JP2014080990A - Bearing system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転機械に適用される軸受システムに関する。 The present invention relates to a bearing system applied to a rotating machine.
一般的に、蒸気タービンやガスタービン等は、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービン等の大型回転機械であるタービンロータを複数備えている。これらの複数のタービンロータは、一軸のロータ上に連結され設置されている。そして、タービンロータを軸線方向に拘束するためにスラスト軸受部が用いられている。 Generally, a steam turbine, a gas turbine, and the like include a plurality of turbine rotors that are large rotating machines such as a high-pressure turbine, an intermediate-pressure turbine, and a low-pressure turbine. The plurality of turbine rotors are connected and installed on a uniaxial rotor. A thrust bearing portion is used to restrain the turbine rotor in the axial direction.
例えば蒸気タービンの場合、該蒸気タービンの起動時には高温の蒸気がその内部に流入するためにロータ及び該ロータを収容する車室はそれぞれ熱膨張することになる。この際、ロータは車室と比べて体積が小さく熱容量が小さいことから暖まり易く、車室よりも短時間で軸線方向に伸びる。そのため、車室に設けられた静翼とロータに設けられた動翼とが起動時に接触してしまうおそれがある。
これを防止するために、一般に蒸気タービンでは各部品間に十分な間隔をとった設計が行われている。しかし、当該間隔が大きすぎると、隙間から蒸気や空気が漏れることによるタービンとしての性能低下を招いてしまう。
For example, in the case of a steam turbine, when the steam turbine is started, high-temperature steam flows into the interior of the steam turbine, so that the rotor and the passenger compartment that accommodates the rotor each thermally expand. At this time, since the rotor has a smaller volume and a smaller heat capacity than the passenger compartment, the rotor is easily warmed up and extends in the axial direction in a shorter time than the passenger compartment. Therefore, there is a possibility that the stationary blade provided in the passenger compartment and the moving blade provided in the rotor come into contact at the time of startup.
In order to prevent this, in general, a steam turbine is designed with a sufficient space between the components. However, when the interval is too large, the performance as a turbine is reduced due to leakage of steam or air from the gap.
これに対して特許文献1には、上記弊害を防止すべく以下の技術が開示されている。即ち、特許文献1に記載の技術では、蒸気タービンのスラスト軸受をロータの軸線方向に移動可能としている。これにより、蒸気タービンの起動時に、ロータが軸線方向に熱膨張して伸びてしまっても、その熱膨張に合わせてスラスト軸受が軸線方向に移動する。このスラスト軸受の移動によってロータの熱膨張による伸びを吸収することができるため、静翼と動翼間の隙間を小さくしてもこれらが互いに接触することがない。 On the other hand, Patent Document 1 discloses the following technique for preventing the above-described adverse effects. That is, in the technique described in Patent Document 1, the thrust bearing of the steam turbine is movable in the axial direction of the rotor. As a result, even when the rotor is thermally expanded in the axial direction when the steam turbine starts up, the thrust bearing moves in the axial direction in accordance with the thermal expansion. Since the elongation due to the thermal expansion of the rotor can be absorbed by the movement of the thrust bearing, they do not contact each other even if the gap between the stationary blade and the moving blade is reduced.
ところで、スラスト軸受をロータに対して複数設置すると軸の伸びを拘束することになり、ロータに熱応力が発生してしまう。そのため、通常、スラスト軸受は一のロータに対して一つのみが設けられている。したがって、スラスト軸受が地震の発生により軸線方向に大きな揺れを受けた場合、ロータが軸線方向に振動することによる荷重を一つのスラスト軸受で支持することとなる。よって、定常運転時の使用範囲を大きく超えた荷重が作用した場合には、スラスト軸受が荷重を受け切ることができず、即ち、地震によるロータの振幅を抑えることができない。 By the way, if a plurality of thrust bearings are installed on the rotor, the extension of the shaft is restricted, and thermal stress is generated in the rotor. Therefore, normally only one thrust bearing is provided for one rotor. Therefore, when the thrust bearing is greatly shaken in the axial direction due to the occurrence of an earthquake, the load caused by the vibration of the rotor in the axial direction is supported by one thrust bearing. Therefore, when a load that greatly exceeds the operating range during normal operation is applied, the thrust bearing cannot receive the load, that is, the amplitude of the rotor due to the earthquake cannot be suppressed.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、ロータの軸線方向の振動を適切に抑制することができる軸受システムを提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a bearing system capable of appropriately suppressing vibration in the axial direction of a rotor.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の一態様に係る軸受システムは、軸線に沿って延在し、該軸線の径方向外側に張り出すスラストカラーを有するロータと、前記スラストカラーにおける前記ロータの軸線方向の一方側に対向する第一スラスト軸受と、前記スラストカラーの前記軸線方向の他方側に対向する第二スラスト軸受と、前記第一スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の第一間隙、及び、前記第二スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の第二間隙に充填された潤滑油と、を有する軸受部と、駆動することで、前記第一間隙と前記第二間隙との和が変化するように前記第一スラスト軸受と前記第二スラスト軸受との少なくとも一方を前記軸線方向に移動させる駆動装置と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
A bearing system according to an aspect of the present invention is provided with a rotor having a thrust collar that extends along an axis and projects outward in the radial direction of the axis, and is opposed to one side of the thrust collar in the axial direction of the rotor. A first thrust bearing; a second thrust bearing facing the other axial side of the thrust collar; a first gap between the first thrust bearing and the thrust collar; and the second thrust bearing; The first thrust so that the sum of the first gap and the second gap is changed by driving a bearing portion having a lubricating oil filled in a second gap between the thrust collar and the bearing. And a drive device for moving at least one of the bearing and the second thrust bearing in the axial direction.
