JPS61160698A - スラスト軸受保護装置 - 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、−軸スタックプラントの軸方向伸縮を吸収す
るに使用されるカップリングに係シ、カップリングの伸
縮によって生ずるスラスト力を受けるスラスト軸受の損
失を減少し、好適な運転状態を保持するスラスト軸受保
護装置に関する・〔発明の背景〕 第８図に示す如く、ガスタービン用圧縮機１、カｘ　ｐ
−ヒン２、発電機３および蒸気タービン４を一軸上に連
結した一軸スタックプラントの動力伝達系くけ、発電機
３と蒸気タービン４の中間部に、後述するが軸方向伸び
を吸収する九め、ダイヤフラムカップリング６が介装さ
れている。該ガスタービン用圧縮機ｌとガスタービン２
は３個＋７）ジャーナル軸受、発電機３および蒸気ター
ビン４は各々２個のジャーナル軸受くて支持されている
。

一方、ガスタービン用圧縮機１とガスタービン２のガス
によって生ずるガススラスト力を受圧するスラスト軸受
７が、ガスタービン用圧縮機１の前側にあシ、蒸気ター
ビン４の蒸気によって生ずる蒸気スラスト力を受圧する
スラスト軸受８が、前記ダイヤフラムカップリング６と
蒸気タービン４−　の前側部に、各々独立して設けられ
ている。ガスタービン２と発電機３との車軸の連結部の
カップリング５はリジット構造となっている。

第２図は一軸スタックプラントに用いられているダイヤ
７ラムカツプリングでろる・相対向する発電機３のカッ
プリングボス１ｏとＭ気ｐ−ヒン４のカップリングボス
エＱａと、この中間部釦設けられた中空形状のスリーブ
エｌと、該カップリングボス１０　、ｌｏａとスリーブ
１１との間に挿設されたダイヤフラム１３から構成され
ている。

該ダイヤフラム１３は、曲面形状に成形した薄鋼板を複
数枚、軸方向に積層した柔軟な構造体であることから軸
方向の伸縮を吸収出来る。また、該ダイヤプラムを外体
よシ損傷よシ保護するために、各々カバー１５が設けら
れる。カップリングボス１０．１０ａとダイヤフラム１
３およヒカバー１５はポル）１４によシ一体に連結され
、ダイヤフラム１３とスリーブ１１１１ボルト１４ａに
て一体に締付けられている。

第３図は、−軸スタックプラントの軸方向熱膨張につい
て示す＠ガスタービン用圧［１１１ｋｌおよびガスター
ビン２は一体ケーシング構造でめシ、そノケーシングの
伸びの基準点１６はガスタービン２の発電機側３へ設定
されている◎一方の蒸気タービンのケーシング伸びの基
準点１７は、蒸気タービン４の発電機側３へ設定されて
お夛、各々、別々にタービンを移動させる構造となって
いる。

まず、ガスタービン２は約１０００℃の高温ガスが、ガ
スタービン２の内部を流れることから、前記伸び基準点
１６からガスタービン用圧＃機ｌとガスタービン２のケ
ーシングは前側へ伸びる。スラスト軸受はケーシングと
一体であることから同量だけ、前側へ移動する。その後
、ガスタービン２のロータが高温となることにより、ガ
スタービン２のロータはスラスト軸受７を基準として、
発電機側３へ熱膨張等により伸び１９を生ずる。ケーシ
ングに比ベロータの方が高温となるために、前記ロータ
とケーシングとの間に伸び差を生じ、ダイヤフラムカッ
プリングを圧縮することになる。

つぎに、発電機３は内部損失により、発電機３の内部は
、外気よシ高温となるために、発電機ロータの熱膨張で
発電機ロータ伸び２０を生ずる。このため、ダイヤフラ
ムカップリング６を圧縮することＫなる＠さらに蒸気タ
ービンは約５００℃の蒸気を内包することから蒸気ター
ビン４０ケーシング伸び基準点１７を基準として、ケー
シング伸び２１を生じ発電機側３へ伸びる、同時にスラ
スト軸受８を発電機３側へ移動させる０前記ガスタービ
ン２、発電機３と同様にダイヤプラムカップリング６を
圧縮する方向に作用する。

−万、前記する定常運転時から、完全室温状態へ向った
場合、ガスタービン２及び蒸気タービンのケーシングが
高温状態から、熱放散によりタービンロータよシ速く低
温状態となる＠このために、前記スるガスタービンケー
シングは発電機側へ多く縮むことになる口蒸気タービン
も同様になる。

