JP5743914B2 - 蒸気タービン軸受の支持構造および蒸気タービン - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、蒸気タービン軸受の支持構造および蒸気タービンに関する。

蒸気タービンは、通常コンクリート製の基礎台上に設置される。図７は、車室のコーン部に設置した軸受によってタービンロータを支持する形態の蒸気タービンを模式的に示した側面断面図である。

図７に示した蒸気タービン１０は、中央部に蒸気入口部を設置し両側に蒸気排気部を設置した低圧蒸気タービンであって、コンクリート部１６で形成された基礎台１４と、この基礎台１４に支持された車室１３と、この車室１３内に挿通されるタービンロータ１２と、このタービンロータ１２を両側で回転自在に支持するとともに、軸受支持部１５Ｓを介して下部の車室１３のコーン部１３Ｃに設置された軸受１５とから構成されている。

台板２４は基礎台１４のコンクリート部１６の頂上部に設置されている。また、動翼１１はタービンロータ１２に備えられており、車室１３側の静止部に固定された図示しない静翼との間でタービン段落を構成している。

近年の蒸気タービン１０は、大容量高出力化に伴いタービンロータ１２が大型化しているため、図７のように車室１３のコーン部１３Ｃに軸受１５を設置してタービンロータ１２を支持する形態では、経年使用によりタービンロータ１２の重量によって車室１３自体が変形して静止部と回転部とが接触するとか、コーン部１３Ｃの剛性を保持することが難しいため、タービンロータ１２に振動が発生しやすいという課題があった。

この課題を解決するために、図８のように軸受１５をコーン部１３Ｃよりも外側の基礎台１４のコンクリート部１６の頂上部に移し、台板２４を介して基礎台１４のコンクリート部１６で軸受１５を固定し、タービンロータ１２を支持するという形態の蒸気タービン１０もある。

しかしながら、図８の形態の蒸気タービン１０では、軸受１５が車室１３のコーン部１３Ｃの外側に配置されるため、軸受１５、１５相互間の距離が長くなる。一般に、軸受１５、１５相互間の距離が長くなるほどタービンロータ１２に振動が発生しやすいことが知られている。軸受１５、１５相互間の距離を短縮すればタービンロータ１２の振動を効果的に抑制することはできるが、車室１３の軸長寸法を小さくするとタービン性能が著しく損なわれるため、基礎台１４、１４相互間は一定の距離以上狭めることはできない。

さらに、図８の形態の蒸気タービン１０の課題を改善するために、長方形の板状の補強部材を基礎台１４のコンクリート部１６の頂上部に対して縦方向に複数枚並べた状態で埋設し、その端部をタービン翼１１側に張り出すようにし、この張り出した部分で軸受１５を支持することによって基礎台１４、１４相互間の距離は変えずに軸受１５、１５相互間の距離を短縮した発明も提案されている。

特開昭５２−５７４１２号公報 特開２００３−２７８５０４号公報

しかしながら、図８のように張り出し部を形成した補強部材を基礎台１４のコンクリート部１６の頂上部に埋設する場合、張り出し部に数十トン以上のタービンロータ１２の荷重がかかると、補強部材を通して基礎台１４のコンクリート部１６に強いせん断応力がかかる。

コンクリートは圧縮応力に対しては強度が強いものの、引張応力やせん断応力に対しては１０分の１程度の強度しか有しないことが一般に知られており、埋設された補強部材によるタービンロータ支持方法では、張り出し部を長く張り出すことが困難である。

さらに、この埋設された補強部材でタービンロータを支持する方法では、補強部材を基礎台１４のコンクリート部１６に設置した後に車室１３を据え付けようとする場合、埋設金物が車室に干渉してしまう恐れがある。この干渉を避けるためには、車室１３を据え付け後に補強部材を埋設するか、あるいは、車室１３の一部を分解可能な構造とする必要がある。前者の場合、車室１３支持用の基礎台１４のコンクリートを打設後に、車室１３を据え付け、補強部材を埋設するために再度コンクリートを打設しなければならず、工程の増加を招く欠点がある。また後者の場合には、補強部材と車室とが干渉しないように車室の一部を分解構造にする必要があり、その分、車室構造が複雑になるという欠点がある。

