WO2013047423A1 - 蒸気タービン - Google Patents

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WO2013047423A1
WO2013047423A1 PCT/JP2012/074366 JP2012074366W WO2013047423A1 WO 2013047423 A1 WO2013047423 A1 WO 2013047423A1 JP 2012074366 W JP2012074366 W JP 2012074366W WO 2013047423 A1 WO2013047423 A1 WO 2013047423A1
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steam turbine
steam
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誠 片懸
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三菱重工コンプレッサ株式会社
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    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
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    • H02K2213/06—Machines characterised by the presence of fail safe, back up, redundant or other similar emergency arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a steam turbine that is rotationally driven by steam.
  • the steam turbine is used for driving a machine or the like, and includes a turbine body having a rotor that is rotatably supported. The rotor is rotationally driven by supplying steam as a working fluid to the turbine body.
  • steam supplied to the turbine body or steam extracted from the turbine body flows through the steam flow path.
  • An adjustment valve is provided in the steam flow path, and the adjustment valve adjusts the flow rate of the steam by adjusting the opening and closing of the steam flow path.
  • a hydraulic servo mechanism is widely used to drive the adjustment valve (see, for example, Patent Document 1).
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional steam turbine 80.
  • the steam turbine 80 includes a turbine body 81 that drives the compressor, a steam passage 82 that supplies steam to the turbine body 81, an adjustment valve 83 that is provided in the steam passage 82 and adjusts opening and closing thereof, and rotation A lever member 84 that is supported and fixed at one end of the adjustment valve 83, a hydraulic servo mechanism 85 that drives the adjustment valve 83 via the lever member 84, and a rotational speed and operation panel detected by the turbine body 81.
  • an electronic governor 86 for controlling the operation of the hydraulic servomechanism 85 based on the instruction inputted from the above.
  • the hydraulic servo mechanism 85 includes a piston 87 whose one end is fixed to the lever member 84, a hydraulic cylinder 88 that houses the piston 87, and a pilot that supplies hydraulic oil to the hydraulic cylinder 88. It has a valve 89 and an actuator 90 that drives the pilot valve 89.
  • the hydraulic servo mechanism 85 configured as described above, when the hydraulic oil is supplied from the pilot valve 89 to the lower side of the piston 87 in the hydraulic cylinder 88, the piston 87 moves upward, whereby the lever member 84 is moved. It rotates to raise its tip. Thereby, the regulating valve 83 fixed to the lever member 84 is also raised, and the steam passage 82 is opened, whereby steam is supplied from the steam passage 82 to the turbine body 81.
  • FIG. 12 is a schematic perspective view showing an installed state of the conventional hydraulic servomechanism 85.
  • FIG. Usually, most of the equipment installation space in the equipment building is occupied by the machine to be driven and the turbine body.
  • the hydraulic servo mechanism 85 requires a space below the lever member 84 for the convenience of operating the lever member 84 up and down. However, since most of the installation space is occupied by the machine to be driven and the turbine body as described above, it is difficult for only the hydraulic servo mechanism 85 to occupy the space below the lever member 84.
  • the bearing cover 91 accommodates a bearing that serves to rotatably support the rotating shaft that forms the rotor of the turbine body 81.
  • the use of oil as the working fluid of the hydraulic servo mechanism 85 provides a large output and quick response, but a relatively high hydraulic pressure is required, so that the hydraulic cylinder 88 and various pipes can withstand the hydraulic pressure. Only sufficient strength is required. As a result, there is a problem that the overall size and weight of the steam turbine 80 are increased, and the cost is increased due to an increase in material costs.
  • the steam turbine 80 is continuously operated for a long time. Therefore, the packing that seals each part of the hydraulic servo mechanism 85 may deteriorate over time, and the joint that connects each part of the hydraulic servo mechanism 85 may also loosen over time. For this reason, it is necessary to take measures to prevent leakage of hydraulic oil due to these, and to take fire prevention measures. Therefore, a mechanism that reliably drives the regulating valve 83 without being affected by the long-term operation of the steam turbine 80 is required.
