JP6222599B2 - 調整弁駆動機構、蒸気タービン - Google Patents

Description

この発明は、蒸気によって回転駆動する蒸気タービンの調整弁駆動機構、および蒸気タービンに関する。

蒸気タービンは、機械駆動用などに用いられ、回転可能に支持されたロータを有するタービン本体を備えている。ロータは、タービン本体に対して作動流体としての蒸気が供給されることによって回転駆動される。蒸気タービンの蒸気流路には、タービン本体へ供給する蒸気やタービン本体から抽気した蒸気が流れる。蒸気流路には、調整弁が設けられている。この調整弁の開度を調整することによって、タービン本体に供給する蒸気の流量が調整可能となっている。

調整弁は、調整弁駆動機構により駆動される。この調整弁駆動機構としては、油圧サーボ機構が一般的に用いられている。
その一方で、例えば特許文献１には、省スペース化等を目的とし、電動モータと、電動モータの回転運動を調整弁の直線運動に変換するボールネジ等の変換機構と、を備える調整弁駆動機構が提案されている。

特開２０１３−７２３４９号公報

ところで、ボールネジ等の変換機構により、調整弁の開閉を駆動する構成においては、タービン本体の回転数を一定に保とうとすると、調整弁の開度調整はわずかなものとなる。これに伴い、変換機構は、特定の範囲において微小なストロークで直線運動して、調整弁の開度を調整する。そのため、変換機構の特定の範囲において潤滑油（グリース）の不足が生じてしまう場合がある。潤滑油が不足すると、変換機構の動作部分において、例えば、摩擦抵抗の増大、およびそれに伴う温度上昇等が生じて、焼き付きなど変換機構の故障につながる可能性がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、調整弁を開閉駆動する調整弁駆動機構の故障を防止し信頼性を向上できる調整弁駆動機構、蒸気タービンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために以下の手段を採用する。
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を駆動する調整弁駆動機構であって、前記弁体を前記蒸気流路に対して進退させる弁体進退機構と、回転駆動源および該回転駆動源の回転を直線運動に変換する変換部を有した複数組の変換機構と、係合キーと、前記係合キーが出没可能な係合凹部とを有し、前記係合キーを前記係合凹部に対して出没させることで、複数組の前記変換機構を一つの前記弁体進退機構に対して個別に接続及び切断可能な複数の接続切替部と、前記回転駆動源および前記接続切替部の動作を制御する制御部と、を備えている。
このように構成することで、複数組の変換機構のうちの一つを弁体進退機構に接続した状態で、その変換機構の回転駆動源を駆動させると、回転駆動源の回転が変換部により直線運動に変換されて弁体が蒸気流路に対して進退し、これによって蒸気流量を調整できる。
そして、使用していた変換機構に対してメンテナンスを施すときには、接続切替部により、使用していた変換機構を弁体進退機構への接続を解除する。これによって、使用していた変換機構に対してメンテナンスを施すことができる。メンテナンスとしては、変換機構に潤滑油を行き渡らせるためのグリースアップをはじめ、部品の交換、変換機構自体の交換等もある。

また、複数組の変換機構の前記変換部のそれぞれの温度、駆動電流、振動、作動サイクル数、稼働時間の少なくとも一つを計測する計測部を備え、前記制御部は、前記計測部における計測結果に基づき、前記弁体進退機構に接続される前記変換機構を切り替えるようにしてもよい。
このようにして、変換機構の作動によって温度が上昇する変換部の温度、駆動電流、振動、作動サイクル数、稼働時間の少なくとも一つを計測することによって、変換機構が使用限界に達する前の適切なタイミングで、使用していた変換機構を弁体進退機構への接続から解除し、メンテナンスを施すことができる。

前記制御部は、前記接続切替部によって前記弁体進退機構への接続が解除された前記変換機構に対し、予め設定されたメンテナンス用の動作を実行させるようにしてもよい。
これにより、弁体進退機構への接続から解除された変換機構に対し、自動的にメンテナンス用の動作を実行させることができる。メンテナンス用の動作は、いかなるものであってもよいが、例えば、弁体進退機構に接続された状態における変換機構の直線運動のストロークよりも、より大きなストロークで変換機構を作動させ、グリース（潤滑油）を行き渡らせる、というものがある。

前記変換部は、ボールネジとナットとが周方向に複数のボールを介して螺合したボールネジ機構であり、周方向において互いに隣接する前記ボールの間にリテーナを備えているようにしてもよい。
これにより、周方向において互いに隣接するボールの間の摩擦を低減するとともに、作動時の発熱を抑える。

この発明の蒸気タービンは、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上記したような調整弁駆動機構と、を備えることを特徴とする。
このような蒸気タービンによれば、調整弁駆動機構に対して適切にメンテナンスを施すことができる。

この発明に係る調整弁駆動機構および蒸気タービンよれば、調整弁駆動機構の変換機構に対して適切にメンテナンスを施すことにより、調整弁の開閉を駆動する調整弁駆動機構の耐久性を高めることができる。