そこで、本発明の実施形態は、基礎台に引張応力やせん断応力が極力作用しないようにするとともに、車室の据付け時に軸受を支持する軸受支持部材と干渉することのない蒸気タービン軸受の支持構造および蒸気タービンを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するため、本発明の実施形態は、タービン翼を有するタービンロータと、前記タービンロータを収容しタービン翼とでタービン段落を構成する静翼を有する車室と、前記タービンロータの両端を基礎台に設置された軸受により回転自在に支持するようにした蒸気タービン軸受の支持構造において、前記基礎台は、前記車室の両側に設置され、対向する壁面に対して、頂上部の平坦面から所定の深さに亘って所定の幅および奥行きを有する直方体状の切り欠き部を形成し、前記各基礎台に形成された前記切り欠き部に対し、前記車室側に向けて張出し部を形成した軸受支持部材を敷設し、前記軸受支持部材の前記張出し部に前記軸受を設置するようにしたことを特徴とする。

本発明の実施形態１に係る蒸気タービンの構成を模式的に示す断面図。 図１の軸受支持部材を基礎台に敷設した状態を示す拡大斜視図。 図２の軸受支持部材の側面図。 本発明の実施形態２の軸受支持部材を基礎台に敷設した状態を示す拡大斜視図。 本発明の実施形態３の軸受支持部材を基礎台に敷設した状態を示す拡大斜視図。 本発明の実施形態４の軸受支持部材を基礎台に敷設した状態を示す拡大斜視図。 従来の蒸気タービンの一つの構成を示す断面図。 従来の蒸気タービンの別の構成を示す断面図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図を通して同一部材には同一符号を付けて、重複する説明は適宜省略する。

[実施形態１]
図１は本実施形態１に係る蒸気タービンの構成を模式的に示す断面図であり、図２は図１に記載した軸受支持部材を基礎台に敷設した状態を示す拡大斜視図、図３は図２の軸受支持部材の側面図である。

図１において、蒸気タービン１０は、タービン翼１１を植設したタービンロータ１２と、このタービンロータ１２を収容し、タービン翼１１との間でタービン段落を構成する静翼（図示せず）有する車室１３と、コンクリートを鉄骨等で補強するようにして形成された基礎台１４と、この基礎台１４上でタービンロータ１２を回転自在に支持する軸受１５とから構成される。基礎台１４は、コンクリート部１６の頂上部に軸受支持部材１７を敷設するようにして、車室１３の両側にそれぞれ１基ずつ設置される。

図２および図３で示すように、基礎台１４のコンクリート部１６は頂上部に平坦面１６Ｔを有しており、さらに、下部の車室１３に面した壁面１６Ｗに対して、頂上部の平坦面１６Ｔの位置を基準にして下方向に所定の深さに亘って、所定の幅および奥行きを有する直方体状の切り欠き部２３を形成している。

この切り欠き部２３は、後述するように、軸受支持部材１７の構成部品である倒立状態のほぼ直角三角形状に形成された補強部材１９と、この補強部材１９の下部に固定された下部板を収納するために設けられたものであり、頂上平坦面１６Ｔからの深さ（ｈ）、奥行き（ｄ１）および幅（ｗ）は、タービンロータ１２の重量によって定められる。

軸受支持部材１７は、本実施形態１の場合、３個の構成部品によって構成されている。すなわち、基礎台１４のコンクリート部１６の頂上平坦面１６Ｔに設置される鋼製で平板状の上部板１８と、この上部板１８の下面に溶接されるとともに、上部板１８の下面と接する辺に対向する角部を水平にカットして倒立状態のほぼ直角三角形状に形成された鋼製の複数枚の補強部材１９と、この複数枚の補強部材１９のカット面にそれぞれ溶接により固定された鋼製で平板状の下部板２０とから軸受支持部材１７は構成されている。しかも、上部板１８の一端は下部板２０の投影位置から車室１３内に張り出すように形成されている。

