JP2010065700A

JP2010065700A - 蒸気タービンのためのロータ回転装置

Info

Publication number: JP2010065700A
Application number: JP2009207726A
Authority: JP
Inventors: Richard Geist; ガイストリヒャルト
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: PL2161416T3; EP2161416A3; EP2161416A2; EP2161416B1; JP5546185B2; DE102008046347A1

Abstract

【課題】構造において、簡単でスペース節約的で廉価であるロータ回転装置を提供する。
【解決手段】蒸気タービンのためのロータ回転装置であって、蒸気タービンのロータ（１）は駆動ピニオン（３）を有しており、駆動ピニオンにおいてロータはロータ回転装置（５）と駆動可能で液圧式に駆動可能な、外側係合において互いに噛み合っている少なくとも２つの歯車（７，８）と歯車を取り囲んでいるケーシング（９）とを有する外接歯車モータ（６）及び連結装置（１５〜２２）を備え、連結装置によりロータ回転装置は蒸気タービンに組み付けられている場合、駆動ピニオンに連結可能であり、ケーシングは歯車（７）を露出させる切欠き（１３）を有し、歯車はロータ回転装置が駆動ピニオンに連結されている場合、駆動ピニオンに係合することにより駆動ピニオンは露出している歯車によって駆動可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気タービンのためのロータ回転装置、並びにロータと、ロータを駆動可能であるロータ回転装置を備える蒸気タービンに関する。

例えば大規模な工業的化学施設又は発電所において使用されるような蒸気タービンに、例えば５００℃の温度を有する生蒸気が供給される。蒸気タービンのロータは蒸気タービンの運転時には生蒸気と接触しているので、ロータは蒸気タービンの作動時には相応に著しく加熱される。蒸気タービンの停止時には、蒸気タービンへの生蒸気の供給は行われていない。その結果、ロータが止まった後に、ロータはゆっくりと周辺温度レベルにまで冷却される。ロータは大きな質量体を有しているので、停止時にロータの回転が止められてしまうやいなや、ロータはその高い温度に基づき撓曲する。この撓曲は結果的に再始動の際に、蒸気タービンを停止させなければならないくらいに著しい不均衡をもたらす。ロータがほぼ周辺温度にまで冷却されたのを長時間待った後にようやく、ロータは再び真っ直ぐに曲がり、蒸気タービンはようやく危険無しに始動することができる。しかしロータの冷却までの待機時間は、数時間から数日かかることがあり、その結果、蒸気タービンの停止は、直ぐに続く蒸気タービンの始動に基づけば可能ではない。このことは、例えば化学施設又は発電所における蒸気タービンにとっては不都合である。なぜならば、化学施設又は発電所では蒸気タービンの長い停止状態は望ましいことではないからである。

蒸気タービンの停止時にロータの停止状態直後にロータをゆっくりと引き続き回転させて、ロータの撓曲を阻止するロータ回転装置によって対策が講じられる。従来のロータ回転装置が図４に示されていて、ロータ回転装置によってロータ軸１は駆動可能である。ロータ軸１は一方の長手方向端部に駆動ピニオン３を有している。駆動ピニオン３には外側歯列４が備えられている。ロータ回転装置は旋回ピニオン２４を有している。旋回ピニオン２４は駆動ピニオン３の外側歯列４に連結可能である。更にロータ回転装置は伝動装置２５と電気モータ２６とを有している。電気モータ２６によって旋回ピニオン２４は駆動可能である。更にロータ回転装置は旋回アーム１５を有している。旋回アーム１５は支承ケーシング２において旋回アーム支承体１６によって旋回可能に支承されている。レバー１７は旋回アーム１５に取り付けられている。旋回アーム１５ではプッシュロッド２０を備えたストロークピストン１９がジョイント２１に作用している。ピストン１９の操作中には旋回アーム１５に移動力が加えることができる。これにより旋回ピニオン２４は駆動ピニオン３に向かって運動可能であり、次いで駆動ピニオン３の外側歯列４と係合可能である。電気モータ２６にエネルギが供給されると、電気モータ２６は伝動装置２５を駆動する。伝動装置２５はまた旋回ピニオン２４を回転駆動する。これにより駆動ピニオン３は駆動され、ロータ軸１はその回転軸線２３を中心にして回転する。従って、ロータ回転装置によって停止状態においてロータ軸１を回転させることができるので、温度相違に基づくロータ軸１の撓曲は軸において抑えられている。もちろんロータ回転装置は構造において手間がかかり且つスペースを必要としているという点が欠点である。更にロータ回転装置は複数の個別部材を有しているので、ロータ回転装置においてコスト及びメインテナンスに関しては割高である。

