JP2021110289A - タービンおよびスラスト力調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な構成に拠らずに、スラスト軸受の面圧を許容面圧範囲内とする。【解決手段】実施形態によれば、タービン１０は、ケーシング１８、１９と、タービンロータ１１と、複数段のタービン段落１２と、タービン段落１２に供給される作動流体の流通によって生ずる軸方向の推力を受けるスラスト軸受３０と、スラスト軸受３０にかかるスラスト面圧を緩和するためにタービンロータ１１に配設されたバランスピストン２０と、スラスト面圧をさらに緩和するために軸方向にバランスピストン２０を挟むバランスピストン内側室２１およびバランスピストン外側室２２の少なくとも一方に加圧側および減圧側の圧力を印加するスラスト力調整機構１００を備える。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、タービンおよびそのスラスト力調整方法に関する。

軸流タービンの形式には、単流タイプと複流タイプがある。同じ流量を流す場合には、単流タービンだと翼長が高くなり、複流タービンだと翼長が低くなる。翼長が高い方がタービンの性能が良くなることから、単流タービンが多く採用されている。

タービンの作動流体は、各段落で仕事をしながら圧力が低下していく。この結果、タービンの動翼には流れの前後の圧力差による軸方向の高圧側から低圧側に向かう力が働く。また、ロータシャフトの径の変化部分にも軸方向の力が働く。このように作動流体の通路部での動翼およびロータシャフトに働く力が全体として、ロータシャフトに軸方向に作用する推力としてのスラスト力となる。以上のことから、スラスト力は高圧側から低圧側、たとえば、定格出力においては作動流体の入口側から排気側に向かう力となる。

このスラスト力を相殺するために、バランスピストンと呼ばれるロータシャフトに径の大きな部分が設けられている。バランスピストンの一方の面は高圧側、他方の面は低圧側として、上述のスラスト力とは反対方向の力を発生させる。

国際公開第２０１８／１０９８１０号

スラスト力はスラスト軸受にてその荷重を受け持つ。スラスト荷重にかかる面圧については、適正な範囲がある。適正値はスラスト軸受の種類により異なり、たとえば、１０ｋｇ／ｃｍ^２前後のもの、あるいは２０ｋｇ／ｃｍ^２ないし３０ｋｇ／ｃｍ^２前後のものなど様々である。スラスト軸受は、それぞれの条件に応じて、適正な面圧の範囲内で使用する必要がある。

タービンの高性能化の要請から、定格運転条件におけるタービンの入口圧力は高くなる傾向がある。この結果、起動過程におけるタービンの入口圧力の変化幅が大きくなる傾向にある。

図１４は、起動過程におけるスラスト軸受の面圧の変化の例を示すグラフである。横軸は、タービンの起動過程であり、タービンが負荷をとって以降は出力である。また、縦軸は、スラスト軸受にかかる面圧Ｐを示す。縦軸の０レベルを境にして、グラフ中の上側は入口側から排気側に向かう方向のスラスト力による面圧（以下、排気側に向かう方向の面圧）を、また、下側は排気側から入口側に向かうスラスト力による面圧（以下、入口側に向かう方向の面圧）を示す。図１４は、ＣＯ_２ガスタービンの場合を例にとって示している。

図１４に示す許容面圧範囲Ａは、タービンの排気側に向かう方向の面圧に対しての許容範囲を示す。タービンの安定な運転を維持するために下限面圧Ｐ_ＡＬが、また、過剰な面圧が付加されることを回避するために上限面圧Ｐ_ＡＵが設定される。また、許容面圧範囲Ｂは、タービンの入口側に向かう方向の面圧に対しての許容範囲を示す。タービンの安定な運転を維持するために下限面圧Ｐ_ＢＵが、また、過剰な面圧が付加されることを回避するために上限面圧Ｐ_ＢＬが設定される。

実線Ｌは、起動過程において、スラスト軸受にかかる面圧Ｐの変化を示す。出力運転状態においては、定格出力に向かってタービンの排気側に向かう力が増加する。一方、タービンの起動初期においては、これとは逆にタービンの入口側に向かう力が増加する過程が存在する。

この結果、スラスト軸受にかかる面圧については、タービンの起動過程において、当初、実線Ｌ_Ａ部に示すようにタービンの排気側から入口側に向かう方向の面圧が増加する領域が存在する。すなわち、面圧の絶対値は、許容面圧範囲Ｂの上限面圧Ｐ_ＢＵより大きくなり許容面圧範囲Ｂから逸脱する。その後、この方向の力が減少し、実線Ｌ_Ｂ部に示すように許容面圧範囲Ｂ内の状態に戻り、さらに、その下限面圧Ｐ_ＢＬより小さくなり、力の方向が逆転し、スラスト軸受にかかる面圧は、排気側に向かう方向に転じる。

さらに、定格出力に向かうにつれて、排気側に向かう面圧は増加し、許容面圧範囲Ａの領域内となった後に、さらに大きくなり許容面圧範囲Ａから逸脱する。

以上のように、タービンの起動過程において、当初のタービン入り口側に向かう方向の面圧とその後の排気側に向かう面圧の両方が生ずること、いずれの方向についても、バランスピストンが存在する場合であっても、許容面圧範囲を逸脱する場合があるという問題がある。

以上、ＣＯ_２ガスタービンの場合を例にとって説明したが、その他のガスタービンの場合、あるいは蒸気タービンの場合においても、同様の状況が生ずる可能性がある。しかしながら、従来の方式では、タービンの起動過程においてこのような両方向の面圧が生じ、かつその変化幅が大きく許容面圧範囲を逸脱するという状況を回避することは、困難であり、あるいは装置の複雑化を招くものであった。

そこで、本発明の実施形態は、複雑な構成に拠らずに、スラスト軸受の面圧を許容面圧範囲内とすることを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の実施形態に係るタービンは、ケーシングと、前記ケーシングを貫通するように配設されたタービンロータと、前記ケーシング内に配設され、前記タービンロータの軸方向に沿って設けられた複数段のタービン段落と、前記タービン段落に供給される作動流体の流通によって生ずる軸方向の推力を受けるスラスト軸受と、前記スラスト軸受にかかるスラスト面圧を緩和するために前記タービンロータから周方向に亘って径方向に突出して前記タービンロータに形成されたバランスピストンと、軸方向に前記バランスピストンを挟むバランスピストン内側室およびバランスピストン外側室の少なくとも一方に、加圧側および減圧側の圧力を印加するスラスト力調整機構と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の実施形態に係るスラスト力調整方法は、スラスト軸受にかかるスラスト面圧を緩和するためにタービンロータから周方向に亘って径方向に突出して前記タービンロータに形成されたバランスピストンを有するタービンのスラスト力調整方法であって、スラスト面圧演算部が、運転状態に関する測定値からスラスト面圧推定値を導出するスラスト面圧推定ステップと、スラスト面圧制御部がスラスト面圧演算用データ記憶部からスラスト軸受面圧設定値を読み出す設定値読み出しステップと、前記スラスト面圧制御部の減算部が、前記スラスト軸受面圧設定値から前記スラスト面圧推定値を減じて、スラスト面圧偏差を出力する偏差演算ステップと、前記スラスト面圧制御部の制御要素が、前記スラスト面圧偏差に制御演算を施して、軸方向に前記バランスピストンを挟むバランスピストン内側室およびバランスピストン外側室の少なくとも一方に、加圧側および減圧側の圧力を印加する調節弁に開度指令信号を出力する制御演算ステップと、を有すること特徴とする。

