JP2023094313A - 蒸気タービンの安全装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常の運転時は問題なく蒸気量の制御を可能にし、電源および作動圧力喪失時には蒸気量制御弁を閉止させることができる蒸気タービンの安全装置の提供。【解決手段】蒸気タービン１の安全装置は、油圧アクチュエータ８と、油圧アクチュエータ８によって支軸９２を中心に回動するレバー部材９１と、レバー部材９１に連結され、レバー部材９１の回動によって、蒸気タービン１に蒸気を供給する蒸気室４の蒸気流路４ａを開閉する蒸気量制御弁６と、油圧アクチュエータ８よりも支軸９２の近くに配置され、蒸気量制御弁６が閉じる方向にレバー部材９１を付勢する付勢装置１０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、蒸気タービンの安全装置に関するものである。

蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気量制御弁は、蒸気タービンの運転を制御するガバナーバルブと称され、油圧または空圧で駆動する流体圧力式アクチュエータによって動作する。流体圧力式アクチュエータは、電気信号により制御されているが、何らかの原因によりプラントの電源が喪失したり、作動圧力を喪失したりすると、流体圧力式アクチュエータの動作が止まるため、蒸気タービンの運転が制御不能になり大きな事故につながる可能性がある。

これを防止するため、下記特許文献１に記載の流体圧力式アクチュエータ（油圧アクチュエータ）は、先端部に弁体を備えて進退するピストンロッドに弾性体（スプリング）を装着している。流体圧力式アクチュエータの電源および作動圧力が喪失した場合、ピストンロッドに装着した弾性体が、弁体が閉止する方向にピストンロッドを付勢するため、蒸気タービンを安全に停止させることができる。

特許第６８６１５０１号公報

上記従来技術では、流体圧力式アクチュエータのピストンロッドにスプリングを装着して、電源および作動圧力喪失時に蒸気流路を閉止させる構成となっていたため、弁体を閉じるまでに必要なスプリングのストロークが長く、適切なばね設計が困難になるという問題があった。適切なばね設計ができなくなると、流体圧力式アクチュエータの力とばね力をうまくバランスさせることができず、通常の運転時の蒸気量の制御に問題をきたす虞がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、通常の運転時は問題なく蒸気量の制御を可能にし、電源および作動圧力喪失時には蒸気量制御弁を閉止させることができる蒸気タービンの安全装置の提供を目的とする。

本発明の一態様に係る蒸気タービンの安全装置は、流体圧力式アクチュエータと、前記流体圧力式アクチュエータによって支軸を中心に回動するレバー部材と、前記レバー部材に連結され、前記レバー部材の回動によって、蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気室の蒸気流路を開閉する蒸気量制御弁と、前記流体圧力式アクチュエータよりも前記支軸の近くに配置され、前記蒸気量制御弁が閉じる方向に前記レバー部材を付勢する付勢装置と、を備える。

上記蒸気タービンの安全装置においては、前記レバー部材の一端部は、前記蒸気室の直上まで延びており、前記蒸気量制御弁は、前記蒸気室を貫通し、前記蒸気室の直上で前記レバー部材の前記一端部と連結され、前記付勢装置は、前記蒸気室の直上から離間した位置に配置されていてもよい。

上記蒸気タービンの安全装置においては、前記レバー部材の他端部には、前記流体圧力式アクチュエータが連結され、前記支軸は、前記レバー部材の前記一端部と前記他端部との間に設けられ、前記付勢装置は、前記レバー部材における前記支軸と前記他端部との間に連結されていてもよい。

上記蒸気タービンの安全装置においては、前記付勢装置を支持するスペーサ部材を備え、前記スペーサ部材の下部には、下方に向かって突設された複数の接地部が形成されていてもよい。

上記蒸気タービンの安全装置においては、前記スペーサ部材の上部には、上方に向かって突設された複数の支持部が形成され、前記支持部と前記接地部は、平面視で互い違いに配置されていてもよい。

上記本発明の一態様によれば、通常の運転時は問題なく蒸気量の制御を可能にし、電源および作動圧力喪失時には蒸気量制御弁を閉止させることができる蒸気タービンの安全装置を提供できる。

一実施形態に係る蒸気タービンの概略構成図である。 一実施形態に係る蒸気室の周辺構成の詳細図である。 一実施形態に係る付勢装置の断面構成図である。 一実施形態に係るスペーサ部材の正面図である。 一実施形態に係るスペーサ部材の平面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、一実施形態に係る蒸気タービン１の概略構成図である。
図１に示すように、蒸気タービン１は、羽根車２と、羽根車２を収容する車室３と、車室３内に蒸気を供給する蒸気室４と、車室３を通過した蒸気を排気する排気路５と、を備えている。