  • the hydraulic servomechanism 85 has its pilot valve 89 and actuator 90 installed on the bearing cover 91 as shown in FIG. Therefore, every time the bearing cover 91 is opened to perform maintenance work on a bearing (not shown) accommodated in the bearing cover 91, the pilot valve 89 and the actuator 90 are separated from the lever member 84, and then they are removed. The operation
  • the hydraulic oil supplied to the hydraulic servo mechanism 85 requires a high hydraulic pressure although the amount of oil is small compared to the oil supplied to the bearing. Therefore, the oil console that manages the oil for the hydraulic servo mechanism 85 and the oil for the bearing collectively boosts the oil of the entire flow rate to the high hydraulic pressure for the hydraulic servo mechanism 85 and then reduces the pressure to the low hydraulic pressure for the bearing. It is a line to do. As a result, the oil console requires a high-power pump and motor, which increases the cost and increases the size and weight of the steam turbine 80 as a whole.
  • the present invention provides a steam turbine in which a regulating valve for regulating the amount of steam can be driven stably over a long period of time, and the opening / closing drive mechanism of the regulating valve does not interfere with the maintenance work of the bearing.
  • a steam turbine includes a turbine body having blades that are rotatably supported, a steam passage that is connected to the turbine body and through which steam flows, and the steam flow by linearly moving.
  • An adjustment valve that adjusts the opening and closing of the road; and an opening and closing drive mechanism that drives the adjustment valve, wherein the opening and closing drive mechanism rotates the electric motor that is supplied with electric power and rotates the electric motor.
  • a conversion mechanism that converts the linear motion of the valve; and a brake that operates by regenerative energy of the electric motor.
  • the adjustment valve can be opened and closed by converting rotation by the electric motor into linear motion by the conversion mechanism. For this reason, a hydraulic servo mechanism becomes unnecessary, and means for preventing leakage of hydraulic oil becomes unnecessary. Further, since an actuator for supplying hydraulic oil, a valve mechanism for sealing, and the like are not required, it is not necessary to use the space above the bearing cover as an installation space. In addition, since the hydraulic oil can be used only for the bearing, the pressure can be relatively low, and the oil console can be downsized. Here, when the power supply to the electric motor is stopped, the regulating valve operates in a direction forcibly closing by the mechanical means.
  • the conversion mechanism converts the linear motion that operates in the direction of closing the regulating valve into the rotational motion, and the electric motor rotates in the direction opposite to the rotational direction during normal driving.
  • the opening / closing drive mechanism includes a brake that is operated by regenerative energy of the electric motor. For this reason, when the electric power supply to the electric motor is stopped and the electric motor rotates in the reverse direction, regenerative energy is generated in the electric motor, and the brake is operated using this regenerative energy as power. For this reason, it is suppressed that the rotational speed of an electric motor becomes excessive. As a result, it is possible to prevent the occurrence of seizing due to excessive heat generated in the conversion mechanism that converts the rotational motion of the electric motor into the linear motion of the regulating valve.
  • the conversion mechanism includes a ball screw that is rotationally driven by the electric motor, a nut that is screwed to the ball screw and connected to the adjustment valve, May be provided.
  • the nut screwed to the ball screw moves linearly along the ball screw, and the adjusting valve connected to the nut also moves linearly.
  • the rotational motion of the electric motor can be converted into the linear motion of the regulating valve with a simple configuration of the ball screw and the nut.
  • the installation space can be reduced by using a simple configuration for the opening / closing drive mechanism.
  • the nut moves linearly in the corresponding direction by operating in the direction in which the regulating valve is closed, whereby the ball screw and the ball screw to which the nut is screwed are connected.
  • the motor rotates in the direction opposite to the direction of rotation for forcibly normal driving. At this time, since the rotation of the electric motor is limited by the brake, even if the ball screw is rotated by the linear motion of the nut, it is possible to prevent the ball screw and the nut from being seized.
  • the electric motor may be accommodated in a motor accommodating portion whose inside is sealed.
  • the steam turbine according to the fourth aspect of the present invention may further include a preliminary opening / closing drive mechanism that drives the adjustment valve when the opening / closing drive mechanism fails.
  • the preliminary opening / closing drive mechanism drives the regulating valve instead, so that the steam turbine can be continuously operated.
  • the steam turbine can be operated with high reliability.