第１の実施形態に係るタービンを含むタービン設備およびスラスト力調整機構の構成を示す系統図である。 第１の実施形態に係るタービンの軸方向に沿った上半部の断面図である。 第１の実施形態に係るタービンのスラスト力調整機構の構成を説明する概念的な計装系統図である。 第１の実施形態に係るタービンのスラスト力調整機構の制御装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係るスラスト力調整方法の手順を示すフロ―図である。 第１の実施形態に係るタービンのスラスト軸受の面圧と温度との関係の例を示す概念的な特性図である。 第２の実施形態に係るタービンのスラスト力調整機構の制御装置の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係るタービンのスラスト力調整方法の手順を示すフロ―図である。 第１の実施形態に係るタービンのスラスト力調整機構による起動時の過程におけるバランスピストンの面圧の変化の第１の例を示すグラフである。 第１の実施形態に係るタービンのスラスト力調整機構による起動時の過程におけるバランスピストンの面圧の変化の第２の例を示すグラフである。 第３の実施形態に係るタービンの軸方向に沿った上半部の断面図である。 第４の実施形態に係るタービンのスラスト力調整機構およびタービン設備の構成を示す系統図である。 第４の実施形態に係るタービンの軸方向に沿った上半部の断面図である。 起動過程におけるスラスト軸受の面圧の変化の例を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るスラスト力調整機構およびタービン設備について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複する説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係るタービン１０を含むタービン設備２００およびスラスト力調整機構１００の構成を示す系統図である。

なお、以下の説明では、タービン設備２００として、ＣＯ_２ガスタービンを用いたシステムを例にとって示しているが、本実施形態におけるスラスト力調整機構１００の主旨は、他のガスタービンおよび蒸気タービンの場合についても適用可能である。

タービン設備２００は、タービン１０、タービン１０により駆動される発電機４１、圧縮機４２、再生熱交換器４３、燃焼器４４、冷却器４５、湿分分離器４６、酸素製造装置４７、およびスラスト力調整機構１００を有する。

燃焼器４４は、酸素製造装置４７によって空気４７ａから製造された酸素４７ｂと、図示しない貯蔵装置から供給された燃料４４ａと、当該系内を再循環して再生熱交換器４３を経由したＣＯ_２ガスとを受け入れて、燃焼することにより、高温の作動流体４４ｂを生成する。作動流体４４ｂは、主として、ＣＯ_２ガスに一部水蒸気を含む燃焼ガスであり、燃焼器４４とタービン１０とを接続するトランジションピース５０によりタービン１０に導入される。

タービン１０は、この高温の作動流体４４ｂを受け入れて、作動流体４４ｂの熱エネルギを機械的エネルギすなわち回転エネルギに変換し、これを電力に変換する発電機にこの回転エネルギを伝達する。

再生熱交換器４３は、タービン設備２００内の熱的なエネルギ効率を改善するために、タービン１０で仕事をしてタービン１０から排出された作動流体と、冷却器４５で冷却され圧縮機４２で加圧された再循環分のＣＯ_２ガスとの熱交換を行う。

冷却器４５は、タービン１０から排出され、再生熱交換器４３での熱交換により温度の低下した作動流体を冷却する。この冷却により、作動流体中の水蒸気が凝縮する。

湿分分離器４６は、作動流体から、水蒸気が凝縮した湿分を除去する。圧縮機４２は、湿分分離器４６において作動流体から湿分が除去されたＣＯ_２ガスを加圧し、圧送する。

加圧されたＣＯ_２ガスの一部は、系外に排出され、再循環分のＣＯ_２ガスが、再生熱交換器４３に流入し、加熱された後に、燃焼器４４に供給される。ここで、再生熱交換器４３から流出したＣＯ_２ガスの一部は、燃焼器４４に流入する前に分流して、冷却媒体供給管５５を通り直接にタービン１０に流入し、冷却媒体として作用する。

スラスト力調整機構１００は、低圧側配管１２５ａ、高圧側配管１２５ｂ、調整配管１２５、第１の低圧側調節弁１２１、第１の高圧側調節弁１２２、制御装置１１０、スラスト軸受受け部材第１面温度計３６ａ、およびスラスト軸受受け部材第２面温度計３７ａを有する。

上述のように、圧縮機４２の吐出側から燃焼器４４入口までの配管内の圧力は、タービン１０の排気側から圧縮機４２の吸いこみ側までの配管内の圧力よりも高い。したがって、タービン１０の排気側から圧縮機４２の吸いこみ側までの配管および機器を低圧領域１２０ａ、圧縮機４２の吐出側から燃焼器４４入口までの配管および機器を高圧領域１２０ｂとそれぞれ呼ぶこととする。

低圧側配管１２５ａは、その一端が、低圧領域１２０ａに接続されている。また、高圧側配管１２５ｂは、その一端が、高圧領域１２０ｂに接続されている。図１の例では、低圧側配管１２５ａは、低圧領域１２０ａの湿分分離器４６の出口側かつ圧縮機４２の入口側、高圧側配管１２５ｂは、高圧領域１２０ｂの圧縮機４２の出口側であって、循環ラインの再生熱交換器４３の出口側にそれぞれ接続されている場合を例にとって示している。なお、後述するように、低圧側配管１２５ａの低圧領域１２０ａにおける接続箇所および高圧側配管１２５ｂの高圧領域１２０ａにおける接続箇所は、これらの箇所には限定されない。

これらの接続部の反対側において、低圧側配管１２５ａと高圧側配管１２５ｂは、互いに接続され、調整配管１２５に一本化されている。調整配管１２５のこの接続部との反対側は、タービン１０のバランスピストン外側室２２に接続されている。なお、調整配管１２５にまとめられる構成に代えて、低圧側配管１２５ａと高圧側配管１２５ｂとが、それぞれ独立にタービン１０のバランスピストン外側室２２に接続されていてもよい。

低圧側配管１２５ａおよび高圧側配管１２５ｂには、それぞれ、第１の低圧側調節弁１２１および第１の高圧側調節弁１２２が設けられている。

スラスト軸受３０には、スラスト軸受受け部材第１面温度計３６ａおよびスラスト軸受受け部材第２面温度計３７ａが設けられている。

制御装置１１０は、スラスト軸受受け部材第１面温度計３６ａおよびスラスト軸受受け部材第２面温度計３７ａの出力に基づいて、スラスト軸受３０に付加されるスラスト力を適正な範囲内に調整するように、第１の低圧側調節弁１２１および第１の高圧側調節弁１２２にそれぞれ開方向あるいは閉方向の指令信号を出力する。

