JP6916755B2

JP6916755B2 - 回転機械

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Publication number: JP6916755B2
Application number: JP2018043509A
Authority: JP
Inventors: 松本　和幸; 和幸松本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2038-03-09
Also published as: US20190277153A1; DE102019201651A1; CN110242361A; JP2019157714A; US11066948B2

Description

本発明は、回転機械に関する。

蒸気タービンは、軸線回りに回転するロータと、ロータに取り付けられた複数の動翼と、ロータ及び動翼を外側から覆うケーシングと、ケーシングの内面に取り付けられた複数の静翼と、を備えている。軸線方向の一方側から高温高圧の蒸気が流入することで、動翼にエネルギーが付加され、回転軸は回転する。この回転エネルギーによって、蒸気タービンに接続された発電機等が駆動される。

ここで、上記のような蒸気タービンでは、ロータの円滑な回転を実現するため、動翼の先端部（シュラウド）とケーシングの内周面との間には、一定のクリアランスが設けられることが一般的である。しかしながら、当該クリアランスを流通する蒸気は、動翼や静翼に衝突することなく下流側に流れ去ってしまうことから、ロータの回転駆動に際しては何ら寄与するところがない。加えて、クリアランスを流通する蒸気は、スワール成分（周方向の速度成分）を含んでいる。このようなスワール成分によって、クリアランス内部における圧力分布が不均一になり、その結果としてロータに振動を生じる可能性がある。したがって、スワール成分を低減することが可能な技術が望まれている。

このような技術の一例として、例えば下記特許文献１に記載された装置が知られている。特許文献１に記載された装置では、動翼のシュラウドの上流側に位置する静翼のノズル部に、蒸気の流れ方向を案内する案内羽根が設けられている。この案内羽根によって、上述のスワール成分が低減され、ロータの振動を抑制できるとされている。

特開２００６−１０４９５２号公報

ところで、スワール成分を含む漏洩蒸気は、ロータとの間で生じる摩擦力によって、ロータの回転を促す（補助する）ことが知られている。しかしながら、上記特許文献１の構成では、ロータの振動抑制が実現できる一方で、スワール成分が減少することに伴って、上記の摩擦力も減少する。その結果として、ロータを周方向に回転させる力が弱くなり、案内羽根が無い場合に比べてタービン出力が低下してしまう。したがって、ロータに振動が生じている場合にのみ、スワール成分を低減することが可能な装置が望まれている。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、振動が抑制され、かつ出力低下が抑えられた回転機械を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、回転機械は、軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から径方向外側に向かって延びて、周方向に間隔をあけて複数が設けられた動翼と、該動翼を径方向外側から囲むとともに、動翼の先端を収容するキャビティをなす凹部が形成されたケーシングと、前記凹部の底面及び動翼の先端の一方から延びて他方との間でクリアランスを形成する複数のフィンを有するシール部と、前記キャビティ内で前記回転軸の回転方向の後方側に向かって一端が前記凹部における上流側で、前記シール部のフィンよりも上流側に開口し、他端が前記ケーシングの外部に延び、前記開口から流体を噴出可能な噴出流路と、開状態と閉状態との間で切り替えられることで、前記噴出流路の流通状態を切り換え可能な弁と、を備え、前記噴出流路及び前記弁は、前記軸線に対する周方向に等間隔をあけて複数設けられ、前記弁は、前記噴出流路ごとに１つずつ設けられ、前記噴出流路は、径方向外側から内側に向かうに従って、前記回転軸の回転方向後方側に向かって延びるとともに、一端が前記凹部の前記底面に開口し、前記回転軸の振動を検知する振動検知部と、該振動検知部によって振動が検知された場合に前記弁を開状態とするとともに、振動が検知されない場合には前記弁を閉状態とする制御装置と、をさらに備え、前記制御装置は、前記回転軸の振動の強度に応じて、開状態とする前記弁の個数を決定する。

