KR102133733B1

KR102133733B1 - 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치 및 회전 기계, 그리고 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 방법

Info

Publication number: KR102133733B1
Application number: KR1020187026960A
Authority: KR
Inventors: 도모히로 이시다; 도모유키 오니시; 마코토 곤도; 다쿠미 마츠무라; 가츠히사 하마다
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2020-07-14
Also published as: DE112016006655T5; CN109072718A; US20190048741A1; US11111817B2; WO2017163482A1; JP2017172549A; CN109072718B; KR20180112040A; JP6649147B2

Abstract

러닝 코스트나 설비비의 증대를 초래할 일 없이, 지지부를 냉각하여 지지부의 열 신장·열 변형을 억제할 수 있는, 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치 및 그것을 사용한 회전 기계, 그리고 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 방법을 제공한다. 회전체 본체(20) 및 이 회전체 본체(20)의 축방향 양 외측에 고정된 한 쌍의 회전축 단(21)을 갖는 회전체(2)와, 회전체 본체(20)를 수용함과 함께 각 회전축 단(21)이 관통하는 케이싱(30)과, 회전축 단(21)을 회전 가능하게 지지하고 윤활 라인(60)으로부터 베어링면(41)에 윤활 유체가 공급되는 베어링부(4)와, 케이싱(30)을 지지하는 지지부(5)를 구비한 회전 기계에 있어서, 상기 윤활 유체와 지지부(5)를 열 교환시켜서 지지부(5)를 냉각한다.

Description

회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치 및 회전 기계, 그리고 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 방법

본 발명은 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치 및 그것을 사용한 회전 기계, 그리고 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 방법에 관한 것이다.

증기 터빈이나 가스 터빈의 차실에는, 굽은 다리라고 불리는 돌출부가 설치되고, 이 굽은 다리를 통하여 차실을 지지한 것이 알려져 있다. 구체적으로는, 지지대를 지반 상에 기립 설치하고, 이 지지대에 굽은 다리를 적재함으로써 차실을 지지하고 있다.

터빈의 운전 중, 굽은 다리 및 지지대는, 고온이 되기 때문에 열 신장되고, 굽은 다리 및 지지대의 두께 방향(연직 상향)으로의 열 신장은, 차실을 전체적으로 연직 상방으로 변위시킨다. 또한, 굽은 다리 및 지지대에는 3차원적인 온도 분포가 형성되기 때문에, 굽은 다리에는, 열 신장 차에 의해 상방으로 볼록해지는 열 변형이나 끝이 가늘게 되는 열 변형이 발생하고, 이 열 변형도 또한 차실을 전체적으로 연직 상방으로 변위시킨다.

그 한편, 터빈의 운전중의 로터의 온도 분포는, 로터 회전축에 대하여 대칭이다. 이 때문에, 로터는, 열 신장하더라도 로터 회전축의 높이는 크게 변위하지 않는다.

그 결과, 터빈의 운전 중, 차실이 로터에 대하여 상대적으로 상방으로 움직여서, 차실과 로터 사이의 간극은, 상부에서 넓어지고 하부에서 좁아지게 된다.

차실의 열 변형이 큰 경우에는, 차실과 로터가 하부에서 접촉하여 진동이 발생한다. 열 변형이 극단적으로 큰 경우에는, 차실과 로터가 강하게 접촉하여 이들의 차실과 로터가 손상되어, 터빈의 운전에 지장을 초래하는 경우도 있다.

특허문헌 1에는, 이러한 열 신장에 의한 차실의 연직 상방의 변위를 억제하도록 한 기술이 개시되어 있다. 이하, 특허문헌 1에 개시된 기술에 대하여 설명하는데, 참고로 특허문헌 1에서 사용되고 있는 부호를 괄호로 나타낸다.

특허문헌 1(단락 [0044]∼[0045] 및 도 4 등 참조)에 개시된 기술에서는, 상기 지지대에 상당하는 지주(6)의 내부에 통로(13)를 형성하고, 이 통로(13) 내에, 공기나 물 등의 냉각 유체를 유통시켜서 지주(6)를 냉각하고 있다. 이에 의해, 지주(6)의 열 팽창(열 신장)을 억제하여, 터빈차실(1)의 연직 상방으로의 변위를 억제하고 있다.

일본 특허 제4347269호 공보

그러나, 특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 지주(6)에 공급하기 위한 냉각 유체 및 냉각 유체를 공급하기 위한 설비가 새롭게 필요하게 되기 때문에, 러닝 코스트나 설비비의 증대를 초래한다는 과제가 있다.