第４図は本プラントが室温状態よシ起動し、定格運転状
態を経過し、室温状態の停止状態へ向った場合の各基の
熱膨張伸び量を示す・図中の点線は発電機の伸び量２０
、二点鎖線は蒸気タービン車室伸び量２１．一点鎖線は
ガスタービンの伸び量２２、実線はこれらの合計伸び量
２３を示す。

前記する如く、定格運転時から停止状態へ向う場合、ガ
ス及び蒸気の供給が停止すると、ロータは高温状態にあ
るが、ケーシングは熱放散によって、ロータよシ速く縮
むため、ダイヤフラムカップリングに対しては、よシ縮
む状態となる。今、停止時に、ダイヤフラムカップリン
グに伸び量をあたえない場合には、定格運転時には合計
伸び量２３：１が生ずる、つまシダイヤフラムカップリ
ングが縮みながら回転する。このために、ダイヤフラム
１３に高応力を生ずること、振動発生上の原因となる丸
め、これをさける必要がろる。前記定格運転時に生ずる
合計伸び量εを吸収するために、プラント停止時にダイ
ヤフラムカップリング６をε量伸びを与えて設定する必
要がある。この場合は、定格運転時にダイヤフラムカッ
プリング６Ｖｃｇ形参加えることなく、安定した運転が
出来ることになる０また、定格運転時から、プラント停
止状態へ向った場合には、さらに合計伸び量が増加する
ことになる＠つまシ、ダイヤフラムカップリング６が圧
縮状態となる。この様にダイヤフラムカップリング６に
は、伸び状態と縮み状態にて使用される。

第５図（ａ）はプラントへの据付状態、第５図（ｂ）は
定格運転時状態を示す〇 前記するダイヤフラム１３は薄鋼板を積層した構造によ
シ、軸方向の伸縮を吸収している。いわゆるバネと同様
な作用をおよぼし、ダイヤフラムのバネ定数二Ｋを有す
る０そこで、停止時を考えた場合には ダイヤフラムのバネ定数：Ｋ（ｋｇ−ａｍ）合計伸縮量
：ｅ（柵） から スラストカニＦ＝に・ε スラスト力が生ずる。

このスラスト力は合計伸縮量が大きい程、スラスト力は
大きくなシ、停止時にて最大値を生じ、定格運転時には
Ｏとなる。１ま念、前記するガスタービンのガススラス
ト力、あるいは、蒸気タービンの蒸気スラスト力が附加
されると、合計されるスラスト力は非常に大きくなるこ
とが予想される。

第６図はスラスト軸受７．８の構造を示す◇スラスト軸
受７，８はロータ２７の側面と相対して、相対する面に
バビット２９を植込んだスラストメタル２６．２６８と
、これを支持する軸受本体２５と軸受本体２５を支持す
る調整リング２４から成っておシ、調整リングは軸受本
体にボルト締めにて固定されている０今、第６図をガス
タービン２のスラスト軸受７と考え九場合、ダイヤプラ
ムカップリング６が伸び状態にあることから、ロータ２
７は発電機側３へ引張シをうける。このため、スラスト
メタル２６とロータ２７からなる間隙２８は、非常圧狭
くなる＠一方のスラストメタル２６ａとロータ２７から
なる間！１２８ａは非常に広くなる０この状態にて運転
する場合、給油が、前記する間１！Ｊ２８に侵透せずに
、高負荷を加えて運転する結果となる。また、定格運転
状態からプラント停止状態を向かう途中から再起動を行
なった場合には、ダイヤフラムカップリング６が圧縮状
態にるることから、前記する間隙２８が広くなり、間隙
２８ａは非常に狭くなる。前記する状態く、ガスタービ
ン２のガススラスト、蒸気タービンの蒸気スラストが附
加された場合は、スラスト力が、さらに多く加わること
になり、軸受の焼損をまねく恐れがある。本プラントの
スラスト軸受の安定な運転を保持するため、スラスト軸
受の間隙２８．２８８に補助給油を行なう必要がある。

従来の蒸気タービンと発電機を一軸上に配列した火力及
び原子力タービンは、タービン停止時には蒸気によるス
ラスト力が発生しない、また、タニビ／の暖気運転に於
けるスラスト力も０．２　ｋｇ／ＣＩｉ程度と非常に少
ないし、暖気状態から定格運転までは、負荷と供にスラ
スト力が増加するため、スラスト軸受は充分安全である
。一方、ジャーナル軸受は、タービン停止時にロータ重
量を受けているため、起動する場合の抵抗が大きいため
、第７図に示す如く、ジャーナル軸受５０の下半に示す
楕円上の１１！１５２を設け、溝５２に、ジャッキング
油を給油する給油穴５３を設置している。第７図の公知
例として機械設計便覧・軸受編（Ｐ１１３２）にジャー
ナル軸受に対するジャッキング法が述べられている。

