JP3943013B2

JP3943013B2 - 縦型火力発電プラント

Info

Publication number: JP3943013B2
Application number: JP2002378092A
Authority: JP
Inventors: 敬三岩下; 吉夫鈴木; 元谷口; 敦雄石川; 治野嶋; 晃今村; みき荻原; 学近藤
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: JP2004204825A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発電機とガスタービンの組み合わせ、又は発電機とガスタービン及び蒸気タービンの組み合わせから成る火力発電プラントの回転軸を鉛直方向に一連に連結して成る縦型の火力発電プラントの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発電機とガスタービンの組み合わせ、又は発電機とガスタービン及び蒸気タービンの組み合わせから成る火力発電プラントは、安全性や設置工法の容易性（順当性）等を総合的に勘案して、各々の回転軸を水平方向に一連に連結して成る横型（水平型）の火力発電プラントとして実施していた。
【０００３】
横型の火力発電プラントは、各々の回転軸を水平方向に一連に連結した構成上、その軸長さに相応するように、例えば１辺が３００ｍにも及ぶほどの大規模な敷地面積を必要とする。
【０００４】
その点、発電機、ガスタービン等の回転軸を鉛直方向に一連に連結した所謂縦型化を実現すると、敷地面積を大幅に縮小化できることに伴い、用地コストを含む建設コストを大幅に低減でき、余った敷地の有効利用を図り得るなどのメリットが大きいことは明らかである。
【０００５】
本出願人は、下記の特許文献１に開示しているように、発電機、ガスタービン等を鉛直方向に配置することにより、建設コストを大幅に低減し得る縦型の火力発電プラントを提案している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１６１０１３号公報
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に係る技術は、火力発電プラントの縦型化を提案し、従来の横型の火力発電プラントの上記問題点を解決する手段としてかなり有益である。しかし、火力発電プラントを縦型化するという着想（アイデア）が先行し、発電機、ガスタービン等の縦型設置の態様、及び回転軸の取り合い構造については、それぞれ垂直方向の向きに一線状をなしている（明細書の段落番号［００２６］の５〜６行目参照）という開示がなされている程度であった。
【０００８】
本発明の目的は、発電機、ガスタービン等の各々の回転軸を合理的かつ効率的に連結して支持することにより、前記発電機、ガスタービン等を確実に鉛直方向に一連に連結できる、安定した縦型の火力発電プラントを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る縦型火力発電プラントは、
火力発電プラントを構成する発電機（２）とガスタービン（３）は、各々の回転軸（２ａ）、(３ａ)を鉛直方向に一連に配置され、発電機（２）は、そのケーシング（２ｂ）が基礎（１０）上の建屋架台（５）に設置した高剛性軸受台（１３）で支持され、ガスタービン（３）は、その上部の燃焼器側タービンケーシング（３ｂ）は基礎（１０）上の建屋架台（５）に設置したフレキシブル軸受台（１２）で燃焼器による熱膨張を許容するように支持され、下部の圧縮器側ケーシング（３ｃ）は基礎上の建屋架台（５）に設置した高剛性軸受台（１３）で支持されていること、
前記発電機（２）とガスタービン（３）の各々の回転軸（２ａ）と（３ａ）は、軸方向変位および軸直角方向変位を許容しつつ回転力を伝達するフレキシブル継手（７）で一連に連結されており、
