JP2021116700A - 回転機械の支持装置、支持方法および回転機械 - Google Patents

Abstract

【課題】車室の上下動を抑えること。【解決手段】軸心が水平に沿って配置されて軸受により回転可能に支持されたロータ（回転体）と、ロータを覆い外側のフランジ部１２Ｃが固定の基礎１９の上に据え付けられる低圧車室（車室）１２と、を有する蒸気タービン（回転機械）１０に設けられ、基礎１９とフランジ部１２Ｃとの間に介在されてフランジ部１２Ｃの上下方向の位置を変える可変機構２を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、回転機械の支持装置、支持方法および回転機械に関する。

例えば、特許文献１には、タービンを予め工場で組立て、静止部であるケーシング（車室）と回転体であるロータとの間隙確認や調整がほぼ済んだ、完全な組立状態にして出荷する一体輸送組を行う、タービン組立輸送架台について記載されている。このタービン組立輸送架台は、ケーシングを支持するケーシング支持部と、ロータを支持するロータ支持部とを一体構成として備え、ケーシング支持部にその高さ調整を行うためのケーシング高さ調整機構を設けるとともに、前記ロータ支持部にその支持位置を調整するためのロータ位置調整機構を設け、タービンの水平度を保持した状態での組立ておよびその組立て後の固定状態での輸送を可能としている。

特許第４３６３７９９号公報

回転機械として、例えば蒸気タービンでは、性能を向上させるため、シール部での蒸気のリークを減らすように定格時のクリアランスを低減することが重要である。一方、起動時や停止中に、静止部と回転体が最も接近する状態であるピンチポイントを迎える場合には、ピンチポイントでの接触を回避できるように初期クリアランスを確保する必要がある。

蒸気タービンの静止部である車室は、フート部（フランジ部）を有し、このフート部がメタル板である台板の上に据え付けられている。台板は、鉄筋コンクリートの基礎の上に固定されている。従って、車室は、基礎および台板に鉛直方向を支持されている。台板は、基礎の上にグラウトを介して水平を維持されてアンカーボルトで固定されている。フート部は、台板の上に調整ボルトで水平を調整されて据え付けられている。

そして、例えばダウンフローの低圧蒸気タービンの車室は、起動時の真空引き後に内圧が低下して外圧の影響を受ける内外差圧により真空荷重が下向きに作用する。通常の設計想定では、フート部で支持されており、真空荷重に耐え得るように構成されている。しかし、基礎のコンクリートやグラウトの収縮により基礎と台板の間に隙間があった場合、真空荷重によってその隙間に応じて台板および車室のフート部が変形し、車室全体が沈み込むおそれがある。この沈み込み量は、ピンチポイントに悪影響を及ぼすレベルであり、この事象により、回転体と静止部の接触を生じると、性能が低下する可能性がある。

本開示は上述した課題を解決するものであり、車室の上下動を抑えることのできる回転機械の支持装置、支持方法および回転機械を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本開示の一態様に係る回転機械の支持装置は、軸心が水平に沿って配置されて軸受により回転可能に支持された回転体と、前記回転体を覆い外側のフランジ部が固定の基礎の上に据え付けられる車室と、を有する回転機械に設けられ、前記基礎と前記フランジ部との間に介在されて前記フランジ部の上下方向の位置を変える可変機構を有する。

また、本開示の一態様に係る回転機械の支持装置では、前記可変機構は、前記基礎側の第一部材と、前記フランジ部側の第二部材と、前記第一部材と前記第二部材との上下方向の距離を相対的に変える可変部と、を有することがよい。

また、本開示の一態様に係る回転機械の支持装置では、前記基礎の上に水平に配置された台板が固定され、当該台板の上に前記フランジ部が添え付けられており、前記可変機構は、前記基礎と前記台板との間に設けられていることがよい。

また、本開示の一態様に係る回転機械の支持装置では、前記可変機構は、前記車室における前記回転体の軸方向の中央部に設けられることがよい。

また、本開示の一態様に係る回転機械の支持装置では、前記車室における前記回転体の軸方向の端部にて、前記車室の前記フランジ部を前記基礎側に固定する固定部をさらに備えることがよい。

上述の目的を達成するために、本開示の一態様に係る回転機械の支持方法は、軸心が水平に沿って配置されて軸受により回転可能に支持された回転体と、前記回転体を覆い外側のフランジ部が固定の基礎の上に据え付けられる車室と、を有する回転機械に設けられ、前記基礎と前記フランジ部との間に介在されて前記フランジ部の上下方向の位置を変える可変機構を有する支持装置を用いた回転機械の支持方法であって、前記回転機械の運転時に前記車室に掛かる荷重で前記フランジ部の位置が下がった場合、前記可変機構により前記フランジ部の位置を上げる。

