JP2013170468A - 単車室型蒸気タービンおよび一軸型コンバインドサイクル発電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高圧翼列の性能低下を抑制しうる単車室型蒸気タービン及びこれを用いた一軸型コンバインドサイクル発電装置を提供する。
【解決手段】蒸気タービン３は、高圧翼列２２および低圧翼列２６を有する単車室型蒸気タービンであって、高圧翼列２２が収納される高中圧室１０と、低圧翼列２６が収納される低圧室１２と、高中圧室１０および低圧室１２を連結するとともに、高中圧室１０および低圧室１２の内部空間３１を密封する伸縮継手３０とを備える。
【選択図】図５
【解決手段】蒸気タービン３は、高圧翼列２２および低圧翼列２６を有する単車室型蒸気タービンであって、高圧翼列２２が収納される高中圧室１０と、低圧翼列２６が収納される低圧室１２と、高中圧室１０および低圧室１２を連結するとともに、高中圧室１０および低圧室１２の内部空間３１を密封する伸縮継手３０とを備える。
【選択図】図５
Description
本発明は、発電所等で用いられる単車室型蒸気タービン及びこれを用いた一軸型コンバインドサイクル発電装置に関する。
発電所等で用いられる蒸気タービンとして、全軸長の短縮や蒸気タービンのコンパクト化のために高圧翼列および低圧翼列を単一の車室に収納した単車室型蒸気タービン（例えば、単車室再熱タービン：ＳＲＴ；Single casing Reheat Turbine）が知られている。
蒸気タービンでは、運転条件から想定される回転部と静止部との軸方向間隙の変動量を踏まえて、回転部および静止部が接触しないようなクリアランスを設けるとともに、静止部に対して回転部をオフセットして据え付けるのが一般的である。これは、蒸気タービンの停止状態から定格運転状態に至るまでの温度変化等により、ロータと車室との間に熱伸び差が生じ、回転部と静止部との間隙が変動することを考慮したものである。
ここで、単車室型蒸気タービンの場合、最も重量が大きい箇所である低圧室をアンカーで固定し、このアンカーを起点に車室全体（特に、高圧室及び中圧室）を自由に熱伸びさせて、熱ひずみを防止するようになっている。一方、ロータは、ロータを回転自在に支持するスラスト軸受を起点として熱伸びする。
このため、ロータと車室との熱伸びの方向を揃えて熱伸び差を低減する観点から、車室の熱伸びの起点となるアンカーが設けられた低圧室を、ロータの熱伸びの起点となるスラスト軸受に近い側に配置する必要がある。
このため、ロータと車室との熱伸びの方向を揃えて熱伸び差を低減する観点から、車室の熱伸びの起点となるアンカーが設けられた低圧室を、ロータの熱伸びの起点となるスラスト軸受に近い側に配置する必要がある。
ところで、単車室型蒸気タービンの低圧室をスラスト軸受に近い側に配置すると、必然的に高圧室はスラスト軸受から遠い側に配置することになり、その分だけ高圧室とロータとの熱伸び差が大きくなるから、高圧室内における回転部と静止部との間に大きなクリアランスを設ける必要がある。ところが、高圧室内における回転部と静止部との間に大きなクリアランスを設けると、高圧翼列の性能が低下してしまう問題がある。特に、高圧室に収納される高圧翼列の翼体格は小さいため、高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスの増大によって高圧翼列の性能が大きく低下する傾向にある。
したがって、単車室型蒸気タービンの高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスを低減するために、高圧室とロータとの熱伸び差を小さく抑える技術の開発が望まれる。
したがって、単車室型蒸気タービンの高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスを低減するために、高圧室とロータとの熱伸び差を小さく抑える技術の開発が望まれる。
一方、近年、火力発電所等に用いられる発電設備として、蒸気タービンとガスタービンとを組み合わせたコンバインドサイクル発電装置が脚光を浴びている。コンバインドサイクル発電装置には、蒸気タービンとガスタービンとが一軸上に連結され共通の発電機を駆動する一軸型のものがある。中でも、単車室型蒸気タービンを用いた一軸型コンバインドサイクル発電装置は、近年の最終翼の長大化に伴って、現在主流の発電装置の一つとして位置づけられるに至っている。
単車室型蒸気タービンを用いた一軸型コンバインドサイクル発電装置では、蒸気タービンとガスタービンとの間にスラスト軸受が設けられ、ロータはこのスラスト軸受を起点として熱伸びする。よって、ロータと車室との熱伸び方向を揃える観点から、車室の熱伸びの起点となるアンカーで固定された低圧室は、ロータの熱伸びの起点となるスラスト軸受に近い側、すなわちガスタービン側に向けて配置される。したがって、単車室型蒸気タービンを用いた一軸型コンバインド発電装置においても、スラスト軸受から遠い側に配置される高圧室とロータとの大きな熱伸び差に対応するために、高圧翼列の翼体格に対して高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスを大きく設定せざるを得ないから、高圧翼列の性能低下が問題となる。