このような構成によれば、駆動装置によって第一スラスト軸受及び第二スラスト軸受の少なくとも一方を軸線方向に移動させることで、第一スラスト軸受及び第二スラスト軸受の少なくとも一方が、第一間隙と第二間隙の和が小さくなるように移動し、スラストカラーに近づき広がった第一間隙又は第二間隙を狭めることができる。潤滑油は広がった第一間隙又は第二間隙では油膜とならず、剛性を発揮することができない。しかし、間隔を狭めることで第一間隙又は第二間隙において油膜となり剛性を発揮することができるようになる。これの結果、スラストカラーの軸線方向の移動が第一スラスト軸受及び第二スラスト軸受の少なくとも一方によって抑制され、スラストカラーと一体化しているロータの軸線方向の移動も抑制される。これにより、ロータの軸線方向の振動を適切に抑制し、ロータの周囲の部品同士が接触し損傷することを防止することが可能となる。 According to such a configuration, at least one of the first thrust bearing and the second thrust bearing is moved from the first gap by moving at least one of the first thrust bearing and the second thrust bearing in the axial direction by the driving device. It moves so that the sum of the second gaps becomes smaller, and the first gap or the second gap that spreads toward the thrust collar can be narrowed. The lubricating oil does not form an oil film in the widened first gap or second gap, and cannot exhibit rigidity. However, by narrowing the interval, an oil film is formed in the first gap or the second gap, and rigidity can be exhibited. As a result, the axial movement of the thrust collar is suppressed by at least one of the first thrust bearing and the second thrust bearing, and the axial movement of the rotor integrated with the thrust collar is also suppressed. As a result, it is possible to appropriately suppress the vibration in the axial direction of the rotor and prevent the components around the rotor from coming into contact with each other and being damaged.
また、本発明の他の態様に係る軸受システムは、前記第一スラスト軸受、及び、前記第二スラスト軸受の少なくとも一方の移動量を規制するストッパーをさらに備えることを特徴とする。 Moreover, the bearing system which concerns on the other aspect of this invention is further provided with the stopper which controls the movement amount of at least one of said 1st thrust bearing and said 2nd thrust bearing.
このような構成によれば、駆動装置によって第一スラスト軸受及び第二スラスト軸受の少なくとも一方を軸線方向に押し付けてスラストカラーへ近づけるように移動する際に、ストッパーが設けられているため、スラストカラーと第一スラスト軸受及び第二スラスト軸受の少なくとも一方とが接触するほど近づくことが無い。スラストカラー第一スラスト軸受及び第二スラスト軸受の少なくとも一方が接触し第一間隙又は第二間隙の間隔がなくなると、潤滑油が入り込むことができず油膜となることもないため剛性を生じることができない。そのため、第一間隙又は第二間隙の間隔を維持するように駆動装置の移動量を制限することで、第一スラスト軸受及び第二スラスト軸受の少なくとも一方の移動量も制限し、第一間隙又は第二間隙を維持し潤滑油を油膜となすことで、剛性を確実に発揮させることができる。これにより、ロータの軸線方向の振動を確実に抑制することができるため、ロータの周囲の部品と接触し損傷することを確実に防止することができる。 According to such a configuration, since the stopper is provided when the driving device moves at least one of the first thrust bearing and the second thrust bearing in the axial direction so as to approach the thrust collar, the thrust collar And at least one of the first thrust bearing and the second thrust bearing do not approach each other. If at least one of the thrust collar first thrust bearing and the second thrust bearing comes into contact and there is no gap between the first gap and the second gap, the lubricating oil cannot enter and the oil film does not form, so that rigidity is generated. Can not. Therefore, by limiting the amount of movement of the drive device so as to maintain the interval between the first gap and the second gap, the amount of movement of at least one of the first thrust bearing and the second thrust bearing is also limited. By maintaining the second gap and using the lubricating oil as an oil film, the rigidity can be reliably exhibited. Thereby, since the vibration in the axial direction of the rotor can be reliably suppressed, it is possible to reliably prevent contact with and damage to parts around the rotor.
さらに、本発明の他の態様に係る軸受システムは、地震による揺れを検出する地震計と、前記地震計が検出した揺れの大きさが予め定められた揺れ閾値を超えているかを判定する揺れ判定部と、前記揺れ判定部が前記揺れ閾値を超えていると判定した場合に、前記和が小さくなるように前記駆動装置を駆動させる揺れ起動部と、を有する第一制御部と、をさらに備えることを特徴とする。 Furthermore, a bearing system according to another aspect of the present invention includes a seismometer that detects a shake due to an earthquake, and a shake determination that determines whether the magnitude of the shake detected by the seismometer exceeds a predetermined shake threshold. And a swing control unit that drives the drive device to reduce the sum when the swing determination unit determines that the swing threshold is exceeded. It is characterized by that.
このような構成によれば、地震による軸線方向に揺れが発生すると、地震計が揺れの大きさを検知して揺れの大きさを揺れ判定部で判定して、駆動装置を移動させるか否かを制御することで、第一制御部によって駆動装置を移動させることができる。そのため、地震によって突発的に予想できない大きな揺れが発生し、ロータに大きな加振力が生じて軸線方向に移動した場合であっても、自動的に第一間隙と第二間隙の和が小さくなるように対応できるため、ロータの軸線方向の振動をより確実に抑制し、ロータの周囲の部品同士が接触し損傷することをより確実に防止することができる。 According to such a configuration, when a shake occurs in the axial direction due to an earthquake, the seismometer detects the magnitude of the shake, determines the magnitude of the shake by the shake determination unit, and determines whether or not to move the driving device. By controlling this, the drive device can be moved by the first control unit. For this reason, even if a large shake unexpectedly caused by an earthquake occurs and a large excitation force is generated in the rotor and the rotor moves in the axial direction, the sum of the first gap and the second gap is automatically reduced. Therefore, the vibration in the axial direction of the rotor can be more reliably suppressed, and the parts around the rotor can be more reliably prevented from coming into contact with each other and being damaged.
