WO2012132085A1 - 蒸気タービンの車室位置調整装置 - Google Patents

蒸気タービンの車室位置調整装置 Download PDF

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Abstract

 分解能が小さく、かつ、小型のアクチュエーターを採用することができる蒸気タービンの車室位置調整装置を提供する。タービンケーシング21,37と、ローター23と、前記タービンケーシング21,37を軸方向に沿って移動させるアクチュエーター14,15と、を備えた蒸気タービンの車室位置調整装置40であって、前記アクチュエーター14,15が、前記タービンケーシング21,37を形成する外周面の半径方向外側に配置されている蒸気タービンの車室位置調整装置40。

Description

蒸気タービンの車室位置調整装置
 本発明は、発電プラント等で使用される蒸気タービンの車室位置調整装置に関するものである。
 さて近年、蒸気タービンのケーシング容積が増大し、かつ、使用条件も高温化するなか、ローターの長さおよびローターの径は、ますます大型化する傾向にあり、これに伴って蒸気タービンの起動時および低負荷時におけるタービンケーシング(内車室)とローターとの相対的な熱膨張による熱伸び差、例えば、特許文献1に開示されたスラスト軸受18,18aから最も離れた低圧タービン5bの内車室とローターとの相対的な熱膨張による熱伸び差が無視できないほど大きくなってきている。
 そこで近年、特許文献2に開示された車室位置調整装置18の代わりに、図37または図38に示すような、ローター23の軸方向に沿って進退するロッド26を備えたアクチュエーター20を用いて内車室(タービンケーシング)21を軸方向に移動させ、内車室21とローター23との相対的な熱膨張による熱伸び差を減少させる蒸気タービンの車室位置調整装置80が提案されている。
特開2000-282807号公報 実開昭61-41802号公報
 しかしながら、特許文献2に開示された車室位置調整装置18の代わりに、アクチュエーターを用いてタービンケーシングを軸方向に移動させ、タービンケーシングとローターとの相対的な熱膨張による熱伸び差を減少させる蒸気タービンの車室位置調整装置では、アクチュエーターが特許文献2の第1図に符号18で示された位置、すなわち、図5に示すように、タービンケーシング58の軸方向に沿って延びる中心線Cに近い位置、言い換えれば、アクチュエーター59を構成するロッド38の先端から中心線Cに下ろした垂線の長さ(距離)がLとなる位置に設けられることになり、ロッド38をわずかに進退させただけでもタービンケーシング58の重心Gまわりに大きく回転(ヨーイング)することになる。そこで、タービンケーシング58の回転(ヨーイング)を許容値以下にするため、アクチュエーター59には、非常に高い分解能(アクチュエーターの最小動作単位)が要求され、高価なアクチュエーターが必要となり、コスト高になってしまうといった問題点があった。
 また、アクチュエーター59を図5に示すような位置、すなわち、タービンケーシング58の熱膨張による軸方向への熱伸びの影響を受ける位置に設けると、タービンケーシング58の熱膨張による軸方向への熱伸びをアクチュエーター59のロッド38を軸方向に後退させることにより吸収することになる。そのため、アクチュエーター59には、ロッド38を軸方向に大きく進退させる機能が要求され、ストロークの大きい大型のアクチュエーターが必要となり、軸方向の寸法が大きくなってしまうといった問題点もあった。
 さらに、アクチュエーター59を、図5に示すタービンケーシング58の端面に配置すると、蒸気タービンの軸方向に寸法が大きくなってしまうという問題点もあった。特に、蒸気タービンの軸方向に沿って蒸気タービンが複数台配置された発電プラント等では、プラント全体の軸方向長さが蒸気タービンの台数に比例して増加してしまうことになる。
 なお、図5中の符号39はローターである。
 上記特許文献1には、スラスト軸受18,18aよりも高圧タービン3、超高圧タービン2、超々高圧タービン1a,1bの側における回転部と静止部との熱伸び差、すなわち、タービンケーシング(内車室)とローターとの相対的な熱膨張による熱伸び差を減少させる伸び差低減装置が開示されているだけで、近年問題になってきている低圧タービン5bの内車室とローターとの相対的な熱膨張による熱伸び差については、何ら考慮されていない。
 仮に上記特許文献1に開示された伸び差低減装置を、スラスト軸受18,18aよりも中圧タービン4a,4b、低圧タービン5a,5bの側に設け、低圧タービン5bの内車室とローターとの相対的な熱膨張による熱伸び差を減少させることができたとしても、上記特許文献1に開示された伸び差計24,25,27は、タービンケーシング(外車室)の外(外部)に露出したローターの軸方向の伸びだけを測定している。そのため、タービンケーシング(内車室)とローターとの相対的な熱膨張による熱伸び差を精度良く測定することができず、回転部と静止部との隙間(クリアランス)、すなわち、タービンケーシング(内車室)とローターとの隙間(クリアランス)を小さくして、タービンの効率を向上させるのには限界がある。
 図37および図38に示す蒸気タービンの車室位置調整装置80において、内車室21の軸方向における中央に位置する内車室21の外周面(外表面)から内車室21の一側方(図37において右方:図38において上方)に向かって延びるアーム27、および内車室21の軸方向における中央に位置する内車室21の外周面(外表面)から内車室21の他側方(図37において左方:図38において下方)に向かって延びるアーム28は、軸方向ガイド81を介して(外車室22が設置された)基礎G(図37参照)に支持されている。また、アーム27,28にはそれぞれ、アクチュエーター20を構成するロッド26の先端が連結されている。
 なお、アーム27およびアーム28は、内車室21の軸方向に沿って延びる中心線C1を含む水平面上で、かつ、中心軸C1を挟んで反対側(周方向に沿って180度離間した位置)に設けられている。
 また、アクチュエーター20は、内車室21の周囲(外側)を取り囲むようにして設けられた(配置された)外車室22(または外車室22が設置された基礎G)に固定されて、内車室21を外車室22およびローター23に対して軸方向に移動させるものであり、軸方向に沿って延びるシリンダー24と、軸方向に沿って往復移動するピストン25と、ピストン25の一端面に固定されて軸方向に進退するロッド26と、を備えている。
 そして、アクチュエーター20は、内車室21の軸方向に沿って延びる中心線C1を含む水平面上で、かつ、中心軸C1を挟んで反対側(周方向に沿って180度離間した位置)にそれぞれ一つずつ設けられている。
 しかしながら、図37に示す軸方向ガイド81は、内車室21から両側方(両外方)に向かって延びるアーム27,28を、軸方向に沿って案内する(ガイドする)機能しか備えていない。そのため、図37に実線矢印で示す内車室21の熱膨張による径方向への熱伸びにより軸方向ガイド81に過大な荷重が加わり、軸方向ガイド81が破損してしまうおそれがある。
 また、外車室22(または外車室22が設置された基礎G)に固定されたアクチュエーター20に対してアーム27,28が、径方向に熱伸びする内車室21とともに径方向外側に移動することになる。そのため、アクチュエーター20を構成するロッド26の先端と、アーム27,28との接合部に過大な荷重が加わり、アクチュエーター20を構成するロッド26の先端と、アーム27,28との接合部が破損してしまうおそれがある。
 なお、図37中の符号82は、内車室21の軸方向に沿って、内車室21の下面(底面)から鉛直下方に向かって突出する凸部83を、軸方向に沿って案内する(ガイドする)軸方向ガイド(レール)である。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、分解能が小さく、かつ、小型のアクチュエーターを採用することができる蒸気タービンの車室位置調整装置を提供することを目的とする。
 また、タービンケーシングとローターとの隙間(クリアランス)を小さくすることができ、タービンの効率を向上させることができる蒸気タービンの車室位置調整装置を提供することを目的とする。
 さらに、タービンケーシング(例えば、内車室)の熱膨張による径方向への熱伸びを許容(吸収)することができる蒸気タービンの車室位置調整装置を提供することを目的とする。
 本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
 本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置は、タービンケーシングと、ローターと、前記タービンケーシングを軸方向に沿って移動させるアクチュエーターと、を備えた蒸気タービンの車室位置調整装置であって、前記アクチュエーターが、前記タービンケーシングを形成する外周面の半径方向外側に配置されている。
 本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、アクチュエーターは、例えば、図4に示すように、タービンケーシングの軸方向に沿って延びる中心線C1から遠い位置、すなわち、アクチュエーター14,15を構成するロッド26の先端から中心線C1に下ろした垂線の長さ(距離)がL1(>L)となる位置に設けられていることになり、ロッド26を大きく進退させてもタービンケーシングの重心Gまわりの回転(ヨーイング)は小さく抑えられることになる。
 これにより、タービンケーシングの回転(ヨーイング)を許容値以下に抑えるために、アクチュエーター14,15には、非常に高い分解能が要求されなくなり、アクチュエーター14,15を高価なアクチュエーターとする必要がなくなって、コスト高を回避する(コストの低減を図る)ことができる。
 また、本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、アクチュエーターは、例えば、図5に示すタービンケーシング58の端面に配置されることがなくなるので、蒸気タービンの軸方向に寸法が大きくなってしまうのを回避することができる。特に、蒸気タービンの軸方向に沿って蒸気タービンが複数台配置された発電プラント等では、プラント全体の軸方向長さが増加してしまうのを回避することができる。
 本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置は、外車室と、内車室と、ローターと、前記内車室を軸方向に沿って移動させるアクチュエーターと、を備えた蒸気タービンの車室位置調整装置であって、前記アクチュエーターが、前記内車室を形成する外周面の半径方向外側で、かつ、前記外車室を形成する内周面の半径方向内側に配置されている。
 本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、アクチュエーターは、例えば、図4に示すように、内車室の軸方向に沿って延びる中心線C1から遠い位置、すなわち、アクチュエーター14,15を構成するロッド26の先端から中心線C1に下ろした垂線の長さ(距離)がL1(>L)となる位置に設けられていることになり、ロッド26を大きく進退させても内車室の重心Gまわりの回転(ヨーイング)は小さく抑えられることになる。
 これにより、タービンケーシングの回転(ヨーイング)を許容値以下に抑えるために、アクチュエーター14,15には、非常に高い分解能が要求されなくなり、アクチュエーター14,15を高価なアクチュエーターとする必要がなくなって、コスト高を回避する(コストの低減を図る)ことができる。
 また、本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、アクチュエーターは、例えば、図5に示すタービンケーシング58の端面に配置されることがなくなるので、蒸気タービンの軸方向に寸法が大きくなってしまうのを回避することができる。特に、蒸気タービンの軸方向に沿って蒸気タービンが複数台配置された発電プラント等では、プラント全体の軸方向長さが増加してしまうのを回避することができる。
 さらに、本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、アクチュエーターが、内車室の外周面(外表面)と外車室の内周面(内表面)との間に形成された空間内、すなわち、外車室の内周面の半径方向内側に配置されていることになる。
 これにより、蒸気タービンの径方向に寸法が大きくなってしまうのを回避することができる。
 本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置は、外車室と、内車室と、ローターと、前記内車室を軸方向に沿って移動させるアクチュエーターと、を備えた蒸気タービンの車室位置調整装置であって、前記アクチュエーターが、前記外車室を形成する外周面の半径方向外側に配置されている。
 本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、アクチュエーターは、例えば、図4に示すように、外車室の軸方向に沿って延びる中心線C1から遠い位置、すなわち、アクチュエーター14,15を構成するロッド26の先端から中心線C1に下ろした垂線の長さ(距離)がL1(>L)となる位置に設けられていることになり、ロッド26を大きく進退させても外車室の重心Gまわりの回転(ヨーイング)は小さく抑えられることになる。
 これにより、タービンケーシングの回転(ヨーイング)を許容値以下に抑えるために、アクチュエーター14,15には、非常に高い分解能が要求されなくなり、アクチュエーター14,15を高価なアクチュエーターとする必要がなくなって、コスト高を回避する(コストの低減を図る)ことができる。
 また、本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、アクチュエーターは、例えば、図5に示すタービンケーシング58の端面に配置されることがなくなるので、蒸気タービンの軸方向に寸法が大きくなってしまうのを回避することができる。特に、蒸気タービンの軸方向に沿って蒸気タービンが複数台配置された発電プラント等では、プラント全体の軸方向長さが増加してしまうのを回避することができる。