一軸スタックプラントは、停止時から定格運転までの起
動時間が短かく、起動停止の運用性がすぐれていること
、また、ダイヤフラムカップリングを介装したことによ
る停止時にもスラスト力が附加されることから、火力及
び原子力タービンとは、ガススラスト、蒸気スラスト、
ダイヤフラムカップリングスラストが加わる九めに、ス
ラスト軸受罠作用する力は従来にもまして町こぐである
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、−軸スタックグ２ントの軸方向伸縮を
吸収するために介装しているダイヤプラムカップリング
の伸縮によって生ずるスラスト力からスラスト軸受の焼
損防止のためのスラスト軸受保護装置を提供するにある
。

〔発明の概要〕

本発明は、−軸型複合サイクルプラントのスラスト軸受
に間接的に影響をア九える、ガスタービン、発電機およ
び蒸気タービンの伸び量ま九は伸び差、ダイヤ７ラムカ
ツプリングの伸縮量、スラスト軸受の排油温度および、
ターニング装置用モータのトルク、電流、電圧を検出し
て、演算機構（より、演算を行なう＠設定器と比較する
比較器と制御器を有し、別系統から成る高圧補助給油系
を駆動し、前記制御器からの信号により、切換器を作動
して、前記スラスト軸受の高負荷側へ給油し、スラスト
軸受の焼損防止用スラスト軸受保護装置である。

〔発明の実施例〕

第１図は、本発明による、スラスト軸受保護装置を示す
◇ガスタービン用ケーシングの伸び量を検出する検出セ
ンサー３０、ガスタービンロータの伸び量を検出するセ
／サー３１．発電機ロータの伸び量検出セフｆ−３２お
よび蒸気タービンケーシングの伸び量検出センサーを、
各々の軸系に設置し、該センサーより検出した検出値を
演算する演算回路を有すると共に、前もって設定し次設
定器３５からの設定値と比較する比較器３４により、判
定し、該比較器３４より出力される信号によって、高圧
給油系統の制御器３６に指令を当えて、高圧給油ポ／プ
３７を駆動する＠また、制御器３６からは、前記高圧給
油ポンプ３７の上流側には、給油圧、給油量および給油
側を指令し、制御する切換器３６ｂを設置する。高圧給
油ボンダ３７は主油タンク３８に接続されてお９、主油
タンク３８より吸入した油３８ａは高圧給油ポンプ３７
で高圧化され、前記切換器３６ｂによシ制御し、配管に
て接続されたスラスト軸受箱の調整リング３９の給油孔
４０に給油する。

高圧油３８ａは、前記調整リング３９の内部を通り、軸
受本体４２の外周側円周に設は丸溝４５を通り、前記溝
４５に複数個のターどン軸心に向って穿孔した給油孔４
４にいたる０該給油孔４４へはスラストメタル４１と軸
受本体４２を貫通してなる給油孔４１を通り、ロータ２
７とスラストメタル４１とから成る間隙に給油される０
第９図は一軸スタックプラント用主軸受給油系よシ分岐
した高圧給油３８ａの系統を示す０主油タンク３８より
主軸受ポンプ及び油冷却器を通った配管よシ分岐し、高
圧給油ボンダ３７を設ける。高圧給油ポンプ３７にて高
圧化された油３８ａｆ′ｉ、一方はガスタービン用スラ
スト軸受７へ、他方は、蒸気タービン４のスラスト軸受
８へ給油される＠第１Ｏ図はスラスト軸受７．８の詳細
図である◎スラスト軸受箱のスラスト軸受サボー？３９
ａに設けられ九調整リング３９の側面に穿孔した給油孔
４０から流入した油３８ａは軸受本体４２に接続し虎給
油孔４４をへて、スラストメタル４３とロータとの間隙
部に流入する＠ 第１１図はスラストメタルの詳細図であり、第１２図は
第１１図をＡ部より見た立体図、第１３図は第１２図の
Ｂ−Ｂ断面を示す。

スラストメタル４３は上下半２分割され、ロータと相対
する面は、主軸受給油をスラストメタル４３の全面にゆ
きわたる様、複数個放射上に給油＄４８が設けられ、給
油溝４８からの油は、スラスト力を受けるスラスト面４
６へ補給しやすくするためのテーパー４７によシ形成さ
れ、この形状が連続して全周にわたシつらなっている０
前記する高圧油用給油孔４１は、各々のスラスト面４６
に設けられ、スラストメタル４３の肉厚方向に貫通して
いる０該給油孔４１の、スラスト面４６側は、円錐形状
とし、高圧油の分布面積を広くしている。