この構成によれば、弁が開状態にある場合には、噴出流路から噴出する流体によって凹部内のスワール成分を低減・阻止することができる。一方で、弁が閉状態にある場合には、スワール成分は凹部内を円滑に流れるこの際、スワール成分が動翼の先端を回転方向に引きずることによって、スワール成分のエネルギーの一部をロータの回転エネルギーとして回収することができる。即ち、上記の構成によれば、回転軸に振動が生じた場合には振動を収束させるために必要な最低限の流体を噴出流路から噴出させることができる。これにより、蒸気タービンの出力低下を最小限に抑えつつ、スワール成分に起因する振動を抑制することができる。
ここで、凹部内では、回転軸の回転に伴って、軸線方向一方側から他方側に向かうに従って回転方向前方側に向かうスワール成分が形成されている。上記の構成では、噴出流路の一端から噴出する流体は、軸線方向一方側から他方側に向かうに従って回転方向後方側に向かって流れる。即ち、スワール成分の流れ方向に交差する方向に、噴出流路から流体が噴出される。したがって、スワール成分を低減することができる。
また、この構成によれば、回転軸の振動の強度に応じて、開状態とする弁の個数が決定される。即ち、振動の強度が高い場合にはより多くの弁を開状態とすることができる。これにより、早期に振動を収束させることができる。一方で、振動の強度が低い場合には最小限の個数の弁を開状態とすることで、蒸気タービンの出力低下を最小限に抑えつつ、振動を収束させることができる。

凹部内では、回転軸の回転に伴って、軸線方向一方側から他方側に向かうに従って回転方向前方側に向かうスワール成分が形成されている。上記の構成では、噴出流路の一端から噴出する流体は、径方向外側から内側に向かうに従って回転方向後方側に向かって流れる。即ち、スワール成分の流れ方向に交差する方向に、噴出流路から流体が噴出される。したがって、スワール成分を低減することができる。

本発明の第二の態様によれば、回転機械は、前記回転軸の振動を検知する振動検知部と、該振動検知部によって振動が検知された場合に前記弁を開状態とするとともに、振動が検知されない場合には前記弁を閉状態とする制御装置と、をさらに備えてもよい。

この構成によれば、回転軸の振動が検知された場合には、弁を開状態とすることでスワール成分が低減され、当該振動を抑制することができる。さらに、振動が収束した場合には、弁を閉状態とすることで、蒸気タービンの出力低下を抑えることができる。即ち、他のスワールブレーカ等を常設した場合に比べて、蒸気タービンの出力低下を抑制することができる。

この構成によれば、回転軸の振動の強度に応じて、開状態とする弁の個数が決定される。即ち、振動の強度が高い場合にはより多くの弁を開状態とすることができる。これにより、早期に振動を収束させることができる。一方で、振動の強度が低い場合には最小限の個数の弁を開状態とすることで、蒸気タービンの出力低下を最小限に抑えつつ、振動を収束させることができる。

本発明の第三の態様によれば、前記制御装置は、前記回転軸の振動の強度が高くなるに従って、開状態とする前記弁の個数を増加させ、かつ開状態となった複数の前記噴出流路が周方向に等間隔となるように前記弁を開状態としてもよい。

この構成によれば、振動の強度が高い場合にはより多くの弁を開状態とすることができる。これにより、早期に振動を収束させることができる。加えて、開状態となった弁に対応する噴出流路が周方向に等間隔をあけて配置されていることから、流体が噴出する位置の偏りに起因する圧力のアンバランスがなくなり、ケーシング内における周方向の圧力分布を均一化することができる。即ち、ケーシング内における周方向の圧力分布が不均一となることに起因する不安定振動等を抑制することができる。

本発明によれば、振動が抑制され、かつ出力低下を最小限に抑えた回転機械を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの構成を示す図である。本発明の第一実施形態に係る噴出流路の拡大図である。本発明の第一実施形態に係る噴出流路を径方向から見た図である。本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの軸線方向における断面図である。本発明の第一実施形態に係る制御装置のハードウェア構成を示す図である。本発明の第一実施形態に係る制御装置の構成を示す機能ブロック図である。本発明の第一実施形態に係る制御装置の処理を示すフローチャートである。本発明の第一実施形態の変形例に係る制御装置の処理を示すフローチャートである。本発明の第二実施形態に係る噴出流路の拡大図である。本発明の第二実施形態に係る噴出流路を軸線方向から見た図である。本発明の第三実施形態に係る噴出流路を径方向から見た図である。本発明の第三実施形態に係る蒸気タービンの断面図である。

