JP4162723B2 - 蒸気タービン設備 - Google Patents

Description

本発明は、タービンロータが端部軸受で支持されている蒸気タービンを備えた蒸気タービン設備に関する。
蒸気タービンは、通常発電所において発電機を駆動するために、あるいは工業設備において作業機械を駆動するために採用される。そのために蒸気タービンには流れ媒体として使用する蒸気が導入され、この蒸気は蒸気タービン内で膨張して仕事をする。この蒸気は一般に、膨張した後、蒸気タービンの排気室を通ってその後ろに接続された復水器に送られ、そこで凝縮して復水となる。その排気室は、蒸気で軸方向あるいはまた半径方向にも貫流される。その後、凝結水は給水としてボイラに導かれ、そこで蒸発した後、あらためて蒸気タービンに送られる。従って水−蒸気循環路が生じている。
このような蒸気タービンのタービンロータは、通常多数のスラスト軸受および／又はジャーナル軸受で支持されている。そのうちの１つの端部軸受とも呼ばれる軸受は、排気室の内部空間内で、例えば内部ボス内に配置され、排気室の中に存在するタービンロータの軸端を固定するために使用されている。その端部軸受は一般にジャーナル軸受として形成され、即ち半径方向の力を受ける軸受として形成されている。
ドイツ特許出願公開第１９６１５０１１号明細書において、タービンロータの端部軸受の軸受ブッシュあるいは両軸受半部から形成された軸受ハウジングが排気室に直結されているような蒸気タービンが知られている。そのために端部軸受の軸受ハウジングは、半径方向に配置された支持腕を介して排気室内に同心的に保持されている。その端部軸受の軸受ハウジングは、蒸気タービンの運転中に蒸気で貫流される空間範囲内に配置されている。しかしそのように設計された蒸気タービンの端部軸受は、例えば負荷変動により生ずる排気室の動きあるいは応力に対して特に敏感である。またこのような設計では、端部軸受の限られた剛性しか得られない。端部軸受の軸受ハウジングが蒸気流の中に配置されているため、蒸気が貫流する空間範囲に対して油室を密封するために、高い経費が必要となる。
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の蒸気タービン設備において、端部軸受が特に大きな剛性を有し、排気室の動きに対して大きな安定性を有するようにすることにある。また特に安価な経費で、復水器を地下室を利用せずに、即ち床面と同一の高さに設置できるようにすることにある。
この課題は本発明に基づいて、端部軸受が蒸気タービンの排気室を貫通して導かれ基礎ブロック上に支持された支持台によって支持され、蒸気タービンに付属する復水器が排気室に釈放可能に固く結合され、その復水器が、タービンロータの主軸の高さに配置されている多数の支持体で支持されていることによって解決される。
本発明は、端部軸受に排気室の動きに対する大きな安定性を与えるために、これを排気室から機械的に切り離そうという考えから出発している。また大きな軸受強度を得るために、端部軸受を蒸気タービンの基礎あるいは基本枠に機械的に結合しようとしている。これは、端部軸受に対して、基礎ブロックに直接支持された支持台を設けることによって達成される。その端部軸受は排気室の内部ボス内に配置できる。
その場合、復水器を、地下室を利用せずに、即ち床面と同じ高さに設置することができ、これにより、一般に蒸気タービンと復水器との間に接続されているバイパス管が省かれて、不利な圧力損失が回避される。そのために復水器はタービン車室に直結される。そのタービン車室と復水器との結合は、特にタービン車室と復水器の熱膨張が異なっている場合、半径方向の力を受けるために、堅固でなければならない。
蒸気タービン設備が熱膨張した場合、復水器の支持体をタービン主軸の高さに配置したことにより、復水器は垂直方向における変位を生ずることなしに、その基礎に対して相対変位できる。熱膨張のよる損傷を防止するために、復水器が水平方向に特に容易に動けるようにするべく、復水器を支持するために多数のボールを備えた支持体を設けることが有利である。
排気室の横に配置した多数のクロー（張出爪）を介して、排気室を基礎上に支持するのが有利である。そのクローは、排気室の横に、このクローが滑り支持装置に支持されていることによって、タービンロータによって引き起こされるトルクを受けるように配置されねばならない。その場合、タービン車室はその前端および後端にある中央ガイドによって軸中心において支持されている。クローを支持するために滑り支持装置が利用されていることによって、例えば負荷変動中の熱膨張によるタービン軸の主軸に対して直角方向の熱膨張運動が蒸気タービンを損傷しないように、蒸気タービンは形成される。
