JPH08512380A - 組合せサイクルを有し、ガス・タービン及び複数のモジュールを持つ蒸気タービンを含む発電ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、組合せサイクルを有し、剛性継手（２８、２９、３１）を介して一つの共通主軸線に沿って順次に取り付けられている、ガス・タービン（６）と、複数のモジュール（１、２）を有する蒸気タービンと、発電機（１１）とを含み、ガス・タービン（６）が軸方向並進運動するように取り付けられ、移動接合部（２７）に固定されている、発電ユニットであって、ガス・タービン（６）の固定子部分と蒸気タービンの第１モジュール（１）の固定子部分が、少なくとも２本のリンク（３２）を介して互いに結合され、前記のリンク（３２）、ガス・タービン（６）の回転子の端部、及び蒸気タービンの第１モジュール（１）が、熱伝導性の流体が充てんされた外被（３３）中に格納され、蒸気タービンの最後の二つのモジュール（１、２）の固定子部分の対向する各端部がそれぞれ固定点（３４、３５）に結合されていることを特徴とする発電ユニットを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 組合せサイクルを有し、ガス・タービン及び複数の モジュールを持つ蒸気タービンを含む発電ユニット 本発明は、組合せサイクルを有し、剛性継手を介して共通の主軸線に沿って順 々に取り付けられた、ガス・タービンの回転子と、複数のモジュールを有する蒸 気タービンの回転子と、発電機の回転子とを含み、ガス・タービンが軸方向並進 運動をするように取り付けられ、主軸線が、ガス・タービンの非回転部分又は蒸 気タービンの第１モジュールの非回転部分と共に軸方向並進運動するように強制 される接合部（ａｂｕｔｍｅｎｔ）を備える、発電ユニットに関する。 ２台の軸流ターボ機械を同じ主軸線上で連結することによって、各ターボ機械 がそれ自体の発電機を駆動する形式のユニットと比較して、機械室の寸法を小さ くすることが可能となる。さらに必要な交流発電機は１台だけである。 しかしあいにく、その結果として主軸線が非常に長くなり、そのために様々な 回転子の軸方向の著しい蓄積膨脹が生じ、かつターボ機械のフローセクションに おいて大きな軸方向の隙間を設けることが必要になる。 このような大きな隙間は、発電ユニットの性能レベルに大きな影響を与える。 欧州特許出願ＥＰ−Ａ−０４０７１３２号は、組合せサイクルを有し、剛性継 手を介して共通の主軸線上に順々に取り付けられた、ガス・タービンの回転子と 、複数のモジュールを有する蒸気タービンの回転子と、発電機の回転子とを含む 、発電ユニットに関するものである。主軸線は、ガス・タービンの固定後部ベア リングに固定された接合部を備えている。ガス・タービンの非回転部分は軸方向 に移動するように取り付けられ、蒸気タービンの第１モジュールの非回転部分の 前部は基礎に固定されている。このようにして、ガス・タービンの非回転部分は 主軸線の関連部分のように接合部の前部に向かって膨脹し、また蒸気タービンの 第１モジュールの非回転部分は主軸線の関連部分のように接合部の後部に向かっ て膨脹し、こうしてガス・タービンと蒸気タービンの第１モジュールとの間の軸 方向膨脹は小さくなる。 この構成の欠点の一つは、タービンの回転部分と非回転部分との間の相対的軸 方向膨脹がうまく制御されないという点にあり、これによって、タービンの回転 部分と非回転部分との間に 相対的軸方向変位が発生し、この変位が発電ユニットの性能レベルに影響を与え る。 米国特許出願Ａ５２７１２１７号は、組合せサイクルを有し、剛性継手を介し て共通の主軸線上に順々に取り付けられた、ガス・タービンの回転子と、蒸気タ ービンの回転子と、発電機の回転子とを含み、ガス・タービンの非回転部分は軸 方向並進運動をするように取り付けられ、蒸気タービンの非回転部分はその両端 において基礎に固定されている、発電ユニットに関するものである。