従って、本発明の目的は、蒸気タービンのためのロータ回転装置及びロータ回転装置によって駆動可能であるロータを備えた蒸気タービンを改良して、構造において、簡単で、スペース節約的で廉価であるロータ回転装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係るロータ回転装置は、蒸気タービンのためのロータ回転装置であって、蒸気タービンのロータは駆動ピニオンを有しており、駆動ピニオンにおいてロータはロータ回転装置によって駆動可能であり、液圧式に駆動可能な外接歯車モータを備えており、外接歯車モータは、外側係合において互いに噛み合っている少なくとも２つの歯車と、歯車を取り囲んでいるケーシングとを有しており、連結装置を備えており、連結装置によってロータ回転装置は、ロータ回転装置が前記蒸気タービンに組み付けられている場合、駆動ピニオンに連結可能であり、ケーシングは切欠きを有しており、切欠きによって２つの歯車のうちの１つの歯車は露出されており、露出している歯車は、ロータ回転装置が駆動ピニオンに連結されている場合、駆動ピニオンに係合しており、これにより駆動ピニオンは露出している歯車によって駆動可能であるようになっている。

好ましくは、ケーシングは液圧流体貫流通路を有しており、液圧流体貫流通路を通って、歯車を液圧式に駆動するために液圧流体は通流可能である。

好ましくは、外接歯車モータは調整されており、液圧流体が液圧流体貫流通路を通って一方向に通流する場合、露出している歯車は前記一方向に回転し、液圧流体が液圧流体貫流通路を通って他方向に通流する場合、露出している歯車は前記他方向に回転する。

好ましくは、露出している歯車を駆動ピニオンに連結するために、ロータ回転装置が蒸気タービンに組み付けられている場合、露出している歯車は連結装置によって半径方向で駆動ピニオンに向かって運動可能である。

好ましくは、連結装置は駆動装置と旋回アームとを有しており、旋回アームは旋回アーム支承体に旋回可能に支承されており、旋回アームの一方の長手方向端部に外接歯車モータは取り付けられており、駆動装置は旋回アームに、旋回アームを旋回させるために係合している。

好ましくは、駆動装置はピストンを有しており、ピストンは液圧流体によって運転可能である。

また、上記目的を達成するために、ロータ（１）とロータ回転装置（５）とを備えた蒸気タービンにおいて、ロータ（１）は外側歯列（４）を備えた駆動ピニオン（３）を有しており、露出している歯車（７）の歯列（１４）が外側歯列（４）に係合可能であるようになっている。

好ましくは、露出している歯車が駆動ピニオンに係合している場合、駆動ピニオンは切欠きに係合する。

好ましくは、蒸気タービンは液圧流体循環路を有しており、液圧流体循環路によって外接歯車モータとピストンとは運転可能である。

好ましくは、支承ケーシングにロータ回転装置は支持されており、且つストッパが設けられており、ロータ回転装置がストッパに衝突する場合、ストッパによって連結状態におけるロータ回転装置の位置は規定されている。

本発明に係る蒸気タービンはロータとロータ回転装置とを有している。ロータは外側歯列を備えた駆動ピニオンを有しており、外側歯列に露出している歯車の歯列が係合可能である。

本発明に係る蒸気タービンは、従来のロータ回転装置よりもコンパクトな構成を有している。更に本発明に係るロータ回転装置は従来のロータ回転装置よりも僅かにしか運動しない構成部材を有しているので、本発明に係るロータ回転装置は運転において確実且つ簡単であり、仕入れにおいて廉価であり、メインテナンスに関しては容易である。更に有利には、ロータ回転装置は、ロータが例えば蒸気タービンの停止時にまだ完全に静止状態に達していない場合、駆動ピニオンに連結可能である。更に本発明に係るロータ回転装置によって、有利には大きなトルクをロータに伝達することができ、ロータは有利には高い回転数で回転できる。高い回転数は従来のロータ回転装置では達成不可能であった。構成上の制限により、本発明に係るロータ回転装置では、駆動ピニオンは必ずロータの自由端部に設けられる必要はない。これにより例えば有利にはロータの両軸端部には各々、機械を駆動させるための連結部を設けることができる。

