JPH03179107A - 蒸気タービン - Google Patents
蒸気タービンInfo
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
の密封状態を良好にする内部シリンダ軸方向位置決め装
置に関する。
付けられたロータ及び固定シリンダが挙げられ、ロータ
はこの固定シリンダ内で回転する。固定シリンダは数列
の静翼を備え、これら静翼はロータに向って内方に延び
、これに対し、回転翼は固定シリンダの内周部に向って
外方に延びている。タービンの静翼及び回転翼の先端部
と固定シリンダ及びロータの対応部分との間には漏止め
装置又は封止装置が設けられている。
及び固定部分の取付は箇所が異なっているので、ロータ
はシリンダ及び静翼に対して軸方向に変位することにな
る。このために、翼の封止装置の個数及び種類に悪影響
が生じ、その結果漏洩が増大することになる。加うるに
、タービン構成要素の長さは、回転部分と固定部分との
間の間隙を広げなければならないので長くなる。これは
、段(又は翼列)の数を増すことによって効率を上げる
ことができるのでレトロフィツト式低圧構成要素に関し
て重要であるが、翼経路スパンに課せられる要件が増え
るので蒸気入口域における流れ領域が損なわれる場合が
ある。これは入口速度が大きくなり且つ流量分配損失が
大きくなることになるので入口圧力が大幅に低下するこ
とになる。
り蒸気域におけるロータと静翼との間の軸方向間隙が構
成要素の一方の半部では減少するが他方の半部では増大
する。段の回転翼と静翼との間の軸方向間隙が増大する
と、静翼の後縁から離脱する大粒の水滴が細く砕けるの
で湿分侵蝕が減少することが観察された。原子炉用ター
ビンの3つの低圧構成要素について侵蝕深さを比較する
と、複流低圧構成要素のそれぞれの一方の半部における
腐食の度合いは複流構成要素の他方の半部と比べかなり
大きな差のあることが判明した。
トレート・スルー(st+xight−th+ough
)形式に制限され、このようなストレート・スルー形式
では、封止装置は全て、同一の直径を有し、且つ合せ面
は円筒形である。静翼の封止装置は全体として参照番号
20.回転翼の封止装置は参照番号22でそれぞれ示さ
れている。この用途においては、回転翼の封止装置12
2もストレート・スルー形式のものである。第1図の回
転翼用封止装置22の場合、封止装置の使用個数を多く
すれば封止装置間のピッチが小さくなるので漏洩が減少
する。しかしながら、このようにすると、漏洩量が増加
する場合がある。というのは、そのようにすることによ
り、封止装置を出る運動エネルギーの散逸量(運動エネ
ルギーの消滅要因と呼ばれる)が減少し、それ、により
漏洩量が増加するからである。更に、ストレート・スル
ー形式の封止装置は大きなピッチの場合でも運動エネル
ギーを全て散逸せず、段状に又は互い違いに配列された
封正装置が運動エネルギーを完全に哨滅させる。このパ
ラメータの大きさは、封止装置のピッチに対する間隙の
比率と相関関係がある。
れた封止装置は漏洩面積が増大し、それにより漏洩量が
増加する。しかしながら、ピッチに対する間隙の比率は
増大し、従ってストレート・スルー設計の封止装置のi
gnmは更に増加する。互い違いに配列された封止装置
は、第2図、第3図及び第4図に示すように封11:合
せ而を段付けし、或いは第5図に示すように回転翼と静
翼に交互に取り付けられたエンタート・ディジティング
fenl++ed digiting)封止装置によっ
て間隙の直径を変化させることによって波形の漏洩路を
形成している。この場合、運動エネルギーは完全に消磁
する。従って、ストレート・スルー形式の場合よりも互
い違いに又は段状に配列された封止装置における漏洩の
増加の割合は少ない。その結果、互い違いに配列された
封止装置を備えるユニットに関しては経時的な性能劣化
の度合いは小さい。
ばれ、第3図及び第4図は大型タービンの反動段翼の半
径方向封止装置を示している。第5図に示す封止装置は
簡単に、二重半径方向ラビリンスシールと呼ばれている
。
を回転翼の上に配置し且つストレート・スルー形式の封
止装置20を静翼の下に配置した状態の最新の翼経路を
示す図である。回転翼の低圧側封止外周部に設けられた