蒸気タービン設備の特に対称的な、従って熱膨張に対して鈍感な配置構造において、復水器は、特に排気室の両側にそれぞれ配置された復水器要素とするのが望ましい。
本発明によって得られる利点は、端部軸受が基礎に直接支持されていることにより、端部軸受の特に大きな剛性が、特に簡単な手段で達成できることにある。その端部軸受は機械的に排気室から切り離され、従って排気室の動きに対して鈍感であり影響を受けない。端部軸受が基礎に直接支持されていることによって、軸受ハウジングは、ピット範囲の内部に、従って蒸気で貫流される空間範囲の外に配置される。これによって、蒸気で貫流される空間範囲に対する端部軸受の密封費用は特に安価なものとなる。
復水器あるいは復水器要素を基礎上に移動可能に支持することにより、復水器がタービン車室に堅固に結合されている場合でも、蒸気タービンの負荷変動による熱膨張は簡単に補償できる。これによって、復水器を蒸気タービンから力的に切り離すバイパス管を省いた状態でも、復水器を、地下室を利用せずに、即ち床面と同じ高さに設置することができる。
以下図を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図１は蒸気タービンの概略縦断面図、
図２は排気室の横断面図、
図３は蒸気タービン設備の正面図である。
各図において同一部分には同一符号が付されている。
図１おける蒸気タービン１は排気室２を有している。蒸気タービン１内で膨張した蒸気は、蒸気タービン１に後置接続された復水器（図１には図示せず）に排気室２を通って導かれる。排気室２は下側排気室半部４と上側排気室半部６とから組み合わされている。下側排気室半部４および上側排気室半部６はそれぞれ単一品であり、溶接構造物として形成されている。蒸気タービン１はこの実施例においては工業タービンとして採用するために考慮され、約６〜８ＭＷの機械出力に対して設計されている。この蒸気タービン１はまた、比較的大きな機械出力の発電所用タービンとして採用することも考えられる。
排気室２の内部に、蒸気タービン１のタービンロータ１０用のジャーナル軸受として形成された端部軸受８が配置されている。更にタービンロータ１０はジャーナル軸受および又はスラスト軸受として形成された別の多数の軸受１２で、その中心軸線１４を中心として回転可能に支持されている。内部ボス内に配置された端部軸受８は、その本来の軸受２０に対する軸受ハウジングを一緒に形成する上下の軸受部分１６、１８を有している。端部軸受８並びにその密封装置の形状に関する他の詳細も図１から理解できるので、それについてここでは詳述しない。
図１から、そして特に図２からも理解できるように、端部軸受８は、排気室２の下側排気室半部４を貫通して導かれ、基礎ブロック２２上に支持された支持台２４によって支持されている。そのために下側の軸受部分１８は支持台２４に固く結合されている。
密封するために支持体２４は、図２に示されているように、排気室２の内部に配置された２つの中央リブ２８間の内部空間２６内に配置されている。それら中央リブ２８は、ピット（立坑）の形で排気室２を貫通して案内され、両中央リブ２８間の内部空間２６は開口３０を介して大気に連通している。端部軸受８の上下の軸受部分１６、１８から形成された軸受ハウジングは内部ボスとして形成され、中央リブ２８に比べて太くされたピット範囲３２の内部に、従って蒸気で貫流される空間範囲の外に配置されている。軸受８を蒸気が貫流する空間範囲に対して密封する経費は非常に安価である。
下側排気室半部４および上側排気室半部６はそれぞれ半殻体として形成され、排気室２を形成するために接合面３４で互いに結合されている。組立あるいは点検を行う目的で、上、下の排気室半部４、６にはそれぞれ懸垂部３６が設けられている。排気室２の下側排気室半部４に多数のクロー（張出爪）３８が配置されている。これらの各クロー３８は、図示していない方式で滑り支持装置で支持されている。クロー３８は排気室２の横に、このクロー３８が滑り支持装置で支持されていることによって、クロー３８が蒸気タービン１の運転中にタービンロータ１０によって与えられるトルクを受けるように、配置されている。
端部軸受８が支持台２４によって基礎ブロック２２に直接支持されていることによって、端部軸受８の特に大きな剛性が、特に簡単な手段で保証される。また端部軸受８は機械的に排気室２から切り離されているので、この端部軸受８は蒸気タービン１の運転中における排気室２の動きに対して鈍感であり影響を受けない。排気室２がクロー３８によって滑り支持装置で支持されていることによって、タービンロータ１０によるトルクは確実に補償される。クロー３８を支持するために滑り支持装置が利用されていることによって、例えば負荷変動中における熱膨張によるタービンロータ１０の中心軸線１４に対して直角方向の熱膨張運動が蒸気タービン１を損傷しないように、蒸気タービン１は形成される。更にまた、クロー３８によって製造現場で既に蒸気タービン１を予め組み立てることができる。