有利には、ケーシングは液圧流体貫流通路を有している。液圧流体貫流通路を通って歯車を液圧により駆動させるために液圧流体が通流可能である。更に有利には、外接歯車モータは調整されていて、液圧流体が液圧流体貫流通路を通って一方の方向に流れる場合、露出している歯車は一方の方向に回転し、液圧流体が液圧流体貫流通路を通って他方の方向に通流する場合、露出している歯車は他方の方向に回転するようになっている。これによりロータ回転装置の回転方向反転は簡単に実施可能であり、つまり単に液圧流体の貫流方向を変更することにより簡単に実施可能である。

露出している歯車を駆動ピニオンに連結するために、有利には、ロータ回転装置が蒸気タービンに組み付けられている場合、露出している歯車は連結装置よって駆動ピニオンに対して半径方向で運動可能である。これにより露出している歯車が駆動ピニオンに連結されていると、露出している歯車と駆動ピニオンとはそれらの外側歯列に係合している。露出している歯車は駆動ピニオンの平面に位置する。駆動ピニオンから露出している歯車を連結解除する場合、露出している歯車は駆動ピニオンから、露出している歯車が駆動ピニオンともはや係合しない程度に離れるように運動することができる。露出している歯車が連結時に半径方向で駆動ピニオンに当て付けられることにより、露出している歯車又は駆動ピニオンは静止状態にはない、且つ／又は外側歯列が正確に歯溝にない場合でも問題ない。むしろ露出している歯車及び／又は駆動ピニオンは連結時に回転することができ、その結果、露出している歯車と駆動ピニオンとの外側歯列は係合することができる。

有利には、連結装置は駆動装置と旋回アームとを有している。旋回アームは旋回アーム支承体に旋回可能に支承されていて、外接歯車モータは旋回アームの一方の長手方向端部に取り付けられている。駆動装置は旋回アームを旋回させるために旋回アームに作用する。有利には、駆動装置はピストンを有している。ピストンは液圧流体によって運転可能である。旋回アームによって、簡単に案内されて外接歯車モータの半径方向運動を実施することができるので、旋回アームの適切な旋回運動時には露出している歯車は駆動ピニオンに連結可能もしくは駆動ピニオンから連結解除可能である。

有利には、蒸気タービンは液圧流体循環路を有している。液圧流体循環路によって、外接歯車モータとピストンとは運転可能である。従って有利には、蒸気タービンのために液圧流体循環路を提供することができ、液圧流体循環路によって外接歯車モータも液圧ピストンも運転することができる。従って露出している歯車には、露出している歯車を駆動させるための、例えば１つ別体の駆動装置を用意する必要はない。これにより本発明に係るロータ回転装置は有利には単に僅かな構成部材を有しているだけである。

有利には、露出している歯車が駆動ピニオンと係合している場合、駆動ピニオンは切欠きに係合する。更に有利には、支承ケーシングにおいてロータ回転装置が支持されていて、ストッパが設けられている。ロータ回転装置がストッパに衝突した場合、ストッパによって、連結状態におけるロータ回転装置の位置は規定されている。これによりストッパによって、露出している歯車が極めて強く駆動ピニオンに押圧される、且つ／又はケーシングが駆動ピニオンに設けられている切欠きに触れることは阻止される。従って外接歯車モータの磨耗は駆動ピニオンへの係合時には有利に抑えられている。

連結していない状態にあるロータ回転装置のロータ軸と構成との横断面図である。図１の横断面図であり、ロータ回転装置は連結された状態にある。図２のＡ−Ａ断面図であり、且つ連結された状態にあるロータ回転装置の概略的な横断面図である。先行技術を示した図である。

以下に、本発明を実施するための形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１〜３から明らかになるように、蒸気タービンはロータ軸１と支承ケーシング２とを有している。ロータ軸１の軸端部には駆動ピニオン３が取り付けられている。駆動ピニオン３には外側歯列４が設けられている。支承ケーシング２にはロータ回転装置５が不動に取り付けられている。