본 발명은 러닝 코스트나 설비비의 증대를 억제하면서, 지지부를 냉각하여 지지부의 열 신장·열 변형을 억제할 수 있는, 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치 및 그것을 사용한 회전 기계, 그리고 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치는, 회전체 본체 및 상기 회전체 본체의 축방향 양 외측에 고정된 한 쌍의 회전축 단을 갖는 회전체와, 상기 회전체 본체를 수용함과 함께 상기 각 회전축 단이 관통하는 케이싱과, 상기 회전축 단을 회전 가능하게 지지하고 윤활 라인으로부터 베어링면에 윤활 유체가 공급되는 베어링부와, 상기 케이싱을 지지하는 지지부를 구비한 회전 기계에 있어서, 상기 지지부를 냉각하는, 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치이며, 상기 윤활 라인에, 상기 윤활 유체와 상기 지지부를 열 교환시켜서 상기 지지부를 냉각하는 열 교환부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

(2) 상기 지지부는, 상기 케이싱의 본체로부터 돌출된 돌출부와, 상기 돌출부가 적재되는 지지대를 갖고, 상기 케이싱의 본체의 외표면과 상기 돌출부의 외표면에 보온층이 설치되어 있는 것이 바람직하다.

(3) 상기 지지부는, 상기 케이싱의 본체로부터 돌출된 돌출부와, 상기 돌출부가 적재되는 지지대를 갖고, 상기 열 교환부는 상기 지지대에 내장된 것이 바람직하다.

(4) 상기 지지부는, 상기 케이싱의 본체로부터 돌출된 돌출부와, 상기 돌출부가 적재되는 지지대를 갖고, 상기 열 교환부는, 상기 돌출부의 돌출 방향을 따라서 병설된 복수의 지관을 갖고, 상기 복수의 지관은, 상기 케이싱의 본체에 가까울수록 상기 윤활 유체가 많이 공급되도록 조정이 이루어진 것이 바람직하다.

(5) 상기 윤활 라인은, 상기 윤활 유체를, 상기 열 교환부를 바이패스시켜서 상기 베어링면에 공급하는 바이패스 라인을 갖고, 상기 열 교환부를 바이패스하는 상기 윤활 유체의 유량과, 상기 열 교환부에 공급되는 상기 윤활 유체의 유량의 분배를 조정하는 분배 조정 수단과, 상기 지지부의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과, 상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도가 높아질수록, 상기 열 교환부에 공급되는 상기 윤활 유체의 유량이 많아지도록 상기 분배 조정 수단의 작동을 제어하는 제어 장치를 구비하는 것이 바람직하다.

(6) 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 회전 기계는, (1)∼(5) 중 어느 하나에 기재된 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

(7) 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 방법은, 회전체 본체 및 상기 회전체 본체의 축방향 양 외측에 고정된 한 쌍의 회전축 단을 갖는 회전체와, 상기 회전체 본체를 수용함과 함께 상기 각 회전축 단이 관통하는 케이싱과, 상기 회전축 단을 회전 가능하게 지지하고 윤활 라인으로부터 베어링면에 윤활 유체가 공급되는 베어링부와, 상기 케이싱을 지지하는 지지부를 구비한 회전 기계에 있어서, 상기 지지부를 냉각하는, 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 방법이며, 상기 윤활 유체와 상기 지지부를 열 교환시켜서 상기 지지부를 냉각하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 따르면, 베어링면에 공급되는 윤활유를 사용하여 지지부를 냉각할 수 있으므로, 지지부를 냉각하기 위한 냉각 매체를 별도 준비할 필요가 없어, 지지부를 냉각하기 위하여 새롭게 설치하는 설비가 거의 불필요하게 된다.

따라서, 러닝 코스트나 설비비의 증대를 억제하면서, 지지부의 열 신장·열 변형을 억제할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 각 실시 형태에 따른 터빈의 전체 구성을 도시하는 모식적인 측면도이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태로서의 차실 지지부의 냉각 장치의 구성을 도시하는 모식적인 사시도를 주요부 확대도와 함께 도시하는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태 변형예 구성을 도시하는 모식적인 주요부 측면도이다.
도 4는, 본 발명의 제2 실시 형태로서의 차실 지지부의 냉각 장치의 구성을 도시하는 모식적인 사시도를, 주요부 확대도 및 제어 블록도와 함께 도시하는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

이하에 나타내는 각 실시 형태는 어디까지나 예시에 지나지 않고, 이하의 각 실시 형태에서 명시하지 않는 여러가지 변형이나 기술의 적용을 배제할 의도는 없다. 이하의 각 실시 형태의 각 구성은, 그것들의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변형되어서 실시할 수 있음과 함께, 필요에 따라 취사 선택할 수 있거나, 또는 적절히 조합하는 것이 가능하다.

이하의 각 실시 형태에서는, 본 발명을 터빈에 적용한 예를 설명한다.

[1. 제1 실시 형태]

[1-1. 터빈의 전체 구성]

이하, 도 1을 참조하여 본 실시 형태로서의 터빈의 전체 구성에 대하여 설명한다.

