JPS6040703A - タ−ビンのスラスト力調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はタービンロータのスラスト力調整装置に係シ、
特に、主蒸気圧力が＾い蒸気タービンロータのスラスト
力調整装置に関する。

〔発明の背景〕

一般に、蒸気タービンのような軸流々体機械においては
、スラスト力が発生し、スラスト軸受によってそれを受
けている。このスラスト力は取り扱う流体が高圧になる
根太きくなシ、大容量の超高圧タービンにおいては、数
十トン、容量の特に大きいものにあっては百故十トンに
も及ぶことがある。

第１図は、一般的な２段再熱タービン構成を示す。高圧
ロータｌ、中圧ロータ２．低圧ロータ３ａ及び３ｂは、
カンプリング５によｐｌ軸に接続され、谷ロータはそれ
ぞれ両端近くを軸受にて支持されている。中圧ロータ２
はスラストカラ一部６を一体に備えておシ、このカラ一
部６がスラスト軸受７に支持されている。ボイラー８に
て発生した主蒸気は主蒸気管９を介して高圧タービンケ
ーシング１０内に流入し、超高圧段１１で仕事をし、低
圧第１再熱蒸気管１２を通ってボイラーの第１再熱部１
３に流入する。第１再熱部１３で再熱された蒸気は、高
温第１再熱蒸気管１４を経て、高圧タービンケーシング
１０内に配設された高圧段１５に流入し、仕事をする。

高圧段１５で仕事をした蒸気は、低温第２再熱管１６を
通シ、ボイラーの第２再熱部１７で再熱され、高温第２
再熱管１８を介して中圧ゲージング１９内に流入する。

中圧段２０ａ、２０ｂで仕事をした蒸気はクロスオーバ
ー管２１内を通り、低圧ケーシング２２ａ及び２２ｂに
流入する。低圧段２３ａ。

２３ｂ、２３ｃ、２３ｄにて仕事をして、低圧低温とな
った蒸気はコンデンサ２４ａ、２４ｂ内で凝縮し、復水
化される。このような構成のタービンにおいて、中圧段
及び低圧段は、それぞれ左右対称形になっているため、
スラスト力は互いに打ち消し合って、スラスト力は小さ
くなる。ところが、高圧ケーシング内に配置された超高
圧段１１と高圧段１５ととは、大きさも異なシ、ここを
流れる作動蒸気圧力も異なるためにスラスト力が発生す
る。第２図は、超高圧段ｌｌと高圧段１５とを示してお
り、高圧ロータ１には、超高圧段１１と高圧段１５とが
同一の高圧ゲージング１０内に配置されている。超高圧
段及び高圧段はそれぞれ励動Ｒ２６及びシュ２ウドリン
グ２７を有する多段のディスク部２８よシ構成される。

高圧ロータ１の両端近くは、段付状に小径となシ、その
小径部が軸受４で支持されている。

一般に、軸流タービンのスラスト力は大さく分けて次の
３通りに分類される。

（１）　パケットスラスト力 （２）　ホイールスラスト力 （３）　パツキンスラスト力 パケットスラスト力３２は動翼のプロフィルに作用する
蒸気力の軸方向力の総和であシ、動翼前後の圧力差、動
翼の反動度により定まるものであシ、ホイールスラスト
力３３は、ロータディスク部２８の前後の圧力差に基づ
くスラスト力であり、動翼根元部の反動匣に、ｌニジ変
化する。一方、パッキングスラスト力３４は、ロータシ
ャフト１の段付部に発生する推力であシ、シャフトの外
径が変化するところに生ずる。

第２図から明らかな如く、各スラスト力の方向は、超高
圧段１１と高圧段１５とでは互いに反対方向となってい
るため、右向きのスラスト力の総和が左向きスラスト力
の総和に等しくなっていればスラスト力は実質上塔とな
るはずであるが、超高圧部１１と高圧部１５とでは作動
蒸気圧力が異なるため、どちらか一方のスラスト力が勝
シ、ロータｌにスラストが生ずる。上記、３つのスラス
ト力のうち最も大きくなるのは通常パッキングスラスト
力であり、タービンの設計にあたっては、ロータの左右
にある段付部の外径差を異ならせることによシ、両方向
のスラスト力の総和が等しくなるようにしている。