そして、上部板１８の切り欠き部２３側と反対側の部位にはコンクリート部１６の頂上部の平坦面１６Ｔに当該上部板１８を固定するための基礎ボルト用の貫通穴２１を４箇所設けており、一方、下部板２０は、切り欠き部２３の底部２３Ｂに設置されて、複数枚の補強部材１９から鉛直方向に作用する荷重を受けるようになっている。

なお、補強部材１９の垂直辺と、切り欠き部２３の内壁面２３Ｗとの間には隙間が形成されるようになっている。このため、下部板２０の奥行きを（ｄ３）とすると、補強部材１９の垂直辺と切り欠き部２３の内壁面２３Ｗとの間に（ｄ１−ｄ３）の隙間ができる。因みに、上部板１８がコンクリート部１６の頂上の平坦面１６Ｔの縁から切り欠き部２３側に張出している部分の寸法を（ｄ２）とすると、ｄ２＞ｄ１＞ｄ３の寸法関係が成立する。

軸受支持部材１７には上記の寸法関係によって基礎台１４の平坦面１６Ｔから切り欠き部２３を越えて車室１３側に（ｄ２-ｄ１）の寸法差分だけ張り出す張り出し部２２が形成される。そして、図１で示すようにこの張り出し部２２上に台板２４を介して軸受１５が設置されるようになっている。

張り出し部２２上に設置された軸受１５でタービンロータ１２を回転自在に支持することにより、前述した図８の従来例と比較して、タービンロータ１２の支持間隔を狭めることができ、これによりタービンロータ１２回転時の振動を抑制することができる。

また、本実施形態１では、軸受１５にかかる荷重によって軸受支持部材１７は底部２３Ｂの下部板２０を支点とするモーメントを受けるが、軸受支持部材１７の上部板１８には貫通穴２１を設け、この貫通穴２１に基礎ボルト（図示省略）を貫通させて固定するようにしたので、上記モーメントには十分に耐えることができる。

本実施形態１では、上部板１８の張り出し部２２にかかるタービンロータ１２の荷重は、補強部材１９および下部板２０を通して基礎台１４の切り欠き部２３の底部２３Ｂに鉛直方向にかかるが、基礎台１４を構成するコンクリート部１６は圧縮方向に対して強い強度を有するため、コンクリート材の損壊は発生しにくい。このため、発電所運用中の長期間にわたり、タービンロータの振動に対して軸受を安定して保持できる利点がある。

また、本実施形態１では、基礎台１４の頂上部に軸受支持部材１７を埋設せずに、頂上部に形成した切り欠き部２３に軸受支持部材１７を敷設するようにしたので、車室１３を据え付け後に、基礎台１４に軸受支持部材１７を敷設しても、据付時の軸受支持部材と車室１３との干渉は起こらないという長所を有する。

［実施形態２]
本実施形態２について図４を参照して説明する。
図４は本実施形態２おける軸受支持部材を基礎台に敷設した状態を示す斜視図である。

図４において、図１ないし図３と同一部品又は同一部位については、対応する符号を付与して重複する説明は適宜省略する。

上述した実施形態１では軸受支持部材１７の上部板１８を基礎台１４に固定保持するために、上部板１８に貫通穴２１を開け、この貫通穴２１に図示しない基礎ボルトを通すようにしたが、本実施形態２では、図４で示すように、基礎台１４の頂上部に複数個の四角いブロック状の埋設金物２５を所定の深さだけ埋設し、この埋設金物２５を上部板１８の当該張出し部と反対側の部位に設けた突起２６により挟持することにより軸受支持部材１７の上部板１８を基礎台１４に固定するようにしたものである。

