JP5322634B2

JP5322634B2 - カップリング面倒れ補強方法及び間隔板

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Publication number: JP5322634B2
Application number: JP2008334639A
Authority: JP
Inventors: 高士岸部; 邦良新山; 岳彦今井; 真哉中山; 豊佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2010156397A

Description

本発明は、大規模なロータの修理作業を必要とせずに、短期間でロータの稼動を再開し得るカップリング面倒れ補強方法及びその方法に用いる間隔板に関する。

タービンや回転電機等においては、動力を伝達するための各ロータがカップリング部で接続されている。

カップリングに“面倒れ”や“芯ズレ”が生じていると、ロータの振動が大きくなり、各機器の動作を停止しなければならないことがある。芯ズレの修正は、各ロータのインロー修正加工や、カップリング穴の再リーマ通し作業等が必要となる。また、カップリングの面倒れについては、カップリングの面修正加工や、カップリングの焼嵌めの修正等が必要となる。

面倒れや芯ズレの修正を実施すると、定期点検工期が長期化することがある。そのため、面倒れや芯ズレを修正しないこともある。結果として、運転中のロータの振動が大きくなり、タービンや回転電機等の稼動を停止しなければならない事態が生じ得る。
特開平１０−１５７４２号公報

上述したように、カップリングの面倒れの修正については、カップリングの面修正加工や、カップリングが焼嵌めされている場合は焼嵌めの修正等が必要である。

しかしながら、ロータカップリングの修正加工やカップリング焼き嵌め部の修正作業には、旋盤等の大型工作機器が必要となる。そのため、修正作業の実施が困難であることが少なくない。そもそも、大型機械に用いられているロータに面倒れが発生した場合、この面倒れが発生したロータを大型工作機器のある場所（工場等）に運搬するだけでも困難である。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、大規模なロータ修理作業を必要とせずに、短期間でロータの稼動を再開し得るカップリング面倒れ補強方法及びその方法に用いる間隔板を提供することができる。

本発明は、タービン、発電機及び励磁機を接続するロータであり、互いに直結する２つの前記ロータのカップリング部に生じる面倒れを補強するカップリング面倒れ補強方法であって、前記各ロータの軸受けからの距離に基づいて、該各ロータのカップリング部の振れ値を求め、前記振れ値から、前記各カップリング部に面倒れが生じているか否かを判定し、前記各カップリング部に面倒れが生じていると判定した場合、前記カップリング部の振れ値の略半分の寸法の間隔板を前記カップリング部間の隙間に挿入し、前記カップリング部は、前記発電機と前記励磁機との間の前記ロータのカップリング部であり、前記カップリング部に面倒れが生じていると判定した場合、該面倒れにより生じるカップリング部の振れ値の最大値を計測し、前記カップリング部の振れ値の最大値の略半分の寸法の間隔板を前記隙間に挿入し、前記間隔板を、前記カップリング部の振れ値の最大振れ方向を中心に３０°〜６０°の範囲に挿入し、前記カップリング部の振れ値の略半分の寸法となるように複数の間隔板を組合せ、該各間隔板の組合せを前記隙間に挿入し、前記振れ値は、５０／１００ｍｍ未満であるカップリング面倒れ補強方法を提供する。

本発明において、「カップリング部の振れ値」とは、カップリング部の外周面をダイヤルゲージで計測したときの、読み値の変動分のことをいう。

従って、本発明は、カップリング部に面倒れが生じていると判定した場合、該面倒れにより生じるカップリング部の振れ値を計測し、カップリング部の振れ値の略半分の寸法の間隔板を該カップリング部間の隙間に挿入して、カップリング部の面倒れを補強するので、大規模なロータ修理作業を必要とせずに、短期間でロータの稼動を再開し得るカップリング面倒れ補強方法を提供することができる。

本発明によれば、大規模なロータ修理作業を必要とせずに、短期間でロータの稼動を再開することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係るカップリング面倒れ補強方法が適用されるタービン及び回転電機の構成を示す模式図である。

発電機１０は、励磁機１１により励磁電流が供給される。また、発電機１０には、高中圧タービン１２・低圧タービン１３Ａ・１３Ｂにより回転動力が与えられる。これにより、発電機１０で電力が発生される。各機器間はロータ２０により動力が伝達される。例えば、ロータ２０を介して、タービン・発電機・励磁機・継ぎシャフト等が接続される。