第３図にパツキンゲス２スト力を発生するシャフトバッ
キング部シール蒸気系統を示す。超高圧段１１．高圧段
１５を含む高圧タービンケーシング１０のシャフトシー
ルは、高圧側よシ第１シャフトバッキング部３５、第２
シヤフトノくツキング部３６、第３シャフトバッキング
部３７とよシ構成される。第１７ヤフトパツキング部３
５は、特に超臨界圧２段再熱型タービンにおいては、超
高圧部排気圧力が約８０　Ｋｇ／　ｃｍ”　ａｂｓにも
達するために、４本のリークラインにてその軸封構造を
構成する。高圧リークライン４２は、通常３０Ｋｇ／ｃ
ｍ２ａｌ）ｓラインで、例えば低温第２再熱ライン１６
へ接続され、中圧リークライン４３は、１０Ｋｇ／ｃｍ
２ａｌ）ｓ　ラ４ンで通常このラインにリークする蒸気
は脱気器へ回収する。３番目のシール蒸気ライン４４は
シール蒸気−１整器４７で一定圧力例えば１．３　Ｋｇ
／　ｃｍ２ａｂｓに調整されたシール蒸気が供給される
。４番目のグランドコンデンサライン４５は、大気圧以
下の圧力となっており、グランドコンデンサ４６に接続
されている。第３図に示す如く、第１シャフトバッキン
グ部３５のリーク蒸気圧力と、第３シャフトシールバッ
キング部３７のリーク蒸気圧は異なるため、リーク蒸気
圧の異なった部分にロータｌに段部を設けるならば、左
、右のバッキングスラスト力を異ならしめることが可能
である。したがって、タービンの設計段階で、各スラス
ト力を予想して、方向の互いに異なったスラスト力が互
いに打ち消し合うように、ロータに段差を設け、軸径差
を最適値に設定することが可能である。

ところで、このような蒸気タービンにおいて、翼効率低
下などに伴いタービン内部の圧力配分が経年とともに変
化し、それに基づきスラスト力も変化する。％に、今後
件設が予定される超々臨界圧火カプラント（主蒸気圧力
４５００〜５０００ｐｓｉｇ、主蒸気温度１１００〜１
２００’Ｆ　）においては、ボイラーからの酸化スケー
ルによるタービンノズル翼のパーチクルエロージョン、
溶出金属のタービン翼への付着等によシ、タービン内部
圧力配分変化が予想される。

文献「Ｔｈｅ　５ｅｃｏｎｄ　’ｆｅａｒ　ｏｆ　Ｑｐ
ｅｒａｔｉｎｇｇｘｐｅｒｉｅｎｃｅ　ｗｉｔｈ　Ｔｈ
ｅ　ｐｈｊｌｏ　５ｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ−ｐｒｅ
ｓｓｕｒｅ　［Ｊｎｉｔｅ　Ｊ　ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ
　ｏｆ　ｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎ　ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎ
ｆｅｒｅｎｃｅ　ＶＯＩ　ＸＸｌ−１９５９にも述べら
れている、如＜、Ｐｈ１１ｏ　プラントにおいても溶出
金属のタービン興付着に伴いスラスト力が過大となり、
興プロフィールの修正に長期間プラントを停止したこと
が述べられている。

〔発明の目的〕 本発明は、スラス）カーＱ経年変化に対して、プラント
を停止することなくスラスト力を許容値以下に低減する
ことのできるスラスト力調整装置を提供することにある
。