段付き封止装置22を段部から十分遠ざけて位置決めし
、ロータが右に移動する際に段部に接触しないようにす
ることが必要である。これにより、封止面の長さを一定
とした場合に利用できる段付きの封止装置の数が少なく
なる。第6図に示す設計では、各外周部又は封止ランド
に2つのストレート・スルー形式封止装置が配設されて
いる。これは、ロータが軸方向に前後に移動すると、少
なくとも一方の封止装置が各ランドにおいて常時働くよ
うにするためである。
ト・スルー形式封止装置よりも漏洩の度合いが少ない。
置の用途及び漏洩を減少させるために段部の数を増大す
ることは制限される。
比較的多数の封止装置が、対をなす部品の接触により封
止装置を摩滅する恐れなく良好な封止特性を得るために
異なる直径のランドを備えた状態で用いることのできる
タービンを提供することにある。
ータ及び静翼を備えた内部シリンダが外部シリンダ内に
支持されている蒸気タービンにおいて、内部シリンダは
、静翼及び回転翼を互いに所定の軸方向位置に配置した
状態で内部シリンダを外部シリンダ内で軸方向に移動さ
せることができる複数の支持部材によって、外部シリン
ダ内に支持されており、内部シリンダを軸方向に駆動し
てロータの軸方向移動最を補償し、それにより回転翼及
び静翼の所定の軸方向位置を維持するための手段が設け
られていることを特徴とする蒸気タービンであることを
特徴とする。
例示的に示すにすぎない本発明の好ましい実施例につい
ての以下の説明を7読むと一層明らかになろう。
)、中圧構成要素(中圧部)及び高圧構成要素(高圧部
)を有している。本発明では、低圧構成要素は全体が第
7A図において参照番号30で示されている。低圧構成
要素30は外部シリンダ32(その下側半分しか示して
いない)及び内部シリンダ34を有する。内部シリンダ
は2つのシェル半部で形成され、これら半部は水平の長
さ方向に配置された7ランジに沿って対向した側部が互
いにボルト止めされている。外部シリンダも2つの半部
の状態になっており、その上側の半部は説明の都合上、
省いである。
に回転自在に外部シリンダ内に支承されている。ロータ
36は複数の列の状態に配置された回転翼38を備え、
内部シリンダはこれまた複数の列の状態に配置された複
数の静翼を備えている。回転翼列と静翼列は従来通り交
互に並んで配置されている。
人口40及び外部シリンダの上側シェル半部32Aを組
立てると(第7B図参照)、内部シリンダ34が横方向
に移動しないようにするための横方向整列キー42.4
4が設けられていることは公知である。
リンダ34の静翼及びロータの回転翼を互いに対し所定
の軸方向位置に配置させた状態で内部シリンダ34を外
部シリンダ32内に支持する可動支持手段となっている
。
における対をなす回転部品から等距離のところに位置し
ている。この位置は、内部シリンダを軸方向に移動させ
、内部シリンダ又は翼リングに設けられたセンサに対す
る、複流構成要素の各半部における特定の回転翼の位置
に留意することによって維持される。センサは軸方向維
持のシフトを検出すると、油圧駆動機構に信号を送る。
ところ且つロータの回転輪線から横方向等距離のところ
に位置した可撓プレート46゜48.50.52上に設
置されている。横方向整列キー42.44により、内部
シリンダは、軸方向移動が可能になるが横方向又は側方
への移動は制限されるが、軸方向及び横方向への膨脹が
可能になる。外部シリンダからの内部シリンダの支持手
段は任意の低摩擦装置、例えば摺動プレート、ローラ等
であってもよいが、可撓プレートによる支持手段を用い
るのが好ましい。各可撓プレートの長軸は横方向に向き
、短軸は軸方向に向いている。ピストン駆動機構からの
不釣合い力は可撓プレートを軸方向に撓曲させて内部シ
リンダ34を移動させる。もし可撓プレートが2.3フ
ィート高い位置にあれば、可撓プレートの軸方向の撓曲
のために内部シェルの高さ位置の変化は軸方向変位量が
0.75インチ(この軸方向変位量は本発明にとって典
型的な移動量である)であるのに対して最小限に抑えら
れる。可撓プレートの撓曲は長い距離をカバーするもの
ではないが、第7C図は可撓プレートの機能を示すため
に可撓プレートの撓曲の様子を概略的に示している。