特に、コンバインドサイクル発電装置は、大規模な火力発電所に設置されるのが通常であり、蒸気タービンの全軸長も大きい。したがって、単車室型蒸気タービンを用いたコンバインドサイクル発電装置では、高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスを相当大きく設定する必要があるから、高圧翼列の性能低下が問題となりやすい。
単車室型蒸気タービンを用いた一軸型コンバインドサイクル発電装置では、蒸気タービンとガスタービンとの間にスラスト軸受が設けられ、ロータはこのスラスト軸受を起点として熱伸びする。よって、ロータと車室との熱伸び方向を揃える観点から、車室の熱伸びの起点となるアンカーで固定された低圧室は、ロータの熱伸びの起点となるスラスト軸受に近い側、すなわちガスタービン側に向けて配置される。したがって、単車室型蒸気タービンを用いた一軸型コンバインド発電装置においても、スラスト軸受から遠い側に配置される高圧室とロータとの大きな熱伸び差に対応するために、高圧翼列の翼体格に対して高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスを大きく設定せざるを得ないから、高圧翼列の性能低下が問題となる。
特に、コンバインドサイクル発電装置は、大規模な火力発電所に設置されるのが通常であり、蒸気タービンの全軸長も大きい。したがって、単車室型蒸気タービンを用いたコンバインドサイクル発電装置では、高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスを相当大きく設定する必要があるから、高圧翼列の性能低下が問題となりやすい。
この点、特許文献１には、単車室型蒸気タービンを対象とするものではないが、蒸気タービンの静止部と回転部との隙間を調節する隙間調整装置が開示されている。この隙間調整装置では、ロータから突出したつばの軸方向の移動を伸び差検出器で検知し、伸び差検出器の検出信号に基づいて、蒸気タービンのケーシングを油圧ジャッキにより移動させるようになっている。
しかしながら、特許文献１に記載された隙間調整装置は、高圧翼列および低圧翼列が単一の車室に収納された単車室型蒸気タービンを対象とするものではない。車室全体の重量が大きい単車室型蒸気タービンの場合、特許文献１記載の隙間調整装置のように、油圧ジャッキで車室を移動させることは油圧装置の大型化等の問題が生じる。
よって、特許文献１に記載の隙間調整装置を用いて、単車室型蒸気タービンの高圧室とロータとの隙間を調節して、高圧翼列の性能低下を抑制することは難しい。
よって、特許文献１に記載の隙間調整装置を用いて、単車室型蒸気タービンの高圧室とロータとの隙間を調節して、高圧翼列の性能低下を抑制することは難しい。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、高圧翼列の性能低下を抑制しうる単車室型蒸気タービン及びこれを用いた一軸型コンバインドサイクル発電装置を提供することを目的とする。
本発明に係る単車室型蒸気タービンは、少なくとも高圧翼列および低圧翼列を有する単車室型蒸気タービンであって、前記高圧翼列が収納される高圧室と、前記低圧翼列が収納される低圧室と、前記高圧室および前記低圧室を連結するとともに、前記高圧室および前記低圧室の内部空間を密封する伸縮継手とを備えることを特徴とする。
本明細書において、「単車室型蒸気タービン」は、少なくとも高圧翼列および低圧翼列が単一の車室に収納された蒸気タービンをいい、「高圧室」は、高圧翼列を含め、低圧翼列以外の翼列が収納される部分をいう。例えば、単車室型蒸気タービンは高圧翼列および低圧翼列に加えて中圧翼列を有していてもよく、この場合、高圧室には高圧翼列および中圧翼列が収納される。
また「伸縮継手」とは、車室の内部空間を密封するとともに、高圧室及び／又は低圧室の熱伸びを吸収しうる継手をいう。例えば、伸縮継手は、熱伸びに応じて変形可能な弾性体やベローズで構成することができる。
また「伸縮継手」とは、車室の内部空間を密封するとともに、高圧室及び／又は低圧室の熱伸びを吸収しうる継手をいう。例えば、伸縮継手は、熱伸びに応じて変形可能な弾性体やベローズで構成することができる。
上記単車室型蒸気タービンによれば、高圧室と低圧室とを伸縮継手で連結したので、高圧室は、ロータの熱伸びの起点となるスラスト軸受に近い側に配置することができる。これは、アンカーで固定される低圧室から高圧室が分離されており、高圧室は独自に熱膨張しうるから、高圧室をスラスト軸受に近い側に配置しても、車室とロータの熱伸び方向が逆にならないためである。よって、高圧室をスラスト軸受に近い側に配置すれば、高圧室とロータとの熱伸び差が抑制されるから、高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスを低減して、高圧翼列の性能低下を抑えることができる。
上記単車室型蒸気タービンは、ロータ軸方向における前記高圧室の位置を調節する位置調節手段をさらに備えることが好ましい。