更ニ、タービンのスラスト力を検知して、スラスト力が
許容値を越えると、スラスト力を自動的に低減するため
のスラスト力調整装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明はパッキングスラスト力がリーク流体の圧力を変
えることによシ、制御できることに着目し、リーク流体
圧力を外部よシ制御してスラスト力の経年変化を打ち消
すようにノくツキックスラストカを制御するようにした
。

即ち、ロータの段付部をと９囲む漏洩流体取出室の流体
圧力をタービンの運転中に外部より調整する調整手段を
設けることによシ達成される。

〔発明の実施例〕

第４図は、本発明を実施したスラスト力調整装置を備え
た高圧タービンのシール蒸気系統を示し、第５図は、第
１シャフトバッキング部３５の詳細断面図を示す。第４
図において、中圧リークライン４３．シール蒸気ライン
４４．グランドコンデンサライン４５は、第３図に示す
従来品と同様に構成されている。高圧、リークライン５
４は、ロータ１が大径から小径に変化する段差部１ａの
回シに形成された高圧漏洩室５２と、ヘッダーもしくは
小容量のタンク５６との間に設けられ、タンク５６には
調整弁５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、５７ｄを介してライン
５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄＫ連通している。第１
高圧調整ライン５８ａ、第２高圧調整ライン５８ｂ、第
１低圧調整ライン５８Ｃ１第２低圧調整ライン５８ｄは
、それぞれ高畠第１再熱蒸□気管、低温第２再熱ライン
、脱気器、コンデンサに接続される。超高圧段１１の排
気圧力８０　Ｋ９／ａｐｔ２ａｌ）ｓ程度のプラントで
は、５８ａ−ｄの各ラインの圧力は、７０Ｋｙ／ｃｍ”
ａｂｓ　、　３０Ｋｑ／ａｎｇａｂｓ　、　１０　Ｋｇ
／１Ｍ”　ａｂｓ　。

０−０５Ｋｇ／ｃｍ２ａｔ）ｓ程度となる。

第５図において、超高圧排気部からの漏洩蒸気４８はロ
ータ１とくし歯５０の間のすき間を左方に流れ、漏洩蒸
気室５２に流入する。くしｍ５０ハ、パツキンヘッド５
１に植込まれておシ、パツキンヘッド５１は、ロータｌ
の軸方向に複数個並設されパツキンケース４９に保持さ
れる。漏洩蒸気室５２の蒸気は高圧リークライン５４を
通ってタンク５６に導かれる。一方、残留漏洩蒸気５５
は、更にバッキングくし歯５０とロータ１間を低圧側に
流れ、中圧リーグライン４３へと流れる。

漏洩蒸気室５２の個所でロータ径は、高圧側径φＤから
低圧側径φＤｏへと変化している。室５２内の蒸気圧力
をＰｏとすれば、この径の変化した部分すなわち段付部
１ａでロータｌに次で示す大きさのスラスト力Ｆが作用
する。

Ｆ　＝　’　（Ｄ”　Ｄｏ’　）　ＸＰ。

となる。従来は、高圧リークラインは低圧第２再熱ライ
ン等に接続されているためＰＧ値は接続先の圧力に依存
しておシ、通常運転時には一定である。

本発明におっては、前記ｐｏＯ値を外部より制御可能と
して、スフスト力Ｆを変え得るようにした。すなわち、
第４図の系統図によれば、室５２の圧力は、タンク５６
の圧力に等しい。タンク５６の圧力は調整弁５７ａ−ｄ
の開度を調歿することによシ最犬７０　Ｋ４７　ｃｍ２
ａｂｓより最小０．０５Ｋｇ／ｃｒｎ２ａｂｓまで変化
させることができる。したカっテ、室５２の圧力ｐｏが
３０　Ｋｇ／ｃｍｇａｂｓのとき、高圧ロータ１全体に
発生するスラスト力が許容値以下になるようにしておけ
ば、経年変化によシ、ロータｌの左方向スラスト力が大
きくなってきたときは、室５２の圧力Ｐａを上げること
によって、増大したスラスト力を打ち消すことができる
。また、反対に、右向きのスラスト力が増大したときは
、室５２の圧力Ｐ、を小さくすれば、段部１ａに生ずる
スラスト力Ｆは小さくなり、スラスト力を全体としてバ
ランスさせることが可能である。