また、本発明の他の態様に係る軸受システムは、前記第一間隙及び前記第二間隙の少なくとも一方の値を検出する間隙検出部と、前記間隙検出部が検出した値と予め定めた間隙目標値との差分を算出する間隙演算部と、前記間隙演算部が算出した差分が小さくなる方向に前記第一スラスト軸受及び前記第二スラスト軸受の少なくとも一方を移動させるように前記駆動装置を駆動させる間隙起動部と、を有する第二制御部をさらに備えることを特徴とする。 A bearing system according to another aspect of the present invention includes a gap detector that detects at least one value of the first gap and the second gap, a value detected by the gap detector, and a predetermined gap target. A gap calculation unit that calculates a difference between the values and a drive unit that drives at least one of the first thrust bearing and the second thrust bearing in a direction in which the difference calculated by the gap calculation unit decreases. And a second control unit having a gap activation unit.
このような構成によれば、前記第一間隙、及び、前記第二間隙の少なくとも一方の値と予め定めた間隙目標値との差分を小さくするように駆動装置による移動量を変化させることで、第一間隙や第二間隙の隙間の大きさを潤滑油が油膜を生じさせるだけの間隔に維持できる。間隙目標値との差分によって移動量を変化させているため、定常運転時の熱変形によって、前記第一間隙、及び、前記第二間隙の少なくとも一方が間隙目標値からわずかにずれた場合での適切な感覚にすることが可能となる。これにより、ロータの軸線方向の振動をより確実に抑制することができるため、周囲の部品と接触し損傷することを防ぐことが可能となる。 According to such a configuration, by changing the amount of movement by the driving device so as to reduce the difference between at least one value of the first gap and the second gap and a predetermined gap target value, The size of the gap between the first gap and the second gap can be maintained at such an interval that the lubricating oil forms an oil film. Since the movement amount is changed by the difference from the gap target value, at least one of the first gap and the second gap slightly deviates from the gap target value due to thermal deformation during steady operation. It becomes possible to make an appropriate sense. As a result, the vibration in the axial direction of the rotor can be more reliably suppressed, and it is possible to prevent contact with surrounding components and damage.
さらに、本発明の他の態様に係る軸受システムは、前記ロータの前記軸線方向の速度を測定する速度検出部と、前記速度検出部が測定した前記速度に基づいて、前記スラストカラーに対して、前記第一スラスト軸受及び前記第二スラスト軸受の少なくとも一方から前記潤滑油を介して前記速度の方向と逆方向に力が作用するように前記駆動装置を駆動させる速度応答部を有する第三制御部をさらに備えることを特徴とする。 Furthermore, the bearing system according to another aspect of the present invention includes a speed detection unit that measures a speed of the rotor in the axial direction, and the thrust collar based on the speed measured by the speed detection unit. A third control unit having a speed response unit that drives the drive device so that a force acts in a direction opposite to the speed direction from the at least one of the first thrust bearing and the second thrust bearing via the lubricating oil. Is further provided.
このような構成によれば、ロータが軸線方向移動する際に速度を測定し、速度の大きさに合わせて駆動装置の移動量を変化させることで、前記第一スラスト軸受、及び、前記第二スラスト軸受の少なくとも一方に駆動装置から速度の方向と逆方向に力を与える。その力は、潤滑油、スラストカラーを介してロータに伝達し、軸線方向の移動量を減衰することが可能となる。これによって、ロータの軸線方向の振動をより速やかに抑制することができるため、周囲の部品と接触し損傷することを防ぐことが可能となる。 According to such a configuration, the first thrust bearing and the second thrust bearing are measured by measuring the speed when the rotor moves in the axial direction and changing the moving amount of the driving device in accordance with the magnitude of the speed. A force is applied to at least one of the thrust bearings in the direction opposite to the speed direction from the drive unit. The force is transmitted to the rotor via the lubricating oil and the thrust collar, and the moving amount in the axial direction can be attenuated. As a result, vibrations in the axial direction of the rotor can be more quickly suppressed, and it is possible to prevent contact with surrounding parts and damage.
また、本発明の他の態様に係る軸受システムは、前記駆動装置が、前記軸線方向と交差する方向に向かって力を発生する駆動装置本体と、前記駆動装置本体が発生する力を前記軸線方向に向かう力に変換する変換手段と、を有していることを特徴とする。 Further, the bearing system according to another aspect of the present invention includes a drive device main body that generates a force in a direction that intersects the axial direction, and a force generated by the drive device main body in the axial direction. And a conversion means for converting the force toward the head.
このような構成によれば、駆動装置本体を軸線方向に沿って設置する必要がなくなり、軸線と交差する方向に設置することができる。これにより、駆動装置本体が軸線方向に延びて軸受システムの軸線方向の全長が大きくなることを防止できるため、軸受システムを小型化することが可能となる。 According to such a configuration, it is not necessary to install the drive device main body along the axial direction, and it can be installed in a direction crossing the axial line. As a result, it is possible to prevent the drive device main body from extending in the axial direction and increasing the total length of the bearing system in the axial direction, and thus it is possible to reduce the size of the bearing system.
本発明の一態様に係るタービンは、上記の軸受システムを備えることを特徴とする。 The turbine which concerns on 1 aspect of this invention is provided with said bearing system, It is characterized by the above-mentioned.
このような軸受システムを備えるタービンによれば、複軸受システムにより地震等による軸線方向の振動に共振を防ぎ、軸線方向への振幅を抑えることができるためタービンの損傷を防ぐことが可能となる。 According to the turbine provided with such a bearing system, the double bearing system can prevent resonance in the axial vibration due to an earthquake or the like and suppress the amplitude in the axial direction, thereby preventing damage to the turbine.