このように位置調節手段によって高圧室の位置を調節することで、高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスが比較的小さい場合であっても、高圧室とロータの熱伸び差を打ち消して、回転部と静止部との接触を防止できる。したがって、高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスをより一層低減して、高圧翼列の性能低下を確実に抑制できる。
さらに、高圧室とロータの熱伸び差を打ち消して、回転部と静止部との接触を防止できることから、従来のように、ロータの熱伸びの起点となるスラスト軸受に近い側に、アンカーで固定される低圧室を設ける配置を採用する場合であっても、高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスを低減して高圧翼列の性能低下を抑えることができる。
なお、位置調節手段による高圧室の位置の調節が可能なのは、上記単車室型蒸気タービンにおいて、最も重い箇所である低圧室から高圧室が分離されているためである。すなわち、比較的軽量の高圧室だけであれば、油圧ジャッキ等の公知のアクチュエータからなる位置調節手段によって、容易に位置を調節することができる。
さらに、高圧室とロータの熱伸び差を打ち消して、回転部と静止部との接触を防止できることから、従来のように、ロータの熱伸びの起点となるスラスト軸受に近い側に、アンカーで固定される低圧室を設ける配置を採用する場合であっても、高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスを低減して高圧翼列の性能低下を抑えることができる。
なお、位置調節手段による高圧室の位置の調節が可能なのは、上記単車室型蒸気タービンにおいて、最も重い箇所である低圧室から高圧室が分離されているためである。すなわち、比較的軽量の高圧室だけであれば、油圧ジャッキ等の公知のアクチュエータからなる位置調節手段によって、容易に位置を調節することができる。
上記単車室型蒸気タービンにおいて、前記位置調整手段は、前記高圧室の車室サポート部に取り付けられ、該車室サポート部をロータ軸方向に沿って、互いに逆方向に押し動かす一対の油圧シリンダと、前記一対の油圧シリンダに油圧を供給する油圧装置と、前記一対の油圧シリンダ及び前記油圧装置の間に設けられ、前記油圧が供給される油圧シリンダを切り替える切替弁とを含むことが好ましい。
これにより、切替弁によって使用する油圧シリンダを切り替えることで、ロータ軸方向に沿って高圧室を進退させて、蒸気タービンの運転状態（昇温中又は降温中等）に応じて高圧室とロータの熱伸び差を打ち消して、回転部と静止部との接触を防止できる。
上記単車室型蒸気タービンは、前記蒸気タービンの前記ロータと前記高圧室との熱伸び差を検出する検出手段と、前記検出手段による熱伸び差の検出結果に基づいて前記位置調整手段を制御する制御手段とをさらに備えることが好ましい。
これにより、ロータと高圧室の熱伸び差を打ち消すように高圧室の位置を調節し、回転部と静止部との接触を確実に防止できる。
上記単車室型蒸気タービンにおいて、前記ロータは、前記蒸気タービンの車室の外部において、ロータのそれ以外の部分と軸径を異ならせたディスク部、あるいは軸径が一定でないテーパ面を有し、前記検出手段は、前記ロータの前記ディスク部の端面あるいはテーパ面までの距離を計測するセンサを含んでいてもよい。
本発明に係る一軸型コンバインドサイクル発電装置は、発電機、上記単車室型蒸気タービン、ガスタービンがこの順に連結された一軸型コンバインドサイクル発電装置であって、前記ガスタービンと前記蒸気タービンとの間にスラスト軸受を設け、該スラスト軸受に近い側から前記高圧室、前記低圧室の順で前記蒸気タービンの車室を配列し、前記低圧室をアンカーによって固定したことを特徴とする。
この一軸型コンバインドサイクル発電装置によれば、ロータの熱伸びの起点となるスラスト軸受に近い側に高圧室を配置したので、高圧室とロータとの熱伸び差が抑制される。よって、高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスを低減して、高圧翼列の性能低下を抑えることができる。
なお、このようにスラスト軸受に近い側に高圧室を配置できるのは、アンカーで固定される低圧室と高圧室が分離されており、スラスト軸受の近い側に高圧室を設けても、車室とロータの熱伸び方向が逆にならないからである。
なお、このようにスラスト軸受に近い側に高圧室を配置できるのは、アンカーで固定される低圧室と高圧室が分離されており、スラスト軸受の近い側に高圧室を設けても、車室とロータの熱伸び方向が逆にならないからである。
この場合、ロータ軸方向における前記高圧室の位置を調節する位置調整手段を設けることが好ましい。
このように位置調節手段によって高圧室の位置を調節することで、高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスが比較的小さい場合であっても、高圧室とロータの熱伸び差を打ち消して、回転部と静止部との接触を防止できる。したがって、高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスをより一層低減して、高圧翼列の性能低下を確実に抑制できる。
