JP6165047B2 - 調整弁駆動機構、蒸気タービン - Google Patents
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Description
この発明に係る調整弁駆動機構は、蒸気タービンの作動流体としての蒸気の流量を調整するため、前記蒸気が流通する蒸気流路を弁体により開閉する調整弁の調整弁駆動機構であって、回転モータと、前記回転モータによって回転する正歯車と、前記正歯車の歯と噛み合って、前記正歯車の回転に応じて前記正歯車の接線方向となる所定の進退方向に進退し、前記調整弁を開閉させる直動部と、前記正歯車と前記直動部とを支持するステージと、前記ステージを前記進退方向に沿って位置調整する位置調整機構と、を備える。
また、正歯車と直動機構の噛み合いは、進退方向に直交した方向となるため、ボールネジの螺条やはすば歯車のように、噛み合い方向が進退方向に傾斜した場合に比較し、噛み合い部の摩耗を抑えることができる。
さらに、回転モータで正歯車を介して直動部を駆動するので、回転モータの回転量を変えることによって調整弁の開度を自在に調整できる。
さらに、正歯車と直動部とによる調整弁の進退動作に加え、ステージごと正歯車と直動部とを進退させることによる調整弁の進退動作を行うことができる。さらに、正歯車の直動部による進退動作によって、調整弁の位置を大まかに調整し、ステージの進退動作によって、調整弁の位置の微調整を行うことができる。
このように構成することで正歯車によりチェーンを進退させて調整弁を進退させることができる。
このように構成することで、正歯車とラックギヤとにより、いわゆるラックアンドピニオン機構を構成することができ、正歯車によりラックギヤを進退させて調整弁を開閉させることができる。
このように構成することで、駆動ブロックを進退方向に直交する方向に移動させると、駆動ブロックの対向面に沿って傾斜面が摺動し、ステージが進退方向に移動する。これにより、調整弁の位置を調整できる。
このように構成することで、直動部を進退動作させる駆動源とステージを進退動作させる駆動源とを共有することができる。
(第一実施形態)
図1は、この実施形態の蒸気タービン10の構成を示す模式図である。図2は、蒸気タービン10の第一実施形態における調整弁駆動機構の構成を示す模式図である。
図1に示すように、この実施形態の蒸気タービン10は、タービン本体11と、作動流体としての蒸気が流通する蒸気流路12と、調整弁13と、レバー部材(弁体進退機構)14と、調整弁駆動機構15と、調整弁駆動機構15を制御する制御部17と、を備えている。
このように構成されるブレード116が蒸気により回転し、その回転力により、圧縮機18が駆動される。
蒸気流路12は、その一端側の蒸気導入口121から蒸気が導入される。蒸気流路12の他端側の蒸気供給口122は、タービン本体11に接続されている。また、蒸気導入口121と蒸気供給口122との間には、その流路幅が狭く絞られた絞り穴123が設けられている。なお、この実施形態では、この発明に係る「蒸気流路」として、タービン本体11に対して供給する蒸気が流通する流路を例に説明するが、蒸気流路12は、これに限られず、例えばタービン本体11から抽気した蒸気が流通する流路であってもよい。
さらに、レバー部材14の一端部には、付勢バネ20の一端が取り付けられている。この付勢バネ20は、強制的に調整弁13を閉塞させる強制閉塞手段として機能する。付勢バネ20の他端は、蒸気流路12のフレーム(図示せず)等に固定され、移動不能とされている。つまり、付勢バネ20は、外力が作用しない状態では、レバー部材14を図1における時計回りに回動させる押圧力を付与している。
図2に示すように、調整弁駆動機構15は、レバー部材14の他端部に接続されている。調整弁駆動機構15は、レバー部材14を回動させることで、調整弁13を構成するアーム部材131を軸方向に変位させ、調整弁13の開度を調整する。
クラッチ153は、制御部17によりその作動が制御され、制御部17において何らかの異常を検知した場合等に、駆動軸151sと回転軸154sとの間の回転力の伝達を中止する。
チェーン155は、その一端が、レバー部材14の他端部に連結されている。このチェーン155は、駆動歯車154の接線方向に延びるよう、駆動歯車154に巻き回されている。チェーン155は、駆動歯車154の回転に応じて駆動歯車154の接線方向となる所定の進退方向Sに進退する。このチェーン155の進退により、レバー部材14が揺動し、調整弁13のアーム部材131が直線運動することに伴って、その先端部の封止部材132が蒸気流路12の絞り穴123に対して嵌合または離間する。これにより、絞り穴123を介してタービン本体11に供給される蒸気の流量が変化する。
また、駆動歯車154と直動機構の噛み合いは、進退方向Sに直交した方向となるため、ボールネジの螺条やはすば歯車のように、噛み合い方向が進退方向Sに傾斜した場合に比較し、噛み合い部の摩耗を抑えることができる。
さらに、サーボモータ151で駆動歯車154を介してチェーン155を駆動するので、サーボモータ151の回転量を変えることによって調整弁13の開度を自在に調整できる。これにより、モータによりリンクを回動させる構成に比較し、調整弁13の開度調整の自由度が高まる。
