JPH09256810A - タービンロータ等のターニング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大型回転機械のロータを通常運転停止時に低
回転数で回転して曲がり発生等を防止するターニング装
置において、ロータを一度も静止させることなく通常運
転からターニング運転に移行して曲がり等を完全に防止
する。 【解決手段】 ターニング装置１０は、ロータ１に設け
られたロータ歯車１１と、電動機１３と、その電動機１
３により駆動される減速歯車列２０と、ロータ歯車１１
に減速歯車列２０の最終減速平歯車３３を選択的に係合
させる係合機構４０とを有し、ロータ歯車１１の回転数
を検出する回転数検出器１５と、回転数検出器１５の出
力信号を受けロータ歯車１１と最終減速平歯車３３の回
転数差に基づき係合機構４０の駆動用シリンダ４１に係
合指令信号を発する係合タイミング判定器５０とが付設
されて構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気タービン、ガ
スタービン、ブロワ等のような大型の回転機械や通常運
転時に高温になる回転機械の運転停止時に、ロータの曲
がり防止等の目的でこれを低速で回転するターニング装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】蒸気タービンの出力運転のようにタービ
ンロータが高温雰囲気中で回転する回転機械等におい
て、通常の運転を停止した後にタービンロータをそのま
ま静止させておくと熱の偏りで湾曲したり、ロータの自
重で撓んだりする等の不具合が発生することがあり、こ
れらを防止するためタービンロータを極低速で回転させ
ることが行われている。このような極低速回転駆動を行
う装置所謂ターニング装置においては、一般に電動機で
駆動する減速歯車とタービンロータ側の歯車との噛み合
いによりタービンロータを回転させるが、通常運転から
ターニング装置による低速回転への切り換えは、噛み合
い歯車の衝撃損傷を防止するため、タービンロータを一
旦静止させた後に行っていた。この手順を図６を参照し
て説明すると、先ずロータの回転数が落ちてきて６００
ｒｐｍ程度以下に達したらゼロ検出器を作動せしめ、回
転数が１ｒｐｍのところでゼロスピード検出信号を出
す。ゼロスピード検出信号が出ると、予め設定された遅
れ時間で係合用シリンダの操作指令信号が出され、無回
転減速歯車が静止状態のタービン側歯車に係合され噛合
状態に入る。そして、両歯車の完全噛合を検出したリミ
ットスイッチの出力信号を受けて電動機始動信号が出さ
れ、電動機が回転を始める。この電動機の始動を検出し
て、モータ始動確認タイマの設定時間後、係合用シリン
ダの操作指令が解除される。そして、タービンロータは
３ｒｐｍ程度の低回転数で回転される。

【０００３】又前述のような手順では、共に回転してい
ない減速歯車とタービンロータの歯車とを係合させるの
で歯と歯が干渉して円滑に噛み合いに入れないこともあ
るから、この状態を改良するため減速歯車を遊転状態で
タービンロータ側歯車に係合させることも行われてい
る。この手順が図７に概略図示されている。図６の手順
との相違点を説明すれば、係合用シリンダ操作指令を出
す前に電動機を極短時間駆動して減速歯車を回転し、そ
の後給電を断ち微速で慣性回転（遊転）せしめ、減速歯
車に回転トルクがかからない遊転状態でこれをタービン
ロータ側歯車に係合させる。そして、両歯車の完全噛合
が完了した後に電動機を再起動する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したような従来の
手順でタービンロータを低速回転即ちターニングさせる
と、当初両歯車は静止乃至ほぼ静止しているので歯車の
歯の衝撃損傷が効果的に防止されるのであるが、短時間
とはいえタービンロータが静止する。従って、前述した
ようなターニングの本来の目的が犠牲になっており、タ
ービンロータが静止している間にその曲がりが生じやす
い。このロータの曲がりが集積されたりして過大になる
と最早タービンロータの正常な運転ができなくなる。従
って、本発明は、タービンロータ等の回転機械のロータ
を一度も静止することなく回転機械の通常運転の停止か
らターニングに切り換え移行できるターニング装置を提
供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】如上の課題を解決するた
め、本発明によれば、回転機械のロータに設けられたロ
ータ歯車と、電動機と、その電動機に駆動される減速歯
車と、ロータ歯車に減速歯車を選択的に係合させる係合
機構とを有するターニング装置において、ロータ歯車の
回転数を検出する回転数検出器と、その回転数検出器の
出力信号を受けロータ歯車と減速歯車の回転数差に基づ
き前記係合機構に係合指令信号を発する係合タイミング
判定器とが付設されている。係合タイミング判定器にお
いて、ロータ歯車と減速歯車の回転数差を求めるには、
減速歯車乃至電動機の回転数を検出する回転計を用いて
もよいが、電動機が周波数が安定している配電系統から
の給電で駆動される場合には減速歯車の回転数は狭い範
囲でしか変動しないので、これを一定の回転数として演
算することとし前述の回転計の付加を割愛してもよい。
以上の両歯車の係合を容易にするため、ロータ歯車と前
記減速歯車の回転数差を最適範囲内に維持するようにロ
ータ歯車の回転数を検出する回転数検出器の出力信号を
受けて前記電動機の回転を制御する回転数制御器を電動
機に設けると、係合操作を何度も繰り返せるので更に好
適である。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下添付の図面を参照して本発明
の実施形態を説明する。先ず図１の系統図を参照する
に、タービンロータ１に同軸的にロータ歯車１１が取り
付けられ、これは本実施形態のターニング装置１０に含
まれる。タービンロータ１に近接して電動機１３が適当
な架台上に設置され、その出力軸は減速歯車列２０に連
絡している。減速歯車列２０は、減速比を大きくとるた
めの曲歯傘歯車ピニオン２１及び同ギア２３の対と中間
減速平歯車２５，２７，２９，３１を有し、これは最終
減速平歯車３３に繋がっている。その最終減速平歯車３
３は、中間減速平歯車３１の回転支持軸の回りに回動す
る揺動レバー３５に回転自在に支持されている。そして
揺動レバー３５は、係合機構４０の駆動用シリンダ４１
に連接した係合駆動リンク４３に連絡している。一方ロ
ータ歯車１１に近接して設けられその回転数を検出する
回転数検出器１５及び電動機１３の出力軸に近接して設
けられ電動機１３の回転数を検出する回転数検出器１７
は、それぞれケーブルを介して係合タイミング判定器５
０に連絡している。係合タイミング判定器５０は、駆動
用シリンダ４１に指令制御線を介して連絡し、図示しな
い作動流体の給排弁を制御するようになっているが、給
排制御弁を近くにおいてそこから作動流体供給配管を駆
動用シリンダ４１に連絡してもよい。