あるいは、一軸型コンバインドサイクル発電装置は、発電機、上記単車室型蒸気タービン、ガスタービンがこの順に連結された一軸型コンバインドサイクル発電装置であって、前記ガスタービンと前記蒸気タービンとの間にスラスト軸受を設け、該スラスト軸受に近い側から前記低圧室、前記高圧室の順で前記蒸気タービンの車室を配列するとともに、ロータ軸方向における前記高圧室の位置を調節する位置調整手段を設け、前記低圧室をアンカーによって固定してもよい。
このように位置調節手段を設けることで、高圧室とロータの熱伸び差を打ち消して、回転部と静止部との接触を防止できる。よって、ロータの熱伸びの起点となるスラスト軸受に近い側に、アンカーで固定される低圧室を設ける配置を採用する場合であっても、高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスを低減して高圧翼列の性能低下を抑えることができる。
本発明によれば、高圧室と低圧室とを伸縮継手で連結したので、高圧室は、ロータの熱伸びの起点となるスラスト軸受に近い側に配置することができる。これは、アンカーで固定される低圧室から高圧室が分離されており、高圧室は独自に熱膨張しうるから、高圧室をスラスト軸受に近い側に配置しても、車室とロータの熱伸び方向が逆にならないためである。よって、高圧室をスラスト軸受に近い側に配置すれば、高圧室とロータとの熱伸び差が抑制されるから、高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスを低減して、高圧翼列の性能低下を抑えることができる。
また、ロータ軸方向における高圧室の位置を調節する位置調節手段を設ける態様では、高圧室とロータの熱伸び差を打ち消して、回転部と静止部との接触を防止できる。よって、従来のように、ロータの熱伸びの起点となるスラスト軸受に近い側に、アンカーで固定される低圧室を設ける配置を採用する場合であっても、高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスを低減して高圧翼列の性能低下を抑えることができる。
また、ロータ軸方向における高圧室の位置を調節する位置調節手段を設ける態様では、高圧室とロータの熱伸び差を打ち消して、回転部と静止部との接触を防止できる。よって、従来のように、ロータの熱伸びの起点となるスラスト軸受に近い側に、アンカーで固定される低圧室を設ける配置を採用する場合であっても、高圧室内における回転部と静止部との間のクリアランスを低減して高圧翼列の性能低下を抑えることができる。
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
［第１実施形態］
図１は、一軸型コンバインドサイクル発電装置の一例を示す概略構成図である。図２は、第１実施形態に係る一軸型コンバインドサイクル発電装置の蒸気タービンの構成を示す上面図である。図３は、図２の矢印Ａ方向から視た側面図である。図４は、図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図５は、蒸気タービンの高中圧室と低圧室との連結部（図４において符号Ｃで示した２箇所の部分のうち下側）の構造を示す断面図である。
図１は、一軸型コンバインドサイクル発電装置の一例を示す概略構成図である。図２は、第１実施形態に係る一軸型コンバインドサイクル発電装置の蒸気タービンの構成を示す上面図である。図３は、図２の矢印Ａ方向から視た側面図である。図４は、図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図５は、蒸気タービンの高中圧室と低圧室との連結部（図４において符号Ｃで示した２箇所の部分のうち下側）の構造を示す断面図である。
図１に示すように、一軸型コンバインドサイクル発電装置１では、発電機２、蒸気タービン３及びガスタービン４が、この順で同一軸（ロータ９）上に並んでいる。
ガスタービン４から排出された排ガスは、排熱回収ボイラ５に供給される。排熱回収ボイラ５では、ガスタービン４から排出される排ガスと給水とが熱交換され、そこで発生した蒸気が蒸気加減弁６を介して蒸気タービン３に供給される。そして、この蒸気タービン３およびガスタービン４によって発電機２が駆動される一方、蒸気タービン３で仕事を行った蒸気は、復水器７で復水され、給水ポンプ８によって排熱回収ボイラ５に還流される。
ガスタービン４から排出された排ガスは、排熱回収ボイラ５に供給される。排熱回収ボイラ５では、ガスタービン４から排出される排ガスと給水とが熱交換され、そこで発生した蒸気が蒸気加減弁６を介して蒸気タービン３に供給される。そして、この蒸気タービン３およびガスタービン４によって発電機２が駆動される一方、蒸気タービン３で仕事を行った蒸気は、復水器７で復水され、給水ポンプ８によって排熱回収ボイラ５に還流される。
