辺に管状部材３０を配設して冷却通路３１を形成し、この冷却通路に、タービンシステムに用いられる水、蒸気、空気、油等を、冷媒として供給して、軸受支持部１１を冷却する。さらに、軸受支持部１１の外周に断熱材３２を配置し、タービン高温部から軸受支持部１１への伝熱を抑制する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転機械に関し、更に詳しくは、アライメントの変化による回転軸の振動を効果的に抑制できるガスタービン、蒸気タービン、圧縮機、ポンプその他の回転機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービン、蒸気タービン、圧縮機、ポンプ等の回転機械は、回転軸の軸受をケーシングの軸受支持部にて固定状態で支持する。また、従来の回転機械は、ケーシングが軸受支持部を兼用するものが多い。かかる軸受支持部は、軸受を所定の最適な高さで支持するように調整（軸受アライメント）される。なお、従来の回転機械としては、特許文献１に記載される技術が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−１２４４１０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、従来の回転機械では、その起動時や負荷の変化時にて、高温部からの伝熱や軸受の潤滑油の温度上昇等により軸受支持部が熱膨張し、軸受が上方に持ち上がってそのアライメントが変化する。すると、軸受の動特性に変化が生じ、回転機械の稼働時にて回転軸に振動が発生するという問題点があった。
【０００５】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軸受アライメントの変化による回転軸の振動を効果的に抑制できる回転機械を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明にかかる回転機械は、回転軸と、前記回転軸の軸受、または、当該軸受を収容する軸受ハウジングと、前記軸受もしくは前記軸受ハウジングを支持する軸受支持部を有すると共に、前記回転軸を収容するケーシングと、前記軸受支持部もしくはその周辺に設けられた冷却通路に、水、蒸気、空気、油その他の冷媒を供給して前記軸受支持部を冷却する支持部冷却手段とを含む。
【０００７】
この発明では、軸受支持部もしくはその周辺に冷却通路を設け、この冷却通路に冷媒を供給して軸受支持部を冷却する。これにより、軸受支持部の熱膨張を抑制し、軸受のアライメント変化を抑制して、回転軸の振動を効果的に防止できる利点がある。なお、軸受支持部とは、例えば、ケーシングが軸受を支持する支持台を有するときはこの支持台を含み、軸受がケーシングに固定設置されているときは、軸受が固定されているケーシングの部分を含む。また、冷媒は、回転機械とは別個に設けた冷媒供給手段により供給してもよいし、回転機械が用いる水や蒸気等を冷媒として兼用してもよい。前者は、既存の回転機械にも容易に適用できる点で好ましく、後者は、システムの水や蒸気等を効率的に利用できる点で好ましい。
【０００８】
また、この発明にかかる回転機械は、さらに、高温部から前記軸受、前記軸受ハウジングもしくは前記軸受支持部への熱の伝達経路上に設けられた断熱手段を含む。
【０００９】
この発明では、高温部から前記軸受、前記軸受ハウジングもしくは軸受支持部への伝熱経路上に断熱手段を設ける。これにより、軸受等への熱伝達を遮断して、その温度上昇を低減できる利点がある。断熱手段には、例えば、グラスファイバ、セラミックスその他の断熱部材を配置した構成や、クリアランスを設けて空気層を形成する構成が含まれる。なお、高温部とは、軸受支持部以外の部分であって軸受支持部より高温の部分を意味し、例えば、蒸気タービンであれば、そのタービン部等が該当する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的同一のものが含まれる。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるタービンの要部を示す側面断面図である。このタービン１は、鋳製のケーシング１０内に回転軸２０を収容し、この回転軸２０の軸受ハウジング２１の外周を、ケーシング１０に設けた鋳製の軸受支持部１１にて固定状態で支持する。軸受支持部１１は、軸受を所定の最適な高さで支持するように調整され、その状態にてケーシング１０に固定設置される。ケーシング１０内には、管状部材３０から成る複数の冷却通路３１が形成される。冷却通路３１は、軸受支持部１１の付近と、回転軸２０周りとに位置し、軸受支持部１１および軸受ハウジング２１を取り囲み配置される。また、冷却通路３１の外周には、さらに、グラスファイバー、セラミックスその他の断熱部材からなる断熱板３２を配置し、タービン高温部（図示省略）側から軸受支持部１１や軸受ハウジング２１への熱の伝達経路を遮断する。
【００１２】