 さらに、本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、アクチュエーターが、高温の蒸気に曝されることのない外車室の外に設けられることになる。
 これにより、アクチュエーターの熱による損傷、故障を低減させ、長寿命化を図ることができて、アクチュエーターの信頼性を向上させることができる。
 上記蒸気タービンの車室位置調整装置において、前記アクチュエーターは、前記外車室の軸方向における中央部に、周方向に沿って設けられた凹所内に配置されているとさらに好適である。
 このような蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、アクチュエーターが、外車室に設けられた凹所(縮径部)内、すなわち、外車室の側方中央部に形成されたデッドスペース内、言い換えれば、外車室の外周面の半径方向内側に配置されていることになる。
 これにより、凹所が設けられていない外車室の外側にアクチュエーターを配置する場合に比べて、蒸気タービンの径方向に寸法が大きくなってしまうのを抑えることができる。
 上記蒸気タービンの車室位置調整装置において、前記アクチュエーターを構成するロッドの先端は、前記内車室の軸方向における中央に位置する前記内車室の外周面に固定されて、前記内車室の半径方向外側に向かって延びるアームに連結されているとさらに好適である。
 このような蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、アクチュエーターは、例えば、図4に示すように、内車室の熱膨張による軸方向への熱伸びが伝達されない位置、すなわち、内車室の熱膨張による軸方向への熱伸びの影響を無視することができる(考慮しなくてもよい)位置に設けられている。
 これにより、アクチュエーターには、ロッドを軸方向に大きく後退させて内車室の熱膨張による軸方向への熱伸びを吸収するという機能が要求されなくなり、アクチュエーターをストロークの大きい大型のアクチュエーターとする必要がなくなって、軸方向に寸法が大きくなってしまうのを回避することができる。
 上記蒸気タービンの車室位置調整装置においては、前記内車室、または前記外車室が設置された基礎に対して固定されたセンサーと、前記センサーから伝送されてきたデータに基づいて、前記内車室に対する前記ローターの前記軸方向に沿った熱伸び差、および前記内車室に対する前記ローターの傾斜角を計算する計算器と、前記計算器で計算された前記熱伸び差および前記傾斜角をキャンセルして、前記内車室と前記ローターとの相対的な位置関係が変わらないように前記アクチュエーターを制御する制御器と、を備えているとさらに好適である。
 このような蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、内車室に対するローターの軸方向に沿った熱伸び差、および内車室に対するローターの傾斜角をキャンセルする(相殺する:ゼロにする)ように、アクチュエーターが制御されることにより、蒸気タービンが運転されている温態(熱伸び差および/または傾斜角が生じている状態)でも、内車室とローターとの相対的な位置関係が変わらないように(相対的な位置関係が一定になるように)維持されることになる。
 これにより、タービンケーシングとローターとの隙間(クリアランス)を小さくすることができ、タービンの効率を向上させることができる。
 上記蒸気タービンの車室位置調整装置において、前記センサーが、前記内車室の中に設けられて、前記内車室の軸方向における中央と、前記ローターの測定面との軸方向距離を測定するセンサーであるとさらに好適である。
 このような蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、内車室の軸方向における中央と、ローターの測定面との軸方向距離がセンサーにより測定されることになる。
 これにより、内車室の熱伸びによる影響を無視することができ(考慮しなくてもよくなり)、タービンケーシングとローターとの相対的な熱膨張による熱伸び差をより精度良く測定することができ、タービンケーシングとローターとの隙間をより小さくすることができ、タービンの効率を向上させることができる。
 上記蒸気タービンの車室位置調整装置において、前記センサーが、前記外車室が設置された基礎に対する前記内車室の軸方向に沿った相対距離を測定するセンサーと、前記基礎に対する前記ローターの軸方向に沿った相対距離を測定するセンサーと、により構成され、前記計算器では、前記センサーから伝送されてきたデータに基づいて、前記内車室に対する前記ローターの前記軸方向に沿った熱伸び差、および前記内車室に対する前記ローターの傾斜角の他、前記基礎に対する前記内車室の前記軸方向に沿った熱伸び差、前記基礎に対する前記内車室の傾斜角、前記基礎に対する前記ローターの前記軸方向に沿った熱伸び差、および前記基礎に対する前記ローターの傾斜角が計算され、前記制御器からは、前記計算器で計算された前記熱伸び差および前記傾斜角をすべてキャンセルして、前記内車室と前記ローターとの相対的な位置関係が変わらないように前記アクチュエーターを制御する指令信号が出力されるように構成されているとさらに好適である。
 このような蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、基礎に対する内車室の熱膨張による熱伸びおよび傾斜、基礎に対するローターの熱膨張による熱伸びおよび傾斜が考慮されることになる。
 これにより、タービンケーシングとローターとの相対的な熱膨張による熱伸び差をより精度良く測定することができ、タービンケーシングとローターとの隙間をより小さくすることができ、タービンの効率を向上させることができる。
 上記蒸気タービンの車室位置調整装置において、前記センサーおよび前記アクチュエーターが、前記外車室の外に設けられているとさらに好適である。
 このような蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、センサーおよびアクチュエーターが、高温の蒸気に曝されることのない外車室の外に設けられることになる。
 これにより、センサーおよびアクチュエーターの熱による損傷、故障を低減させ、長寿命化を図ることができて、センサーおよびアクチュエーターの信頼性を向上させることができる。
 上記蒸気タービンの車室位置調整装置においては、前記タービンケーシングが、当該タービンケーシングの熱膨張による径方向への熱伸びを許容する径方向ガイドと、当該タービンケーシングの軸方向への移動を許容する軸方向ガイドと、を備えた支持部を介して基礎に支持されているとさらに好適である。
 このような蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、タービンケーシングの熱膨張による径方向への熱伸びを許容(吸収)することができる。
 上記蒸気タービンの車室位置調整装置において、前記タービンケーシングと、前記アクチュエーターとが、前記タービンケーシングの熱膨張による水平方向への熱伸びを許容する水平方向ガイドと、前記タービンケーシングの熱膨張による高さ方向への熱伸びを許容する高さ方向ガイドと、を備えた結合部を介して結合されているとさらに好適である。
 このような蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、タービンケーシングの熱膨張による水平方向への熱伸びが水平方向ガイドにより許容され、タービンケーシングの熱膨張による高さ方向への熱伸びが高さ方向ガイドにより許容されることになる。
 これにより、タービンケーシングと、アクチュエーターとの接合部に過大な荷重が加わるのを回避することができ、タービンケーシングと、アクチュエーターとの接合部が破損するのを防止することができる。
 上記蒸気タービンの車室位置調整装置においては、前記内車室が、当該内車室の熱膨張による径方向への熱伸びを許容する径方向ガイドと、当該内車室の軸方向への移動を許容する軸方向ガイドと、を備えた支持部を介して、前記外車室または前記外車室が固定された基礎に支持されているとさらに好適である。
 このような蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、内車室の熱膨張による径方向への熱伸びを許容(吸収)することができる。
 上記蒸気タービンの車室位置調整装置において、前記内車室と、前記アクチュエーターとが、前記内車室の熱膨張による水平方向への熱伸びを許容する水平方向ガイドと、前記内車室の熱膨張による高さ方向への熱伸びを許容する高さ方向ガイドと、を備えた結合部を介して結合されているとさらに好適である。
 このような蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、内車室の熱膨張による水平方向への熱伸びが水平方向ガイドにより許容され、内車室の熱膨張による高さ方向への熱伸びが高さ方向ガイドにより許容されることになる。
 これにより、内車室と、アクチュエーターとの接合部に過大な荷重が加わるのを回避することができ、内車室と、アクチュエーターとの接合部が破損するのを防止することができる。
 上記蒸気タービンの車室位置調整装置において、前記アクチュエーターが、前記外車室の外に設けられているとさらに好適である。
 このような蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、アクチュエーターが、高温の蒸気に曝されることのない外車室の外に設けられることになる。
 これにより、アクチュエーターの熱による損傷、故障を低減させ、長寿命化を図ることができて、アクチュエーターの信頼性を向上させることができる。
 本発明に係る蒸気タービンは、上記いずれかの蒸気タービンの車室位置調整装置を具備している。
 本発明に係る蒸気タービンによれば、タービンケーシングとローターとの隙間(クリアランス)を小さくする蒸気タービンの車室位置調整装置を具備しているので、タービンの効率を向上させることができる。
 本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、タービンケーシングの回転(ヨーイング)を細かく制御でき、かつ、小型のアクチュエーターを採用することができるという効果を奏する。
 また、タービンケーシングとローターとの隙間(クリアランス)を小さくすることができ、タービンの効率を向上させることができるという効果を奏する。
 さらに、タービンケーシング(例えば、内車室)の熱膨張による径方向への熱伸びを許容(吸収)することができるという効果を奏する。
本発明の第1実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の第2実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の概略構成を示す平面図である。 図2の要部を拡大して示す図である。 本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の作用効果を説明するための平面図である。 従来の問題点を説明するための平面図である。 本発明の第3実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の概略構成を示す平面図である。 図6の要部を拡大して示す斜視図である。 本発明の第3実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置のブロック図である。 熱伸び差δを計算する式を説明するための図である。 熱伸び差δを計算する式を説明するための図である。 熱伸び差δを計算する式を説明するための図である。 傾斜角θを計算する式を説明するための図である。 本発明の第4実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の概略構成を示す平面図である。 熱伸び差δを計算する式を説明するための図である。 熱伸び差δを計算する式を説明するための図である。 熱伸び差δを計算する式を説明するための図である。 傾斜角θを計算する式を説明するための図である。 熱伸び差δを計算する式を説明するための図である。 熱伸び差δを計算する式を説明するための図である。 傾斜角θを計算する式を説明するための図である。 本発明の第5実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の概略構成を示す平面図である。 熱伸び差δを計算する式を説明するための図である。 熱伸び差δを計算する式を説明するための図である。 熱伸び差δを計算する式を説明するための図である。 傾斜角θを計算する式を説明するための図である。 熱伸び差δを計算する式を説明するための図である。 熱伸び差δを計算する式を説明するための図である。 熱伸び差δを計算する式を説明するための図である。 傾斜角θを計算する式を説明するための図である。 本発明の第6実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の要部を示す正面図である。 本発明の第6実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の要部を示す右側面図である。 本発明の第6実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の要部を右側方から見た斜視図である。 本発明の第6実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の要部を示す平面図である。 本発明の第6実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の要部を示す左側面図である。 本発明の第6実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の要部を左側方から見た斜視図である。 本発明の第7の実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の要部を示す平面図である。 従来の問題点を説明するための断面図である。 従来の問題点を説明するための平面図である。