本発明の軸受システムによれば、大きな振動を受けても軸受部の剛性が低下せず、ロータの軸線方向の振動を適切に抑制し、ロータの周囲の部品同士が接触し損傷することを防止することが可能な軸受システムを提供するものである。 According to the bearing system of the present invention, even if it receives a large vibration, the rigidity of the bearing portion does not decrease, the vibration in the axial direction of the rotor is appropriately suppressed, and the parts around the rotor are prevented from contacting and being damaged. The present invention provides a bearing system that can be used.
以下、図1を参照し、本実施形態に係る軸受システム2を用いた蒸気タービン(タービン)1について説明する。
図1に示すように、蒸気タービン(タービン)1は、軸線Oを中心に回転するロータ20と、ロータ20と接続される高圧タービン3と、ロータ20を介して高圧タービン3と接続される中圧タービン4と、ロータ20を介して中圧タービン4と接続される軸受部21を有する軸受システム2と、ロータ20を介して軸受システム2と接続される低圧タービン5と、各タービンによって発電させられる発電機6と、を備えている。
これらはすべてロータ20と同軸上に設置され、軸線O方向(図1左右方向)の左側から高圧タービン3、中圧タービン4、軸受システム2、低圧タービン5、発電機6の順に並んで配置されている。
Hereinafter, with reference to FIG. 1, the steam turbine (turbine) 1 using the
As shown in FIG. 1, a steam turbine (turbine) 1 includes a
These are all installed coaxially with the
次に、本発明に係る第一実施形態の軸受システム2について図2を参照して説明する。
図2に示すように、第一実施形態の軸受システム2は、軸線Oに沿って延在するロータ20と、ロータ20と同軸上に配置される軸受部21と、軸受部21に接続されている駆動装置22と、駆動装置22に接続されている制御装置23と、制御装置23に接続されている地震計24とを備えている。
Next, the
As shown in FIG. 2, the
ロータ20は、軸線Oを中心とする円柱形状をなして形成されている。そして、ロータ20は軸線O方向に蒸気タービン(タービン)1に対して延在しており、ロータ20の一部分が軸受システム2の軸受部21を形成し、他の部分は同軸上に高圧タービン3等の他の回転機械を接続している。
The
軸受部21は、ロータ20の一部分を中心軸として、ロータ20上から径方向外側に張り出して形成されるスラストカラー211と、スラストカラー211の軸線O方向の一方側(図2における紙面右側)に配置される第一スラスト軸受212と、スラストカラー211の軸線O方向の他方側(図2における紙面左側)に配置される第二スラスト軸受213と、スラストカラー211と第一スラスト軸受212と第二スラスト軸受213とを径方向外側から覆うケース214と、ケース214内に充填された潤滑油215とを有している。そして、スラストカラー211と第一スラスト軸受212との間には、隙間として第一間隙D1が形成されている。さらに、スラストカラー211と第二スラスト軸受213との間には、隙間として第二間隙D2が形成されている。
The bearing
スラストカラー211は、軸線Oを中心として円板形状をなして、ロータ20から径方向外側に環状に張り出すフランジ状をなしている。
第一スラスト軸受212は、軸線Oを中心とする円板形状をなしており、その中心にはロータ20が軸線方向に挿通される孔部が形成されている。この第一スラスト軸受は、スラストカラー211の軸線O方向の一方側の面と対向するように、該スラストカラーと軸線方向に間隔を開けて、かつ、ロータの径方向外側に間隔をあけて配置されている。
第二スラスト軸受213は、軸線Oを中心とする円板形状をなして形成されており、その中心にはロータ20が軸線方向に挿通される孔部が形成されている。この第二スラスト軸受は、スラストカラー211の軸線O方向の他方側の面と対向するように、該スラストカラーと軸線方向に間隔を開けて、かつ、ロータの径方向外側に間隔をあけて配置されている。
The
The first thrust bearing 212 has a disk shape centered on the axis O, and a hole through which the
The second thrust bearing 213 is formed in a disk shape centered on the axis O, and a hole through which the
ケース214は、その外観が軸線Oを中心とする円柱形状をなしており内部が中空とされた箱状に形成されている。軸線O方向の壁面それぞれに軸線Oを中心とする円形状をなす貫通穴214aと、軸線O方向の一方側である第一スラスト軸受212側の壁面に円形状をなして二カ所形成される挿通孔212bとを有している。そして、ケース214は、貫通穴214aにロータ20を挿通させて配置されており、スラストカラー211と第一スラスト軸受212と第二スラスト軸受213とを径方向外側から覆う様に内部の中空部分に設置している。
潤滑油215は、公知の潤滑油が使用され、例えば、工作機械等に用いられる工業用潤滑油が使用されれば良い。また、酸化防止剤やさび止めを添加した潤滑油などを使用してもよい。
The
As the lubricating
駆動装置22は、軸受部21の軸線O方向の一方側にロータ20を挟んで対象に配置され、二つの油圧ジャッキ221と、各油圧ジャッキ221に接続されている油圧ポンプ222とを備えている。
油圧ジャッキ221は、軸受部21の軸線O方向の一方側に軸線Oを対称軸としてロータ20を挟んで周方向反対側に二か所に配置されている。そして、油圧ジャッキ221は、軸線Oに沿って平行に延在するシリンダ221aと、シリンダ221aの内部に配置されるピストン221bと、一端をピストン221bと固定され他端を第一スラスト軸受212に向けて延在するロッド221cと、ロッド221cから径方向外側に張り出すように形成されるストッパー221dとを有している。
The
The
シリンダ221aは、軸線O方向に延在する円筒状をなし、ロータ20と間隔を開けて配置されている。軸線O方向の両壁面に円形の穴が設けられており、軸線O方向の他方側である軸受部21側の一方の穴はロッド221cが挿通され、他方の穴は油圧ポンプ222と接続されている。
ピストン221bは、円板形状をなしてシリンダ221aの内壁面と隙間なく摺動可能に配置されている。
ロッド221cは、軸線O方向に延在する円柱形状をなし、一端をピストン221bに接続され、他端を軸受部21の挿通孔に挿通されて配置されている。
