JPS62186005A - 蒸気タ−ビンの間隙測定法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 蒸気タービン、特に、バネ支持架台等の柔構造架台上に
据付けられた機械の間隙測定法に関する。

〔従来の技術〕

蒸気タービンのロータ間隙を、直接ギヤプゲージで測定
しないで、部品寸法データにより電算機で演算して予想
間隙値を求めるシステムには特開昭５１−１４３１０５
号公報がある。

しかし、この公知例では現地組立時に実際の間隙をギヤ
プゲージで測定した結果を正式記録するもので、その測
定値は上半車室、隔板等を取り外した状態におけるもの
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来、上半車室、隔板等が取り外されたロータが露出し
ている状態°で、ギヤプゲージを用いて実際の間隙を直
接測定する方法を探っているが、そのようにして適正間
隙を決定した後、上半車室、隔板、保温材、付隔品等を
組み立てるのでタービンの重量が増加する。

概略の数値は次の通りである。

この数値から明らかなように、ロータ間隙は部品が４０
〜６５％しか組み込まれていない状態で決定しているこ
とになる。タービンの自重は、下半車室と軸受台に加え
られるので、完全組立状態では下半車室の荷重が二倍に
増加するため、車室の変形によりロータ間隙が適正値か
ら外れてしまう事が考えられる。従って、従来は、完全
組立時のロータ間隙を知るために、ロータの外周と、静
止体との間に鉛線をはさんでおいてタービンを組立てて
、再度タービンを分解して潰された鉛線を取り出し、厚
みを測定して完全組立て状態のロータ間隙を知ることに
なる。

しかし、このやり方では、次々に部品を取付けてやく過
程で下部車室の変形量が変化し、最終的には上半、下半
車室は水平フランジボルトで締付ヒ。

けられるので、での過程で鉛線が押し潰されたのかを知
ることは出来ない。従って、完全組立状態におけるロー
タ間隙を知る手段が無い。

このような技術では１次のような前提の下に、上記のせ
り方でロータ間隙を決定しても問題が発生しないとして
いる。即ち、 （１）下部車室の剛性が大きく、荷重が増加しても変形
量は微少である。

（２）下部車室を支持する架台は、大形の剛性の大きい
鉄筋コンクリート製であって、タービンを据付けても、
変形量は微少である。

（３）　（２）の、微少な変形量が合成された結果でも
、その変形は間隙測定精度以下である。

という前提が守られた設計となっている必要があった。

更には、運転中、タービンの熱が支持構造を熱変形させ
る分についてはロータ間隙決定時にあらかじめ考慮する
という方法も採用している。

この従来技術は、完全組立て状態においてもロータ間隙
決定時と大差ない間隙となっている事が実測出来ないま
でも、長年の運転経験から安全性が実証されていたとい
う点に立脚している。

しかし、架台がバネ支持方式のように柔構造の場合には
、この前提は成立しない。バネ支持架台上に据付けた蒸
気タービンのロータ間隙については次の問題が発生する
。

（１）蒸気タービンを最初に据付ける時には、バネは固
定されているので、従来と同様に、架台は剛構造として
作業を進めることが出来る。従って、ロータ間隙の決定
は従来通り、上半車室。

隔板等を取外したロータが露出した状態で行なう。バネ
の固定は通常油圧ジヤツキ等でバネを伸ばしてデツキプ
レートを持ち上げた状態で固定するので、デツキプレー
トのレベリングは自由に操作出来る。又１組立途中での
修正も可能である。

次に、タービンが完全に組立てられた後、油この油圧ジ
ヤツキによるバネの固定も、油抜きによるバネのリリー
ス作業も、専門的技術を要する。

この時点での問題点は、タービンを据付ける時のバネを
固定した状態はあくまでも仮の状態であって、この時に
決定済のロータ間隙が、バネをリリースした後にも維持
されている事はあり得ない、タービンの荷重によるバネ
の変形量は、デツキプレートの全域にわたって一様とな
らないことは当然であって、或いはデツキプレートが湾
曲したまま、或いは、一方に傾いたままで据付が完了す
る事になる。従って、タービンメーカは、タービンの自
重量の分布、デツキプレートの剛性と自重量、ならびに
バネ支持点を十分に検討した上で、各支持点におけるバ
ネ反力。