この発明の一実施形態に係る蒸気タービンの構成を示す模式図である。 上記蒸気タービンの開閉駆動機構の周辺を示す斜視図である。 上記開閉駆動機構の電動アクチュエータの内部構成を示す断面図であって、（ａ）はナットが軸線に沿って移動する前の状態、（ｂ）はナットが軸線に沿って移動した後の状態を示している。 上記開閉駆動機構のボールネジ機構のボールネジとナットとの断面図である。 上記電動アクチュエータの周辺を示す斜視図である。 上記開閉駆動機構のロック機構の構成を示す平面図である。 上記開閉駆動機構のリミットスイッチユニットとリフト量検知装置の構成を示す側面図である。 この実施形態に係る蒸気タービンについて、電動アクチュエータおよび接続切替部の制御ブロック図である。 二組設けられた上記電動アクチュエータの構成を示す斜視図である。 上記接続切替部の構成および動作を示す断面図である。 蒸気タービンを運転する際の調整弁駆動機構の制御の流れを示す図である。 使用中の上記電動アクチュエータにおける、時間の経過に伴う温度変化の一例を示すものである。

以下、この発明の一実施形態に係る蒸気タービンを図面に基づき説明する。
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、ロック機構１６（図５及び図６参照）と、調整弁駆動機構１５を制御する電子ガバナ（制御部）１７と、を備える。

（タービン本体）
タービン本体１１は、筒状のケーシング１１１と、ケーシング１１１に設けられた軸受１１２と、軸受１１２に回転可能に支持されてケーシング１１１内部に配されたロータ１１３と、このロータ１１３の回転速度を検出する速度検出センサ１１４と、を有している。そして、ロータ１１３は、回転軸１１５と、この回転軸１１５に固定された複数枚のブレード１１６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）
蒸気流路１２は、タービン本体１１に対して作動流体としての蒸気を供給する流路である。
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。

（調整弁）
調整弁１３は、タービン本体１１に供給する蒸気の量を調整する。この調整弁１３は、棒状のアーム部材１３１と、アーム部材１３１の一端部に設けられた略半円形状の封止部材（弁体）１３２とを備えている。アーム部材１３１は、その他端部が、レバー部材１４の長手方向の中間部に回動可能に取り付けられている。調整弁１３が上記構成を備えることで、蒸気流路１２に沿ってアーム部材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と封止部材１３２との間の開口の大きさが変化する。その結果、この絞り穴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。以下の説明において、調整弁１３の封止部材１３２が蒸気流路１２の絞り穴１２３より離間することをリフトと呼ぶ。また、調整弁駆動機構１５の計画値における最大のリフト量をリフト量１００％とし、調整弁１３の封止部材１３２が絞り穴１２３と嵌合した状態をリフト量０％とする。

（レバー部材）
レバー部材１４は、調整弁駆動機構１５の出力を調整弁１３に伝達し、封止部材１３２を蒸気流路１２に対して進退させる部材である。このレバー部材１４は、その長手方向基端部が回動可能に支持されている。レバー部材１４の長手方向の先端部にはレバー側ロッド１９の一端部が回動可能に取り付けられている。この実施形態では、後述する二組の電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂ（図８参照）を接続するために、レバー部材１４の長手方向先端部には、幅方向両側に一対のレバー側ロッド１９の一端部がそれぞれ回動可能に取り付けられている。また、上述したように、レバー部材１４の長手方向の中間部には、調整弁１３を構成するアーム部材１３１の他端部が回動可能に取り付けられている。さらに、レバー部材１４は、アーム部材１３１の取付位置よりも先端側に、引きバネ２０の一端が取り付けられている。この引きバネ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。引きバネ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、引きバネ２０は、外力が作用しない状態では、レバー部材１４を図１における反時計回りに回動させる引張力を付与している。

（調整弁駆動機構）
調整弁駆動機構１５は、上述した調整弁１３を駆動する機構である。調整弁駆動機構１５は、二組の電動アクチュエータ（変換機構）２３Ａ，２３Ｂ（図８参照）を備えている。以下の説明において、電動アクチュエータ２３Ａと電動アクチュエータ２３Ｂとを区別する必要がない場合においては、電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂ、単に電動アクチュエータ２３と称する。
各電動アクチュエータ２３は、固定して設置された一対のブラケット２１と、これらブラケット２１によって回動可能に支持された保持部材２２と、を備えている。この保持部材２２には、電動アクチュエータ２３が保持されている。

図２は、調整弁駆動機構１５の周辺を示す斜視図である。なお、図２においては、図示都合上、電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂのうちの一方のみを示し、さらに、タービン本体１１等については図示を省略している。
一対のブラケット２１は、断面略Ｌ字形状を有している。一対のブラケット２１は、台座２５の上に固定されている。台座２５は、軸受カバー２４に近接して設けられている。上記軸受カバー２４は、図１に示すロータ１１３の回転軸１１５を回転可能に支持する軸受１１２を収容している。