蒸気タービン３は、図２及び３に示すように、高中圧室１０及び低圧室１２を有する。図４に示すように、高中圧室１０には高圧翼列２２及び中圧翼列２４が収納され、低圧室１２には低圧翼列２６が収納されている。蒸気タービン３では、高中圧室１０と低圧室１２とが互いに連結されて単車室化されている。なお、高中圧室１０と低圧室１２との連結部Ｃ（図４参照）の構造は、図５を用いて後で詳述する。
図２〜４に示すように、ガスタービン４と蒸気タービン３との間にはスラスト軸受１５とラジアル軸受１７を収納する第１軸受箱１４が設けられており、蒸気タービン３と発電機２との間にはラジアル軸受１７を収納する第２軸受箱１６が設けられている。スラスト軸受１５及びラジアル軸受１７は、蒸気タービン３の車室（高中圧室１０及び低圧室１２）の両端においてロータ９を軸支する。なお、第１軸受箱１４及び第２軸受箱１６は基礎１８上に設置される。
また、図３に示すように、蒸気タービン３の低圧室１２は、アンカー２０により固定されている。一方、高中圧室１０は、上半室１０Ａと下半室１０Ｂとの半割構造になっており、下半室１０Ｂから突出した車室サポート部１１を介して基礎１８によって支持されている（ただし、図３における基礎１８はロータ中心軸を通る鉛直面に沿って切断した断面を示しているため、車室サポート部１１が基礎１８によって支持されている様子は図３に表れていない。車室サポート部１１が基礎１８によって支持される様子は、図２および後で説明する図６に示している。）。
図４に示すように、排熱回収ボイラ５（図１参照）で発生する高圧蒸気４０は、高中圧室１０に流入して高圧翼列２２で仕事をした後、高圧排気蒸気４１として流出する。高圧排気蒸気４１は、再熱器（不図示）で加熱された後、再熱蒸気４２として高中圧室１０に再び流入して中圧翼列２４で仕事をする。一方、低圧蒸気４３は、低圧室１２に流入して低圧翼列２６で仕事をした後、低圧排気蒸気４４として排気室４６を経て復水器７に導かれるようになっている。
このような構成のコンバインドサイクル発電装置１において、本実施形態では、高中圧室１０をガスタービン４側（すなわち、ロータ９の熱伸びの起点となるスラスト軸受１５に近い側）に配置している。これにより、高中圧室１０とロータ９との熱伸び差が抑制されるので、高中圧室１０内における回転部（動翼列）と静止部（静翼列）との間のクリアランスを小さく設定することが可能となる。よって、高圧翼列２２の性能低下を抑えることができる。
そして、スラスト軸受１５に近い側に高中圧室１０を配置するために、図５に示すように、高中圧室１０と低圧室１２とを分離して、両者間を伸縮継手３０で連結している。このように、アンカー２０で固定される低圧室１２から高中圧室１０を分離することで、スラスト軸受１５に近い側に高中圧室１０を設けても、高中圧室１０とロータ９の熱伸び方向が逆にならない。よって、高中圧室１０をスラスト軸受１５に近い側に設ける上述の配置が可能となる。
伸縮継手３０は、蒸気タービン３の車室（高中圧室１０および低圧室１２）の内部空間３１を密封するとともに、高中圧室１０及び／又は低圧室１２の熱伸びを吸収しうる継手であり、例えば、熱伸びに応じて変形可能な弾性体やベローズで構成することができる。
なお、蒸気タービン３の定検分解時には、高中圧室１０及び低圧室１２は、連結ブロック３２及び固定ボルト３４によってリジッドに固定されて、車室全体をクレーンで吊り上げることが可能になっている。一方、蒸気タービン３の運転時には、固定ボルト３４を抜き取るか、あるいは、連結ブロック３２自体を取り外すことで、高中圧室１０と低圧室１２とが分離された状態になっており、伸縮継手３０によって高中圧室１０及び／又は低圧室１２の熱伸びが吸収されるようになっている。
以上説明したように、本実施形態は、発電機２、単車室型の蒸気タービン３、ガスタービン４がこの順で連結された一軸型のコンバインドサイクル発電装置１において、蒸気タービン３の高中圧室１０と低圧室１２とを伸縮継手３０で連結するとともに、ガスタービン４と蒸気タービン３との間にスラスト軸受１５を設け、該スラスト軸受１５に近い側から高中圧室１０、低圧室１２の順で蒸気タービン３の車室を配列し、低圧室１２をアンカー２０によって固定するものである。
本実施形態によれば、ロータ９の熱伸びの起点となるスラスト軸受１５に近い側に高中圧室１０を配置したので、高中圧室１０とロータ９との熱伸び差が抑制される。よって、高中圧室１０内における回転部と静止部との間のクリアランスを低減して、高圧翼列２２の性能低下を抑えることができる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る一軸型コンバインドサイクル装置の蒸気タービンについて説明する。本実施形態の蒸気タービンは、ロータ軸方向における高中圧室１０の位置を調節する位置調節手段を設けた点を除けば、第１実施形態の蒸気タービン３と共通する。したがって、ここでは、第１実施形態と共通する部分については説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