［第一実施形態］
本発明の第一実施形態について図面を参照して説明する。図１に示すように、蒸気タービン１は、軸線Ｏ方向に沿って延びる蒸気タービンロータ３（回転軸）と、蒸気タービンロータ３を外周側から覆う蒸気タービンケーシング２（ケーシング）と、蒸気タービンロータ３の軸端１１を軸線Ｏ回りに回転可能に支持するジャーナル軸受４、及びスラスト軸受５と、を備えている。

蒸気タービンロータ３は複数の動翼３０を有している。蒸気タービンロータ３の周方向に一定の間隔をもって複数の動翼３０が配列される。軸線Ｏ方向においても、一定の間隔を持って複数の動翼３０の列が配列される。動翼３０は、翼本体３１と、動翼シュラウド３４（シュラウド）と、を有している。翼本体３１は、蒸気タービンロータ３の外周面から径方向外側に向かって突出している。翼本体３１は、径方向から見て翼型の断面を有する。翼本体３１の先端部（径方向外側の端部）には、動翼シュラウド３４が設けられている。

蒸気タービンケーシング２は、蒸気タービンロータ３を外周側から覆う略筒状をなしている。蒸気タービンケーシング２の軸線Ｏ方向一方側には、蒸気を取り込む蒸気供給管１２が設けられている。蒸気タービンケーシング２の軸線Ｏ方向他方側には、蒸気を排出する蒸気排出管１３が設けられている。以降の説明では、蒸気排出管１３から見て蒸気供給管１２が位置する側を上流側と呼び、蒸気供給管１２から見て蒸気排出管１３が位置する側を下流側と呼ぶ。

蒸気タービンケーシング２の内周面に沿って複数の静翼２１が設けられている。静翼２１は、静翼台座２４を介して蒸気タービンケーシング２の内周面に接続される羽根状の部材である。さらに、静翼２１の先端部（径方向内側の端部）には、静翼シュラウド２２が設けられている。動翼３０と同様に、静翼２１は内周面上で周方向及び軸線Ｏ方向に沿って複数配列される。動翼３０は、隣り合う複数の静翼２１の間の領域に入り込むようにして配置される。

蒸気タービンケーシング２の内部において、静翼２１と動翼３０が配列された領域は、作動流体である蒸気Ｓが流通する主流路２０を形成する。蒸気タービンケーシング２の内周面と動翼シュラウド３４との間には、軸線Ｏに対する径方向外側に向かって凹む凹部５０が周方向全域にわたって形成されている。凹部５０は、動翼３０の先端（動翼シュラウド３４）を収容するキャビティをなしている。即ち、凹部５０は、動翼シュラウド３４の体積に比べて十分に大きな容積を有している。

蒸気Ｓは、上流側の蒸気供給管１２を介して、上述のように構成された蒸気タービン１に供給される。その後、蒸気タービンロータ３の回転に伴って静翼２１と動翼３０の列を通過し、やがて下流側の蒸気排出管１３を通じて後続の装置（不図示）に向かって排出される。ここで、静翼２１と動翼３０の列を通過する際、前述の凹部５０にも蒸気Ｓは流入する。

ジャーナル軸受４は、軸線Ｏに対する径方向への荷重を支持する。ジャーナル軸受４は、蒸気タービンロータ３の両端に１つずつ設けられている。スラスト軸受５は、軸線Ｏ方向への荷重を支持する。スラスト軸受５は、蒸気タービンロータ３の上流側の端部にのみ設けられている。

図２は、凹部５０の周辺を拡大して示している。動翼シュラウド３４の先端（シュラウド外周面３４１）と、凹部５０における内周側を向く面（凹部底面５１）との間には、これらシュラウド外周面３４１及び凹部底面５１の少なくとも一方に設けられ、他方に向かって突出するシールフィン６が設けられている。シールフィン６は、主流路２０を流れる蒸気（主蒸気Ｓ１）から分岐して凹部５０に向かう蒸気の流れ（副流Ｓ２）を阻止するために設けられている。