また、本開示の一態様に係る回転機械の支持方法では、前記回転機械は、前記基礎の上に水平に配置された台板が固定され、当該台板の上に前記フランジ部が添え付けられており、前記可変機構により前記フランジ部の位置を上げた後の隙間にスペーサを設けることがよい。

上述の目的を達成するために、本開示の一態様に係る回転機械は、上述したいずれか１つに記載の支持装置を備えている。

本開示によれば、運転時の真空荷重により車室が沈み込む事象が生じた場合、可変機構によりフランジ部の上下方向の位置を変えることで、車室の沈み込みを直す。このため、その後の運転時に車室の沈み込むことを防止し、車室の上下動を抑えることができる。この結果、支持装置を備える回転機械では、初期クリアランスを小さく設定できるようになり、運転時（定格時）のクリアランスを低減でき、性能を向上できる。

図１は、回転機械の一例を示す概略側面図である。 図２は、回転機械の一例を示す概略平面図である。 図３は、本発明の実施形態に係る支持装置を示す図である。 図４は、本発明の実施形態に係る支持装置の動作を示す図である。 図５は、本発明の実施形態に係る支持装置の動作を示す図である。 図６は、本発明の実施形態に係る支持装置の他の例を示す図である。 図７は、本発明の実施形態に係る支持装置の他の例を示す図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、回転機械の一例を示す概略側面図である。図２は、回転機械の一例を示す概略平面図である。

本実施形態における回転機械は、蒸気タービン１０を一例としている。図１〜図２に示す蒸気タービン１０は、高中圧車室１１および低圧車室１２を有する。高中圧車室１１と低圧車室１２との連結部１６（図２参照）は、図示しない伸縮継手を介して密封して連結されている。連結された高中圧車室１１および低圧車室１２には、翼列１３が設けられたロータ１７が収納されている。ロータ１７の回転中心である軸心Ｃは、高中圧車室１１と低圧車室１２とが連結する水平方向に沿って延びて配置されている。この軸心Ｃの延びる方向を軸方向という。ロータ１７は、軸方向の各端部が、高中圧車室１１と低圧車室１２との外側において軸受１８により回転可能に支持されている。なお、翼列１３およびロータ１７を含み回転体という。

高中圧車室１１と、低圧車室１２と、ロータ１７を支持する軸受１８とは、基礎１９によって支持されている。基礎１９は、鉄筋コンクリートで堅牢に構成され、例えば、発電所の建屋に固定されている。基礎１９は、図２に示すように、高中圧車室１１および低圧車室１２の下側の一部が収納される凹部１９Ａが形成されている。低圧車室１２は、凹部１９Ａに一部が収納され、外側に突出したフランジ部１２Ｃを介して基礎１９の上に据え付けられている。

高中圧車室１１は、高中圧上半車室１１Ａと高中圧下半車室１１Ｂとの半割構造になっており、高中圧上半車室１１Ａと高中圧下半車室１１Ｂとがボルトにより互いに締結されている。高中圧車室１１は、高中圧下半車室１１Ｂの外側に突出したフランジ部（図示せず）を介して基礎１９の上に据え付けられている。

低圧車室１２は、低圧上半車室１２Ａと低圧下半車室１２Ｂとの半割構造になっており、低圧上半車室１２Ａと低圧下半車室１２Ｂとがボルトにより互いに締結されている。低圧車室１２は、低圧下半車室１２Ｂの外側に突出したフランジ部１２Ｃを介して基礎１９の上に据え付けられている。また、低圧下半車室１２Ｂは、その下部が復水器（図示せず）に接続されている。

このような蒸気タービン１０において、起動時に高中圧車室１１および低圧車室１２が真空引きされる。低圧車室１２は、下部が復水器に接続されており、真空引きにより内圧が低下して内外差圧により外圧の影響を受けて図１に示すように真空荷重Ｇが下向きに作用する。

低圧車室１２は、真空荷重Ｇに耐え得るように構成されている。低圧車室１２は、図２に示すように、軸心Ｃを間においた両側にフランジ部１２Ｃが形成されている。一方、低圧車室１２のフランジ部１２Ｃが据え付けられる基礎１９は、図２に示すように、その上面１９Ｂにメタル板からなる台板２０が固定されている。台板２０は、フランジ部１２Ｃの形状に沿ってフランジ部１２Ｃの下側の位置にて、基礎１９の上面１９Ｂに固定されている。