ガス・ター ビンの非回転部分と蒸気タービンの非回転部分は、リンクを介して互いに結合さ れている。この構成によって、回転部分と非回転部分との間の相対的軸方向変位 を制限することが可能になる。しかしながら、これは他の欠点、特にリンクと主 軸線との間における、又は蒸気タービンの非回転部分の固定点の位置間における 相対的軸方向膨脹を生じさせる。 本発明は、組合せサイクルを有し、基礎上に前部から後部に向かって取り付け られている、ガス・タービンと、それに続く少なくとも一つのホット・モジュー ルおよびコールド・モジュールを有する蒸気タービンと、それに続く発電機とを 含み、ガ ス・タービンの回転子と蒸気タービンの回転子と発電機の回転子が、剛性継手を 介して共通の主軸線を形成し、ガス・タービンの固定子は軸方向並進運動をする ように取り付けられており、主軸線は、ガス・タービンの固定子の後部固定子部 分と、又は蒸気タービンのホット・モジュールの固定子の前部固定子部分と共に 軸方向並進運動するように強制される接合部を備え、ガス・タービンの後部固定 子部分と蒸気タービンのホット・モジュールの前部固定子部分が、少なくとも２ 本のリンクによって互いに結合されている形式の、発電ユニットを提供する。 本発明によれば、各リンク、ガス・タービンの回転子の後端部、及び蒸気ター ビンのホット・モジュールの回転子の前端部は、熱伝導性の流体が充てんされた 外被（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）中に格納され、蒸気タービンのコールド・モジュー ルに先行する蒸気タービンのホット・モジュールの固定子の後部固定子部分は、 固定点を介して基礎に結合され、コールド・モジュールの固定子は、他の固定点 を介して基礎に結合されている。 この配置によって、ガス・タービンと蒸気タービンのホット・モジュールのフ ローセクションにおける隙間は、二つの主軸線を有する発電ユニットにおけるも のとほぼ同じになり、蒸気 タービンのコールド・モジュールのフローセクションにおける隙間は僅かに増加 する。 一変形実施例では、発電ユニットは、コールド・モジュールとホット・モジュ ールとの間にウォーム・モジュールが挿入された蒸気タービンを含み、蒸気ター ビンのウォーム・モジュールの固定子の前部固定子部分とホット・モジュールの 固定子の後部固定子部分が、少なくとも２本のリンクを介して互いに結合され、 前記のリンク、ホット・モジュールの回転子の後端部、及び蒸気タービンのウォ ーム・モジュールの回転子の前端部が、熱伝導性の流体が充てんされた外被中に 格納されている。 このようにして、ガス・タービンと蒸気タービンのホット・モジュールのフロ ーセクションにおける隙間は、単一の主軸線を有する発電ユニットにおけるもの と依然として同じであり、蒸気タービンのコールド・モジュールとウォーム・モ ジュールの軸方向の隙間は僅かに増加する。 外被は、主軸線の隣接するベアリング用の潤滑油を含むシート・メタル製ケー シングとすることができる。 本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して以下に示す本発明の２つ の実施例についての説明を読めば明らかにな ろう。 第１図から第５図は、既知の形式の発電ユニットを示す線図である。 第６図は、ガス・タービンと二つのモジュールを有する蒸気タービンとを含む 、本発明による発電ユニットを示す線図である。 第７図は、ガス・タービンと三つのモジュールを有する蒸気タービンとを含む 、本発明による発電ユニットを示す線図である。 第８図は、第７図の一部分の拡大線図である。 