JP2006138218A

JP2006138218A - 発電プラント

Info

Publication number: JP2006138218A
Application number: JP2004326721A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Tamura; 和浩田村; Katsuya Yamashita; 勝也山下
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2006-06-01

Abstract

【課題】設置現場での据付け工期の短縮化が可能な発電プラントを提供する。
【解決手段】鋼製架台１の上面に、ガスタービン２、蒸気タービン３、及び発電機４が一直線上に取り付けられ、これらの各回転軸２ａ、３ａ、４ａが順に連結されて一体の回転軸５となる。鋼製架台１は、地面Ｇに対して固定の圧縮コイルバネ群１０を介在して鉛直上方へ向けて付勢されるとともに、その圧縮コイルバネ群１０に対し固体潤滑剤１３を介したすべり接触によって回転軸５の延在する方向へ水平移動可能に支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のタービン及び発電機の各回転軸が一軸形に連結された発電プラントに関する。

火力発電所の発電プラントとして、２つ以上の熱サイクルを複合させて熱効率の向上を図ったコンバインドサイクル発電プラント（以下、「複合発電プラント」と記すことがある）があり、この複合発電プラントは、大きくは、ガスタービン、蒸気タービン、及び発電機より構成される。複合発電プラントでは、高温高圧の燃焼ガスによってガスタービンの回転軸が駆動されるとともに、一方ではガスタービンから排出される高温の排ガスを利用して蒸気が生成され、この蒸気によって蒸気タービンの回転軸が駆動される。ガスタービン及び蒸気タービンの各回転軸の出力は共に発電機の回転軸に伝達され、この発電機で電気が起こされる。

特に近年では、ガスタービン、蒸気タービン、及び発電機が一直線上に配置され、これらの各回転軸が順に連結されて一体の回転軸となった一軸形の複合発電プラントが主流となっている。この一軸形の複合発電プラントは、起動時に、ガスタービンの回転軸の駆動に必要なトルクを蒸気タービンからの出力で補うことができるため、運用性に優れる。

また、発電プラントとしては、上記のような一軸形の複合発電プラントの他にも、複数のタービン（例えば高圧蒸気タービン、低圧蒸気タービン）、及び発電機の各回転軸が一軸形に連結されて成る発電プラントもある。

こういった発電プラントを設置現場に敷設する際は、従来の方法では、地盤の工事をまず行い、その次にコンクリート架台の工事を行う。そしてそれらが完了した後、このコンクリート架台に各タービン及び発電機を据付け、アライメントの調整を行うといった手順であった（例えば特許文献１参照）。
特開平３−２７４３０３号公報

しかし、上記の工事工程では長期間の据付け工期を確保せざるを得ないという問題がある。

そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、設置現場での据付け工期の短縮化が可能な発電プラントを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明は、複数のタービン及び発電機が一直線上に配置され、これらの各回転軸が一軸形に連結された発電プラントにおいて、前記各タービン及び前記発電機が一体の鋼製架台の上面に取り付けられており、この鋼製架台は地面に対して固定の圧縮コイルバネ群を介在して鉛直上方へ向けて付勢されるとともに、その圧縮コイルバネ群に対し、前記各タービン及び前記発電機の回転軸の延在する方向へ水平移動可能に支持されている。ここで言う複数のタービンとしては、ガスタービンと蒸気タービンの組み合わせや、高圧蒸気タービンと低圧蒸気タービンの組み合わせ等が相当する。

これにより、発電プラントの工事現場において、地盤の工事を進めるのと同時に、他の場所で鋼製架台の製作を実施することが可能となり、結果として工事期間を短縮することが出来る。一方、据付け後の実運転においては、各タービンの昇温に伴って、鋼製架台そのものが回転軸の延在する方向へ熱伸長しようとする状況になるが、鋼製架台がその方向へ水平移動可能に支持されていることから自由に熱伸長でき、回転軸のアライメントを正常な状態に確保することが可能になる。しかも、実運転中には回転軸の軸振動が鋼製架台へ伝播するし、地震の発生も当然予想されるが、鋼製架台が圧縮コイルバネ群によって地面から鉛直上方へ付勢されているため、その不用意な振動を圧縮コイルバネ群で減衰することができる。