ここで、従来のタービンでは、タービン高温部からの熱が、ケーシング１０から軸受支持部１１や軸受ハウジング２１に伝わり、これらが熱膨張して軸受アライメントが変化し、回転軸２０に振動が生じていた。これに対して、この実施の形態１にかかるタービン１では、ケーシング１０内に配設した冷却通路３１内に、タービン１のシステムに用いる水、蒸気、空気、油等を冷媒として供給し、軸受支持部１１およびその周辺を冷却する。これにより、軸受支持部１１や軸受ハウジング２１の温度上昇が抑制され、これらの温度が所期の温度に維持されるので、軸受アライメントの変化を効果的に防止できる利点がある。なお、軸受アライメントは、設計段階にて、軸受支持部１１等が熱膨張することをある程度予定して行われる。したがって、軸受支持部１１等は、この軸受アライメントが予定する範囲内の温度に冷却されればよい。
【００１３】
また、このタービン１では、冷却通路３１を、ケーシング１０と軸受支持部１１との結合部付近に位置させ、回転軸２０周りを取り囲むように配設する（図１参照）。すなわち、冷却通路３１は、タービン高温部から軸受支持部１１や軸受ハウジング２１への伝熱経路をほぼ覆い配置される。そして、冷却通路３１に冷媒を供給して、この伝熱経路を冷却するので、軸受支持部１１への伝熱を効果的に遮断できる利点がある。さらに、このタービン１では、断熱板３２が、冷却通路３１のタービン高温部側外周を覆うように配置されるので、軸受支持部１１等への伝熱経路をさらに効果的に遮断できる利点がある。
【００１４】
なお、この実施の形態１では、蒸気タービンやガスタービン等のタービン１を回転機械の一例として説明したが、これに限らず、上記構成は、小型圧縮機やポンプ等の比較的小型の回転機械に適用してもよい。なお、システムに用いる水等を冷媒として利用する構成は、外部に冷却装置を設置して冷却する構成と比較して大容量の冷却が可能なので、軸受周辺の熱容量が大きい回転機械に適するという利点がある。
【００１５】
また、この実施の形態１では、タービン１に供給される冷媒の供給手段は、特に限定がない。したがって、冷媒供給手段は、当業者公知の手段を用いて当業者自明の範囲内で適宜構成されても良い。図２は、かかる冷媒供給手段の一例を示す構成図である。同図において、上記実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。この冷媒供給手段は、冷却水槽６０と、供給ポンプ６１と、供給量制御弁６３とを含み構成され、冷媒として冷却水を用いる。この冷却水は、タービンシステムに用いられる冷却水である。冷却水槽６０は、冷却水を貯める水槽であり、従来のタービンが有する冷却水槽と同一のものが用いられる。ポンプ６１は、冷却水槽６０から冷却水を汲み上げ、供給管６５ｂ、６５ｃを介して冷却通路３１，３１に冷却水を供給する。これにより、回転軸２０外周および軸受支持部１１外周が冷却される。なお、供給量制御弁６３、６３は、冷却通路３１，３１への冷却水の供給量を制御する。また、冷却通路３１，３１を通った冷却水は、回収管６６ａ〜６６ｃを介して冷却水槽６０に回収される。また、冷却水は、冷却水槽６０内もしくは回収ライン上にて放熱し冷却される。
【００１６】
また、この実施の形態１では、冷却通路３１に供給される冷却水と、他のタービンシステムに用いられる冷却水とを共用する。具体的には、単一の冷却水槽６０を共用して冷却水を冷却通路３１や他のタービンシステムに供給する。これは、タービン１の冷却システムを簡略化できる点で好ましい。しかし、これに限らず、他のタービンシステムとは別個に冷却水槽を設けて、冷却水を冷却通路３１に供給しても良い。例えば、他のタービンシステムに供給される冷却水が、軸受支持部１１付近よりも著しく高温もしくは低温である場合に、同一の冷却水を共用する構成は、好ましくない。そこで、かかる場合には、供給対象に応じた冷却水を供給することが好ましい。これにより、供給対象により異なる冷却水を使い分け得る利点がある。また、同様の観点から、供給対象に応じて冷媒を変更する構成としても良い。例えば、著しく高温となる他のタービンシステムでは、空冷による冷却系統を構成し、水冷で足りる軸受支持部１１付近では、水冷による冷却系等を構成するとしても良い。これにより、供給対象を効率的に冷却できる利点がある。
【００１７】
また、この実施の形態１では、冷却水槽６０から汲み上げた冷却水を、供給管６５ｂ、６５ｃを介して回転軸２０側の冷却通路３１と、軸受支持部１１側の冷却通路３１とにそれぞれ供給する。しかし、これに限らず、この冷却ラインを１本とし、汲み上げた冷却水を、先に軸受支持部１１側の冷却通路３１に供給し、その後にこの冷却水を回転軸２０側の冷却通路３１に供給して回収する構成としても良い（図示省略）。この構成において、回転軸２０は、伝熱経路上、軸受支持部１１よりも上流側にあるので、より高温である。このため、先に軸受支持部１１側の冷却通路３１を冷却した冷却水は、その後に回転軸２０側の冷却通路３１に供給されても、なお冷却水として機能する。これにより、冷却水を効率的に使用できる利点がある。かかる冷却ラインを１本とした構成には、例えば、軸受支持部１１側の冷却通路３１と回転軸２０側の冷却通路３１とを、１本の冷却通路とする構成が含まれる。具体的には、軸受支持部１１側を上流側とし回転軸２０側を下流側として、回転軸２０周りを螺旋状に旋回すると共に、上流側をポンプ６５ａに接続される１本の冷却通路（図示省略）が含まれる。