発電機（２）の回転軸(２ａ)はその上下の端部を前記ケーシング（２ｂ）に設置したラジアル軸受（８）で両端支持され、ガスタービン（３）の回転軸（３ａ）はその上下の端部を前記燃焼器側タービンケーシング（３ｂ）及び圧縮機側ケーシング（３ｃ）に設置したラジアル軸受（８）で両端支持されており、
発電機（２）の回転軸(２ａ)の上端部は当該回転軸に作用する鉛直荷重を建屋架台（５）に吊り支持するスラスト軸受（６）及び上記フレキシブル継手（７）を介してガスタービン（３）の回転軸（３ａ）と一連に連結され、
ガスタービン（３）の回転軸(３ａ)の上端部は前記燃焼器側ケーシング（３ｂ）に設置したラジアル軸受（８）の上に設置したスラスト軸受（６）により当該回転軸に作用する鉛直荷重を吊り支持されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載した発明に係る縦型火力発電プラントは、
火力発電プラントを構成する発電機（２）とガスタービン（３）及び蒸気タービン（４）は、各々の回転軸（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）を鉛直方向に一連に配置され、発電機（２）は、そのケーシング（２ｂ）が基礎（１０）上の建屋架台（５）に設置した高剛性軸受台（１３）で支持され、ガスタービン（３）は、その上部の燃焼器側タービンケーシング（３ｂ）は基礎（１０）上の建屋架台（５）に設置したフレキシブル軸受台（１２）で燃焼器による熱膨張を許容するように支持され、下部の圧縮器側ケーシング（３ｃ）は基礎（１０）上の建屋架台（５）に設置した高剛性軸受台（１３）で支持され、蒸気タービン（４）は、そのケーシング（４ｂ）が基礎（１０）上の建屋架台（５）に設置した高剛性軸受台（１３）で支持されていること、
前記ガスタービン（３）は最上段位置に配置されており、前記発電機（２）とガスタービン（３）及び蒸気タービン（４）の各々の回転軸（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）は、軸方向変位および軸直角方向変位を許容しつつ回転力を伝達するフレキシブル継手（７）で一連に連結されており、
蒸気タービン（４）の回転軸（４ａ）はその上下の端部を前記ケーシング（４ｂ）に設置したラジアル軸受（８）で両端支持され、発電機（２）の回転軸(２ａ)はその上下の端部を前記ケーシング（２ｂ）に設置したラジアル軸受（８）で両端支持され、ガスタービン（３）の回転軸（３ａ）はその上下の端部を前記燃焼器側タービンケーシング（３ｂ）及び圧縮機側ケーシング（３ｃ）に設置したラジアル軸受（８）で両端支持されており、
蒸気タービン（４）の回転軸（４ａ）の上端部は当該回転軸に作用する鉛直荷重を建屋架台（５）に吊り支持するスラスト軸受（６）及び上記フレキシブル継手（７）を介して発電機（２）の回転軸（２ａ）と一連に連結され、
発電機（２）の回転軸(２ａ)の上端部は当該回転軸に作用する鉛直荷重を建屋架台（５）に吊り支持するスラスト軸受（６）及び上記フレキシブル継手（７）を介してガスタービン（３）の回転軸（３ａ）と一連に連結され、
ガスタービン（３）の回転軸(３ａ)の上端部は前記燃焼器側ケーシング（３ｂ）に設置したラジアル軸受（８）の上に設置したスラスト軸受（６）により当該回転軸に作用する鉛直荷重を吊り支持されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した縦型火力発電プラントにおいて、建屋架台（５）は、免震装置を介して基礎（１０）上に支持されていることを特徴とする。
【００１２】
【本発明の実施形態、及び実施例】
図１と図２は、請求項１に記載した発明に係る縦型火力発電プラントの実施形態を示している。