도 1은, 터빈의 전체 구성을 도시하는 모식적인 측면도이다.

터빈(회전 기계)(1)은, 로터(회전체)(2)와, 로터(2)를 수용하는 차실(케이싱)(3)과, 로터(2)를 회전 가능하게 지지하는 베어링 상자(베어링부)(4)와, 지반(200) 상에서 차실(3)을 지지하는 차실 지지부(이하 「지지부」라고도 표기한다)(5)를 구비하고 있다.

로터(2)는 그 회전 중심선(이하 「로터 회전 중심선」이라고도 표기한다)(CL)을 수평하게 한 자세로 차실(3) 내에 수용되어 있다. 로터(2)는 로터 본체(회전체 본체)(20)와, 로터 본체(20)의 축방향 양 외측에 설치된 한 쌍의 로터축 단(회전축 단)(21)을, 로터 회전 중심선(CL) 상에 나열하여 일체 형성되어 있다.

로터 본체(20)는 차실(3)의 내부에 수용되어 있다. 각 로터축 단(21)은 차실(3)을 관통하고 있고, 각 로터축 단(21)의 선단측은 차실(3)의 외부에 노출되고 베어링 상자(4)에 의해 지지되어 있다.

로터 본체(20)는 차실(3)의 내부에 흐르는 작동 유체(예를 들어 과열 증기나 연소 가스)에 의해 구동되어서 회전력을 부여되고, 이 회전력에 의해 로터축 단(21)을 통하여 연결된 발전기나 압축기(모두 도시 생략)를 구동한다.

차실(3)은 상하로 반분되어 있고, 상차실(30)과, 하차실(31)을 구비한다. 로터축 단(21)은 상차실(30)과 하차실(31)의 맞닿음면에 있어서 차실(3)로부터 외부로 인출되어 있다.

지지부(5)는 상차실(30)의 본체 또는 하차실(31)의 본체, 본 실시 형태에서는 상차실(30)의 본체(이하 「상차실 본체」라고도 표기한다)(30a)의 네 코너 근방에서 로터축 단(21)의 축방향으로 돌출된 돌출부(50)와, 지반(200) 상에 기립 설치된 상자형 형상의 지지대(51)를 구비하고 있고, 지지대(51)의 상면(천장벽 외면)(51a1)에 돌출부(50)를 적재함으로써 차실(3)이 지지부(5)를 통하여 지반(200) 상에 지지된다. 돌출부(50)는 그 형상으로부터 굽은 다리라고 불리고 있고, 이하, 돌출부(50)를 굽은 다리(50)라고도 표기한다.

[1-2. 차실 지지부의 냉각 장치]

도 2를 참조하여, 베어링 상자(4) 및 지지대(51)에 대하여 재차 설명하면서, 본 발명의 제1 실시 형태로서의 차실 지지부의 냉각 장치(100)를 설명한다.

도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태로서의 차실 지지부의 냉각 장치(100)의 구성을 도시하는 모식적인 사시도를 주요부 확대도와 함께 도시하는 도면이다.

베어링 상자(4)의 로터축 단(21)을 지지하는 베어링면(로터축 단(21)이 미끄럼 접촉하는 미끄럼 접촉면)(41)에는, 윤활 라인(6)(도 1에서는 생략)에 의해, 저온(예를 들어 외기 온도 정도)의 윤활유(윤활 유체)가 순차 공급된다. 지지대(51)는 중공부(51A)를 가진 중공 상자형 형상을 하고 있고, 윤활 라인(6)은 이 중공부(51A)를 경유하여 베어링면(41)에 공급된다.

윤활 라인(6)은 지지대(51)에 내장된 열 교환부(60)와, 급유관(61)과, 베어링 상자(4)에 뚫어서 형성된 급유 구멍(62)과, 로터축 단(21)과 베어링면(41) 사이의 미소한 클리어런스(63)와, 베어링 상자(4)에 뚫어서 형성된 배유 구멍(64)과, 배유관(65)이 상류측부터 이 순서대로 배열됨과 함께 접속되어서 형성된다. 열 교환부(60)에는, 탱크나 펌프나 배관 등으로 이루어지는 윤활유 공급 장치(도시 생략)로부터 윤활유가 공급된다.

윤활유는 저온이며, 열 교환부(60)를 지지대(51)에 내장함으로써(윤활 라인(6)을 지지대(51)를 경유시킴으로써) 열 교환부(60)에 흐르는 윤활유에 의해 굽은 다리(50) 및 지지대(51)를 냉각할 수 있다. 즉, 본 실시 형태의 냉각 장치(100)는 윤활 라인(6)의 일부를 이루는 열 교환부(60)를 베어링 상자(4)에 내장시킴으로써 구성되어 있다.