第１４図から第１７図は、別の実施例を示すものである
。

第１４図は、ダイヤフラムカップリング６と発電機ロー
タ３、蒸気タービンロータ４と接続する各端部に、軸方
向伸縮量を検出する検出センサーａｏａ、ａｏｂを設置
し、検出し、検出値を演算する演算回路を有し、前もっ
て設定し次設定器３５ａと比較する比較器３４ａを設け
、比較器よりの出力信号を、前記する制御器へ送り、前
記する高圧補助給油系を駆動する口 第１５図は、各スラスト軸受のスラストメタル４３の温
度を検出する検出センサー３０Ｃ，３０ｄをスラストメ
タル４３に設置し、検出し、検出値を演算する演算回路
と前もって設定した設定器３５ｂを比較する比較器３４
ｂを設け、比較器３４ｂよりの出力信号を、前記する制
御器へ送り、前記する高圧補助給油系を駆動する。

第１６図は、各スラスト軸受の各スラストメタル４３よ
シ流出する排油３８ｂの排油温度を検出する検出センサ
ー３０８．３０ｆを、各々の排油３８ｂへ設ける。高負
荷側を検出すると共に、検出値を設定器からの設定値と
比較演算する比較器３４Ｃと比較器３４Ｃよりの出力信
号を、前記する制御器へ送り、前記する高圧補助給油系
を駆動する。

第１７図は、タービン停止時から起動する場合に設けら
れるターニング装置５３のモータ出力電圧検出センサー
３０ｇおよび電流検出センサー３０ｈをターニング装置
へ設け、検出し、検出値を演算する回路と設定器３５ｄ
からの信号と比較する比較器３４ｄを設置する。比較器
３４ｄからの出力信号を前記する制御器へ送シ、前記す
る高圧補助給油系を駆動する◎ 〔発明の効果〕 本発明によれば、スラスト力が附加されているスラスト
メタルとロータとの間隙部に、高圧補助給油系を設け、
制御することにより、不足している給油をおぎなえるた
め、スラスト軸受の焼損を防止でき、運転中の安全性を
向上することができる。起動時に本装置を駆動すること
によシ、起動時トルクが減少するため、ターニング装置
のφ型化を図ることができる。また、前記するダイヤフ
ラムカップリングの伸縮状態をはあくできること　　　
　　・から、本−軸スタック系の安全運転を確保できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のスラスト軸受保護装置の構
成図、第２図はダイヤフラムカップリングの構造図、第
３図は一軸スタックプラントの軸方向伸び量説明図、第
４図は各軸系の伸び量線因、第５図はダイヤフラムカッ
プリングの停止時と運転時の変形図、第６図はスラスト
軸受構造図、第７図は従来技術であるジャーナル軸受用
ジャッキング装置の構成図、第８囚は従来の例を示す一
軸スタックプラントの配置図、第９図はスラスト軸受保
護装置の給油系統図、第１０図は不発明のスラスト軸受
構造図、第１１図はスラストメタルの構成図、第１２図
は第１１図の立体図、第１３図は第１２図のＢ−Ｂ断面
図、第１４図から第１７図は、他の実施例を示す説明図
である。 ２・・・ガスタービン、３・・・発電機、４・・・蒸気
タービン、６・・・ダイヤフラムカップリング、７，８
・・・スラスト軸受、ｌｌ・・・スリーブ、１３・・・
ダイヤフラム、１６，１７・・・基準点、２４・・・調
整リング、２５・・・軸受本体、２６・・・スラストメ
タル、３０゜３１．３２．３３・・・検出センサー、３
４・・・比較器、３５・・・設定器、３６・・・制御器
、３７・・・高圧給油ポンプ、３８・・・主油夕／り〇 を　１　目 ′ｖ−２目 譬３目 メ５０ （久） 竿乙囚 寥り目 を９呂 ３８山 埠ｌｏｌ！ｌ 茅／３図 〆

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、蒸気タービン、ガスタービン、発電機および軸方向
   伸縮を吸収するカップリングを１軸上に配置した動力伝
   達系に於いて、軸方向力を間接的に検出する検出手段と
   、該検出手段による検出値を演算する演算回路と、予め
   て設定した設定値との評価を行なう比較器を設け、比較
   器より出力される信号により駆動する給油装置をそなえ
   、該給油装置は動力伝達系のスラスト軸受の軸方向作用
   面へ給油する系統を備えたことを特徴とするスラスト軸
   受保護装置。