この縦型火力発電プラント１は、発電機とガスタービン等から成る横型の火力発電プラントを縦型として実施するもので、発電機２及びガスタービン３とから成り、図２に詳示したように、各々の回転軸２ａ、３ａが、基礎１０上の建屋架台５のコンクリート壁柱５ａに沿って鉛直方向に一連に配置されている。
ガスタービン３は、主に燃焼器、圧縮器等から成るガスタービン本体及び回転軸３ａ並びにケーシング３ｂ、３ｃから構成され、ダクト（図示略）の長さを考慮して煙突１８に近い最上段位置に設置されている。このガスタービン３は、その上部の燃焼器側タービンケーシング３ｂが、前記建屋架台５のコンクリート壁柱５ａに設けられたフレキシブル軸受台１２で燃焼器による熱膨張を許容する構成で支持され、下部の圧縮器側ケーシング３ｃは、前記建屋架台５のコンクリート壁柱５ａに設けられた高剛性軸受台１３により支持されている。
【００１３】
なお、前記フレキシブル軸受台１２は、水平方向の支持力は十分大きいが、縦軸方向の抵抗力は極力小さい部材を使用して構成されている。一方、前記高剛性軸受台１３は、縦軸方向の抵抗力が十分大きい部材、即ち少なくとも前記ケーシング３ｂ、３ｃを合わせた重量では一切たわみを生じないで十分に支持し得る高剛性の軸受台で構成されている。また、これらの軸受台１２、１３を支持するコンクリート壁柱５ａは、前記発電機２及びガスタービン３を支持する各軸受台１２、１３を安定に設置できる強固な部材で実施される。
【００１４】
前記発電機２は、主に発電機本体及び回転軸２ａ並びにケーシング２ｂから構成され、前記ガスタービン３の直下位置に設置されている。この発電機２は、そのケーシング２ｂの上下の端部が前記建屋架台５のコンクリート壁柱５ａに設けられた前記高剛性軸受台１３、１３により支持されている。
【００１５】
上記したように、基礎１０上の建屋架台５のコンクリート壁柱５ａに沿って鉛直方向に一連に配置されたガスタービン３、発電機２は、基礎１０上に設置した建屋架台５のコンクリート壁柱５ａに沿って、同コンクリート壁柱５ａに固定した上記の各軸受台１２、１３によって個別に支持されている。
【００１６】
また、前記発電機２とガスタービン３の各々の回転軸２ａ、３ａは、軸方向変位および軸直角方向変位を許容しつつ回転力を伝達するフレキシブル継手７で一連に連結されている。このフレキシブル継手７は、図示例の場合、前記回転軸２ａ、３ａの多少の軸方向変位および偏心回転は許容しつつ回転力を伝達するように構成されている。
【００１７】
前記発電機２の回転軸２ａの上下の端部は、前記ケーシング２ｂに設置され同回転軸２ａを回転自在に保持するラジアル軸受８、８で両端支持されている。そして、上端部のラジアル軸受８の直上位置には、当該回転軸２ａに作用する鉛直荷重を建屋架台５に吊り支持するスラスト軸受６が建屋架台５の横梁５ｂに設置されている。
【００１８】
同様に、前記ガスタービン３の回転軸３ａの上下の端部は、前記燃焼器側タービンケーシング３ｂ及び圧縮機側ケーシング３ｃに設置され同回転軸３ａを回転自在に保持するラジアル軸受８、８で両端支持されている。そして、上端部の前記燃焼器側タービンケーシング３ｂに設置したラジアル軸受８の直上位置にスラスト軸受６が設置され当該回転軸３ａに作用する鉛直荷重を吊り支持している。
【００１９】
前記スラスト軸受６を各回転軸２ａ、３ａの上端部に設置する理由は、前記発電機２及びガスタービン３が多少偏心回転（横振れ）しても、自重による偏心モーメントを抵抗力として作用させ横振れを小さく抑制する作用を生じさせるためである（以上、請求項１記載の発明）。
【００２０】
上記構成の縦型火力発電プラント１によれば、縦型火力発電プラント１を構成する発電機２及びガスタービン３の各々のケーシング２ｂ、３ｂ、３ｃは、前記コンクリート製の建屋架台５に設けた軸受台１２、１３により安定に支持されるほか、各々の回転軸２ａ、３ａは、ラジアル軸受８、８で両端支持され、且つ上方の各スラスト軸受６により吊り支持されているので、各々の回転軸２ａ、３ａに負荷する鉛直荷重を分断した支持形式となり、各々の回転軸２ａ、３ａを合理的かつ効率的に一連に連結でき、支持状態と回転状態が高度に安定した縦型の火力発電プラントを実現することができるのである。
