JP2015048742A - 調整弁駆動機構、蒸気タービン - Google Patents
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Abstract
Description
その一方で、例えば特許文献1には、省スペース化等を目的とし、電動モータと、電動モータの回転運動を調整弁の直線運動に変換するボールネジ等の変換機構と、を備える調整弁駆動機構が提案されている。
この発明に係る調整弁駆動機構は、蒸気タービンの作動流体としての蒸気の流量を調整するため、前記蒸気が流通する蒸気流路を弁体により開閉する調整弁を駆動する調整弁駆動機構であって、前記弁体を前記蒸気流路に対して進退させる弁体進退機構と、回転駆動源および該回転駆動源の回転を直線運動に変換する変換部を有した複数組の変換機構と、複数組の前記変換機構のそれぞれを前記弁体進退機構に対して個別に接続可能な接続切替部と、前記回転駆動源および前記接続切替部の作動を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。
このように構成することで、複数組の変換機構のうちの一つを弁体進退機構に接続した状態で、その変換機構の回転駆動源を駆動させると、回転駆動源の回転が変換部により直線運動に変換されて弁体が蒸気流路に対して進退し、これによって蒸気流量を調整できる。
そして、使用していた変換機構に対してメンテナンスを施すときには、接続切替部により、使用していた変換機構を弁体進退機構への接続を解除する。これによって、使用していた変換機構に対してメンテナンスを施すことができる。メンテナンスとしては、変換機構に潤滑油を行き渡らせるためのグリースアップをはじめ、部品の交換、変換機構自体の交換等もある。
このようにして、変換機構の作動によって温度が上昇する変換部の温度、駆動電流、振動、作動サイクル数、稼働時間の少なくとも一つを計測することによって、変換機構が使用限界に達する前の適切なタイミングで、使用していた変換機構を弁体進退機構への接続から解除し、メンテナンスを施すことができる。
これにより、弁体進退機構への接続から解除された変換機構に対し、自動的にメンテナンス用の動作を実行させることができる。メンテナンス用の動作は、いかなるものであってもよいが、例えば、弁体進退機構に接続された状態における変換機構の直線運動のストロークよりも、より大きなストロークで変換機構を作動させ、グリース(潤滑油)を行き渡らせる、というものがある。
これにより、周方向において互いに隣接するボールの間の摩擦を低減するとともに、作動時の発熱を抑える。
このような蒸気タービンによれば、調整弁駆動機構に対して適切にメンテナンスを施すことができる。
図1は、この実施形態の蒸気タービン10の構成を示す模式図である。
図1に示すように、この実施形態の蒸気タービン10は、タービン本体11と、作動流体としての蒸気が流通する蒸気流路12と、調整弁13と、レバー部材(弁体進退機構)14と、調整弁駆動機構15と、ロック機構16(図5及び図6参照)と、調整弁駆動機構15を制御する電子ガバナ(制御部)17と、を備える。
タービン本体11は、筒状のケーシング111と、ケーシング111に設けられた軸受112と、軸受112に回転可能に支持されてケーシング111内部に配されたロータ113と、このロータ113の回転速度を検出する速度検出センサ114と、を有している。そして、ロータ113は、回転軸115と、この回転軸115に固定された複数枚のブレード116とを備えている。
このように構成されるブレード116が蒸気により回転し、その回転力により、圧縮機18が駆動される。
蒸気流路12は、タービン本体11に対して作動流体としての蒸気を供給する流路である。
蒸気流路12は、その一端側の蒸気導入口121から蒸気が導入される。蒸気流路12の他端側の蒸気供給口122は、タービン本体11に接続されている。また、蒸気導入口121と蒸気供給口122との間には、その流路幅が狭く絞られた絞り穴123が設けられている。なお、この実施形態では、この発明に係る「蒸気流路」として、タービン本体11に対して供給する蒸気が流通する流路を例に説明するが、蒸気流路12は、これに限られず、例えばタービン本体11から抽気した蒸気が流通する流路であってもよい。
調整弁13は、タービン本体11に供給する蒸気の量を調整する。この調整弁13は、棒状のアーム部材131と、アーム部材131の一端部に設けられた略半円形状の封止部材(弁体)132とを備えている。アーム部材131は、その他端部が、レバー部材14の長手方向の中間部に回動可能に取り付けられている。調整弁13が上記構成を備えることで、蒸気流路12に沿ってアーム部材131が直線運動することに伴って、その先端部の封止部材132が蒸気流路12の絞り穴123に対して嵌合または離間する。これにより、絞り穴123と封止部材132との間の開口の大きさが変化する。その結果、この絞り穴123を介してタービン本体11に供給される蒸気の流量が変化する。以下の説明において、調整弁13の封止部材132が蒸気流路12の絞り穴123より離間することをリフトと呼ぶ。また、調整弁駆動機構15の計画値における最大のリフト量をリフト量100%とし、調整弁13の封止部材132が絞り穴123と嵌合した状態をリフト量0%とする。
