JP5985634B2 - 二つのハウジング間にプッシュロッド機構を備えたタービンシステム - Google Patents

Description

本発明は発電システム用のタービンシステムに、さらに詳しくは発電システムにおいて使用するためのタービンシステム用のプッシュロッド機構に関する。

発電システムは蒸気タービンシステムといったタービンシステムを含み、これはタービンシステムを駆動するためにボイラー内で生じた排出蒸気を凝縮させるための凝縮器を使用する。この蒸気はシステムを通る再循環のために液体の水に戻される。タービンシステムは、高圧タービン、中圧タービン、そして低圧タービンを含む。発電機が、電気を発生させるために、ドライブシャフトを介して低圧タービンに連結される。

発電システムの稼働中、タービンシステムは加熱される。タービンのケーシングおよびローターは、概して、異なる素材から形成されており、膨張が相違する。さらに詳しく言うと、ローターの熱膨張はタービンのケーシングよりも大きい。したがって、タービンシステムにおいては、中圧タービンの熱膨張が低圧タービンローターに伝達される。タービンのケーシングとローターとの間の拡張を補償するために、中圧タービンのケーシングと低圧タービンとの間でプッシュロッドが使用される。

だが、タービンシステムの終端での膨張を吸収する、目下のプッシュロッド機構の使用によって補償できない、ある程度の示差的膨張が依然として存在し、タービンシステムの設計において、著しい量の軸方向クリアランスが必要となっている。

目下使用されているプッシュロッドは固定されており、二つまたは三つの低圧タービン形態を備えたロータートレインにおける示差的膨張の低減を実現できない。

したがって、本発明の目的は、ロータートレインとターボ機械用のケーシングとの間の示差的膨張を補償するためのプッシュロッド機構を提供することである。

上記目的は請求項１に記載のタービンシステムおよび請求項１３に記載の発電システムを提供することによって解決される。

当該タービンシステムは、第１のローターを有する第１のタービンと、第２のローターを有する第２のタービンと、第１の端部において第１のタービンのケーシングに対してかつ第２の端部において第２のタービンのケーシングに対して連接されたプッシュロッドとを備え、プッシュロッドは温度を制御するためのデバイスを備えることを特徴とする。プッシュロッドの温度を制御するためのデバイスを備えることによって、プッシュロッドは加熱された際に膨張しかつ冷却された際に収縮し、これによってタービンシステムにおける示差的膨張が補償され、この場合、プッシュロッドを加熱するための蒸気ジャケットが使用される。蒸気が約摂氏３００度でジャケット内に流入し、ロッドの加熱を生じ、そして熱膨張をもたらす。

ある実施形態では、電気コンポーネントが、温度を制御し、これによってプッシュロッドを加熱するために使用される。電流がプッシュロッドを流れ、これによってロッドの誘導加熱が生じ、これはプッシュロッドの膨張をもたらす。

ある実施形態によれば、プッシュロッドは、その収縮を可能とし、そしてまたプッシュロッドの膨張を制御するために冷却のための手段を含む。

ある実施形態では、冷却のための手段はプッシュロッド内の貫通孔であり、このプッシュロッド内の貫通孔は、クーラントがプッシュロッドを経て流動することを可能とし、これによって冷却を可能とする。

別の実施形態では、クーラントは、オイルあるいは低圧タービン排出蒸気からの蒸気を含む。オイルは効率の良い熱の吸収体である。また、低圧タービン排気からの蒸気は相対的に低い温度であり、プッシュロッドの冷却を可能とするであろう。

ある実施形態では、プッシュロッドに関して必要とされる膨張あるいは収縮の量に依存して、一つ以上のバルブが、所望の量のクーラントが、プッシュロッドの貫通孔を経て流れることを可能とする。

ある実施形態では、タービンシステムは、プッシュロッドの示差的膨張を計算するための測定デバイスを含む。

別な実施形態では、測定デバイスは温度制御デバイスに対して信号を提供するよう構成される。この測定デバイスは、示差的膨張に基づいて、温度制御デバイスに信号を提供し、これが続いてプッシュロッドを加熱あるいは冷却する。