【００２１】
なお、この実施形態では、鉛直方向に一連に連結された１組の発電機２とガスタービン３を、コンクリート壁柱５ａの外周に沿って２組設けて実施しているが、１組で実施することもできるし、３組以上で実施することもできる。また、前記建屋架台５は、前記発電機２及びガスタービン３を安定して固定するべくコンクリート製の建屋架台５で実施することが好ましい。さらに、前記コンクリート製の建屋架台５は、プラント支持の安定性をさらに向上させるべく、図１のように免震装置１４を介して基礎上１０に設けて実施することが好ましい（請求項３記載の発明）。以下の実施形態についても同様の技術的思想とする。
【００２２】
図３と図４は、請求項２に記載した発明に係る縦型火力発電プラントの実施形態を示している。この縦型火力発電プラント１１は、図１と図２に基づいて説明した発電機２及びガスタービン３とから成る縦型火力発電プラント１に、蒸気タービン４及び当該蒸気タービン４に付随する復水器室２０、排熱回収ボイラ１６などを加えたコンバインドサイクル発電プラントである。よって、前記発電機２及びガスタービン３の構成等については、同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
【００２３】
この縦型火力発電プラント１１は、発電機２及びガスタービン３、蒸気タービン４とから成り、図４に詳示したように、各々の回転軸２ａ、３ａ、４ａが、基礎１０上の建屋架台５のコンクリート壁柱５ａに沿って鉛直方向に一連に配置されている。
【００２４】
ガスタービン３は、前記排熱回収ボイラ１６の位置関係、及びダクト（図示略）の長さを考慮して最上段位置に設置されている。このガスタービン３は、その上部の燃焼器側タービンケーシング３ｂが、前記建屋架台５のコンクリート壁柱５ａに設けられたフレキシブル軸受台１２で燃焼器による熱膨張を許容する構成で支持され、下部の圧縮器側ケーシング３ｃは、前記建屋架台５のコンクリート壁柱５ａに設けられた高剛性軸受台１３により支持されている。
【００２５】
前記発電機２は、前記ガスタービン３の直下位置に設置されている。この発電機２は、そのケーシング２ｂの上下の端部が前記建屋架台５のコンクリート壁柱５ａに設けられた高剛性軸受台１３、１３により支持されている。
【００２６】
前記蒸気タービン４は、主に蒸気タービン本体及び回転軸４ａ並びにケーシング４ｂから構成され、前記発電機２の直下位置に設置されている。この蒸気タービン４は、そのケーシング４ｂの上下の端部が前記建屋架台５のコンクリート壁柱５ａに設けられた高剛性軸受台１３、１３により支持されている。
【００２７】
なお、発電機２と蒸気タービン４の設置位置は図示例に限定されず、前記ガスタービン３の直下位置に蒸気タービン４を設置し、該蒸気タービン４の直下位置に発電機２を設置して実施することもできる。
【００２８】
上記したように、基礎１０上の建屋架台５のコンクリート壁柱５ａに沿って鉛直方向に一連に配置されたガスタービン３、発電機２及び蒸気タービン４は、基礎１０上に設置した建屋架台５のコンクリート壁柱５ａに沿って、同コンクリート壁柱５ａに固定した上記の各軸受台１２、１３によって個別に支持されている。
【００２９】
また、前記ガスタービン３、発電機２、蒸気タービン４の各々の回転軸３ａ、２ａ、４ａは、図４に示したように、軸方向変位および軸直角方向変位を許容しつつ回転力を伝達するフレキシブル継手７、７で一連に連結されている。このフレキシブル継手７は、図２で示した場合と同様に、前記回転軸２ａ、３ａの多少の軸方向変位および偏心回転は許容しつつ回転力を伝達するように構成されている。
【００３０】