図１及び図２に示すように、保持部材２２は、側面視で略Ｕ字形状となっている。保持部材２２は、その略Ｕ字形状の両端部が、上述した一対のブラケット２１によって回動可能に支持されている。

図３（ａ）、および図３（ｂ）は、電動アクチュエータ２３の内部構成を示す断面図である。
図３（ａ）、および図３（ｂ）に示すように、電動アクチュエータ２３は、ボールネジ機構２７と、ブレーキ２８と、を備えるものである。

ボールネジ機構２７は、電動モータ（回転駆動源）２６の回転運動をレバー側ロッド１９の直線運動に変換する機構である。このボールネジ機構２７は、電動モータ２６と、電動モータ２６の駆動軸に接続されたボールネジ（変換部）３０と、ボールネジ３０の回転によって進退移動するピストンユニット３１とを有している。

電動モータ２６は、電力の供給を受けて回転するものである。この電動モータ２６は、モータ収容部２９に収容されている。モータ収容部２９は、電動アクチュエータ２３の基端部に設けられて内部が密閉されている。これにより、電動モータ２６が周囲に存在する油から隔絶される防爆構造となっている。

ボールネジ３０は、長尺なネジ部材であって、その外周面には雄ネジ溝が切られている。ボールネジ３０は、その一端部が電動モータ２６の駆動軸に接続されている。ボールねじ３０は、電動モータ２６の回転に伴って回転駆動される。

ピストンユニット３１は、ボールネジ３０に沿って往復動する。このピストンユニット３１は、ナット３１１と、ピストンロッド３１２と、ロッドエンドコネクタ３１３と、アクチュエータ側ロッド３１４とを備えている。

ナット３１１は、ボールネジ３０に螺合される略円環形状の部材である。ナット３１１の内周面には、雌ネジ溝が切られている。
ピストンロッド３１２は、ボールネジ３０の外側を覆う筒状に形成されている。ピストンロッド３１２は、ナット３１１の一端面に固定されている。
ロッドエンドコネクタ３１３は、ピストンロッド３１２の先端部に嵌合して装着される部材である。ロッドエンドコネクタ３１３は、先端側の内周面に雌ネジが形成されている。

アクチュエータ側ロッド３１４は、ピストンロッド３１２を延長する方向に延びる部材である。このアクチュエータ側ロッド３１４は、その長手方向の一端部に雄ネジが形成されている。アクチュエータ側ロッド３１４の雄ネジがロッドエンドコネクタ３１３の雌ネジに対してねじ込まれて固定されている。

すなわち、ピストンユニット３１が上述した構成を備えることで、ボールネジ３０が軸線回りに回転すると、図３（ｂ）に示すようにボールネジ３０に螺合したナット３１１が、軸線に沿って、ボールネジ３０の回転方向に応じた方向に移動する。ナット３１１の移動に伴って、ナット３１１に固定されているピストンロッド３１２、ロッドエンドコネクタ３１３、及びアクチュエータ側ロッド３１４も、ナット３１１と共にボールネジ３０の軸線に沿って移動する。

図４は、ボールネジ機構２７のボールネジ３０とナット３１１との断面図である。
図４に示すように、ボールネジ３０の雄ネジ溝と、ナット３１１の雌ネジ溝との間には、周方向に複数のボール３３０が介装されている。ボールネジ３０とナット３１１とは、これらボール３３０を介して螺合している。
ボールネジ機構２７は、周方向において互いに隣接するボール３３０，３３０の間に、リテーナ３３１を備えている。これらリテーナ３３１は、周方向において互いに隣接するボール３３０，３３０間の摩擦を低減するとともに、作動時の発熱を抑えている。

図３に示すように、電動アクチュエータ２３は、電動モータ２６を挟んでボールネジ３０と逆側の位置にブレーキ２８を備えている。ブレーキ２８は、電磁ディスクブレーキからなる。ブレーキ２８は、電力の供給が断たれときに作動して、電動モータ２６の回転に制動をかけるようになっている。

ブレーキ２８は、電子ガバナ１７（図１参照）によってその動作が制御されている。電子ガバナ１７は、ボールネジ３０の周速が閾値を超えて大きくなった場合に、ブレーキ２８を作動させる。つまり、ブレーキ２８を作動させることで電動モータ２６の回転に制動をかける。

ピストンユニット３１はピストンケーシング３６によって覆われている。ピストンケーシング３６は、その上端（図３（ａ）、図３（ｂ）における左端）に、ピストンケーシング３６を封止するとともに、ピストンロッド３１２を案内するピストンキャップ３７を備えている。

図５は、電動アクチュエータ２３の周辺を示す斜視図である。
図５に示すように、電動アクチュエータ２３は、保持部材２２に固定されている。
アクチュエータ側ロッド３１４は、保持部材２２の上端部に設けられたガイド板３９の挿通孔３９ａに挿通されている。このアクチュエータ側ロッド３１４は、後述するカップリング機構３２を介して前記レバー側ロッド１９に接続されている。
このように設置された電動アクチュエータ２３は、図５に破線で示すように、保持部材２２がブラケット２１に支持される箇所を支点として回動が許容されている。