以下、本発明の上記およびその他の特徴について図面を参照して説明する。図示する実施形態は、本発明を説明することを意図しており、その限定は意図していない。本明細書および全図を通じて、同じ数字は同じ部材を示している。

発電システムの概略図である。 タービントレインの概略図である。 温度制御式プッシュロッドを備えたタービンの概略図である。 プッシュロッドの誘導加熱を示す概略図である。 蒸気ジャケット機構を有するプッシュロッドを備えたタービンの概略図である。

図１は、本発明の態様に基づく発電システム１の概略図である。当該発電システム１は、タービンシステム２、すなわち一つ以上のタービンを含むタービントレインを含んでいる。発電システムはさらに、凝縮器アセンブリ４と、この凝縮器アセンブリ４に接続されたフィードポンプ８と、ボイラー１０と、熱源アセンブリ１２と、タービンシステム２に対して連結された発電機６とを含む。

バーナーなどの熱源アセンブリ１２は、これに限定されるわけではないが、発電システム１が作動することを可能とする核熱源あるいは化石燃料熱源といった、いかなる熱源をも含むことができる。ボイラー１０は、やはりタービンシステム２と流体連通状態にある熱源に接続される。

タービンシステム２（これはまたタービントレインとも呼ばれる）は直列流配置状態の一つ以上のタービン、たとえば高圧タービン、中圧タービン、そして低圧タービンを含むことができる。一つ以上のタービンは互いに流体連通状態で接続される。タービンシステム２は凝縮器アセンブリ４と流体連通状態で接続され、かつ、少なくとも一つのドライブシャフトを介して発電機と連係動作可能に連結される。凝縮器アセンブリ４はボイラー１０と流体連通状態であり、フィードポンプ８は凝縮器アセンブリ４からボイラー１０への凝縮物の圧送を促進する。熱源アセンブリ１２は、その中で蒸気を発生させるために、ボイラー１０内の水などの作動流体を加熱する。蒸気はタービンを駆動するためにタービンシステム２内に導かれ、これが、今度は、電気を発生させるために発電機６を作動させる。

図２は、図１のタービンシステム２といった、タービンシステムの概略図である。目下考察している形態では、タービンシステム２は、高圧タービン２０と、中圧タービンである第１のタービン２２と、第２のタービン２４と、第３のタービン２６とを含む。第２のタービン２４および第３のタービン２６は二つの低圧タービンである。タービンは互いに流体連通状態で配置される。さらに詳しく言うと、タービンは直列流配置状態であり、この場合、タービンのローターは互いに連携動作可能に連結される。

本発明の態様によれば、第１のタービン２２は、第２のタービン２４の第２のローター３２に連係動作可能に連結された第１のローター２８を含む。第２のローター３２は、図２に示すように、第３のタービン２６の第３のローター３４に対して連結される。

さらに、第３のタービン２６の第３のローター３４は、ドライブシャフト２９を介して発電機６に連結される。タービンシステム２はまた、第１のタービン２２の軸方向上流側に配置された高圧タービン２０を含む。高圧タービン２０および第１のタービン２２は、カップリングを介して、互いに接続されている。ある実施形態では、カップリングは、第１のタービン２２の第１のローター２８と高圧タービン２０のローターとの間に配置されたスラストベアリング３０を含むことができる。スラストベアリング３０は、高圧タービン２０に向う方向への第１のローター２８の膨張を阻止する。さらに詳しく言うと、スラストベアリング３０は、第１のローター２８の第２の面（図２では示していない）に配置される。

本発明の態様によれば、タービンシステムは、第３のタービン２６に接続された示差的膨張（ＤＥ）メーターといった測定デバイス４０を含む。さらに詳しく言うと、目下考察している形態では、ＤＥメーターは発電機６の近位位置に配置される。ＤＥメーターは第３のタービン２６のインナーケーシングに接続されることに留意されたい。ＤＥメーターは、（図２では示していない）プッシュロッドの温度制御デバイスに対して出力として信号を提供するよう構成される。