또한, 도 2에서는, 편의적으로, 클리어런스(63)를 크게 나타내고, 도면 중 좌측의 지지대(51)에 관한 윤활 라인(6), 냉각 장치(100)를 생략하고 있다.

열 교환부(60)는 복수(본 실시 형태에서는 3개)의 지관(60a(1), 60a(2), 60a(3))과, 이들 지관(60a(1), 60a(2), 60a(3))이 집합하여 이루어지는 집합 헤더(60b)를 구비한다. 이하, 지관(60a(1), 60a(2), 60a(3))을 구별하지 않는 경우에는, 지관(60a)이라 표기한다.

복수의 지관(60a)은 수평 방향으로 배열되어서 설치되어 있다. 각 지관(60a)은 지지대(51)의 정면(51b)에 있어서 일단부(도 2중 우측 단부)를 상기 윤활유 공급 장치에 접속된 수평관(60a1)과, 수평관(60a1)의 타단부(도 2 중 좌측 단부)에 상단이 접속된 수직관(60a2)과, 수직관(60a2)의 하단에 일단(도 2 중 좌측 단부)이 접속된 수평관(60a3)을 구비한다.

즉, 각 지관(60a)은 지지대(51)의 중공부(51A) 내를 접는 유턴 형상을 하고 있다.

각 지관(60a)의 수평관(60a1)은, 지지대(51)의 천장벽 내면(51a2)의 상부에 가까운 위치에 배치되고, 천장벽(51a)을 사이에 두고 상방으로 대향하는 굽은 다리(50)의 하면(50a)의 대략 전체를 덮도록 배치되어 있다. 이에 의해, 수평관(60a1)과 굽은 다리(50)가 천장벽(51a)을 통하여 열 교환하고, 굽은 다리(50)가 수평관(60a1)을 유통하는 윤활유에 의해 하면(50a)으로부터 전체적으로 냉각되게 된다. 또한, 지지대(51)가 각 지관(60a)에 의해, 중공부(51A)를 통하여 또는 직접 냉각되게 된다.

또한, 각 지관(60a)을 지지대(51)의 중공부(51A) 내에서 접는 유턴 형상으로 함으로써, 각 지관(60a)의 관 길이(유로 길이)를 길게 하여 열 교환 면적을 넓게 취할 수 있다. 이에 의해, 지지대(51)가 효과적으로 냉각되어서 열 신장이 억제되고, 또한, 지지대(51)를 넓은 범위에서 냉각하여 균등한 온도 분포로 함으로써 열 변형이 억제된다.

집합 헤더(60b)에는, 각 지관(60a)의 수평관(60a3)의 타단부(도 2중 우측 단부)가 접속되어 있고, 각 지관(60a)으로부터 집합 헤더(60b)에 공급된 윤활유는, 지지대(51)로부터 유출되어 급유관(61)에 흐른다.

급유관(61)의 타단부(도 2 중 좌측 단부)는 베어링 상자(4)에 뚫어서 형성된 급유 구멍(62)의 입구에 접속되고, 급유 구멍(62)의 출구는, 로터축 단(21)과 베어링면(41) 사이의 클리어런스(63)에 접속되어 있다. 또한, 클리어런스(63)는 베어링 상자(4)에 뚫어서 형성된 배유 구멍(64)의 입구에 접속되고, 배유 구멍(64)의 출구는 배유관(65)에 접속되어 있다. 이에 의해, 급유관(61)으로부터 급유 구멍(62)을 통하여 베어링면(41)에 공급된 윤활유는, 배유 구멍(64)으로부터 배유관(65)을 통하여 배출되게 되어 있다.

[1-3. 작용·효과]

본 발명의 제1 실시 형태에 의하면, 베어링면(41)에 윤활유를 제공 배제하는 윤활 라인(6)의 일부를, 지지대(51)에 열 교환부(60)로서 내장함으로써, 이 열 교환부(60)를 유통하는 윤활유에 의해, 지지부(5)(굽은 다리(50) 및 지지대(51))를 냉각할 수 있다.

따라서, 지지부(5)의 열 신장을 억제할 수 있고, 특히 그 두께 방향으로의 열 신장을 억제함으로써, 차실(3)의 연직 상방의 변위를 억제할 수 있다.

또한, 윤활유를 냉각 매체로서 겸용하므로, 지지대(51) 및 굽은 다리(50)를 냉각하기 위한 냉각 매체를 별도 준비할 필요가 없어, 지지부(5)를 냉각하기 위한 전용 설비가 거의 불필요하게 된다.

따라서, 러닝 코스트나 설비비의 증대를 억제하면서, 지지대(51) 및 굽은 다리(50)를 냉각하여 지지대(51) 및 굽은 다리(50)의 열 신장·열 변형을 억제할 수 있다.