（ロック機構）
図６は、ロック機構１６の構成を示す概略平面図である。
ロック機構１６は、調整弁１３を移動不能にロックするための機構である。
図５及び図６に示すように、ロック機構１６は、支持棒１６１と、保持板１６２と、押圧部材１６４と、を有している。
支持棒１６１は、上述した台座２５が形成される支持構造物等に下端部が固定され、上方へ延びる部材である。
保持板１６２は、支持棒１６１の上端部に固定されて水平方向に延びる部材である。保持板１６２の先端部には、平面視で略半円形状の嵌合溝１６２ａが形成されている。

押圧部材１６４は、保持板１６２と共にレバー側ロッド１９を挟み込む部材である。押圧部材１６４は、一対の固定ボルト１６３を介して保持板１６２の先端部に着脱可能に取り付けられる。押圧部材１６４には、保持板１６２に対向する側に、平面視で略三角形状の切欠き１６４ａが形成されている。

上述したロック機構１６によれば、保持板１６２の嵌合溝１６２ａにレバー側ロッド１９を嵌合させた後、固定ボルト１６３を用いて保持板１６２の先端部に押圧部材１６４を固定する。これにより、レバー側ロッド１９が、保持板１６２と押圧部材１６４とによって挟み込まれる。その結果、レバー側ロッド１９が移動不能な状態でロックされる。

（リミットスイッチユニット）
図７に示すように、保持部材２２には、そのガイド板３９に、調整弁１３が所定の範囲を超過して駆動したことを検知する制限センサとして機能するリミットスイッチユニット５０が取り付けられている。
リミットスイッチユニット５０は、ステー５１と、リミットスイッチ５２とを備えている。ステー５１は、ガイド板３９と直交するとともに、電動アクチュエータ２３の長手方向に延びている。リミットスイッチ５２は、ステー５１の所定の位置に取り付けられている。アクチュエータ側ロッド３１４には、コンタクト金具５３が取り付けられている。このコンタクト金具５３は、カップリング機構３２との接続部近傍に取り付けられている。また、コンタクト金具５３は、リミットスイッチ５２に接触可能な位置に取り付けられている。

リミットスイッチユニット５０は、電動アクチュエータ２３により調整弁１３が駆動する際、調整弁１３が１００％のリフト量を越え、計画値以上のリフト量、例えば１０５％のリフト量となったときに、スイッチが入るように設定されている。すなわち、リミットスイッチユニット５０は、調整弁１３が電動アクチュエータ２３の計画値以上のリフト量に至った場合にＯＮとなるように設定されている。リミットスイッチユニット５０は、電子ガバナ１７（図１参照）と接続されている。電子ガバナ１７は、リミットスイッチユニット５０と通信を行って、調整弁１３のリフト量が１０５％以上であるか否かの監視を行っている。

（リフト量検知装置）
調整弁駆動機構１５には、制限センサとして機能するリフト量検知装置５５が設けられている。リフト量検知装置５５は、サポート部材５６と、伸縮バー５７と、リフトセンサ５８とを有している。
サポート部材５６は、伸縮バー５７を支持する部材である。このサポート部材５６は、電動アクチュエータ２３のモータ収容部２９に取り付けられている。

伸縮バー５７は、サポート部材５６とレバー部材１４とを接続する部材である。この伸縮バー５７は、電動アクチュエータ２３のアクチュエータ側ロッド３１４に沿って延びている。伸縮バー５７は、その上方をなす第一ロッド５９がレバー部材１４の長手方向先端部近傍に回動可能に接続されているとともに、その下方をなす第二ロッド６０がサポート部材に回動可能に接続されている。第一ロッド５９の下端には、第二ロッド６０をその内周側に収容する円筒形状の円筒部材６１が固定されている。すなわち、伸縮バー５７は、第一ロッド５９に固定された円筒部材６１の内部を第二ロッド６０が摺動することによって伸縮可能となっている。

リフトセンサ５８は、伸縮バー５７のうちレバー部材１４の回動に伴って上方に移動する部位の上下方向の変位を測定する。リフトセンサ５８は、伸縮バー５７の円筒部材６１の上端に固定されたリフトセンサステー６２を介して、伸縮バー５７の円筒部材６１の変位を測定する差動変圧器（ＬＶＤＴ，Linear Variable Differential Transformer）を用いたセンサである。具体的には、リフトセンサ５８は、サポート部材５６に固定された円筒形状のリフトセンサ本体部６４と、リフトセンサ本体部６４に収容されたコア部（図示せず）と、コア部と接続された棒形状のシャフト部６５とを有している。シャフト部６５は、伸縮バー５７の延在方向と平行となるように配置されており、シャフト部６５の上端がリフトセンサステー６２に固定されている。