図２は、第１の実施形態に係るタービン１０の軸方向に沿った上半部の断面図である。

タービン１０は軸流タービンであり、ロータシャフト１１、内部ケーシング１８、外部ケーシング１９、トランジションピース５０および冷却媒体供給管５５を有する。

内部ケーシング１８の内周には、周方向に亘り設けられた外側シュラウド１３ａが、ロータシャフト１１の回転軸の延びる方向（以下、軸方向）に、互いに間隔を空けて複数個所に配されている。また、それぞれの外側シュラウド１３ａの径方向の内側、すなわちロータシャフト１１の回転軸に近い側に、周方向に亘り内側シュラウド１３ｂが設けられている。それぞれの外側シュラウド１３ａとこれに対応する内側シュラウド１３ｂとの間には、周方向に複数の静翼１３が設けられ、静翼翼列を構成している。

また、ロータシャフト１１には、軸方向に互いに間隔をおいて径方向に円板状に突出した複数のタービンディスク１１ａが形成されている。それぞれのタービンディスク１１ａには、周方向に亘り動翼１４が植設され、動翼翼列を構成しており、動翼翼列が軸方向に互いに間隔をおいて配されている。

複数の静翼翼列と複数の動翼翼列は、ロータシャフト１１の軸方向に交互に設けられている。それぞれの静翼翼列と作動流体の流れ方向に直下流の動翼翼列とで、タービン段落１２を構成している。

タービン１０の外部ケーシング１９および内部ケーシング１８を、トランジションピース５０が貫通している。トランジションピース５０の下流端は、初段の静翼１３を支持する外側シュラウド１３ａおよび内側シュラウド１３ｂの上流端に当接している。トランジションピース５０は、燃焼器４４（図１）で生成された作動流体４４ｂを、初段の静翼１３に導く。作動流体は、各タービン段落１２で仕事をした後に、排気室１５に流入し、排気室１５からタービン１０の外部に流出する。

トランジションピース５０が外部ケーシング１９および内部ケーシング１８を貫通する貫通領域において、トランジションピース５０の外周は、冷却媒体を導入する冷却媒体供給管５５で覆われている。すなわち、貫通領域においては、トランジションピース５０と、その外側に設けられた冷却媒体供給管５５とにより、二重管が形成されている。

トランジションピース５０と冷却媒体供給管５５との間の環状の通路を流れる冷却媒体が外部ケーシング１９と内部ケーシング１８との間の空間に流れ込まないように、冷却媒体供給管５５の下流端は、内部ケーシング１８に形成された貫通口１８ａまで延設されている。なお貫通口１８ａは、トランジションピース５０および冷却媒体供給管５５を内部ケーシング３１内に貫通させるための開口である。貫通口１８ａの内径は、冷却媒体供給管５５の外形に対応し、冷却媒体供給管５５が貫通口１８ａに挿入可能でかつできるだけギャップが生じないような寸法に形成されている。この部分に、より接続を確実にするためンのたとえばインローなどのはめ合い構造が形成されていてもよい、
冷却媒体供給管５５の出口は、トランジションピース５０が挿入された内部ケーシング１８内の空間である冷却媒体入口空間１８ｂに連通している。すなわち、冷却媒体供給管５５により導かれた冷却媒体は、冷却媒体入口空間１８ｂに流入する。

なお、冷却媒体入口空間１８ｂへ冷却媒体を供給する構成は、この構成に限られない。すなわち、冷却媒体入口空間１８ｂに冷却媒体を供給できるならば、トランジションピース５０の周囲に配される構成に代えて、トランジションピース５０とは別に外部ケーシング１９および内部ケーシング１８を貫通する構成であってもよい。

冷却媒体入口空間１８ｂへ供給された冷却媒体は、冷却構造１７により、初段のノズル１３の下流側の各タービン段落１２に供給される。冷却構造１７は、ロータシャフト１１内で軸方向に形成された軸方向通路１７ｂ、冷却媒体入口空間１８ｂと軸方向通路１７ｂとを連通させる通路入口孔１７ａ、および軸方向通路１７ｂと各タービン段落１２とを連通させる通路出口孔１７ｃを有する。

ロータシャフト１１には、スラスト軸受３０へのスラスト荷重を低減するためにバランスピストン２０が設けられている。内部ケーシング１８の、バランスピストン２０の径方向外側の部分には、バランスピストンシール２３が設けられている。バランスピストンシール２３は、たとえば、図２に示すように複数段のラビリンスにより形成されている。

バランスピストン２０のタービン１０の内側の端部側の空間であるバランスピストン内側室２１は、冷却媒体供給管５５に連通している冷却媒体入口空間１８ｂである。また、バランスピストン２０を介して内側の端部とは反対側の端部の空間であるバランスピストン外側室２２は、内部ケーシング１８の軸方向外側の空間である。

図２に示すように、調節配管１２５は、外部ケーシング１９および内部ケーシング１８を貫通して、一端がバランスピストン外側室２２に開口されている。このような構成により、バランスピストン外側室２２は、図１に示す第１の低圧側調節弁１２１および第１の高圧側調節弁１２２を介して、低圧領域１２０ａおよび高圧領域１２０ｂに連通する。

図３は、第１の実施形態に係るタービン１０のスラスト力調整機構１００の構成を説明する概念的な計装系統図である。

スラスト軸受３０は、外部ケーシング１９の軸方向の外側に配されており、回転側ディスク３１とスラスト軸受受け部材３５とを有する。

回転側ディスク３１は、ロータシャフト１１から径方向外側に円板状に突出するように形成されている。スラスト軸受受け部材３５は、回転ディスク３１の軸方向の前後および径方向の外側から回転ディスク３１を囲むような形状に形成されている。

以下、方向を表現する際に、タービン段落１２を作動流体が流れる方向を排気側方向、その逆方向を、入口側方向と呼ぶこととする。

回転側ディスク３１は、その排気側方向の面である回転側ディスク第１面３２と、その反対側の入口側方向の面である回転側ディスク第２面３３とを有する。また、スラスト軸受受け部材３５は、その入口側方向の面であり回転側ディスク第１面３２に対向する面であるスラスト軸受受け部材第１面３６と、回転側ディスク第２面３３に対向する面であるスラスト軸受受け部材第２面３７とを有する。

スラスト軸受受け部材第１面温度計３６ａおよびスラスト軸受受け部材第２面温度計３７ａは、それぞれ、スラスト軸受受け部材第１面３６およびスラスト軸受受け部材第２面３７の温度を測定し、測定結果を制御装置１１０に出力する。具体的には、たとえば、スラスト軸受受け部材３５の外側からスラスト軸受受け部材第１面３６の表面近傍まで到達する穴を形成してこの穴にスラスト軸受受け部材第１面温度計３６ａを挿入することにより、スラスト軸受受け部材第１面３６の表面の温度の測定が可能である。スラスト軸受受け部材第２面温度計３７ａについても同様である。

すなわち、スラスト軸受受け部材第１面温度計３６ａは、特に、回転側ディスク３１が排気側に押し付けられ、回転側ディスク第１面３２とスラスト軸受受け部材第１面３６との間に面圧が生じた状態でのスラスト軸受受け部材第１面３６の表面近傍の温度を測定する。また、スラスト軸受受け部材第２面温度計３７ａは、特に、回転側ディスク３１が入口側に押し付けられ、回転側ディスク第２面３３とスラスト軸受受け部材第２面３７との間に面圧が生じた状態でのスラスト軸受受け部材第２面３７の表面近傍の温度を測定する。