本実施形態では、シュラウド外周面３４１に１つのシールフィン６（シュラウド側シールフィン６１）が設けられ、凹部内周面５１に２つのシールフィン６（凹部側シールフィン６２）が設けられている。シュラウド側シールフィン６１は、２つの凹部側シールフィン６２同士の間に配置されている。シュラウド側シールフィン６１と凹部底面５１との間、及び凹部側シールフィン６２とシュラウド外周面３４１との間には、それぞれ径方向に広がるわずかな隙間（クリアランス）が形成されている。

噴出流路７０は、蒸気タービンケーシング２の内外を接続する流路である。図２及び図３に示すように、凹部５０における上流側に位置する面（凹部上流面５２）には、噴出流路７０の一端（噴出口７１）が開口している。本実施形態では、噴出口７０は、軸線Ｏに対する径方向において、動翼シュラウド３４と重複する位置に形成されている。図３に示すように、噴出口７１を含む噴出流路７０の一端側の部分は、上流側から下流側に向かうに従って、蒸気タービンロータ３の回転方向後方側に向かって延びている。

噴出流路７０の他端側には弁７２が設けられている。弁７２は、開状態と閉状態との間で切り換えられることで、噴出流路７０の流通状態を切り換える。具体的には弁７２は電磁弁であり、後述の制御装置９０に接続されている。噴出流路７０の他端側の部分は、軸線Ｏに対する径方向に延びている。噴出流路７０には、不図示の供給源から供給された流体（蒸気や空気等）が流通する。

図４に示すように本実施形態では、凹部５０内に、周方向に等間隔をあけて複数（４つ）の噴出流路７０が設けられている。（なお、図４では、動翼３０を簡略化して描画している。即ち、動翼３０の数は図４に示す例に限定されない。）各噴出流路７０に対応する弁７２は、信号線Ｌによって制御装置９０に接続されている。また、蒸気タービン１には、蒸気タービンロータ３の振動を検出する振動センサ８０が設けられている。具体的には、振動センサ８０は、ジャーナル軸受４又はスラスト軸受５に取り付けられている。振動センサ８０は、検出した蒸気タービンロータ３の振動を電気信号として制御装置９０に送出する。

制御装置９０は、図５に示すように、ＣＰＵ９１（Central Processing Unit）、ＲＯＭ９２（Read Only Memory）、ＲＡＭ９３（Random Access Memory）、ＨＤＤ９４（Hard Disk Drive）、信号受信モジュール９５（I/O：Input/Output）を備えるコンピュータである。信号受信モジュール９５は、振動センサ８０からの信号を受信する。信号受信モジュール９５は、例えばチャージアンプ等を介して増幅された信号を受信してもよい。

図６に示すように、制御装置９０のＣＰＵ９１は予め自装置で記憶するプログラムを実行することにより、制御部８１、振動検知部８２、判定部８３、駆動制御部８４を有する。制御部８１は制御装置９０に備わる他の機能部を制御する。振動検知部８２には、信号受信モジュールを介して上述の振動センサ８０から受信した、蒸気タービンロータ３の振動に関する情報（振幅、周波数等）が入力される。判定部８３は、蒸気タービンロータ３の振動が、予め記憶された閾値よりも大きいか小さいかを判定する。駆動制御部８４は、判定部８３の判定結果に基づいて、駆動源７２に対して駆動信号を送出する。この駆動信号によって、弁７２は開状態と閉状態との間で切り換えられる。

次に、本実施形態に係る蒸気タービン１の動作について説明する。蒸気タービン１を運転するに当たっては、外部の蒸気供給源（不図示）から、高温高圧の蒸気が蒸気供給管１２を通じて蒸気タービンケーシング２の内部（主流路２０）に供給される。蒸気は、主流路２０に沿って、上流側から下流側に向かって流れる流れ（主蒸気Ｓ１）を形成する。主蒸気Ｓ１は、静翼２１と動翼３０が設けられた主流路２０を通過することで、動翼３０を介して蒸気タービンロータ３に回転力を与える。蒸気タービンロータ３の回転は軸端から取り出されて、発電機等（不図示）の外部機器を駆動する。

