JPWO2018167907A1 - 蒸気タービン - Google Patents
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Abstract
軸線に沿って延びるロータ本体（１８）と、複数段の動翼列（１３）と、複数段の動翼列（１３）の軸線方向一方側（Ｄａ１）に設けられたバランスピストン（２０）と、を有するロータ（９）と、ロータ（９）を軸線の径方向外側から覆い、ロータ（９）との間に、動翼列（１３）に対応して形成される複数の翼室（２５）と、バランスピストン（２０）の軸線方向他方側（Ｄａ２）に形成される第一の部屋（２７）と、バランスピストン（２０）の軸線方向一方側（Ｄａ１）に形成される第二の部屋（２８）と、を形成するケーシング（７）と、ロータ（９）にかかるスラスト力を受けるスラスト軸受（１０）と、第一の部屋（２７）に蒸気を導入する蒸気入口（１４）と、第二の部屋（２８）と、複数の翼室のうち一の翼室（２５ｅ）と、を接続する第一配管（２９）と、第一配管（２９）に設けられた第一調整弁（３１）と、第二の部屋（２８）と、複数の翼室のうち一の翼室とは内部圧力の異なる他の翼室（２５ｂ）と、を接続する第二配管（３０）と、第二配管（３０）に設けられた第二調整弁（３２）と、スラスト軸受（１０）にかかるスラスト力に基づいて第一調整弁（３１）と第二調整弁（３２）とを制御する制御装置（１２）と、を備える蒸気タービン（１）を提供する。
Description
本発明は、蒸気タービンに関する。
蒸気タービンは、運転中にロータにかかるスラスト力を受けるために、スラスト軸受を備えている。スラスト軸受の負荷能力には限界があるため、いかなる運転状態であってもロータにかかるスラスト力がスラスト軸受の負荷能力を超えないように、スラストバランスを考慮した設計を行う必要がある。
特許文献１には、ロータにバランスピストン（ダミーピストン）を設けて、このバランスピストンに蒸気タービンの運転に伴うスラスト力とは反対向きのスラスト力（バランススラスト力）を発生させる蒸気タービンが開示されている。
特許文献１に記載の蒸気タービンは、バランスピストンにかかる圧力を調整するために、バランスピストンの動翼側とは反対側の部屋とタービン車室内の翼室とを接続する配管に圧力調整弁を設けている。これにより、バランスピストンに作用するスラスト力を調整することができる。
ところで、特許文献１に記載の蒸気タービンにおいては、バランススラスト力の調整幅が小さいという課題があった。即ち、最大のバランススラスト力は、配管が接続された翼室の内部圧力に依存するため、より大きなバランススラスト力を発生させる必要が生じた場合においても対応ができないという課題があった。
本発明は、スラスト軸受にかかるスラスト力が大きく変化した場合においても、バランスピストンを用いて対応することができる蒸気タービンを提供することを目的とする。
本発明の第一の態様によれば、蒸気タービンは、軸線に沿って延びるロータ本体と、複数段の動翼列と、前記複数段の動翼列の軸線方向一方側に設けられたバランスピストンと、を有するロータと、前記ロータを前記軸線の径方向外側から覆い、前記ロータとの間に、前記動翼列に対応して形成される複数の翼室と、前記バランスピストンの軸線方向他方側に形成される第一の部屋と、前記バランスピストンの軸線方向一方側に形成される第二の部屋と、を形成するケーシングと、前記ロータにかかるスラスト力を受けるスラスト軸受と、前記第一の部屋に蒸気を導入する蒸気入口と、前記第二の部屋と、前記複数の翼室のうち一の翼室と、を接続する第一配管と、前記第一配管に設けられた第一調整弁と、前記第二の部屋と、前記複数の翼室のうち前記一の翼室とは内部圧力の異なる他の翼室と、を接続する第二配管と、前記第二配管に設けられた第二調整弁と、前記スラスト軸受にかかるスラスト力に基づいて前記第一調整弁と前記第二調整弁とを制御する制御装置と、を備える。