【０００７】以上のような構成のターニング装置１０の
作用を次に図２も参照して説明する。タービンロータ１
の通常出力運転を停止するとその回転数は徐々に減少し
てくる。この状態では最終減速平歯車３３は、ロータ歯
車１１とは噛み合っておらず、図１に示すように離れて
いる。タービンロータ１の回転数を回転数検出器１５に
よりロータ歯車１１の回転数として検出し、それが６０
０ｒｐｍ程度以下になればロータ低回転と判断して係合
タイミング判定器５０を作動せしめ、適当なタイミング
で電動機１３を始動する。こうすると、電動機１３の出
力軸は回転し、その回転数は回転数検出器１７で検出さ
れて係合タイミング判定器５０に送られる。この状態で
は、減速歯車列２０は駆動され最終減速平歯車３３も回
転していて、出力軸の回転数は係合タイミング判定器５
０で最終減速平歯車３３の回転数に換算される。ロータ
歯車１１の回転数と最終減速平歯車３３の回転数とが比
較され、回転数偏差αが噛み合い開始に適した所定の値
になれば、噛み合いスピード検出信号が得られ、係合機
構４０の駆動用シリンダ４１に操作指令信号を与える。
この操作指令信号を受けて駆動用シリンダ４１が係合駆
動リンク４３を矢印の方向に回動し、揺動レバー３５を
して最終減速平歯車３３をロータ歯車１１に近づけて係
合し噛み合わせる。両歯車が完全に噛み合えばリミット
スイッチがこれを検出する。駆動用シリンダ４１の操作
指令信号は、リミットスイッチの信号出力後所定時間経
過後に出力を停止する。尚、最終減速平歯車３３の回転
軸中心とロータ歯車１１の回転軸中心を結ぶ直線上に両
歯車の噛み合い点はなく、このため最終減速平歯車３３
からロータ歯車１１に回転トルクが伝達されるときは、
両歯車の歯と歯が接近する方向の力が働いて噛み合いが
保たれるようになっている。他方、ロータ歯車１１の回
転の方が速くなり、ロータ歯車１１が最終減速平歯車３
３を回転する方向に駆動力が働くと、両歯車の歯と歯を
引き離す方向に力が働いて揺動レバー３５が押し戻され
るようになっている。

【０００８】処で、電動機１３の種類によっては、その
回転数が実用上一定と考えてよい場合がある。本発明の
電動機として一般的な籠形交流誘導電動機が使用できる
が、その回転数Ｎは次の式で表される。 Ｎ＝６０Ｆ／Ｐ＊（１−Ｓ） ここで、Ｎは回転数（ｒｐｍ） Ｆは電源周波数（Ｈｚ） Ｐは極対数 Ｓはすべり である。以上の式において、極対数ＰとすべりＳは電動
機に固有の値であり、極対数Ｐは一定値である。すべり
Ｓは電動機の負荷により図３に示されるように多少変動
するが、その変動範囲は高々０〜０．１の範囲であり本
発明における使用の場合は一定と考えても良い。又、電
源周波数Ｆは、通常の電力供給会社の配電系統端末にお
いて、±５％以内の一定値に保たれている。従って、電
動機１３の回転数は１０％程度の変動範囲にあるが、本
発明では実用上一定として演算しても良い場合があり、
その場合は回転数検出器１７を割愛し、係合タイミング
判定器５０の中に演算用設定値を組み入れても良い。