を決定し、バネメーカに指示しなければならない。又、
据付が完了した後に、各支持点でのバネの縮み量とデツ
キプレートの変形量を考慮に入れて、ロータ間隙を算出
する事になるが、この方式では、ロータ間隙を決定した
時点と、据付完了時点ではロータ間隙が大幅に変化して
しまっているので、それぞれの変形量を正確に測定する
必要があるが、この作業は大がかりであり、特に、１３
５０Ｍυ級の原子力タービン等では困難である。

従って、結果的には、小さめにロータ間隙を決定してタ
ービンを組み立てて、タービンを運転しながらパツキン
歯先をロータで摺りへらして適正間隙を得るという手段
に頼る事になるが。

このようにして得られたロータ間隙は、通常、大きめの
間隙になり易く、又、パツキン歯先の１！１傷やロータ
の摺り傷が発生するので、タービンにとって好ましい方
法とは言えない。

（２）次に、定期点検で、タービンを分解する場合には
より困難な問題が発生する。　　　・即ち、運転中に発
生した架台のなじみや自然な変形は測定が困難である。

従って、タービンの分解に先立って、油圧ジヤツキによ
りデツキプレートを持ち上げてバネを固定する時のデツ
キのレベルをどのように決定するかが問題となる。勿論
、最初の据付時と同じレベルにしても。

タービンと架台の関係が元にもどるわけではなされてお
らず、実施したとしても、車室−ヶのみの部分分解にと
どまっている。これは、タービンを分解する事によって
、適正なロータ間隙が見失なわれてしまうので１部分分
解のみに留めて、タービンと架台の関係を見失なわない
ように配慮しているのである。従って、タービン全体の
一括分解を実施した場合には、再組立時に、事前の良好
な運転状態に復帰させる事は全く困難であり、又、調整
の手段すら無い、結果的には、分解した部分のロータ間
隙を大きく決定して、事後の運転に支障をきたさないよ
うにすることになるが、ローラ間隙増加による熱効率の
低下が起こり、我国で一般的に実施されている、定検時
のロータ間隙適正化による熱効率向上効果は期待しにく
い。

（３）更に、架台自身のトラブルである、不等法王現象
が発生した場合には、修正量が増加するため困難を極め
る。

一般に、欧州のメーカは、このような現象については、
保証期間が切れるという事もあって考慮外としている。

本発明では、上述のように、ロータ間隙決定時の、ター
ビン組立完成率が４０〜６５％と低い事によって、完全
組立時点で適正なロータ間隙が得られないばかりではな
く、実際のロータ間隙すら知る事が出来ないという従来
技術を克服し、完全組立状態でのロータ間隙を実際に知
る手段を提供する。更には、マイコンにより演算処理を
行ないオンラインでロータ間隔値を知る事が出来るし、
又、一度運転して定常温度分布となってからトリップし
て測定を行なえば、実際の運転状態と近似したロータ間
隔を知る事もできる。

この方法は、バネ支持架台のような柔構造の架台上に据
付けられた蒸気タービンであっても適用可能である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では次のステップにより問題点を解決した。

ステップ１；ロータ間隙は多数の箇所より成立っている
ので、その内の重要なもの、及び車室全体を動かして間
隙修正を行なう際に基準となる間隙を数点選定し、その
間隙を構成している静止部品（内部車室、隔板、グラン
ドパツキンヘッド等）に、非接紐形間隙測定子を埋込む
、この時、測定子の端面は、測定子の検出能力を低下さ
せない範囲で、パツキン歯先よりも若干内側に留めて、
ロータと接触する事がないようにする。或いは、パツキ
ン櫛歯を必要としない部分については埋込んだ静止体の
端面と一致させる。更にシュラウドカバー等のようにロ
ータの先端が光っていて、測定子の検出能力を低下させ
る場合には、代替面を選定して、それに対面している静
止体に測定子を埋込む、この測定子のリード線は、内・
外車室を貫通するパイプにより、タービンの外部に取り
出す。