リフト量検知装置５５は、電子ガバナ１７と接続されており、調整弁１３のリフト量を検知するように出力調整されている。すなわち、電子ガバナ１７によってリフト量を検知可能となっている。電子ガバナ１７は、例えばリフト量検知装置５５の出力により、リフト量が１０５％となったことを検知した場合に、ブレーキ２８を作動させて調整弁１３の開度を保持させる。同様に、電子ガバナ１７は、リミットスイッチユニット５０も監視しており、リミットスイッチユニット５０のスイッチが入った場合、すなわち、調整弁１３が１００％のリフト量を超えたことを検知した場合にブレーキ２８を作動させて調整弁１３の開度を保持させる。

（電子ガバナ）
電子ガバナ１７は、調整弁駆動機構１５の動作を制御する。
図１に示すように、電子ガバナ１７には、圧縮機１８における圧力や温度の検出結果に基づいてプロセス制御が行われた結果が入力される。また、電子ガバナ１７には、タービン本体１１を構成する速度検出センサ１１４によって検出されたブレード１１６の回転速度が入力される。さらに、電子ガバナ１７には、操作盤３４から入力されたユーザからの指示が入力される。電子ガバナ１７は、これらの各入力に基づいて、調整弁駆動機構１５の動作を制御する。より具体的には、電子ガバナ１７は、上記各入力に基づいて、電動アクチュエータ２３を構成する電動モータ２６の動作を制御する。

図８は、電動アクチュエータ２３の制御ブロック図である。
この実施形態に係る蒸気タービン１０は、電子ガバナ１７による制御処理に基づいて、コントローラユニット３５が電動アクチュエータ２３の動作を制御する。
コントローラユニット３５は、コントローラ３５１と、サーボドライブ３５２とを有している。また、コントローラユニット３５には、電源ケーブル６７を介して主電源（例えばＡＣ２３０Ｖ）が供給されている。電源ケーブル６７には、電源ケーブル６７を流れる電力を測定する電圧計６８が設けられている。電圧計６８は、電子ガバナ１７と接続されており、電源ケーブル６７の電源電圧を電子ガバナ１７に通知する。

このように構成することで、電子ガバナ１７の制御処理に基づいて、コントローラ３５１がサーボドライブ３５２に対して回転速度についての指令を発し、この指令に基づいてサーボドライブ３５２がモータケーブル６９を介して電動モータ２６に駆動電力を供給する。一方、電動モータ２６において検出された回転速度や電流値や各所の温度等が、サーボドライブ３５２を介してコントローラ３５１に入力される。コントローラ３５１は、検出値について異常が検知されると、電動モータ２６において重度または軽度の故障が発生したことを電子ガバナ１７に通知する。

コントローラユニット３５は、サーボドライブ３５２を介してブレーキ２８を制御する。ブレーキ２８には、無停電電源装置（図示せず）による補助電力が補助電力ケーブル７１を介して供給可能とされている。

モータケーブル６９には、モータケーブル６９を流れる電力を遮断可能なスイッチ装置７０が設けられている。スイッチ装置７０には、無停電電源装置による補助電力が補助電力ケーブル７１を介して供給可能とされている。
スイッチ装置７０は、補助電力が供給されている状態において閉成（ＣＬＯＳＥ）され、電動モータ２６に電力が供給される。
補助電力ケーブル７１には、補助電力を遮断可能な補助スイッチ装置７２が設けられている。上記補助電力は、コントローラ３５１にも供給されている。

（接続切替部）
図９は、二組設けられた電動アクチュエータ２３の構成を示す斜視図である。図１０は、接続切替部の構成を示す断面図である。
図９に示すように、調整弁駆動機構１５は、二組の電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂを備えている。また、図８にて示したように、蒸気タービン１０は、二組の電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂの動作を制御する手段として、二組のコントローラユニット３５Ａ，３５Ｂを備えている。
すなわち、この実施形態の蒸気タービン１０は、調整弁駆動機構１５及びコントローラユニット３５がそれぞれ冗長化されている。
以下の説明においては、コントローラユニット３５Ａとコントローラユニット３５Ｂとを区別する必要がない場合においては、コントローラユニット３５Ａ，３５Ｂを、単にコントローラユニット３５と称する。

調整弁駆動機構１５は、電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂのそれぞれをレバー部材１４に個別に接続可能とする接続切替部３８を備える。二組の電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂは、レバー部材１４の長手方向先端部の幅方向両側に設けられた一対のレバー側ロッド１９，１９に、それぞれカップリング機構３２を介して接続されている。接続切替部３８は、電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂのそれぞれに設けられたカップリング機構３２を、電子ガバナ１７の制御により動作させることで、電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂのそれぞれをレバー部材１４に個別に接続させる。

図１０に示すように、各カップリング機構３２には、カップリングハウジング３２０の一方の端面にレバー側ロッド挿入穴３２１が形成されている。また、各カップリング機構３２には、カップリングハウジング３２０の他方の端面にアクチュエータ側ロッド挿入穴３２２が形成されている。
カップリングハウジング３２０のレバー側ロッド挿入穴３２１には、レバー側ロッド１９が挿入されている。さらに、カップリングハウジング３２０とレバー側ロッド１９とは、カップリングハウジング３２０とレバー側ロッド１９とを貫通するピン３３により、互いに接続されている。