次に、第２実施形態に係る一軸型コンバインドサイクル装置の蒸気タービンについて説明する。本実施形態の蒸気タービンは、ロータ軸方向における高中圧室１０の位置を調節する位置調節手段を設けた点を除けば、第１実施形態の蒸気タービン３と共通する。したがって、ここでは、第１実施形態と共通する部分については説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図６は、高中圧室１０の位置を調節する位置調節手段の構成例を示す図である。同図に示すように、位置調節手段５０は、高中圧室１０の車室サポート部１１（図２及び３参照）に取り付けられた一対の油圧シリンダ５２（５２Ａ，５２Ｂ）と、油圧シリンダ５２に油圧を供給する油圧装置５４と、油圧が供給される油圧シリンダ５２を切り替える切替弁５６とを含んでいる。
一対の油圧シリンダ５２（５２Ａ，５２Ｂ）は、互いに対向するように車室サポート部１１に取り付けられる。具体的には、油圧シリンダ５２（５２Ａ，５２Ｂ）のピストン部５３が車室サポート部１１に設けられた凹部５１の内壁面に取り付けられる。
油圧シリンダ５２Ａに油圧が供給されると、車室サポート部１１はロータ軸方向に沿って図６の左側に向かって移動する。一方、油圧シリンダ５２Ｂに油圧が供給されると、車室サポート部１１はロータ軸方向に沿って図６の右側に移動する。なお、油圧ピストン５２は、車室サポート部１１からの反力を受けても動かないように、基礎１８によって支持されている。また、一方の油圧シリンダ５２が油圧の供給を受けたとき、他方の油圧シリンダ５２内の圧力が過剰にならないように、リリーフバルブ（不図示）が設けられている。
油圧シリンダ５２Ａに油圧が供給されると、車室サポート部１１はロータ軸方向に沿って図６の左側に向かって移動する。一方、油圧シリンダ５２Ｂに油圧が供給されると、車室サポート部１１はロータ軸方向に沿って図６の右側に移動する。なお、油圧ピストン５２は、車室サポート部１１からの反力を受けても動かないように、基礎１８によって支持されている。また、一方の油圧シリンダ５２が油圧の供給を受けたとき、他方の油圧シリンダ５２内の圧力が過剰にならないように、リリーフバルブ（不図示）が設けられている。
油圧装置５４は、例えば油圧ポンプを用いることができる。また、切替弁５６は、油圧シリンダ５２（５２Ａ，５２Ｂ）および油圧装置５４に接続された三方弁である。
また、切替弁５６を制御する制御装置５８と、高中圧室１０とロータ９との熱伸び差を検出する伸び差計５９とが設けられている。そして、伸び差計５９で検出された熱伸び差に基づいて、制御装置５８が切替弁５６を制御して、油圧装置５４で発生した油圧の供給先を切り替えるようになっている。
例えば、高中圧室１０がロータ９に対して相対的に図６の右方向に熱伸びしている場合、制御装置５８は、伸び差計５９の検出結果に基づいて、油圧シリンダ５２Ａに油圧を供給し、車室サポート部１１を図６の左側に向かって移動させるように切替弁５６を制御する。これにより、高中圧室１０がロータ９との熱伸び差が打ち消され、高中圧室１０における回転部と静止部との接触が防止される。
例えば、高中圧室１０がロータ９に対して相対的に図６の右方向に熱伸びしている場合、制御装置５８は、伸び差計５９の検出結果に基づいて、油圧シリンダ５２Ａに油圧を供給し、車室サポート部１１を図６の左側に向かって移動させるように切替弁５６を制御する。これにより、高中圧室１０がロータ９との熱伸び差が打ち消され、高中圧室１０における回転部と静止部との接触が防止される。
図７（ａ）及び（ｂ）は、伸び差計５９の構成例を示す図である。図７（ａ）に示すように、伸び差計５９は、ロータ９に設けられた軸径が一定でないテーパ面５９Ａと、テーパ面５９Ａに対向して配置される非接触センサ５９Ｂとを有する。なお、テーパ面５９Ａ及び非接触センサ５９Ｂは、蒸気タービン３の車室の外に設けられる。非接触センサ５９Ｂは、テーパ面５９Ａまでの距離ΔＸを計測し、ΔＸからロータ９の熱伸び量を算出する。あるいは、図７（ｂ）に示すように、ロータ９に他の部分とは軸径が異なるディスク部５９Ｃを設け、非接触センサ５９Ｂがディスク部５９Ｃまでの距離ΔＸを計測することで、ロータ９の熱伸び量を算出してもよい。
そして、算出したロータ９の熱伸び量と、別途計測された蒸気タービン３の車室の熱伸び量との差を求めることで、ロータ９と高中圧室１０との熱伸び差が得られる。あるいは、非接触センサ５９Ｂが直接的に又は間接的に蒸気タービン３の車室に固定されている場合（例えば、車室と一体化された軸受箱に非接触センサ５９Ｂが固定されている場合）、非接触センサ５９Ｂで計測した距離ΔＸ（図７（ａ）及び（ｂ）参照）からロータと高中圧室１０との熱伸び差を直接求めてもよい。
そして、算出したロータ９の熱伸び量と、別途計測された蒸気タービン３の車室の熱伸び量との差を求めることで、ロータ９と高中圧室１０との熱伸び差が得られる。あるいは、非接触センサ５９Ｂが直接的に又は間接的に蒸気タービン３の車室に固定されている場合（例えば、車室と一体化された軸受箱に非接触センサ５９Ｂが固定されている場合）、非接触センサ５９Ｂで計測した距離ΔＸ（図７（ａ）及び（ｂ）参照）からロータと高中圧室１０との熱伸び差を直接求めてもよい。