図２はロータのカップリング部の構成を示す模式図である。

各ロータ２０Ａ・２０Ｂの端部には、カップリング部２１Ａ・２１Ｂが設けられている。各カップリング部２１Ａ・２１Ｂはカップリングボルト２２で結合される。これにより、各ロータ２０Ａ・２０Ｂが互いに直結される。

ここで、各ロータ２０Ａ・２０Ｂのカップリング部２１Ａ・２１Ｂ間で面倒れが生じていると、カップリングが振れてしまい、タービン及び発電機の運転を停止しなければならない事態が生じ得る。具体的には、図３に示すように一方のカップリング部２１Ｂに面倒れが生じていたり、図４に示すように両方のカップリング部２１Ａ・２１Ｂに面倒れが生じていたりすることがある。そこで、以下の手順によりカップリングの面倒れの補強を行なう。

図５は本実施形態に係るカップリング面倒れ補強方法の手順を示すフローチャートである。

まず、各ロータ２０Ａ・２０Ｂの軸受けからの距離に基づいて、各ロータ２０Ａ・２０Ｂのカップリング部２１Ａ・２１Ｂの振れ値を求める（Ｓ１）。なお、振れ値は、カップリング部の外周面での計測値を採用する。

続いて、振れ値から、各カップリング部２１Ａ・２１Ｂに面倒れが生じているか否かを判定する（Ｓ２）。具体的には、シリンダーゲージを用いた共回し法により面倒れの判定を行なう。

各カップリング部２１Ａ・２１Ｂに面倒れが生じていると判定した場合（Ｓ２−Ｙｅｓ）、各カップリング部２１Ａ・２１Ｂの振れ値の略半分の寸法の間隔板３０を、その隙間に挿入する（Ｓ３）。具体的には、図６に示すように、各カップリング部２１Ａ・２１Ｂ間の振れ値αの半分の厚さの間隔板３０を、最大振れ方向β°を中心に３０°〜６０°の範囲に挿入する。ただし、振れ値（読み値）αは５０／１００ｍｍ未満であるとする。また、最大振れ方向βは、カップリング部の外周面をダイヤルゲージで計測したときの最大値に対応する角度である。

振れ値αが５０／１００ｍｍ未満の場合（Ｓ４−Ｙｅｓ）、カップリングボルト２２で各カップリング部２１Ａ・２１Ｂを接続する（Ｓ５）。これにより、各カップリング部２１Ａ・２１Ｂ間の振れ値を最小にすることが可能となり、ロータ２０Ａ・２０Ｂの振動値を低減することができる。

一方、振れ値αが５０／１００ｍｍ以上の場合は、補強しても効果がないと判断する（Ｓ４−Ｎｏ）。この場合、大規模なロータの修正作業が必要とされる（Ｓ６）。

なお、各カップリング部２１Ａ・２１Ｂに面倒れが生じていないと判断した場合（Ｓ２−Ｎｏ）、間隔板３０を挿入せずに、そのままカップリングボルト２２で各カップリング部２１Ａ・２１Ｂを接続する（Ｓ５）。

以上説明したように、本実施形態に係るカップリング面倒れ補強方法では、各カップリング部２１Ａ・２１Ｂ間に間隔板３０を挿入することで、カップリングの面倒れ分を補強する。これにより、各カップリング部２１Ａ・２１Ｂの面倒れに伴う振れ量を減少させることができ、タービン及び回転電機の運転を継続することができる。換言すると、大規模なロータの修理作業を必要とせずに、短期間でロータの稼動を再開することができる。

ここで、間隔板３０を挿入したときの効果について補足する。一般的に、カップリング部２１Ａ・２１Ｂが面倒れしていても、カップリングボルト２２で強引に締めることは可能である。しかしながら、カップリングボルト２２で強引に締めた場合、図７に示すように、わずかながらロータ２０Ａ・２０Ｂを上方又は下方に向けようとする力Ｆが働く。この力Ｆがロータ２０Ａ・２０Ｂに振動を与えてしまい、機器の劣化の一因となる。これに対し、ロータ２０Ｂの軸が多少曲がっていても間隔板３０を挿入してカップリング部２１Ａ・２１Ｂを固定した方が機器の劣化を抑えることができる場合がある。例えば、本発明者らの検討によれば、原子力発電に使用するロータ等では、面倒れが１０^−２ｍｍのオーダーの場合には、間隔板３０を挿入した方が効率的である。

なお、本実施形態に係る間隔板３０は、発電機１０と励磁機１１との間のカップリングに用いるのが好適である。一般的なタービンと発電機との間はトルクが大きく、間隔板３０を挿入しても飛散するおそれがあるからである。この点、発電機１０と励磁機１１との間であればトルクが小さく、挿入した間隔板３０が抜けて飛散することがない。