以降、バランスピストン内側室２１およびバランスピストン外側室２２の圧力を、それぞれ、Ｐ_１およびＰ_２と表現する。

バランスピストン内側室２１は、バランスピストンシール２３を介してバランスピストン外側室２２と連通し、バランスピストン外側室２２はさらにその外側のシール部を介して、外部ケーシング１９の外側と連通している。したがって、自然状態におけるバランスピストン外側室２２の圧力Ｐ_２は、バランスピストン外側室２２から外部ケーシング１９の外側に至る圧力勾配の途中にある圧力となっている。なお、ここで、自然状態とは、スラスト力調整機構１００による調整がなされない場合の状態をいうものとする。

なお、低圧側配管１２５ａの低圧領域１２０ａにおける接続箇所および高圧側配管１２５ｂの高圧領域１２０ａにおける接続箇所は、図１に示した箇所に限定されない。低圧領域１２０ａはバランスピストン外側室２２の圧力を自然状態より下降させる方向、高圧領域１２０ａはバランスピストン外側室２２の圧力を自然状態より上昇させる方向に圧力を印加可能な圧力レベルを有している箇所であれば、これら以外の箇所でもよい。

図４は、第１の実施形態に係るタービン１０のスラスト力調整機構１００の制御装置１１０の構成を示すブロック図である。

制御装置１１０は、入力部１１１、演算部１１２、記憶部１１３、および出力部１１４を有する。

入力部１１１は、スラスト軸受受け部材第１面温度計３６ａおよびスラスト軸受受け部材第２面温度計３７ａからのそれぞれの温度信号Ｔ_１、Ｔ_２を受け入れるとともに、記憶部１１３が収納するデータを、外部入力として受け入れる。

演算部１１２は、温度領域判定部１１２ａおよび開度増減演算部１１２ｂを有する。温度領域判定部１１２ａは、スラスト軸受受け部材第１面温度計３６ａおよびスラスト軸受受け部材第２面温度計３７ａからの温度信号のレベルが、その状態を維持してもよい値なのか、あるいは許容面圧範囲を逸脱したと推定される状態となり修正動作をすべき値なのかを判定する。開度増減演算部１１２ｂは、第１の高圧側調節弁１２１および第１の低圧側調節弁１２２の開度の増加または低下の要否を演算する。

記憶部１１３は、メモリであって、温度領域記憶部１１３ａを有する。温度領域記憶部１１３ａは、温度領域判定部１１２ａの判定のための基準を提供する。

出力部１１４は、開度増減演算部１１２ｂでの演算結果による第１の低圧側調節弁１２１および第１の高圧側調節弁１２２の開度の増加または低下の要否の演算結果を、第１の低圧側調節弁１２１および第１の高圧側調節弁１２２に出力する。

図５は、第１の実施形態に係るスラスト力調整方法の手順を示すフロ―図である。すなわち、第１の実施形態に係るスラスト力調整機構１００の制御装置１１０を用いたスラスト力調整方法の手順を示している。なお、図５は、スラスト軸受受け部材第２面温度計３７ａからの温度信号Ｔ_２についての調整方法の場合を例にとって示しているが、スラスト軸受受け部材第１面温度計３６ａからの温度信号Ｔ_１についての調整方法の場合も同様である。

制御装置１１０は、常時温度監視を継続する（ステップＳ１０）。すなわち、入力部１１１が、スラスト軸受受け部材第２面温度計３７ａからの温度信号Ｔ_２を常時受け入れる。

この受け入れた温度信号Ｔ_２について、温度領域の判定を行う（ステップＳ２０）。すなわち、温度領域判定部１１２ａが、この受け入れた温度信号の値Ｔ_２が、正常範囲を逸脱して、調整が必要な領域になったか否かを判定する。

なお、以上は、Ｔ_１およびＴ_２のそれぞれについて温度領域判定部１１２ａが、この受け入れた温度信号の値Ｔ_１およびＴ_２のそれぞれが、正常範囲を逸脱して、調整が必要な領域になったか否かを判定する場合を例にとって示したが、これに限定されない。たとえば、Ｔ_１とＴ_２との差、すなわち、（Ｔ_１−Ｔ_２）の絶対値が正常範囲を逸脱して、調整が必要な領域になったか否かを判定することでもよい。なお、この場合は、Ｔ_１とＴ_２の大小関係の情報が必要である。この大小関係については、たとえば、タービン１０または発電機４１の出力など、起動過程のいずれの段階にあるかについての情報に基づいて判定することでもよい。

図６は、第１の実施形態に係るタービン１０のスラスト軸受３０にかかる面圧Ｐと温度Ｔとの関係の例を示す概念的な特性図である。横軸は、面圧Ｐ、縦軸は、面圧Ｐに対応するスラスト軸受３０において接触している側の温度Ｔである。

図６では、回転側ディスク第２面３３とスラスト軸受受け部材第２面３７との間に面圧Ｐが生じている場合の温度Ｔ_２を例にとって示している。なお、逆方向に、回転側ディスク第１面３２とスラスト軸受受け部材第１面３６との間に面圧が生じている場合の温度Ｔ_１についても、以下と同様の方法によってスラスト力の調整が可能である。

図６の横軸方向のＰ_ＡＵは、許容面圧範囲の上限である。また、Ｐ_ＡＬは、許容面圧範囲の下限である。Ｐ_Ｃは、Ｐ_ＡＵ以下かつＰ_ＡＬ以上の許容面圧範囲にある正常な面圧を意味するものとする。また、Ｐ_ＵＦは、この値以上の面圧は不可とする面圧の上限の限界値を示すものとする。すなわち、許容面圧の上限Ｐ_ＡＵは、限界値Ｐ_ＵＦに対して裕度を有している。

縦軸の、Ｔ_ＵＦ、Ｔ_ＡＵ、Ｔ_Ｃ、Ｔ_ＡＬは、Ｐ_ＵＦ、Ｐ_ＡＵ、Ｐ_Ｃ、Ｐ_ＡＬのそれぞれの面圧がスラスト軸受に付加された場合の温度を示す。

すなわち、ステップＳ２０では、詳細には、まず、温度領域判定部１１２ａは、温度領域記憶部１１３ａに収納された温度領域データに基づいて、この受け入れた温度信号Ｔ_２の値が、Ｔ_ＡＬ以上かつＴ_ＡＵ以下の許容温度範囲を高温側に逸脱して、上限温度Ｔ_ＡＵを超えて調整要温度領域の温度になったか否かを判定する（ステップＳ２１）。ここで、調整要温度領域とは、許容温度領域度を逸脱した温度領域、すなわち許容温度領域より低い温度領域および高い温度領域を合わせた領域を言うものとする。

ステップＳ２１で、調整要温度領域の温度になったと判定されなかった場合（ステップＳ２１ ＮＯ）には、温度領域判定部１１２ａは、この受け入れた温度信号Ｔ_２の値が、Ｔ_ＡＬ以上かつＴ_ＡＵ以下の許容温度範囲を低温側に逸脱して、下限温度Ｔ_ＡＬより低くなり調整が必要な領域になったか否かを判定する（ステップＳ２２）。

