JP5383403B2 - 蒸気タービン - Google Patents

Description

本発明は、軸のための少なくとも１つの磁気ベアリングを備えた蒸気タービンであって、磁気ベアリングの領域に積層体を装着して若しくは被せ嵌めてある形式のものに関する。

磁気ベアリングは、これまで用いられてきた軸受装置の代替手段を成すものである。磁気ベアリング若しくは磁気軸受の優れた特性は、支承される構成部分とベアリングとの間の非接触にある。必要な支承力は、不動の構成部分と支承される構成部分との間に形成される磁場によって生ぜしめられるようになっている。これによって磁気ベアリングは摩耗せず、かつ潤滑剤を必要としていない。

電磁式の磁気ベアリングを蒸気タービンの軸の支承（軸受け）のために用いる場合には、蒸気タービンの運転中に発生する高い熱は磁気ベアリングにとって問題になる。

磁気ベアリングの領域において、ベアリング内のうず電流損の減少若しくは最小化のために積層体（積層板若しくは薄板積層体）を軸に被せ嵌めてある。積層体は一般的に複数の薄板リング（環状薄板若しくはリングプレート）を積層して形成されており、薄板リングは適切な被覆によって互いに電気的に絶縁されている。蒸気タービンの軸内の高い熱は、積層体の絶縁のための被覆を溶融して、積層体を破損若しくは破壊してしまうことになる。

本発明の課題は、軸のための少なくとも１つの磁気ベアリングを備えた蒸気タービンを提供し、該蒸気タービンにおいて、磁気ベアリングの過熱、ひいては積層体の破損を避けるようにすることである。

前記課題を解決するために、本発明の構成では冒頭に述べた形式の蒸気タービンにおいて、磁気ベアリングの領域に、軸の軸線方向に延びる冷却空気用の複数の冷却空気通路を設けてあり、該冷却空気通路（冷却通路若しくは冷却通路）は、一方では磁気ベアリングの、積層体に向けられた側で、半径方向に延びる複数の冷却空気供給部若しくは冷却空気供給路を含む１つの冷却空気供給装置と接続されていて、かつ他方では支承ケーシング内の軸端部の自由な端部で終わっている、つまり該自由な端部に通じ、より具体的には該軸端部の自由な端部（自由端）の端面に通じ、つまり該端面で開口している。

磁気ベアリングの上記適切な冷却によって、殊に蒸気タービンの高温の端部に配置された磁気ベアリングの上記適切な冷却によって、積層体の絶縁被覆の過熱、ひいては磁気ベアリングの破損は避けられるようになっている。

本発明の実施態様では、軸は、積層体が装着された領域に、つまり積層体を被せ嵌めてある領域に、軸線方向に延びる複数の溝を有しており、該溝は、軸に接触する前記積層体と一緒に冷却空気通路を画成（形成）している。本発明の別の実施態様では、磁気ベアリングの領域で軸にブッシュ（若しくはスリーブ）を被せ嵌めてあり、該ブッシュは積層体を支持しており、前記ブッシュは該ブッシュの内周面に、有利には円周方向で実質的に均一に分配された複数の溝を有しており、該溝は軸の表面、つまり軸の外周面と一緒に冷却空気通路を画成している。本発明の別の実施態様では、磁気ベアリングの領域で軸にブッシュ（若しくはスリーブ）を被せ嵌めてあり、該ブッシュは積層体を支持しており、前記ブッシュ内に、有利には円周方向で実質的に均一に分配された複数の孔を設けてあり、該孔は冷却空気通路を形成（画成）している。

本発明の別の有利な実施態様では、蒸気タービンの軸（タービン軸）は、磁気ベアリングの積層体を支持する中間部分（中間区分）と該中間部分にねじ結合された２つの軸端部（軸ジャーナル）から三部構造で形成されており、冷却空気供給装置から複数の冷却通路を分岐させ、若しくは冷却空気供給装置の冷却空気供給部から複数の冷却通路を分岐させてあり、該冷却通路（冷却空気通路）は、前記ねじ結合された少なくとも一方の軸端部（軸ジャーナル）の外周部の領域（外周領域）に設けられた半径方向の複数の孔及び軸方向の複数の孔を介して、前記ねじ結合された軸端部の、前記軸の前記中間部分（本来の軸）に隣接する端部に通じ、より具体的には前記中間部分に隣接する端部（結合端部）の端面に通じ、つまり該端面で開口しており、前記中間部分、すなわち前記本来の軸の端部と前記ねじ結合された軸端部との間に室を画成してあり、該室は、前記ねじ結合された軸端部の中央に設けられた軸線方向の孔を介して、該軸端部の自由な端部に通じ、より具体的には該軸端部の自由な端部（自由端）の端面に通じ、つまり該端面で開口している。