次いで、図２を参照して、凹部５０近傍における蒸気の挙動について説明する。同図に示すように、主蒸気Ｓ１のうち、一部の成分は、主蒸気Ｓ１から逸脱して凹部５０内に向かう流れ（副流Ｓ２）を形成する。副流Ｓ２は、ケーシング２に設けられた静翼２１の周囲を通過する際に付与されたスワール成分Ｆｓ（旋回流成分）を含んでいる。図３に示すように、このスワール成分Ｆｓは、上流側から下流側に向かうに従って、蒸気タービンロータ３の回転方向前方側（周方向一方側から他方側）に向かって流れる。

図７Ａに示すように、蒸気タービン１が運転されている状態において、判定部８３は、蒸気タービンロータ３の振動と閾値との大小を比較する（ステップＳ１）。判定部８３において、蒸気タービンロータ３の振動が閾値よりも大きいと判定された場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、駆動制御部８４は、駆動源７２に対して駆動信号を送出する。この駆動信号によって弁７２は開状態となり、噴出流路７０が開通する（ステップＳ２）。即ち、噴出流路７０の噴出口７１からは流体が噴出する。これにより、凹部５０内を流れる副流Ｓ２のスワール成分Ｆｓが低減され、蒸気タービンロータ３の振動が抑制される。

一方で、判定部８３において、蒸気タービンロータ３の振動が閾値よりも小さいと判定された場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、駆動制御部８４は、弁７２に対して駆動信号を送出せず、制御を終了する。その後も、継続的又は断続的に上記のステップＳ１，Ｓ２を繰り返して実行することで、蒸気タービンロータ３の振動が監視される。

ところで、スワール成分Ｆｓを含む副流Ｓ２は、蒸気タービンロータ３との間で生じる摩擦力によって、蒸気タービンロータ３の回転を促す（補助する）ことが知られている。上記の構成では、蒸気タービンロータ３の振動抑制が実現できる一方で、スワール成分Ｆｓが減少することに伴って、上記の摩擦力も減少する。その結果として、蒸気タービンロータ３を周方向に回転させる力が弱くなり、蒸気タービン１の出力が低下する場合がある。

そこで、本実施形態に係る制御装置９０は、蒸気タービンロータ３の振動の強度（ロータの不安定振動が懸念される周波数成分の振幅の大小）に応じて、開状態とする弁７２の個数を決定する。具体的には、振動が検知された初期の段階では、４つのうち、２つの弁７２が駆動制御部８４によって開状態とされる。この時に開状態とされる弁７２は、軸線Ｏに対する直径方向に対向する一対の弁７２である。即ち、凹部５０内において、開状態となった弁７２は、周方向に等間隔となっている。

上記の状態で、判定部８３は再び蒸気タービンロータ３の振動強度を閾値と比較する。蒸気タービンロータ３の振動強度がなおも閾値よりも大きいと判定された場合には、残余の２つの弁７２を開状態とする。即ち、４つの噴出流路７０が周方向に等間隔をあけて開通した状態となる。このように、本実施形態では、蒸気タービンロータ３の振動の強度が高くなるに従って、開通する噴出流路７０の個数が増加する。

その後も判定部８３は振動強度と閾値との大小比較を断続的又は連続的に繰り返す。蒸気タービンロータ３の振動強度が閾値よりも小さいと判定された場合には、駆動制御部８４は、直径方向に対向する２つの弁７２を閉状態とする。なおも蒸気タービンロータ３の振動強度が閾値よりも小さいと判定された場合には、駆動制御部８４によって残余の２つの弁７２が閉状態とされる。

以上、説明したように、本実施形態に係る蒸気タービン１では、弁７２が開状態にある場合には、噴出流路７０から噴出する流体によって凹部５０内のスワール成分Ｆｓを低減・阻止することができる。一方で、弁７２が閉状態にある場合には、スワール成分Ｆｓは凹部５０内を円滑に流れるため、該スワール成分Ｆｓが動翼の３０先端を回転方向に引きずることによって、スワール成分のエネルギーの一部をロータの回転エネルギーとして回収することができる。即ち、上記の構成によれば、蒸気タービンロータ３に振動が生じた場合には噴出流路７０から流体を噴出させることができるとともに、振動が収束した場合には流体の噴出を止めることができる。これにより、蒸気タービン１の出力低下を最小限に抑えつつ、スワール成分Ｆｓに起因する振動を抑制することができる。