〔第1実施形態〕
 以下、本発明の第1実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置について、図1および図4を参照しながら説明する。
 図1は本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の概略構成を示す平面図、図4は本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の作用効果を説明するための図である。
 図1に示すように、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置10は、(第1の)アクチュエーター14と、(第2の)アクチュエーター15と、を備えている。
 アクチュエーター14,15は、内車室21の周囲(外側)を取り囲むようにして設けられた(配置された)外車室22(または外車室22が設置された基礎(図示せず))に固定されて、内車室21を外車室22およびローター23に対して軸方向に移動させるものであり、軸方向に沿って延びるシリンダー24と、軸方向に沿って往復移動するピストン25と、ピストン25の一端面に固定されて軸方向に進退するロッド26と、を備えている。
 アクチュエーター14のロッド26の先端には、内車室21の軸方向における中央に位置する内車室21の外周面(外表面)に固定されて、内車室21の一側方(図1において上方)に向かって延びるアーム27が連結され、アクチュエーター15のロッド26の先端には、内車室21の軸方向における中央に位置する内車室21の外周面(外表面)に固定されて、内車室21の他側方(図1において下方)に向かって延びるアーム28が連結されている。
 なお、アーム27およびアーム28は、内車室21の軸方向に沿って延びる中心線C1を含む水平面上で、かつ、中心軸C1を挟んで反対側(周方向に沿って180度離間した位置)に設けられている。
 また、アクチュエーター14およびアクチュエーター15は、外車室22の軸方向に沿って延びる中心線C1を含む水平面上で、かつ、中心軸C1を挟んで反対側(周方向に沿って180度離間した位置)に設けられている。
 そして、外車室22の軸方向における中央(部)には、外車室22の内部に蒸気を供給するサイドインレット管(図示せず)が接続されており、サイドインレット管を介して供給された蒸気は、蒸気タービンSTの蒸気入口部に供給された後、軸方向の双方(図1において左方および右方)に対称的に流される。
 本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置10によれば、アクチュエーター14のロッド26の先端は、内車室21の軸方向における中央に位置する内車室21の外周面に固定されて、内車室21の一側方に向かって延びるアーム27に連結され、アクチュエーター15のロッド26の先端は、内車室21の軸方向における中央に位置する内車室21の外周面に固定されて、内車室21の他側方に向かって延びるアーム28に連結されている。すなわち、本実施形態に係るアクチュエーター14,15は、図4に示すように、内車室21の軸方向に沿って延びる中心線C1から遠い位置、言い換えれば、アクチュエーター14,15を構成するロッド26の先端から中心線C1に下ろした垂線の長さ(距離)がL1(>L)となる位置に設けられていることになり、ロッド26を大きく進退させても内車室21の重心Gまわりの回転(ヨーイング)は小さく抑えられることになる。
 これにより、内車室21の回転(ヨーイング)を許容値以下に抑えるために、アクチュエーター14,15には、非常に高い分解能が要求されなくなり、アクチュエーター14,15を高価なアクチュエーターとする必要がなくなって、コスト高を回避する(コストの低減を図る)ことができる。
 また、本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置10によれば、アクチュエーター14は、例えば、図5に示すタービンケーシング58の端面に配置されることがなくなるので、蒸気タービンSTの軸方向に寸法が大きくなってしまうのを回避することができる。特に、蒸気タービンSTの軸方向に沿って蒸気タービンSTが複数台配置された発電プラント等では、プラント全体の軸方向長さが増加してしまうのを回避することができる。
 さらに、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置10によれば、アクチュエーター14のロッド26の先端は、内車室21の軸方向における中央に位置する内車室21の外周面に固定されて、内車室21の一側方に向かって延びるアーム27に連結され、アクチュエーター15のロッド26の先端は、内車室21の軸方向における中央に位置する内車室21の外周面に固定されて、内車室21の他側方に向かって延びるアーム28に連結されている。すなわち、本実施形態に係るアクチュエーター14,15は、図4に示すように、内車室21の熱膨張による軸方向への熱伸びが伝達されない位置、言い換えれば、内車室21の熱膨張による軸方向への熱伸びの影響を無視することができる(考慮しなくてもよい)位置に設けられている。
 これにより、アクチュエーター14,15には、ロッド26を軸方向に大きく後退させて内車室21の熱膨張による軸方向への熱伸びを吸収するという機能が要求されなくなり、アクチュエーター14,15をストロークの大きい大型のアクチュエーターとする必要がなくなって、軸方向に寸法が大きくなってしまうのを回避することができる。
 さらに、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置10によれば、内車室21の内部を軸方向の双方に向かって対称的に流れる蒸気の流路内には、アクチュエーター14,15、アーム27,28が配置されないことになる。
 これにより、蒸気の流路内における(排気)抵抗の増加を回避することができ、蒸気タービンSTの効率低下を回避することができる。
 さらにまた、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置10によれば、アクチュエーター14およびアクチュエーター15が、内車室21の外周面と外車室22の内周面(内表面)との間に形成された空間内、すなわち、内車室の側方中央部と外車室の側方中央部との間に形成されたデッドスペース内、言い換えれば、外車室22の外周面の半径方向内側に配置されていることになる。
 これにより、外車室22の外側にアクチュエーター14およびアクチュエーター15を単に配置する場合に比べて、蒸気タービンの径方向に寸法が大きくなってしまうのを抑えることができる。
〔第2実施形態〕
 以下、本発明の第2実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置について、図2から図4を参照しながら説明する。
 図2は本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の概略構成を示す平面図、図3は図2の要部を拡大して示す図である。
 図2に示すように、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置40は、第1実施形態のところで説明した(第1の)アクチュエーター14および(第2の)アクチュエーター15が、内車室21および外車室37の外(外部)に設けられて(設置されて)いるという点で上述した第1実施形態のものと異なる。
 図2に示すように、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置40は、(第1の)アクチュエーター14と、(第2の)アクチュエーター15と、を備えている。
 アクチュエーター14,15は、内車室21の周囲(外側)を取り囲むようにして設けられた(配置された)外車室37(または外車室37が設置された基礎(図示せず))の外(外部)に固定されて、内車室21を外車室37およびローター23に対して軸方向に移動させるものであり、軸方向に沿って延びるシリンダー24と、軸方向に沿って往復移動するピストン25と、ピストン25の一端面に固定されて軸方向に進退するロッド26と、を備えている。
 アクチュエーター14のロッド26の先端には、内車室21の軸方向における中央に位置する内車室21の外周面(外表面)に固定されて、外車室37の外周面(外表面)を貫通するとともに、内車室21の一側方(図2において上方)に向かって延びるアーム47が連結され、アクチュエーター15のロッド26の先端には、内車室21の軸方向における中央に位置する内車室21の外周面(外表面)に固定されて、外車室37の外周面(外表面)を貫通するとともに、内車室21の他側方(図2において下方)に向かって延びるアーム48が連結されている。
 なお、アーム47およびアーム48は、内車室21の軸方向に沿って延びる中心線C1を含む水平面上で、かつ、中心軸C1を挟んで反対側(周方向に沿って180度離間した位置)に設けられている。
 また、アクチュエーター14およびアクチュエーター15は、外車室37の軸方向に沿って延びる中心線C1を含む水平面上で、かつ、中心軸C1を挟んで反対側(周方向に沿って180度離間した位置)に設けられている。
 さらに、アクチュエーター14およびアクチュエーター15は、外車室37の軸方向における中央部に、周方向に沿って設けられた凹所(縮径部)43内に配置されている。
 さらにまた、図3に示すように、凹所43を形成する外車室37に設けられてアーム47,48が挿通される貫通穴44には、アーム47,48が挿通される貫通穴45を備えたベローズ46が取り付けられている。そして、貫通穴44とベローズ46との間(隙間)、および貫通穴45とアーム47,48との間(隙間)は、外車室37内の蒸気が外車室37の外に漏れ出さないよう、溶接等により塞がれている。
 そして、外車室37の軸方向における中央(部)には、外車室37の内部に蒸気を供給するサイドインレット管(図示せず)が接続されており、サイドインレット管を介して供給された蒸気は、蒸気タービンSTの蒸気入口部に供給された後、軸方向の双方(図2において左方および右方)に対称的に流される。
 本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置40によれば、アクチュエーター14のロッド26の先端は、内車室21の軸方向における中央に位置する内車室21の外周面に固定されて、内車室21の一側方に向かって延びるアーム47に連結され、アクチュエーター15のロッド26の先端は、内車室21の軸方向における中央に位置する内車室21の外周面に固定されて、内車室21の他側方に向かって延びるアーム48に連結されている。すなわち、本実施形態に係るアクチュエーター14,15は、図4に示すように、内車室21の軸方向に沿って延びる中心線C1から遠い位置、言い換えれば、アクチュエーター14,15を構成するロッド26の先端から中心線C1に下ろした垂線の長さ(距離)がL1(>L)となる位置に設けられていることになり、ロッド26を大きく進退させても内車室21の重心Gまわりの回転(ヨーイング)は小さく抑えられることになる。
 これにより、内車室21の回転(ヨーイング)を許容値以下に抑えるために、アクチュエーター14,15には、非常に高い分解能が要求されなくなり、アクチュエーター14,15を高価なアクチュエーターとする必要がなくなって、コスト高を回避する(コストの低減を図る)ことができる。
 また、本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置40によれば、アクチュエーター14は、例えば、図5に示すタービンケーシング58の端面に配置されることがなくなるので、蒸気タービンSTの軸方向に寸法が大きくなってしまうのを回避することができる。特に、蒸気タービンSTの軸方向に沿って蒸気タービンSTが複数台配置された発電プラント等では、プラント全体の軸方向長さが増加してしまうのを回避することができる。
 さらに、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置40によれば、アクチュエーター14のロッド26の先端は、内車室21の軸方向における中央に位置する内車室21の外周面に固定されて、内車室21の一側方に向かって延びるアーム47に連結され、アクチュエーター15のロッド26の先端は、内車室21の軸方向における中央に位置する内車室21の外周面に固定されて、内車室21の他側方に向かって延びるアーム48に連結されている。すなわち、本実施形態に係るアクチュエーター14,15は、図4に示すように、内車室21の熱膨張による軸方向への熱伸びが伝達されない位置、言い換えれば、内車室21の熱膨張による軸方向への熱伸びの影響を無視することができる(考慮しなくてもよい)位置に設けられている。
 これにより、アクチュエーター14,15には、ロッド26を軸方向に大きく後退させて内車室21の熱膨張による軸方向への熱伸びを吸収するという機能が要求されなくなり、アクチュエーター14,15をストロークの大きい大型のアクチュエーターとする必要がなくなって、軸方向に寸法が大きくなってしまうのを回避することができる。
 さらに、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置40によれば、内車室21の内部を軸方向の双方に向かって対称的に流れる蒸気の流路内には、アクチュエーター14,15、アーム47,48が配置されないことになる。
 これにより、蒸気の流路内における(排気)抵抗の増加を回避することができ、蒸気タービンSTの効率低下を回避することができる。