下記の説明において、蒸気タービンの「ホット」モジュールは、高圧（ＨＰ） 又は高圧／中圧（ＨＰ／ＭＰ）形式の、又はこれと等価の形式のモジュールに該 当し、蒸気タービンの「ウォーム」モジュールは、地域暖房又はこれと等価の形 式のモジュールに該当し、蒸気タービンの「コールド」モジュールは、低圧（Ｌ Ｐ）形式のモジュールに該当するものである。 第１図は、ガス・タービンと蒸気タービンを連結する発電ユニットを示す図で ある。このような連結は、様々な方法で実施できる組合せサイクルを有する発電 所を構成する。 第１図に示したユニットでは、二つの個別の主軸線が使用され、各ターボ機械 は、交流発電機などそれ自体の発電機を駆動する。蒸気タービンは一般に、ホッ ト・モジュール１及びコールド・モジュール２などの複数のモジュールを含み、 これらのモジュールの回転部分すなわち回転子は、剛性継手３を介して固定接合 部４と一緒に組み立てられ、これらのモジュールは第１交流発電機５を駆動する 。ガス・タービン６は第２交流発電機７を駆動し、このガス・タービン６は、固 定接合部９により剛性継手８を介して第２交流発電機７に結合されている。図面 において、“ｔ”で参照される符号は、機械の非回転部分と機械が置かれている コンクリート基礎との間の接続部（固定点）を示す。文字ｔはまた、固定接合部 とコンクリート基礎との間の接続部を示すこともある。 第１図に示すようなユニットは、一つの大きな機械室と２台の個別の発電機を 必要とする。従って、単一主軸線を有するユニットが設計されてきた。単一主軸 線を有するこのようなユニットを第２図に図式的に示すが、種々の機械、すなわ ちガス・タービン６、ホット・モジュール１、コールド・モジュール２、及び交 流発電機１１は、同じ主軸線に沿って（図の左側に位置 する）前部から（図の右側に位置する）後部まで順々に取り付けられており、各 回転子は剛性継手１２、１３、１４を介して一緒に組み立てられ、接合部１５は 、ガス・タービン６の固定子部分と共に軸方向並進運動するように強制される。 ガス・タービンの固定子はコンクリート基礎に固定されており、接続部ｔはモジ ュールの後部に位置している。 単一主軸線を使用することは、この主軸線が非常に長く、すなわち回転子の膨 張が過大であり、２台のターボ機械のフローセクションに大きな軸方向の隙間を 設ける必要があり、これによって、ノズルとブレードとの間に片寄りが生じて効 率が低下することを意味する。 第３図に別のユニットを図式的に示すが、ここでは交流発電機１１がガス・タ ービン６と蒸気タービンのホット・モジュール１との間に配置されており、交流 発電機１１の回転子は、剛性継手１６を介してガス・タービン６と、又たわみ継 手１８を介して蒸気タービンのホット・モジュール１の両方に固定されており、 交流発電機の回転子とガス・タービンの回転子は、ガス・タービンの内部接合部 １７によって軸方向に位置決めされる。ガス・タービンの固定子は、ガス・ター ビンの後部に位置 する接続部ｔを介してコンクリート基礎に固定されており、蒸気タービンの二つ のモジュール１、２の回転子は、剛性継手１９を介して、コンクリート基礎に対 して固定されかつホット・モジュール１の回転子に固定された接合部２１と一緒 に組み立てられている。 この配置によって、２台のターボ機械のフローセクションにおける軸方向隙間 を小さくすることが可能になるが、それによって発電機のメンテナンスに関する 問題、特に交流発電機の回転子を取り外すことに関する問題が生じる。 第４図に図式的に示すユニットは、二つの接合部、及びガス・タービン６とホ ット・モジュール１との間のたわみ継手２２を使用し、他の機械はそれぞれ当該 の剛性継手２３、２４を介して一緒に組み立てられている。第１接合部２５はガ ス・タービン６の固定子に結合されており、コンクリート基礎に対して固定され た第２接合部２６が、蒸気タービンの二つのモジュール１、２の間に設けられて おり、この第２接合部は第３図における接合部２１に該当する。 