또한, 지지대(51)보다도 고온이 되는 굽은 다리(50)에 가까운 상부로부터, 열 교환기(60)에 윤활유가 공급되므로, 가장 저온의 상태의 윤활유에 의해 고온이 되는 굽은 다리(50)를 효율적으로 냉각할 수 있다.

[1-4. 변형예]

(1) 제1 변형예

배경기술의 설명 중에서 상술한 바와 같이 굽은 다리(50)에는 끝이 가늘게 되는 열 변형(이하 「끝이 가는 열 변형」이라고도 표기한다)이 발생한다. 이 끝이 가는 열 변형은, 굽은 다리(50)의 근본에 접근할수록, 즉 도 2 중 우측상단에 위치하여 상차실 본체(30a)에 가까워질수록 고온이 되는(반대로 말하면 선단이 될수록 저온이 된다) 온도 구배가 발생하는 것에 기인한다.

그래서, 굽은 다리(50)의 근원에 가까운 지관(60a)일수록 윤활유가 많이 흐르게 해도 된다. 즉, 지관(60a(1))의 윤활유의 유량 F(1), 지관(60a(2))의 윤활유의 유량 F(2), 지관(60a(3))의 윤활유의 유량 F(3)을 이 순서대로 커지도록 설정해도 된다(유량 F(1)<유량 F(2)<유량 F(3)).

이 유량 설정의 구체적인 방법은 전혀 한정되지 않지만, 예를 들어, 지관(60a(1), 60a(2), 60a(3))의 순서로 내경이 커지도록 관 사이즈를 설정해도 된다〔지관(60a(1))의 내경<지관(60a(2))의 내경<지관(60a(3))의 내경〕. 또는, 지관(60a(1), 60a(2), 60a(3)) 내에 오리피스를 설치하여 유량을 조정하게 해도 되고, 지관(60a(1), 60a(2), 60a(3))에의 각 유량을 조정하는 조정 밸브를 설치하여 유량을 조정하게 해도 된다.

이와 같이, 냉각 매체인 윤활유를, 굽은 다리(50)에 대하여 고온측(근본측)에서는 상대적으로 많게 흘리고, 저온측(선단측)에서는 상대적으로 적게 흘림으로써, 온도에 따른 유량으로 효율적으로 굽은 다리(50)를 냉각할 수 있고, 또한 굽은 다리(50)의 온도를 치우침이 없는 균일한 온도로 할 수 있다. 이에 의해, 굽은 다리(50)의 열 변형을 한층 효과적으로 억제할 수 있게 된다.

(2) 제2 변형예

본 변형예에 대해서, 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은, 본 변형예의 구성을 도시하는 모식적인 측면도이다(베어링 상자(4) 및 로터축 단(21)은 생략).

도 3에 도시한 바와 같이, 내열성이 우수한 보온층(7)을 상차실 본체(30a) 및 굽은 다리(50)에 있어서 외부에 표출하는 외주면, 즉 도 3에 있어서 망점을 표시한 개소에 설치해도 된다.

상술한 바와 같이, 굽은 다리(50)에는, 선단측일수록 저온이 되는 온도 구배가 있음을 알고 있으며, 보온층(7)을 설치함으로써, 이 온도 구배를 완화할 수 있다. 즉, 굽은 다리(50)의 근원부터 선단에 걸쳐서의 온도 분포를 평탄화할 수 있다. 이것은, 고온 상차실 본체(30a)로부터 이격되어 있기 때문에 방열하기 쉬운 굽은 다리(50)의 선단측이, 보온층(7)을 설치함으로써 당해 방열이 억제되어서 저온화가 억제되므로, 상기 온도 구배가 완화되기 때문이다. 이에 의해, 상기 온도 구배에 수반하는 굽은 다리(50)의 끝이 가는 열 변형을 억제할 수 있다.

또한, 지지부(5)를 냉각함으로써 전체적으로 온도가 저하되고, 지지부(5)의 온도 분포가 평탄화함과 함께 지지부(5)의 열 신장량 자체가 감소하므로, 열 신장 차가 완화된다. 이것에 의해서도, 굽은 다리(50)의 위로 볼록해지는 열 변형이나 끝이 가늘게 되는 열 변형 등, 열 신장 차에 기인한 열 변형을 억제할 수 있다.

그 한편, 보온층(7)을 설치함으로써 굽은 다리(50)가 전체적으로 고온이 되고, 그만큼, 굽은 다리(50)로부터 지지대(51)에의 전열량이 증가하는데, 지지대(51)는 열 교환부(60)에 의해 냉각되므로, 지지대(51)의 열 신장 및 열 변형을 억제할 수 있다.