ステップＳ２２でも、調整が必要な領域になったと判定されなかった場合（ステップＳ２２ ＮＯ）には、ステップＳ１０およびステップＳ２０を繰り返す。

ステップＳ２１で、温度領域判定部１１２ａが、受け入れた温度信号Ｔ_２の値が許容温度範囲の上限温度Ｔ_ＡＵを超えて許容温度範囲を高温側に逸脱し、調整要温度領域の温度になったと判定した場合（ステップＳ２１ ＹＥＳ）には、開度増減演算部１１２ｂは、開度増減の指令を演算する（ステップＳ３１）。

ここで、温度信号Ｔ_２の値が許容温度範囲を高温側に逸脱するということは、入口側に向かう方向（図２および図３において左側に向かう方向）のスラスト力が過大になったことを意味している。これを解消するためには、バランスピストン２０の外側の空間であるバランスピストン外側室２２の圧力を増加させる必要がある。

したがって、開度増減演算部１１２ｂは、バランスピストン外側室２２の圧力Ｐ_２を高める方向に、第１の低圧側調節弁１２１および第１の高圧側調節弁１２２の開度を変更する出力を発する。ここで、第１の低圧側調節弁１２１および第１の高圧側調節弁１２２の開閉状態は、図５のステップＳ３１ブロックに示すようにスプリットレンジとなっている。

具体的には、バランスピストン外側室２２の圧力Ｐ_２を高めるために、開度増減演算部１１２ｂは、低圧領域１２０ａ（図１）に接続する第１の低圧側調節弁１２１の開度を減少させる方向に開度指令信号を出力する（ステップＳ３１）。

出力部１１４は、開度増減演算部１１２ｂが出力する開度変更指令信号を受けて、第１の低圧側調節弁１２１および第１の高圧側調節弁１２２に開度変更指令を出力する（ステップＳ５０）。具体的には、第１の低圧側調節弁１２１および第１の高圧側調節弁１２２それぞれのコントローラ、あるいはポジショナ、あるいはドライバに出力する。この結果、第１の低圧側調節弁１２１の開度が減少側に変更される。なお、第１の低圧側調節弁１２１の開度がゼロ以上の状態では、第１の高圧側調節弁１２２は全閉となっている。

第１の低圧側調節弁１２１の開度が減少すると、その開度の減少に応じてバランスピストン外側室２２から低圧領域１２０ａへ流出する冷却媒体の流量が減少する。この結果、バランスピストン内側室２１からバランスピストン外側室２２に至るラビリンス２３を経由する流路の流量が減少する。この結果、バランスピストンシール２３での圧力損失が減少することから、バランスピストン外側室２２内の圧力Ｐ_２はバランスピストン内側室２１内の圧力Ｐ_１に近づく、すなわち、バランスピストン外側室２２内の圧力Ｐ_２が上昇する。

温度領域判定部１１２ａは、温度信号Ｔ_２の値が、なおも調整要温度領域にあるか否かを判定する（ステップＳ３２）。具体的には、温度信号Ｔ_２の値が、なおも上限温度Ｔ_ＡＵを超えた調整要温度領域にあるか否かを判定する。なおも温度信号Ｔ_２の値が調整要温度領域にあると判定された場合（ステップＳ３２ ＹＥＳ）には、ステップＳ３１およびステップＳ３２を繰り返す。

第１の低圧側調節弁１２１が全閉となっても、なおも温度信号Ｔ_２の値が調整要温度領域にあると判定された場合には、開度増減演算部１１２ｂは、高圧領域１２０ｂ（図１）に接続する第１の高圧側調節弁１２２の開度を増加させる方向に開度指令信号を出力する。

第１の高圧側調節弁１２２の開度が増加すると、その開度の増加に応じて、高圧領域１２０ｂからバランスピストン外側室２２へ流入する冷却媒体の流量が増加する。この結果、バランスピストン内側室２１からバランスピストン外側室２２に至るラビリンス２３を経由する流路の流量が減少する。この結果、第１の低圧側調節弁１２１の開度の減少時と同様にバランスピストン外側室２２内の圧力Ｐ_２が上昇する。

以上は、ステップＳ２１で、温度領域判定部１１２ａが、受け入れた温度信号Ｔ_２の値が許容温度範囲を高温側に逸脱し調整要温度領域の温度になったと判定した場合の流れである。一方、ステップＳ２２で、温度領域判定部１１２ａが、受け入れた温度信号Ｔ_２の値が許容温度範囲を低温側に逸脱し調整要温度領域の温度になったと判定した場合（ステップＳ２２ ＹＥＳ）には、同様に、開度増減演算部１１２ｂは、開度増減の指令を演算し出力する（ステップＳ４１）。

ここで、温度信号Ｔ_２の値が許容温度範囲を低温側に逸脱するということは、入口側に向かう方向（図２および図３において左側に向かう方向）のスラスト力が過小になったことを意味しているので、これを解消するためには、バランスピストン２０の外側の空間であるバランスピストン外側室２２の圧力を低下させる必要がある。

したがって、開度増減演算部１１２ｂは、バランスピストン外側室２２の圧力Ｐ_２を低下させる方向に、第１の低圧側調節弁１２２および第１の高圧側調節弁１２１の開度を変更する出力を発する。

具体的には、バランスピストン外側室２２の圧力Ｐ_２を低下させるために、開度増減演算部１１２ｂは、高圧領域１２０ｂ（図１）に接続する第１の高圧側調節弁１２２の開度を減少させる方向に開度指令信号を出力する。さらに、第１の高圧側調節弁１２２が全閉となって後は、必要に応じて、低圧領域１２０ａ（図１）に接続する第１の低圧側調節弁１２１の開度を増加させる方向に開度指令信号を出力する。

出力部１１４は、開度増減演算部１１２ｂが出力する開度変更指令信号を受けて、第１の低圧側調節弁１２１および第１の高圧側調節弁１２２に開度変更指令を出力する（ステップＳ５０）。

温度領域判定部１１２ａは、温度信号Ｔ_２の値が、なおも調整要温度領域にあるか否かを判定する（ステップＳ４２）。具体的には、温度信号Ｔ_２の値が、なおも下限温度Ｔ_ＡＬより低い調整要温度領域にあるか否かを判定する。なおも温度信号Ｔ_２の値が調整要温度領域にあると判定された場合（ステップＳ４２ ＹＥＳ）には、ステップＳ４１およびステップＳ４２を繰り返す。

ここで、温度計は、素線が直接測定対象に接していない場合には、通常、数十秒ないし数分程度の時定数を有する。したがって、出力部１１４からの開度増減指令出力は、温度計の時定数の数倍の時間間隔をおいて出力する。また、１回あたりの開度変化幅は、制御のオーバーシュートが過大とならないような大きさ以内のものとする。

温度領域判定部１１２ａが、温度信号Ｔ_２のレベルが上限値のＴ_ＡＵより小さくなったと判定した場合（ステップＳ３２ ＹＥＳ）、および、温度領域判定部１１２ａが、温度信号Ｔ_２のレベルが下限値のＴ_ＡＬより大きくなったと判定した場合（ステップＳ４２ ＹＥＳ）には、それぞれ、ステップＳ０１に戻り、温度監視を継続する。