  • the steam turbine according to the fifth aspect of the present invention may further include a controller unit that controls the operation of the opening / closing drive mechanism or the preliminary opening / closing drive mechanism.
  • the configuration of the steam turbine can be simplified by controlling the operations of the open / close drive mechanism and the preliminary open / close drive mechanism with the common controller unit.
  • the steam turbine according to the sixth aspect of the present invention may further include a spare controller unit that controls the operation of the opening / closing drive mechanism or the spare opening / closing drive mechanism when the controller unit fails.
  • the spare controller unit controls the operation of the opening / closing drive mechanism or the spare opening / closing drive mechanism instead, so that the steam turbine can be continuously operated. As a result, the steam turbine can be operated with high reliability.
  • the brake is fixed when the peripheral speed of the ball screw exceeds a threshold value or when the supply of electric power to the electric motor is stopped. It may operate for hours only.
  • the brake when electric power is supplied to the electric motor during normal operation, the brake operates only when the peripheral speed of the ball screw becomes excessive, so that the rotational speed of the electric motor is reduced. It is suppressed. As a result, it is possible to prevent occurrence of seizing due to excessive heat generated in the conversion mechanism.
  • the steam turbine according to an eighth aspect of the present invention further includes a coupling that detachably connects the nut and the regulating valve, and a lock mechanism that locks the regulating valve so as not to move. Also good.
  • the opening / closing drive mechanism when a failure or the like occurs in the opening / closing drive mechanism and the replacement becomes necessary, after the steam flow path is opened, the adjustment valve is locked by the lock mechanism so that the cup cannot be moved. Disconnect the ring and release the connection between the nut and the regulating valve. Accordingly, the opening / closing drive mechanism can be removed and replaced or repaired while the operation of the steam turbine is continued.
  • the steam turbine according to the ninth aspect of the present invention includes an auxiliary opening / closing drive mechanism that drives the adjustment valve together with the opening / closing drive mechanism when a large output exceeding a reference value is required for driving the adjustment valve. Furthermore, you may provide.
  • the regulating valve when a large output is required to drive the regulating valve, such as when opening of the steam flow path is started, the regulating valve is configured using both the opening / closing driving mechanism and the auxiliary opening / closing driving mechanism. Drive.
  • the adjustment valve when a large output is not required for driving the adjustment valve, such as during steady operation or when the steam flow path is closed, the adjustment valve may be driven only by the opening / closing drive mechanism. In this way, energy can be saved by driving the regulating valve with a necessary output according to the operating state.
  • the steam turbine of the present invention it is possible to stably drive the regulating valve for adjusting the steam amount over a long period of time, and the opening / closing drive mechanism of the regulating valve does not interfere with the maintenance work of the bearing.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a steam turbine 10 according to the first embodiment.
  • the steam turbine 10 of the present embodiment includes a turbine main body 11, a steam flow path 12, an adjustment valve 13, a lever member 14, an opening / closing drive mechanism 15, and a lock mechanism 16 (see FIGS. 4 and 4). 6) and an electronic governor 17 are provided.
  • the turbine body 11 includes a cylindrical casing 111, a bearing 112 provided in the casing 111, a rotor 113 rotatably supported by the bearing 112 and disposed inside the casing 111, And a speed detection sensor 114 that detects the rotational speed of the rotor 113.
  • the rotor 113 includes a rotating shaft 115 and a blade 116 fixed to the rotating shaft 115. The blade 116 configured in this manner is rotated by steam, and the compressor 18 is driven by the rotational force.
  • the steam flow path 12 serves to supply steam to the turbine body 11. As shown in FIG. 1, the steam is introduced from the steam inlet 121 into the steam channel 12, and the steam supply port 122 is connected to the turbine body 11. Further, between the steam introduction port 121 and the steam supply port 122, a throttle hole 123 whose channel width is narrowed is provided.
  • steam channel a channel through which steam supplied to the turbine main body 11 flows will be described as an example.
  • the steam channel 12 is not limited to this, for example, from the turbine main body 11 It may be a flow path through which the extracted steam flows.
  • the regulating valve 13 plays a role of regulating the amount of steam supplied to the turbine body 11.