ストッパー221dは、ロッド221cと同軸上に円板形状をなして、ロッド221cの径方向外側に環状に張り出すフランジ状をなしている。
The
The
The
The
油圧ポンプ222は、各油圧ジャッキ221のシリンダ221aと接続されており、制御装置23からの信号に基づいて起動し、油圧ジャッキ221に作動油を送り込み可動させる。
地震計24は、地震の揺れを検知すると揺れの大きさを制御装置23へ出力する。
The
The
制御装置23は、油圧ポンプ222と接続されており、地震計24が検出した揺れの大きさと揺れ規定値とを比較する揺れ判定部231aと、揺れ判定部231aから出力された信号に基づいて駆動装置22の油圧ポンプ222を駆動させる揺れ起動部231bとで構成される第一制御部を備える。
揺れ判定部231aは、地震計24で検出され出力された揺れの大きさと予め定めた閾値である揺れ規定値とを比較し、揺れの大きさが揺れ規定値を超えている場合に揺れ起動部231bへ信号を出力する。また、揺れの大きさが揺れ規定値以下である場合、信号を出力しない。
揺れ規定値は、軸受システム2が使用される回転機械である蒸気タービン(タービン)1によって、予め揺れに対して蒸気タービン(タービン)1がその程度振動するかを算出し決定されることが好ましい。
揺れ起動部231bは、揺れ判定部231aから信号が出力された場合に、駆動装置22の油圧ポンプ222に対して信号を送り駆動装置を駆動させ、ロッドの移動を開始させる。
The
The
The prescribed swing value is preferably determined in advance by calculating whether the steam turbine (turbine) 1 vibrates to a degree by the steam turbine (turbine) 1 which is a rotating machine in which the
When a signal is output from the
次に、上記第一実施形態のおける軸受システム2の作用について説明する。
図3(a)に示すように、地震発生前の定常運転時はスラストカラー211と第一スラスト軸受212との隙間である第一間隙D1の間隔d1と、スラストカラー211と第二スラスト軸受213との隙間である第二間隙D2の間隔d2とはほぼ等しい大きさで配置されている。
図3(b)に示すように、地震が発生し軸線O方向に揺れが発生すると、蒸気タービン(タービン)1のロータ20に接続された各種タービン等の回転機械に対して軸線O方向に大きな加振力が働く。その際、全装置の質量は接続されているロータ20にかかるが、ロータ20にかかる質量に比べて軸受部21の剛性が小さいため、固有振動数が10Hz前後となり、地震の揺れに共振してしまう。そのため、振幅が大きくなってしまいロータ20は軸線O方向に大きく振動し移動する。ロータ20と一体をなすスラストカラー211も、ロータ20と共に軸線O方向の他方側に移動するため、第一スラスト軸受212がスラストカラー211と離れてしまい第一間隙D1の間隔d1が広がってしまう。これにより、第一間隙D1が広がり間隔d3となり、第二間隙D2は狭まり間隔d4となる。ただし、地震発生前の第一間隙D1の間隔d1及び第二間隙D2の間隔d2の和と、ロータ20が移動した後の第一間隙D1の間隔d3及び第二間隙D2の間隔d4の和は、内部のスラストカラー211が移動しているだけであるため変化していない。
一方、地震によって軸線O方向に揺れが発生すると、地震計24が揺れの大きさを検出して制御装置23へ信号を出力する。出力された信号は第一制御部の揺れ判定部231aへ入力される。揺れ判定部231aでは入力された揺れの大きさと予め定めた揺れ規定値とを比較し、油圧ポンプ222を起動させるか否かを判定する。上述のようにロータ20が大きく軸線O方向に移動するような場合は、地震の揺れが大きいため揺れ判定部231aで予め定めた揺れ規定値を入力された揺れの大きさが上回っていると判断され、揺れ起動部231bへ信号が出力される。信号に基づいて揺れ起動部231bは、駆動装置22の油圧ポンプ222を起動する。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 3A, during steady operation before the occurrence of an earthquake, the distance d1 of the first gap D1, which is the gap between the
As shown in FIG. 3B, when an earthquake occurs and a swing occurs in the direction of the axis O, it is large in the direction of the axis O with respect to rotating machines such as various turbines connected to the
On the other hand, when a shake occurs in the direction of the axis O due to an earthquake, the
図3(c)に示すように、油圧ポンプ222が起動することでシリンダ221a内のピストン221bがロッド221cと共に軸線O方向の一方側から他方側へ移動する。そして、第一スラスト軸受212がロッド221cによって押されて軸線O方向の他方側に移動する。これにより、第一間隙D1と第二間隙D2の和が小さくなるように第一スラスト軸受212が移動し、第一間隙D1の間隔d4が狭まり、もとの間隔d1に近づけることができる。この際、ロッド221cに取り付けられたストッパー221dがケース214と接触することでロッド221cは一定の移動量しか有さないよう規制されているため、第一スラスト軸受212の移動も途中で止められる。そのため、第一間隙D1の間隔がなくなるまで第一スラスト軸受212をスラストカラー211に押し付けて接触させることがなく隙間を確実に維持できる。
As shown in FIG. 3C, when the
上記のような軸受システム2によれば、駆動装置22である油圧ポンプ222を起動し、ロッド221cによって第一スラスト軸受212を軸線O方向の他方側に向かって押しつけて移動させることで、第一スラスト軸受212がスラストカラー211に近づき、広がった第一間隙D1を間隔d4から狭めることができる。ケース214内に満たされている潤滑油215は広がった第一間隙D1が広がっている間隔d4では油膜とならず、剛性を発揮することができない。しかし、間隔を狭めることで第一間隙D1が間隔d1となると、油膜となり剛性を発揮することができるようになる。これの結果、スラストカラー211の軸線O方向の移動が第一スラスト軸受212によって抑制され、スラストカラー211と一体化しているロータ20の軸線O方向の移動も抑制される。これにより、ロータ20の軸線O方向の振動を適切に抑制し、ロータ20の周囲の部品同士が接触し損傷することを防止することが可能となる。
According to the