このような構成によれば、バランスピストンにかかるスラスト力をより大きな調整幅で調整することができる。これにより、スラスト軸受にかかるスラスト力が大きく変化した場合においても、バランスピストンを用いて対応することができる。
上記蒸気タービンにおいて、前記制御装置は、蒸気タービンの運転点から蒸気タービンの排気流量を導く運転点マップに基づいて蒸気タービンの前記排気流量を推定し、前記排気流量に基づいて前記スラスト軸受にかかるスラスト力を推定してよい。
このような構成によれば、スラスト力を推定するのにあたって、スラスト軸受の温度を測定する装置などの測定装置が不要となるため、低コストでの運用が可能となる。
上記蒸気タービンにおいて、前記スラスト軸受のメタル温度を測定するメタル温度測定装置を有し、前記制御装置は、前記スラスト軸受のメタル温度に基づいて前記スラスト軸受にかかるスラスト力を推定してよい。
このような構成によれば、例えば、スラスト軸受のメタル温度が閾値より高くなった場合に、スラスト力が過剰であると推定することができる。
上記蒸気タービンにおいて、前記スラスト軸受にかかる荷重を測定する荷重測定装置を有し、前記制御装置は、前記スラスト軸受にかかる荷重に基づいて前記スラスト軸受にかかるスラスト力を推定してよい。
このような構成によれば、スラスト軸受にかかる荷重を参照することによって、直接的にスラスト力を推定することができる。
本発明によれば、バランスピストンにかかるスラスト力をより大きな調整幅で調整することができる。これにより、スラスト軸受にかかるスラスト力が大きく変化した場合においても、バランスピストンを用いて対応することができる。
図１に示すように、本実施形態の蒸気タービン１は、蒸気のエネルギーを回転動力として取り出す外燃機関であって、発電所における発電機等に用いられるものである。
本実施形態の蒸気タービン１は、高圧タービン２と低圧タービン３とを有し、中間段から蒸気を抽気することができる蒸気タービンである。蒸気タービン１は、高圧タービン２に供給する高圧蒸気の流量を加減する蒸気加減弁４と高圧タービン２から低圧タービン３に供給する蒸気の流量を加減する抽気調整弁５と、を有している。また、蒸気タービン１は、ロータ９の回転速度等に応じて蒸気加減弁４及び抽気調整弁５を制御する調速機（電子ガバナ、図示せず）を有している。
本実施形態の蒸気タービン１は、高圧タービン２と低圧タービン３とを有し、中間段から蒸気を抽気することができる蒸気タービンである。蒸気タービン１は、高圧タービン２に供給する高圧蒸気の流量を加減する蒸気加減弁４と高圧タービン２から低圧タービン３に供給する蒸気の流量を加減する抽気調整弁５と、を有している。また、蒸気タービン１は、ロータ９の回転速度等に応じて蒸気加減弁４及び抽気調整弁５を制御する調速機（電子ガバナ、図示せず）を有している。
蒸気タービン１は、ケーシング７と、ケーシング７に固定されている複数の静翼列８と、軸線方向Ｄａに沿って延びるロータ９と、ロータ９にかかるスラスト力を受けるスラスト軸受１０と、ロータ９を回転自在に支持するジャーナル軸受１１と、制御装置１２を備えている。ロータ９は、軸線方向Ｄａに隣り合う静翼列８の間に配置される動翼列１３を有している。
静翼列８は、軸線方向Ｄａに間隔をあけて形成されている。静翼列８は、周方向に間隔をあけて設けられている複数の静翼から構成されている。
なお、以下では、ロータ９の軸線Ａが延びている方向を軸線方向Ｄａ、軸線Ａに対する周方向を単に周方向、軸線Ａに対する径方向を単に径方向とする。また、図１の左側を軸線方向一方側Ｄａ１、図１の右側を軸線方向他方側Ｄａ２とする。
高圧蒸気は、軸線方向一方側Ｄａ１（上流側）から導入されて軸線方向他方側Ｄａ２（下流側）に流れて排気される。
なお、以下では、ロータ９の軸線Ａが延びている方向を軸線方向Ｄａ、軸線Ａに対する周方向を単に周方向、軸線Ａに対する径方向を単に径方向とする。また、図１の左側を軸線方向一方側Ｄａ１、図１の右側を軸線方向他方側Ｄａ２とする。