ここで、圧縮コイルバネ群に対する鋼製架台の水平移動可能な支持に関しすべり接触を利用して実現する観点から、前記鋼製架台は、前記圧縮コイルバネ群の上端に固定された支持台上に固体潤滑剤を介在して支持されていたり、前記圧縮コイルバネ群の上端に固定された支持台上に潤滑油を介在して支持されていたりするとよい。

また、圧縮コイルバネ群に対する鋼製架台の水平移動可能な支持に関しころがり接触を利用して実現する観点から、前記鋼製架台は、前記圧縮コイルバネ群の上端に固定された支持台上に複数の鋼コロを介在して支持されていたり、前記圧縮コイルバネ群の上端に固定された支持台上に複数の鋼球を介在して支持されていたりしてもよい。

また、圧縮コイルバネ群に対する鋼製架台の水平移動可能な支持に関し弾性を利用して実現する観点から、前記鋼製架台は、前記圧縮コイルバネ群の上端に固定された支持台上に板バネを介在して支持されていてもよい。

更に実用性を踏まえると、前記複数のタービンのうちの少なくとも１つが蒸気タービンであり、この蒸気タービンの下方であって前記鋼製架台の下面に復水器が取り付けられており、この復水器は、地面に対して固定の圧縮コイルバネ群を介在して鉛直上方へ向けて付勢されていることが好ましい。

本発明の発電プラントによれば、設置現場での据付け作業が少なくて済むため、設置現場での据付け工期を短縮することが可能になる。一方、据付け後の実運転においては、鋼製架台の自由な熱伸長によって回転軸のアライメントを正常な状態に確保することができるし、しかも、実運転中の回転軸の軸振動や地震に起因した不用意な振動を圧縮コイルバネ群によって減衰することができるため、安定した実運転が行える。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳述する。先ず、本発明の第１実施形態である発電プラントの一例である一軸形の複合発電プラントについて説明する。図１は第１実施形態の発電プラントの構成を示す概略図である。

図１に示すように、本実施形態の発電プラントでは、一体の鋳鋼品である鋼製架台１の上面に、ガスタービン２、蒸気タービン３、及び発電機４が一直線上に配置されるように取り付けられ、ガスタービン２の回転軸２ａ、蒸気タービン３の回転軸３ａ、及び発電機４の回転軸４ａが順に連結されて一体の回転軸５となっている。この一体の回転軸５は、鋼製架台１に固定された複数の軸受６によって支持されていて、円滑に軸回転し得る。

そして鋼製架台１は、地面Ｇに対して固定の圧縮コイルバネ群１０を介在して支持されている。具体的には、地面Ｇ上にアンカーボルト等によって基台１１が固定されており、この基台１１上には、高剛性の圧縮コイルバネが多数配列され、各々の下端が基台１１に固定されることでその集合体である圧縮コイルバネ群１０が形成される。圧縮コイルバネ群１０の上端には、支持台１２が固定されており、この支持台１２によって鋼製架台１が支持される。特に本実施形態では、支持台１２の上面とこれに対向する鋼製架台１の下面との間に、固体潤滑剤１３が充填されている。

このような構成にすると、鋼製架台１は、圧縮コイルバネ群１０の弾発力によって鉛直上方へ向けて付勢されつつ、固体潤滑剤１３を介したすべり接触によって回転軸５の延在する方向へ水平移動可能な状態で支持されるようになる。