カップリングハウジング３２０のアクチュエータ側ロッド挿入穴３２２には、アクチュエータ側ロッド３１４の先端部が挿抜可能に挿入されている。
カップリングハウジング３２０の他方の端面には、筒状のフード部３１５が形成されている。このフード部３１５内には、一対の係合キーシャフト３１６，３１６が、その中心軸周りに回動自在に設けられている。係合キーシャフト３１６，３１６は、アクチュエータ側ロッド３１４の中心軸に直交した軸状で、アクチュエータ側ロッド３１４を挟んでその両側に位置するよう設けられている。係合キーシャフト３１６，３１６は、アクチュエータ側ロッド３１４と干渉しない位置に、互いに噛み合う歯車３１６ｇ、３１６ｇを備えている。一方の歯車３１６ｇには、駆動アーム３１７の一端３１７ａが接合されている。駆動アーム３１７の他端３１７ｂには、駆動アーム３１７を、一端３１７ａ側を中心として揺動させるための揺動機構３１８が設けられている。揺動機構３１８は、例えば、エアシリンダや電動アクチュエータ等からなる。この揺動機構３１８を伸縮させることにより駆動アーム３１７が揺動すると、互いに噛み合う歯車３１６ｇ、３１６ｇを介し、係合キーシャフト３１６，３１６が互いに反対向きに回動するようになっている。

係合キーシャフト３１６，３１６には、アクチュエータ側ロッド３１４と対向する位置に、例えば断面半月状の係合キー３１６ｋ，３１６ｋが一体に形成されている。一方、アクチュエータ側ロッド３１４の外周面には、アクチュエータ側ロッド３１４とカップリングハウジング３２０とを係合させるための係合凹部３１９が形成されている。これら係合キー３１６ｋ，３１６ｋは、揺動機構３１８により係合キーシャフト３１６，３１６が軸周りに回動するに伴い、係合凹部３１９に向けて出没する。

これにより、図１０（ａ）に示すように、係合キー３１６ｋ，３１６ｋを係合凹部３１９，３１９に入り込ませて係合させた状態では、アクチュエータ側ロッド３１４がカップリングハウジング３２０に接続される。また、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、係合キー３１６ｋ，３１６ｋを係合凹部３１９，３１９から抜き出して係合を解除した状態では、アクチュエータ側ロッド３１４がカップリングハウジング３２０に対して、アクチュエータ側ロッド３１４の中心軸方向に相対移動可能となる。

カップリングハウジング３２０には、アクチュエータ側ロッド３１４に沿って延びるセンサロッド３２３が設けられている。アクチュエータ側ロッド３１４には、センサロッド３２３に沿って移動可能な検出子３２４が取り付けられている。センサロッド３２３においては、検出子３２４の位置を検出し、その検出信号を電子ガバナ１７に出力する。これにより、電子ガバナ１７では、アクチュエータ側ロッド３１４の位置を検出し、係合キー３１６ｋ，３１６ｋが係合凹部３１９，３１９に係合して、アクチュエータ側ロッド３１４がカップリングハウジング３２０に接続された状態にあるか否かを検出する。

また、カップリング機構３２を電子ガバナ１７で制御するため、複数組の電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂのそれぞれのボールネジ機構２３は、温度（特に、ボールネジ３０、ナット３１１の温度）、ボールネジ機構２３の駆動電流、振動、前回メンテナンス動作を行ってからの作動サイクル数、前回メンテナンス動作を行ってからの稼働時間の少なくとも一つを計測するセンサやカウンタ（不図示）を計測部として備える。

次に、この実施形態に係る蒸気タービン１０の作用について説明する。
図１１は、蒸気タービン１０を運転する際の調整弁駆動機構１５の制御の流れを示す図である。 図１１に示すように、通常運転状態において、蒸気タービン１０では、電子ガバナ１７およびコントローラユニット３５により、調整弁駆動機構１５の動作を制御して調整弁１３を駆動する（ステップＳ１０１）。電子ガバナ１７では、圧縮機１８の圧力や温度、ブレード１１６の回転速度、ユーザからの指示等に基づいて調整弁駆動機構１５を制御する。
この通常運転状態では、電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂのうちの一つ（例えば電動アクチュエータ２３Ａ）において、アクチュエータ側ロッド３１４をカップリングハウジング３２０に接続する。すると、この電動アクチュエータ２３Ａにより、調整弁１３が駆動される。