高圧蒸気は、軸線方向一方側Ｄａ１（上流側）から導入されて軸線方向他方側Ｄａ２（下流側）に流れて排気される。
ケーシング７の内部には、蒸気の流路が形成されている。ケーシング７は、径方向の外側からロータ９を覆っている。ケーシング７は、高圧タービン２の外郭をなす高圧ケーシング７ａと、低圧タービン３の外郭をなす低圧ケーシング７ｂと、を有している。
高圧ケーシング７ａには、静翼列８及び動翼列１３の上流側から高圧ケーシング７ａの内部に高圧蒸気を導入する蒸気入口１４が形成されている。高圧ケーシング７ａの下流側部分には、高圧ケーシング７ａ内を通った蒸気を抽気する抽気出口１５が形成されている。
低圧ケーシング７ｂの下流側部分には、低圧ケーシング７ｂ内を通った蒸気を排気する排気出口１６が形成されている。
高圧ケーシング７ａには、静翼列８及び動翼列１３の上流側から高圧ケーシング７ａの内部に高圧蒸気を導入する蒸気入口１４が形成されている。高圧ケーシング７ａの下流側部分には、高圧ケーシング７ａ内を通った蒸気を抽気する抽気出口１５が形成されている。
低圧ケーシング７ｂの下流側部分には、低圧ケーシング７ｂ内を通った蒸気を排気する排気出口１６が形成されている。
動翼列１３と静翼列８とは、軸線方向Ｄａに交互に配置されている。高圧タービン２及び低圧タービン３は、それぞれ三段の動翼列１３及び静翼列８を有している。
ロータ９は、軸線方向Ｄａに沿って延びるロータ本体１８と、スラストカラー１９と、バランスピストン２０と、複数のディスク２１と、複数の翼本体２２と、を有している。
ディスク２１は、軸線方向Ｄａに沿って間隔をあけて複数設けられている。各々のディスク２１は、ロータ本体１８から径方向外側に張り出すように形成されている。翼本体２２は、ディスク２１の外周面に周方向に間隔をあけて複数設けられている。
各々の動翼列１３は、ディスク２１及び複数の翼本体２２によって構成されている。即ち、複数の動翼列１３とバランスピストン２０とは、同じロータ本体１８に設けられている。
ディスク２１は、軸線方向Ｄａに沿って間隔をあけて複数設けられている。各々のディスク２１は、ロータ本体１８から径方向外側に張り出すように形成されている。翼本体２２は、ディスク２１の外周面に周方向に間隔をあけて複数設けられている。
各々の動翼列１３は、ディスク２１及び複数の翼本体２２によって構成されている。即ち、複数の動翼列１３とバランスピストン２０とは、同じロータ本体１８に設けられている。
ロータ本体１８は、ケーシング７を貫通するように軸線Ａに沿って延びている。ロータ本体１８は、軸線方向Ｄａの中間部がケーシング７内に収容され、軸線方向Ｄａの両端部が、ケーシング７の外部に突出している。ロータ９の両端部は、ジャーナル軸受１１により軸線Ａ回りに回転自在に支持されている。軸線方向一方側Ｄａ１のジャーナル軸受１１の軸線方向一方側Ｄａ１には、ロータ９にかかるスラスト力を受けるスラスト軸受１０が設けられている。
スラストカラー１９は、ロータ９の軸線方向一方側Ｄａ１の端部に設けられている。スラストカラー１９は、ロータ本体１８の外周面から径方向外側に突出している。スラスト軸受１０は、ロータ９に形成されているスラストカラー１９に対応して設けられている。
スラスト軸受１０は、軸線方向他方側Ｄａ２からスラストカラー１９を支持する第一スラスト軸受１０ａと、軸線方向一方側Ｄａ１からスラストカラー１９を支持する第二スラスト軸受１０ｂと、を有している。高圧蒸気が上流側から下流側に流れることにより動翼列１３に作用するスラスト力は、第一スラスト軸受１０ａによって支持される。
また、スラスト軸受１０は、第一スラスト軸受１０ａのメタル温度を測定する温度測定装置２３、及び第一スラスト軸受１０ａにかかる荷重を測定する荷重測定装置を備えるセンサーを有している。
また、スラスト軸受１０は、第一スラスト軸受１０ａのメタル温度を測定する温度測定装置２３、及び第一スラスト軸受１０ａにかかる荷重を測定する荷重測定装置を備えるセンサーを有している。