以上のように構成された本実施形態におけるスラスト力調整機構１００は、バランスピストン外側室２２に調整配管１２５が接続され、低圧領域１２０ａおよび高圧領域１２０ｂに連通可能に形成され、低圧領域１２０ａおよび高圧領域１２０ｂに起因する圧力、すなわち減圧側および加圧側の圧力をそれぞれ印加可能に構成されている。この結果、バランスピストン外側室２２内の圧力は、自然状態の圧力Ｐ_２Ｎから、上昇方向および下降方向のいずれの方向にも変化可能であり、広範囲にかつ必要な方向にスラスト軸受３０の面圧を調整することができる。また、一方が、低圧領域１２０ａおよび高圧領域１２０ｂにそれぞれ接続された第１の低圧側調節弁１２１および第１の高圧側調節弁１２２の他方の側は、１本の調整配管１２５にまとめられることから、タービン１０の近傍では配管本数が減ることから配管の引き回しの上で有利となる。

以上のように、本発明の実施形態によれば、複雑な構成に拠らずに、スラスト軸受の面圧を許容面圧範囲内とすることが可能となる。

［第２の実施形態］
本第２の実施形態は、第１の実施形態の変形であり、制御装置１１０ａの構成の構成が第１の実施形態とは異なっており、これ以外は、第１の実施形態と同様である。

図７は、第２の実施形態に係るタービン１０のスラスト力調整機構の制御装置１１０ａの構成を示すブロック図である。

制御装置１１０ａは、入力部１１１、演算部１１２、記憶部１１３、出力部１１４および各測定器を有する。

入力部１１１は、スラスト軸受受け部材第１面温度計３６ａ、スラスト軸受受け部材第２面温度計３７ａからの温度信号、およびタービン各部圧力計１３０からの圧力信号を受け入れるとともに、記憶部１１３が収納するデータを、外部入力として受け入れる。なお、ここで、タービン圧力計１３０は、総称であり、バランスピストン内側室２１およびバランスピストン外側室２２（図２）の他に、たとえば、トランジションピース５０内の作動流体の圧力、排気室１５での圧力等の圧力計などを含む。

ここで、制御装置１１０ａが有する上述のスラスト軸受受け部材第１面温度計３６ａ、スラスト軸受受け部材第２面温度計３７ａ、バランスピストン内側室２１およびバランスピストン外側室２２の各圧力計は、制御装置１１０ａに含まれる構成であるが、これに限らず、これらの温度計、圧力計、あるいはタービン１０の負荷に対応する値を得る計器など、運転状態を得るための計器を、制御装置１１０ａの外部に設けてもよい。

このため、制御装置１１０ａは、自ら運転状態を測定してもよいし、外部で測定あるいは検出した値を受信して認識してもよいので、これらを総称して認識部と呼ぶこととする。

また、バランスピストン内側室２１およびバランスピストン外側室２２のそれぞれの圧力計の測定値に代えて、これらの差圧であってもよい。ただし、バランスピストン内側室２１の圧力とバランスピストン外側室２２の圧力の大小関係の情報が必要である。なお、バランスピストン内側室２１の圧力とバランスピストン外側室２２の圧力の大小関係については、たとえば、タービン１０または発電機４１の出力など、起動過程のいずれの段階にあるかについての情報に基づいて判定することでもよい。

演算部１１２は、温度領域判定部１１２ａ、開度増減演算部１１２ｂ、スラスト面圧制御部１１２ｃ、およびスラスト面圧演算部１１２ｄを有する。

温度領域判定部１１２ａは、第１の実施形態と同様に、スラスト軸受温度Ｔ_１、Ｔ_２が調整要温度領域に入っているか否かを判定する。

開度増減演算部１１２ｂは、第１の実施形態と同様に、スラスト軸受温度Ｔ_１、Ｔ_２の監視結果に基づいて、これらが調整要温度領域に入った場合に、修正動作を行う。

スラスト面圧制御部１１２ｃは、制御要素および減算部を有する制御回路であり、スラスト面圧の偏差に基づいて制御演算を行う。

スラスト面圧演算部１１２ｄは、タービン各部圧力計１３０によるタービン１０の各部の圧力測定値に基づいて、スラスト軸受３０にかかっているスラスト面圧の推定値を算出する。

記憶部１１３は、メモリであって、第１の実施形態と同様の温度領域記憶部１１３ａの他に、スラスト面圧演算用データ記憶部１１３ｂおよびスラスト面圧設定値記憶部１１３ｃを有する。

スラスト面圧演算用データ記憶部１１３ｂは、スラスト面圧演算部１１２ｄの演算に必要な、タービン１０の各部の受圧面積等の属性データ等を収納する。

スラスト面圧設定値記憶部１１３ｃは、スラスト面圧設定値を記憶、収納する。この場合、スラスト面圧の設定値は、許容面圧範囲にある一定の値でもよい。あるいは、タービン１０の起動過程に対応して変化するものでもよい。この場合は、たとえば電力計など、出力過程における状態を把握するための測定値を入力部１１１が受け入れて、スラスト面圧設定値記憶部１１３ｃのその段階に対応する値を設定値として使用することとしてもよい。

出力部１１４は、演算部１１２での演算結果を指令信号として、第１の高圧側調節弁１２１および第１の低圧側調節弁１２２に出力する。

図８は、第２の実施形態に係るタービン１０のスラスト力調整方法の手順を示すフロ―図である。

大きくは、ステップＳ６１ないしＳ６３のスラスト面圧制御と、ステップＳ１０以降のスラスト軸受温度補償のステップを有する。

スラスト面圧制御については、まず、スラスト面圧演算部１１２ｅが、スラスト面圧演算用データ記憶部１１３ｂに収納されているデータを用い、タービン各部圧力計１３０からのタービン各部圧力測定値に基づいて、スラスト軸受面圧の推定値を算出する（ステップＳ６１）。

なお、図８では、スラスト軸受面圧を、タービン各部圧力計１３０からのタービン各部圧力測定値に基づいて推定する場合を例にとって示したが、これに限定されない。たとえば、タービン１０の起動過程において、タービン負荷については電力計の出力など、それぞれの段階の状態を把握できる測定値であれば、タービン各部圧力計１３０からのタービン各部圧力測定値以外のものを用いてもよい。

次に、スラスト面圧制御部１１２ｃの減算部が、スラスト面圧設定値記憶部１１３ｃから読み出したスラスト面圧設定値から、スラスト面圧演算部１１２ｅが算出したスラスト軸受面圧の推定値を減じて、スラスト面圧偏差を出力する（ステップＳ６２）。

次に、スラスト面圧制御部１１２ｃの制御要素が、スラスト面圧偏差を入力として受け入れ、制御演算を行い調節弁への開度指令を出力する（ステップＳ６３）。制御演算としては、たとえば、ＰＩ演算、すなわち比例および積分演算を行う。

出力部１１４は、この開度指令を受けて、低圧第１調節弁１２１および高圧第１調節弁１２２に開度指令を出力する。この場合、開度指令は、第１の実施形態の図５におけるステップＳ３１、Ｓ４１のブロックに示した例のように、開度指令に応じて、低圧第１調節弁１２１が全開から全閉となった後に高圧第１調節弁１２２が全閉から全開となる、あるいは、これとは逆方向の動作となるようなスプリットレンジとなっている。