図１２は、使用中の電動アクチュエータ２３Ａにおける、時間の経過にともなう温度変化の一例を示すものである。
通常運転状態で電動アクチュエータ２３Ａが調整弁１３の駆動のためにストローク動作を繰り返すと、その特定の範囲でボールネジ機構２７の潤滑油が減少してくる。すると、ボールネジ機構２７の作動抵抗が増大する。その結果、図１２に示すように、電動アクチュエータ２３Ａのボールネジ機構２７の温度が時間の経過とともに上昇する。電動アクチュエータ２３Ａの駆動電流値、振動も、ボールネジ機構２７の作動抵抗が増大すると、同様に上昇する。また、使用中の電動アクチュエータ２３Ａにおいて、前回メンテナンス動作を行ってからの電動アクチュエータ２３Ａの作動サイクル数、稼働時間は、時間の経過とともに増大する。
そこで、温度、駆動電流、振動、作動サイクル数、稼働時間等の計測パラメータには、それぞれ、使用上限を示す上限値Ｌ１と、上限値Ｌ１よりも低い閾値Ｌ２とが設定されている。

電子ガバナ１７は、不図示のセンサやカウンタにおける計測結果を、一定時間ごとに受信する（ステップＳ１０２）。電子ガバナ１７は、受信した計測結果をモニタリングし、センサやカウンタにおける、使用中の電動アクチュエータ２３Ａの温度、駆動電流、振動、作動サイクル数、稼働時間等の計測パラメータ計測結果が、予め定めた閾値Ｌ２を超えたか否かを判定する（ステップＳ１０３）。そして、いずれかの計測パラメータで閾値Ｌ２を超えたときには（ステップＳ１０３でＹｅｓ）電子ガバナ１７は、レバー部材１４に接続される電動アクチュエータ２３を切り替える（ステップＳ１０４）。
これにはまず、使用していない電動アクチュエータ２３Ｂにおいて、カップリング機構３２の揺動機構３１８を作動させ、係合キー３１６ｋ，３１６ｋを係合凹部３１９，３１９に係合させ、アクチュエータ側ロッド３１４をカップリングハウジング３２０に接続する。この状態で、電動アクチュエータ２３Ｂを、使用中の電動アクチュエータ２３Ａと同期させて作動させる。これにより、調整弁１３は連続的に駆動される。

次いで、それまで使用していた電動アクチュエータ２３Ａにおいて、カップリング機構３２の揺動機構３１８を作動させ、係合キー３１６ｋ，３１６ｋを係合凹部３１９，３１９から離脱させて、アクチュエータ側ロッド３１４とカップリングハウジング３２０との接続を解除する。

なお、使用中の電動アクチュエータ２３Ａの温度、駆動電流、振動、作動サイクル数、稼働時間等の計測結果が、予め定めた閾値Ｌ２を超えた場合にレバー部材１４に接続される電動アクチュエータ２３を切り替える動作は、予め設定されたコンピュータプログラムに基づいて自動的に行ってもよいが、蒸気タービン１０の各部の運転状態（負荷、回転数、軸振動の安定、およびアラーム警報が発生していない状態であること）をオペレータが確認した後に実行するようにしても良い。

カップリングハウジング３２０への接続を解除した、それまで使用していた電動アクチュエータ２３Ａは、ボールネジ３０およびナット３１１間において潤滑油を行き渡らせる所定のグリースアップ動作（メンテナンス動作）を、電子ガバナ１７の制御により自動的に実行させる（ステップＳ１０５）。これには、カップリングハウジング３２０から切り離した電動アクチュエータ２３Ａを、調整弁１３を駆動するときにおける電動アクチュエータ２３Ａの直線動作の作動ストロークよりも大きな（例えば、数倍程度の）作動ストロークで作動させる。予め定めた作動ストローク、作動回数で、グリースアップ動作を実行させた後（ステップＳ１０６でＹｅｓ）、電動アクチュエータ２３Ａのグリースアップ動作を停止させる（ステップＳ１０７）。
上記の一連の動作を、蒸気タービン１０の通常運転状態が終わるまで（ステップＳ１０８でＮｏ）、継続的に実行する。

上述した実施形態の蒸気タービン１０によれば、複数組の電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂのそれぞれをレバー部材１４に対して個別に接続可能な接続切替部３８を備えているので、例えば電動アクチュエータ２３Ａをレバー部材１４に接続した状態で、接続切替部３８により、使用していた電動アクチュエータ２３Ａのレバー部材１４への接続を解除することができる。これによって、使用していた電動アクチュエータ２３Ａに対してメンテナンスを施すことができる。

また、電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂの作動時に、ボールネジ機構２７の特定範囲の潤滑油の減少によって作動抵抗が上昇する。そこで、ボールネジ機構２７の温度（特に、ボールネジ３０、ナット３１１の温度）、駆動電流、振動の少なくとも一つを計測することによって、電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂが使用限界に達する前の適切なタイミングで、使用していた電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂをレバー部材１４への接続から解除し、メンテナンスを施すことができる。また、作動サイクル数または稼働時間を監視して制御を行うことで、定期的に電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂを切り替え、レバー部材１４への接続が解除された電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂにメンテナンスを施す。このようにして、電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂのメンテナンスを完全自動化して実施することができる。
その結果、適切なタイミングでメンテナンスを施すことによって、電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂの耐久性を高めることができる。