しかし、基礎１９のコンクリートや、基礎１９と台板２０との間のグラウトの収縮により基礎１９と台板２０との間に隙間が生じた場合、真空荷重Ｇによってその隙間に応じて台板２０およびフランジ部１２Ｃが変形し、図１に矢印Ａで示すように低圧車室１２の一部が沈み込む事象が生じるおそれがある。この低圧車室１２の沈み込みは、低圧車室１２が高中圧車室１１と連結される連結部１６側で作用しやすい。このように低圧車室１２が沈み込むと、連結部１６側とは軸方向の反対側では、図１に矢印Ｂで示すように低圧車室１２の一部が浮き上がる事象が生じるおそれがある。

そこで、本実施形態では、このような回転機械である蒸気タービン１０の事象を抑制し、低圧車室１２の上下動を抑えることのできる支持装置を提供する。

図３は、本実施形態に係る支持装置を示す図である。図４および図５は、本実施形態に係る支持装置の動作を示す図である。

図３に示すように、支持装置１は、基礎１９とフランジ部１２Ｃとの間に介在されてフランジ部１２Ｃの上下方向の位置を変える可変機構２を有する。

可変機構２は、第一部材２Ａと、第二部材２Ｂと、可変部２Ｃと、を有する。

第一部材２Ａは、板状に形成されて基礎１９側に配置される。第一部材２Ａは、基礎１９において、台板２０の下側に形成された凹所１９Ｃの底部１９Ｃａに配置される。

第二部材２Ｂは、フランジ部１２Ｃ側に配置される。第二部材２Ｂは、押圧面２Ｂａと、傾斜面２Ｂｂと、を有する。押圧面２Ｂａは、上方に向き水平な平坦面であってフランジ部１２Ｃに沿って配置される。傾斜面２Ｂｂは、押圧面２Ｂａの下側で、水平に対して傾斜して平坦に設けられている。

可変部２Ｃは、第一部材２Ａと第二部材２Ｂとの上下方向の距離を相対的に変える。可変部２Ｃは、移動子２Ｃａと、移動操作部２Ｃｂと、を有する。移動子２Ｃａは、第一部材２Ａと第二部材２Ｂとの間に設けられている。移動子２Ｃａは、第一部材２Ａにおける上面である平坦な支持面２Ａｃに対向して接触し得る平坦な底面２Ｃａａと、第二部材２Ｂにおける傾斜面２Ｂｂに対向して接触し得るように水平に対して傾斜する平坦な傾斜面２Ｃａｂと、を有している。従って、移動子２Ｃａは、傾斜面２Ｃａｂが第二部材２Ａの傾斜面２Ｂｂに接触し、底面２Ｃａａが第一部材２Ａの支持面２Ａｃに接触している状態で、第二部材２Ａを支持する。また、移動子２Ｃａは、傾斜面２Ｃａｂおよび傾斜面２Ｂｂｂが傾斜する方向に沿って相対的にスライド移動することで、第二部材２Ａを上下方向に移動させる。このように、移動子２Ｃａは、基礎１９の凹所１９Ｃに固定の第一部材２Ａと、上下方向に移動可能な第二部材２Ｂとの間で、スライド移動により第二部材２Ｂを移動させる楔形状に形成されている。移動操作部２Ｃｂは、移動子２Ｃａをスライド移動させるためのもので、例えばボルトやアクチュエータが用いられる。

このように構成された可変機構２は、図３に示すように、蒸気タービン１０を組み立てて運転をしていない状態において、低圧車室１２の荷重（自重）を受けないようにフランジ部１２Ｃの下側に配置される。具体的には、可変機構２は、第一部材２Ａが台板２０の下側に形成された凹所１９Ｃの底部１９Ｃａに配置され、第二部材２Ｂが台板２０の下側に第二部材２Ｂの押圧面２Ｂａが配置されている。

そして、図４に示すように、例えば、基礎１９のコンクリートや、基礎１９と台板２０との間のグラウト２１の収縮により基礎１９と台板２０との間に隙間が生じた場合、真空荷重Ｇによってその隙間に応じて低圧車室１２の一部が沈み込む事象が生じる。図４では、グラウト２１が収縮した状態を示している。

この事象が生じた場合、蒸気タービン１０の運転を停止した状態で、図５に示すように、可変機構２の可変部２Ｃを操作して第一部材２Ａと第二部材２Ｂとの上下方向の距離を相対的に変え、第二部材２Ｂの押圧面２Ｂａで台板２０を上方に持ち上げることで、台板２０を図５に示すような水平な位置に戻すことができる。