本実施形態２においても、軸受支持部材１７に作用するモーメントの支点は、基礎台１４の頂上部ではなく、切り欠き部２３の底部２３Ｂに配置した下部板２０であるために、基礎台１４のコンクリート部１６鉛直方向にかかる荷重は実施形態１の場合と同じである。

したがって、実施形態１と同様、基礎台１４のコンクリート部１６に過大な水平方向の力がかからないため、コンクリート基礎の長期的な信頼性を増し、また基礎台１４のコンクリート部１６を過度に高強度にする必要がなくなるといった効果が得られる。
なお、本実施形態２では、上記の効果に加えて、基礎台１４にボルトを通す必要がないため、工事が省略できるといった効果も併せて得ることができる。

[実施形態３]
本実施形態３について図５を参照して説明する。
図５は本実施形態３の軸受支持部材を基礎台に敷設した状態を示す拡大斜視図である。

図５において、図１ないし図４と同一部品又は同一部位については、対応する符号を付与して重複する説明は適宜省略する。
本実施形態３は、上述した実施形態１における軸受支持部材１７の上部板１８の水平位置を調整するようにしたものである。

本実施形態は、基礎台１４のコンクリート部１６頂上部の平坦面１６Ｔと切り欠き部２３の底部２３Ｂとにそれぞれレベリングブロック２８を設置してから、それぞれのレベリングブロック２８の上に上部板１８および下部板２０を設置してレベリングブロック２８の高さ調整を行なうことにより、上部板１８が水平、または適正な角度にする。

レベリングブロック２８によって上部板１８の高さ調整をした後に台板２４を介して軸受１５を設置する。その後、上部板１８および基礎台１４のコンクリート部１６の平坦面１６Ｔ間、下部板２０および切り欠き部２３の底部２３Ｂ間にそれぞれグラウト（図示せず）を充填して固化させる。

以上の構造により、タービンロータ１２は適正な高さに調整されるため、タービンロータの軸継手部（図示省略）の曲がりが抑えられ、タービンロータの軸継手部のボルトに過大な応力がかかることがないので、軸継手ボルト破損による重大な事故を抑止することができる。

また、従来技術のように軸受支持部材１７を基礎台１４のコンクリート部１６の頂上部に埋設した場合は、設置後に高さを調整することができないが、本実施形態３では軸受支持部材１７を基礎台１４の頂上部に敷設するようにしているため、コンクリート部１６と軸受支持部材１７の間にレベリングブロック２８を設置することが可能になり、軸受支持部材１７の高さを調整することができる。

[実施形態４]
本実施形態４について図６を参照して説明する。
図６は本実施形態４の軸受支持部材を基礎台に敷設した状態を示す拡大斜視図である。

図６において、図１ないし図５と同一部品又は同一部位については、対応する符号を付与して重複する説明は適宜省略する。
本実施形態４は軸受支持部材１７と軸受台１５Ｐとを一体化したことを特徴とするものである。

本実施形態４では、基礎台１４のコンクリート部１６に設けた切り欠き部２３の底部２３Ｂ上にソールプレート３０を敷設し、その上に軸受支持部材１７と一体となった軸受台１５Ｐを設置するようにしたものである。軸受台１５Ｐは軸受１５を支持するとともに軸受支持部材１７の張り出し部２２と一体的に固定されている。張り出し部２２の下部には補強部材１９を介して下部板２０が設置され、この下部板２０で軸受荷重を支持する。

本実施形態４によれば、軸受支持部材１７と軸受台１５Ｐを一体化したために、台板２４が不要になる上に、軸受支持部材１７の敷設工程と軸受の設置工程とが一緒になるので、工期短縮を行うことができる。

［変形例］
レベリングブロック２８による上部板１８の高さ調整は、図５の実施形態３だけでなく、図４の実施形態２や図６の実施形態４でも実施できるものである。なお、図６の実施形態４の場合、レベリングブロック２８はソールプレート３０と下部板２０との間に設置される。