特に、凹部５０内では、蒸気タービンロータ３の回転に伴って、軸線Ｏ方向一方側から他方側に向かうに従って回転方向前方側に向かうスワール成分Ｆｓが形成されている。上記の構成では、噴出流路７０の一端（噴出口７１）から噴出する流体は、軸線Ｏ方向一方側から他方側に向かうに従って回転方向後方側に向かって流れる。即ち、スワール成分Ｆｓの流れ方向に交差する方向に、噴出流路７０から流体が噴出される。したがって、スワール成分Ｆｓを効果的に低減することができる。

さらに、上記の構成によれば、蒸気タービンロータ３の振動が検知された場合には、弁７２を開状態とすることでスワール成分Ｆｓが低減され、当該振動を抑制することができる。さらに、振動が収束した場合には、弁７２を閉状態とすることで、蒸気タービン１の出力低下を最小限に抑えることができる。即ち、固定式のスワールブレーカ等を常設した場合に比べて、蒸気タービン１の出力低下を抑制することができる。

加えて、上記の構成によれば、噴出流路７０及び弁７２が周方向に等間隔をあけて複数設けられていることから、全ての弁７２が開状態にある場合であっても、噴出流路７０から周方向に均等に流体が供給される。このため、蒸気タービンケーシング２内における周方向の圧力分布を均一化することができる。即ち、蒸気タービンケーシング２内における周方向の圧力分布が不均一となることに起因する不安定振動等を抑制することができる。

さらに加えて、上記の構成によれば、蒸気タービンロータ３の振動の強度に応じて、開状態とする弁７２の個数が決定される。即ち、振動の強度が高い場合にはより多くの弁７２を開状態とすることができる。これにより、早期に振動を収束させることができる。一方で、振動の強度が低い場合には最小限の個数の弁７２を開状態とすることで、蒸気タービン１の出力低下を最小限に抑えつつ、振動を収束させることができる。

さらに、上記の構成では、可動部である弁７２を蒸気タービンケーシング２の外に設けることができることから、蒸気タービンケーシング２の内部を開放することなくメンテナンスを行うことができる。一方で、例えば弁７２が蒸気タービンケーシング２の内部に設けられている場合、蒸気タービンケーシング２の内部にアクセスする必要がある。蒸気タービンケーシング２の内部にアクセスするためには、蒸気タービン１の運転を停止した後、蒸気タービンケーシング２内の温度が下がるまで長時間待機する必要がある。即ち、蒸気タービン１の運転停止時間が長期化してしまう。しかしながら、上記の構成によれば、弁７２を開閉するのみで、容易に蒸気タービン１のメンテナンスを行うことができる。

以上、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記実施形態では、周方向に４つの噴出流路７０及び４つの弁７２が配置されている例について説明した。しかしながら、噴出流路７０及び弁７２の個数は４つに限定されず、５つ以上であってもよい。なお、周方向における圧力分布の均一化という観点からは、噴出流路７０及び弁７２の個数は偶数であることが望ましい。

さらに、上記実施形態では、制御装置９０が図７Ａに示すステップＳ１，Ｓ２を実行する例について説明した。しかしながら、制御装置９０の動作は上記に限定されず、他の例として図７Ｂに示す動作を制御装置９０に実行させることも可能である。

図７Ｂの例では、制御装置９０は、振動の発生有無に関わらず、はじめに全ての弁７２を開状態とする（ステップＳ２１）。次いで、判定部８３が、蒸気タービンロータ３の振動強度と閾値とを比較する（ステップＳ２２）。判定部８３において、振動強度が閾値以下であると判定された場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、制御装置９０（駆動制御部８４）は、任意のｎ個の弁７２のみを閉状態とする（ステップＳ２３）。なお、ｎの値は、蒸気タービン１の運転実績や出力に応じて適宜決定されることが望ましい。