  • a substantially semicircular sealing member 132 is provided at one end of a rod-shaped arm member 131, and the other end of the arm member 131 is connected to the lever member 14. It is fixed to the middle part in the longitudinal direction.
  • the sealing member 132 at the tip thereof is placed in the throttle hole 123 of the steam flow path 12. Mates or separates. Thereby, the opening diameter of the throttle hole 123 is changed, and the flow rate of the steam supplied to the turbine body 11 through the throttle hole 123 is changed.
  • the lever member 14 plays a role of transmitting the output of the opening / closing drive mechanism 15 to the adjustment valve 13.
  • the longitudinal base end portion of the lever member 14 is rotatably supported, and one end portion of the lever side rod 19 is fixed to the longitudinal distal end portion.
  • the other end portion of the arm member 131 constituting the adjustment valve 13 is fixed to the middle portion in the longitudinal direction of the lever member 14.
  • one end of a tension spring 20 as a forced closing means for forcibly closing the adjustment valve 13 is attached to the distal end side of the lever member 14 from the fixed position of the arm member 131.
  • the other end is fixed so as not to move, and when no external force is applied, the tension spring 20 pulls the lever member 14 in a direction in which the lever member 14 is rotated counterclockwise in FIG. 1. Is granted.
  • the opening / closing drive mechanism 15 plays a role of driving the adjustment valve 13. As shown in FIG. 1, the opening / closing drive mechanism 15 is held by a pair of brackets 21 fixedly installed, a holding member 22 rotatably supported by the brackets 21, and the holding member 22. And an electric actuator 23.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing the periphery of the opening / closing drive mechanism 15.
  • the pair of brackets 21 constituting the opening / closing drive mechanism 15 has a substantially L-shaped cross section, and is fixed and installed on a pedestal 25 provided close to the bearing cover 24.
  • the bearing cover 24 accommodates the bearing 112 that serves to rotatably support the rotating shaft 115 of the rotor 113 shown in FIG.
  • the holding member 22 constituting the opening / closing drive mechanism 15 plays a role of holding the electric actuator 23.
  • the holding member 22 has a substantially U shape in a side view and is rotatably supported by the pair of brackets 21.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the internal configuration of the electric actuator 23.
  • the electric actuator 23 includes an electric motor 26, a conversion mechanism 27, and a brake 28.
  • the electric motor 26 rotates upon receiving power. As shown in FIG. 3A, the electric motor 26 is housed in a motor housing portion 29 that is provided at the base end portion of the electric actuator 23 and is sealed inside. Thereby, the explosion-proof structure is formed by isolating the electric motor 26 from the oil existing around it.
  • the conversion mechanism 27 plays a role of converting the rotational motion of the electric motor 26 into the linear motion of the regulating valve 13. As shown in FIG. 3A, the conversion mechanism 27 includes a ball screw 30 connected to the drive shaft of the electric motor 26 and a piston unit 31 that moves forward and backward as the ball screw 30 rotates.
  • the ball screw 30 is a long screw member, and a male screw is cut on the outer peripheral surface thereof.
  • One end of the ball screw 30 is connected to the drive shaft of the electric motor 26, and the ball screw 30 is driven to rotate as the electric motor 26 rotates.
  • the piston unit 31 reciprocates along the ball screw 30.
  • the piston unit 31 is a member having a substantially annular shape, and has a nut 311 in which an internal thread is cut and screwed into a ball screw 30, and the nut 311.
  • a cylindrical piston rod 312 that is fixed to one end surface of the ball screw 30 and covers the outside of the ball screw 30; a rod end connector 313 fitted and attached to the tip of the piston rod 312; and the rod end connector 313 And an actuator-side rod 314 having one end portion in the longitudinal direction fixed thereto.
  • the piston unit 31 configured in this way, when the ball screw 30 rotates around the axis, the nut 311 screwed to the ball screw 30 moves along the axis as shown in FIG.
  • the piston rod 312, the rod end connector 313, and the actuator side rod 314 fixed to the nut 311 also move along the axis of the ball screw 30 together with the nut 311.