ケーシング７の内部であって、ケーシング７とロータ９との間には、複数の翼室２５が形成されている。蒸気タービン１は、最も上流側（軸線方向一方側Ｄａ１）に配置されている動翼列１３に対応する第一翼室２５ａから、最も下流側に配置されている動翼列１３ｆに対応する第六翼室２５ｆまでの６つの翼室２５を有している。蒸気タービン１の運転中では、第一翼室２５ａ内の内部圧力が最も高く、第六翼室２５ｆ内の内部圧力が最も低い。即ち、下流側に向かうに従って、翼室２５内の内部圧力は低くなる。
蒸気タービン１は、蒸気入口１４から導入される蒸気がケーシング７のロータ貫通部分から漏出するのを防ぐグランド２６を有している。グランド２６は、例えば、ラビリンスシーリングによって構成されている。
蒸気タービン１には、軸線方向他方側Ｄａ２から軸線方向一方側Ｄａ１に向かって順に、ＨＰグランド２６ａ、ＭＰグランド２６ｂ、ＬＰグランド２６ｃが設けられている。
蒸気タービン１には、軸線方向他方側Ｄａ２から軸線方向一方側Ｄａ１に向かって順に、ＨＰグランド２６ａ、ＭＰグランド２６ｂ、ＬＰグランド２６ｃが設けられている。
バランスピストン２０は、高圧ケーシング７ａの内部であって、複数の動翼列１３の軸線方向一方側Ｄａ１に設けられている。バランスピストン２０は、ロータ本体１８の外周面から径方向外側に突出している。即ち、バランスピストン２０の外径は、ロータ本体１８の外形よりも大きい。
ケーシング７の内部であって、ケーシング７とロータ９との間には、バランスピストン２０の軸線方向他方側Ｄａ２（動翼列１３側）に形成される第一の部屋２７と、バランスピストン２０の軸線方向一方側Ｄａ１に形成される第二の部屋２８と、が設けられている。
バランスピストン２０は、軸線方向他方側Ｄａ２（第一の部屋２７）を向く第一面２０ａと軸線方向一方側Ｄａ１（第二の部屋２８）を向く第二面２０ｂとを有している。第一の部屋２７の内部圧力は、第一面２０ａに作用する。第二の部屋２８の内部圧力は、第二面２０ｂに作用する。
バランスピストン２０の外周面は、ＨＰグランド２６によって封止されている。
バランスピストン２０は、軸線方向他方側Ｄａ２（第一の部屋２７）を向く第一面２０ａと軸線方向一方側Ｄａ１（第二の部屋２８）を向く第二面２０ｂとを有している。第一の部屋２７の内部圧力は、第一面２０ａに作用する。第二の部屋２８の内部圧力は、第二面２０ｂに作用する。
バランスピストン２０の外周面は、ＨＰグランド２６によって封止されている。
第一の部屋２７と第五動翼列１３ｅに対応する第五翼室２５ｅとは、第一配管２９で接続されている。第一配管２９には、第一調整弁３１が設けられている。
第二の部屋２８と第二動翼列１３ｂに対応する第二翼室２５ｂとは、第二配管３０で接続されている。第二配管３０には、第二調整弁３２が設けられている。
即ち、第二の部屋２８と複数の翼室２５のうちの一の翼室である第五翼室２５ｅとは、第一配管２９によって接続され、第二の部屋２８と、第五翼室２５ｅとは内部圧力が異なる他の翼室である第二翼室２５ｂとは、第二配管３０によって接続されている。
第二配管３０は、第一配管２９から分岐させてもよい。
第二の部屋２８と第二動翼列１３ｂに対応する第二翼室２５ｂとは、第二配管３０で接続されている。第二配管３０には、第二調整弁３２が設けられている。
即ち、第二の部屋２８と複数の翼室２５のうちの一の翼室である第五翼室２５ｅとは、第一配管２９によって接続され、第二の部屋２８と、第五翼室２５ｅとは内部圧力が異なる他の翼室である第二翼室２５ｂとは、第二配管３０によって接続されている。
第二配管３０は、第一配管２９から分岐させてもよい。
第一調整弁３１が開状態、かつ、第二調整弁３２が閉状態である場合、第二の部屋２８の内部圧力Ｐ２と第五翼室２５ｅの内部圧力Ｐ４とが略同じになる。また、第一調整弁３１が閉状態、かつ、第二調整弁３２が開状態である場合、第二の部屋２８の内部圧力Ｐ２と第二翼室２５ｂの内部圧力Ｐ３とが略同じになる。