ができるので、段付き封止装置を静翼の下側に用いると
共に一層多くの段部及び封止装置を回転翼上に設けるこ
とが可能になる。相対的な移動量は少ないので、第6図
の列lR11Cと列IR,2Cとの間の離隔距離を小さ
くすることができ、翼の設計者は入口域面積を狭くしな
いで、列ICより前の入口域の全長を短くするか、又は
入口域の面積を増大させ、或いは必要に応じて段を追加
できる。
に、駆動装置がロータ36の両側に設けられている。各
駆動装置は、油圧モータ54゜56を含み、油圧モータ
はそれぞれ、一対の油圧ラム58.60を有し、これら
油圧ラムは、低圧タービン構成要素のほぼ横方向中心線
においてロータ36の両側で内部シリンダ34のフラン
ジ部分にしっかりと連結されている対応のブラケット6
2.64を駆動するのに用いられる。
ータ及びケーシング上の一点の相対位置を連続的にフィ
ードバックすることにより内部シリンダ34を駆動する
油圧ピストン又はモータ58.60を制御する必要があ
る。好ましくは相対運動の点は、L−0列の翼先端部の
後縁であり、隣接して位置した翼振動センサが内部シリ
ンダ内に設けられている。第8図を参照すると、位置セ
ンサ又は振動センサ68の下側における翼66の通過の
様子が示されている。センサ68はケーシング70と磁
石72とコイル74とを有する。センサ68の端と翼先
端部との間には隙間76が形成されている。センサ68
を公知の技術によって内部シリンダ内に取付けるのが良
く、かくしてこれについての説明は不要であろう。
に応じて誘導電圧が生じる。この磁気抵抗は、翼先端部
が磁石72(直径的3.175mm)の小さな磁極の下
を通過する際の翼先端部の近接度と関連がある。第9図
に示す特性電圧信号がセンサ68内においてコイル74
を通る磁束の変化率に応じて生じる。かかる信号の振幅
は翼先端部に対するセンサの近接度と強い相関関係があ
る。ロータがセンサに対して軸方向に移動すると、翼先
端部の何れの部分もセンサの下に来ないような点が生じ
る。この点において、センサの信号は急激に下がり始め
る。センサ68内の磁極が第10A図〜第10C図に示
すようにL−0列翼先端部の後縁よりも1インチの何分
の−か越える場合、センサ信号の振幅の減少の度合いは
通常10倍になる。信号振幅の減少の度合いの正確な値
は、センサと翼先端部との間の公称の隙間で決まる。
は内部シリンダ34内のロータ位置の正確な尺度である
。ピーク翼振動信号と比例関係にあるり、 C,信号は
ピーク検出回路と呼ばれる回路78によって得られる。
で示すり、 C,信号に変換される。比較器回路80が
基準電圧v2と位置信号■1とを比較し、その比較の結
果によって油圧アクチュエータ回路82に送られる制御
信号が生じ、この油圧アクチュエータ回路82は油圧モ
ータのアクチュエータ弁を制御する。もしり、 C,信
号が長いロータであることを指示する予め設定された基
準レベルよりも大きければ、位置誤差信号によって油圧
駆動アクチュエータ又はモータ回路は油圧ピストンを変
位させケーシングを左側に移動させて誤差信号が零にな
るようになる。同様に、もしり、C信号が短いロータで
あることを示す予め設定されたレベルよりも低ければ、
負の誤差によって命圧駆動又はモータ回路が油圧ピスト
ンを変位させると共に内部シリンダ34を右側に移動さ
せ、ついには誤差信号が再び零に戻るようになる。
信号に悪影響を及ぼす。これは、センサの永久磁石の強
度の低下及びセンサの翼先端部の隙間が熱によって変化
することと関連がある。
値の正確度を一段と増すことができる。かくして、第2
のセンサを第1のセンサの僅か上流側に且つ等しい間隙
で配置される。この位置では、第2のセンサはロータの
運動の影響を受けない。
気の強さと間隙の変化を補償するのに用いられる基準信
号を発生する。例えば、もしこれらによって第1のセン
サに隣接した第2のセンサが2%低下すれば、回路によ
って第1のセンサからの信号を上述のように基準信号と
比較する前に2%だけスケールアップする。このように
すると、第1の信号に及ぼされるこれらの影響は無くな
る。
装置を示す蒸気タービン構成要素の一部の平面図である
。 第2図、第3図及び第4図は、公知の他形式の封止装置
を示す部分断面平面図である。 第5図は、公知の他形式の封止装置を示す断面図である