次に本発明に基づく蒸気タービンの実施例を図面に基づき詳細に説明する。

本発明に基づく蒸気タービンの部分的な縦断面図である。 図1の符号Ｄの部分の拡大図である。 本発明に基づき設けられた冷却空気通路を備えた軸端部に配置されている磁気ベアリングの部分的な縦断面図である。 本発明に基づき設けられた冷却空気通路を備える軸端部を、部分的に破断して示す斜視図である。 本発明に基づき設けられた別の冷却空気通路を備える軸端部を、部分的に破断して示す斜視図である。

図１には、蒸気タービンの本発明の理解にとって必要な構成群のみを示してある。蒸気タービンは主に、前側の支承ケーシング１、蒸気タービンの高温の端部に位置する後側の支承ケーシング２、並びに翼を備える中間の領域３から成っている。

蒸気タービンの軸は、ねじ結合された前側の軸端部４でもって前側の支承ケーシング１内に支承され、かつねじ結合された後側の軸端部５でもって後側の支承ケーシング２内に支承されている。

図２は、図１の部分（区分）Ｄを示しており、つまり、図２は後側の支承ケーシング２を詳細に、つまり拡大して示している。後側の支承ケーシング２内には磁気ベアリング６を設けてあり、磁気ベアリングは積層体７を含んでいる。積層体（ラミネーション）の内側に冷却空気通路９を設けてある。冷却空気は冷却空気供給部８から、磁気ベアリング６の内側のヘリカルな構造体内に配置された冷却空気通路９に供給されるようになっている。個別の冷却空気通路９は、後側の支承ケーシング２内にある軸端部の自由な端部で終わっている。

図３は、後側の支承ケーシング２及びねじ結合された後側の軸端部５の縦断面を部分的に示している。該図面には２つの冷却空気案内部を示してある。一方で冷却空気案内部を形成する冷却空気通路９は、積層体７の下側（内側）に配置されていて、ねじ結合された後側の軸端部５の自由な端部で終わっている。

本発明のさらなる構成では、別の冷却空気案内部は本来の軸１３に向けて導かれていて、そこで中央の軸線方向の１つの孔によって後側の支承ケーシング２内へ戻し導かれている。このような冷却空気案内部は後で詳細に示してある。軸１３への軸端部５の結合はここでは詳細には示してない。図面には、本来の軸１３とこれにねじ結合された軸端部５との間に設けられた１つの絶縁板１４だけを示してある。絶縁板（支承ケーシング絶縁用環状板）１４は、軸１３からねじ結合された後側の軸端部５への熱の流れ（熱経路）を遮断するために用いられている。

冷却空気供給部８は冷却空気を冷却空気通路９にも、本来の軸１３に向けて冷却空気案内部１０にも供給するようになっている。このために、環状に形成された１つの冷却空気供給部８の領域に、所定の間隔で半径方向の複数の止まり穴１６を設けてある。ねじ結合された後側の軸端部（軸ジャーナル）５の、本来の軸１３とは逆の側の端部（端面）に対して距離を置いて、軸端部５の外周部に軸線方向の複数の孔１８を設けてあり、該孔は半径方向の各止まり穴（止まり孔）１６に通じている。ねじ結合された後側の軸端部５の、本来の軸１３に隣接する側の端部の近傍に別の半径方向の複数の止まり穴１７を設けてあり、該止まり穴（止まり孔）は軸端部の外周部の各孔１８に通じている。

軸線方向の孔１８は、該孔の始端部をそれぞれ閉鎖片（閉鎖栓）２０によって閉鎖されている。さらに、ねじ結合された後側の軸端部５に中央の軸線方向の１つの孔１９を設けてあり、該孔は、軸端部５の中央を軸線方向に該軸端部の全長にわたって延びている。このようにしてさらなる冷却空気案内部を形成してあり、つまり該さらなる（別の）冷却空気案内部は、冷却空気供給部８から出発して、半径方向の止まり穴１６、軸端部の外周部の孔１８、半径方向の止まり穴１７、ねじ結合された軸端部５の外周面の一部分と本来の軸１３の内周面の一部分との間に画成された空間部、本来の軸１３の端面とねじ結合された軸端部５の端面との間に画成された室１５、及び中央の軸線方向の孔１９を経て延びている。これによって、軸１３から後側のねじ結合された軸端部５、ひいては磁気ベアリングへの熱伝達は著しく減少されている。