２例゛として、Ｄ＝７２４Ｍ、　Ｄｏ　＝６６０＋ｍｉ
に＼ 設定室５２の圧力ＰＧを最大６０　Ｋｙ／　ｃｍ”　ａ
ｂ　ｓよシ最小２０　Ｋｌ／　ｃｍ２ａｂｓまで変化さ
せるとスラスト力Ｆの変化は約２８ｔｏｅとなる。つま
シ、スラスト力で設定値をその中間にしておけば±１４
ｔｏｎの範囲までスラスト力が変化しても、それを打ち
消すことができる。スラスト力の経年変化は急激に生ず
るものではないので、タンク５６に接続される２イン５
８ａ−ｄの調整弁５７ａ−ｄは、手動式のニードル弁と
し、定期的に、作業者がスラスト軸受の面圧を測定して
、弁５７ａ−ｄを調整し、タンク内圧力を所望の圧力値
に調整することで、スラスト力を許ｙ値以下にコントロ
ールすることかできる。

また、スラスト力の経年変化は、特定の方向に増大する
傾向があるので、最初の設定を、経年変化で増大する方
向のバッキングスラスト力が最大もしくは、経年変化で
増大する方向とは反対方向のパッキングスラスト力が最
小となるようにＰａＯ値を設定しておけば、経年変化の
調整幅は更に大きくなる。

蒸気漏洩室５２内の圧力は、第１シャフトバッキング部
３５のシール効果を損わない範囲で自由に設定可能であ
るが、超高圧段の排気圧力が８０Ｋｑ／ｃｍ２ａｂｓ程
度のものでは、調整範囲は６０〜２０　Ｋｇ／ｃＩｎ２
ａｂｓ　とすることが好ましい。この下限値２０　Ｋｇ
／　ｔｗｒ２ａｂｓ　ｆｉ、中圧リークライン４３の圧
力１０　Ｋｒ／　ｃｍ２ａｂｓ　よシも高い値に保持し
た方が、シャフトバッキング部３５全体として、排気側
からロータ端部へ向けて徐々にリーク圧力が低くなシ、
シール効果を損うことがない。

ロータの段差１ａと、蒸気圧力が調整可能な漏洩蒸気室
とは、中圧リークラインの個所へ設けることも可能であ
るが、この場合には室の最大圧力を、高圧リークライン
の圧力より、低い値に設定しなければならないのでスラ
スト力の調整幅はせまくなる。また、このパツキンスラ
スト力調整装置を第２ゾヤフトノくツキン部３６に設け
ることも可能である。この場合には、中圧リークライン
４３の個所に設けることになシ、ロータの段差をこの部
分に設け、中圧リークラインに圧力調整弁を配置スれば
良い。パッキングスラスト力調整装置は、１本のロータ
について２個所設けろととも可能である。

第６図は、スラスト力を自動的に調整する実施例を示し
ている。スラスト力の経年変化は、特定の方向にのみ生
ずることが判っているから、スラスト軸受７にサーモカ
ップル６６のような温度センサを設けておき、スラスト
軸受メタル温度Ｔ。

をスラスト力演算器６１に入力し、メタル一度Ｔｏから
スラスト力Ｆｏをめる請求められたスラスト力Ｆｏは比
較器もしくは演算器６２で、許容値Ｆ、との比較が行わ
れる。もし許容値を越える場合には、偏差ΔＦを演算器
６３に入力して、この偏差を打ち消すに必要な漏洩蒸気
室５２圧力Ｐｏをめ、このＰ’ｏと室５２の実際の圧力
Ｐとを比較器６４で比較し、偏差ΔＰが零となるよう、
アクチェータ７０を介して調整弁５７ａ−ｄをフィード
バック制御する。つまシ、圧力センサ６５で検知された
圧力Ｐが、許容スラストＦＴと現実のスラスト力Ｆｏと
の偏差ΔＦを打ち消すに必要なＰｏＯ値を目標値として
フィードバック回路が構成されていることになる。