一方、第１の実施形態と同様に、温度の監視および修正動作が、行われる。この流れのステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３１およびＳ４１、Ｓ３２およびＳ４２は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。なお、ステップＳ３１およびステップＳ４１での開度変更指令は、開度の増減方向の変更分の指令である。

以上のように、本実施形態における制御装置１１０ａの構成によって、応答の早い圧力計からの信号に基づくスラスト面圧の制御ループにより、運転状態の変化に対する追従性が確保される。

また、仮に、スラスト面圧演算部１１２ｄでの演算精度が悪く、スラスト面圧の推定値が真値から大きくずれている場合であっても、温度監視および修正動作により、これを補償し、スラスト軸受の温度範囲を適切な値に維持することができる。

なお、スラスト面圧演算部１１２ｄでの演算精度が確保されている場合、或いは、精度上、許容できる場合には、温度制御無しに、スラスト面圧制御のみで制御装置を構成してもよい。

図９は、第１の実施形態に係るタービン１０のスラスト力調整機構による起動時の過程におけるバランスピストンの面圧の変化の第１の例を示すグラフである。

横軸は左側から右方向に運転状態の変化を示し、原点が起動開始、右端が定格負荷時を示す。縦軸は、スラスト軸受の面圧である。

破線Ｌは、図１４で示したように、自然状態の場合、すなわちスラスト力調整を行わない場合のスラスト軸受の面圧Ｐを示す。また、実線は、本実施形態によりスラスト力調整を行った場合を示す。

低負荷においては、自然状態では、破線Ｌ_Ａに示すように、入口側に向かう方向（図３の左方向）に過剰にスラスト面圧が付加される。このため、バランスピストン２０に排気側の方向（図３の右方向）の力を加える必要がある。したがって、スラスト面圧制御部１１２ｃは、バランスピストン外側室２２の圧力を自然状態の圧力Ｐ_２Ｎより上昇させるように第１の低圧側調節弁１２１および第１の高圧側調節弁１２２への指令信号を算出し、出力部１１４が指令信号を出力する。

また、高負荷においては、これとは逆に、自然状態では、破線Ｌ_Ｂに示すように、排気側に向かう方向（図３の右方向）に過剰にスラスト面圧が付加される結果となる。このため、バランスピストン２０に入口側の方向（図３の左方向）の力を加える必要がある。したがって、スラスト面圧制御部１１２ｃは、バランスピストン外側室２２の圧力を低下させるように第１の低圧側調節弁１２１および第１の高圧側調節弁１２２への指令信号を算出し、出力部１１４が指令信号を出力する。

このように、バランスピストン外側室２２について、高圧領域の圧力により自然状態から圧力を上昇させる段階と、低圧領域の圧力により自然状態から圧力を低下させる段階とを、組み合わせることにより、タービン１０の起動過程における全運転領域に亘り、回転側ディスク第２面３３とスラスト軸受受け部材第２面３７との間の面圧を、許容面圧範囲Ｂ内の値としながらの運転が可能となる。

図１０は、第１の実施形態に係るタービン１０のスラスト力調整機構による起動時の過程におけるバランスピストンの面圧の変化の第２の例を示すグラフである。

この例では、第１の例とは反対側の回転側ディスク第１面３２とスラスト軸受受け部材第１面３６との間の面圧を調整している。すなわち、タービン１０の起動の初期はバランスピストン外側室２２について、高圧領域の圧力により自然状態から圧力を上昇させ、その後は、排気側に向かう方向（図３の右方向）に過剰にスラスト面圧が付加されことを抑制するために、バランスピストン２０に入口側の方向（図３の左方向）の力を加える、すなわち、バランスピストン外側室２２の圧力を低下させるように第１の低圧側調節弁１２１および第１の高圧側調節弁１２２への指令信号を算出し、出力部１１４が指令信号を出力する。

このように、このように、バランスピストン外側室２２について、高圧領域１２０ｂの圧力により自然状態から圧力を上昇させる段階と、低圧領域１２０ａの圧力により自然状態から圧力を低下させる段階とを、組み合わせることにより、タービン１０の起動過程における全運転領域に亘り、回転側ディスク第１面３２とスラスト軸受受け部材第１面３６との間の面圧を、許容面圧範囲Ａ内の値としながらの運転が可能となる。

以上のように、本実施形態による制御装置では、応答性と精度を確保しながら、タービン１０の起動過程における全運転領域に亘り、スラスト軸受の面圧を許容面圧範囲内に維持しながらの運転が可能となる。

［第３の実施形態］
図１１は、第３の実施形態に係るタービン１０の軸方向に沿った上半部の断面図である。

本実施形態は、第１の実施形態の変形であり、本実施形態におけるスラスト力調整機構１００ｂは、冷却媒体入口室１８ｂに調整配管１２６が接続され、高圧領域および低圧領域に連通可能に形成されている。これ以外は、第１の実施形態と同様である。

この結果、バランスピストン内側室２１内の圧力は自然状態の圧力Ｐ_１Ｎから、上昇方向および下降方向のいずれの方向にも変化可能であり、広範囲にスラスト軸受３０の面圧を調整することができる。

また、第１の実施形態と同様に、一方が、低圧領域１２０ａおよび高圧領域１２０ｂ（図１）にそれぞれ接続された第１の低圧側調節弁１２１および第１の高圧側調節弁１２２の他方の側は、１本の調整配管１２６にまとめられることから、タービン１０の近傍の配置に有利となる。

以上のように、本発明の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができることから、バランスピストン外側室２２以外の箇所として、バランスピストン内側室２１を選択する自由度を得ることができる。

［第４の実施形態］
図１２は、第４の実施形態に係るタービン１０のスラスト力調整機構１００ｃおよびタービン設備２００の構成を示す系統図である。また、図１３は、第４の実施形態に係るタービンの軸方向に沿った上半部の断面図である。

本実施形態は、第１の実施形態および第３の実施形態の変形であり、これらを組み合わせたものである。すなわち、本実施形態におけるスラスト力調整機構１００ｃは、バランスピストン外側室２２に調整配管１２５が、また、バランスピストン内側室２１に調整配管１２６が、それぞれ接続されて、それぞれが低圧領域１２０ａおよび高圧領域１２０ｂ（図１）に連通可能に形成されている。これ以外は、第１の実施形態と同様である。

調整配管１２６は、低圧領域１２０ａに接続された第２の低圧側調節弁１２３と、高圧領域１２０ｂに接続された第２の高圧側調節弁１２４と接続している。

この結果、バランスピストン内側室２１内の圧力とバランスピストン外側室２２内の圧力とを、それぞれ独立に調整することが可能となる。この結果、両者を組み合わせることにより、さらに広い領域に亘って、スラスト軸受の面圧を調整することができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。前述のように、実施形態では、タービン設備２００として、ＣＯ_２ガスタービンを用いたシステムを例にとって示しているが、これらの実施形態におけるスラスト力調整機構の特徴は、他のガスタービンおよび蒸気タービンの場合についても適用可能である。