レバー部材14は、調整弁駆動機構15の出力を調整弁13に伝達し、封止部材132を蒸気流路12に対して進退させる部材である。このレバー部材14は、その長手方向基端部が回動可能に支持されている。レバー部材14の長手方向の先端部にはレバー側ロッド19の一端部が回動可能に取り付けられている。この実施形態では、後述する二組の電動アクチュエータ23A,23B(図8参照)を接続するために、レバー部材14の長手方向先端部には、幅方向両側に一対のレバー側ロッド19の一端部がそれぞれ回動可能に取り付けられている。また、上述したように、レバー部材14の長手方向の中間部には、調整弁13を構成するアーム部材131の他端部が回動可能に取り付けられている。さらに、レバー部材14は、アーム部材131の取付位置よりも先端側に、引きバネ20の一端が取り付けられている。この引きバネ20は、強制的に調整弁13を閉塞させる強制閉塞手段として機能する。引きバネ20の他端は、蒸気流路12のフレーム(図示せず)等に固定され、移動不能とされている。つまり、引きバネ20は、外力が作用しない状態では、レバー部材14を図1における反時計回りに回動させる引張力を付与している。
調整弁駆動機構15は、上述した調整弁13を駆動する機構である。調整弁駆動機構15は、二組の電動アクチュエータ(変換機構)23A,23B(図8参照)を備えている。以下の説明において、電動アクチュエータ23Aと電動アクチュエータ23Bとを区別する必要がない場合においては、電動アクチュエータ23A,23B、単に電動アクチュエータ23と称する。
各電動アクチュエータ23は、固定して設置された一対のブラケット21と、これらブラケット21によって回動可能に支持された保持部材22と、を備えている。この保持部材22には、電動アクチュエータ23が保持されている。
一対のブラケット21は、断面略L字形状を有している。一対のブラケット21は、台座25の上に固定されている。台座25は、軸受カバー24に近接して設けられている。上記軸受カバー24は、図1に示すロータ113の回転軸115を回転可能に支持する軸受112を収容している。
図3(a)、および図3(b)に示すように、電動アクチュエータ23は、ボールネジ機構27と、ブレーキ28と、を備えるものである。
ピストンロッド312は、ボールネジ30の外側を覆う筒状に形成されている。ピストンロッド312は、ナット311の一端面に固定されている。
ロッドエンドコネクタ313は、ピストンロッド312の先端部に嵌合して装着される部材である。ロッドエンドコネクタ313は、先端側の内周面に雌ネジが形成されている。
図4に示すように、ボールネジ30の雄ネジ溝と、ナット311の雌ネジ溝との間には、周方向に複数のボール330が介装されている。ボールネジ30とナット311とは、これらボール330を介して螺合している。
ボールネジ機構27は、周方向において互いに隣接するボール330,330の間に、リテーナ331を備えている。これらリテーナ331は、周方向において互いに隣接するボール330,330間の摩擦を低減するとともに、作動時の発熱を抑えている。
図5に示すように、電動アクチュエータ23は、保持部材22に固定されている。
アクチュエータ側ロッド314は、保持部材22の上端部に設けられたガイド板39の挿通孔39aに挿通されている。このアクチュエータ側ロッド314は、後述するカップリング機構32を介して前記レバー側ロッド19に接続されている。
このように設置された電動アクチュエータ23は、図5に破線で示すように、保持部材22がブラケット21に支持される箇所を支点として回動が許容されている。
図6は、ロック機構16の構成を示す概略平面図である。
ロック機構16は、調整弁13を移動不能にロックするための機構である。
図5及び図6に示すように、ロック機構16は、支持棒161と、保持板162と、押圧部材164と、を有している。
支持棒161は、上述した台座25が形成される支持構造物等に下端部が固定され、上方へ延びる部材である。
保持板162は、支持棒161の上端部に固定されて水平方向に延びる部材である。保持板162の先端部には、平面視で略半円形状の嵌合溝162aが形成されている。
図7に示すように、保持部材22には、そのガイド板39に、調整弁13が所定の範囲を超過して駆動したことを検知する制限センサとして機能するリミットスイッチユニット50が取り付けられている。
リミットスイッチユニット50は、ステー51と、リミットスイッチ52とを備えている。ステー51は、ガイド板39と直交するとともに、電動アクチュエータ23の長手方向に延びている。リミットスイッチ52は、ステー51の所定の位置に取り付けられている。アクチュエータ側ロッド314には、コンタクト金具53が取り付けられている。このコンタクト金具53は、カップリング機構32との接続部近傍に取り付けられている。また、コンタクト金具53は、リミットスイッチ52に接触可能な位置に取り付けられている。
