JP2654196B2 - ガスタービンの可変制御機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はガスタービンの可変制御機構に係り、とくに
ケーシングの熱変位に対して可動部品を高精度に駆動制
御するのに好適なガスタービンの可変制御機構に関す
る。

〔従来の技術〕

従来のガスタービンの可変制御機構は一般に円筒形状
をしたケーシングの外周に可動リングを設け、該可動リ
ングを円周方向に回動させることにより、リンク機構あ
るいは歯車機構を介してケーシングの内部の部品を作動
させるように構成されている。

このようにケーシングの外周で可動リングを摺動可能
に支持する場合には、ケーシングと可動リングとの運転
中の熱伸び量を吸収する方法が要求される。

そこで、従来はケーシングの外周に複数個のローラを
設け、該複数個のローラにより可動リングの内周側のみ
を支持するようにしている。

なお、この種の機構として関連するものは、たとえば
特開昭48-45912号公報などが挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、運転中の熱伸び量を考慮してケーシ
ングと可動リングを設定している。

しかるに起動から定格運転状態に至るまでのケーシン
グと可動リングとの温度上昇の違いによる熱伸び量の差
をローラによる支持機構により吸収することができない
ため、ケーシングと可動リングとの位置関係が変化す
る。

とくに上記従来技術ではケーシングの外側に設けられ
たローラにより可動リングの内周側のみを支持している
ため、定格状態時の最大熱伸び量の差で設計・組立てら
れた可動リングは過渡時にはケーシングと可動リングと
の位置関係が大きく変化し、ケーシング内部の部品の移
動量にばらつきが生じて制御精度が低下するという問題
があった。

本発明の目的は、ガスタービンの負荷運転の過渡期に
ケーシングが熱変位しても該ケーシングと可動リングと
を相対的中心位置の偏位を減少し、可動部品を高精度に
駆動制御可能とするガスタービンの可変制御機構を提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の可変速制御機構においては、ガスタービンの
ケーシングの外周に該ガスタービンと同心上に配置され
ると共に、ケーシングに対し水平方向及び上下方向の移
動が許容された状態で支持される固定リングと、固定リ
ングの内側に固定リング及びガスタービンケーシングと
同心上に配置され、かつ内周がガスタービンケーシング
の外周と距離を隔ててなる可動リングと、該可動リング
の円周上に一端が連結されると共に、他端がガスタービ
ンケーシングの円周上に連結されたリンク手段と、可動
リングの駆動時、該可動リングをリンク手段を介しガス
タービンケーシングの周方向に沿って回動させる駆動手
段と、膨張時における固定リングとケーシングとの間の
当接部の水平方向，及び垂直方向の相対移動を許容する
摺動ガイド手段とを有している。

そして、かつ該摺動ガイド手段は、ガスタービンケー
シングの外周部にその軸心を通る水平線に沿って突設さ
れたフランジと、固定リングに前記フランジ上で水平方
向に摺動可能に突設されたキーと、ガスタービンケーシ
ングの外周部において軸心を通る上部に形成された溝
と、固定リングの前記溝と対応する位置に形成され、か
つ前記溝と互いに上下方向に沿い摺動可能に嵌挿するキ
ーとからなることを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明では、上述の如き固定リングと可動リングとリ
ンク手段と駆動手段と摺動ガイド手段とを有しているの
で、ケーシングの膨張によりケーシング中心が上下方向
に移動したとき、ケーシングのフランジに固定リングの
キーが摺接していることにより、ケーシングと同時に固
定リングも同一量だけ上下方向に移動し、またケーシン
グ中心が水平方向に移動したとき、ケーシングの溝に固
定リングのキーが嵌挿していることにより、ケーシング
と同時に固定リングも同一量だけ水平方向に移動する。
そのため、ケーシングと固定リングとの相対的中心位置
が一致するので、両者の相対的偏差を確実に防止するこ
とができる。

しかも、摺動ガイド手段である、固定リングにそれぞ
れ形成されたキーとケーシングに形成されたフランジ，
溝とにより、ケーシングと固定リングとの相対的位置を
保つことができるので、簡単な構成となり、構成の簡素
化を図ることができる。

また、固定リングの内周に設けられた可動リングとケ
ーシングとの間にリンク手段が連結されているので、可
動リングを駆動手段により駆動したとき、リンク手段が
同時に同一量動作することにより、ケーシングの中心に
対する可動リングの相対的位置偏差を防ぐことができ、
そのため、ケーシング内の可動部品に対して良好な制御
精度を得ることが可能になると共に、ケーシング，可動
リング，固定の三者間の中心位置を良好に維持すること
ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例であるガスタービンの可変制
御機構を示す第１図乃至第５図について説明する。