蒸気タービン１および特にその排気室２を組み立てるために、垂直の拍車状のガイド（図示せず）によって、排気室２と端部軸受８は心出しして固定される。
蒸気タービン１は、図３に概略的に示されているように、蒸気タービン設備４０の一部である。排気室２の下側排気室半部４は支持架台４２上に配置されている。この支持架台４２自体は、機械室（図示せず）の床面と同一高さの基礎ブロック２２上に設けられている。
蒸気タービン１は蒸気タービン設備４０の水−蒸気循環路（図示せず）に接続されている。この水−蒸気循環路において、蒸気タービン１には復水器４４が後置接続されている。この復水器４４は、この実施例では２つの復水器要素４６、４８を有している。しかしもっと多くの復水器要素を利用することもできる。
復水器４４の復水器要素４６、４８はそれぞれフランジ５０、５２を介して蒸気タービン１の排気室２に釈放可能に固く結合されている。この釈放可能な固い継手を形成するために、各フランジ５０、５２にはボルト継手が設けられている。その排気室２は、タービン排気の流出に対して用意された総流出面積が上側排気室半部６にまとめられるように形成されている。従って蒸気タービン１単独の設計と無関係に、下側排気室半部４として標準品を利用することができる。
復水器４４の復水器要素４６、４８を支持するために、基礎ブロック２２上にそれぞれ配置された支持ブロック５６、５８が設けられている。それぞれの支持ブロック５６、５８に、それぞれの復水器要素４６、４８が多数の支持体６０、６２によって水平方向に移動可能に支持されている。これにより復水器４４は基礎ブロック２２上に移動可能に支持されている。支持ブロック５６、５８は、その高さが、支持体６０、６２がほぼ蒸気タービン１のタービンロータ１０の中心軸線１４の高さに配置されるように決められている。このような配置によって、熱応力が生じた際に支持体６０、６２に垂直の分力が生ずることは十分に防止される。
支持体６０、６２として、この実施例では多数のボールを備えた支持体が設けられている。あるいはまたそれに加えて又はそれに代えて、支持体６０、６２を弾性プラスチックとしてあるいは回転支点としても形成できる。
復水器４４の復水器要素４６、４８が基礎ブロック２２上に移動可能に支持されていることによって、特に簡単に、復水器４４を床面と同一の高さに配置すること、従って復水器４４を地下室を利用せずに設置することができる。蒸気タービン１の負荷変動中に熱膨張によって生ずる力は、フランジ５０、５２における固い継手を介して復水器要素４６、４８に伝達される。その力はそこで、復水器要素４６、４８が移動可能に支持されていることによって、これを顕著な応力を生ずることなしに水平方向に移動させる。また復水器４４が地下室を利用せずに設置されていても、熱膨張による損傷は確実に防止される。
復水器要素４６、４８の水平移動の際に生ずる摩擦力は、支持体６０、６２の形態に基づいて非常に小さい。
復水器要素４６、４８は蒸気タービン１の排気室２の両側に配置されている。復水器要素４６、４８が熱膨張により水平に移動する際に、支持体６０、６２における摩擦力に基づいて排気室２に作用する反力は、対称構造に基づいてほぼ相殺される。これによって、熱膨張による上側排気室半部の変位は確実に防止される。

Claims (4)

1. タービンロータ（１０）が端部軸受（８）で支持されている蒸気タービン（１）を備えた蒸気タービン設備（４０）において、端部軸受（８）が蒸気タービン（１）の排気室（２）を貫通して導かれ、基礎ブロック（２２）上に支持された支持台（２４）によって支持され、排気室（２）が復水器（４４）に釈放可能に固く結合され、この復水器（４４）が、タービンロータ（１０）の中心軸線（１４）の高さに配置されている多数の支持体（６０、６２）で支持されていることを特徴とする蒸気タービン設備（４０）。
2. 前記排気室（２）が、それぞれ滑り支持装置で支持されている多数のクロー（３８）を有していることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン設備（４０）。
3. 復水器（４４）を支持するために、多数のボールを備えた支持体が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の蒸気タービン設備（４０）。
4. 復水器（４４）が排気室（２）の両側に配置されている複数の復水器要素（４６、４８）を有していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の蒸気タービン設備（４０）。

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