また、フランジ部１２Ｃを組み立て時の位置に戻すと、フランジ部１２Ｃが台板２０から離れる。このため、図５に示すように、台板２０が基礎１９から離れた隙間にシムなどのスペーサ４を設ける。なお、スペーサ４を設けた場合、可変機構２により台板２０を支持した状態を維持してもよく、可変機構２による台板２０の支持を解いてもよい。図５に示すスペーサ４は設けなくてもよいが、この場合は可変機構２で台板２０を支持した状態を維持する。

図６は、本実施形態に係る支持装置の他の例を示す図である。図６に示すように、可変機構２は、基礎１９とフランジ部１２Ｃとの間に設けられてフランジ部１２Ｃを上方に持ち上げるように構成されていてもよい。この場合、スペーサ４は、フランジ部１２Ｃが台板２０から離れた隙間に設けられる。このようにスペーサ４を設けた場合、可変機構２によりフランジ部１２Ｃを支持した状態を維持してもよく、可変機構２によるフランジ部１２Ｃの支持を解いてもよい。スペーサ４は設けなくてもよいが、この場合は可変機構２でフランジ部１２Ｃを支持した状態を維持する。

このように、本実施形態の支持装置１は、軸心Ｃが水平に沿って配置されて軸受１８により回転可能に支持されたロータ（回転体）１７と、ロータ１７を覆い外側のフランジ部１２Ｃが固定の基礎１９の上に据え付けられる低圧車室（車室）１２と、を有する蒸気タービン（回転機械）１０に設けられ、基礎１９とフランジ部１２Ｃとの間に介在されてフランジ部１２Ｃの上下方向の位置を変える可変機構２を有する。

従って、運転時の真空荷重Ｇにより低圧車室１２が沈み込む事象が生じた場合、可変機構２によりフランジ部１２Ｃの上下方向の位置を変えることで、低圧車室１２の沈み込みを直す。このため、その後の運転時に低圧車室１２が沈み込むことを防止し、低圧車室１２の上下動を抑えることができる。この結果、支持装置１を備える蒸気タービン１０では、初期クリアランスを小さく設定できるようになり、運転時（定格時）のクリアランスを低減でき、性能を向上できる。なお、可変機構２によるフランジ部１２Ｃの上下方向の位置の可変は、低圧車室１２の低圧上半車室１２Ａと低圧下半車室１２Ｂとを締結し、かつロータ１７を覆った状態で行うことができる。可変機構２を用いない場合は、低圧上半車室１２Ａと低圧下半車室１２Ｂとの締結を外し、ロータ１７を取り除いた状態として、低圧下半車室１２Ｂをクレーンなどで持ち上げて沈み込みを補修しなければならない。従って、可変機構２によりフランジ部１２Ｃの上下方向の位置を変えることで、補修作業の効率化を図ることができる。

また、本実施形態の支持装置１では、可変機構２は、基礎１９側の第一部材２Ａと、フランジ部１２Ｃ側の第二部材２Ｂと、第一部材２Ａと第二部材２Ｂとの上下方向の距離を相対的に変える可変部２Ｃと、を有する。

従って、この可変機構２により、フランジ部１２Ｃの上下方向の位置を変えることを実施できる。

また、本実施形態の支持装置１では、基礎１９の上に水平に配置された台板２０が固定され、当該台板２０の上にフランジ部１２Ｃが添え付けられており、可変機構２は、基礎１９と台板２０との間に設けられている。

従って、可変機構２により、台板２０を介してフランジ部１２Ｃの上下方向の位置を変えることができる。

また、本実施形態の支持装置１では、可変機構２は、低圧車室１２におけるロータ１７の軸方向の中央部に設けられる。具体的には、可変機構２は、図３に示すように、フランジ部１２Ｃにおいて、低圧車室１２が高中圧車室１１と連結される連結部１６側に配置される。

従って、上述したように、低圧車室１２の沈み込みは、低圧車室１２が高中圧車室１１と連結される軸方向の中央部である連結部１６側で作用しやすいため、この中央部に可変機構２を設けることで、低圧車室１２の沈み込むことを防止できる。

また、本実施形態の支持方法は、蒸気タービン１０の運転時に低圧車室１２に掛かる荷重でフランジ部１２Ｃの位置が下がった場合、可変機構２によりフランジ部１２Ｃの位置を上げて低圧車室１２に掛かる荷重の一部を受ける。