制御装置１２は、スラスト軸受１０のメタル温度に基づいて判定を行う軸受温度判定部１２ａと、蒸気タービン１の排気流量に基づいて判定を行う排気流量判定部１２ｂと、を有している。
次に、蒸気タービン１の運転点マップについて説明する。本実施形態の蒸気タービン１の制御装置１２の排気流量判定部１２ｂは、運転点マップを参照して蒸気タービン１の排気流量を導出することができる。
図２に示すように、運転点マップは、横軸をタービン出力（蒸気タービン１の出力）、縦軸を入口蒸気流量（蒸気入口１４から流入する蒸気の流量）とし、これらの相対関係に対応して、抽気流量について０％（図２の線分Ａ１−Ａ２）から１００％（図２の線分Ａ３−Ａ４）まで、縦軸方向にスケールを刻み、排気流量について、最小排気運転点（図２の線分Ａ４−Ａ３）と最大排気運転点（図２の線分Ａ２−Ａ５）とを示したものである。
図２に示すように、運転点マップは、横軸をタービン出力（蒸気タービン１の出力）、縦軸を入口蒸気流量（蒸気入口１４から流入する蒸気の流量）とし、これらの相対関係に対応して、抽気流量について０％（図２の線分Ａ１−Ａ２）から１００％（図２の線分Ａ３−Ａ４）まで、縦軸方向にスケールを刻み、排気流量について、最小排気運転点（図２の線分Ａ４−Ａ３）と最大排気運転点（図２の線分Ａ２−Ａ５）とを示したものである。
例えば、タービン出力が７０％であり、抽気流量が７５％であるとき、運転点マップ上で、運転点Ａ７が定まり、運転点Ａ７における入口蒸気流量、及び排気流量を導出することができる。
ここで、タービン出力は、ロータ９の回転速度制御出力信号に対応し、入口蒸気流量は蒸気加減弁４の操作信号に対応し、抽気流量は、抽気調整弁５の操作信号に対応している。よって、例えば、タービン出力の代わりにロータ９の回転速度制御出力信号を参照してもよい。また、入口蒸気流量を抽気出口１５を流れる蒸気の流量、及び排気出口１６を流れる蒸気の流量から求めてもよい。
このように、運転点マップを参照して蒸気タービン１の排気流量を導出する方法は、タービン出力及び抽気流量に限ることはなく、様々なパラメータを用いることができる。
ここで、タービン出力は、ロータ９の回転速度制御出力信号に対応し、入口蒸気流量は蒸気加減弁４の操作信号に対応し、抽気流量は、抽気調整弁５の操作信号に対応している。よって、例えば、タービン出力の代わりにロータ９の回転速度制御出力信号を参照してもよい。また、入口蒸気流量を抽気出口１５を流れる蒸気の流量、及び排気出口１６を流れる蒸気の流量から求めてもよい。
このように、運転点マップを参照して蒸気タービン１の排気流量を導出する方法は、タービン出力及び抽気流量に限ることはなく、様々なパラメータを用いることができる。
次に、本実施形態の蒸気タービン１の制御方法について説明する。
図３に示すように、蒸気タービン１の制御方法は、第一調整弁３１と第二調整弁３２とを、通常運転モードに設定する通常運転モード設定工程Ｓ１と、第一スラスト軸受１０ａのメタル温度Ｔに基づいてスラスト力を推定する軸受温度判定工程Ｓ２と、メタル温度Ｔが閾値Ｔ１以上となった場合に、運転点マップに基づいて排気流量を導出し、排気流量に基づいてスラスト力を推定する排気流量判定工程Ｓ３と、運転点マップを参照することによって導出された排気流量が閾値Ｆ１以上となった場合に調整弁３１，３２を緊急モードに設定する緊急モード設定工程Ｓ４と、を有している。
図３に示すように、蒸気タービン１の制御方法は、第一調整弁３１と第二調整弁３２とを、通常運転モードに設定する通常運転モード設定工程Ｓ１と、第一スラスト軸受１０ａのメタル温度Ｔに基づいてスラスト力を推定する軸受温度判定工程Ｓ２と、メタル温度Ｔが閾値Ｔ１以上となった場合に、運転点マップに基づいて排気流量を導出し、排気流量に基づいてスラスト力を推定する排気流量判定工程Ｓ３と、運転点マップを参照することによって導出された排気流量が閾値Ｆ１以上となった場合に調整弁３１，３２を緊急モードに設定する緊急モード設定工程Ｓ４と、を有している。