ステップ２；タービンの組立は従来通りの手順で実施し
、ロータ間隙調整も上半車室・隔板等°を取外した。ロ
ータが露出している状態で実施する。

更に、埋込んだ非接触間隙測定子の端面とロータとの間
隙、同端面がパツキン歯先からへこんでいる寸法、或い
は、代替面を選定した場合にはその関連寸法を測定する
。

次に、非接紐形間隙測定子のリード線を、タービン外部
の、マイコンを用いた演算装置に接続して、上記で測定
したデータにより、演算装置の調整を行なう、但し、演
算装置の検証を他の方法で実施することが出来る場合に
はこの必要はない。

ステップ３；次に、タービンを完全に組立てる。

その後、非接紐形間隙測定子のリード線を演算装置に接
続し、又、ステップで測定したロータ間隙データと、測
定子端面と静止体のを関係寸法データをインプットする
。

準備が整ったら、非接紐形間隙測定子に通電し。

作動させて、測定データを自動で演算装置に取り込み、
先にインプットしたデータとにより演算を行ない、オン
ラインで結果をアウトプットする。

このアウトプットデータは、完全組立状態における実際
のロータ間隙を示している。

ステップ４；上記の初回アウトプットが適正な間隙値を
示していない場合には、修正作業を実施する。この修正
作業は、ＨＰ車室、或いはＡＬＰ車室等、車室単位に、
車室の支持点と軸受との関係寸法を変化させる事によっ
て行なう。即ち、車室の上下動はベースプレートに挿込
んだシムの厚みを変化させて行ない、軸方向の動きは車
室のキーの厚みを変化させて行なう。

このように、従来のようにステップ２でロータ間隙を調
整したらそれで終りとするのではなくて、ステップ３，
４において、完全組立状態における実際のロータ間隙を
実測し、必要があれば車室毎に修正作業を実施出来るの
で、ステップ２と３の間における間隙変化量が大きいバ
ネ支持架台上に据付けたタービンでも、何ら支障なく適
用可能となる。

更に、測定子が高温状態に耐える事が出来る場合におい
ては次の測定も可能となる。

ステップ５；蒸気タービは運転中に蒸気が加熱されるの
で、ステップ２〜４の常温状態での測定ではタービンの
運転時のロータ間隙を知る事は出来ない。そこで、一度
タービンを運転した定常温度分布状態となった後にター
ビンを停止し、この温度分布が保持されている間にデー
タを取って演算を行なうことによって、運転中と近似の
ロータ間隙を知る事が出来る。

〔作用〕

本発明の作用については、前項の「問題を解決する手段
」中に、ステップ１〜ステツプ５に詳述した。

〔丈ず！ｘ例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図により説明す
る。

第４図は蒸気タービンのロータ間隙の構成要素のうち、
動翼と隔板との間隙の典型的な一例を示す。ロータ間隙
は、半径方向間隙と軸方向間隙に分類出来るが、半径方
向ではｚ４，２部分が最狭となり、通常１．３ｍ程度に
設定する。又、軸方向ではＮ部分が最狭となり１通常４
〜５ｍｍ程度に設定する。このＮ間隙については、停止
時にロータが先に冷却されて縮んだ時、或いは起動時に
先に載せられて伸びた時にも静止体と接触する事が無い
ように考慮しである。この他、シャフトグランド部のパ
ツキン間隙は１通常、ｏ、３８ｒｍ程度に設定されてい
る。このように厳しい間隙設定値となっているのは、蒸
気がこれらの間隙を通して漏洩する量を最少限におさえ
て、タービン性能を高く保つ事を目的としているが、一
方１間隙が狭いために１回転中のロータが静止体と接触
して振動発生の原因となる恐れがあるので、適正な間隙
に設定するのがタービン据付上最大の関心事となる。

この例では一段当り十個の間隙が存在しているが、通常
のタービンでは四十ないし六十枚の円板と、約十箇所の
シャフトパツキン群により構成されるので、間隙数は千
箇所以上となる。従って、個々の間隙を調整した上で、
更に必要があれば車室毎に一括して修正する方式が採用
される。