また、駆動装置22であるロッド221cによって第一スラスト軸受212を軸線O方向の他方側に押し付けてスラストカラー211へ近づけるように移動する際に、ロッド221cにストッパー221dが設けられているためスラストカラー211と第一スラスト軸受212とが接触するほど近づくことが無い。スラストカラー211と第一スラスト軸受212とが接触し第一間隙D1の間隔がなくなると、潤滑油215が入り込むことができず油膜となることもないため剛性を生じることができない。そのため、第一間隙D1の間隔を維持するように駆動装置22であるロッド221cの移動量を制限することで、第一スラスト軸受212の移動量も制限し、第一間隙D1を維持し潤滑油215を油膜となすことで、剛性を確実に発揮させることができる。これにより、ロータ20の軸線O方向の振動を確実に抑制することができるため、ロータ20の周囲の部品と接触し損傷することを確実に防止することができる。
In addition, when the first thrust bearing 212 is pressed against the other side in the direction of the axis O by the
さらに、地震による軸線O方向に揺れが発生すると、地震計24が揺れの大きさを検出して制御装置23へ信号を出力し揺れの大きさを揺れ判定部231aで判定して、駆動装置22を起動させるか否かを制御することで第一制御部によって駆動装置22を駆動させることができる。そのため、地震によって突発的に予想できない大きな揺れが発生し、ロータ20に大きな加振力が生じて軸線O方向に移動した場合であっても、自動的に第一間隙D1と第二間隙D2の和が小さくなるように第一スラスト軸受212を移動させて対応できるため、ロータ20の軸線O方向の振動をより確実に抑制し、ロータ20の周囲の部品同士が接触し損傷することをより確実に防止することができる。
Further, when a shake occurs in the direction of the axis O due to the earthquake, the
また、このような軸受システム2を用いた蒸気タービン(タービン)1を用いることで、高圧タービン3、中圧タービン4、低圧タービン5などの複数のタービンと発電機6とを同軸上に設置しても、軸受システム2により地震等による軸線O方向の振動に共振することを防ぎ、軸線O方向への振幅を抑えることができるためタービンの損傷を防ぐことが可能となる。
Further, by using a steam turbine (turbine) 1 using such a
次に、図4を参照して第二実施形態の軸受システム2について説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を伏して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の軸受システム2は、駆動装置22にストッパー221dを有さず、複合制御装置23aを有する点で相違する。
Next, the
In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The
即ち、第二実施形態では第一間隙D1の間隔を検出し、これに基づいて駆動装置22の移動量を調整する第二制御装部と、ロータ20の軸線O方向の速度を測定し、これに基づいて駆動装置22の移動量を調整する第三制御部233とをさらに有する複合制御装置23aを備える。また、駆動装置22のロッド221cにストッパー221dが設けられていない。
That is, in the second embodiment, the distance of the first gap D1 is detected, and the speed of the
図4に示すように、複合制御装置23aは、駆動装置22の油圧ポンプ222に三系統に分かれて接続されており、第一の系統として第一実施形態の同様に地震計24からの信号に基づいて油圧ポンプ222を駆動させる第一制御部と、第二の系統として第一スラスト軸受212の相対変位を測定し第一間隙D1の間隔を検出し、これに合わせて駆動装置22の移動量を変化させる第二制御部232と、第三の系統としてロータ20の軸線O方向の速度を測定し、速度に応じて駆動装置22の移動量を変化させる第三制御部233とを有しおり、それぞれが独立して駆動装置22である油圧ポンプ222を制御している。
As shown in FIG. 4, the
第二制御部232は、第一スラスト軸受212のスラストカラー211に対する相対変位を測定することで、第一間隙D1の間隔を検出する間隙検出部232aと、検出された第一間隙D1の間隔と予め定めた間隙目標値との差分を算出する間隙演算部232bと、算出された差分が小さくなるよう油圧ポンプ222を介して駆動装置22であるロッド221cの移動量を制御する間隙起動部232cとを有している。
間隙検出部232aは、第一スラスト軸受212に設置された変位センサーによって第一スラスト軸受212のスラストカラー211に対する相対変位を測定することで、第一間隙D1の間隔を測定して間隙演算部232bへ出力する。
間隙演算部232bは、出力された第一間隙D1の間隔の大きさと予め定めた間隙目標値との差分を算出し間隙起動部232cへ出力する。
間隙目標値は、潤滑油215が油膜となり最も剛性を発揮する一定の範囲で設定されることが好ましい。
間隙起動部232cは、算出された差分がゼロに近づくように油圧ポンプ222を駆動させて油圧量を調整し、油圧ジャッキ221のロッド221cを算出された差分が小さくなるよう移動させる。
The
The
The
The target clearance value is preferably set within a certain range where the lubricating
The
第三制御部233は、ロータ20の軸線O方向の速度を測定する速度検出部233aと、測定された速度に基づいて、速度の方向と逆方向に潤滑油215を介してスラストカラー211に荷重がかかるように、駆動装置22であるロッド221cを駆動させて第一スラスト軸受212の移動量を制御する速度応答部233bとを有している。
速度検出部233aは、ロータ20に設置された速度センサーによって、ロータ20の軸線O方向の速度を測定し、速度応答部233bへ出力する。
速度応答部233bは、測定された速度の方向と逆方向に向かって、スラストカラー211に対して測定された速度の大きさに対応する荷重が潤滑油215を介してかかるように、油圧ポンプ222を駆動して油圧量を調整し油圧ジャッキ221のロッド221cの移動量を変化させて第一スラスト軸受212を移動させる。
The
The
The
次に、上記第二実施形態の軸受システム2の作用について説明する。
上記のような軸受システム2によれば、第二制御部232である間隙検出部232aによって第一スラスト軸受212のスラストカラー211に対する相対変位に基づいて第一間隙D1の間隔を検出することができる。つまり、間隙検出部232aである変位センサーによって、第一スラスト軸受212が軸線O方向に移動しスラストカラー211からどれだけ離れたかを測定することで、第一間隙D1の間隔の変化の大きさを検出できる。そして、検出された第一間隙D1の間隔の変化の大きさは間隙演算部232bへ出力され、間隙演算部232bにて予め定めた間隙目標値と比較され差分を算出し間隙起動部232cへ出力される。差分が大きい場合、第一間隙D1の間隔が大きくなっており、潤滑油215が油膜を形成しづらくなっており、剛性を発揮し難い状態を示している。そこで、間隙起動部232cによって、油圧ポンプ222を駆動させ油圧ジャッキ221に送り込む油圧量を調整し、油圧ジャッキ221のロッド221cの移動量を変化させる。これにより、算出した差分が小さくなるように第一スラスト軸受212を移動させることで、第一間隙D1の間隔の大きさを潤滑油215が油膜を生じさせ剛性を発揮し易い間隔に戻すことができる。また、設定する間隙目標値によって、剛性を最も発揮する間隔になるように第一間隙D1の間隔を微調整することができるため、地震による大きな軸線O方向のずれだけでなく、定常運転時に熱膨張によって伸びた場合など、わずかに軸線O方向にずれて第一間隙D1が広がってしまった場合であっても、適切な間隔にすること可能となる。