이와 같이, 지지대(51)에 열 교환부(60)를 내장함과 함께 보온층(7)을 상차실 본체(30a)와 굽은 다리(50)의 외주면에 설치함으로써, 상승적으로 굽은 다리(50) 및 지지대(51)의 열 신장·열 변형을 억제할 수 있다.

[2. 제2 실시 형태]

[2-1. 구성]

도 4를 참조하여, 본 실시 형태의 차실 지지부의 냉각 장치(100A)를 설명한다. 또한, 상기 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.

도 4는, 본 발명의 제2 실시 형태로서의 차실 지지부의 냉각 장치(100A)의 구성을 도시하는 모식적인 사시도를, 주요부 확대도 및 제어 블록도와 함께 도시하는 도면이다. 또한, 도 4에서는, 편의적으로, 클리어런스(63)를 크게 나타내고, 도면 중 좌측의 지지대(5)에 관한 윤활 라인(6), 냉각 장치(100A)를 생략하였다.

본 실시 형태의 차실 지지부의 냉각 장치(100A)는 지지대(51)(열 교환부(60))에 공급하는 윤활유량을 조정할 수 있도록 한 점이, 제1 실시 형태의 차실 지지부의 냉각 장치(100)(도 2 참조)와는 상이하다.

구체적으로는, 상기 윤활유 공급 장치(도시 생략)가 급유관(61')에 접속되어서, 상기 윤활유 공급 장치로부터 윤활유가 우선 급유관(61')에 공급된다. 그리고, 급유관(61')으로부터 분기한 분기관(66)이 분배 헤더(67)의 연장 방향 중앙에 접속된다.

분배 헤더(67)는 지관(60a(1), 60a(2), 60a(3))의 배열 방향(여기서는 수평 방향)으로 연장되고, 분배 헤더(67)의 둘레면에는 이들의 지관(60a(1), 60a(2), 60a(3))의 입구가 병렬적으로 접속된다. 지관(60a(1), 60a(2), 60a(3))의 출구는 집합 헤더(60b)의 둘레면에 접속되고, 집합 헤더(60b)의 출구는, 합류관(68)의 입구에 접속되고, 합류관(68)의 출구는, 분기관(66)과 급유관(61')의 접속부보다도 하류측(베어링면(41)측)으로 급유관(61')에 접속되어 있다.

이와 같은 구성에 의해, 급유관(61')에 공급된 윤활유는, 분기관(66)에 흘러서, 그 후, 열 교환부(60), 합류관(68), 급유관(61')에서 이 순서대로 흘러서 베어링면(41)에 공급되는 것과, 분기관(66)에 흐르지 않고 열 교환부(60)를 바이패스하여 베어링면(41)에 공급되는 것으로 나뉜다. 즉, 급유관(61')에 있어서의, 분기관(66)의 접속부와 합류관(68)의 접속부 사이가, 열 교환부(60)를 바이패스하는 바이패스 유로(바이패스 라인)(69)로서 기능한다.

그리고, 분기관(66)에는 유량 조정 밸브(분배 조정 수단)(11)가 개재 장착되어 있다. 이 유량 조정 밸브(11)의 개방도를 제어함으로써, 분기관(66)에 유입하여 열 교환부(60)에 공급되는 윤활유량과, 바이패스 유로(69)에 유입하여 열 교환부(60)를 바이패스하는 윤활유량의 분배비가 제어된다.

또한, 지지대(51)의 온도(이하 「지지대 온도」라고 표기한다) T1을 검출하는 온도 센서(온도 검출 수단)(12)가 구비됨과 함께, 이 온도 센서(12)에 의해 검출된 지지대 온도 T1의 온도가 높아질수록, 유량 조정 밸브(11)의 작동을 제어하여 유량 조정 밸브(11)의 개방도를 크게 하는 제어 장치(10)가 구비되어 있다.

구체적으로는, 제어 장치(10)는 온도 센서(12)에 의해 검출된 지지대 온도 T1과, 기준 온도 TH를 비교하여, 지지대 온도 T1이 기준 온도 TH보다도 높은 경우에는, 유량 조정 밸브(11)의 개방도를 소정 개방도만큼 개방하여 열 교환부(60)에 공급되는 윤활유량을 증가시켜서, 지지대(51)의 냉각량을 증가시킨다. 그 한편, 제어 장치(10)는 지지대 온도 T1이, 기준 온도 TL보다도 낮은 경우에는, 유량 조정 밸브(11)의 개방도를 소정 개방도만큼 좁혀서 열 교환부(60)에 공급되는 윤활유량을 감소시켜서, 지지대(51)의 냉각량을 감소시킨다. 이 결과, 온도 센서(12)에 의해 검출된 지지대 온도 T1의 온도가 높아질수록, 기준 온도 TH가 될 때까지 유량 조정 밸브(11)의 개방도를 크게 하는 제어 횟수가 많아져서, 유량 조정 밸브(11)의 개방도가 크게 제어되게 된다.