ロータ回転装置５は外接歯車モータ６を有している。外接歯車モータ６はそれぞれ端面側で歯列を備えた駆動歯車７と対応歯車８とを有している。歯車７，８は相並んで噛み合うようにしてケーシング９内に配置されている。ケーシング９には歯車７，８を回転支承するための支承体１０が設けられている。歯車７，８が互いに噛み合うケーシング９の領域には、液圧油進入通路１１と液圧油進出通路１２とが形成されている。液圧油進出通路１２は液圧油進入通路１１に連続するように形成されており、液圧油進入通路１１と整合して形成されている。更に液圧油進入通路１１も液圧油進出通路１２も、歯車７，８の接線方向に対して平行に、歯車７，８の相互が係合する領域に形成されている。

外接歯車モータ６の運転中に液圧油が液圧油進入通路１１に進入し、駆動歯車７と対応歯車８とを通流し、液圧油進出通路１２において再び進出する。液圧油の粘性と圧力とに基づき、駆動歯車７も対応歯車８もそれぞれ、両歯車７，８が係合している領域の貫流時に、トルクによって負荷されるので、図１〜３では駆動歯車７は時計回りで回転し、対応歯車８は反時計回りで回転する。

ケーシング９は切欠き１３を有している。切欠き１３は対応歯車８の反対側に配置されている領域において、駆動歯車７の外側歯列の一区分を露出させる。切欠き１３は、駆動ピニオン３が切欠き１３に係合する場合、駆動歯車７の歯列１４が駆動ピニオン３の外側歯列４と係合することができるように寸法設定されている。

ロータ回転装置５は旋回アーム支承体１６を備えた旋回アーム１５を有している。旋回アーム支承体１６は支承ケーシング２において固定されて旋回アーム１５を旋回可能に支承する。図１，２で見て旋回アーム支承体１６の右側に配置されている外接歯車モータ６はそのケーシング９に取り付けられている。図１，２で見て旋回アーム支承体１６の左側において、旋回アーム１５はレバー１７によって延長されている。レバー１７の自由になっている長手方向端部はグリップ１８を有している。更にロータ回転装置５はストロークピストン１９を有している。ピストン１９は支承ケーシング２に取り付けられている。ピストン１９にプッシュロッド２０が連結されて設けられている。プッシュロッド２０は、レバー１７に設けられているジョイント２１に係合している。ピストン１９が操作されると、レバー１７にプッシュロッド２０とジョイント２１とを介してプッシュ力（Ｓｃｈｕｂｋｒａｆｔ）を伝達することができる。プッシュ力は図１，２において鉛直方向を向いている。プッシュ力により引き起こされて旋回アーム１５は旋回アーム支承体１６を中心にして旋回させられ、プッシュ力が下方に向いている場合には、外接歯車モータ６は駆動ピニオン３から離れる方向に運動し、プッシュ力が上方に向いている場合には、外接歯車モータ６は駆動ピニオン３に向かって動かされる。ピストン１９に対して択一的には、プッシュ力を手動によりレバー１７に設けられているグリップ１８に加えることができる。

外接歯車モータ６が駆動ピニオン３の方向に動かされると、この運動はケーシング２に設けられているストッパ２２により制限されている。次いでストッパ２２に旋回アーム１５が衝突する。ストッパ２２は、旋回アーム１５がストッパ２２に衝突する場合、駆動ピニオン３の外側歯列４は切欠き１３に係合し、駆動歯車７の歯列１４と噛み合う。液圧油は液圧油進入通路１１と液圧油進出通路１２とにより押圧されると、駆動歯車７は駆動され、駆動ピニオン３を介してロータ軸１をロータ軸１の回転軸線２３を中心にして、図１〜３において反時計回りで回転運動させる。液圧油は蒸気タービンの潤滑油循環路から分岐させられ、液圧油が外接歯車モータを通過した後に潤滑油循環路に再び供給されるので、液圧油は潤滑油循環路においては循環する支承油（Ｌａｇｅｒｏｅｌ）である。

駆動ピニオン３と外接歯車モータ６との連結を解除するために、レバー１７にプッシュ力を下方に加えることができる。その結果、外接歯車モータ６は駆動ピニオン３から持ち上げられる。これにより駆動ピニオン３の外側歯列４は駆動歯車７の歯列１４から係脱する。更に駆動ピニオン３が切欠き１３と係合していない場合には、ロータ軸１は静止状態であってよいか、又は場合によっては蒸気タービンの運転により回転することができる。