  • the brake 28 is a so-called regenerative brake. As shown in FIG. 3A, the brake 28 is provided at a position opposite to the ball screw 30 with the electric motor 26 interposed therebetween, and is operated by regenerative energy of the electric motor 26 to brake the rotation of the electric motor 26. Multiply.
  • the operation of the brake 28 is controlled by the electronic governor 17 shown in FIG. More specifically, when the peripheral speed of the ball screw 30 exceeds the threshold value, the electronic governor 17 brakes the rotation of the electric motor 26 by operating the brake 28. In addition, when the supply of power to the electric motor 26 is stopped due to a power failure or the like, the electronic governor 17 operates the brake 28 for a certain time from the stop of the power supply, thereby braking the rotation of the electric motor 26.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing the periphery of the electric actuator 23.
  • the electric actuator 23 configured as described above is fixed to the holding member 22, and the actuator-side rod 314 is inserted into the holding member 22.
  • the actuator side rod 314 is connected to the lever side rod 19 via the coupling 32.
  • the electric actuator 23 installed in this manner is in a state in which slight rotation is allowed with the position where the bracket 21 supports the holding member 22 as a fulcrum.
  • FIG. 5 is a schematic front view showing the configuration of the coupling 32.
  • the coupling 32 is a substantially cylindrical member, and has a screw hole 321 formed on one end face and a rod insertion hole 322 formed on the other end face.
  • the fixing bolt 315 attached to the actuator side rod 314 is screwed into the screw hole 321 of the coupling 32 so that the coupling 32 and the actuator side rod 314 are connected.
  • the lever side rod 19 is inserted into the rod insertion hole 322 of the coupling 32, and the two pins 33 orthogonal to each other are inserted, whereby the coupling 32 and the lever side rod 19 are connected. Thereby, the actuator side rod 314 and the lever side rod 19 are connected via the coupling 32. Further, by removing the two pins 33, the lever side rod 19 can be extracted from the rod insertion hole 322, and thereby the connection between the actuator side rod 314 and the lever side rod 19 can be released.
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing the configuration of the lock mechanism 16.
  • the lock mechanism 16 includes a support bar 161 having a lower end fixed and extending upward, a holding plate 162 supported by the support bar 161 and extending in the horizontal direction, and a pair of fixing bolts. And a pressing member 164 that can be attached to and detached from the distal end portion of the holding plate 162 via 163.
  • a fitting groove 162 a having a substantially semicircular shape in plan view is formed at the tip of the holding plate 162.
  • a substantially triangular notch 164a is formed on the side of the pressing member 164 facing the holding plate 162 in a plan view.
  • the pressing member 164 is applied to the distal end portion of the holding plate 162 using the fixing bolt 163. Fix it. Thereby, the lever side rod 19 is locked so as not to move by being sandwiched between the holding plate 162 and the pressing member 164.
  • the electronic governor 17 controls the operation of the opening / closing drive mechanism 15. As shown in FIG. 1, a process control result is input to the electronic governor 17 based on the pressure and temperature detection results in the compressor 18. Further, the rotation speed of the blade 116 detected by the speed detection sensor 114 constituting the turbine body 11 is input to the electronic governor 17. Further, an instruction from the user input from the operation panel 34 is input to the electronic governor 17. Based on these inputs, the electronic governor 17 controls the operation of the opening / closing drive mechanism 15, more specifically, the operation of the electric motor 26 constituting the electric actuator 23.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing control of the electric actuator 23 for the steam turbine 10 according to the first embodiment.
  • the controller unit 35 controls the operation of the electric actuator 23 based on the control by the electronic governor 17.
  • the controller unit 35 includes a controller 351 and a servo drive 352. According to such a configuration, under the control of the electronic governor 17, the controller 351 issues a command for the rotational speed to the servo drive 352, and the servo drive 352 applies power to the electric motor 26 based on this command. .
  • the rotational speed, current value, temperature of each part, etc. detected in the electric motor 26 are input to the controller 351 via the servo drive 352.
  • the controller 351 notifies the electronic governor 17 that a serious or minor failure has occurred in the electric motor 26.
  • the opening / closing drive mechanism 15 for driving the regulating valve 13 has a brake 28 that is actuated by regenerative energy of the electric motor 26 to brake its rotation.
