JP2010133284A

JP2010133284A - 発電システム

Info

Publication number: JP2010133284A
Application number: JP2008307830A
Authority: JP
Inventors: Masanori Tsutsumi; 雅徳堤; Takayuki Kanahoshi; 隆之金星; Toyoaki Furukawa; 豊秋古川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-06-17

Abstract

【課題】回転を伝達するか否かを切り換えるＳＳＳクラッチでのミスアライメントの発生を抑制できる発電システムを提供することにある。
【解決手段】原動機から供給される排気から出力を取り出すパワータービンと、パワータービンから出力される回転を伝達する第１出力軸と、第１出力軸と連結された第１減速機と、原動機から供給される排熱から出力を取り出す蒸気タービンと、蒸気タービンから出力される回転を伝達する第２出力軸と、第２出力軸に連結された第２減速機と、第２の減速機を介して蒸気タービンと連結されている発電機と、第１減速機を介してパワータービンに連結され、かつ、第２減速機を介して蒸気タービンに連結されたＳＳＳクラッチと、を有することで上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワータービン及び蒸気タービンからの回転力を発電機に伝達する発電システムに関するものである。

船舶等の原動機として用いられるガスタービンの出力を発電にも利用する発電システムとしては、ガスタービンと、ガスタービンから排出される熱を利用した蒸気タービンとから出力される回転力により発電機で発電するシステムがある。

例えば、特許文献１には、原動機に付属した発電システムではないが、蒸気タービンと、発電機と、起動装置を有するガスタービンとを一軸上に配置した発電システムが記載されている。また、発電システムは、ガスタービンと起動装置に間に、回転数の違いによりかん脱を行うＳＳＳクラッチ（ＳｙｎｃｈｒｏＳｅｌｆＳｈｉｆｔｉｎｇクラッチ）が配置されている。また、発電システムは、プラント停止時、ＳＳＳクラッチを用いて、蒸気タービンを軸から切り離し、ガスタービンを単独で停止させる。このような発電システムは、ガスタービンを駆動させて出力軸を回転させることで、電力を発生させる。さらに、ガスタービンからの排熱を回収し、その排熱により蒸気タービンを駆動させ電力を発生させている。このようにガスタービンの排熱も利用することで、効率よく電力を発生させることができる。

特開２００５−１８０３７０号公報

特許文献１に記載の発電プラントのガスタービンに変えて、パワータービンを用いることができる。ここで、パワータービンは、ガスタービン、ディーゼルエンジン等の原動機から排出される排気ガスにより回転されることで、出力を取り出す装置である。このように、原動機からの出力を取り出して発電する発電システムには、例えば、図３に示すようなシステムがある。

図３に示す発電システム１００は、原動機から排出される排ガスにより駆動されるパワータービン１０２と、原動機から排出される熱により駆動される蒸気タービン１０４と、パワータービン１０２と蒸気タービン１０４で生成された駆動力を電力に変換する発電機１０６と、パワータービン１０４の駆動力を蒸気タービン１０４に連結された軸に伝達する第１減速機１０８と、蒸気タービン１０４に連結された軸の駆動力を発電機１０６に伝達する第２減速機１１０と、パワータービン１０２から第１減速機１０８を介して駆動力が伝達される軸と蒸気タービン１０４に連結された軸との係合／解放を切り換えるＳＳＳクラッチ１１２と、蒸気タービン１０４が連結された軸を回転させるターニング装置１１４とを有する。パワータービン１０２は、第１減速機１０８とＳＳＳクラッチ１１２を介して蒸気タービン１０４に接続されている。また、蒸気タービン１０４は、第２減速機１１０を介して発電機１０６と接続されている。また、蒸気タービン１０４が接続されている軸には、ターニング装置１１４が接続されている。また、各部同士また各部に接続された軸同士は、ダイアフラムカップリングにより連結されている。

発電システム１００は、以上のような構成であり、パワータービン１０２の回転が蒸気タービン１０４の回転と同期したときに、ＳＳＳクラッチ１１２を係合させ、パワータービン１０２の駆動力を第１変速機１０８及びＳＳＳクラッチ１１２を介して蒸気タービン１０４に連結された軸に伝達され、蒸気タービン１０４からの出力される駆動力とともに第２減速機１１０を介して発電機１０６に伝達される。発電システム１００は、パワータービン１０２及び蒸気タービン１０４の両方で出力される駆動力を電力に変換することができる。また、パワータービン１０２の回転と蒸気タービン１０４の回転とが同期していないときは、ＳＳＳクラッチ１１２を解放することで、蒸気タービン１０４に連結されている軸に負荷がかかり、蒸気タービン１０４の駆動力がパワータービン１０２の駆動力により低下することを防止できる。