本発明では先述のように、完全組立状態で再調整しよう
とするものであるから、これらの間隙の中で重要となる
代表点と、間隙調整の基準となる点数箇所を選定して重
点的に管理することになる。

本発明の一実施例として、高圧最終板とその前段を管理
対象として選定した場合の例につき第１図ないし第３図
により説明する。

第１図において、例として選定した代表点は次の通りで
ある。

（１）ＨＰ最終段翼１ｂについてはＮｍ隙をシュラウド
カバ一端と隔板との間に取り、Ｚ間隙をシュラウドカバ
ー上部面と隔板のラジアルフィン先端との間に取る。

（２）ＨＰ最終前段１ａについても同上の箇所に代表点
を設ける。

（３）シャフトパツキングランド間隙の代表面は、第一
パツキン１２を代表点とする。但し、これは半径方向間
隙のみとする。

これらの代表点の静止体側には、非接触間隙測定子６ａ
〜６θが埋め込まれ、そのリード線８８〜８ｅは、隔板
２　ａ−２ｂ、内部車室３．外部車室４．パツキンヘッ
ド５を貫通し、タービン外部に連絡するパイプ７ａ〜７
ｅを通してタービン外部に取り出されて、演算袋［１１
０に接続されている。この演算装置には、前述のステッ
プで測定したデータの入力装置９と、演算結果をアウト
プットする出力装置１１が接続されている。この９゜１
０．１１の装置はマイコンを利用したもので。

定検時等の必要な期間、タービン室内に仮設するもので
ある。

次に、非接紐形間隙測定子を用いて、完全組立状態のタ
ービンのロータ間隙を測定する方法について第２図を用
いて説明する。

（ａ）は、ＨＰ最終前段の代表間隙点の詳細を示す。動
翼１ａの先端はシュラウドカバー１５ａが取付けてあり
、この上端面はテノン１６ａが埋込み形なので機械加工
された平坦な面となっている。

これに対し隔板２ａより突き出したフィンは短かいフィ
ン１４ａが二枚、長いフィン１４ｂが二枚で構成されて
いる。いずれのフィンについてもシュラウドカバーとの
半径方向の間隙はＺである。

前述のように、非接紐形間隙測定子６ｂはフィンの先端
よりもｍだけへこんでおり、万が−にも、シュラウドカ
バーに接触しない構造としている。

従って、半径方向Ｚを求める方法は次のようである。

（１）まず、前述のステップ２で、上半車室、隔板が取
外されてロータが露出している状態で、間隙Ｑ（シュラ
ウドカバーと測定子との間隙）と２１、Ｚ２（シュラウ
ドカバーとフィンの間隙）を測定し、測定子６ｂの出力
を演算装置！１０に入力して、実測した間隙ρ１との校
正を行なう。

又、測定子６ｂの端面とフィン先端の寸法ｍ、。

ｍ２とシュラウドカバーの段差長についても測定してお
く。

（２）次にタービンを完全組立てる。又、上記（１）で
実測したデータを入力装置９より演算装置！！１゜に入
力する。

（３）完全組立後の間隙Ｚ’１．Ｚ’、を知るには、測
定子６ｂにより間隙Ω′　（シュラウドカバーと測定子
端面の間隙）を測定し、次の演算を行なって結果を出力
装置１１にアウトプットする。

Ｚ’　　１＝Ｑ’　　−ｍ。

Ｚ’　　、＝　　（Ｑ’　　＋ｋ）ｍ。

ここで、完全組立により変化したデータはａ−Ω′であ
る。

次の軸方向間隙Ｎを求める方法について述べる。

（１）Ｎ間隙では、シュラウドカバー１５ａの端面が直
接隔板２ａの面との間に構成されているので上記のよう
な演算は必要とせず、上半車室、隔板が取外されてロー
タが露出した状態での測定はギャップゲージで、直接Ｎ
間隙を測定出来るし、又、完全組立後の間隙Ｎ′も、測
定子６ａの測定結果そのものとなる。

（ｂ）　、　（Ｃ）は、ＨＰ最終板の代表間隙点の詳細
を示す。動翼１ｂの光端には傾斜したシュラウドカバー
１５ｂがテノン１６ｂにより動翼先端に取付られである
。このような段落では通常、隔板からのフィンは一枚で
あって、シュラウドカバーの径が大きい側の端部を平坦
に加工して、フィン１４ｃとの間に半径方向間隙Ｚを構
成している。