또는, 지지대 온도 T1로부터 기준 온도 TH를 감한 온도차(=T1-TH)가 클수록, 유량 조정 밸브(11)의 1회당의 개방도 변경량을 크게 설정해도 된다.

또한, 기준 온도 TL은, 기준 온도 TH보다도 ΔT〔>0(0)〕만큼 낮은 온도로 설정되어 있고, 이에 의해 제어의 헌팅을 방지하고 있다.

이밖의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

[2-2. 작용·효과]

본 실시 형태에서는, 도 5에 도시하는 흐름도에 도시하는 바와 같이 제어가 행하여진다.

우선, 스텝 S10에 있어서, 온도 센서(12)에 의해 지지대 온도 T1이 검출된다.

이어서, 스텝 S20에 있어서, 이 지지대 온도 T1과 기준 온도 TH의 비교가 행하여져, 지지대 온도 T1이 기준 온도 TH보다도 높은 경우(T1>TH)에는, 스텝 S30으로 진행하여 유량 조정 밸브(11)의 개방도를 소정 개방도만큼 증가시키는 한편, 지지대 온도 T1이 기준 온도 TH 이하(T1≤TH)인 경우에는 스텝 S40으로 진행한다.

스텝 S40에서는, 지지대 온도 T1과 기준 온도 TL의 비교가 행하여져, 지지대 온도 T1이 기준 온도 TL보다도 낮은 경우(T1<TL)에는, 스텝 S50으로 진행하여 유량 조정 밸브(11)의 개방도를 소정 개방도만큼 감소시켜서 리턴하는 한편, 지지대 온도 T1이 기준 온도 TL 이상(T1≥TL)인 경우에는, 유량 조정 밸브(11)의 개방도를 변경하지 않고 리턴한다.

따라서, 본 실시 형태에 따르면, 지지대 온도 T1의 온도가 높을수록 유량 조정 밸브(11)의 개방도가 증가되게 되고, 지지대 온도 T1의 온도가 낮을수록 유량 조정 밸브(11)의 개방도가 감소되게 되므로, 굽은 다리(50) 및 지지대(51)에의 윤활유의 공급량을 지지대 온도 T1에 적당한 최적의 것으로 할 수 있다.

[2-3. 변형예]

(1) 지지대 온도 T1 대신에, 굽은 다리(50)의 온도(이하 「굽은 다리 온도」라고 표기한다) T2를 검출하고, 굽은 다리 온도 T2가 기준 온도 TH보다도 높은 경우에는, 유량 조정 밸브(11)의 개방도를 크게 하고, 굽은 다리 온도 T2가 기준 온도 TL보다도 낮은 경우에는, 유량 조정 밸브(11)의 개방도를 작게 하게 해도 된다.

또는, 열 교환부(60)의 입구 또는 출구에 있어서의 윤활유의 온도 TF를 계측하고, 지지대 온도 T1(또는 굽은 다리 온도 T2)과 윤활유 온도 TF의 차 ΔT(=T1-TF 또는 T2-TF)가 클수록 유량 조정 밸브(11)의 개방도를 개방하도록 해도 된다.

(2) 제1 실시 형태의 「1-4. 변형예」의 란에서 설명한 제1 변형예 및 제2 변형예의 적어도 한쪽을 본 제2 실시 형태에 적용해도 된다.

[3. 기타]

(1) 상기 각 실시 형태에서는, 윤활유가 유통하는 열 교환부(60)를 지지대(51)에 내장하여 지지대(51)를 냉각하도록 했지만, 이 양태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 열 교환부를, 윤활 라인을 구성하는 관의 일부를 굽은 다리(50)의 소정 개소(예를 들어 근원)에 접촉시킴으로써 구성해도 된다. 또는, 열 교환부를, 윤활 라인을 구성하는 관의 일부를, 지지대(51)의 외측에 감거나 하여 지지대(51)의 외면과 접촉시킴으로써 구성해도 된다.

(2) 상기 각 실시 형태에서는, 본 발명을 터빈에 적용한 예를 설명했지만, 본 발명은 터빈에 한하지 않고 회전 기계라면 다른 것(예를 들어 압축기)에도 적용할 수 있다.