さらに、レバー部材１４への接続から解除された、電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂに対し、自動的にメンテナンス用の動作を実行させることができる。メンテナンス用の動作としては、例えば、電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂの通常運転時の直線運動のストロークよりも、より大きなストロークで電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂを作動させることができる。これにより、ボールネジ３０においてグリースアップを図ることができる。

また、カップリングハウジング３２０には、アクチュエータ側ロッド３１４に沿って延びるセンサロッド３２３が設けられており、検出子３２４の位置を検出することによって、アクチュエータ側ロッド３１４がカップリングハウジング３２０に接続された状態にあるか否かを検出することができる。これにより、アクチュエータ側ロッド３１４がカップリングハウジング３２０に正しく接続されている場合のみ、電動アクチュエータ２３を作動させて調整弁１３を駆動させることができる。その結果、アクチュエータ側ロッド３１４がカップリングハウジング３２０に正しく接続されていない状態では、電動アクチュエータ２３を作動できないようにすることができる。

さらに、ボールネジ３０と、ナット３１１との間において、互いに隣接するボール３３０，３３０の間に、リテーナ３３１を設けるようにしたことで、互いに隣接するボール３３０，３３０間の摩擦が低減し、作動時の発熱を抑えることが可能となっている。これにより、電動アクチュエータ２３Ａ，２３Ｂの耐久性を高めることができる。

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、接続切替部３８の一例としてカップリング機構３２を例示したが、同様の機能を果たすことができるのであれば、上記構成に限られず他のいかなる構成としてもよい。
また、電動アクチュエータ２３は、二組に限られるものでは無い。例えば、三組以上の電動アクチュエータを設けるようにしてもよい。
さらに、ボールネジ機構２７が、互いに隣接するボール３３０，３３０の間にリテーナ３３１を備える場合について説明したが、リテーナ３３１を備えていないボールネジ機構２７を用いても良い。
また、ボールネジ機構２７に代えて、ローラネジ機構等、他の機構を採用してもよい。

１０ 蒸気タービン
１１ タービン本体
１２ 蒸気流路
１３ 調整弁
１４ レバー部材（弁体進退機構）
１５ 調整弁駆動機構
１６ ロック機構
１７ 電子ガバナ（制御部）
１８ 圧縮機
１９ レバー側ロッド
２０ バネ
２１ ブラケット
２２ 保持部材
２３，２３Ａ，２３Ｂ 電動アクチュエータ（変換機構）
２６ 電動モータ（回転駆動源）
２７ ボールネジ機構
２８ ブレーキ
３０ ボールネジ（変換部）
３２ カップリング機構
３４ 操作盤
３５ コントローラユニット
３５Ａ，３５Ｂ コントローラユニット
３８ 接続切替部
１１６ ブレード
１３２ 封止部材（弁体）
３１１ ナット
３１２ ピストンロッド
３１３ ロッドエンドコネクタ
３１４ アクチュエータ側ロッド
３１６ 係合キーシャフト
３１６ｋ 係合キー
３１７ 駆動アーム
３１８ 揺動機構
３１９ 係合凹部
３２０ カップリングハウジング
３２２ アクチュエータ側ロッド挿入穴
３２３ センサロッド
３２４ 検出子
３３０ ボール
３３１ リテーナ
３５１ コントローラ
３５２ サーボドライブ

Claims (5)

1. 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を駆動する調整弁駆動機構であって、
   前記弁体を前記蒸気流路に対して進退させる弁体進退機構と、
   回転駆動源および該回転駆動源の回転を直線運動に変換する変換部を有した複数組の変換機構と、
   係合キーと、前記係合キーが出没可能な係合凹部とを有し、前記係合キーを前記係合凹部に対して出没させることで、複数組の前記変換機構を一つの前記弁体進退機構に対して個別に接続及び切断可能な複数の接続切替部と、
   前記回転駆動源および前記接続切替部の動作を制御する制御部と、
   を備えていることを特徴とする調整弁駆動機構。
2. 複数組の変換機構の前記変換部のそれぞれの温度、駆動電流、振動、作動サイクル数、稼働時間の少なくとも一つを計測する計測部を備え、
   前記制御部は、前記計測部における計測結果に基づき、前記弁体進退機構に接続される前記変換機構を切り替える請求項１に記載の調整弁駆動機構。
3. 前記制御部は、前記接続切替部によって、前記弁体進退機構への接続が解除された前記変換機構に対し、予め設定されたメンテナンス用の動作を実行させる請求項１または２に記載の調整弁駆動機構。
4. 前記変換部は、ボールネジとナットとが周方向に複数のボールを介して螺合したボールネジ機構であり、
   周方向において互いに隣接する前記ボールの間にリテーナを備えている請求項１から３のいずれか一項に記載の調整弁駆動機構。
5. 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３のいずれか一項に記載の調整弁駆動機構と、
   を備えることを特徴とする蒸気タービン。

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