  • the lever member 14 that has received the pulling force of the pulling spring 20 rotates counterclockwise in FIG. 13 closes the steam flow path 12.
  • the conversion mechanism 27 converts this linear movement into a rotational movement, whereby the electric motor 26 rotates in the normal driving direction. And rotate in the opposite direction.
  • the electric actuator 23 constituting the opening / closing drive mechanism 15 includes a brake 28 that is operated by regenerative energy of the electric motor 26. For this reason, when the power supply to the electric motor 26 is stopped and the electric motor 26 rotates in the reverse direction, the electric motor 26 rotates in the reverse direction to generate regenerative energy, and the brake 28 is driven by this regenerative energy as power. Will be activated. For this reason, it is suppressed that the rotational speed of the electric motor 26 becomes excessive. As a result, it is possible to prevent occurrence of seizing due to excessive heat generated in the conversion mechanism 27 that converts the rotational motion of the electric motor 26 into the linear motion of the regulating valve 13.
  • the electric actuator 23 using the electric motor 26 as a drive source is used as the opening / closing drive mechanism 15 that drives the regulating valve 13. Therefore, the hydraulic servo mechanism 85 conventionally used for driving the regulating valve 13 is not required, and means for preventing the hydraulic oil from leaking is not required. Further, since an actuator for supplying hydraulic oil (actuator 90 shown in FIG. 12), a valve mechanism for sealing, etc. (pilot valve 89 shown in FIG. 12) is not required, the space above the bearing cover 24 is opened and closed. It is not necessary to use as 15 installation spaces. Thereby, it is not necessary to remove the opening / closing drive mechanism 15 from the top of the bearing cover 24 every time maintenance work of the bearing 112 is performed, and labor required for maintenance work of the bearing 112 can be reduced.
  • the hydraulic oil is used only for the bearing 112 shown in FIG. 1, it can be at a relatively low pressure. This eliminates the need for a high-output pump or motor, and allows the oil console to be downsized.
  • a lateral force acting on the electric actuator 23 that is, a force in a direction substantially orthogonal to the axial direction of the ball screw 30 is released, so that a broken line in FIG. As shown, the electric actuator 23 is in a state where slight rotation is allowed. If it demonstrates in detail, since the lever member 14 shown in FIG. 1 will rotate using the base end part as a fulcrum, the front-end
  • the lever side rod 19 and the actuator side rod 314 are detachably connected via the coupling 32, and the lever side rod 19 is moved using the lock mechanism 16. It can be locked impossible. According to such a configuration, when the electric actuator 23 has a failure or the like and needs to be replaced, after the lever-side rod 19 is locked by the lock mechanism 16 in a state where the adjustment valve 13 opens the steam flow path 12, Then, the coupling 32 is disconnected and the connection between the lever side rod 19 and the actuator side rod 314 is released. As a result, the electric actuator 23 can be removed and replaced or repaired while the operation of the turbine body 11 is continued.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing control of the electric actuator 23 for the steam turbine 40 according to the second embodiment.
  • the steam turbine 40 of this embodiment is different from the steam turbine 40 of the first embodiment shown in FIG. 7 in that the opening / closing drive mechanism 15 and the controller unit 35 are made redundant. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same reference numerals as those in FIG.
  • the steam turbine 40 includes not only the opening / closing drive mechanism 15 but also a preliminary opening / closing drive mechanism 41 as means for driving the regulating valve 13.
  • the preliminary opening / closing drive mechanism 41 drives the regulating valve 13 instead.
  • the steam turbine 40 includes not only the controller unit 35 but also a spare controller unit 42 as means for controlling the operation of the opening / closing drive mechanism 15 or the spare opening / closing drive mechanism 41.
  • the spare controller unit 42 controls the operation of the opening / closing drive mechanism 15 or the spare opening / closing drive mechanism 41 instead.
  • both the opening / closing drive mechanism 15 and the controller unit 35 are made redundant.
  • the present invention is not limited to this, and only the opening / closing drive mechanism 15 can be made redundant.
  • the operations of both the opening / closing drive mechanism 15 and the preliminary opening / closing drive mechanism 41 may be controlled by a single controller unit 35. Further, it is possible to make only the controller unit 35 redundant. In this case, the operation of the single opening / closing drive mechanism 15 may be controlled by either the controller unit 35 or the spare controller unit 42.