1: 터빈(회전 기계)
2: 로터(회전체)
3: 차실(케이싱)
4: 베어링 상자(베어링부)
5: 지지부
6: 윤활 라인
7: 보온층
10: 제어 장치
11: 유량 조정 밸브(분배 조정 수단)
12: 온도 센서(온도 검출 수단)
20: 로터 본체(회전체 본체)
21: 로터축 단
30: 상차실
30a: 상차실(30)의 본체
31: 하차실
41: 베어링면
50: 돌출부(굽은 다리)
50a: 돌출부(50)의 하면
51: 지지대
51A: 지지대(51)의 중공부
51a1: 지지대(51)의 상면(천장벽 외면)
51a2: 천장벽 내면
51b: 지지대(51)의 정면
51c: 지지대(51)의 측면
60: 열 교환부
60a, 60a(1), 60a(2), 60a(3): 열 교환부(60)의 지관
60a1, 60a2: 지관(60a)의 수평관
60a2: 수직관
60a3: 수평관
60b: 열 교환부(60)의 집합 헤더
61, 61': 급유관
62: 급유 구멍
63: 클리어런스
64: 배유 구멍
65: 배유관
66: 분기관
67: 분배 헤더
68: 합류관
69: 바이패스 유로(바이패스 라인)
100, 100A: 냉각 장치
200: 지반
CL: 로터(2)의 회전 중심선

Claims

회전체 본체 및 상기 회전체 본체의 축방향 양 외측에 고정된 한 쌍의 회전축 단을 갖는 회전체와, 상기 회전체 본체를 수용함과 함께 상기 각 회전축 단이 관통하는 케이싱과, 상기 회전축 단을 회전 가능하게 지지하고 윤활 라인으로부터 베어링면에 윤활 유체가 공급되는 베어링부와, 상기 케이싱을 지지하는 지지부를 구비한 회전 기계에 있어서, 상기 지지부를 냉각하는, 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치이며,
상기 윤활 라인에, 상기 윤활 유체와 상기 지지부를 열 교환시켜서 상기 지지부를 냉각하는 열 교환부가 설치되고,
상기 지지부는, 상기 케이싱의 본체로부터 돌출된 돌출부와, 상기 돌출부가 적재되는 지지대를 갖고,
상기 열 교환부는, 상기 돌출부의 돌출 방향을 따라서 병렬로 설치된 복수의 지관을 갖고,
상기 복수의 지관은, 상기 케이싱의 본체에 가까울수록 상기 윤활 유체가 많이 공급되도록 조정이 이루어지고,
상기 윤활 라인은 상기 열 교환부에서 상기 열 교환에 사용된 상기 윤활 유체를 상기 베어링부의 상기 베어링면에 공급하도록 구성되어 있는
것을 특징으로 하는, 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치.
제1항에 있어서, 상기 케이싱의 본체의 외표면과 상기 돌출부의 외표면에 보온층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치.
제1항에 있어서, 상기 열 교환부는 상기 지지대에 내장된 것을 특징으로 하는, 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치.
제2항에 있어서, 상기 열 교환부는 상기 지지대에 내장된 것을 특징으로 하는, 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활 라인은, 상기 윤활 유체를, 상기 열 교환부를 바이패스시켜서 상기 베어링면에 공급하는 바이패스 라인을 갖고,
상기 열 교환부를 바이패스하는 상기 윤활 유체의 유량과, 상기 열 교환부에 공급되는 상기 윤활 유체의 유량의 분배를 조정하는 분배 조정 수단과,
상기 지지부의 온도를 검출하는 온도 검출 수단과,
상기 온도 검출 수단에 의해 검출된 온도가 높아질수록, 상기 열 교환부에 공급되는 상기 윤활 유체의 유량이 많아지도록 상기 분배 조정 수단의 작동을 제어하는 제어 장치를 구비한
것을 특징으로 하는, 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치를 구비한
것을 특징으로 하는, 회전 기계.
제5항에 기재된 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 장치를 구비한
것을 특징으로 하는, 회전 기계.
회전체 본체 및 상기 회전체 본체의 축방향 양 외측에 고정된 한 쌍의 회전축 단을 갖는 회전체와, 상기 회전체 본체를 수용함과 함께 상기 각 회전축 단이 관통하는 케이싱과, 상기 회전축 단을 회전 가능하게 지지하고 윤활 라인으로부터 베어링면에 윤활 유체가 공급되는 베어링부와, 상기 케이싱을 지지하는 지지부를 구비하고, 상기 지지부가, 상기 케이싱의 본체로부터 돌출된 돌출부와, 상기 돌출부가 적재되는 지지대를 갖는 회전 기계에 있어서, 상기 지지부를 냉각하는, 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 방법이며,
상기 돌출부의 돌출 방향을 따라서 병렬로 설치된 복수의 지관을 통해 상기 윤활 유체와 상기 지지부를 열 교환시켜서 상기 지지부를 냉각하고,
그 후, 상기 열 교환에 사용된 상기 윤활 유체를 상기 베어링부의 상기 베어링면에 공급하고,
상기 지지부를 냉각할 때에는 상기 케이싱의 본체에 가까울수록 상기 윤활 유체를 많이 공급하는
것을 특징으로 하는, 회전 기계의 케이싱 지지부의 냉각 방법.