調整弁駆動機構15には、制限センサとして機能するリフト量検知装置55が設けられている。リフト量検知装置55は、サポート部材56と、伸縮バー57と、リフトセンサ58とを有している。
サポート部材56は、伸縮バー57を支持する部材である。このサポート部材56は、電動アクチュエータ23のモータ収容部29に取り付けられている。
電子ガバナ17は、調整弁駆動機構15の動作を制御する。
図1に示すように、電子ガバナ17には、圧縮機18における圧力や温度の検出結果に基づいてプロセス制御が行われた結果が入力される。また、電子ガバナ17には、タービン本体11を構成する速度検出センサ114によって検出されたブレード116の回転速度が入力される。さらに、電子ガバナ17には、操作盤34から入力されたユーザからの指示が入力される。電子ガバナ17は、これらの各入力に基づいて、調整弁駆動機構15の動作を制御する。より具体的には、電子ガバナ17は、上記各入力に基づいて、電動アクチュエータ23を構成する電動モータ26の動作を制御する。
この実施形態に係る蒸気タービン10は、電子ガバナ17による制御処理に基づいて、コントローラユニット35が電動アクチュエータ23の動作を制御する。
コントローラユニット35は、コントローラ351と、サーボドライブ352とを有している。また、コントローラユニット35には、電源ケーブル67を介して主電源(例えばAC230V)が供給されている。電源ケーブル67には、電源ケーブル67を流れる電力を測定する電圧計68が設けられている。電圧計68は、電子ガバナ17と接続されており、電源ケーブル67の電源電圧を電子ガバナ17に通知する。
スイッチ装置70は、補助電力が供給されている状態において閉成(CLOSE)され、電動モータ26に電力が供給される。
補助電力ケーブル71には、補助電力を遮断可能な補助スイッチ装置72が設けられている。上記補助電力は、コントローラ351にも供給されている。
図9は、二組設けられた電動アクチュエータ23の構成を示す斜視図である。図10は、接続切替部の構成を示す断面図である。
図9に示すように、調整弁駆動機構15は、二組の電動アクチュエータ23A,23Bを備えている。また、図8にて示したように、蒸気タービン10は、二組の電動アクチュエータ23A,23Bの動作を制御する手段として、二組のコントローラユニット35A,35Bを備えている。
すなわち、この実施形態の蒸気タービン10は、調整弁駆動機構15及びコントローラユニット35がそれぞれ冗長化されている。
以下の説明においては、コントローラユニット35Aとコントローラユニット35Bとを区別する必要がない場合においては、コントローラユニット35A,35Bを、単にコントローラユニット35と称する。
カップリングハウジング320のレバー側ロッド挿入穴321には、レバー側ロッド19が挿入されている。さらに、カップリングハウジング320とレバー側ロッド19とは、カップリングハウジング320とレバー側ロッド19とを貫通するピン33により、互いに接続されている。
カップリングハウジング320の他方の端面には、筒状のフード部315が形成されている。このフード部315内には、一対の係合キーシャフト316,316が、その中心軸周りに回動自在に設けられている。係合キーシャフト316,316は、アクチュエータ側ロッド314の中心軸に直交した軸状で、アクチュエータ側ロッド314を挟んでその両側に位置するよう設けられている。係合キーシャフト316,316は、アクチュエータ側ロッド314と干渉しない位置に、互いに噛み合う歯車316g、316gを備えている。一方の歯車316gには、駆動アーム317の一端317aが接合されている。駆動アーム317の他端317bには、駆動アーム317を、一端317a側を中心として揺動させるための揺動機構318が設けられている。揺動機構318は、例えば、エアシリンダや電動アクチュエータ等からなる。この揺動機構318を伸縮させることにより駆動アーム317が揺動すると、互いに噛み合う歯車316g、316gを介し、係合キーシャフト316,316が互いに反対向きに回動するようになっている。
図11は、蒸気タービン10を運転する際の調整弁駆動機構15の制御の流れを示す図である。 図11に示すように、通常運転状態において、蒸気タービン10では、電子ガバナ17およびコントローラユニット35により、調整弁駆動機構15の動作を制御して調整弁13を駆動する(ステップS101)。電子ガバナ17では、圧縮機18の圧力や温度、ブレード116の回転速度、ユーザからの指示等に基づいて調整弁駆動機構15を制御する。
この通常運転状態では、電動アクチュエータ23A,23Bのうちの一つ(例えば電動アクチュエータ23A)において、アクチュエータ側ロッド314をカップリングハウジング320に接続する。すると、この電動アクチュエータ23Aにより、調整弁13が駆動される。