その結果、第一間隙D1を常に適切な間隔に保つことができ、ロータ20の軸線O方向に移動に対して常に剛性を与えてロータ20の軸線O方向の移動を抑制することができる。これにより、ロータ20の軸線O方向の振動を安定して抑制することが可能となる。
Next, the operation of the
According to the
As a result, the first gap D1 can always be kept at an appropriate interval, and the movement of the
また、地震等でロータ20が大きく軸線O方向に振動した場合に、ロータ20が軸線O方向に移動する速度を速度検出部233aである速度センサーによって測定する。そして、速度応答部233bで測定した速度の方向と逆方向に潤滑油215を介してスラストカラー211に対して、この速度の大きさに対応する荷重がかかるように、第一スラスト軸受212を軸線O方向に他方側に押し付けた後の駆動装置22であるロッド221cの移動量を変化させる。これにより、潤滑油215、第一スラスト軸受212、スラストカラー211を介して振動による加振力と逆方向に荷重をロータ20に伝達でき、振動に対する減衰力とすることができる。これにより、地震による振動を速やかに抑制することが可能となる。
Further, when the
なお、第二実施形態においては、ストッパー221dを設けず複合制御装置23aにて第一間隙D1の間隔を調整しているが、ストッパー221dを第一間隙D1の間隔がなくならないように安全装置として設けても良い。
また、間隙検出部232aとして使用するセンサーは、変位センサーに限られるものでなく加速度センサーや速度センサーを用いて変位に変換して使用しても良い。
さらに、速度検出部233aとして使用するセンサーは、速度センサーに限られるものではなく、変位センサーや加速度センサーを用いて速度に変換して使用してよい。
In the second embodiment, the interval of the first gap D1 is adjusted by the
Further, the sensor used as the
Furthermore, the sensor used as the
次に、図5を参照して第三実施形態の軸受システム2について説明する。
第三実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を伏して詳細な説明を省略する。この第三実施形態の軸受システム2はロータ20に対して交差する方向である直角方向に設置される駆動装置本体22aと、ロータ20に対して直角方向に移動する駆動装置本体22aの力を軸線O方向に変換する変換手段25とを有する点で相違する。
Next, the
In the third embodiment, the same components as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In the
即ち、第三実施形態では、シリンダ221aがロータ20と直角方向に配置されている第一実施形態の駆動装置22と同じ構成の駆動装置本体22aと、ロッド傾斜面251と押圧部252とを有する変換手段25を備える。
駆動装置本体22aは、第一実施形態の駆動装置22と同じ構成を有しており、ロッド221cが軸線Oに向かうように軸線O方向と交差する方向である直角方向に軸受部21を挟んで対称に二つ配置されている。即ち、軸線O方向と交差する方向である直角方向に延在してロッド221cやシリンダ221aが配置されており、ロッド221cが軸線O方向と直角方向に移動可能とされている。
That is, in the third embodiment, the
The drive device
変換手段25は、ロッド221cの先端に設けられるロッド傾斜面251と、第一スラスト軸受212に固定される押圧部252とを有している。
ロッド傾斜面251は、ロッド221cの軸受部21側の端面における軸線O方向の他方側に設けられ、ロッド221cの端面とロッド221cの中心軸とを交差する傾斜面で形成されている。
押圧部252は、軸線Oに沿って円柱形状をなして延在し、軸線O方向左側の端面が第一スラスト軸受212の軸線O方向右側の面と固定されている。そして、押圧部252の軸線O方向右側の端面にロッド傾斜面251と平行に対向する押圧部傾斜面252aを有している。
The conversion means 25 has a rod
The rod inclined
The
次に、上記第三実施形態の軸受システム2の作用について説明する。
上記のような軸受システム2によれば、地震が発生し制御装置23である第一制御部によって駆動装置本体22aが起動されると、ロッド221cが軸線Oに向かって軸線O方向と交差する方向である直角方向に沿って移動する。ロッド221cが押圧部252と接触すると、ロッド傾斜面251と押圧部傾斜面252aとが接触する。そして、ロッド傾斜面251と押圧部傾斜面252aとは平行に対向する傾斜面であるため、ロッド221cが直角方向に沿って軸線Oに向かって移動すると、押圧部傾斜面252aを介して押圧部252は軸線O方向に押し出される。即ち、ロッド221cによる軸線O方向と交差する方向である直角方向に沿って軸線Oに向かって押圧部252に係る力が、軸線O方向に沿って押圧部252を押し出す力に変換される。そのため、押圧部252は第一スラスト軸受212を軸線O方向左側に向かって押しつけて移動させることで、第一スラスト軸受212がスラストカラー211に近づき、広がった第一間隙D1の間隔を狭めることができる。その結果、駆動装置22を軸線O方向沿って設置した場合と同様の効果を得ることが可能となる。したがって、駆動装置本体22aを軸線O方向に沿って設置する必要がなくなり、軸線Oと直角をなす方向に設置することができる。これにより、駆動装置本体22aが軸線O方向に延びて軸受システム2の軸線O方向の全長が大きくなることを防止できるため、軸受システム2を小型化することが可能となる。
Next, the operation of the
According to the
なお、変換手段25は本実施形態の構造に限定されるものではなく、例えば、ラックアンドピニオンのように歯車を用いて変換手段25としても良い。 Note that the conversion means 25 is not limited to the structure of the present embodiment, and for example, the conversion means 25 may be formed using a gear like a rack and pinion.