このユニットでは、たわみ継手２２は、ガス・タービンの出力が高いとき（例 えば２００ＭＷ以上）、高い過渡トルクおよ び永久トルクに耐えなければならず、従ってこのユニットの出力は制限される。 第５図に別の可能性を図式的に示すが、ここではガス・タービン６が、非回転 部分が軸方向に変位することができるようにする蝶番式リンクｂ１、ｂ２上に取 り付けられ、さらに固定子に固定されたガス・タービンの内部接合部２７を介し て、前記ガス・タービンの回転子がモジュールと共に軸方向に変位し、機械すな わちガス・タービン６、蒸気タービンの二つのモジュール１、２、及び交流発電 機１１の回転子はすべて、剛性継手２８、２９、３１によって前方から後方へと 順々に取り付けられており、固定接合部３２が、第３図に示す固定接合部２１が 固定されているのと類似の方法で、ホット・モジュール１の軸に固定されている 。 このユニットは、接合部にかかる力がはっきりしないという欠点を有し、この 力は容認できない値になることもある。移動接合部２７は、質量が４００トンに もなることのあるガス・タービン（回転子と固定子）を軸方向に位置決めして、 固定接合部３０は、ガス・タービン及び主軸線全体を軸方向に位置決めする。こ れらの大きな質量は、これら二つの接合部が例えば地 震の際に破壊的な力を受ける原因となることがある。 本発明の目的は、組合せサイクルと単一の主軸線を有し、２台のターボ機械の フローセクションにおける軸方向の隙間を制限できるようにする簡単で堅固な手 段を備え、これによってすぐれた効率が得られるような、発電ユニットを提供す ることである。 第６図に第１実施例を図式的に示すが、機械の順序は第５図に示したものと同 じであり、回転子も、剛性継手２８、２９、３１によって一緒に組み立てられて いる。ガス・タービン６の固定子は軸方向並進運動するように取り付けられてい る。主軸線は、ガス・タービンの固定子の後部固定子部分と共に軸方向並進運動 するように強制された接合部２７を備えている。ガス・タービン６の後部固定子 部分と蒸気タービンのホット・モジュール１の前部固定子部分は、これらの２台 の機械の主軸の周りに均一に配置されたリンク３２を介して一緒に結合されてお り、少なくとも２本の、このようなリンク３２が主軸線に対して互いに直径方向 に対向して存在する。従って、拘束された接合部２７はガス・タービンと蒸気タ ービンのホット・モジュールに固定されている。 本発明によれば、リンク３２、ガス・タービン６の回転子の後端、及び蒸気タ ービンのホット・モジュール１の回転子の前端は、熱伝導流体が充てんされた外 被３３中に格納されている。 このようにして、様々な要素の温度を、リンクと回転子の端部との間の低い均 一の温度、例えば６０℃に制限することが可能で、これによって、これらの要素 自体の膨脹と膨張差の両方を制限することができる。これは、３〜４メートルの 長さにもなることのあるリンクにとって特に重要である。 さらに、蒸気タービンのホット・モジュール１は蒸気タービンのコールド・モ ジュール２に先行し、このホット・モジュール１の固定子の後部固定子部分は、 固定点３４を介して基礎に結合されており、コールド・モジュール２の固定子は 他の固定点３５を介して基礎に結合されている。 第７図に本発明の第２実施例を示すが、ここでは蒸気タービンは三つのモジュ ール、例えばホット・モジュール４１、ウォーム・モジュール４２、及びコール ド・モジュール４３を含み、これらのモジュールは主軸線の前部から後部まで順 々に一緒に組み立てられている。機械の回転子はすべて剛性継手４４〜４７によ って一緒に組み立てられており、主軸線は、ガス・タ ービンの固定子の後部固定子部分と共に軸方向並進運動するように強制される接 合部４８を備える。