本実施形態によれば、位置調節手段５０を設けて、ロータ軸方向における高中圧室１０の位置を任意に調節可能としたので、高中圧室１０内における回転部と静止部との間のクリアランスが比較的小さい場合であっても、高中圧室１０とロータ９の熱伸び差を打ち消して、回転部と静止部との接触を防止できる。したがって、高中圧室１０内における回転部と静止部との間のクリアランスをより一層低減して、高圧翼列２２の性能低下を確実に抑制できる。
なお、位置調節手段５０による高中圧室１０の位置の調節が可能なのは、蒸気タービン３において、最も重い箇所である低圧室１２から高中圧室１０が分離されている（伸縮継手３０を介して高中圧室１０と低圧室１２とが連結されている）ためである。すなわち、比較的軽量の高中圧室１０だけであれば、油圧を利用した位置調節手段５０によって、容易に位置を調節することができる。
なお、位置調節手段５０による高中圧室１０の位置の調節が可能なのは、蒸気タービン３において、最も重い箇所である低圧室１２から高中圧室１０が分離されている（伸縮継手３０を介して高中圧室１０と低圧室１２とが連結されている）ためである。すなわち、比較的軽量の高中圧室１０だけであれば、油圧を利用した位置調節手段５０によって、容易に位置を調節することができる。
また、一対の油圧シリンダ５２（５２Ａ，５２Ｂ）に対する油圧の供給状態を切替弁５６によって切り替えることで、高中圧室１０（具体的には車室サポート部１１）をロータ軸に沿っていずれの方向にも移動させることができる。よって、昇温時及び降温時における高中圧室１０とロータ９の熱伸び差を打ち消して、回転部と静止部との接触を防止できる。
特に、伸び差計５９による高中圧室１０とロータ９との熱伸び差の検出結果に基づいて、制御手段５８によって切替弁５６を制御するようにしたので、高中圧室１０とロータ９との熱伸び差を確実に打ち消して、回転部と静止部との接触をより確実に防止できる。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る一軸型コンバインドサイクル装置の蒸気タービンについて説明する。本実施形態の蒸気タービンは、ロータ軸方向における高中圧室１０の位置を調節する位置調節手段５０を設けた点と、高中圧室１０と低圧室１２との配置を入れ替えた点を除けば、第１実施形態の蒸気タービン３と共通する。また、位置調節手段５０については第２実施形態で既に説明した。したがって、ここでは、第１実施形態又は第２実施形態と共通する部分については説明を省略し、第１及び第２実施形態と異なる部分を中心に説明する。
次に、第３実施形態に係る一軸型コンバインドサイクル装置の蒸気タービンについて説明する。本実施形態の蒸気タービンは、ロータ軸方向における高中圧室１０の位置を調節する位置調節手段５０を設けた点と、高中圧室１０と低圧室１２との配置を入れ替えた点を除けば、第１実施形態の蒸気タービン３と共通する。また、位置調節手段５０については第２実施形態で既に説明した。したがって、ここでは、第１実施形態又は第２実施形態と共通する部分については説明を省略し、第１及び第２実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図８は、第３実施形態に係る一軸型コンバインドサイクル発電装置の蒸気タービンの構成を示す側面図である。同図に示すように、蒸気タービン６０は、第１軸受箱１４に近い側（すなわち、ロータ９の熱伸びの起点となるスラスト軸受１５（図４参照）に近い側）に低圧室１２が配置されている。
低圧室１２をスラスト軸受１５に近い側に配置する点については、従来の単車室型蒸気タービンと同様である。ただし、高中圧室１０と低圧室１２は、第１実施形態と同様に伸縮継手３０（図５参照）によって連結されている。さらに、第２実施形態と同様に、高中圧室１０の車室サポート部１１をロータ軸方向における高中圧室１０の位置を調節する位置調節手段５０（図６参照）が設けられている。
低圧室１２をスラスト軸受１５に近い側に配置する点については、従来の単車室型蒸気タービンと同様である。ただし、高中圧室１０と低圧室１２は、第１実施形態と同様に伸縮継手３０（図５参照）によって連結されている。さらに、第２実施形態と同様に、高中圧室１０の車室サポート部１１をロータ軸方向における高中圧室１０の位置を調節する位置調節手段５０（図６参照）が設けられている。
本実施形態によれば、位置調節手段５０によって高中圧室１０の位置を任意に調節可能としたので、高中圧室１０とロータ９との熱伸び差を打ち消して、回転部と静止部との接触を防止できる。このため、従来のように、ロータ９の熱伸びの起点となるスラスト軸受１５に近い側に、アンカー２０で固定される低圧室１２を設ける配置を採用する場合であっても、高中圧室１０内における回転部と静止部との間のクリアランスを低減して高圧翼列２２の性能低下を抑えることができる。
なお、位置調節手段５０による高中圧室１０の位置の調節が可能なのは、蒸気タービン３において、最も重い箇所である低圧室１２から高中圧室１０が分離されている（伸縮継手３０を介して高中圧室１０と低圧室１２とが連結されている）ためである。すなわち、比較的軽量の高中圧室１０だけであれば、油圧を利用した位置調節手段５０によって、容易に位置を調節することができる。