だが、別な実施形態では、一つ以上のＤＥメーターが存在してもよく、この場合、各ＤＥメーターは、各タービンにおける示差的膨張を測定するために各タービンに対して接続される。

温度制御デバイスはプッシュロッドのための加熱システムであってもよい。プッシュロッドにおける加熱は、たとえばプッシュロッドを加熱するために電流を流すことによって電気的に引き起こされてもよいことに留意されたい。これに代えて、プッシュロッドにおける加熱は、図３および図４を参照して説明するように、プッシュロッドの温度を増大させるための蒸気流等の加熱物質を通過させることによってなされてもよい。

図３は、本発明の態様に基づくタービン５０のセクションを示す概略図である。プッシュロッド５４は、第１の端部において蒸気タービン５０のインナーケーシング５６に対して、かつ、第２の端部において第２のタービン（図示せず）のアウターケーシング５８に対して連接されている。プッシュロッド５４は、温度を制御するためのデバイス５２を含む。デバイス５２は、プッシュロッド５４に所望の大きさの電流を流すための電流レギュレーター等の電気コンポーネントである。電流は、インダクターを介してプッシュロッドを流れるとき、プッシュロッドを加熱し、これによってプッシュロッド５４の温度を上昇させる。

目下考察している形態では、プッシュロッド５４は、これに限定されるわけではないが、冷却目的のために使用される貫通孔６０といった冷却のための手段を含む。貫通孔６０はプッシュロッド５４の長さに沿って延びている。貫通孔６０はクーラントがそれを通過することを可能とし、これによってプッシュロッド５４の温度を低下させる。

本発明の態様によれば、クーラントはオイルなどの物質を含むことができる。これに代えて、低圧タービン排出蒸気からの蒸気がクーラントとして利用可能である。

ある実施形態では、オイルスプレーシステムが、プッシュロッドを冷却するための手段として利用されてもよい。

プッシュロッド５４は約摂氏３００度の温度まで加熱されるが、これは、約８ないし９ｍｍの範囲のプッシュロッドの膨張をもたらす。より小さな膨張が必要である場合、上記冷却機構が使用可能である。貫通孔６０内のクーラントの流れはバルブ（図３では示していない）の使用によって制御可能であることに留意されたい。ＤＥメーターである測定デバイス４０は、ケーシングとタービンシステムのローターとの間の示差的膨張を測定する。ＤＥメーターは、相応にプッシュロッド５４を加熱するために望まれる電流を提供するための電流レギュレーターである、温度を制御するためのデバイス５２に信号を提供する。

図４は、本発明の態様に基づく代表的なプッシュロッド機構を示す概略図である。プッシュロッド５４は、第１の端部６６において第１のタービン２２のインナーケーシングに対して、かつ、第２の端部６８において第２のタービン２４のアウターケーシングに対して連接される。温度制御デバイス５２（これは電流レギュレータである）は、図４に示すように、プッシュロッド５４を加熱するために望まれる大きさの電流を提供する。先に述べたように、プッシュロッド５４は、冷却のためにプッシュロッド５４をクーラントが通過することを可能とするための貫通孔６０を含む。一つ以上のバルブ６４は、プッシュロッド５４のために必要な所望の冷却度合に基づいて、クーラントの流れ６２を制御する。

図５はタービン７０のセクションを示す概略図である。タービン７０は、温度を制御するためのデバイスを備えたプッシュロッド５４を含む。目下考察している形態では、デバイスはプッシュロッド５４を取り囲む蒸気ジャケット７２である。中圧タービンといった第１のタービンからの蒸気がプッシュロッド５４を加熱するために使用される。中圧タービンからの蒸気は約摂氏３５０度の温度であり、そうした温度はプッシュロッド５４を加熱しかつプッシュロッド５４における熱膨張を引き起こすことができる。