前記発電機２の回転軸２ａの上下の端部は、前記ケーシング２ｂに設置され同回転軸２ａを回転自在に保持するラジアル軸受８、８で両端支持されている。そして、上端部のラジアル軸受８の直上位置には、当該回転軸２ａに作用する鉛直荷重を建屋架台５に吊り支持するスラスト軸受６が建屋架台５の横梁５ｂに設置されている。
【００３１】
同様に、前記ガスタービン３の回転軸３ａの上下の端部は、前記燃焼器側タービンケーシング３ｂ及び圧縮機側ケーシング３ｃに設置され同回転軸３ａを回転自在に保持するラジアル軸受８、８で両端支持されている。そして、上端部の前記燃焼器側タービンケーシング３ｂに設置されラジアル軸受８の直上位置にスラスト軸受６が設置され当該回転軸３ａに作用する鉛直荷重を吊り支持している。
【００３２】
また、前記蒸気タービン４の回転軸４ａの上下の端部は、前記ケーシング４ｂに設置され同回転軸４ａを回転自在に保持するラジアル軸受８、８で両端支持されている。そして、上端部のラジアル軸受８の直上位置には、当該回転軸４ａに作用する鉛直荷重を建屋架台５に吊り支持するスラスト軸受６が建屋架台５の横梁５ｂに設置されている。（以上、請求項２記載の発明）。
【００３３】
上記構成の縦型火力発電プラント１１によれば、縦型火力発電プラント１１を構成する発電機２、ガスタービン３及び蒸気タービン４の各々のケーシング２ｂ、３ｂ、３ｃ、４ｂは、前記コンクリート製の建屋架台５に設けた各軸受台１２、１３により安定に支持されるほか、各々の回転軸２ａ、３ａ，４ａは、ラジアル軸受８、８で両端支持され、且つ上方の各スラスト軸受６により確実に吊り支持されているので、各々の回転軸２ａ、３ａ、４ａに負荷する鉛直荷重を分断した支持形式となり、各々の回転軸２ａ、３ａ、４ａを合理的かつ効率的に一連に連結でき、支持状態と回転状態が高度に安定した縦型の火力発電プラントを実現することができるのである。
【００３４】
以上に実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の実施形態の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。
【００３５】
【本発明の奏する効果】
請求項１〜３に記載した発明に係る縦型火力発電プラントによれば、縦型火力発電プラントを構成する発電機、ガスタービン等のケーシングは、建屋架台に設けた軸受台により安定に支持されるほか、各々の回転軸は、ラジアル軸受で両端支持され、且つ上方の各スラスト軸受により確実に吊り支持されているので、各々の回転軸に負荷する鉛直荷重を分断した支持形式となり、各々の回転軸を合理的かつ効率的に一連に連結でき、支持状態と回転状態が高度に安定した縦型の火力発電プラントを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１に記載した発明に係る縦型火力発電プラントの実施形態を模式的に示した立面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】請求項２に記載した発明に係る縦型火力発電プラントの実施形態を模式的に示した立面図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【符号の説明】
１、１１縦型火力発電プラント
２発電機
２ａ、３ａ、４ａ回転軸
３ガスタービン
３ｂ燃焼器側タービンケーシング
３ｃ圧縮器側ケーシング
４蒸気タービン
５建屋架台
５ａコンクリート壁柱
５ｂ横梁
６スラスト軸受
７フレキシブル継手
８ラジアル軸受
９建屋
１０基礎
１２フレキシブル軸受台
１３高剛性軸受台
１４免震装置
１６排熱回収ボイラ
１７制震装置
１８煙突
２０復水器

Claims