 さらにまた、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置40によれば、アクチュエーター14,15が、高温の蒸気に曝されることのない外車室37の外に設けられることになる。
 これにより、アクチュエーター14,15の熱による損傷、故障を低減させ、長寿命化を図ることができて、アクチュエーター14,15の信頼性を向上させることができる。
 さらにまた、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置40によれば、アクチュエーター14およびアクチュエーター15が、外車室37の軸方向における中央部に設けられた凹所(縮径部)43内、すなわち、外車室37の側方中央部に形成されたデッドスペース内、言い換えれば、外車室37の外周面の半径方向内側に配置されていることになる。
 これにより、凹所43が設けられていない外車室37の外側にアクチュエーター14およびアクチュエーター15を配置する場合に比べて、蒸気タービンSTの径方向に寸法が大きくなってしまうのを抑えることができる。
 なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
 例えば、アーム27,28,47,48は、内車室21の軸方向おける中央から外方(一側方または他側方)に向かって延びるようにして、内車室21の外周面に固定されている必要はなく、内車室21の軸方向おける中央から軸方向に沿ってずれた位置に設けるようにしてもよい。
 また、上述した実施形態では、タービンケーシングとして外車室および内車室の双方を備えた蒸気タービンを一具体例として挙げて説明したが、本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置は、外車室の内側に内車室を備えていない(内車室の外側に外車室を備えていない)蒸気タービン、すなわち、タービンケーシングとして車室を一つしか有していない蒸気タービンにも適用することができる。
〔第3実施形態〕
 以下、本発明の第3実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置について、図6から図12を参照しながら説明する。
 図6は本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の概略構成を示す平面図、図7は図6の要部を拡大して示す斜視図、図8は本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置のブロック図、図9から図11は熱伸び差δを計算する式を説明するための図、図12は傾斜角θを計算する式を説明するための図である。
 図6または図7に示すように、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置10は、(第1の)変位計11と、(第2の)変位計12と、(第3の)変位計13と、(第1の)アクチュエーター14と、(第2の)アクチュエーター15と、を備えている。
 変位計11は、ローター23の一側方(図6において上方)に位置する内車室21の中(内部)に設けられて(設置されて)、内車室21の軸方向(図6において左右方向)における中央(中心)と、内車室21の内(内部)に位置するローター23の一端面23aとの軸方向距離(ギャップ)を測定するセンサー(例えば、渦電流式のギャップセンサー)である。
 変位計12は、ローター23の他側方(図6において下方)に位置する内車室21の中(内部)に設けられて(設置されて)、内車室21の軸方向(図6において左右方向)における中央(中心)と、内車室21の内(内部)に位置するローター23の他端面(一端面23aと対向する端面)23bとの軸方向距離(ギャップ)を測定するセンサー(例えば、渦電流式のギャップセンサー)である。
 変位計13は、内車室21の中(内部)に設けられて(設置されて)、内車室21の軸方向(図6において左右方向)における中央(中心)と、ローター23の一端面23aとの軸方向距離(ギャップ)を測定するセンサー(例えば、渦電流式のギャップセンサー)である。
 なお、変位計11および変位計13は、内車室21の軸方向に沿って延びる中心線C1を含む水平面上で、かつ、中心軸C1を挟んで反対側(周方向に沿って180度離間した位置)に設けられている。
 また、変位計12は、内車室21の軸方向に沿って延びる中心線C1を含む水平面上で、かつ、変位計13の近傍に設けられている。
 アクチュエーター14,15は、内車室21の周囲(外側)を取り囲むようにして設けられた(配置された)外車室22外(外部)に固定されて、内車室21を外車室22およびローター23に対して軸方向に移動させるものであり、軸方向に沿って延びるシリンダー24と、軸方向に沿って往復移動するピストン25と、ピストン25の一端面に固定されて軸方向に進退するロッド26と、を備えている。
 アクチュエーター14のロッド26の先端には、内車室21の外周面(外表面)に固定されて、内車室21の一側方(図6において上方)に向かって延びるアーム27が連結され、アクチュエーター15のロッド26の先端には、内車室21の外周面(外表面)に固定されて、内車室21の他側方(図6において下方)に向かって延びるアーム28が連結されている。
 なお、アーム27およびアーム28は、内車室21の軸方向に沿って延びる中心線C1を含む水平面上で、かつ、中心軸C1を挟んで反対側(周方向に沿って180度離間した位置)に設けられている。
 また、アクチュエーター14およびアクチュエーター15は、外車室22の軸方向に沿って延びる中心線C1を含む水平面上で、かつ、中心軸C1を挟んで反対側(周方向に沿って180度離間した位置)に設けられている。
 そして、外車室22の軸方向における中央(部)には、外車室22の内部に蒸気を供給するサイドインレット管(図示せず)が接続されており、サイドインレット管を介して供給された蒸気は、蒸気タービンSTの蒸気入口部に供給された後、軸方向の双方(図6において左方および右方)に対称的に流される。
 さて、図8に示すように、変位計11,12,13により測定されたデータ(測定値)は、計算器34に伝送され、計算器34では、変位計11,12,13から伝送されてきたデータに基づいて、熱伸び差δおよび傾斜角θが計算される。
 計算器34で計算された熱伸び差δおよび傾斜角θは、制御器35に伝送され、制御器35では、計算器34で計算された熱伸び差δおよび傾斜角θをキャンセルして(相殺して)、内車室21とローター23との相対的な位置関係が変わらないように(相対的な位置関係が一定になるように)アクチュエーター14,15のロッド26を進退させる指令値(操作値)が計算される。
 制御器35で計算された指令値は、アクチュエーター14,15のロッド26を進退させる指令信号(操作信号)として出力され、増幅器36で増幅された後、アクチュエーター14,15に電送される。そして、アクチュエーター14,15のロッド26が、指令信号に基づいて進退させられることにより、内車室21が軸方向に移動、傾斜させられ、内車室21とローター23との相対的な位置関係が変わらないように維持される。
 ここで、図9から図11を用いて、熱伸び差δの計算方法について説明する。
 上述したように、変位計11は、内車室21(図6参照)の軸方向(図9において左右方向)における中央(中心)と、ローター23の一端面23aとの軸方向距離Xを測定するセンサーであり、変位計12は、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の他端面23bとの軸方向距離Xを測定するセンサーである。そして、図9に示すように、これら変位計11,12は、蒸気タービンSTが停止している冷態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じていない状態)において、変位計11,12により測定されたデータ(測定値)が、それぞれ等しくなるように(本実施形態ではl(エルオー)となるように)、すなわち、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の一端面23aとの軸方向距離Xが+lとなり、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の他端面23bとの軸方向距離Xが-lとなるようにして取り付けられている(初期設定されている)。
 なお、蒸気タービンSTが停止している冷態では、内車室21の軸方向における中央を含む垂直面上に、ローター23の中心Oが位置することになる。
 つぎに、蒸気タービンSTとスラスト軸受(図示せず)との間に、当該蒸気タービンSTとは別の蒸気タービン(図示せず)が配置されているような場合(蒸気タービンSTが、例えば、スラスト軸受から最も離れた低圧タービンであるような場合)、図10に示すように、蒸気タービンSTとスラスト軸受との間に位置する蒸気タービンを構成するローター(図示せず)の熱伸びによる影響が、熱伸び差δとなって現れる。このとき、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の一端面23aとの軸方向距離Xは、l+δとなり、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の他端面23bとの軸方向距離Xは、-l+δとなる。そして、X=l+δ、X=-l+δの式から熱伸び差δ=(X+X)/2という式を導き出すことができる。すなわち、熱伸び差δは、変位計11により測定された、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の一端面23aとの軸方向距離Xと、変位計12により測定された、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の他端面23bとの軸方向距離Xとの和を求め、これを2で除することにより簡単に求めることができる。
 つづいて、図11に示すように、蒸気タービンSTを構成するローター23固有の熱伸び差Δl(エル)を考慮した場合、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の一端面23aとの軸方向距離Xは、l+δ+Δlとなり、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の他端面23bとの軸方向距離Xは、-l+δ-Δlとなる。そして、X=l+δ+Δl、X=-l+δ-Δlの式から熱伸び差δ=(X+X)/2という式を導き出すことができる。すなわち、熱伸び差δは、変位計11により測定された、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の一端面23aとの軸方向距離Xと、変位計12により測定された、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の他端面23bとの軸方向距離Xとの和を求め、これを2で除することにより簡単に求めることができる。このように、熱伸び差δは、蒸気タービンSTを構成するローター23固有の熱伸び差Δlを考慮した場合、考慮しない場合、いずれの場合においても(X+X)/2という式を用いて簡単に求めることができる。
 なお、変位計11は、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の一端面23aとの軸方向距離を測定するセンサーであり、変位計12は、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の他端面23bとの軸方向距離を測定するセンサーであるため、内車室21の熱伸びによる影響は無視することができる(考慮しなくてもよい)。
 つぎに、図12を用いて、傾斜角θ(内車室21の軸方向に沿って延びる中心線C1と、ローター23の軸方向に沿って延びる中心線C2とがなす角(鋭角)の計算方法について説明する。
 上述したように、変位計11,13は、内車室21(図6参照)の軸方向(図9において左右方向)における中央(中心)と、ローター23の一端面23aとの軸方向距離X,Xを測定するセンサーである。そして、図12に実線で示すように、これら変位計11,13は、蒸気タービンSTが停止している冷態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じていない状態)において、変位計11,13により測定されたデータ(測定値)が、それぞれ等しくなるように(本実施形態ではl(エルオー)となるように)、すなわち、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の一端面23aとの軸方向距離Xが+lとなり、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の一端面23aとの軸方向距離Xが+lとなるようにして取り付けられている(初期設定されている)。
 つぎに、図12に二点鎖線で示すように、蒸気タービンSTを構成するローター23が、内車室21に対して傾斜角θだけ傾いたとすると、このとき、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の一端面23aとの軸方向距離Xは、l+aとなり、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の一端面23aとの軸方向距離Xは、l-bとなる。そして、X=l+a、X=l-bの式からX-X=a+bという式を導き出すことができる。また、傾斜角θ=tan-1((a+b)/2y)、すなわち、θ=tan-1((X-X)/2y)という式を使って簡単に求めることができる。そして、計算によって求められた熱伸び差δおよび傾斜角θをキャンセルする(相殺する:ゼロにする)ように、アクチュエーター14,15のロッド26を進退させることにより、蒸気タービンSTが運転されている温態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じている状態)でも、内車室21の軸方向における中央を含む垂直面上に、ローター23の中心Oが位置し、内車室21とローター23との相対的な位置関係が変わらないように(相対的な位置関係が一定になるように)維持されることになる。