羽根車２は、回転軸２ａと、回転軸２ａに固定された複数のタービン翼２ｂ（動翼）と、を備えている。タービン翼２ｂは、回転軸２ａの軸方向に間隔をあけて多段で設けられている。軸方向で隣り合うタービン翼２ｂの間には、図示しない静翼が設けられている。静翼は、車室３側に固定されている。

蒸気室４は、タービン翼２ｂの一段目に向かって蒸気を供給する蒸気流路４ａを備えている。蒸気室４には、蒸気流路４ａを開閉する蒸気量制御弁６が設けられている。蒸気量制御弁６の上端部は、蒸気室４の外部まで延びて、リンク機構９の一端部と連結されている。

リンク機構９の他端部には、油圧アクチュエータ８（流体圧力式アクチュエータ）が連結されている。油圧アクチュエータ８は、電気信号により制御されている。油圧アクチュエータ８は、リンク機構９の他端部を上下動させることで、リンク機構９の一端部に連結された蒸気量制御弁６を上下動させる。

次に、上記蒸気タービン１の安全装置の構成について詳しく説明する。

図２は、一実施形態に係る蒸気室４の周辺構成の詳細図である。
蒸気タービン１の安全装置は、上述した油圧アクチュエータ８と、リンク機構９と、蒸気量制御弁６と、後述する付勢装置１０によって構成されている。図２に示すように、蒸気室４の底部には、弁座４１が設けられている。蒸気室４と蒸気流路４ａは、円筒状の弁座４１の内側を介して連通している。

蒸気量制御弁６は、弁座４１に上方から着座する弁体６１と、弁体６１が下端部に固定された弁棒６２と、を備えている。蒸気室４の頂部には、弁棒６２が貫通する貫通孔４２が形成されている。蒸気室４の直上には、貫通孔４２を封止すると共に、弁棒６２を上下にガイドする蓋部材４３が固定されている。なお、詳細には、弁体６１は、その上方に配置された部品に接続され、当該部品は図２の紙面奥行き方向に延びており、弁棒６２の下端部がその部品に接続されている。

弁棒６２は、蓋部材４３よりも上方に延びている。弁棒６２の上端部は、連結軸６３を介してリンク機構９に対し回転可能に連結されている。なお、上述した蒸気室４及び蒸気量制御弁６は、不図示であるが紙面奥行き方向に並設されており、各蒸気室４の蒸気流路４ａを蒸気量制御弁６で閉じるタイミングを異ならせることで、リンク機構９の傾きに応じて車室３に供給する蒸気量を制御するようになっている。

リンク機構９は、油圧アクチュエータ８によって作動する。油圧アクチュエータ８は、油圧シリンダ８１と、油圧シリンダ８１によって進退するピストンロッド８２と、を備えている。油圧シリンダ８１は、図示しない油圧ポンプと接続されている。油圧シリンダ８１の内部の作動室に、油圧ポンプから作動油が注入されることで、ピストンロッド８２が上下動する。ピストンロッド８２の上端部は、連結軸８３を介してリンク機構９に対し回転可能に連結されている。

リンク機構９は、油圧アクチュエータ８によって支軸９２を中心に回動するレバー部材９１を備えている。支軸９２は、軸受部９３及び台座部９４を介して、蓋部材４３に支持されている。レバー部材９１は、支軸９２が延びる水平方向（紙面奥行き方向）と直交する方向に延びており、その一端部９１Ａに弁棒６２の上端部が連結軸６３を介して連結され、その他端部９１Ｂにピストンロッド８２の上端部が連結軸８３を介して連結されている。

付勢装置１０は、蒸気タービン１の安全装置の主要部であり、油圧アクチュエータ８よりも支軸９２の近くに配置され、蒸気量制御弁６が閉じる方向に、本実施形態では上方に向かってレバー部材９１を付勢する。付勢装置１０は、レバー部材９１における支軸９２と他端部９１Ｂとの間に、連結軸１４を介して連結されている。

なお、支軸９２から弁棒６２の連結軸６３までの距離をＤ１、支軸９２からピストンロッド８２の連結軸８３までの距離をＤ２、支軸９２から付勢装置１０の連結軸１４までの距離をＤ３とすると、Ｄ３＜Ｄ１＜Ｄ２の関係を有している。なお、この関係は、一例であり、例えば、Ｄ１＝Ｄ２となる関係もあり得る。

付勢装置１０は、高温となる蒸気室４の直上（図２において符号４０で示す）から離間した位置に配置されている。具体的に、付勢装置１０は、蒸気室４に連設された梁４４の上面にスペーサ部材１３を介して設置されている。なお、付勢装置１０は、ガイドロッド１１及びジャッキアップ装置１２によって昇降可能とされている。