なお、位置調節手段５０による高中圧室１０の位置の調節が可能なのは、蒸気タービン３において、最も重い箇所である低圧室１２から高中圧室１０が分離されている（伸縮継手３０を介して高中圧室１０と低圧室１２とが連結されている）ためである。すなわち、比較的軽量の高中圧室１０だけであれば、油圧を利用した位置調節手段５０によって、容易に位置を調節することができる。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
例えば、上述の実施形態では、蒸気タービン３がコンバインドサイクル発電装置１に組み込まれた例について説明したが、単独で用いられる単車室型蒸気タービンに適用できることは言うまでもない。
１ コンバインドサイクル発電装置
２ 発電機
３ 蒸気タービン
４ ガスタービン
５ 排熱回収ボイラ
６ 蒸気加減弁
７ 復水器
８ 循環ポンプ
９ ロータ
１０ 高中圧室
１０Ａ 上半室
１０Ｂ 下半室
１１ 車室サポート部
１２ 低圧室
１４ 第１軸受箱
１５ スラスト軸受
１６ 第２軸受箱
１７ ラジアル軸受
１８ 基礎
２０ アンカー
３０ 伸縮継手
３１ 内部空間
３２ 連結ブロック
３４ 固定ボルト
４０ 高圧蒸気
４１ 高圧排気蒸気
４２ 再熱蒸気
４３ 低圧蒸気
４４ 低圧排気蒸気
４６ 排気部
５０ 位置調節手段
５２Ａ 油圧シリンダ
５２Ｂ 油圧シリンダ
５３ ピストン部
５４ 油圧装置
５６ 切替弁
５８ 制御装置
５９ 伸び差計
５９Ａ テーパ面
５９Ｂ 非接触センサ
２ 発電機
３ 蒸気タービン
４ ガスタービン
５ 排熱回収ボイラ
６ 蒸気加減弁
７ 復水器
８ 循環ポンプ
９ ロータ
１０ 高中圧室
１０Ａ 上半室
１０Ｂ 下半室
１１ 車室サポート部
１２ 低圧室
１４ 第１軸受箱
１５ スラスト軸受
１６ 第２軸受箱
１７ ラジアル軸受
１８ 基礎
２０ アンカー
３０ 伸縮継手
３１ 内部空間
３２ 連結ブロック
３４ 固定ボルト
４０ 高圧蒸気
４１ 高圧排気蒸気
４２ 再熱蒸気
４３ 低圧蒸気
４４ 低圧排気蒸気
４６ 排気部
５０ 位置調節手段
５２Ａ 油圧シリンダ
５２Ｂ 油圧シリンダ
５３ ピストン部
５４ 油圧装置
５６ 切替弁
５８ 制御装置
５９ 伸び差計
５９Ａ テーパ面
５９Ｂ 非接触センサ
Claims (8)
- 少なくとも高圧翼列および低圧翼列を有する単車室型蒸気タービンであって、
前記高圧翼列が収納される高圧室と、
前記低圧翼列が収納される低圧室と、
前記高圧室および前記低圧室を連結するとともに、前記高圧室および前記低圧室の内部空間を密封する伸縮継手とを備えることを特徴とする単車室型蒸気タービン。 - ロータ軸方向における前記高圧室の位置を調節する位置調節手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の単車室型蒸気タービン。
- 前記位置調整手段は、
前記高圧室の車室サポート部に取り付けられ、該車室サポート部をロータ軸方向に沿って、互いに逆方向に押し動かす一対の油圧シリンダと、
前記一対の油圧シリンダに油圧を供給する油圧装置と、
前記一対の油圧シリンダ及び前記油圧装置の間に設けられ、前記油圧が供給される油圧シリンダを切り替える切替弁とを含むことを特徴とする請求項２に記載の単車室型蒸気タービン。 - 前記蒸気タービンの前記ロータと前記高圧室との熱伸び差を検出する検出手段と、
前記検出手段による熱伸び差の検出結果に基づいて前記位置調整手段を制御する制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の単車室型蒸気タービン。 - 前記ロータは、前記蒸気タービンの車室の外部において、軸径が一定でないテーパ面を有し、
前記検出手段は、前記ロータの前記テーパ面までの距離を計測するセンサを含むことを特徴とする請求項４に記載の単車室型蒸気タービン。 - 発電機、請求項１に記載の単車室型蒸気タービン、ガスタービンがこの順に連結された一軸型コンバインドサイクル発電装置であって、
前記ガスタービンと前記蒸気タービンとの間にスラスト軸受を設け、該スラスト軸受に近い側から前記高圧室、前記低圧室の順で前記蒸気タービンの車室を配列し、前記低圧室をアンカーによって固定したことを特徴とする一軸型コンバインドサイクル発電装置。 - ロータ軸方向における前記高圧室の位置を調節する位置調整手段を設けたことを特徴とする請求項６に記載の一軸型コンバインドサイクル発電装置。
- 発電機、請求項１に記載の単車室型蒸気タービン、ガスタービンがこの順に連結された一軸型コンバインドサイクル発電装置であって、
前記ガスタービンと前記蒸気タービンとの間にスラスト軸受を設け、該スラスト軸受に近い側から前記低圧室、前記高圧室の順で前記蒸気タービンの車室を配列するとともに、ロータ軸方向における前記高圧室の位置を調節する位置調整手段を設け、前記低圧室をアンカーによって固定したことを特徴とする一軸型コンバインドサイクル発電装置。
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