JP2017082690A - 回転機械及び回転機械の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
近年、ガスタービンの大出力化に伴い、スラスト軸受装置にかかるスラスト荷重が大きくなっている。例えば、特許文献1には、ロータのスラスト荷重を低減するために、ロータの端部にピストンを設け、油圧によりピストンを軸方向に移動させる装置が記載されている。
図1に示すように、ガスタービン1は、空気Aを圧縮する圧縮機20と、圧縮機20で圧縮された空気中で燃料Fを燃焼させて燃焼ガスを生成する燃焼器10と、燃焼ガスにより駆動するタービン40と、を備えている。
なお、以下の説明において、回転軸であるロータ2が延びている方向(図1に示す軸線Arに沿う方向)を軸方向とする。また、軸線Arに直交する方向を径方向とし、径方向で軸線Arから遠ざかる側を径方向外側といい、この径方向で軸線Arに近づく側を径方向内側という。また、軸方向であって、タービン40を基準にして圧縮機20側を上流側、圧縮機20を基準にしてタービン40側を下流側という。
第一スラスト軸受装置31にて使用される潤滑油は、第一潤滑油回収ライン29Aを介して回収される。第二スラスト軸受装置32にて使用される潤滑油は、第二潤滑油回収ライン29Bを介して回収される。第一潤滑油回収ライン29Aには、第一潤滑油回収ライン29Aを流れる潤滑油の温度を測定する温度測定装置30が設けられている。
第二軸受装置6は、第二ジャーナル軸受装置14と、第二潤滑油供給装置15と、を有している。
第一スラスト軸受装置31は、第一スラストカラー35を介して軸方向にかかるスラスト荷重を受け止める。第一スラスト軸受本体33は、第一スラストカラー35を挟んで、軸方向の上流側及び下流側に配置されている。即ち、第一スラスト軸受本体33は、第一スラストカラー35の軸方向の両側に配置されている。
なお、複数の軸受パッド50は、必ずしも同一形状である必要はない。また、複数の軸受パッド50は、軸線Arに対して対称に配置されている必要はない。例えば、上方に配置される軸受パッド50と下方に配置される軸受パッド50の周方向の幅を異なるものとしてもよい。
第二スラスト軸受本体34は、軸受パッド50とキャリアリング51と、を有している。第二スラスト軸受本体34は、第一スラスト軸受本体33と同様の構成であるので、説明を省略する。
図3に示すように、駆動装置17は、ボックス53と、ボックス53の内部に配置されたプレート55と、プレート55の移動に伴い駆動される複数の駆動ロッド54と、スプリング56(弾性部材、圧縮コイルばね)と、を有している。作動油供給装置18は、ボックス53の内部に作動油を供給する装置である。
ボックス53は、ロータ2を囲うように周方向に延在しており、第二スラスト軸受本体34と、ケーシング7との間に配置されている。プレート55は、ボックス53内に収容されて、ボックス53の内部空間を軸方向上流側の第一空間A1と軸方向下流側の第二空間A2とに区画している。作動油が第二空間A2に供給されることにより、プレート55は、軸方向上流側に移動する。
なお、複数の駆動ロッド54は、軸線Arに対して対称に配置されている必要はない。
駆動装置17はケーシング7に固定されているため、第二スラスト軸受本体34は、ケーシング7に対して相対的に移動する。
なお、本実施形態では、弾性部材としてスプリング56を採用したが、これに限ることはない。例えば、板バネやエラストマーを用いてもよい。
荷重監視工程において、制御器19はガスタービン1の出力を監視する。ここで、ガスタービン1の出力は、第一スラスト軸受装置31にかかるスラスト荷重と比例しているため、ガスタービン1の出力が上昇するに従って、スラスト荷重も増大する。
なお、スラスト荷重を監視する方法は出力に限ったことではなく、スラスト荷重に相当又は比例するパラメータであればよい。例えばスラスト荷重そのもの、回転機械の回転数、回転機械又は軸受の部材のメタル温度、軸受の廃油温度など、又はこれらの組合せでもよい。また、ガスタービン1の車室圧又は圧縮機20の圧力比でもよい。