 なお、yは、ローター23の中心Oから変位計11,13の測定部(センサー部)中心(基点)までのy方向(図9参照)における距離である。
 本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置10によれば、内車室21に対するローター23の軸方向に沿った熱伸び差δおよび/または内車室21に対するローター23の傾斜角θをキャンセルする(相殺する:ゼロにする)ように、アクチュエーター14,15が制御されることにより、蒸気タービンSTが運転されている温態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じている状態)でも、内車室21とローター23との相対的な位置関係が変わらないように(相対的な位置関係が一定になるように)維持されることになる。
 これにより、内車室(タービンケーシング)21とローター23との隙間(クリアランス)を小さくすることができ、タービンの効率を向上させることができる。
 また、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置10によれば、内車室21の軸方向における中央と、ローター23の一端面(測定面)23aおよび他端面(測定面)23bとの軸方向距離が変位計11,12,13により測定されることになる。
 これにより、内車室21の熱伸びによる影響を無視することができ(考慮しなくてもよくなり)、内車室(タービンケーシング)21とローター23との相対的な熱膨張による熱伸び差δをより精度良く測定することができ、内車室21とローター23との隙間をより小さくすることができ、タービンの効率を向上させることができる。
〔第4実施形態〕
 以下、本発明の第4実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置について、図13から図20を参照しながら説明する。
 図13は本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の概略構成を示す平面図、図14から図16は熱伸び差δを計算する式を説明するための図、図17は傾斜角θを計算する式を説明するための図、図18および図19は熱伸び差δを計算する式を説明するための図、図20は傾斜角θを計算する式を説明するための図である。
 図13に示すように、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置40は、(第1の)変位計73と、(第2の)変位計74と、(第3の)変位計75と、(第4の)変位計76と、(第5の)変位計77と、(第1の)アクチュエーター14と、(第2の)アクチュエーター15と、を備えている。
 変位計73は、内車室21および外車室22の外(外部)に設けられて(設置されて)、当該変位計73が固定された基礎(グラウンド)Gと、外車室22の外(外部)に位置するローター23の一端面(本実施形態ではスラスト軸受(図示せず)から遠い側に位置するフランジ継手49の外側(蒸気タービンSTから遠い側)に位置する端面)49aとの軸方向距離(ギャップ)を測定するセンサー(例えば、渦電流式のギャップセンサー)である。
 変位計74は、内車室21および外車室22の外(外部)に設けられて(設置されて)、当該変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するローター23の他端面(本実施形態ではスラスト軸受(図示せず)に近い側に位置するフランジ継手50の外側(蒸気タービンSTから遠い側)に位置する端面)50aとの軸方向距離(ギャップ)を測定するセンサー(例えば、渦電流式のギャップセンサー)である。
 変位計7443は、内車室21および外車室22の外(外部)に設けられて(設置されて)、当該変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するローター23の一端面(本実施形態ではスラスト軸受(図示せず)から遠い側に位置するフランジ継手49の外側(蒸気タービンSTから遠い側)に位置する端面)49aとの軸方向距離(ギャップ)を測定するセンサー(例えば、渦電流式のギャップセンサー)である。
 なお、変位計73および変位計74は、内車室21の軸方向に沿って延びる中心線C1を含む水平面上で、かつ、中心軸C1を挟んで反対側(周方向に沿って180度離間した位置)に設けられている。
 また、変位計74は、内車室21の軸方向に沿って延びる中心線C1を含む水平面上で、かつ、変位計74と同じ側に設けられている。
 変位計76は、内車室21および外車室22の外(外部)に設けられて(設置されて)、当該変位計76が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム27との軸方向距離(ギャップ)を測定するセンサー(例えば、渦電流式のギャップセンサー)である。
 変位計77は、内車室21および外車室22の外(外部)に設けられて(設置されて)、当該変位計77が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム28との軸方向距離(ギャップ)を測定するセンサー(例えば、渦電流式のギャップセンサー)である。
 なお、変位計76および変位計77は、内車室21の軸方向に沿って延びる中心線C1を含む水平面上で、かつ、中心軸C1を挟んで反対側(周方向に沿って180度離間した位置)に設けられている。
 また、アクチュエーター14,15、ローター23、内車室21、外車室22、アーム27,28は、上述した第3実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
 さて、上述した第3実施形態と同様、変位計73,74,75,76,77により測定されたデータ(測定値)は、計算器34に伝送され、計算器34では、変位計73,74,75,76,77から伝送されてきたデータに基づいて、熱伸び差δ(=δ-δ)および傾斜角θ(=θ-θ)が計算される。
 計算器34で計算された熱伸び差δおよび傾斜角θは、制御器35に伝送され、制御器35では、計算器34で計算された熱伸び差δおよび傾斜角θをキャンセルして(相殺して)、内車室21とローター23との相対的な位置関係が変わらないように(相対的な位置関係が一定になるように)アクチュエーター14,15のロッド26を進退させる指令値(操作値)が計算される。
 制御器35で計算された指令値は、アクチュエーター14,15のロッド26を進退させる指令信号(操作信号)として出力され、増幅器36で増幅された後、アクチュエーター14,15に電送される。そして、アクチュエーター14,15のロッド26が、指令信号に基づいて進退させられることにより、内車室21が軸方向に移動、傾斜させられ、内車室21とローター23との相対的な位置関係が変わらないように維持される。
 ここで、図14から図16を用いて、基礎Gに対するローター23の熱伸び差δの計算方法について説明する。
 上述したように、変位計73は、当該変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xを測定するセンサーであり、変位計74は、当該変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面50aとの軸方向距離Xを測定するセンサーである。そして、図14に示すように、これら変位計73,74は、蒸気タービンSTが停止している冷態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じていない状態)において、ローター23の中心Oから軸方向に等しい距離L(エルオー)だけ離間した位置に、変位計73,74により測定されたデータ(測定値)が、それぞれ等しくなるように(本実施形態ではl(エルオー)となるように)、すなわち、変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xが-lとなり、変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面50aとの軸方向距離Xが+lとなるようにして取り付けられている(初期設定されている)。
 なお、蒸気タービンSTが停止している冷態では、内車室21の軸方向における中央を含む垂直面上に、ローター23の中心O、アーム27,28が位置することになる。
 つぎに、蒸気タービンSTとスラスト軸受(図示せず)との間に、当該蒸気タービンSTとは別の蒸気タービン(図示せず)が配置されているような場合(蒸気タービンSTが、例えば、スラスト軸受から最も離れた低圧タービンであるような場合)、図15に示すように、蒸気タービンSTとスラスト軸受との間に位置する蒸気タービンを構成するローター(図示せず)の熱伸びによる影響が、熱伸び差δとなって現れる。このとき、変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xは、-l+δとなり、変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面50aとの軸方向距離Xは、l+δとなる。そして、X=-l+δ、X=l+δの式から熱伸び差δ=(X+X)/2という式を導き出すことができる。すなわち、熱伸び差δは、変位計73により測定された、当該変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xと、変位計74により測定された、当該変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面50aとの軸方向距離Xとの和を求め、これを2で除することにより簡単に求めることができる。
 つづいて、図16に示すように、蒸気タービンSTを構成するローター23固有の熱伸び差Δl(エル)を考慮した場合、変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xは、-l+δ+Δlとなり、変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面50aとの軸方向距離Xは、l+δ-Δlとなる。そして、X=-l+δ+Δl、X=l+δ-Δlの式から熱伸び差δ=(X+X)/2という式を導き出すことができる。すなわち、熱伸び差δは、変位計73により測定された、当該変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xと、変位計74により測定された、当該変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面50aとの軸方向距離Xとの和を求め、これを2で除することにより簡単に求めることができる。このように、熱伸び差δは、蒸気タービンSTを構成するローター23固有の熱伸び差Δlを考慮した場合、考慮しない場合、いずれの場合においても(X+X)/2という式を用いて簡単に求めることができる。
 つぎに、図17を用いて、基礎Gに対するローター23の傾斜角θの計算方法について説明する。
 上述したように、変位計73,74は、当該変位計73,74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離X,Xを測定するセンサーである。そして、図17に二点鎖線で示すように、これら変位計73,74は、蒸気タービンSTが停止している冷態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じていない状態)において、変位計73,74により測定されたデータ(測定値)が、それぞれ等しくなるように(本実施形態ではl(エルオー)となるように)、すなわち、変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xが-lとなり、変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xが-lとなるようにして取り付けられている(初期設定されている)。
 つぎに、図17に実線で示すように、蒸気タービンSTを構成するローター23が、基礎Gに対して傾斜角θだけ傾いたとすると、このとき、変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xは、-l+aとなり、変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xは、-l-bとなる。そして、X=-l+a、X=-l-bの式からX-X=a+bという式を導き出すことができる。また、傾斜角θ=tan-1((a+b)/2y)、すなわち、θ=tan-1((X-X)/2y)という式を使って簡単に求めることができる。
 なお、yは、ローター23の中心Oから変位計73,74の測定部(センサー部)中心(基点)までのy方向(図17参照)における距離である。
 つづいて、図18および図19を用いて、基礎Gに対する内車室21の熱伸び差δの計算方法について説明する。