ここには、後側のねじ結合された軸端部のための冷却空気案内部を記載してあるものの、もちろん前側のねじ結合された軸端部のための同一の空気案内部も可能である。状況若しくは条件によって許される場合には、両方の軸端部において第２若しくは別の冷却空気案内部を設けることは省略されてよいものである。

図４には、本発明に基づき設けられた冷却空気通路９を備える軸端部を、部分的に破断（断面）して斜視図で示してある。冷却空気通路９は、冷却空気供給部８から冷却空気で負荷するため、つまり冷却空気の供給を受けるために、２つの構成部分（構成部品）から成る１つのリング部材（環状部材）１２を用いて半径方向外側に向けて導かれている。冷却空気通路９は、軸端部に適切に設けられた複数の溝並びに磁気ベアリングの積層体７によって画成されている。

図５には、本発明に基づき設けられた別の冷却空気通路２５，２６を備える軸端部を、部分的に破断して斜視図で示してある。該空気通路は、積層体２３を支持（保持）するブッシュ２２の内周面に設けられた溝２５によって画成され、若しくはブッシュ２２内に設けられた軸線方向の孔２６によって画成されている。該冷却空気通路はリング部材２４を用いて半径方向外側へ導かれている。

１，２ 支承ケーシング、 ３ 領域３、 ４，５ 軸端部、 ６ 磁気ベアリング、 ７ 積層体、 ８ 冷却空気供給部、 ９ 冷却空気通路、 １０ 冷却空気案内部、 １２ リング部材、 １３ 軸、 １４ 絶縁板、 １６，１７ 止まり穴、 １８，１９ 孔、 ２２ ブッシュ、 ２４ リング部材、 ２５ 溝、 ２６ 孔

Claims (5)

1. 軸のための少なくとも１つの磁気ベアリングを備えた蒸気タービンであって、磁気ベアリングの領域に薄板積層体を被せ嵌めてある形式のものにおいて、磁気ベアリング（６）の領域に、軸の軸線方向に延びる冷却空気用の冷却空気通路（９，２５，２６）を設けてあり、該冷却空気通路は、磁気ベアリングの、翼に向けられた側で、半径方向に延びる冷却空気供給部を含む冷却空気供給装置（８）と接続されていて、支承ケーシング内の軸端部の自由な端部に通じていることを特徴とする蒸気タービン。
2. 軸は、薄板積層体（７）を被せ嵌めてある領域に、軸線方向に延びる溝（９）を有しており、該溝は、軸に接触する前記薄板積層体と一緒に冷却通路を画成している請求項１に記載の蒸気タービン。
3. 磁気ベアリングの領域で軸にブッシュ（２２）を被せ嵌めてあり、該ブッシュは薄板積層体（２３）を支持しており、前記ブッシュは該ブッシュの内周面に溝（２５）を有しており、該溝は軸の表面と一緒に冷却通路を画成している請求項１に記載の蒸気タービン。
4. 磁気ベアリングの領域で軸にブッシュ（２２）を被せ嵌めてあり、該ブッシュは薄板積層体（２３）を支持しており、前記ブッシュ内に孔（２６）を設けてあり、該孔は空気通路を形成している請求項１に記載の蒸気タービン。
5. 前記蒸気タービンの軸は、翼を支持する中間部分と該中間部分にねじ結合された２つの軸端部から三部構造で形成されており、冷却空気供給装置から複数の冷却通路を分岐させてあり、該冷却通路は、前記ねじ結合された軸端部の外周部の領域に設けられた半径方向の孔及び軸方向の孔を介して、前記ねじ結合された軸端部の、前記軸の前記中間部分に隣接する端部に通じており、前記中間部分の軸の端部と前記ねじ結合された軸端部との間に室を画成してあり、該室は、前記ねじ結合された軸端部の中央に設けられた軸線方向の孔を介して、該軸端部の自由な端部に通じている、請求項１から４までのいずれか１項に記載の蒸気タービン。

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