第１図において、１はケーシング,2は固定リング,3は
可動リング,4は可動リング支持機構,5は可動部品駆動機
構である。

上記ケーシング１は円筒形状をし、その外周の水平方
向対向位置には、水平方向に突出する２個のフランジ6
a,6bを固定し該２個のフランジ6a,6bを介してサポート
７により位置決めされた状態でベース８に支持されてい
る。上記２個のフランジ6a,6bはその上面6c,6dを結ぶ水
平線上に上記ケーシング１の中心が位置するように平滑
な水平面に加工されるとともに該上面6c,6d上にそれぞ
れ上方に突出するキー押え9a,9bを固定している。

また上記ケーシング１は外周面頂部に該ケーシング１
の回転中心を通る上下方向中心線を幅方向（円周方向）
の中心とするキー溝10を形成している。

上記固定リング２は上記ケーシング１と同心上に位置
し、その内周面の対向水平位置に水平内方向に突出し、
その下面11c,11dを結ぶ水平線上に該固定リング２の中
心が位置する２個のキー11a,11bと、該固定リング２の
中心をとおる上下方向中心線を幅方向（円周方向）の中
心とする頂部キー12とを固定している。上記２個のキー
11a,11bはそれぞれ下面11c,11dを上記２個のフランジ6
a,6bの上面6c,6d上に水平方向のみ移動自在に支持さ
れ、先端部に上記キー押え9a,9bを嵌挿する穴（図示せ
ず）を形成している。また上記頂部キー12は上記キー溝
10内に上下方向のみ摺動自在に嵌挿している。そのた
め、該固定リング２はケーシング１に同心上で上下方向
および水平方向の移動を許容された状態で支持される。

また上記固定リング２は、第２図および第３図に示す
ようにその外側面には内部に冷却水通路13を形成し、該
固定リング２を低温に保持するための水冷ジャケット14
を固定し、下面には内側方向に突出して上記ケーシング
１からの熱を遮断するための遮熱板15を固定している。

上記可動リング３は、第２図および第３図に示すよう
に、上記ケーシング１と同心上に間隔をおいて平行に配
置され、その内周面には内部に冷却水通路16を形成し、
該可動リング３を低温に保持するための水冷ジャケット
17を固定し、内周中央部に凸部18を固定している。

上記複数の可動リング支持機構４は上記固定リング２
の内側面円周方向に設置され、それぞれ第３図に示すよ
うに、シャフト19と、該シャフト19に支持され上記可動
リング３の凸部18を嵌挿する２個のローラ20a,20bとを
備え該２個のローラ20a,20bにて上記凸部18を介して可
動リング３をシャフト19の軸方向に位置決めされた状態
で、内周を均等に支持している。

上記可動部品駆動機構５は、上記ベース８に支持さ
れ、連結棒21を介して可動リング３を円周方向に回動さ
せる駆動部22からなっており、該駆動部22が連結棒21を
上下方向に移動することにより可動リング３が可動す
る。

その場合、可動リング３及びケーシング１間には複数
のリンク機構６が設けられている。各リンク機構６は、
第２図に示すように可動リング３の内側に固定されたシ
ャフト23と、該シャフト23に一端部を支持された連結桿
24と、該連結桿24の他端部に一端部を支持されたリンク
25と、該リンク25の他端部に軸27を介し連結された可動
部品26とから構成されている。可動部品26は軸27がケー
シング１を挿通することにより、該ケーシング１の円周
上に複数設けられている。

そして、上記可動部品駆動機構５の駆動部22により連
結棒21が第１図に示す矢印方向に移動し、その移動に伴
い可動リング３が第２図に示す矢印イの如く円周方向に
回動したとき、可動リング３に固定されたシャフト23、
連結桿24を介しリンク25が軸27を中心として矢印ロ方向
に揺動するとともに、リンク25の揺動により可動部品26
が矢印ハ方向に回動する。

従って、可動リング３の駆動時、複数のリンク機構６
が互いに同一量動作することにより、ケーシングの中心
と可動リングの中心との相対的位置偏差を防ぐことがで
きるようにしている。

本発明によるガスタービン可変制御機構は、上記のよ
うに構成されているから、通常運転中の温度はケーシン
グ１が高く、固定リング２および可動リング３は低い傾
向にあり、熱伸び量もケーシング１が大きく、固定リン
グ２および可動リング３は小さい。そのため、ケーシン
グ１の中心が熱伸びにより上下方向に移動する。

しかるに、ケーシング１の２個のフランジ6a,6b上面6
c,6dは固定リング２の２個のキー11a,11bの下面に対接
し上下方向を拘束されているのでケーシング１と同時に
固定リング２も同一量だけ上下方向に移動しケーシング
１と固定リング２とは相対的変化がない。

またケーシング１が水平方向に熱伸びした場合には固
定リング２の頂部キー12がケーシング１の溝10内に嵌挿
しているので、ケーシング１が水平方向に熱伸びしても
ケーシング１と固定リングは相対的中心位置が一致し変
化しない。