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the configurations and combinations of the embodiments in the embodiments are examples, and the addition and omission of configurations are within the scope not departing from the gist of the present invention. , Substitutions, and other changes are possible. Further, the present invention is not limited by the embodiments, and is limited only by the scope of the claims.
なお、地震計24には、公知の地震計24が使用されれば良く、例えば、加速度を用いた強震計や速度を用いた強震計が使用できる。
また、駆動装置22は第一スラスト軸受212に対してのみ設けられている必要はなく、第二スラスト軸受213に対して設けられていても良く、第一スラスト軸受212と第二スラスト軸受213の両方に設けられていても良い。
さらに、駆動装置22は油圧ジャッキ221と油圧ポンプ222から構成されているものに限定されるわけではなく、例えば、モーター等を用いて駆動装置22としても良い。
2箇所でなくても1個でもいいし複数個でもいい。
As the
The driving
Further, the driving
There may be one or more than two.
O…軸線 1…蒸気タービン(タービン) 2…軸受システム 3…高圧タービン 4…中圧タービン 5…低圧タービン 6…発電機 20…ロータ 21…軸受部 22…駆動装置 23…制御装置 24…地震計 211…スラストカラー 212…第一スラスト軸受 213…第二スラスト軸受 214…ケース 215…潤滑油 D1…第一間隙 D2…第二間隙 214a…貫通穴 214b…挿通穴 221…油圧ジャッキ 222…油圧ポンプ 231…第一制御装置 231a…揺れ判定部 232b…揺れ起動部 221a…シリンダ 221b…ピストン 221c…ロッド 221d…ストッパー 23a…複合制御装置 232…第二制御部 232a…間隙検出部 232b…間隙演算部 232c…間隙起動部 233…第三制御部 233a…速度検出部 233b…速度応答部 22a…駆動装置本体 25…変換手段 251…ロッド傾斜面 252…押圧部 252a…押圧部傾斜面
O ... Axis 1 ... Steam turbine (turbine) 2 ...
Claims (7)
前記スラストカラーにおける前記ロータの軸線方向の一方側に対向する第一スラスト軸受と、前記スラストカラーの前記軸線方向の他方側に対向する第二スラスト軸受と、前記第一スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の第一間隙、及び、前記第二スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の第二間隙に充填された潤滑油と、を有する軸受部と、
駆動することで、前記第一間隙と前記第二間隙との和が変化するように前記第一スラスト軸受と前記第二スラスト軸受との少なくとも一方を前記軸線方向に移動させる駆動装置と、
を備えることを特徴とする軸受システム。 A rotor having a thrust collar extending along an axis and projecting radially outward of the axis;
A first thrust bearing facing one side of the axial direction of the rotor in the thrust collar; a second thrust bearing facing the other side of the axial direction of the thrust collar; the first thrust bearing and the thrust collar; A bearing portion having a first gap between and a lubricating oil filled in a second gap between the second thrust bearing and the thrust collar;
A driving device that moves at least one of the first thrust bearing and the second thrust bearing in the axial direction so that the sum of the first gap and the second gap changes by driving;
A bearing system comprising:
前記地震計が検出した揺れの大きさが予め定められた揺れ閾値を超えているかを判定する揺れ判定部と、前記揺れ判定部が前記揺れ閾値を超えていると判定した場合に、前記和が小さくなるように前記駆動装置を駆動させる揺れ起動部と、を有する第一制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の軸受システム。 A seismometer that detects shaking caused by an earthquake,
When determining that the magnitude of the shaking detected by the seismometer exceeds a predetermined shaking threshold, and determining that the shaking judging unit exceeds the shaking threshold, the sum is A first control unit having a swing activation unit that drives the drive device to be smaller;
The bearing system according to claim 1, further comprising:
前記軸線方向と交差する方向に向かって力を発生する駆動装置本体と、
前記駆動装置本体が発生する力を前記軸線方向に向かう力に変換する変換手段と、
を有していることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の軸受システム。 The drive device
A drive device main body that generates a force in a direction intersecting the axial direction;
Conversion means for converting the force generated by the drive device body into a force in the axial direction;
The bearing system according to any one of claims 1 to 5, wherein the bearing system is provided.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10619512B2 (en) | 2015-10-28 | 2020-04-14 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Rotary machine and method for controlling rotary machine |
-
2012
- 2012-10-12 JP JP2012227208A patent/JP2014080990A/en active Pending
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US10619512B2 (en) | 2015-10-28 | 2020-04-14 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Rotary machine and method for controlling rotary machine |
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