図示しないボイラ等から蒸気入口１４を介して高圧蒸気が導入されると、蒸気は、高圧タービン２の翼室２５及び低圧タービン３の翼室２５に流入し、ロータ９に回転力を与えながら、次第に、温度・圧力を低下させていく。仕事を終えた蒸気は、排気出口１６を介して蒸気タービン１外に排出される。
蒸気タービン１の運転中においては、ロータ９に軸線方向他方側Ｄａ２に向かうスラスト力が発生する。軸線方向他方側Ｄａ２に向かうスラスト力は、例えば、翼本体２２とディスク２１とに発生する差圧によって生じる。このスラスト力は、第一スラスト軸受１０ａによって支持される。
一方で、第一の部屋２７と第二の部屋２８との差圧によって、バランスピストン２０に軸線方向一方側Ｄａ１に向かうスラスト力（バランススラスト力）が発生する。本実施形態の蒸気タービン１は、第二翼室２５ｂと第二の部屋２８とを連通させて、第二翼室２５ｂの内部圧力を第二の部屋２８の内部圧力とを略同じにすることによってスラスト力とバランススラスト力とがバランスするように構成されている。
一方で、第一の部屋２７と第二の部屋２８との差圧によって、バランスピストン２０に軸線方向一方側Ｄａ１に向かうスラスト力（バランススラスト力）が発生する。本実施形態の蒸気タービン１は、第二翼室２５ｂと第二の部屋２８とを連通させて、第二翼室２５ｂの内部圧力を第二の部屋２８の内部圧力とを略同じにすることによってスラスト力とバランススラスト力とがバランスするように構成されている。
通常運転モード設定工程Ｓ１では、制御装置１２は、蒸気タービン１の起動後に蒸気タービン１を通常運転モードに設定する。通常運転モードでは、第二調整弁３２が開状態に設定され、第一調整弁３１が閉状態に設定される。
ここで、第一の部屋２７の内部圧力をＰ１、第二の部屋２８の内部圧力をＰ２、第二翼室２５ｂの圧力をＰ３、第五翼室２５ｅの圧力をＰ４とする。
ここで、第一の部屋２７の内部圧力をＰ１、第二の部屋２８の内部圧力をＰ２、第二翼室２５ｂの圧力をＰ３、第五翼室２５ｅの圧力をＰ４とする。
通常の蒸気タービン１の運転時においては、第二調整弁３２は開状態であり、第一調整弁３１は閉状態である。これにより、これにより、第二の部屋２８の内部圧力Ｐ２と第二翼室２５ｂの内部圧力Ｐ３は、略同じになる。
これにより、スラスト力とバランススラスト力とがバランスし、ロータ９全体として軸線方向Ｄａに作用する力がバランスする。即ち、第一スラスト軸受１０ａにかかるスラスト力が、第一スラスト軸受１０ａの負荷能力範囲内に収まる。
これにより、スラスト力とバランススラスト力とがバランスし、ロータ９全体として軸線方向Ｄａに作用する力がバランスする。即ち、第一スラスト軸受１０ａにかかるスラスト力が、第一スラスト軸受１０ａの負荷能力範囲内に収まる。
軸受温度判定工程Ｓ２は、蒸気タービン１の運転中において、第一スラスト軸受１０ａのメタル温度を監視する工程である。制御装置１２の軸受温度判定部１２ａは、第一スラスト軸受１０ａのメタル温度Ｔが閾値Ｔ１以上か否かを判定する。閾値Ｔ１は、例えば、１００℃に設定することができる。
制御装置１２の軸受温度判定部１２ａは、第一スラスト軸受１０ａのメタル温度Ｔが閾値Ｔ１より低い場合（ＮＯ）通常運転モードを続行する。
制御装置１２の軸受温度判定部１２ａは、第一スラスト軸受１０ａのメタル温度Ｔが閾値Ｔ１より低い場合（ＮＯ）通常運転モードを続行する。
一方、第一スラスト軸受１０ａのメタル温度Ｔが閾値Ｔ１以上の場合（ＹＥＳ）、排気流量判定工程Ｓ３を実行する。排気流量判定工程Ｓ３は、運転点マップに基づいて蒸気タービン１の排気流量を導出し、排気流量に基づいてスラスト力を推定する工程である。
制御装置１２の排気流量判定部１２ｂは、運転点マップを参照して蒸気タービン１の排気流量を導出する。次いで、制御装置１２の排気流量判定部１２ｂは、蒸気タービン１の排気流量Ｆが閾値Ｆ１以上か否かを判定する。閾値Ｆ１は、最大排気運転点を排気流量１００％、最小排気運転点を排気流量０％とすると、排気流量９０％とすることができる。