通常運転状態で電動アクチュエータ23Aが調整弁13の駆動のためにストローク動作を繰り返すと、その特定の範囲でボールネジ機構27の潤滑油が減少してくる。すると、ボールネジ機構27の作動抵抗が増大する。その結果、図12に示すように、電動アクチュエータ23Aのボールネジ機構27の温度が時間の経過とともに上昇する。電動アクチュエータ23Aの駆動電流値、振動も、ボールネジ機構27の作動抵抗が増大すると、同様に上昇する。また、使用中の電動アクチュエータ23Aにおいて、前回メンテナンス動作を行ってからの電動アクチュエータ23Aの作動サイクル数、稼働時間は、時間の経過とともに増大する。
そこで、温度、駆動電流、振動、作動サイクル数、稼働時間等の計測パラメータには、それぞれ、使用上限を示す上限値L1と、上限値L1よりも低い閾値L2とが設定されている。
これにはまず、使用していない電動アクチュエータ23Bにおいて、カップリング機構32の揺動機構318を作動させ、係合キー316k,316kを係合凹部319,319に係合させ、アクチュエータ側ロッド314をカップリングハウジング320に接続する。この状態で、電動アクチュエータ23Bを、使用中の電動アクチュエータ23Aと同期させて作動させる。これにより、調整弁13は連続的に駆動される。
上記の一連の動作を、蒸気タービン10の通常運転状態が終わるまで(ステップS108でNo)、継続的に実行する。
その結果、適切なタイミングでメンテナンスを施すことによって、電動アクチュエータ23A,23Bの耐久性を高めることができる。
例えば、接続切替部38の一例としてカップリング機構32を例示したが、同様の機能を果たすことができるのであれば、上記構成に限られず他のいかなる構成としてもよい。
また、電動アクチュエータ23は、二組に限られるものでは無い。例えば、三組以上の電動アクチュエータを設けるようにしてもよい。
さらに、ボールネジ機構27が、互いに隣接するボール330,330の間にリテーナ331を備える場合について説明したが、リテーナ331を備えていないボールネジ機構27を用いても良い。
また、ボールネジ機構27に代えて、ローラネジ機構等、他の機構を採用してもよい。
11 タービン本体
12 蒸気流路
13 調整弁
14 レバー部材(弁体進退機構)
15 調整弁駆動機構
16 ロック機構
17 電子ガバナ(制御部)
18 圧縮機
19 レバー側ロッド
20 バネ
21 ブラケット
22 保持部材
23,23A,23B 電動アクチュエータ(変換機構)
26 電動モータ(回転駆動源)
27 ボールネジ機構
28 ブレーキ
30 ボールネジ(変換部)
32 カップリング機構
34 操作盤
35 コントローラユニット
35A,35B コントローラユニット
38 接続切替部
116 ブレード
132 封止部材(弁体)
311 ナット
312 ピストンロッド
313 ロッドエンドコネクタ
314 アクチュエータ側ロッド
316 係合キーシャフト
316k 係合キー
317 駆動アーム
318 揺動機構
319 係合凹部
320 カップリングハウジング
322 アクチュエータ側ロッド挿入穴
323 センサロッド
324 検出子
330 ボール
331 リテーナ
351 コントローラ
352 サーボドライブ
Claims (5)
- 蒸気タービンの作動流体としての蒸気の流量を調整するため、前記蒸気が流通する蒸気流路を弁体により開閉する調整弁を駆動する調整弁駆動機構であって、
前記弁体を前記蒸気流路に対して進退させる弁体進退機構と、
回転駆動源および該回転駆動源の回転を直線運動に変換する変換部を有した複数組の変換機構と、
複数組の前記変換機構のそれぞれを前記弁体進退機構に対して個別に接続可能な接続切替部と、
前記回転駆動源および前記接続切替部の作動を制御する制御部と、
を備えていることを特徴とする調整弁駆動機構。 - 複数組の変換機構の前記変換部のそれぞれの温度、駆動電流、振動、作動サイクル数、稼働時間の少なくとも一つを計測する計測部を備え、
前記制御部は、前記計測部における計測結果に基づき、前記弁体進退機構に接続される前記変換機構を切り替える請求項1に記載の調整弁駆動機構。 - 前記制御部は、前記接続切替部によって、前記弁体進退機構への接続が解除された前記変換機構に対し、予め設定されたメンテナンス用の動作を実行させる請求項1または2に記載の調整弁駆動機構。
- 前記変換部は、ボールネジとナットとが周方向に複数のボールを介して螺合したボールネジ機構であり、
周方向において互いに隣接する前記ボールの間にリテーナを備えている請求項1から3のいずれか一項に記載の調整弁駆動機構。 - 回転可能に支持されたブレードを有するタービン本体と、
前記タービン本体に接続されて蒸気が流通する蒸気流路と、
直線運動することで前記蒸気流路の開閉を調整する調整弁と、
前記調整弁を駆動する請求項1から3のいずれか一項に記載の調整弁駆動機構と、
を備えることを特徴とする蒸気タービン。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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