なお、各ロータ２０Ａ・２０Ｂの両方に面倒れが生じた場合、図８に示すように、一方のロータ２０Ｂを回転させて、各カップリング部２１Ａ・２１Ｂの開きが最小になるように結合してもよい。これにより、ロータ２０Ａとロータ２０Ｂとの互いの面倒れが相殺されることになる。この結果、カップリング部２１Ａ・２１Ｂにかかる回転電機のトルクの負荷を軽減することができる。また、面倒れの大きさが各カップリング部２１Ａ・２１Ｂで異なる場合は、上述した方法により、間隔板３０を挿入する。

なお、本実施形態では、鉄系の間隔板３０ではなく、熱硬化性を有する樹脂製の間隔板を採用してもよい。熱硬化性を有する樹脂であれば、カップリング部２１Ａ・２１Ｂの間の形状に合わせて間隔板を変形させることができる。それゆえ、カップリング部２１Ａ・２１Ｂの間の密着度を上げることができ、負荷遮断や事故等によりカップリング部２１Ａ・２１Ｂの間に大きなトルクが作用したときに、カップリングがずれることを防止できる。

なお、カップリングが焼嵌め型である場合は、カップリング部が曲がりやすく面倒れが生じやすい。そのため、本実施形態に係るカップリング面倒れ補強方法は、焼嵌めカップリングへの適用が好適である。

なお、本実施形態では、カップリング部の振れ値の最大値の略半分の寸法の間隔板をカップリング部間の隙間に挿入する。カップリング部の直径と、カップリング端からロータの変曲点までの距離とが一致しているときには、カップリング部間の隙間が振れ値の最大値の半分と一致するので、カップリングの面倒れを効果的に補強することができる。

また、ここでいう略半分とは、振れ値の最大値の３０％〜７０％を指す。

＜第２の実施形態＞
図９は本発明の第２の実施形態に係るカップリング面倒れ補強方法に用いられる間隔板３０の形態を示す模式図である。図９（Ａ）は正面図であり、図９（Ｂ）は側面図である。なお、既に説明した部分と同一の部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。また、カップリング部の面倒れについては、第1の実施形態と同様の補強方法を適用する。

本実施形態に係る間隔板３０Ａは、金属製のライナーがカップリング部２１の形状に合わせて扇形に形成されるとともに、カップリングボルト２２の貫通穴３１が設けられている。また、間隔板３０Ａはテーパー加工されている。

このように、カップリング部２１の形状に合わせて間隔板３０Ａを扇形としているので、各カップリング部２１Ａ・２１Ｂの間の密着度が上がる。また、間隔板３０Ａがテーパー加工されているので、各カップリング部２１Ａ・２１Ｂの間の密着度がさらに上がる。それゆえ、負荷遮断等により、各カップリング部２１Ａ・２１Ｂの間に大きな力が加わったとしても、カップリングがずれることを防止できる。

また、貫通穴３１を通して、カップリングボルト２２が間隔板３０を固定している。それゆえ、ロータ２０Ａ・２０Ｂのカップリングが高速回転したときに、カップリングから間隔板３０が飛び出すことを防止できる。

なお、本実施形態に係る間隔板３０として、図１０に示すような円盤状のスペーサ３０Ｂや、図１１に示すようなドーナツ状のスペーサ３０Ｃを用いてもよい。スペーサ３０Ｂ・３０Ｃはいずれも、金属製のライナーがカップリングの形状に合わせて円形でテーパー加工されるとともに、カップリングボルト２２の貫通穴３１が設けられている。なお、各図（Ａ）が正面図であり、各図（Ｂ）が側面図である。このように、間隔板３０がテーパー加工されていると、カップリング部２１Ａ・２１Ｂの間の密着度を上げることができる。これにより、負荷遮断や事故等により各カップリング部２１Ａ・２１Ｂの間に大きなトルクが作用したとしても、カップリングがずれることを防止できる。

また、図１２に示すように、複数の間隔板を組み合わせてカップリング部２１Ａ・２１Ｂの間に挿入してもよい。例えば、図１３に示すように、厚さがα／４の間隔板３０Ｘを１枚と、厚さがα／８の間隔板３０Ｙを２枚（それぞれ目安）とから、厚さの合計がα／２となるように複数の間隔板をカップリング部２１Ａ・２１Ｂの間に挿入する。すなわち、必要とする厚さの間隔板より薄い間隔板を組み合わせることにより、カップリング結合時の振れ値を微調整できる。カップリングの振れ値を計測する度に間隔板を作成するのではなく、予め間隔板を準備しておくことで、カップリングの面倒れを迅速に補強できるというメリットがある。