これにより、発電プラントの実運転においては、ガスタービン２や蒸気タービン３（特に高温となるガスタービン２）の昇温に伴って、鋼製架台１そのものが回転軸５の延在する方向へ熱伸長しようとする状況になるが、鋼製架台１がその方向へ水平移動可能に支持されていることから自由に熱伸長でき、回転軸５のアライメントを正常な状態に確保することが可能になる。つまり、常時安定した回転軸５の軸回転が得られ、実運転に全く支障はない。

仮に、鋼製架台１を地面Ｇや圧縮コイルバネ群１０に対して完全に固定した場合は、鋼製架台１の熱伸長が拘束されることから、鋼製架台１そのものが変形し、これに追従して回転軸５のアライメントが崩れてしまう。その結果、回転軸５に対しての軸受６による軸受荷重のバランスが設計値から外れ、実運転に支障を来たしてしまう。これは、ガスタービン２、蒸気タービン３、及び発電機４がすべて取り付けられた鋼製架台１にあっては、大型化に伴って熱伸長量も増大することから特に顕著である。

また、実運転中には回転軸５の軸振動が鋼製架台１へ伝播するし、地震の発生も当然予想されるが、鋼製架台１が圧縮コイルバネ群１０によって地面Ｇから鉛直上方へ付勢されているため、その不用意な振動（軸振動や地震に起因した振動）を圧縮コイルバネ群１０で減衰することができる。

また、発電プラントを設置現場に敷設する際は、地盤の工事を実施するのと同時に、別の場所で鋼製架台を製作することができるため、プラント設置の工事期間を短縮することが可能になる。

なお、本実施形態では、蒸気タービン３にまつわる構成要素である復水器７が鋼製架台１の下面に取り付けられている。この場合は、上記した鋼製架台１の支持構造と同様に、復水器７は、地面Ｇに対して固定の圧縮コイルバネ群２０を介在して鉛直上方へ向けて付勢されながら支持されている。但し、必ずしも復水器７を圧縮コイルバネ群２０に対して水平移動可能な状態に支持する必要はない。水平方向に固定支持であっても、これを支点にした鋼製架台１の熱伸長ができるからである。ちなみに、設置現場への搬入の前段階で、この復水器７も鋼製架台１に取り付けておけば、設置現場での据付け工期をより短縮できる点で有効である。

また、支持台１２の上面と鋼製架台１の下面との間には、固体潤滑剤１３に代えて潤滑油が充填されても構わない。すべり接触を利用して鋼製架台１が水平移動可能に支持されることには変わりはないからである。

次に、本発明の第２実施形態について、図２を参照しながら説明する。図２は第２実施形態の発電プラントの構成を示す概略図である。本第２実施形態の特徴は、第１実施形態における鋼製架台１の支持構造を変形した点にある。なお、図中で図１と同じ名称で同じ機能を果たす部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。後述する第３実施形態においても同様とする。

本実施形態では、図２に示すように、支持台１２の上面とこれに対向する鋼製架台１の下面との間に、回転軸５の延在する方向と直角な方向に軸心を有する鋼コロ１４が複数並べて設けられている。このような構成にすると、鋼製架台１は、圧縮コイルバネ群１０の弾発力によって鉛直上方へ向けて付勢されることは勿論のこと、鋼コロ１４を介したころがり接触によって回転軸５の延在する方向へ水平移動可能な状態で支持されるようになるため、上記の第１実施形態と同様の効果を奏する。

なお、支持台１２の上面と鋼製架台１の下面との間には、鋼コロ１４に代えて鋼球を複数並べて設けても構わない。ころがり接触を利用して鋼製架台１が水平移動可能に支持されることには変わりはないからである。

次に、本発明の第３実施形態について、図３を参照しながら説明する。図３は第３実施形態の発電プラントの構成を示す概略図である。本第３実施形態の特徴は、第２実施形態と同様に、第１実施形態における鋼製架台１の支持構造を変形した点にある。