ここで、ＳＳＳクラッチ１１２は、スラスト力、及び軸、支持部の熱伸びによるアライメント変化を許容できない構造である。しかしながら、蒸気タービン１０４とＳＳＳクラッチ１１２とが隣接している構成では、ＳＳＳクラッチ１１２の端面に位置する蒸気タービン１０４が高温、高圧であるため軸及び軸受台の熱伸びによりアライメント変化が発生し、ミスアライメントが生じる。このようなミスアライメントは、各機器の連結部にダイアフラムカップリングを配置することで吸収できるが、ミスアライメントを０にすることはできず、ＳＳＳクラッチの焼きつき、軸振動発生の要因となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、蒸気タービンと、ガスタービンと、発電機とのいずれかの間に配置され、回転を伝達するか否かを切り換えるＳＳＳクラッチでのミスアライメントの発生を抑制できる発電システムを提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、原動機に付属した発電システムであって、前記原動機から供給される排気から出力を取り出すパワータービンと、前記パワータービンから出力される回転を伝達する第１出力軸と、前記第１出力軸と連結された第１減速機と、前記原動機から供給される排熱から出力を取り出す蒸気タービンと、前記蒸気タービンから出力される回転を伝達する第２出力軸と、前記第２出力軸に連結された第２減速機と、前記第２の減速機を介して前記蒸気タービンと連結されている発電機と、前記第１減速機を介して前記パワータービンに連結され、かつ、前記第２減速機を介して前記蒸気タービンに連結されたＳＳＳクラッチと、を有することを特徴とする。

ここで前記ＳＳＳクラッチは、一方の面が前記第１減速機と直接連結され、他方の面が前記第２減速機と直接連結されていることが好ましい。

本発明にかかる発電システムは、ＳＳＳクラッチでのミスアライメントの発生を抑制でき、ＳＳＳクラッチの焼きつき、軸振動の発生を抑制できるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる発電システムの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の発電システムの一実施形態の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、発電システム１０は、原動機から排出される排気ガス及び排熱から駆動力を取り出し、発電を行う装置であり、パワータービン１２と、蒸気タービン１４と、発電機１６と、第１減速機１８と、第２減速機２０と、ＳＳＳクラッチ２２と、ターニング装置２４とを有する。

パワータービン１２は、動翼と、動翼と共に回転する軸とを有し、原動機から排出された排気ガスにより動翼を回転させて、軸を回転させる。このようにして、パワータービン１２は、原動機から排出される排気ガスの力から回転力を取り出す。なお、パワータービンの構成は、本実施形態に限定されず、ガスなどの作動流体（本実施形態では、一定以上の流速の排ガス）が供給されることで、回転力を取り出す種々の機構を用いることができる。

蒸気タービン１４は、少なくとも排熱回収手段と、動翼と、動翼と共に回転する軸とを有し、排熱取得手段により、原動機から排出される熱を回収して蒸気を生成し、その蒸気により動翼を回転させる。このように、蒸気タービン１４は、原動機から排出される排熱の力から回転力を取り出す。なお、排熱回収手段は、例えば、原動機から排出される排気ガスとの間で熱交換をすることで、原動機から排出される熱を取得する。

発電機１６は、パワータービン１２及び蒸気タービン１４で取り出され、第１減速機１８、ＳＳＳクラッチ２２、第２減速機２０を介して伝達された回転から電力を取り出す。

第１減速機１８は、パワータービン１２が連結されている軸（第１出力軸）３０及び、ＳＳＳクラッチ２２及び蒸気タービン１４が連結されている軸と連結されている。第１減速機１８は、相対的に径の小さいギヤと径の大きいギヤとが係合して、２つのギヤがつれまわる構成であり、径の小さいギヤがパワータービン１２に連結されている軸３２と連結され、径の大きいギヤがＳＳＳクラッチ２２に連結されている軸と連結されている。第１減速機１８は、パワータービン１２から出力される回転を減速させかつトルクを増大させて、ＳＳＳクラッチ２２が連結されている軸に伝達する。

第２減速機２０は、蒸気タービン１４が連結されている軸（第２出力軸）３２、ＳＳＳクラッチ２２が連結されている軸、及び発電機１６が連結されている軸と連結されている。第２減速機２０は、相対的に径の小さいギヤと径の大きいギヤとが係合して、２つのギヤがつれまわる構成であり、径の小さいギヤが蒸気タービン１４に連結されている軸３２及びＳＳＳクラッチ２２に連結されている軸と連結され、径の大きいギヤが発電機１６に連結されている軸と連結されている。また、第２減速機２０の径の小さいギヤは、一方の面に蒸気タービン１４に連結されている軸３２が連結され、他方の面にＳＳＳクラッチ２２が連結されている軸が連結されている。第２減速機２０は、蒸気タービン１４から出力される回転、及び／または、パワータービン１２から出力され、第１減速機１８で減速され、ＳＳＳクラッチ２２を伝達された回転を減速させかつトルクを増大させて、発電機１６が連結されている軸に伝達する。