 上述したように、変位計76は、当該変位計76が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム27との軸方向距離、すなわち、当該変位計76が固定された基礎Gと、内車室21の軸方向(図13において左右方向)における中央(中心)との軸方向距離Xを測定するセンサーであり、変位計77は、当該変位計77が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム28との軸方向距離、すなわち、当該変位計77が固定された基礎Gと、内車室21の軸方向(図13において左右方向)における中央(中心)との軸方向距離Xを測定するセンサーである。そして、図18に示すように、これら変位計76,77は、蒸気タービンSTが停止している冷態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じていない状態)において、変位計76,77により測定されたデータ(測定値)が、それぞれ等しくなるように(本実施形態ではl(エルオー)となるように)、すなわち、変位計76が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム27との軸方向距離X4が-lとなり、変位計77が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム28との軸方向距離Xが-lとなるようにして取り付けられている(初期設定されている)。
 つぎに、図19に示すように、蒸気タービンSTを構成する内車室21の基礎Gに対する熱伸び差δを考慮した場合、変位計76が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム27との軸方向距離Xは、-l+δとなり、変位計77が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム28の軸方向距離Xは、-l+δとなる。そして、X=-l+δ、X=-l+δの式から熱伸び差δ=l+X、δ=l+Xという式を導き出すことができる。すなわち、熱伸び差δは、変位計76または変位計77から初期設定値(既知の値)であるlを差し引くことにより簡単に求めることができる。また、熱伸び差δは、上述した熱伸び差δから熱伸び差δを引くことにより簡単に求めることができる。
 つづいて、図20を用いて、基礎Gに対する内車室21の傾斜角θの計算方法について説明する。
 上述したように、変位計76,77は、当該変位計76,77が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム27,28との軸方向距離X,Xを測定するセンサーである。そして、図20に二点鎖線で示すように、これら変位計76,77は、蒸気タービンSTが停止している冷態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じていない状態)において、変位計76,77により測定されたデータ(測定値)が、それぞれ等しくなるように(本実施形態ではl(エルオー)となるように)、すなわち、変位計76が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するアーム27との軸方向距離Xが-lとなり、変位計77が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するアーム28との軸方向距離Xが-lとなるようにして取り付けられている(初期設定されている)。
 つぎに、図20に実線で示すように、蒸気タービンSTを構成する内車室21が、基礎Gに対して傾斜角θだけ傾いたとすると、このとき、変位計76が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するアーム27との軸方向距離Xは、-l+a’となり、変位計77が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するアーム28との軸方向距離Xは、-l-b’となる。そして、X=-l+a’、X=-l-b’の式からX-X=a’+b’という式を導き出すことができる。また、傾斜角θ=tan-1((a’+b’)/2y’)、すなわち、θ=tan-1((X-X)/2y’)という式を使って簡単に求めることができる。また、傾斜角θは、上述した傾斜角θから傾斜角θを引くことにより簡単に求めることができる。そして、計算によって求められた熱伸び差δおよび/または傾斜角θをキャンセルする(相殺する:ゼロにする)ように、アクチュエーター14,15のロッド26を進退させることにより、蒸気タービンSTが運転されている温態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じている状態)でも、内車室21の軸方向における中央(中心O(オーエル))を含む垂直面上に、ローター23の中心Oが位置し、内車室21とローター23との相対的な位置関係が変わらないように(相対的な位置関係が一定になるように)維持されることになる。
 なお、y’は、内車室21の中心Oから変位計76,77の測定部(センサー部)中心(基点)までのy方向(図20参照)における距離である。
 本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置40によれば、内車室21に対するローター23の軸方向に沿った熱伸び差δおよび/または内車室21に対するローター23の傾斜角θをキャンセルする(相殺する:ゼロにする)ように、アクチュエーター14,15が制御されることにより、蒸気タービンSTが運転されている温態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じている状態)でも、内車室21とローター23との相対的な位置関係が変わらないように(相対的な位置関係が一定になるように)維持されることになる。
 これにより、内車室(タービンケーシング)21とローター23との隙間(クリアランス)を小さくすることができ、タービンの効率を向上させることができる。
 また、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置40によれば、基礎Gに対する内車室21の熱膨張による熱伸びおよび傾斜が考慮されることになる。
 これにより、内車室21とローター23との相対的な熱膨張による熱伸び差をより精度良く測定することができ、内車室21とローター23との隙間をより小さくすることができ、タービンの効率を向上させることができる。
 さらに、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置40によれば、変位計73,74,75,76,77およびアクチュエーター14,15が、高温の蒸気に曝されることのない外車室22の外に設けられることになる。
 これにより、変位計73,74,75,76,77およびアクチュエーター14,15の熱による損傷、故障を低減させ、長寿命化を図ることができて、変位計73,74,75,76,77およびアクチュエーター14,15の信頼性を向上させることができる。
〔第5実施形態〕
 以下、本発明の第5実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置について、図21から図29を参照しながら説明する。
 図21は本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の概略構成を示す平面図、図22から図24は熱伸び差δを計算する式を説明するための図、図25は傾斜角θを計算する式を説明するための図、図26から図28は熱伸び差δを計算する式を説明するための図、図29は傾斜角θを計算する式を説明するための図である。
 図21に示すように、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置60は、(第1の)変位計73と、(第2の)変位計74と、(第3の)変位計74と、(第4の)変位計76と、(第5の)変位計77と、(第6の)変位計78と、(第1の)アクチュエーター14と、(第2の)アクチュエーター15と、を備えている。
 変位計78は、内車室21および外車室22の外(外部)に設けられて(設置されて)、当該変位計78が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム79との軸方向距離(ギャップ)を測定するセンサー(例えば、渦電流式のギャップセンサー)である。
 なお、変位計78は、内車室21の軸方向に沿って延びる中心線C1を含む水平面上で、かつ、変位計77と同じ側に設けられている。
 また、本実施形態に係るアーム27,28は、内車室21の軸方向(図21において左右方向)における中央(中心)からフランジ継手49の側(スラスト軸受(図示せず)から遠い側)に所定距離(L’-l’)だけずれた位置に設けられている。
 さらに、本実施形態に係るアーム79は、内車室21の軸方向(図21において左右方向)における中央(中心)からフランジ継手50の側(スラスト軸受(図示せず)に近い側)に所定距離(-L’+l’)だけずれた位置に設けられている。
 さらにまた、アクチュエーター14,15、ローター23、内車室21、外車室22、アーム27,28、変位計73,74,75,76,77は、上述した第4実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。
 さて、上述した第4実施形態と同様、変位計73,74,75,76,77,78により測定されたデータ(測定値)は、計算器34に伝送され、計算器34では、変位計73,74,75,76,77,78から伝送されてきたデータに基づいて、熱伸び差δ(=δ-δ)および傾斜角θ(=θ-θ)が計算される。
 計算器34で計算された熱伸び差δおよび傾斜角θは、制御器35に伝送され、制御器35では、計算器34で計算された熱伸び差δおよび傾斜角θをキャンセルして(相殺して)、内車室21とローター23との相対的な位置関係が変わらないように(相対的な位置関係が一定になるように)アクチュエーター14,15のロッド26を進退させる指令値(操作値)が計算される。
 制御器35で計算された指令値は、アクチュエーター14,15のロッド26を進退させる指令信号(操作信号)として出力され、増幅器36で増幅された後、アクチュエーター14,15に電送される。そして、アクチュエーター14,15のロッド26が、指令信号に基づいて進退させられることにより、内車室21が軸方向に移動、傾斜させられ、内車室21とローター23との相対的な位置関係が変わらないように維持される。
 ここで、図22から図24を用いて、基礎Gに対するローター23の熱伸び差δの計算方法について説明する。
 上述したように、変位計73は、当該変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xを測定するセンサーであり、変位計74は、当該変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面50aとの軸方向距離Xを測定するセンサーである。そして、図22に示すように、これら変位計73,74は、蒸気タービンSTが停止している冷態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じていない状態)において、ローター23の中心Oから軸方向に等しい距離L(エルオー)だけ離間した位置に、変位計73,74により測定されたデータ(測定値)が、それぞれ等しくなるように(本実施形態ではl(エルオー)となるように)、すなわち、変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xが-lとなり、変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面50aとの軸方向距離Xが+lとなるようにして取り付けられている(初期設定されている)。
 つぎに、蒸気タービンSTとスラスト軸受(図示せず)との間に、当該蒸気タービンSTとは別の蒸気タービン(図示せず)が配置されているような場合(蒸気タービンSTが、例えば、スラスト軸受から最も離れた低圧タービンであるような場合)、図23に示すように、蒸気タービンSTとスラスト軸受との間に位置する蒸気タービンを構成するローター(図示せず)の熱伸びによる影響が、熱伸び差δとなって現れる。このとき、変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xは、-l+δとなり、変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面50aとの軸方向距離Xは、l+δとなる。そして、X=-l+δ、X=l+δの式から熱伸び差δ=(X+X)/2という式を導き出すことができる。すなわち、熱伸び差δは、変位計73により測定された、当該変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xと、変位計74により測定された、当該変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面50aとの軸方向距離Xとの和を求め、これを2で除することにより簡単に求めることができる。
 つづいて、図24に示すように、蒸気タービンSTを構成するローター23固有の熱伸び差Δl(エル)を考慮した場合、変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xは、-l+δ+Δlとなり、変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面50aとの軸方向距離Xは、l+δ-Δlとなる。そして、X=-l+δ+Δl、X=l+δ-Δlの式から熱伸び差δ=(X+X)/2という式を導き出すことができる。すなわち、熱伸び差δは、変位計73により測定された、当該変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xと、変位計74により測定された、当該変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面50aとの軸方向距離Xとの和を求め、これを2で除することにより簡単に求めることができる。このように、熱伸び差δは、蒸気タービンSTを構成するローター23固有の熱伸び差Δlを考慮した場合、考慮しない場合、いずれの場合においても(X+X)/2という式を用いて簡単に求めることができる。
 つぎに、図25を用いて、基礎Gに対するローター23の傾斜角θの計算方法について説明する。