ガス・タービン６の後部固定子部分と蒸気タービンのホット ・モジュール４１の前部固定子部分は、２台の機械の主軸の周りに均一に配置さ れたリンク５１を介して一緒に組み立てられており、少なくとも２本の、このよ うなリンク５２が主軸線に対して互いに直径方向に対向して存在する。従って、 拘束された接合部４８はガス・タービンと蒸気タービンのホット・モジュール４ １に固定されている。 本発明によれば、リンク５１、ガス・タービン６の回転子の後端、及び蒸気タ ービンのホット・モジュール４１の回転子の前端は、熱伝導流体が充てんされた 外被５２中に格納されている。蒸気タービンのウォーム・モジュール４２は蒸気 タービンのコールド・モジュール４３に先行し、このウォーム・モジュール４２ の固定子の後部固定子部分は、固定点４９を介して基礎に結合されており、コー ルド・モジュール４３の固定子は他の固定点５０を介して基礎に結合されている 。 この第２変形実施例では、蒸気タービンのウォーム・モジュール４２の固定子 の前部固定子部分と、ホット・モジュール４１の固定子の後部固定子部分は、リ ンク５３を介して一緒に 組み立てられている。蒸気タービンのホット・モジュール４１の回転子の後端部 と、ウォーム・モジュール４２の回転子の前端部は、熱伝導流体が充てんされた 外被５４中に格納されている。 どの実施例であろうと、コールド・モジュール２の固定点３５、５０は、使用 されるコールド・モジュール、およびこれと復水器との間の接続部に応じて選択 される。コールド・モジュールが単流型であるときには、コールド・モジュール の固定子の前部に固定点を置くことが有利である。コールド・モジュールが複流 型であるときには、コールド・モジュールの固定子の中央に固定点を置くことが より有利である。 さらに、移動接合部２７、４８を、ガス・タービンの固定子の後部固定子部分 に固定する代わりに、ホット・モジュール１の固定子の前部固定子部分に固定す ることが可能である。 第８図は、ガス・タービン６とホット・モジュール４１との間の接続部をさら に詳しく示す図である。第８図には、機械の２本の主軸の間の剛性継手４４と、 放射方向に対して直角に延びるそれぞれのピンに各端部が蝶番式に取り付けられ た２本のリンク５１が示されており、このリンク５１は、ガス・タービ ンの固定子と蒸気タービンのホット・モジュールの固定子に固定されている。外 被５２を構成するケーシングも、これらの固定子に固定されている。 移動接合部４８は、リンク５１と類似のリンク５６を介してモジュール６の固 定子に固定されている。ケーシング５２はシート・メタル製のケーシングであり 、この内部では潤滑油が組立品全体、すなわちリンク５１、５６、二つのモジュ ールの主軸、移動接合部４８、及び剛性継手４４にわたって散布される。このよ うにして、様々な要素の温度をリンクと回転子の端部との間の低い均一の値、例 えば６０度Ｃに制限することができ、これによって、これらの要素自体の膨脹と 膨張差の両方を制限することができる。これは、３〜４メートルの長さにもなる ことのあるリンクにとって特に重要である。 ガス・タービンと蒸気タービンのホット・モジュールを一緒に組み立てるため 、及び任意選択として蒸気タービンのホット・モジュールとウォーム・モジュー ルを一緒に組み立てるために、リンクを使用することによって、２台の機械のフ ローセクションにおける軸方向の隙間を著しく減少することが可能になる。