【００１８】
また、この実施の形態１では、冷却通路３１に供給した冷却水を、回収管６６ａ〜６６ｃを介してそのまま回収する。しかし、これに限らず、より高温の他のタービンシステムを経た後に、冷却水を回収する構成としても良い。例えば、冷却通路３１，３１から出た冷却水を、より伝熱経路の上流側にある他のタービンシステムに供給し、その後に冷却水槽６０に回収する構成（図示省略）としても良い。これにより、冷却水を有効活用できる利点がある。
【００１９】
（実施の形態２）
図３は、この発明の実施の形態２にかかる圧縮機の要部を示す側面図（ａ）および正面図（ｂ）である。この圧縮機２は、略円筒形状のケーシング４０の側部（軸受支持部）４１にて軸受ハウジング４３を支持する。軸受ハウジング４３は、軸受アライメントを最適化した状態で固定される。軸受支持部４１の外周には、ケーシング４０の縁を囲うように環状のカバー４５が設置される。このカバー４５は、軸受支持部４１の外周に環状の冷却通路４６を形成する。そして、圧縮機２の外部には、冷却装置４８が独立して設置される。冷却装置４８は、冷却空気、フロンその他の冷媒を冷却通路４６に供給して循環させ、軸受支持部４１を冷却させた後、この冷媒を回収して放熱させ、再度、冷却通路４６に供給する。また、ケーシング４０内部には、グラスファイバーその他の断熱部材からなる略円盤状の断熱板５１が、回転軸５０の外周に配置される。断熱板５１は、圧縮機２の高温部（図示省略）から軸受支持部４１や軸受ハウジング４３への伝熱を、ケーシング４０内にて遮断する断熱層として機能する。
【００２０】
ここで、従来の圧縮機では、高温部にて発生した熱が、ケーシング４０から軸受支持部４１に伝わり、さらに軸受ハウジング４３に伝わってこれらを熱膨張させ、軸受アライメントが変化して回転軸５０に振動が生じていた。これに対して、この実施の形態２にかかる圧縮機２では、冷却通路４６に冷媒を供給して軸受支持部４１を外周から冷却する。これにより、軸受支持部４１が直接冷却され、また、軸受支持部４１の冷却により、軸受ハウジング４３への伝熱が抑制されるので、これらの熱膨張を効果的に抑制できる利点がある。また、この圧縮機２では、断熱板５１が、高温部から軸受支持部４１等への伝熱を遮断するので、軸受支持部４１等の温度上昇をさらに効果的に抑制できる利点がある。
【００２１】
なお、この圧縮機２では、冷却通路４６をケーシング４０の外周縁部に設けたが（図２参照）、かかる構成は、既存の圧縮機にも事後的かつ容易に適用できる点で好ましい。しかし、これに限らず、当初から冷却通路４６をケーシング４０内部に形成してもよい。これにより、圧縮機のコンパクト化が可能となる。
【００２２】
また、この実施の形態２では、圧縮機２を回転機械の一例として説明したが、これに限らず、上記構成は、ポンプ等の小型の回転機械に適用してもよいし、蒸気タービンやガスタービン等の大型の回転機械に適用してもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明にかかる回転機械によれば、軸受支持部もしくはその周辺に冷却通路を設け、この冷却通路に冷媒を供給して軸受支持部を冷却するので、軸受支持部の熱膨張を抑制し、軸受のアライメント変化を抑制して、回転軸の振動を効果的に防止できる利点がある。
【００２４】
また、この発明にかかる回転機械によれば、高温部から前記軸受、前記軸受ハウジングもしくは軸受支持部への伝熱経路上に断熱手段を設けるので、軸受等への熱伝達を遮断して、その温度上昇を低減できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかるタービンの要部を示す側面断面図である。
【図２】冷媒供給手段の一例を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態２にかかる圧縮機の要部を示す側面図（ａ）および正面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１タービン
２圧縮機
３０管状部材
３１、４６冷却通路
３２、５１断熱板
４５カバー

Claims

回転軸と、
前記回転軸の軸受、または、当該軸受を収容する軸受ハウジングと、
前記軸受もしくは前記軸受ハウジングを支持する軸受支持部を有すると共に、前記回転軸を収容するケーシングと、
前記軸受支持部もしくはその周辺に設けられた冷却通路に、水、蒸気、空気、油その他の冷媒を供給して前記軸受支持部を冷却する支持部冷却手段と、
を含むガスタービン、蒸気タービン、圧縮機、ポンプその他の回転機械。
さらに、高温部から前記軸受、前記軸受ハウジングもしくは前記軸受支持部への熱の伝達経路上に設けられた断熱手段を含む請求項１に記載の回転機械。