ＳＳＳクラッチ２２は、一方の面で、第１減速機１８の径の大きいギヤと連結された軸を支持し、他方の面で第２減速機２０の径の小さいギヤと連結された軸を支持しており、この支持している２つの軸を係合させた状態と、解放させた状態とに切り換える。つまり、ＳＳＳクラッチ２２は、回転を伝達する状態と、回転を伝達しない状態とを切り換える。

ターニング装置２４は、蒸気タービン１４が連結されている軸３２に連結されており、蒸気タービン１４が連結されている軸３２を回転させる機構である。ターニング装置２４は、蒸気タービン１４の停止時に軸を低速で回転させる。ターニング装置２４により軸を回転させることで、蒸気タービン１４の停止時に軸に対して自然対流による周方向の温度変化のため、軸が変形することを防止することができる。

なお、発電システム１０は、蒸気タービン１４に連結されている軸と第２変速機２０に連結されている軸とが別々の軸であり、第２変速機２０に連結されている軸とＳＳＳクラッチ２２に連結されている軸とが別々の軸であり、パワータービン１２に連結されている軸と第１変速機１８が連結されている軸とが別々の軸であり、第１変速機１８が連結されている軸とＳＳＳクラッチ２２が連結されている軸とが別々の軸であり、第２変速機２０が連結されている軸と発電機１６が連結されている軸とが別々の軸である。また、これらの軸と軸とは、ダイアフラムカップリングで連結されている。なお、パワータービン１２が連結されている軸３０は、パワータービン１２に連結されている軸と第１変速機１８が連結されている軸と２つの軸を連結するダイアフラムカップリングとで構成され、蒸気タービン１４が連結されている軸３２は、蒸気タービン１４に連結されている軸と第２変速機２０に連結されている軸とこれを連結するダイアフラムカップリングで構成される。

発電システム１０は、以上のような構成であり、ＳＳＳクラッチ２２は、パワータービン１２の回転と蒸気タービン１４との回転が同期したら、第１減速機１８に連結された軸と第２減速機２０に連結された軸とを係合させ、パワータービン１２から出力され、第１減速機１８を介して伝達された回転を第２減速機２０に伝達させる。第２減速機２０に伝達された回転は、第２減速機２０から発電機１６に伝達される。また、蒸気タービン１４から出力される回転は、第２減速機２０から第２減速機２０から発電機１６に伝達される。発電機１６は、パワータービン１２及び蒸気タービン１４から伝達された回転を電力に変換して、発電する。

発電システム１０は、ＳＳＳクラッチ２２とパワータービン１２とを第１減速機１８を介して連結させ、かつ、ＳＳＳクラッチ２２と蒸気タービン１４とを第２減速機２０を介して連結させた構成とすることで、パワータービン１２及び蒸気タービン１４の熱がＳＳＳクラッチ２２に伝達しにくくすることができる。これにより、ＳＳＳクラッチ２２が、パワータービン１２及び蒸気タービン１４の熱により熱伸びし、ミスアライメントが発生することを抑制することができ、クラッチの焼き付き及び軸振動の発生を抑制することができる。また、パワータービン１２からの出力を、蒸気タービン１４を介することなく発電機に伝達することができるため、蒸気タービン１４に連結されている軸を蒸気タービンの１４の出力に応じた強度とすることができる。つまり、蒸気タービン１４に連結されている軸で、蒸気タービン１４の出力とパワータービン１２の出力の両方を伝達する必要がないため、蒸気タービン１４に連結されている軸を細くすることができ、発電システム１０の製造コストを低くすることができる。

ここで、発電システム１０では、ＳＳＳクラッチ２２を第１減速機１８と第２減速機２０との間に配置したが、本発明はこれに限定されず、ＳＳＳクラッチ２２とパワータービン１２とが減速機を介して連結され、ＳＳＳクラッチ２２と蒸気タービン１４とが減速機を介して連結されていればよい。つまり、ＳＳＳクラッチ２２が、蒸気タービン１２及びパワータービン１２と直接連結されていなければよい。例えば、ＳＳＳクラッチ２２で第１減速機と発電機とを連結させるようにしてもよい。なお、この場合も第１減速機は、径の小さいギヤとパワータービンとが連結され、径の大きいギヤとＳＳＳクラッチとが連結されている。また、発電システム１０では、第２減速機の径の小さいギヤとＳＳＳクラッチとを連結したが、第２減速機の径の大きいギヤとＳＳＳクラッチとを連結させてもよい。つまり、ＳＳＳクラッチと発電機とが同一ギヤに連結された状態（つまり同軸上）に配置してもよい。