図３は、一実施形態に係る付勢装置１０の断面構成図である。
図３に示すように、付勢装置１０は、有底筒状のハウジング１０１と、ハウジング１０１内に収容されたスプリング１０６と、を概略備えている。

ハウジング１０１の周面には、上下方向に延びる長孔１０２が周方向に間隔をあけて複数形成されている。本実施形態では、長孔１０２がハウジング１０１の周面に９０°間隔で４つ形成されている。長孔１０２からは、ハウジング１０１内部のスプリング１０６を視認することができる。

ハウジング１０１の周面の長孔１０２よりも下側には、フランジ１０３が径方向外側に突設されている。フランジ１０３には、図２に示す複数のガイドロッド１１が上下に貫通して係合している。ハウジング１０１の底部１０４は、複数のジャッキアップ装置１２によって支持されている。

図３に示すように、ハウジング１０１の底部１０４の上面側には、スプリング１０６の下端部を受けるばね受け１０５が設けられている。スプリング１０６は、ハウジング１０１の内周壁によって上下にガイドされると共に、その上端部で天板１０７を支持している。天板１０７の下面側には、スプリング１０６の上端部を受けるばね受け１０８が設けられている。

天板１０７の上面側には、リンク部材１０９が上方に向かって突設されている。リンク部材１０９の上端部は、上述した連結軸１４を介してレバー部材９１に回転可能に連結されている。

次に、上記付勢装置１０を支持するスペーサ部材１３の構成について説明する。

図４は、一実施形態に係るスペーサ部材１３の正面図である。図５は、一実施形態に係るスペーサ部材１３の平面図である。
図４に示すように、スペーサ部材１３の下部には、下方に向かって突設された複数の接地部１３１が形成されている。接地部１３１は、上述した梁４４の上面に接触する部分である。

また、スペーサ部材１３の上部には、上方に向かって突設された複数の支持部１３２が形成されている。支持部１３２は、上述した付勢装置１０の底部１０４の下面側に接触する部分である。

図５に示すように、スペーサ部材１３は、平面視でリング状に形成されている。支持部１３２と接地部１３１は、平面視で互い違いに配置されている。具体的に、支持部１３２は、スペーサ部材１３の周方向において一定の間隔をあけて複数形成されている。また、接地部１３１は、スペーサ部材１３の周方向において支持部１３２と同数且つ同じ間隔で複数形成されるが、支持部１３２に対して半ピッチ分、位相がずれている。

上記構成の蒸気タービン１の安全装置によれば、仮に油圧アクチュエータ８において電源の喪失または油圧の喪失が発生した場合、図２に示すように、付勢装置１０のスプリング１０６の付勢によってレバー部材９１を押し上げるため、蒸気量制御弁６が蒸気流路４ａを閉じる方向（下方）に移動し、蒸気タービン１への供給を停止することができる。

この付勢装置１０は、油圧アクチュエータ８よりも支軸９２の近くに配置されていることから、仮に油圧アクチュエータ８の直上に配置した場合よりも、蒸気量制御弁６を閉じるまでに必要なスプリング１０６のストロークが短く済む。よって、スプリング１０６の適切なばね設計が容易になる。

また、付勢装置１０が油圧アクチュエータ８よりも支軸９２の近くに配置されていることから、付勢装置１０がレバー部材９１を常時押し上げていても、支軸９２からより離れた位置に配置された油圧アクチュエータの方がその力によるトルクは大きく且つ支配的になり、通常の運転時の蒸気量の制御に問題をきたす虞はない。

このように、上述した本実施形態に係る蒸気タービン１の安全装置は、油圧アクチュエータ８と、油圧アクチュエータ８によって支軸９２を中心に回動するレバー部材９１と、レバー部材９１に連結され、レバー部材９１の回動によって、蒸気タービン１に蒸気を供給する蒸気室４の蒸気流路４ａを開閉する蒸気量制御弁６と、油圧アクチュエータ８よりも支軸９２の近くに配置され、蒸気量制御弁６が閉じる方向にレバー部材９１を付勢する付勢装置１０と、を備える。この構成によれば、通常の運転時は問題なく蒸気量の制御を可能にし、電源および油圧喪失時には蒸気量制御弁６を閉止させることができる。

また、本実施形態においては、レバー部材９１の一端部９１Ａは、蒸気室４の直上まで延びており、蒸気量制御弁６は、蒸気室４を貫通し、蒸気室４の直上でレバー部材９１の一端部９１Ａと連結され、付勢装置１０は、蒸気室４の直上から離間した位置に配置されている。蒸気室４の直上は、熱伝導などにより非常に高温となり、スプリング１０６の使用可能温度を超える場合がある。このため、付勢装置１０を蒸気室４の直上から離すことで熱伝導を抑制することができる。