すなわち、調節対象部分の自然状態の圧力より高圧側である配管系統を高圧領域、低圧側である配管系統を低圧領域とすることができる。

たとえば多軸系の蒸気タービンにおいては、高圧タービンの場合は、高圧領域としては例えばボイラなどの蒸気発生部分からタービン入口に至るまでの配管あるいは直接にボイラ自体を、また、低圧領域としては、中圧タービン以降、調節対象部分の自然状態の圧力より低圧側である配管系統、下流側の段落の抽気配管あるいはタービン排気室などを、それぞれ利用することができる。

中圧タービンの場合には、さらに高圧タービンの抽気配管等も含めて高圧領域とし、また、低圧タービン側を低圧領域とすることができる。また、低圧タービンの場合は、さらに、高圧排気側配管あるいは中圧タービンの抽気配管等を高圧力域とすることができ、タービン排気室などを低圧領域とすることができる。

また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、第２の実施形態で示した制御装置の特徴と、第３および第４の実施形態のそれぞれの特徴を組み合わせてもよい。

また、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…タービン、１１…ロータシャフト、１１ａ…タービンディスク、１２…タービン段落、１３…静翼、１３ａ…外側シュラウド、１３ｂ…内側シュラウド、１４…動翼、１５…排気室、１７…冷却構造、１７ａ…通路入口孔、１７ｂ…軸方向通路、１７ｃ…通路出口孔、１８…内部ケーシング、１８ａ…貫通口、１８ｂ…冷却媒体入口空間、１９…外部ケーシング、２０…バランスピストン、２０ａ…バランスピストン第１面、２０ｂ…バランスピストン第２面、２１…バランスピストン内側室、２２…バランスピストン外側室、２３…バランスピストンシール、３０…スラスト軸受、３１…回転側ディスク、３２…回転側ディスク第１面、３３…回転側ディスク第２面、３５…スラスト軸受受け部材、３６…スラスト軸受受け部材第１面、３６ａ…スラスト軸受受け部材第１面温度計、３７…スラスト軸受受け部材第２面、３７ａ…スラスト軸受受け部材第２面温度計、４１…発電機、４２…圧縮機、４３…再生熱交換器、４４…燃焼器、４４ａ…燃料、４４ｂ…作動流体、４５…冷却器、４６…湿分分離器、４７…酸素製造装置、４７ａ…空気、４７ｂ…酸素、５０…トランジションピース、５５…冷却媒体供給管、１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ…スラスト力調整機構、１１０…制御装置、１１１…入力部、１１２…演算部、１１２ａ…温度領域判定部、１１２ｂ…開度増減演算部、１１２ｃ…スラスト面圧制御部、１１２ｄ…スラスト温度制御部、１１２ｅ…スラスト面圧演算部、１１３…記憶部、１１３ａ…温度領域記憶部、１１３ｂ…スラスト面圧演算用データ記憶部、１１３ｃ…スラスト面圧設定値記憶部、１１４…出力部、１２０ａ…低圧領域、１２０ｂ…高圧領域、１２１…第１の低圧側調節弁（低圧側調節弁）、１２２…第１の高圧側調節弁（高圧側調節弁）、１２３…第２の低圧側調節弁（低圧側調節弁）、１２４…第２の高圧側調節弁（高圧側調節弁）、１２５…調節配管、１２５ａ…低圧側配管、１２５ｂ…高圧側配管、１２６…調節配管、１２６ａ…低圧側配管、１２６ｂ…高圧側配管、２００…タービン設備

Claims (8)

1. ケーシングと、
   前記ケーシングを貫通するように配設されたタービンロータと、
   前記ケーシング内に配設され、前記タービンロータの軸方向に沿って設けられた複数段のタービン段落と、
   前記タービン段落に供給される作動流体の流通によって生ずる軸方向の推力を受けるスラスト軸受と、
   前記スラスト軸受にかかるスラスト面圧を緩和するために前記タービンロータから周方向に亘って径方向に突出して前記タービンロータに形成されたバランスピストンと、
   軸方向に前記バランスピストンを挟むバランスピストン内側室およびバランスピストン外側室の少なくとも一方に、加圧側および減圧側の圧力を印加するスラスト力調整機構と、
   を備えることを特徴とするタービン。
2. 前記スラスト力調整機構は、
   低圧領域に接続された低圧側配管と、
   高圧領域に接続された高圧側配管と、
   前記低圧配管に設けられた低圧側調節弁と、
   前記高圧配管に設けられた高圧側調節弁と、
   前記低圧側調節弁および高圧側調節弁に開閉指令を出力する制御装置と、
   を具備し、
   前記低圧側配管および前記高圧側配管は、前記バランスピストン内側室および前記バランスピストン外側室の少なくとも一方に連通することを特徴とする請求項１に記載のタービン。
3. 前記スラスト力調整機構は、一端は前記低圧側配管と前記高圧側配管とに接続され、他端は前記バランスピストン内側室および前記バランスピストン外側室の少なくとも一方に連通する調整配管をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載のタービン。
4. 前記制御装置は、
   運転状態を認識する認識部と、
   前記認識部により得られた値からスラスト面圧推定値を導出するスラスト面圧演算部と、予め記憶されたスラスト軸受面圧設定値から前記スラスト面圧推定値を減じてスラスト面圧偏差を出力する減算部と、前記スラスト面圧偏差に基づき制御演算を行って開度指令信号を出力する制御要素と、を有するスラスト面圧制御部と、
   を具備することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のタービン。
5. 前記得られた値は、当該タービン各部の圧力であることを特徴とする請求項４に記載のタービン。
6. 前記得られた値は、当該タービンの負荷に対応するパラメータであることを特徴とする請求項４に記載のタービン。
7. スラスト軸受にかかるスラスト面圧を緩和するためにタービンロータから周方向に亘って径方向に突出して前記タービンロータに形成されたバランスピストンを有するタービンのスラスト力調整方法であって、
   スラスト面圧演算部が、運転状態に関する測定値からスラスト面圧推定値を導出するスラスト面圧推定ステップと、
   スラスト面圧制御部がスラスト面圧演算用データ記憶部からスラスト軸受面圧設定値を読み出す設定値読み出しステップと、
   前記スラスト面圧制御部の減算部が、前記スラスト軸受面圧設定値から前記スラスト面圧推定値を減じて、スラスト面圧偏差を出力する偏差演算ステップと、
   前記スラスト面圧制御部の制御要素が、前記スラスト面圧偏差に制御演算を施して、軸方向に前記バランスピストンを挟むバランスピストン内側室およびバランスピストン外側室の少なくとも一方に、加圧側および減圧側の圧力を印加する調節弁に開度指令信号を出力する制御演算ステップと、
   を有すること特徴とするスラスト力調整方法。
8. 前記スラスト軸受の温度が調整要領域にあるか否かを判定する判定ステップと、
   前記判定ステップで前記スラスト軸受の温度が調整要領域にあると判定された場合には、許容面圧範囲に対応する温度領域に戻るように前記調節弁に開閉指令を演算し指令信号を出力する演算ステップと、
   を有すること特徴とする請求項７に記載のスラスト力調整方法。

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