第二運転工程において、制御器19は、作動油供給装置18に対して駆動装置17のボックス53に作動油を供給するように指令する。これにより、プレート55が軸方向上流側に移動して、押圧部57が第二スラスト軸受本体34のキャリアリング51を押圧する。これにより、軸受パッド50が第二スラストカラー36に押圧され、第二スラスト軸受装置32が機能する。
また、駆動装置17にスプリング56を設けたことによって、第二空間A2内の油圧が低い状態において、駆動ロッド54をボックス53の内部に没入させることができる。
また、第一スラスト軸受本体33が第一スラストカラー35の軸方向の両側に配置されていることによって、ガスタービン1の出力が低い場合等、ロータ2が軸方向の上流側に押圧された場合においても、ロータ2のスラスト荷重を受け止めることができる。
次に、本発明の実施形態のガスタービンの第一変形例について説明する。
上記実施形態のガスタービン1においては、荷重制御装置16をガスタービン1の出力に基づいて制御する構成としたがこれに限ることはない。第一スラスト軸受装置31にて使用された潤滑油の温度は、第一スラスト軸受装置31にかかるスラスト荷重に比例して上昇する。よって、第一潤滑油回収ライン29Aに設けられている温度測定装置30によって測定される潤滑油の温度に基づいて荷重制御装置16を制御してもよい。
制御器19は、第一潤滑油回収ライン29Aを流れる潤滑油の温度が予め定められた温度に達したことを検知すると、第二運転工程を実行する。
また、シール装置37が設けられていることによって、第一スラスト軸受装置31にて使用された潤滑油と第二スラスト軸受装置32にて使用された潤滑油とが混ざり合うことを防止することができる。これにより、第一スラスト軸受装置31にて使用された潤滑油の温度をより正確に測定することができる。
次に、本発明の実施形態のガスタービンの第二変形例について説明する。
上記実施形態のガスタービン1においては、駆動装置17は、第二スラスト軸受本体34のキャリアリング51を押圧する構成としたがこれに限ることはない。図4に示すように、本変形例の駆動装置17は、駆動装置17の駆動ロッド54の押圧部57が、第二スラスト軸受本体34の軸受パッド50を直接押圧するように構成されている。駆動ロッド54は、第二スラスト軸受本体34のキャリアリング51に形成されている貫通孔51Aを貫通している。
次に、本発明の実施形態のガスタービンの第三変形例について説明する。
上記実施形態のガスタービン1においては、圧縮コイルばねであるスプリング56の弾性力を壁部53Aとプレート55とが離間するように作用させることによって、押圧部57を第二スラスト軸受本体34から離間させる構成としたがこれに限ることはない。
図5に示すように、本変形例の駆動装置17は、押圧部57の背面57Aと、ボックス53の軸方向下流側の壁部53Bとを接続するスプリング56Cを有している。本実施形態のスプリング56Cは引張コイルばねである。スプリング56Cの一端は、押圧部57の背面57Cに固定部58を介して固定されている。スプリング56Cの他端は、ボックス53の壁部53Bに固定部59を介して固定されている。
この変形例によれば、第一実施形態の駆動装置17が有するプレート55を不要とすることができる。
例えば、上記実施形態では、回転機械としてガスタービンを例示したが、スラスト荷重を発生させるロータを有する回転機械であれば、例えば、蒸気タービン、軸流圧縮機等、他の回転機械に本発明を適用してもよい。
また、上記実施形態では、第一スラスト軸受装置31及び第二スラスト軸受装置32の両方が、ティルティングパッド軸受であるとしたが、これに限ることはない。例えば、第一スラスト軸受装置31及び第二スラスト軸受装置32のうち一方をスラストころ軸受としてもよい。
2 ガスタービンロータ
3 ガスタービン車室
5 第一軸受装置
6 第二軸受装置
7 ケーシング
10 燃焼器
11 第一ジャーナル軸受装置
13 第一潤滑油供給装置(第二油供給系統)