この間隙の完全組立状態における測定は、（ａ）の場合
と同様に行なって、次式で演算して求める。

ｚ′＝Ω’　−ｍ 尚、このように傾斜したシュラウドカバーの場合には、
左図のように、ワイン１４ｃの一部を切り欠いて測定子
６ｄを埋込むと便利である。

軸方向間隙Ｎについては（ａ）の場合と全く同一である
。

（ｄ）は、シャフトグランド間隙の代表点の詳細を示す
。

この場合には、パツキン櫛歯１２が、パツキンヘッド５
の溝のあご１７に、バネ１８により押し・けられている
ので、測定６ｅは、パツキンヘッド５に埋込んでも良い
、この場合にも、（ａ）と同様に、完全組立時の半径方
向間 隙は次のように求められる。

Ｚ′＝Ω’　−ｍ グランドパツキンの軸方向間隙についてはＨＰ最終段の
Ｎ′間隙、又は、ＨＰ最終前段のＮ′間隙により容易に
推定出来るので、完全組立後の測定は必要とされない。

さて、全ての代表点における、完全組立後の間隙測定が
行なわれて、この基準データを基に、演算装置によって
、全てのヒータ間隙が求められ、アウトプットされたデ
ータを検討した結果、更に調整を要する事が判明した場
合には次のように、車室単体毎の修正を実施する。

（１）軸方向間隙については車室の前後にあるスラスト
キーの厚みを調節して前後に微動させて行なう。

（２）半径方向間隙については、径を変化させる事は出
来ないが、上下、左右に変化させて適正間隙を得る事が
出来る。これは、車室の前後にあるセンターキーの厚み
を調節して左右に微動させ、或いはベースプレートには
さんだシムの厚みを調整して上・下に微動させて行なう
。

更に、運転状態における間隙を知るには、一度タービン
を停止して（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）の測定を行
なうことによって、極めて近似の間隙値を得る事が出来
る。

次に、測定子の能力の関係で、代表点の間隙を直接測定
出来ずに代替面を設けた場合について第３図により説明
する。

仮りに、シュラウドカバー１５ａの先端が尖っており、
測定子６ａの感度が低下する場合には、測定子の位置を
６ａ’に移して、翼固定部端面２１との間に代替面を設
けた場合の間隙は次のようにして求められる。

Ｎ’　＝　（ａ′＋ｋ）　−ｍ 〔発明の効果〕 本発明によれば、蒸気タービンの完全組立時の実際のロ
ータ間隙を知る事が出来るので、間隙の適正化が図られ
る・ 特に、定期点検時のロータ間隙調整が困難とされている
。バネ支持架台上に据付けられた蒸気タービンに適用す
れば、容易に適正間隙を得る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のＨＰツタ−ン最終段付近
の断面図、第２図は間隙測定の説明図、第３図は代替面
による測定の説明図、第４図は蒸気タービンの間隙の説
明図である。 代理人　代理士　小川勝男　１゛ニー汁ｉ”１．Ｖ第２
０ （幻 Ｚ／　＋＋−亥口定部堺ｉ ＣＤ） 処年図 （Ｃ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸気タービンの、車室ならびに隔板等がロータと接
   する最小間隙となら部分を数点選定して、この部分の静
   止体側に、非接触形の間隙測定子を埋込み、前記間隙測
   定子の端面と向い合っている前記ロータとの最短距離を
   、完全に組立てられた前記蒸気タービンの外部より自動
   計測し、前記間隙測定子の特性により、シュラウドカバ
   ーの先端等の尖った面に対する計測精度が劣る場合には
   、その他の面に代替点を設けることを特徴とする蒸気タ
   ービンの間隙測定法。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記で得たデータ
   と、前記蒸気タービンを組立てる途中において、あらか
   じめ計測済のロータ寸法とフィン寸法ならびに前記間隙
   測定子との関連寸法等のデータを、マイコン等を用いて
   演算処理することを特徴とする蒸気タービンの間隙測定
   法。