制御装置１２の排気流量判定部１２ｂは、排気流量Ｆが閾値Ｆ１より小さい場合、通常運転モードを続行する。これは、第一スラスト軸受１０ａのメタル温度Ｔの上昇がスラスト軸受１０の摩耗による現象であったり、油の性状の悪化による現象であると考えられるためである。即ち、バランスピストン２０前後の差圧の調整を行っても、メタル温度Ｔの上昇は改善しないと考えられる場合は、通常運転モードを続行する。
一方、排気流量Ｆが閾値Ｆ１以上の場合は、排気流量Ｆの上昇に伴いスラスト力が過大になっていると考えられるため、制御装置１２の排気流量判定部１２ｂは、第一スラスト軸受１０ａの負荷を軽減するために、緊急モードに設定する。緊急モードでは、第二調整弁３２が閉状態に設定され、第一調整弁３１が開状態に設定される。
これにより、第二の部屋２８の内部圧力Ｐ２と第五翼室２５ｅとの内部圧力Ｐ４は、略同じになる。第五翼室２５ｅの内部圧力Ｐ４は、第二翼室２５ｂの内部圧力Ｐ３よりも低いため、第二の部屋２８の内部圧力Ｐ２が減少し、軸線方向一方側Ｄａ１に向かうバランススラスト力は増大する。これにより、第一スラスト軸受１０ａの負荷が軽減される。
これにより、第二の部屋２８の内部圧力Ｐ２と第五翼室２５ｅとの内部圧力Ｐ４は、略同じになる。第五翼室２５ｅの内部圧力Ｐ４は、第二翼室２５ｂの内部圧力Ｐ３よりも低いため、第二の部屋２８の内部圧力Ｐ２が減少し、軸線方向一方側Ｄａ１に向かうバランススラスト力は増大する。これにより、第一スラスト軸受１０ａの負荷が軽減される。
上記実施形態によれば、ロータ９にかかるスラスト力に応じて、第一配管２９と第二配管３０とを切り替えることによって、バランスピストン２０にかかるスラスト力をより大きな調整幅で調整することができる。これにより、スラスト軸受１０にかかるスラスト力が大きく変化した場合においても、バランスピストン２０を用いて対応することができる。
また、スラスト軸受１０のメタル温度Ｔに加え、運転点マップを用いてスラスト力を推定することによって、より正確にスラスト軸受１０の状態を推定することができる。
なお、上記実施形態では、軸受温度判定部１２ａにおいて、メタル温度Ｔに基づいてスラスト力を推定する構成としたがこれに限ることはない。センサーが有する荷重測定装置２４によって測定される荷重に基づいてスラスト力を推定してもよい。これにより、より直接的にスラスト力を推定することができる。
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記実施形態では、第二の部屋２８と翼室２５を連通させる配管を二本としたが、これに限ることはなく、例えば、三本以上の配管を第二の部屋２８と連通させて、第二の部屋２８の内部圧力Ｐ２の設定範囲を広げてもよい。
例えば、上記実施形態では、第二の部屋２８と翼室２５を連通させる配管を二本としたが、これに限ることはなく、例えば、三本以上の配管を第二の部屋２８と連通させて、第二の部屋２８の内部圧力Ｐ２の設定範囲を広げてもよい。
また、上記実施形態では、スラスト軸受１０のメタル温度Ｔと運転点マップによって推定された蒸気タービン１の排気流量Ｆに基づいて調整弁３１，３２を開閉する構成としたが、これに限ることはない。例えば、運転点マップのみに基づいて調整弁３１，３２を制御してもよい。即ち、運転点マップによって排気流量Ｆが最大排気運転点の９０％であると推定された場合に、調整弁３１，３２を切り替えてもよい。また、スラスト軸受１０のメタル温度Ｔのみに基づいて調整弁３１，３２を制御したり、スラスト軸受１０にかかる荷重のみに基づいて調整弁３１，３２を制御する構成としてもよい。
また、上記実施形態では、調整弁３１，３２を完全に開閉する構成としたが、これに限ることはなく、調整弁３１，３２の開度を調整して、第二の部屋２８の内部圧力Ｐ２を調整する構成としてもよい。