火力発電プラントを構成する発電機（２）とガスタービン（３）は、各々の回転軸（２ａ）、(３ａ)を鉛直方向に一連に配置され、発電機（２）は、そのケーシング（２ｂ）が基礎（１０）上の建屋架台（５）に設置した高剛性軸受台（１３）で支持され、ガスタービン（３）は、その上部の燃焼器側タービンケーシング（３ｂ）は基礎（１０）上の建屋架台（５）に設置したフレキシブル軸受台（１２）で燃焼器による熱膨張を許容するように支持され、下部の圧縮器側ケーシング（３ｃ）は基礎上の建屋架台（５）に設置した高剛性軸受台（１３）で支持されていること、
前記発電機（２）とガスタービン（３）の各々の回転軸（２ａ）と（３ａ）は、軸方向変位および軸直角方向変位を許容しつつ回転力を伝達するフレキシブル継手（７）で一連に連結されており、
発電機（２）の回転軸(２ａ)はその上下の端部を前記ケーシング（２ｂ）に設置したラジアル軸受（８）で両端支持され、ガスタービン（３）の回転軸（３ａ）はその上下の端部を前記燃焼器側タービンケーシング（３ｂ）及び圧縮機側ケーシング（３ｃ）に設置したラジアル軸受（８）で両端支持されており、
発電機（２）の回転軸(２ａ)の上端部は当該回転軸に作用する鉛直荷重を建屋架台（５）に吊り支持するスラスト軸受（６）及び上記フレキシブル継手（７）を介してガスタービン（３）の回転軸（３ａ）と一連に連結され、
ガスタービン（３）の回転軸(３ａ)の上端部は前記燃焼器側ケーシング（３ｂ）に設置したラジアル軸受（８）の上に設置したスラスト軸受（６）により当該回転軸に作用する鉛直荷重を吊り支持されていることを特徴とする、縦型火力発電プラント。
火力発電プラントを構成する発電機（２）とガスタービン（３）及び蒸気タービン（４）は、各々の回転軸（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）を鉛直方向に一連に配置され、発電機（２）は、そのケーシング（２ｂ）が基礎（１０）上の建屋架台（５）に設置した高剛性軸受台（１３）で支持され、ガスタービン（３）は、その上部の燃焼器側タービンケーシング（３ｂ）は基礎（１０）上の建屋架台（５）に設置したフレキシブル軸受台（１２）で燃焼器による熱膨張を許容するように支持され、下部の圧縮器側ケーシング（３ｃ）は基礎（１０）上の建屋架台（５）に設置した高剛性軸受台（１３）で支持され、蒸気タービン（４）は、そのケーシング（４ｂ）が基礎（１０）上の建屋架台（５）に設置した高剛性軸受台（１３）で支持されていること、
前記ガスタービン（３）は最上段位置に配置されており、前記発電機（２）とガスタービン（３）及び蒸気タービン（４）の各々の回転軸（２ａ）、（３ａ）、（４ａ）は、軸方向変位および軸直角方向変位を許容しつつ回転力を伝達するフレキシブル継手（７）で一連に連結されており、
蒸気タービン（４）の回転軸（４ａ）はその上下の端部を前記ケーシング（４ｂ）に設置したラジアル軸受（８）で両端支持され、発電機（２）の回転軸(２ａ)はその上下の端部を前記ケーシング（２ｂ）に設置したラジアル軸受（８）で両端支持され、ガスタービン（３）の回転軸（３ａ）はその上下の端部を前記燃焼器側タービンケーシング（３ｂ）及び圧縮機側ケーシング（３ｃ）に設置したラジアル軸受（８）で両端支持されており、
蒸気タービン（４）の回転軸（４ａ）の上端部は当該回転軸に作用する鉛直荷重を建屋架台（５）に吊り支持するスラスト軸受（６）及び上記フレキシブル継手（７）を介して発電機（２）の回転軸（２ａ）と一連に連結され、
発電機（２）の回転軸(２ａ)の上端部は当該回転軸に作用する鉛直荷重を建屋架台（５）に吊り支持するスラスト軸受（６）及び上記フレキシブル継手（７）を介してガスタービン（３）の回転軸（３ａ）と一連に連結され、
ガスタービン（３）の回転軸(３ａ)の上端部は前記燃焼器側ケーシング（３ｂ）に設置したラジアル軸受（８）の上に設置したスラスト軸受（６）により当該回転軸に作用する鉛直荷重を吊り支持されていることを特徴とする、縦型火力発電プラント。
建屋架台（５）は、免震装置を介して基礎（１０）上に支持されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した縦型火力発電プラント。