上述したように、プッシュロッド５４は、その制御された収縮のためにクーラントを通過させるための貫通孔６０を含む。ＤＥメーターなどの測定デバイス４０は、蒸気ジャケット７２に接続されるが、これは、タービンシステムにおけるローターとタービンのケーシングとの間に示差的膨張を補償するためにプッシュロッドに必要な膨張の程度に関する情報を提供する。蒸気質量流量は、測定デバイス４０からの情報に基づいて調整可能である。

本発明の実施形態について蒸気タービンシステムなどのタービンシステムを関して説明してきたが、同様の技術および構成はガスタービンシステムに関しても使用可能であることに留意されたい。特に、上記の実施形態は蒸気タービンシステムならびにガスタービンシステムに関して適用可能である。

１ 発電システム
２ タービンシステム
４ 凝縮器アセンブリ
６ 発電機
８ フィードポンプ
１０ ボイラー
１２ 熱源アセンブリ
２０ 高圧タービン
２２ 第１のタービン
２４ 第２のタービン
２６ 第３のタービン
２８ 第１のローター
２９ ドライブシャフト
３０ スラストベアリング
３２ 第２のローター
３４ 第３のローター
４０ 測定デバイス
５０ 蒸気タービン
５２ 温度制御デバイス
５４ プッシュロッド
５６ インナーケーシング
５８ アウターケーシング
６０ 貫通孔
６４ バルブ
６６ 第１の端部
６８ 第２の端部
７０ タービン
７２ 蒸気ジャケット

Claims (13)

1. タービンシステム（２）であって、
   第１のローター（２８）を有する第１のタービン（２２）と、
   第２のローター（３２）を有する第２のタービン（２４）と、
   プッシュロッド（５４）であって、第１の端部（６６）において前記第１のタービン（２２）のケーシングに対して、かつ、第２の端部（６８）において前記第２のタービン（２４）のケーシングに対して連接されたプッシュロッド（５４）と、を備え、
   前記プッシュロッド（５４）は、温度を制御するためのデバイス（５２，７２）を備えており、
   前記デバイスは、前記プッシュロッド（５４）を加熱するための蒸気ジャケット（７２）を備えることを特徴とするタービンシステム（２）。
2. 前記プッシュロッド（５４）は、冷却のための手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のタービンシステム（２）。
3. 前記冷却のための手段は、前記プッシュロッド（５４）内の貫通孔（６０）を備えることを特徴とする請求項２に記載のタービンシステム（２）。
4. クーラントが、冷却のために、前記貫通孔（６０）を経て流動させられることを特徴とする請求項３に記載のタービンシステム（２）。
5. 前記クーラントはオイルあるいは蒸気からなることを特徴とする請求項４に記載のタービンシステム（２）。
6. 前記貫通孔（６０）内のクーラントの流れを制御するための一つ以上のバルブ（６４）を、さらに備えることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のタービンシステム（２）。
7. 前記第２のローター（３２）あるいは前記第１のローター（２８）に対して連係動作可能に結合された第３のローター（３４）を有する第３のタービン（２６）を、さらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のタービンシステム（２）。
8. 前記タービンシステム（２）の示差的膨張を測定するための測定デバイス（４０）を、さらに備えることを特徴とする請求項７に記載のタービンシステム（２）。
9. 前記測定デバイス（４０）は、前記温度を制御するためのデバイス（５２，７２）に対して信号を提供するよう構成されていることを特徴とする請求項８に記載のタービンシステム（２）。
10. 前記測定デバイス（４０）は、前記第２のローター（３２）あるいは前記第１のローター（２８）に対して遠位の前記第３のローター（３４）に対して接続されることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のタービンシステム（２）。
11. 前記第１のタービン（２２）の軸方向上流側に配置された高圧タービン（２０）を、さらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のタービンシステム（２）。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のタービンシステム（２）を備えた発電システム（１）。
13. 温度を制御するための前記デバイスは、前記プッシュロッド（５４）を加熱するための蒸気ジャケット（７２）を備えることを特徴とする請求項１２に記載の発電システム（１）。

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