しかも、可動部品駆動機構５の駆動部22により可動リ
ング３を円周方向に回動したとき、可動リング３とケー
シング１との間に設けられた複数のリンク機構６が同時
に同一量動作することにより、ケーシングの中心に対す
る可動リング３の相対的位置偏差を防ぐことができる。

また、固定リング２は冷却水によって低温に保持され
ているので、ケーシング１の熱伸びによる中心の偏位に
対して固定リング２の中心偏位は確実にフォロし、両者
の中心はケーシング１の不均一な熱伸びに起因する変化
を除いてほとんど一致する。

さらに可動リング３も冷却水によって低温に保持さ
れ、かつ遮熱板15によりケーシング１からの熱を遮断し
ているので、熱伸びはほとんどない。そのため、駆動部
22によって可動リング３を上述の如く円周方向に回動し
ても、リンク機構６が確実に同一量で動作する。

つぎに本発明の実験結果によれば、第４図に示すよう
に、起動から100％負荷運転に至るまでのケーシングの
伸び量は大きいのに対し、固定リングおよび可動リング
の熱伸び量はほとんどない。

そのため、100％負荷運転時におけるケーシングと、
固定リングおよび可動リングとの熱伸び量の差は最大の
δとなる。

しかるに固定リングはケーシングを相対的中心位置が
変化しないように保持され、かつ可動リング支持機構に
よって可動リングを内周から均等に支持され可動リング
をケーシングに対して同心上に保持しているので、可動
部品に対して良好な制御精度が得られる。

つぎに第５図は制御精度の高低を決定するケーシング
と可動リングとの中心の偏位量について従来と本発明と
を比較した図である。本発明は既に説明したようにケー
シングによりセンタラインサポートされ、かつ冷却水に
よって低温に保持された固定リングに可動リング支持機
構により内周を均等に保持された可動リングを冷却水に
よって低温に保持しているため、従来に比較して起動か
ら100％負荷に至るまでの過渡時において偏心量はほと
んどない状態を保持している。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明は、固定リングと可動リングとリン
ク手段と駆動手段と摺動ガイド手段とを有し、かつ該摺
動ガイド手段がケーシングに設けられたフランジ及び溝
と固定リングに設けられたキー及び溝とからなり、ケー
シングの膨張によってケーシングの中心が上下方向或い
は水平方向に移動したとき、ケーシングと同時に固定リ
ングも上下方向或いは水平方向に移動するように構成し
たので、ケーシングと固定リングとの相対的中心位置が
一致し、両者の相対的偏位を確実に防止することができ
る。

しかも摺動ガイド手段が簡単な構成となり、構成の簡
素化を図ることができ、また固定リング及び可動リング
間にリンク手段が設けられることにより、ケーシング内
の可動部品に対して良好な制御精度を得ることができ、
ケーシング，可動リング，固定リングの三者間の中心位
置を良好に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるガスタービンの可変制
御機構を示す図、第２図は可動部品駆動機構を示す斜視
図、第３図は可動リング支持機構を示す図、第４図はケ
ーシング、固定リングおよび可動リングの負荷運転時の
熱伸び量を示す図、第５図は本発明と従来の負荷運転時
のケーシングと可動リングの中心の偏心量比較図であ
る。 １……ケーシング、２……固定リング、３……可動リン
グ、４……可動リング支持機構、５……可動部品駆動機
構、６……リンク機構、26……可動部品。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒井 修 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 飯塚 信之 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭63−25327（ＪＰ，Ａ) 特公 昭60−47445（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガスタービンのケーシングの外周に該ガス
   タービンと同心上に配置されると共に、ケーシングに対
   し水平方向及び上下方向の移動が許容された状態で支持
   される固定リングと、固定リングの内側に固定リング及
   びガスタービンケーシングと同心上に配置され、かつ内
   周がガスタービンケーシングの外周と距離を隔ててなる
   可動リングと、該可動リングの円周上に一端が連結され
   ると共に、他端がガスタービンケーシングの円周上に連
   結されたリンク手段と、可動リングの駆動時、該可動リ
   ングをリンク手段を介しガスタービンケーシングの周方
   向に沿って回動させる駆動手段と、膨張時における固定
   リングとケーシングとの間の当接部の水平方向，及び垂
   直方向の相対移動を許容する摺動ガイド手段とを有し、
   かつ該摺動ガイド手段は、ガスタービンケーシングの外
   周部にその軸心を通る水平線に沿って突設されたフラン
   ジと、固定リングに前記フランジ上で水平方向に摺動可
   能に突設されたキーと、ガスタービンケーシングの外周
   部において軸心を通る上部に形成された溝と、固定リン
   グの前記溝と対応する位置に形成され、かつ前記溝と互
   いに上下方向に沿い摺動可能に嵌挿するキーとからなる
   ことを特徴とするガスタービンの可変制御機構。
2. 【請求項２】少なくとも、前記固定リングと可動リング
   との何れか一方に冷却機構を設けたことを特徴とする請
   求項１に記載のガスタービンの可変制御機構。