また、本実施形態においては、レバー部材９１の他端部９１Ｂには、油圧アクチュエータ８が連結され、支軸９２は、レバー部材９１の一端部９１Ａと他端部９１Ｂとの間に設けられ、付勢装置１０は、レバー部材９１における支軸９２と他端部９１Ｂとの間に連結されている。この構成によれば、付勢装置１０が支軸９２に対して油圧アクチュエータ８が同じ他端部９１Ｂ側に配置されているため、仮に付勢装置１０が支軸９２に対して一端部９１Ａ側に配置されているよりも、蒸気室４から離すことができ、蒸気室４からの熱伝導を抑制できる。

また、本実施形態においては、付勢装置１０を支持するスペーサ部材１３を備え、スペーサ部材１３の下部には、下方に向かって突設された複数の接地部１３１が形成されている。この構成によれば、梁４４を介した蒸気室４からの熱伝導を抑制するために接触面積が小さくなるようなスペーサ部材１３を挟むことで、スプリング１０６の温度上昇を低減することができる。

また、本実施形態においては、スペーサ部材１３の上部には、上方に向かって突設された複数の支持部１３２が形成され、支持部１３２と接地部１３１は、平面視で互い違いに配置されている。この構成によれば、図４に示すように、接地部１３１から支持部１３２への熱伝導経路１３３が曲がって長くなるため、接地部１３１から支持部１３２に直に熱が伝わり難くなり、スプリング１０６の温度上昇を低減する効果をより高めることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

例えば、上記実施形態では、支軸９２が、レバー部材９１の一端部９１Ａと他端部９１Ｂとの間に設けられる構成について説明したが、この構成に限定されない。例えば、レバー部材９１の一端部９１Ａが蒸気室４の先まで延びており、その一端部９１Ａに支軸９２が設けられ、支軸９２に対して同じ他端部９１Ｂ側に、蒸気量制御弁６、付勢装置１０、及び油圧アクチュエータ８がこの順に連結される場合もある。
また、上記実施形態では、流体圧力式アクチュエータとして、油圧アクチュエータ８を例示したが、空圧アクチュエータであっても構わない。

１…蒸気タービン、２…羽根車、２ａ…回転軸、２ｂ…タービン翼、３…車室、４…蒸気室、４ａ…蒸気流路、５…排気路、６…蒸気量制御弁、８…油圧アクチュエータ（流体圧力式アクチュエータ）、９…リンク機構、１０…付勢装置、１１…ガイドロッド、１２…ジャッキアップ装置、１３…スペーサ部材、１４…連結軸、４１…弁座、４２…貫通孔、４３…蓋部材、４４…梁、６１…弁体、６２…弁棒、６３…連結軸、８１…油圧シリンダ、８２…ピストンロッド、８３…連結軸、９１…レバー部材、９１Ａ…一端部、９１Ｂ…他端部、９２…支軸、９３…軸受部、９４…台座部、１０１…ハウジング、１０２…長孔、１０３…フランジ、１０４…底部、１０６…スプリング、１０７…天板、１０９…リンク部材、１３１…接地部、１３２…支持部、１３３…熱伝導経路

Claims (5)

1. 流体圧力式アクチュエータと、
   前記流体圧力式アクチュエータによって支軸を中心に回動するレバー部材と、
   前記レバー部材に連結され、前記レバー部材の回動によって、蒸気タービンに蒸気を供給する蒸気室の蒸気流路を開閉する蒸気量制御弁と、
   前記流体圧力式アクチュエータよりも前記支軸の近くに配置され、前記蒸気量制御弁が閉じる方向に前記レバー部材を付勢する付勢装置と、を備える、ことを特徴とする蒸気タービンの安全装置。
2. 前記レバー部材の一端部は、前記蒸気室の直上まで延びており、
   前記蒸気量制御弁は、前記蒸気室を貫通し、前記蒸気室の直上で前記レバー部材の前記一端部と連結され、
   前記付勢装置は、前記蒸気室の直上から離間した位置に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンの安全装置。
3. 前記レバー部材の他端部には、前記流体圧力式アクチュエータが連結され、
   前記支軸は、前記レバー部材の前記一端部と前記他端部との間に設けられ、
   前記付勢装置は、前記レバー部材における前記支軸と前記他端部との間に連結されている、ことを特徴とする請求項２に記載の蒸気タービンの安全装置。
4. 前記付勢装置を支持するスペーサ部材を備え、
   前記スペーサ部材の下部には、下方に向かって突設された複数の接地部が形成されている、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の蒸気タービンの安全装置。
5. 前記スペーサ部材の上部には、上方に向かって突設された複数の支持部が形成され、
   前記支持部と前記接地部は、平面視で互い違いに配置されている、ことを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービンの安全装置。

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