【０００９】以上の実施形態においては、タービンロー
タ１乃至ロータ歯車１１の回転数は、徐々に低下して行
くので最終減速平歯車３３の回転数とロータ歯車１１の
回転数の差が係合操作に適する状態にある時間が限られ
た範囲になる場合がある。これらを改良した改変実施形
態を図４及び図５を参照して説明する。図４において、
ターニング措置１１０は、殆どがターニング装置１０
（図１）と同じであり、同一の部分には同一の符号が付
してある。相違する部分について説明すると、電動機１
１３は回転数変動型の交流電動機であって、サイリスタ
インバータを利用した回転数制御器１１５が設けられて
いる。そしてこの回転数制御器１１５は、電気的に係合
タイミング判定器１５０に連絡している。なお、回転数
制御器としては、サイリスタインバータ型でなく別の形
式のもので良いことは勿論で、電動機との組み合わせに
おいてターニングされるロータが含まれる回転機械の性
質にマッチした適当なものを使用すれば良い。

【００１０】そしてターニング装置１１０の作用をター
ニング装置１０のものとの対比において説明すると、タ
ービンロータ１の低下してくる回転数は、回転数検出器
１５により監視されており、６００ｒｐｍ程度以下にな
れば係合タイミング判定器１５０が作動し始め、電動機
１１３の回転数調節可能範囲に達すると噛合スピード検
出信号を発する。噛合スピード検出信号を受けて回転数
制御器１１５が作動を開始し、電動機１１３が始動す
る。徐々に低下するロータ歯車１１の回転数は回転数検
出器１５により刻々検出され、その回転数信号は係合タ
イミング判定器１５０に入力され、ロータ歯車１１と最
終減速平歯車３３との回転数差が噛合に適した値に保た
れるように回転数制御指令信号が係合タイミング判定器
１５０から回転数制御器１１５に与えられ、これに応じ
て電動機１１３の回転数が調節される。即ち、電動機１
１３の回転数は、ロータ歯車１１の回転数に追従して低
下する。電動機１１３の回転数が目標値に達するのを見
計らって、即ち電動機１１３の始動から所定のタイマ設
定時間の経過後、係合機構４０へ駆動用シリンダ４１の
操作指令信号が出され、駆動用シリンダ４１が係合駆動
リンク４３を引き、最終減速平歯車３３をロータ歯車１
１に係合し、噛み合わせる。両歯車が完全に噛み合えば
リミットスイッチで検出され、電動機１１３は定速運転
即ちターニング運転に入る。駆動用シリンダ４１の操作
指令信号は、所定のタイマ設定時間経過後出力が停止さ
れ、駆動用シリンダ４１は解放状態になる。前述の係合
操作が円滑にいかないときは、無理に最終減速平歯車３
３を押し付けるのではなく、係合、噛合が成功するまで
操作が何度も繰り返される。その間中前記両歯車の回転
数差は回転数制御器１１５により最適状態に維持され
る。

【００１１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
転機械の通常運転停止後ロータの回転数が係合噛合に適
する値まで低下したら、静止を待たずに減速歯車をロー
タ歯車に係合させるので、静止によるロータの曲がりを
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の構成概念図である。

【図２】前記実施形態の作用説明図である。

【図３】前記実施形態に含まれる電動機の特性図の一例
を示す特性図である。

【図４】前記実施形態の一部を改変した実施形態の構成
概念図である。

【図５】前記改変実施形態の作用説明図である。

【図６】従来装置の作用を説明する作用説明図である。

【図７】別の従来装置の作用を説明する作用説明図であ
る。

【符号の説明】

１ タービンロータ １０ ターニング装置 １１ ロータ歯車 １３ 電動機 １５ 回転数検出器 ２０ 減速歯車列 ３３ 最終減速平歯車 ４０ 係合機構 ４１ 駆動用シリンダ ５０ 係合タイミング判定器 １１０ ターニング装置 １１３ 電動機 １１５ 回転数制御器 １５０ 係合タイミング判定器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータに設けられたロータ歯車と、電動
   機と、同電動機により駆動される減速歯車と、前記ロー
   タ歯車に前記減速歯車を選択的に係合させる係合機構と
   を有し、前記ロータ歯車の回転数を検出する回転数検出
   器と、同回転数検出器の出力信号を受け前記ロータ歯車
   と前記減速歯車の回転数差に基づき前記係合機構に係合
   指令信号を発する係合タイミング判定器を付設してなる
   ことを特徴とするタービンロータ等のターニング装置。
2. 【請求項２】 前記ロータ歯車の回転数を検出する前記
   回転数検出器の出力信号を受けて前記ロータ歯車と前記
   減速歯車の回転数差を最適範囲内に維持するように前記
   電動機の回転を制御する回転数制御器を更に設けたこと
   を特徴とする請求項１記載のタービンロータ等のターニ
   ング装置。