 上述したように、変位計73,74は、当該変位計73,74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離X,Xを測定するセンサーである。そして、図25に二点鎖線で示すように、これら変位計73,74は、蒸気タービンSTが停止している冷態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じていない状態)において、変位計73,74により測定されたデータ(測定値)が、それぞれ等しくなるように(本実施形態ではl(エルオー)となるように)、すなわち、変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xが-lとなり、変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xが-lとなるようにして取り付けられている(初期設定されている)。
 つぎに、図25に実線で示すように、蒸気タービンSTを構成するローター23が、基礎Gに対して傾斜角θだけ傾いたとすると、このとき、変位計73が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xは、-l+aとなり、変位計74が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するローター23の一端面49aとの軸方向距離Xは、-l-bとなる。そして、X=-l+a、X=-l-bの式からX-X=a+bという式を導き出すことができる。また、傾斜角θ=tan-1((a+b)/2y)、すなわち、θ=tan-1((X-X)/2y)という式を使って簡単に求めることができる。
 なお、yは、ローター23の中心Oから変位計73,74の測定部(センサー部)中心(基点)までのy方向(図25参照)における距離である。
 つづいて、図26から図28を用いて、基礎Gに対する内車室21の熱伸び差δの計算方法について説明する。
 上述したように、変位計76は、当該変位計76が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム27との軸方向距離Xを測定するセンサーであり、変位計78は、当該変位計78が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム79との軸方向距離Xを測定するセンサーである。そして、図26に示すように、これら変位計76,78は、蒸気タービンSTが停止している冷態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じていない状態)において、内車室21の中心Oから軸方向に等しい距離L(エルオー)’だけ離間した位置に、変位計76,78により測定されたデータ(測定値)が、それぞれ等しくなるように(本実施形態ではl(エルオー)’となるように)、すなわち、変位計76が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム27との軸方向距離X4が-l’となり、変位計78が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム79との軸方向距離Xが+l’となるようにして取り付けられている(初期設定されている)。
 つぎに、図27に示すように、蒸気タービンSTを構成する内車室21の基礎Gに対する熱伸び差δを考慮した場合、変位計76が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム27との軸方向距離Xは、-l’+δとなり、変位計78が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム79の軸方向距離Xは、l’+δとなる。そして、X=-l’+δ、X=l’+δの式から熱伸び差δ=(X+X)/2という式を導き出すことができる。すなわち、熱伸び差δは、変位計76により測定された、当該変位計76が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム27との軸方向距離Xと、変位計78により測定された、当該変位計78が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム79との軸方向距離Xとの和を求め、これを2で除することにより簡単に求めることができる。また、熱伸び差δは、上述した熱伸び差δから熱伸び差δを引くことにより簡単に求めることができる。
 つづいて、図28に示すように、蒸気タービンSTを構成する内車室21固有の熱伸び差Δl(エル)’を考慮した場合、変位計76が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム27との軸方向距離Xは、-l’+δ+Δl’となり、変位計78が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム79との軸方向距離Xは、l’+δ-Δl’となる。そして、X=-l’+δ+Δl’、X=l’+δ-Δl’の式から熱伸び差δ=(X+X)/2という式を導き出すことができる。すなわち、熱伸び差δは、変位計76により測定された、当該変位計76が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム27との軸方向距離Xと、変位計78により測定された、当該変位計78が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム79との軸方向距離Xとの和を求め、これを2で除することにより簡単に求めることができる。このように、熱伸び差δは、蒸気タービンSTを構成する内車室21固有の熱伸び差Δl’を考慮した場合、考慮しない場合、いずれの場合においても(X+X)/2という式を用いて簡単に求めることができる。
 つぎに、図29を用いて、基礎Gに対する内車室21の傾斜角θの計算方法について説明する。
 上述したように、変位計76,77は、当該変位計76,77が固定された基礎Gと、外車室22の外(外部)に位置するアーム27,28との軸方向距離X,Xを測定するセンサーである。そして、図29に二点鎖線で示すように、これら変位計76,77は、蒸気タービンSTが停止している冷態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じていない状態)において、変位計76,77により測定されたデータ(測定値)が、それぞれ等しくなるように(本実施形態ではl(エルオー)’となるように)、すなわち、変位計76が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するアーム27との軸方向距離Xが-l’となり、変位計77が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するアーム28との軸方向距離Xが-l’となるようにして取り付けられている(初期設定されている)。
 つぎに、図29に実線で示すように、蒸気タービンSTを構成する内車室21が、基礎Gに対して傾斜角θだけ傾いたとすると、このとき、変位計76が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するアーム27との軸方向距離Xは、-l+a’となり、変位計77が固定された基礎Gと、外車室22の外に位置するアーム28との軸方向距離Xは、-l-b’となる。そして、X=-l+a’、X=-l-b’の式からX-X=a’+b’という式を導き出すことができる。また、傾斜角θ=tan-1((a’+b’)/2y’)、すなわち、θ=tan-1((X-X)/2y’)という式を使って簡単に求めることができる。また、傾斜角θは、上述した傾斜角θから傾斜角θを引くことにより簡単に求めることができる。そして、計算によって求められた熱伸び差δおよび/または傾斜角θをキャンセルする(相殺する:ゼロにする)ように、アクチュエーター14,15のロッド26を進退させることにより、蒸気タービンSTが運転されている温態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じている状態)でも、内車室22の軸方向における中央(中心O)を含む垂直面上に、ローター23の中心Oが位置し、内車室22とローター23との相対的な位置関係が変わらないように(相対的な位置関係が一定になるように)維持されることになる。
 なお、y’は、内車室21の中心Oから変位計76,77の測定部(センサー部)中心(基点)までのy方向(図29参照)における距離である。
 本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置60によれば、内車室21に対するローター23の軸方向に沿った熱伸び差δおよび/または内車室22に対するローター23の傾斜角θをキャンセルする(相殺する:ゼロにする)ように、アクチュエーター14,15が制御されることにより、蒸気タービンSTが運転されている温態(熱伸び差δおよび/または傾斜角θが生じている状態)でも、内車室21とローター23との相対的な位置関係が変わらないように(相対的な位置関係が一定になるように)維持されることになる。
 これにより、内車室(タービンケーシング)21とローター23との隙間(クリアランス)を小さくすることができ、タービンの効率を向上させることができる。
 また、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置60によれば、基礎Gに対する内車室21の熱膨張による熱伸びおよび傾斜が考慮されることになる。
 これにより、内車室21とローター23との相対的な熱膨張による熱伸び差をより精度良く測定することができ、内車室21とローター23との隙間をより小さくすることができ、タービンの効率を向上させることができる。
 さらに、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置60によれば、変位計73,74,75,76,77,78およびアクチュエーター14,15が、高温の蒸気に曝されることのない外車室22の外に設けられることになる。
 これにより、変位計73,74,75,76,77,78およびアクチュエーター14,15の熱による損傷、故障を低減させ、長寿命化を図ることができて、変位計73,74,75,76,77,78およびアクチュエーター14,15の信頼性を向上させることができる。
 さらにまた、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置60によれば、アーム27,28,79、変位計76,77,78およびアクチュエーター14,15が、内車室21の軸方向(図21において左右方向)における中央(中心)から軸方向にずれた位置、すなわち、上述したサイドインレット管等の付帯設備と干渉しない位置に設けられることになる。
 これにより、上述したサイドインレット管等の付帯設備のレイアウトの自由度を高めることができる。
 なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
 例えば、第3実施形態のところで説明した変位計11,12,13を1組(セット)として、少なくとも2組を周方向に沿って配置するようにするとさらに好適である。
 これにより、1組の変位計11,12,13が故障等により正常に作動しなくなった場合でも、予備として配置された他の組の変位計11,12,13を使用して、内車室21に対するローター23の軸方向に沿った相対距離を支障なく測定することができる。
 また、内車室21およびローター23の温度を測定する温度センサーが設けられているとさらに好適である。
 これにより、温度センサーで測定された温度に基づいて計算された内車室21およびローターの熱伸びと、変位計で測定された軸方向距離に基づいて計算された内車室21およびローターの熱伸びとを用いて、変位計を取り外すことなく、変位計の校正を行うことができる。
〔第6実施形態〕
 以下、本発明の第6実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置について、図30から図35を参照しながら説明する。
 図30は本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の要部を示す正面図、図31は本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の要部を示す右側面図、図32は本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の要部を右側方から見た斜視図、図33は本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の要部を示す平面図、図34は本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の要部を示す左側面図、図35は本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置の要部を左側方から見た斜視図である。
 図30から図35の少なくとも一図に示すように、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置30は、少なくとも一つ(本実施形態では二つ)のアクチュエーター31と、上述したアーム27,28をそれぞれ支持する二つの支持部32と、アクチュエーター31と、アーム27,28とをそれぞれ結合する少なくとも一つ(本実施形態では二つ)の結合部33と、を備えている。
 アクチュエーター31は、内車室21の周囲(外側)を取り囲むようにして設けられた(配置された)外車室22(または外車室22が設置された基礎G(図30等参照))に固定されて、内車室21を外車室22およびローター23に対して軸方向に移動させるものであり、図35に示すように、モーター41と、モーター41の回転軸41aとともに回転するボールねじ42と、を備えている。