第６ 図に関して、膨脹の基準を絶対的基準点であるコンク リート基礎を基準として取り、第１にホット・モジュール１の固定子が２０ｍｍ だけ膨脹し、第２に参照番号２７と２９で示される要素間の隙間が２２ｍｍだけ 伸びることに対応して、ホット・モジュール１の回転子が、２２ｍｍだけ膨脹す ると想定すると、 ホット・モジュール１の固定子の固定点が固定子の後部に位置するので、ガス ・タービン６の固定子は、リンク３２を用いてホット・モジュール１によって左 側へ２０ｍｍだけ押され、従って、ホット・モジュールの固定子の膨脹はすべて 前方に向かって行われ、 接合部２７がガス・タービンに固定されているので、この変位は、すべての回 転子を左側に２０ｍｍだけ変位させ、 ガス・タービンの回転子はガス・タービンの固定子に対して変位しないように なっているので、ガス・タービンの回転子と固定子との間の軸方向隙間は、第１ 図に示す設備のそれと同じ、すなわち最適であり、 同様に、ホット・モジュール１の回転子は移動接合部２７によって位置決めさ れるので、この回転子はホット・モジュール１の前部固定子部分に対して変位し ないようになっており、従 ってホット・モジュール１における軸方向の隙間は最適であり、 継手２９はコンクリート基礎に対して−２０ｍｍ＋２２ｍｍ＝２ｍｍだけ変位 し、 従って、コールド・モジュール２の回転子は継手２９において２ｍｍだけ変位 し、コールド・モジュール２のフローセクションの隙間は、継手２９がコンクリ ート基礎に対して変位しない理想的な設備と比較して、２ｍｍの増加を必要とす るだけである。 結論として、第６図に示す設備においては、ホット・モジュール１の回転子の 熱による延長の一部分はこのホット・モジュールの固定子の膨脹によって補償さ れると言うことができる。例えば、継手１３がコンクリート基礎に対して右側に ２２ｍｍだけ変位する第２図に示す装置ではそうではない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．組合せサイクルを有し、基礎上前部から後部に向かって取り付けられている 、ガス・タービン（６）と、それに続く少なくとも一つのホット・モジュール（ １、４１）およびコールド・モジュール（２、４３）を有する蒸気タービンと、 それに続く発電機（１１）とを含み、ガス・タービン（６）の回転子と蒸気ター ビンの回転子と発電機（１１）の回転子が、剛性継手（２８、２９、３１、４４ 〜４７）を介して共通の主軸線を形成し、ガス・タービン（６）の固定子が軸方 向並進運動するように取り付けられており、主軸線は、ガス・タービンの固定子 の後部固定子部分と又は蒸気タービンのホット・モジュール（１、４１）の固定 子の前部固定子部分と共に軸方向並進運動するように強制される接合部（２７、 ４８）を備え、ガス・タービン（６）の後部固定子部分と蒸気タービンのホット ・モジュール（１、４１）の前部固定子部分が、少なくとも２本のリンク（３２ 、５１）によって互いに結合されている、発電ユニットにおいて、前記のリンク （３２、５１）、ガス・タービン（６）の回転子の後端部、及び蒸気タービンの ホット・モジュ ール（１、４１）の回転子の前端部が、熱伝導性の流体が充てんされた外被（３ ３、５２）中に格納され、蒸気タービンのコールド・モジュールに先行する蒸気 タービンのホット・モジュール（１、４１）の固定子の後部固定子部分が、固定 点を介して基礎に結合され、コールド・モジュールの固定子が、他の固定点を介 して基礎に結合されていることを特徴とする発電ユニット。 ２．コールド・モジュール（４３）とホット・モジュール（４１）との間にウォ ーム・モジュール（４２）が挿入される蒸気タービンを含み、蒸気タービンのウ ォーム・モジュール（４２）の固定子の前部固定子部分とホット・モジュール（ ４１）の固定子の後部固定子部分が、少なくとも２本のリンク（５３）を介して 互いに結合され、前記のリンク（５３）、ホット・モジュール（４１）の回転子 の後端部、及び蒸気タービンのウォーム・モジュール（４２）の回転子の前端部 が、熱伝導性の流体が充てんされた外被（５４）中に格納されていることを特徴 とする、請求の範囲第１項に記載の発電ユニット。 ３．前記外被（３３、５２、５４）が主軸線の近接ベアリング用の潤滑油を含む シート・メタル製ケーシングであることを特 徴とする、請求の範囲第１項または第２項に記載の発電ユニット。