ステップＳ２３を実行した後に、再び判定部８３は振動強度と閾値との比較を行う。この時、判定部８３において、振動強度が閾値以上であると判定された場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、ステップＳ２３で閉状態とした弁７２の個数が過大であったために、蒸気タービンロータ３の振動が再発したとみなすことができる。そこで、制御装置９０（駆動制御部８４）は、閉状態とする弁７２の個数を１つ減らす。即ち、（ｎ−１）個の弁７２が閉状態となるように、１つの弁７２を開状態とする（ステップＳ２４）。

上記の構成によれば、蒸気タービンロータ３の振動を抑えるために必要な個数の弁７２のみを開状態とすることができる。即ち、蒸気タービンロータ３の振動を低減しつつ、蒸気タービン１の出力低下を最小限に抑えることが可能な運転条件をより高い精度で実現することができる。

さらに、上記実施形態では、回転機械として蒸気タービン１を例に説明をした。しかしながら、回転機械の態様は蒸気タービン１に限られず、遠心圧縮機やガスタービンであってもよい。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について、図８を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態では、凹部底面５１に、軸線Ｏに対する径方向に延びる噴出流路７０Ｂが形成されている。噴出流路７０Ｂの一端（噴出口７１Ｂ）は、凹部底面５１における上流側の端縁に接して開口している。

さらに、図９に示すように、上記第一実施形態と同様に、本実施形態においても、凹部５０内で周方向に等間隔をあけて複数の噴出流路７０Ｂが設けられている。それぞれの噴出流路７０Ｂは、軸線Ｏに対する径方向外側から内側に向かうに従って、蒸気タービンロータ３の回転方向後方側に向かって延びている。

噴出流路７０Ｂの他端側には弁７２Ｂが設けられている。弁７２Ｂは、開状態と閉状態との間で切り換えられることで、噴出流路７０Ｂの流通状態を切り換える。具体的には弁７２Ｂは電磁弁である。噴出流路７０Ｂには、不図示の供給源から供給された流体（蒸気や空気等）が流通する。

凹部５０内では、蒸気タービンロータ３の回転に伴って、軸線Ｏ方向一方側から他方側に向かうに従って回転方向前方側に向かうスワール成分が形成されている。上記の構成では、噴出流路７０Ｂの一端から噴出する流体は、径方向外側から内側に向かうに従って回転方向後方側に向かって流れる。即ち、スワール成分の流れ方向に交差する方向に、噴出流路７０Ｂから流体が噴出される。したがって、スワール成分を効果的に低減することができる。

以上、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば上記実施形態では、回転機械として蒸気タービン１を例に説明をした。しかしながら、回転機械の態様は蒸気タービン１に限られず、遠心圧縮機やガスタービンであってもよい。

［第三実施形態］
続いて、本発明の第三実施形態について、図１０を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態では、噴出流路７０Ｃは、軸線Ｏ方向に隣り合う一対の凹部５０同士を連通している。噴出流路７０Ｃの一端（噴出口７１Ｃ）は、軸線Ｏ方向において相対的に下流側に位置する凹部５０の凹部上流面５２上に開口している。噴出流路７０Ｃの他端（吸入口７３Ｃ）は、軸線Ｏ方向において相対的に上流側に位置する凹部５０の凹部下流面５３上に開口している。即ち、この噴出流路７０Ｃは、静翼台座２４を軸線Ｏ方向に貫通している。

図１１に示すように、噴出流路７０Ｃにおける噴出口７１Ｃを含む部分は、上流側から下流側に向かうに従って、蒸気タービンロータ３の回転方向後方側に向かって延びている。噴出流路７０Ｃにおける吸入口７３Ｃを含む部分は、軸線Ｏ方向に延びており、その中途には弁７２Ｃが設けられている。弁７２Ｃは、開状態と閉状態との間で切り換えられることで、噴出流路７０Ｃの流通状態を切り換える。具体的には弁７２Ｃは電磁弁である。噴出流路７０Ｃには、不図示の供給源から供給された流体（蒸気や空気等）が流通する。

凹部５０内では、蒸気タービンロータ３の回転に伴って、軸線Ｏ方向一方側から他方側に向かうに従って回転方向前方側に向かうスワール成分が形成されている。上記の構成では、噴出流路７０Ｃの一端から噴出する流体は、軸線Ｏ方向一方側から他方側に向かうに従って回転方向後方側に向かって流れる。即ち、スワール成分の流れ方向に交差する方向に、噴出流路７０Ｃから流体が噴出される。したがって、スワール成分を効果的に低減することができる。