［各実施形態に共通する効果］
以上述べた実施形態によれば、タービンロータを両側で支持する軸受を基礎台の車室に対向する壁面に、頂上部の平坦面から所定の深さの直方体状の切り欠き部を設け、この切り欠き部に張出し部を有する軸受支持部材を敷設し、この張出し部に軸受を設置するようにしたので、軸受支持部材は軸受にかかる荷重によって切り欠き部の底部の下部板を支点とするモーメントを受けるが、軸受支持部材の上部板は基礎ボルトや埋設金物で基礎台の頂部に固定するようにしたので、上記モーメントには十分に耐えることができる。また、軸受相互間の間隔を短くすることもできる。

なお、以上説明した実施形態は、それぞれ例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図するものではない。また、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…蒸気タービン、１１…タービン翼、１２…タービンロータ、１３…タービン低圧車室、１４…基礎台、１５…軸受、１５Ｐ…軸受台、１６…コンクリート部、１６Ｔ…頂上の平坦面，１６Ｗ…コンクリート部壁面、１７…軸受支持部材、１８…上部板、１９…補強部材、２０…下部板、２１…貫通穴、２２…張り出し部、２３…切り欠き部、２３Ｂ…切り欠き部底部、２３Ｗ…切り欠き部壁面、２４…台板、２５…埋設金物、２６…突起、２８…レベリングブロック。

Claims (8)

1. タービン翼を有するタービンロータと、前記タービンロータを収容しタービン翼とでタービン段落を構成する静翼を有する車室と、前記タービンロータの両端を基礎台に設置された軸受により回転自在に支持するようにした蒸気タービン軸受の支持構造において、
   前記基礎台は、前記車室の両側に設置され、対向する壁面に対して、頂上部の平坦面から所定の深さに亘って所定の幅および奥行きを有する直方体状の切り欠き部を形成し、
   前記各基礎台に形成された前記切り欠き部に対し、前記車室側に向けて張出し部を形成した軸受支持部材を敷設し、
   前記軸受支持部材の前記張出し部に前記軸受を設置するようにしたことを特徴とする蒸気タービン軸受の支持構造。
2. 前記軸受支持部材は、前記基礎台の頂上部に設置される上部板と、前記切り欠き部の底部に設置される下部板と、これら上部板および下部板を連結する倒立状態でほぼ直角三角形状の補強部材とから構成したことを特徴とする請求項１記載の蒸気タービン軸受の支持構造。
3. 前記軸受支持部材は、前記上部板の前記張出し部と反対側の部位を基礎ボルトによって前記基礎台の頂上部に固定することを特徴とする請求項２記載の蒸気タービン軸受の支持構造。
4. 前記軸受支持部材は、前記基礎台の頂上部の所定位置に埋め込まれた埋め込み金物を前記上部板の前記張出し部と反対側の部位に形成した突起で固定することを特徴とする請求項２記載の蒸気タービン軸受の支持構造。
5. 前記基礎台の頂上部と前記軸受支持部材の上部板との間、および前記切り欠き部の底部と前記軸受支持部材の下部板との間にそれぞれレベリングブロックを設置し、前記各レベリングブロックの高さ調整を行なうことにより、前記上部板の水平角度を調整したことを特徴とする請求項２記載の蒸気タービン軸受の支持構造。
6. 前記レベリングブロックによる水平角度調整後、前記基礎台の頂上部と前記軸受支持部材の上部板との間、および前記切り欠き部の底部と前記軸受支持部材の下部板との間にそれぞれグラウトを充填し固化することを特徴とする請求項５記載の蒸気タービン軸受の支持構造。
7. 前記軸受支持部材の前記上部板と軸受台とを一体的に構成したうえで、前記基礎台に設置することを特徴とする請求項２ないし６のいずれか１項に記載の蒸気タービン軸受の支持構造。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の蒸気タービン軸受の支持構造を備えたことを特徴とする蒸気タービン。
   

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