。 第6図は、公知の別技式の封止装置を示す蒸気タービン
の構成要素の一部の平面図であり、翼は列の番号に従っ
て番号が付与されている。 第7A図は、本発明による位置決め装置を用いる蒸気タ
ービン構成要素の斜視図である。 第7B図は、第7A図に示す蒸気タービン構成要素の内
部シリンダの横方向移動を防止するのに用いられる固定
キーの詳細図である。 第7C図は、第7A図の位置決め装置で用いられる可撓
プレートを示す略図である。 第8図は、第7A図の位置決め装置で用いられるような
翼先端部上に位置決めされた位置決めセンサの略図であ
る。 第9図は、位置センサに対する翼先端部の位置の関数と
して示された位置センサの電気出力の間の関係を示す略
図である。 第10A図、第10B図、第10C図は、位置センサの
センサ極に対する近接度の度合いの関数としての位置セ
ンサの電気信号出力を示す略図!ある。 第11図は、油圧アクチュエータ・フィードバック方式
の利用による内部シリンダの調整を容易にする回路構成
を備えた位置決め装置の略図である。 20は静翼用封止装置、22は回転翼用封止装置、34
は内部シリンダ、30は低圧構成要素、36はロータ、
40は蒸気入口、42.44は整列キー 46.48,
50.52は可撓プレート、54.56は油圧モータで
ある。
Claims (10)
- (1)回転翼を備えたロータ及び静翼を備えた内部シリ
ンダが外部シリンダ内に支持されている蒸気タービンに
おいて、内部シリンダは、静翼及び回転翼を互いに所定
の軸方向位置に配置した状態で内部シリンダを外部シリ
ンダ内で軸方向に移動させることができる複数の支持部
材によって、外部シリンダ内に支持されており、内部シ
リンダを軸方向に駆動してロータの軸方向移動量を補償
し、それにより回転翼及び静翼の所定の軸方向位置を維
持するための手段が設けられていることを特徴とする蒸
気タービン。 - (2)ロータの軸方向シフト状態を検出するセンサ手段
が内部シリンダ内に設けられ、前記駆動手段はセンサ手
段に応動できることを特徴とする請求項1の蒸気タービ
ン。 - (3)複数の支持部材は、内部シリンダへの蒸気入口か
ら軸方向等距離のところ且つロータの回転輪線から横方
向等距離のところに位置した4つの可撓プレートである
ことを特徴とする請求項1又は2の蒸気タービン。 - (4)センサ手段は少なくとも4つの位置センサからな
り、2つの位置センサが、蒸気タービン構成要素の互い
に軸方向反対側の端部のそれぞれに且つ内部シリンダの
両側に位置していることを特徴とする請求項2の蒸気タ
ービン。 - (5)駆動手段は、内部シリンダの両側に、蒸気タービ
ン構成要素のほぼ横方向中心線のところで結合された第
1及び第2のモータから成り、タービンの各側の2つの
センサは、同一の側に位置したモータに制御信号を送る
ようになっていることを特徴とする請求項4の蒸気ター
ビン。 - (6)第1及び第2のブラケットがそれぞれ、第1及び
第2のモータに結合されると共に内部シリンダの両側に
連結されていることを特徴とする請求項5の蒸気タービ
ン。 - (7)第1及び第2のモータはそれぞれ油圧モータであ
ることを特徴とする請求項5又は6の蒸気タービン。 - (8)一方の端部に位置した2つの位置センサは最も外
側の回転翼列の先端部に隣接すると共に最も外側の回転
翼列の後縁に整列して位置していることを特徴とする請
求項4〜7のうち何れか1つに記載の蒸気タービン。 - (9)各位置センサは、電気出力がセンサに対する先端
部の近接度の関数として変化する振動センサであり、最
も外側の列の翼の後縁が振動センサの磁極と一線をなす
と、ピーク電圧が発生することを特徴とする請求項4〜
8のうち何れか1つに記載の蒸気タービン。 - (10)振動センサの電気出力を受け取ってDC位置信
号を発生するピーク検出回路と、DC位置信号を記憶さ
れている基準信号と比較する比較器回路と、基準信号と
DC位置信号の差に基づいて駆動手段のアクチュエータ
弁を制御して内部シリンダを移動させる油圧アクチュエ
ータ回路とを更に有することを特徴とする請求項9の蒸
気タービン。
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