なお、図１４に示すように、テーパー加工されていない間隔板３０Ｄであっても、カップリングの面倒れ分を十分に補強できることがある。

＜その他＞
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係るカップリング面倒れ補強方法が適用されるタービン及び回転電機の構成を示す模式図である。ロータのカップリング部の構成を示す模式図である。カップリング部における面倒れの状態を示す模式図である。カップリング部における面倒れの状態を示す模式図である。第１の実施形態に係るカップリング面倒れ補強方法の手順を示すフローチャートである。第１の実施形態に係る間隔板を挿入する手順を示す図である。第１の実施形態に係る間隔板を挿入することの効果を説明するための図である。第１の実施形態に係るカップリング面倒れ補強方法の変形例を説明するための図である。本発明の第２の実施形態に係るカップリング面倒れ補強方法に用いられる間隔板３０の形態を示す模式図である。第２の実施形態に係る間隔板の形態を示す模式図である。第２の実施形態に係る間隔板の形態を示す模式図である。第２の実施形態に係るカップリング面倒れ補強方法の変形例を説明するための図である。第２の実施形態に係るカップリング面倒れ補強方法の変形例を説明するための図である。第２の実施形態に係る間隔板の形態を示す模式図である。

符号の説明

１０・・・発電機、１１・・・励磁機、１２・・・高中圧タービン、１３Ａ・１３Ｂ・・・低圧タービン、２０Ａ・２０Ｂ・・・ロータ、２１Ａ・２１Ｂ・・・カップリング部、２２・・・カップリングボルト、３０・・・間隔板、３１・・・貫通穴。

Claims

タービン、発電機及び励磁機を接続するロータであり、互いに直結する２つの前記ロータのカップリング部に生じる面倒れを補強するカップリング面倒れ補強方法であって、
前記ロータの軸受けからの距離に基づいて、該ロータのカップリング部の振れ値を求め、
前記振れ値から、前記カップリング部に面倒れが生じているか否かを判定し、
前記カップリング部に面倒れが生じていると判定した場合、前記カップリング部の振れ値の略半分の寸法の間隔板を前記カップリング部間の隙間に挿入し、
前記カップリング部は、前記発電機と前記励磁機との間の前記ロータのカップリング部であり、
前記カップリング部に面倒れが生じていると判定した場合、該面倒れにより生じるカップリング部の振れ値の最大値を計測し、
前記カップリング部の振れ値の最大値の略半分の寸法の間隔板を前記隙間に挿入し、
前記間隔板を、前記カップリング部の振れ値の最大振れ方向を中心に３０°〜６０°の範囲に挿入し、
前記カップリング部の振れ値の略半分の寸法となるように複数の間隔板を組合せ、該各間隔板の組合せを前記隙間に挿入し、
前記振れ値は、５０／１００ｍｍ未満であることを特徴とするカップリング面倒れ補強方法。
請求項１に記載のカップリング面倒れ補強方法において、
前記間隔板を挿入することに代えて、前記カップリング部を回転させ、前記各カップリング部間の隙間を最小にすることを特徴とするカップリング面倒れ補強方法。
請求項２に記載のカップリング面倒れ補強方法において、
前記各カップリング部間の隙間が最小となるように、該カップリング部を回転させた後、前記カップリング部に面倒れが生じていると判定した場合、該面倒れにより生じるカップリング部の振れ値を計測し、
前記カップリング部の振れ値の略半分の寸法の間隔板を前記隙間に挿入する
ことを特徴とするカップリング面倒れ補強方法。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のカップリング面倒れ補強方法に用いられる間隔板は、金属製のライナーがカップリングの形状に合わせて扇形に形成されるとともに、カップリングボルトの貫通穴が設けられたことを特徴とする間隔板。
請求項４に記載の間隔板であって、テーパー加工されたことを特徴とする間隔板。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のカップリング面倒れ補強方法に用いられる間隔板は、金属製のライナーがカップリングの形状に合わせて円形でテーパー加工されるとともに、カップリングボルトの貫通穴が設けられたことを特徴とする間隔板。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のカップリング面倒れ補強方法に用いられる間隔板は、熱硬化性を有する樹脂製ライナーが扇形に形成されたものであることを特徴とする間隔板。