従って、運転時に低圧車室１２の沈み込むことを防止し、低圧車室１２の上下動を抑えることができる。

また、本実施形態の支持方法は、可変機構２によりフランジ部１２Ｃの位置を上げた後の隙間にスペーサ４を設ける。

従って、台板２０に対するフランジ部１２Ｃの据え付け状態を確保できる。

図７は、本実施形態に係る支持装置の他の例を示す図である。

図７に示すように、支持装置１は、上述した可変機構２に加え、低圧車室１２におけるロータ１７の軸方向の端部にて、低圧車室１２のフランジ部１２Ｃを基礎１９側に固定する固定部３をさらに備える。

固定部３は、固定ボルトとして構成され、フランジ部１２Ｃを貫通し台板２０にねじ込まれる。台板２０は、上述したようにアンカーボルト２２により基礎１９に固定されているからフランジ部１２Ｃは、固定部３により台板２０を介して基礎１９に固定される。

また、固定部３の位置は、フランジ部１２Ｃにおいて、低圧車室１２が高中圧車室１１と連結される連結部１６側とは軸方向の反対側で軸心Ｃに交差して延びる第三部分１２Ｃｃに設けられる。

上述したように、連結部１６側とは軸方向の反対側では、上述したように低圧車室１２の一部が浮き上がる事象が生じるおそれがある。従って、低圧車室１２の浮き上がる部分を固定部３で固定することで、低圧車室１２の浮き上がる事象が生じることも防止できる。

１ 支持装置
２ 可変機構
２Ａ 第一部材
２Ａａ 支持面
２Ｂ 第二部材
２Ｂａ 押圧面
２Ｂｂ 傾斜面
２Ｃ 可変部
２Ｃａ 移動子
２Ｃａａ 底面
２Ｃａｂ 傾斜面
２Ｃｂ 移動操作部
３ 固定部
４ スペーサ
１０ 蒸気タービン（回転機械）
１１ 高中圧車室
１１Ａ 高中圧上半車室
１１Ｂ 高中圧下半車室
１２ 低圧車室
１２Ａ 低圧上半車室
１２Ｂ 低圧下半車室
１２Ｃ フランジ部
１３ 翼列
１６ 連結部
１７ ロータ
１８ 軸受
１９ 基礎
１９Ａ 凹部
１９Ｂ 上面
１９Ｃ 凹所
１９Ｃａ 底部
２０ 台板
２１ グラウト
Ｃ 軸心
Ｇ 真空荷重

Claims (8)

1. 軸心が水平に沿って配置されて軸受により回転可能に支持された回転体と、前記回転体を覆い外側のフランジ部が固定の基礎の上に据え付けられる車室と、を有する回転機械に設けられ、
   前記基礎と前記フランジ部との間に介在されて前記フランジ部の上下方向の位置を変える可変機構を有する、回転機械の支持装置。
2. 前記可変機構は、
   前記基礎側の第一部材と、
   前記フランジ部側の第二部材と、
   前記第一部材と前記第二部材との上下方向の距離を相対的に変える可変部と、
   を有する、請求項１に記載の回転機械の支持装置。
3. 前記基礎の上に水平に配置された台板が固定され、当該台板の上に前記フランジ部が添え付けられており、
   前記可変機構は、前記基礎と前記台板との間に設けられている、請求項１または２に記載の回転機械の支持装置。
4. 前記可変機構は、前記車室における前記回転体の軸方向の中央部に設けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載の回転機械の支持装置。
5. 前記車室における前記回転体の軸方向の端部にて、前記車室の前記フランジ部を前記基礎側に固定する固定部をさらに備える、請求項４に記載の回転機械の支持装置。
6. 軸心が水平に沿って配置されて軸受により回転可能に支持された回転体と、前記回転体を覆い外側のフランジ部が固定の基礎の上に据え付けられる車室と、を有する回転機械に設けられ、前記基礎と前記フランジ部との間に介在されて前記フランジ部の上下方向の位置を変える可変機構を有する支持装置を用いた回転機械の支持方法であって、
   前記回転機械の運転時に前記車室に掛かる荷重で前記フランジ部の位置が下がった場合、前記可変機構により前記フランジ部の位置を上げる、回転機械の支持方法。
7. 前記回転機械は、前記基礎の上に水平に配置された台板が固定され、当該台板の上に前記フランジ部が添え付けられており、
   前記可変機構により前記フランジ部の位置を上げた後の隙間にスペーサを設ける、請求項６に記載の回転機械の支持方法。
8. 請求項１から５のいずれか１項に記載の支持装置を備える、回転機械。

Images