この実施例では、スラスト力は、タービンの運転中常時
監視されていることになシ、許容値を越えると自動的に
、スラスト力の調整が行われ、許容値以−［に保持でさ
る。尚、スラスト力が許容値を越えると警報装置６６を
作動させることも可能である。スラスト力の検出はサー
モカップルの他に、圧力センナによって直接スラスト力
を検知することもでき、この場合には、直接Ｆ’Ｏが検
出できるので演算器６１は省略できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、スラスト力の経
年変化による過大スラスト力をタービンを停止分解しな
いで、低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、公知の２段再熱タービンの構成図、第２図は
、高圧タービンのスラスト力を説明するための概略図、
第３図は、公印のシール蒸気系統を示す系統図、第４図
は、本発明を実施した高圧タービンの７−ル蒸気系統を
示す系統図、第５図は、シャフトバッキング部の詳細断
面図、第６図は、調整弁の制御ブロック図である。 ｌ・・・高圧ロータ、２・・・中圧ロータ、４・・・軸
受、７・・・スラスト軸受、１０・・・高圧タービンケ
ーシング、１１・・・超高圧段、１５・・・高圧段、３
２・・・パケットスラスト力、３３・・・ホイールスラ
スト力、３４・・・バッキングスラスト力、３５・・・
第１シャフトバッキング部、４３・・・中圧リークライ
ン、５２・・・漏洩蒸気室、５６・・・タンク、５７ａ
−ｄ・・・調整弁、６０・・・サーモカップル、６１・
・・スラスト力演算器、７０・・・アクチェータ。 第１頁の続き

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ケーシングとタービンロータ間のシールのた′めに
   タービンロータ端近傍に軸方向に連続して、複数のバッ
   キングを有するものにおいて、隣接したバッキング間に
   対応する部分のロータの軸径を異ならせ、前記隣接する
   バッキングとロータとによって構成される閉空間に連通
   する通路手段と、該通路に設けられ前記閉空間の流体圧
   力を調整する手段とを備えたことを特徴とするタービン
   のスラスト力調整手段。 ２、前記タービンは蒸気タービンであシ、前記圧力流体
   は、蒸気であシ、前記閉空間は漏洩蒸気室である特許請
   求の範囲第１項記載のタービンのスラスト力調整装置。 ３、前記バッキングは多数のくし歯を有するラビリンス
   バッキングである特許請求の範囲第１項または第２項記
   載のタービンス２ストカ調整装置。 ４、前記タービンロータはスラスト軸受にて支持されて
   おシ、前記スラスト軸受のスラスト力を検出する手段と
   、検出されたスラスト力に応じて、前記閉空間の圧力を
   調整する手段を制御する制御手段とを備えた特許請求の
   範囲第１項記載のタービンのスラスト力調整装置。 ５、前記スラスト力検出手段は、スラスト軸受の温度上
   昇を測定するザーモカツプル人力構成された特許請求の
   範囲第４項記載のタービンのスラスト力調整装置。 ６、前記閉空間の圧力を検出する手段を設け、前記スラ
   スト力検出手段の信号力・ら所望のスラスト力にするだ
   めの圧力値、を演算する手段を設け、前記演算された圧
   力値と、閉窒間圧力値との偏差を打ち消すように前記圧
   力調整手段を制御する特許請求の範囲第４項記載のター
   ビンのスラスト力調整装置。 ７、前記圧力調整手段は、前記閉空間に連通ずる圧力ヘ
   ッダーと、このヘッダーに異なった複数の圧力源とを連
   通ずる管路と、この管路に設けられた調整弁とより構成
   された特許請求の範囲第４項記載のタービンのスラスト
   力調整装置。