 図30から図32の少なくとも一図に示すように、支持部32は、(第1の)直動ガイド(軸方向ガイド)51と、(第2の)直動ガイド(径方向ガイド)52と、連結部材(中間部材)53と、を備えている。
 直動ガイド51は、アーム27,28(すなわち、内車室21)を、内車室21の軸方向に沿って案内する(ガイドする)すべり軸受であり、レール54と、ブロック(往復動体)55と、を備えている。
 レール54は、ブロック55を内車室21の軸方向に沿って案内するものであり、外車室22の中心線C1(図38等参照)と平行になるようにして、基礎Gの上面に固定されている。
 ブロック55は、レール54の上に配置されて、レール54の上を内車室21の軸方向に沿って往復直線移動するものであり、本実施形態ではレール54の長手方向に沿って二つ設けられている。
 直動ガイド52は、アーム27,28(すなわち、内車室21)を、内車室21の径方向に沿って案内するすべり軸受であり、レール56と、ブロック(往復動体)57と、を備えている。
 レール56は、ブロック57を内車室21の径方向に沿って案内するものであり、内車室21の中心線C1(図38等参照)と直交するようにして、ブロック55の上面(より詳しくは、ブロック55の長手方向における中央部の上面)に固定されている。
 ブロック57は、レール56の上に配置されて、レール56の上を内車室21の径方向に沿って往復直線移動するものであり、レール56の上にそれぞれ一つずつ設けられている。
 連結部材53は、アーム27,28とブロック57とを連結するものであり、内車室21の軸方向に沿って配置されたブロック57間に架け渡されるようにして、すなわち、内車室21の中心線C1(図38等参照)と平行になるようにして、ブロック57の上面に固定されている。
 結合部33は、支持部32と同様、(第1の)直動ガイド(水平方向ガイド)61と、(第2の)直動ガイド(高さ方向ガイド)62と、連結部材(中間部材)63と、を備えている。
 直動ガイド61は、アーム27,28(すなわち、内車室21)を、内車室21の径方向に沿って案内する(ガイドする)すべり軸受であり、レール64と、ブロック(往復動体)65と、を備えている。
 レール64は、ブロック65を内車室21の径方向に沿って案内するものであり、内車室21の中心線C1(図38等参照)と直交するようにして、アーム27,28の軸方向における一端面(本実施形態ではモーター41が配置されている側の端面:図33および図34において右側の端面)に固定されている。
 ブロック65は、レール64に沿って(案内されて)内車室21の径方向に往復直線移動するものであり、本実施形態では左右に一つずつ設けられている。
 直動ガイド62は、アーム27,28(すなわち、内車室21)を、内車室21の高さ方向(上下方向)に沿って案内するすべり軸受であり、レール66と、ブロック(往復動体)67と、を備えている。
 レール66は、ブロック67を内車室21の高さ方向に沿って案内するものであり、内車室21の中心線C1(図38等参照)と直交するとともに、内車室21の高さ方向に沿って延びる連結部材63の、軸方向(板厚方向)における一端面(本実施形態ではモーター41が配置されている側と反対側の端面:図33および図34において左側の端面)に固定されている。
 ブロック67は、レール66に沿って(案内されて)内車室21の高さ方向に往復直線移動するものであり、本実施形態では左右に一つずつ設けられている。また、ブロック65とブロック67とは、背面(対向する面)同士が接するようにして互いに接合(固定)されている。
 連結部材63は、ボールねじ42とレール66とを連結する板状の部材であり、内車室21の中心線C1(図38等参照)と直交するとともに、内車室21の高さ方向に沿って延びている。また、連結部材63の一端部(本実施形態では下半部)には、板厚方向に貫通するとともに、ボールねじ42が挿通される貫通穴(図示せず)と、この貫通穴に連通するとともに、ボールねじ42の外周面に設けられた雄ねじ部42aと螺合する雌ねじ部(図示せず)が内周面に設けられた筒状部68とが設けられている。そして、モーター41によりボールねじ42が正回転または逆回転させられて、連結部材63が内車室21の軸方向に沿って移動することにより、アーム27,28(すなわち、内車室21)が内車室21の軸方向に沿って移動させられ、内車室21とローター23との隙間(クリアランス)が調整されることになる。
 なお、図30から図32には、アーム27、およびアーム27に対応して配置された支持部32のみを図示し、アーム28、およびアーム28に対応して配置された支持部32は図示していない。
 また、図33から図35にはアーム28、およびアーム28に対応して配置された結合部33のみを図示し、図33から図35にはアーム27、およびアーム27に対応して配置された結合部33は図示していない。
 本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置30によれば、内車室21の熱膨張による径方向への熱伸びを許容(吸収)することができる。
 また、本実施形態に係る蒸気タービンの車室位置調整装置30によれば、内車室21の熱膨張による水平方向への熱伸びが(第1の)直動ガイド61により許容され、内車室21の熱膨張による高さ方向への熱伸びが(第2の)直動ガイド62により許容されることになる。
 これにより、内車室21と、アクチュエーター31との接合部に過大な荷重が加わるのを回避することができ、内車室21と、アクチュエーター31との接合部が破損するのを防止することができる。
 なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更実施可能である。
 例えば、図36に示すように、アクチュエーター31の代わりにアクチュエーター20を採用して、アクチュエーター20のシリンダー24と、シリンダー24が固定される外車室22(または外車室22が設置された基礎G)とを(第1の)ボールジョイント71で連結するとともに、ロッド26の先端と、アーム27,28とを(第2の)ボールジョイント72で連結するようにしてもよい。
 また、上述した実施形態では、アーム27,28のそれぞれに対してアクチュエーター31、支持部32、結合部33が設けられているものを一具体例として挙げて説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではなく、アーム27,28のいずれか一方のみに対してアクチュエーター31、結合部33が設けられるように構成してもよい。
 さらに、上述した実施形態では、タービンケーシングとして外車室および内車室の双方を備えた蒸気タービンを一具体例として挙げて説明したが、本発明に係る蒸気タービンの車室位置調整装置は、外車室の内側に内車室を備えていない(内車室の外側に外車室を備えていない)蒸気タービン、すなわち、タービンケーシングとして車室を一つしか有していない蒸気タービンにも適用することができる。
 さらにまた、上述した実施形態における直動ガイド51,52,61,62は、すべり軸受に限定されるものではなく、直進性を有する軸受であれば、いかなる形式のもの(例えば、転がり軸受)であってもよい。
 さらにまた、図37に示す軸方向ガイド82と凸部83との間に、図示しない直進性を有する軸受(例えば、すべり軸受や転がり軸受)等が配置されているとさらに好適である。
 これにより、軸方向ガイド82と凸部83との間に生じる摩擦係数を少なくすることができ、軸方向ガイド82と凸部83との間に生じる焼き付きを防止したり、アクチュエーター31の必要推力を低下させることができる。
 さらにまた、アクチュエーター20,31が、高温の蒸気に曝されることのない外車室22の外に設けられているとさらに好適である。
 このような蒸気タービンの車室位置調整装置によれば、アクチュエーター20,31の熱による損傷、故障を低減させ、長寿命化を図ることができて、アクチュエーター20,31の信頼性を向上させることができる。
10,30,40,60  蒸気タービンの車室位置調整装置
11,12,13,73,74,75,76,77,78  変位計(センサー)
14,15,31  アクチュエーター
21  内車室(タービンケーシング)
22,37  外車室(タービンケーシング)
23  ローター
23a 一端面(測定面)
23b 他端面(測定面)
26 ロッド
27,28,47,48 アーム
32 支持部
33 結合部
34  計算器
35  制御器
43 凹所
49a 一端面(測定面)
50a 他端面(測定面)
51 (第1の)直動ガイド(軸方向ガイド)
52 (第2の)直動ガイド(径方向ガイド)
61 (第1の)直動ガイド(水平方向ガイド)
62 (第2の)直動ガイド(高さ方向ガイド)
 G  基礎
ST  蒸気タービン
 δ  熱伸び差
 θ  傾斜角

Claims (15)

  1.  タービンケーシングと、ローターと、前記タービンケーシングを軸方向に沿って移動させるアクチュエーターと、を備えた蒸気タービンの車室位置調整装置であって、
     前記アクチュエーターが、前記タービンケーシングを形成する外周面の半径方向外側に配置されている蒸気タービンの車室位置調整装置。
  2.  外車室と、内車室と、ローターと、前記内車室を軸方向に沿って移動させるアクチュエーターと、を備えた蒸気タービンの車室位置調整装置であって、
     前記アクチュエーターが、前記内車室を形成する外周面の半径方向外側で、かつ、前記外車室を形成する内周面の半径方向内側に配置されている蒸気タービンの車室位置調整装置。
  3.  外車室と、内車室と、ローターと、前記内車室を軸方向に沿って移動させるアクチュエーターと、を備えた蒸気タービンの車室位置調整装置であって、
     前記アクチュエーターが、前記外車室を形成する外周面の半径方向外側に配置されている蒸気タービンの車室位置調整装置。
  4.  前記アクチュエーターは、前記外車室の軸方向における中央部に、周方向に沿って設けられた凹所内に配置されている請求項3に記載の蒸気タービンの車室位置調整装置。
  5.  前記アクチュエーターを構成するロッドの先端は、前記内車室の軸方向における中央に位置する前記内車室の外周面に固定されて、前記内車室の半径方向外側に向かって延びるアームに連結されている請求項2から4のいずれか一項に記載の蒸気タービンの車室位置調整装置。
  6.  前記内車室、または前記外車室が設置された基礎に対して固定されたセンサーと、
     前記センサーから伝送されてきたデータに基づいて、前記内車室に対する前記ローターの前記軸方向に沿った熱伸び差、および前記内車室に対する前記ローターの傾斜角を計算する計算器と、
     前記計算器で計算された前記熱伸び差および前記傾斜角をキャンセルして、前記内車室と前記ローターとの相対的な位置関係が変わらないように前記アクチュエーターを制御する制御器と、を備えている請求項1から3のいずれかに記載の蒸気タービンの車室位置調整装置。
  7.  前記センサーが、前記内車室の中に設けられて、前記内車室の軸方向における中央と、前記ローターの測定面との軸方向距離を測定するセンサーである請求項6に記載の蒸気タービンの車室位置調整装置。
  8.  前記センサーが、前記外車室が設置された基礎に対する前記内車室の軸方向に沿った相対距離を測定するセンサーと、前記基礎に対する前記ローターの軸方向に沿った相対距離を測定するセンサーと、により構成され、
     前記計算器では、前記センサーから伝送されてきたデータに基づいて、前記内車室に対する前記ローターの前記軸方向に沿った熱伸び差、および前記内車室に対する前記ローターの傾斜角の他、前記基礎に対する前記内車室の前記軸方向に沿った熱伸び差、前記基礎に対する前記内車室の傾斜角、前記基礎に対する前記ローターの前記軸方向に沿った熱伸び差、および前記基礎に対する前記ローターの傾斜角が計算され、
     前記制御器からは、前記計算器で計算された前記熱伸び差および前記傾斜角をすべてキャンセルして、前記内車室と前記ローターとの相対的な位置関係が変わらないように前記アクチュエーターを制御する指令信号が出力される請求項6に記載の蒸気タービンの車室位置調整装置。
  9.  前記センサーおよび前記アクチュエーターが、前記外車室の外に設けられている請求項8に記載の蒸気タービンの車室位置調整装置。
  10.  前記タービンケーシングが、当該タービンケーシングの熱膨張による径方向への熱伸びを許容する径方向ガイドと、当該タービンケーシングの軸方向への移動を許容する軸方向ガイドと、を備えた支持部を介して基礎に支持されている請求項1に記載の蒸気タービンの車室位置調整装置。
  11.  前記タービンケーシングと、前記アクチュエーターとが、前記タービンケーシングの熱膨張による水平方向への熱伸びを許容する水平方向ガイドと、前記タービンケーシングの熱膨張による高さ方向への熱伸びを許容する高さ方向ガイドと、を備えた結合部を介して結合されている請求項10に記載の蒸気タービンの車室位置調整装置。
  12.  前記内車室が、当該内車室の熱膨張による径方向への熱伸びを許容する径方向ガイドと、当該内車室の軸方向への移動を許容する軸方向ガイドと、を備えた支持部を介して、前記外車室または前記外車室が固定された基礎に支持されている請求項2または3に記載の蒸気タービンの車室位置調整装置。
  13.  前記内車室と、前記アクチュエーターとが、前記内車室の熱膨張による水平方向への熱伸びを許容する水平方向ガイドと、前記内車室の熱膨張による高さ方向への熱伸びを許容する高さ方向ガイドと、を備えた結合部を介して結合されている請求項12に記載の蒸気タービンの車室位置調整装置。
  14.  前記アクチュエーターが、前記外車室の外に設けられている請求項12に記載の蒸気タービンの車室位置調整装置。
  15.  請求項1から14のいずれか一項に記載の蒸気タービンの車室位置調整装置を具備している蒸気タービン。
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