以下、図２を用いて、発電システムの他の実施形態について説明する。図２は、本発明の発電システムの他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。なお、図２に示す発電システム４０は、第２減速機４２の構成と、各部の接続関係が異なる点を除いて、他の構成は、図１に示す発電システム１０の各部と同様である。したがって、以下では、発電システム１０と同様の構成の部分についての説明は省略し、発電システム４０に特有の点について説明する。図２に示す発電システム４０は、原動機から排出される排気ガス及び排熱から駆動力を取り出し、発電を行う装置であり、パワータービン１２と、蒸気タービン１４と、発電機１６と、第１減速機１８と、第２減速機４２と、ＳＳＳクラッチ２２と、ターニング装置２４とを有する。

第２減速機４２は、蒸気タービン１４が連結されている軸（第２出力軸）３２、ＳＳＳクラッチ２２が連結されている軸、及び発電機１６が連結されている軸と連結されている。第２減速機４２は、相対的に径の大きい１つのギヤに径の小さい２つのギヤが係合して、３つのギヤがつれまわる構成である。つまり、一方の径の小さいギヤから他方の径の小さいギヤへの回転の伝達は、径の大きいギヤを介して行われる。また、第２減速機４２は、一方の径の小さいギヤが、蒸気タービン１４に連結されている軸３２と連結され、他方の径の小さいギヤが、ＳＳＳクラッチ２２に連結されている軸と連結され、径の大きいギヤが発電機１６に連結されている軸と連結されている。第２減速機２０は、蒸気タービン１４から出力される回転、及び／または、パワータービン１２から出力され、第１減速機１８で減速され、ＳＳＳクラッチ２２を伝達された回転を、減速させかつトルクを増大させて、発電機１６が連結されている軸に伝達する。

発電システム４０のように、蒸気タービン１４からの動力（回転力）が伝達される第２減速機４２のギヤと、パワータービン１２からの動力が伝達される第２減速機４２のギヤとを異なるギヤとした場合でも、パワータービン１２からＳＳＳクラッチ２２に第１減速機１８を介して動力が伝達され、蒸気タービン１４からＳＳＳクラッチ２２に第２減速機４２を介して動力が伝達される構成とすることで、パワータービン１２及び蒸気タービン１４の熱がＳＳＳクラッチ２２に伝達しにくくすることができる。これにより、発電システム１０と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、いずれもＳＳＳクラッチと第１減速機、ＳＳＳクラッチと第２減速機とが直接接続されている構成としたが、これに限定されず、ＳＳＳクラッチと第１減速機との間に他の部材が介在してもよく、ＳＳＳクラッチと第２減速機との間に他の部材が介在してもよい。なお、他の部材は、蒸気タービン、パワータービン以外の部材である。また、第１減速機と第２減速機の構成は、相対的に径の異なる２つ、または３つのギヤで構成される減速機に限定されず、種々の減速機を用いることができる。

なお、ＳＳＳクラッチは、発電機とも減速機を介して連結される位置に配置することが好ましい。減速機を介してＳＳＳクラッチと発電機とを接続することで、発電機で発生される熱が直接ＳＳＳクラッチに伝達することを抑制することができ、ＳＳＳクラッチに熱伸び等が発生することをより確実に抑制することができる。

本発明にかかる発電システムは、ガスタービン、ディーゼルエンジン等を原動機とする輸送機の発電システムとして有用であり、特に、船舶の発電システムとして用いることに適している。

本発明の発電システムの一実施形態の概略構成を示すブロック図である。本発明の発電システムの他の実施形態の概略構成を示すブロック図である。従来の発電システムの一実施形態の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０発電システム
１２パワータービン
１４蒸気タービン
１６発電機
１８第１減速機
２０第２減速機
２２ＳＳＳクラッチ
２４ターニング装置

Claims

原動機に付属した発電システムであって、
前記原動機から供給される排気から出力を取り出すパワータービンと、
前記パワータービンから出力される回転を伝達する第１出力軸と、
前記第１出力軸と連結された第１減速機と、
前記原動機から供給される排熱から出力を取り出す蒸気タービンと、
前記蒸気タービンから出力される回転を伝達する第２出力軸と、
前記第２出力軸に連結された第２減速機と、
前記第２の減速機を介して前記蒸気タービンと連結されている発電機と、
前記第１減速機を介して前記パワータービンに連結され、かつ、前記第２減速機を介して前記蒸気タービンに連結されたＳＳＳクラッチと、を有することを特徴とする発電システム。
前記ＳＳＳクラッチは、一方の面が前記第１減速機と直接連結され、他方の面が前記第２減速機と直接連結されていることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。