14 第二ジャーナル軸受装置
15 第二潤滑油供給装置
16 荷重制御装置
17 駆動装置
18 作動油供給装置(第一油供給系統)
19 制御器
20 圧縮機
25 圧縮機車室
28 潤滑油供給ライン
29 潤滑油回収ライン
30 温度測定装置
31 第一スラスト軸受装置
32 第二スラスト軸受装置
33 第一スラスト軸受本体
34 第二スラスト軸受本体
35 第一スラストカラー
36 第二スラストカラー
37 シール装置
38 シール装置本体
39 シールフィン
40 タービン
45 タービン車室
50 軸受パッド
51 キャリアリング
53 ボックス
54 駆動ロッド
55 プレート
56,56C スプリング(弾性部材)
57 押圧部
Ar 軸線
Claims (10)
- 径方向外側に突出する第一スラストカラーと第二スラストカラーが形成され、軸方向に延在するロータと、
前記第一スラストカラーを介して前記軸方向にかかる荷重を受け止める第一スラスト軸受装置と、
前記第二スラストカラーを介して前記軸方向にかかる荷重を受け止める第二スラスト軸受装置と、
前記第一スラスト軸受装置と第二スラスト軸受装置の少なくとも一方にかかる荷重を制御する荷重制御装置と、を備える回転機械。 - 前記第二スラスト軸受装置は、前記第二スラストカラーの前記軸方向を向く面を支持する第二スラスト軸受本体を有し、
前記荷重制御装置は、前記第二スラスト軸受本体を前記軸方向に押圧する駆動装置を有する請求項1に記載の回転機械。 - 前記第二スラスト軸受本体は、前記第二スラストカラーからの荷重を支持する軸受パッドと、前記軸受パッドを支持するキャリアリングと、を有し、
前記駆動装置は、前記軸受パッドを押圧する請求項2に記載の回転機械。 - 前記第二スラスト軸受本体は、前記第二スラストカラーからの荷重を支持する軸受パッドと、前記軸受パッドを支持するキャリアリングと、を有し、
前記駆動装置は、前記キャリアリングを押圧する請求項2に記載の回転機械。 - 前記第二スラスト軸受本体は、前記第二スラストカラーの前記軸方向の片側にのみ配置されている請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の回転機械。
- 前記第一スラスト軸受装置は、前記第一スラストカラーの前記軸方向を向く面を支持する第一スラスト軸受本体を有し、前記第一スラスト軸受本体は、前記第一スラストカラーの前記軸方向の両側に配置されている請求項5に記載の回転機械。
- 前記荷重制御装置は、
前記駆動装置に油を供給する第一油供給系統と、
前記油の油圧を制御する制御器と、を有し、
前記駆動装置は、前記油圧によって前記第二スラスト軸受本体を前記第二スラスト軸受装置にかかる荷重の方向とは逆方向に押圧する請求項2から請求項6のいずれか一項に記載の回転機械。 - 前記駆動装置は、前記第二スラスト軸受本体を押圧する押圧部を有する駆動ロッドと、
前記押圧部が前記第二スラスト軸受本体から離れる方向に前記駆動ロッドを付勢する弾性部材と、を備える請求項7に記載の回転機械。 - 前記第一スラスト軸受装置と前記第二スラスト軸受装置の少なくとも一方は、前記スラストカラーの前記軸方向を向く面と対面する軸受パッドを有し、
前記軸受パッドと前記スラストカラーの軸方向を向く面との間に潤滑油を供給する第二油供給系統を有する請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の回転機械。 - 軸方向に延在するロータと、
前記ロータに前記軸方向にかかる荷重を受け止める第一スラスト軸受および第二スラスト軸受と、を備える回転機械において、
主に第一スラスト軸受で前記荷重を受け止める第一運転工程と、
前記荷重を監視する荷重監視工程と、
前記荷重が予め定められた値に達した場合に前記第一スラスト軸受および前記第二スラスト軸受で前記荷重を受け止める第二運転工程と、
を有する回転機械の制御方法。
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