１ 蒸気タービン
２ 高圧タービン
３ 低圧タービン
４ 蒸気加減弁
５ 抽気調整弁
７ ケーシング
７ａ 高圧ケーシング
７ｂ 低圧ケーシング
８ 静翼列
９ ロータ
１０ スラスト軸受
１１ ジャーナル軸受
１２ 制御装置
１２ａ 軸受温度判定部
１２ｂ 排気流量判定部
１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ） 動翼列
１４ 蒸気入口
１５ 抽気出口
１６ 排気出口
１８ ロータ本体
１９ スラストカラー
２０ バランスピストン
２０ａ 第一面
２０ｂ 第二面
２１ ディスク
２２ 翼本体
２３ 温度測定装置
２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ） 翼室
２６ グランド
２７ 第一の部屋
２８ 第二の部屋
２９ 第一配管
３０ 第二配管
３１ 第一調整弁
３２ 第二調整弁
Ａ 軸線
Ｄａ 軸線方向
Ｄａ１ 軸線方向一方側
Ｄａ２ 軸線方向他方側
２ 高圧タービン
３ 低圧タービン
４ 蒸気加減弁
５ 抽気調整弁
７ ケーシング
７ａ 高圧ケーシング
７ｂ 低圧ケーシング
８ 静翼列
９ ロータ
１０ スラスト軸受
１１ ジャーナル軸受
１２ 制御装置
１２ａ 軸受温度判定部
１２ｂ 排気流量判定部
１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ） 動翼列
１４ 蒸気入口
１５ 抽気出口
１６ 排気出口
１８ ロータ本体
１９ スラストカラー
２０ バランスピストン
２０ａ 第一面
２０ｂ 第二面
２１ ディスク
２２ 翼本体
２３ 温度測定装置
２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ） 翼室
２６ グランド
２７ 第一の部屋
２８ 第二の部屋
２９ 第一配管
３０ 第二配管
３１ 第一調整弁
３２ 第二調整弁
Ａ 軸線
Ｄａ 軸線方向
Ｄａ１ 軸線方向一方側
Ｄａ２ 軸線方向他方側
Claims (4)
- 軸線に沿って延びるロータ本体と、複数段の動翼列と、前記複数段の動翼列の軸線方向一方側に設けられたバランスピストンと、を有するロータと、
前記ロータを前記軸線の径方向外側から覆い、前記ロータとの間に、前記動翼列に対応して形成される複数の翼室と、前記バランスピストンの軸線方向他方側に形成される第一の部屋と、前記バランスピストンの軸線方向一方側に形成される第二の部屋と、を形成するケーシングと、
前記ロータにかかるスラスト力を受けるスラスト軸受と、
前記第一の部屋に蒸気を導入する蒸気入口と、
前記第二の部屋と、前記複数の翼室のうち一の翼室と、を接続する第一配管と、
前記第一配管に設けられた第一調整弁と、
前記第二の部屋と、前記複数の翼室のうち前記一の翼室とは内部圧力の異なる他の翼室と、を接続する第二配管と、
前記第二配管に設けられた第二調整弁と、
前記スラスト軸受にかかるスラスト力に基づいて前記第一調整弁と前記第二調整弁とを制御する制御装置と、を備える蒸気タービン。 - 前記制御装置は、蒸気タービンの運転点から蒸気タービンの排気流量を導く運転点マップに基づいて蒸気タービンの前記排気流量を推定し、前記排気流量に基づいて前記スラスト軸受にかかるスラスト力を推定する請求項１に記載の蒸気タービン。
- 前記スラスト軸受のメタル温度を測定する温度測定装置を有し、
前記制御装置は、前記スラスト軸受のメタル温度に基づいて前記スラスト軸受にかかるスラスト力を推定する請求項１又は請求項２に記載の蒸気タービン。 - 前記スラスト軸受にかかる荷重を測定する荷重測定装置を有し、
前記制御装置は、前記スラスト軸受にかかる荷重に基づいて前記スラスト軸受にかかるスラスト力を推定する請求項１又は請求項２に記載の蒸気タービン。
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