次に、この発明にかかる調整弁駆動機構15、蒸気タービン10の第二実施形態について説明する。以下に説明する第二実施形態においては、第一実施形態と調整弁駆動機構15の構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
図3に示すように、この実施形態における調整弁駆動機構15は、第一実施形態と同様の調整弁駆動機構15を備えている。この調整弁駆動機構15は、ステージ156と、位置調整機構16と、をさらに備えている。
ここで、サーボモータ151による調整弁駆動機構15における調整弁13の調整量(調整速度)よりも、サーボモータ161による位置調整機構16における調整弁13の調整量(調整速度)の方が小さくなるよう、駆動歯車154の減速比、傾斜面156tの傾斜角度、駆動ギヤ163の減速比等が設定されている。駆動ギヤ163は、例えばウォームギヤを用いることができる。
しかも、調整弁13の開度調整を、粗調整と微調整の2段階に行うことで、より迅速かつ高精度に行うことが可能となる。
ここで、第二実施形態では、ステージ156を、サーボモータ151とは別に設けたサーボモータ161で駆動するようにしたが、これに限るものではない。
図4は、上記蒸気タービンの第二実施形態の変形例における調整弁駆動機構の構成を示す模式図である。
この図4に示すように、ステージ156を、チェーン155を駆動するサーボモータ151によって駆動する構成としてもよい。すなわち、サーボモータ151には、クラッチ(切替部)166、伝達ギヤ167,168、ブレーキ162を介し、駆動ギヤ163が連結されている。また、サーボモータ151には、駆動歯車154側にも、クラッチ(切替部)158が設けられている。
なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
例えば、図5は、上記調整弁駆動機構の第一変形例の構成を示す模式図である。
この図5に示すように、駆動歯車154とチェーン155に代えて、ピニオンギヤ171とラックギヤ172とを、正歯車と直動部として用いることもできる。この場合、ラックギヤ172は、レバー部材14の揺動に追従するため、上端部がピン173によりレバー部材14に連結されている。この第一変形例の調整弁駆動機構15は、レバー部材14をピニオンギヤ171に押し付けるために、例えば、スプリング等の押圧部材174を備えるのが好ましい。
また、図8に示す第四変形例のように、駆動歯車154と、チェーン155との間に、径が異なる変速歯車183を介在させることで、サーボモータ151の回転力を減速または増速して駆動歯車154に伝達するようにしてもよい。
これにより、サーボモータ151における付加トルクを軽減でき、サーボモータ151の容量を最適に設定することができる。
11 タービン本体
12 蒸気流路
13 調整弁
14 レバー部材
15 調整弁駆動機構
16 位置調整機構
17 制御部
116 ブレード
131 アーム部材
132 封止部材(弁体)
151 サーボモータ(回転モータ)
151s 駆動軸
152 ブレーキ
153 クラッチ
154 駆動歯車(正歯車)
155 チェーン(直動部)
156 ステージ
156t 傾斜面
165 駆動ブロック
158,166 クラッチ(切替部)
171 ピニオンギヤ(正歯車)
172 ラックギヤ(直動部)
Claims (8)
- 蒸気タービンの作動流体としての蒸気の流量を調整するため、前記蒸気が流通する蒸気流路を弁体により開閉する調整弁の調整弁駆動機構であって、
回転モータと、
前記回転モータによって回転する正歯車と、
前記正歯車の歯と噛み合って、前記正歯車の回転に応じて前記正歯車の接線方向となる所定の進退方向に進退し、前記調整弁を開閉させる直動部と、
前記正歯車と前記直動部とを支持するステージと、
前記ステージを前記進退方向に沿って位置調整する位置調整機構と、
を備える調整弁駆動機構。 - 前記直動部は、前記正歯車の歯に噛み合い、前記正歯車から前記進退方向に延びるチェーンである請求項1に記載の調整弁駆動機構。
- 前記直動部は、前記正歯車の歯に噛み合うラックギヤである請求項1に記載の調整弁駆動機構。
- 前記ステージは、前記進退方向に対して傾斜した傾斜面を有し、
前記位置調整機構は、前記傾斜面に対向する対向面を有した駆動ブロックと、
前記駆動ブロックを前記進退方向に直交する方向に移動させる移動機構と、
を備える請求項1から3の何れか一項に記載の調整弁駆動機構。 - 前記位置調整機構は、前記回転モータにより前記ステージを位置調整し、
前記回転モータの回転駆動力の伝達を、前記正歯車側と前記位置調整機構側との間で切り替える切替部が設けられている請求項1から4の何れか一項に記載の調整弁駆動機構。 - 前記回転モータの回転を強制的に停止させるブレーキをさらに備えている請求項1から5の何れか一項に記載の調整弁駆動機構。
- 前記回転モータの回転力の前記正歯車への伝達を断続するクラッチをさらに備えている請求項1から6の何れか一項に記載の調整弁駆動機構。
- 回転可能に支持されたブレードを有するタービン本体と、
前記タービン本体に接続されて蒸気が流通する蒸気流路と、
直線運動することで前記蒸気流路の開閉を調整する調整弁と、
前記調整弁を駆動する請求項1から7の何れか一項に記載の調整弁駆動機構と、
を備える蒸気タービン。
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