さらに、蒸気タービン１では、軸線Ｏ方向一方側（上流側）から高圧の蒸気が供給される。このため、軸線Ｏ方向一方側に位置する凹部５０になるほど、流通する蒸気の圧力が高い。したがって、上記の構成では、隣り合う一対の凹部５０，５０のうち、軸線Ｏ方向一方側の凹部５０における高圧の蒸気を、軸線Ｏ方向他方側の凹部５０に噴出流路７０Ｃを通じて噴出させることができる。即ち、噴出流路７０Ｃから流体を噴出させるに当たって、圧力源等を他に設ける必要がない。これにより、装置の構成を簡素化することができる。

以上、本発明の第三実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば上記実施形態では、回転機械として蒸気タービン１を例に説明をした。しかしながら、回転機械の態様は蒸気タービン１に限られず、遠心圧縮機やガスタービンであってもよい。

１…蒸気タービン
２…蒸気タービンケーシング
３…蒸気タービンロータ
４…ジャーナル軸受
５…スラスト軸受
６…シールフィン
１１…軸端
１２…蒸気供給管
１３…蒸気排出管
２０…主流路
２１…静翼
２２…静翼シュラウド
２４…静翼台座
３０…動翼
３１…翼本体
３４…動翼シュラウド
５０…凹部
５１…凹部底面
５２…凹部上流面
５３…凹部下流面
６１…シュラウド側シールフィン
６２…凹部側シールフィン
７０，７０Ｂ，７０Ｃ…噴出流路
７１，７１Ｂ，７１Ｃ…噴出口
７２，７２Ｂ，７２Ｃ…弁
７３Ｃ…吸入口
８０…振動センサ
８１…制御部
８２…振動検知部
８３…判定部
８４…駆動制御部
９０…制御装置
９１…ＣＰＵ
９２…ＲＯＭ
９３…ＲＡＭ
９４…ＨＤＤ
９５…Ｉ／Ｏ
Ｌ…信号線
Ｏ…軸線
Ｓ１…主蒸気
Ｓ２…副流

Claims

軸線回りに回転する回転軸と、
該回転軸から径方向外側に向かって延びて、周方向に間隔をあけて複数が設けられた動翼と、
該動翼を径方向外側から囲むとともに、動翼の先端を収容するキャビティをなす凹部が形成されたケーシングと、
前記凹部の底面及び動翼の先端の一方から延びて他方との間でクリアランスを形成する複数のフィンを有するシール部と、
前記キャビティ内で前記回転軸の回転方向の後方側に向かって一端が前記凹部における上流側で、前記シール部のフィンよりも上流側に開口し、他端が前記ケーシングの外部に延び、前記開口から流体を噴出可能な噴出流路と、
開状態と閉状態との間で切り替えられることで、前記噴出流路の流通状態を切り換え可能な弁と、
を備え、
前記噴出流路及び前記弁は、前記軸線に対する周方向に等間隔をあけて複数設けられ、
前記弁は、前記噴出流路ごとに１つずつ設けられ、
前記噴出流路は、径方向外側から内側に向かうに従って、前記回転軸の回転方向後方側に向かって延びるとともに、一端が前記凹部の前記底面に開口し、
前記回転軸の振動を検知する振動検知部と、
該振動検知部によって振動が検知された場合に前記弁を開状態とするとともに、振動が検知されない場合には前記弁を閉状態とする制御装置と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記回転軸の振動の強度に応じて、開状態とする前記弁の個数を決定する
回転機械。
前記回転軸の振動を検知する振動検知部と、
該振動検知部によって振動が検知された場合に前記弁を開状態とするとともに、振動が検知されない場合には前記弁を閉状態とする制御装置と、
をさらに備える請求項１に記載の回転機械。
前記制御装置は、前記回転軸の振動の強度が高くなるに従って、開状態とする前記弁の個数を増加させ、かつ開状態となった複数の前記噴出流路が周方向に等間隔となるように前記弁を開状態とする請求項１又は２に記載の回転機械。