１ロータ軸、２支承ケーシング、３駆動ピニオン、４外側歯列、５ロータ回転装置、６外接歯車モータ、７駆動歯車、８対応歯車、９ケーシング、１０支承体、１１液圧油進入通路、１２液圧油進出通路、１３切欠き、１４駆動歯車の歯列、１５旋回アーム、１６旋回アーム支承体、１７レバー、１８グリップ、１９ピストン、２０プッシュロッド、２１ジョイント、２２ストッパ

Claims

蒸気タービンのためのロータ回転装置であって、前記蒸気タービンのロータ（１）は駆動ピニオン（３）を有しており、該駆動ピニオン（３）においてロータ（１）はロータ回転装置（５）によって駆動可能であり、
液圧式に駆動可能な外接歯車モータ（６）を備えており、該外接歯車モータ（６）は、外側係合において互いに噛み合っている少なくとも２つの歯車（７，８）と、該歯車（７，８）を取り囲んでいるケーシング（９）とを有しており、
連結装置（１５〜２２）を備えており、該連結装置（１５〜２２）によってロータ回転装置（５）は、該ロータ回転装置（５）が前記蒸気タービンに組み付けられている場合、駆動ピニオン（３）に連結可能であり、
ケーシング（９）は切欠き（１３）を有しており、該切欠き（１３）によって２つの歯車（７，８）のうちの１つの歯車（７）は露出されており、露出している歯車（７）は、ロータ回転装置（５）が駆動ピニオン（３）に連結されている場合、駆動ピニオン（３）に係合しており、これにより駆動ピニオン（３）は露出している歯車（７）によって駆動可能であることを特徴とする、蒸気タービンのためのロータ回転装置。
ケーシング（９）は液圧流体貫流通路（１１，１２）を有しており、該液圧流体貫流通路（１１，１２）を通って、歯車（７，８）を液圧式に駆動するために液圧流体は通流可能であることを特徴とする、請求項１記載のロータ回転装置。
外接歯車モータ（６）は調整されており、液圧流体が液圧流体貫流通路（１１，１２）を通って一方向に通流する場合、露出している歯車（７）は前記一方向に回転し、液圧流体が液圧流体貫流通路（１１，１２）を通って他方向に通流する場合、露出している歯車（７）は前記他方向に回転することを特徴とする、請求項２記載のロータ回転装置。
露出している歯車（７）を駆動ピニオン（３）に連結するために、ロータ回転装置（５）が蒸気タービンに組み付けられている場合、露出している歯車（７）は連結装置（１５〜２２）によって半径方向で駆動ピニオン（３）に向かって運動可能であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項記載のロータ回転装置。
前記連結装置は駆動装置（１９〜２１）と旋回アーム（１５）とを有しており、該旋回アーム（１５）は旋回アーム支承体（１６）に旋回可能に支承されており、旋回アーム（１５）の一方の長手方向端部に外接歯車モータ（６）は取り付けられており、駆動装置（１９〜２１）は旋回アーム（１５）に、旋回アーム（１５）を旋回させるために係合していることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項記載のロータ回転装置。
前記駆動装置はピストン（１９）を有しており、該ピストン（１９）は液圧流体によって運転可能であることを特徴とする、請求項５記載のロータ回転装置。
ロータ（１）と、請求項１から６までのいずれか一項記載のロータ回転装置（５）とを備えた蒸気タービンにおいて、ロータ（１）は外側歯列（４）を備えた駆動ピニオン（３）を有しており、露出している歯車（７）の歯列（１４）が外側歯列（４）に係合可能であることを特徴とする、ロータとロータ回転装置とを備えた蒸気タービン。
露出している歯車（７）が駆動ピニオン（３）に係合している場合、駆動ピニオン（３）は切欠き（１３）に係合することを特徴とする、請求項７記載の蒸気タービン。
前記蒸気タービンは液圧流体循環路を有しており、該液圧流体循環路によって外接歯車モータ（６）とピストン（１９）とは運転可能であることを特徴とする、請求項７又は８記載の蒸気タービン。
支承ケーシング（２）にロータ回転装置（５）は支持されており、且つストッパ（２２）が設けられており、ロータ回転装置（５）がストッパ（２２）に衝突する場合、該ストッパ（２２）によって連結状態におけるロータ回転装置（５）の位置は規定されていることを特徴とする、請求項７から９までのいずれか一項記載の蒸気タービン。