本実施形態では、図３に示すように、支持台１２の上面とこれに対向する鋼製架台１の下面との間に、回転軸５の延在する方向へ弾性変形を許容する板バネ１５が設けられている。このような構成にすると、鋼製架台１は、圧縮コイルバネ群１０の弾発力によって鉛直上方へ向けて付勢されることは勿論のこと、板バネ１５の弾性によって回転軸５の延在する方向へ水平移動可能な状態で支持されるようになるため、上記の第１実施形態と同様の効果を奏する。

その他本発明は上記の各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。例えば、蒸気タービン３にまつわる構成要素であるボイラー等を鋼製架台１に取り付けても構わない。

また、上記の各実施形態では一軸形の複合発電プラントについて説明したが、複数のタービン及び発電機の各回転軸が一軸形に連結されて成る発電プラントである限り、各タービンの組み合わせは多様である。例えば、第１実施形態の変形例として図４に、第２実施形態の変形例として図５に、第３実施形態の変形例として図６にそれぞれ示すように、ガスタービン２に代えて高圧蒸気タービン２’を、蒸気タービン３に代えて低圧蒸気タービン３’を備え、これらの各回転軸２’ａ、３’ａと発電機４の回転軸４ａが一軸形に連結されて成る発電プラントであっても構わない。

本発明は、一軸形のコンバインドサイクル発電プラントや、高圧蒸気タービン、低圧蒸気タービン、及び発電機の各回転軸が一軸形に連結されて成る発電プラント等に有用である。

本発明の第１実施形態である発電プラントの構成を示す概略図である。本発明の第２実施形態である発電プラントの構成を示す概略図である。本発明の第３実施形態である発電プラントの構成を示す概略図である。第１実施形態である発電プラントの変形例の構成を示す概略図である。第２実施形態である発電プラントの変形例の構成を示す概略図である。第３実施形態である発電プラントの変形例の構成を示す概略図である。

符号の説明

１鋼製架台
２ガスタービン
３蒸気タービン
４発電機
５回転軸
６軸受
７復水器
１０圧縮コイルバネ群
１１基台
１２支持台
１３固体潤滑剤
１４鋼コロ
１５板バネ
２０圧縮コイルバネ群
Ｇ地面

Claims

複数のタービン及び発電機が一直線上に配置され、これらの各回転軸が一軸形に連結された発電プラントにおいて、
前記各タービン及び前記発電機が一体の鋼製架台の上面に取り付けられており、この鋼製架台は地面に対して固定の圧縮コイルバネ群を介在して鉛直上方へ向けて付勢されるとともに、その圧縮コイルバネ群に対し、前記各タービン及び前記発電機の回転軸の延在する方向へ水平移動可能に支持されていることを特徴とする発電プラント。
前記鋼製架台は、前記圧縮コイルバネ群の上端に固定された支持台上に固体潤滑剤を介在して支持されていることを特徴とする請求項１に記載の発電プラント。
前記鋼製架台は、前記圧縮コイルバネ群の上端に固定された支持台上に潤滑油を介在して支持されていることを特徴とする請求項１に記載の発電プラント。
前記鋼製架台は、前記圧縮コイルバネ群の上端に固定された支持台上に複数の鋼コロを介在して支持されていることを特徴とする請求項１に記載の発電プラント。
前記鋼製架台は、前記圧縮コイルバネ群の上端に固定された支持台上に複数の鋼球を介在して支持されていることを特徴とする請求項１に記載の発電プラント。
前記鋼製架台は、前記圧縮コイルバネ群の上端に固定された支持台上に板バネを介在して支持されていることを特徴とする請求項１に記載の発電プラント。
前記複数のタービンのうちの少なくとも１つが蒸気タービンであり、この蒸気タービンの下方であって前記鋼製架台の下面に復水器が取り付けられており、この復水器は、地面に対して固定の圧縮コイルバネ群を介在して鉛直上方へ向けて付勢されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の発電プラント。