  • FIG. 9 is a schematic perspective view showing the periphery of the tip of the lever member 14 in the steam turbine 50 according to the third embodiment.
  • the steam turbine 50 of the present embodiment further includes an auxiliary opening / closing drive mechanism 51 in addition to the opening / closing drive mechanism 15 as means for driving the regulating valve 13. Is different.
  • the structure of the auxiliary opening / closing drive mechanism 51 is the same as that of the opening / closing drive mechanism 15, the same reference numerals are given to the same members, and the description thereof is omitted.
  • Other configurations are the same as those in the first embodiment, and thus the same reference numerals are given and description thereof is omitted here.
  • one end of the first lever side rod 52 is fixed to one side of the lever member 14, and one end of the second lever side rod 53 is fixed to the other side. The part is fixed.
  • the other end of the first lever side rod 52 is connected to the actuator side rod 314 of the opening / closing drive mechanism 15 via the coupling 32.
  • the other end of the second lever side rod 53 is connected to the actuator side rod 511 of the auxiliary opening / closing drive mechanism 51 via the coupling 32.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the effect of the steam turbine 50 according to the third embodiment, in which the horizontal axis indicates the lift of the lever, that is, the lift amount, and the vertical axis indicates the output required for driving the regulating valve 13.
  • the steam turbine 50 normally has a plurality of regulating valves 13, and the regulating valves 13 have different output magnitudes necessary for driving them. Further, the necessary output in each of the regulating valves 13 needs to be the maximum when the regulating valve 13 starts to open the steam passage 12, and the necessary output gradually decreases as the operation proceeds to the steady operation. .
  • the reason why the maximum output is required when the opening of the steam flow path 12 is started is that the lever member 14 needs to be pushed up against the pulling force of the pulling spring 20 shown in FIG.
  • the opening / closing drive mechanism 15 and the auxiliary opening / closing drive mechanism 51 are properly used according to the required output.
  • the first regulating valve (not shown) starts the opening operation of the steam flow path 12 at the point O shown in FIG. 10, an output of approximately 95% is necessary.
  • the first regulating valve 13 is driven using both of the mechanisms 51. After the output reaches approximately 95% at point A, the required output gradually decreases as the operation proceeds to steady operation, and after the output exceeds approximately 70% of the predetermined reference value, The auxiliary opening / closing drive mechanism 51 is stopped and the first adjustment valve 13 is driven using only the opening / closing drive mechanism 15.
  • the present invention relates to a steam turbine that is rotationally driven by steam.
  • the adjustment valve for adjusting the amount of steam can be driven stably over a long period of time, and the opening / closing drive mechanism of the adjustment valve does not disturb the maintenance work of the bearing.

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Abstract

　この蒸気タービン（１０）は、回転可能に支持されたブレードを有するタービン本体（１１）と、前記タービン本体に接続されて蒸気が流通する蒸気流路（１２）と、直線運動することで前記蒸気流路の開閉を調整する調整弁（１３）と、前記調整弁を駆動する開閉駆動機構（１５）と、を備え、前記開閉駆動機構が、電力が供給されて回転する電動モータと、前記電動モータの回転運動を前記調整弁の直線運動に変換する変換機構と、前記電動モータの回生エネルギーによって作動するブレーキと、を備える。

Description

蒸気タービン
　本発明は、蒸気によって回転駆動する蒸気タービンに関する。
　本願は、２０１１年９月２８日に出願された特願２０１１－２１１８２６号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　蒸気タービンは、機械駆動用などに用いられ、回転可能に支持されたロータを有するタービン本体を備え、このタービン本体に対して作動流体としての蒸気が供給されることによってロータが回転駆動される。この蒸気タービンでは、タービン本体へ供給する蒸気やタービン本体から抽気した蒸気が蒸気流路を流れる。この蒸気流路には調整弁が設けられ、調整弁が蒸気流路の開閉を調整することによって蒸気の流量を調整する。この調整弁の駆動には、油圧サーボ機構が広く用いられている（例えば、特許文献１を参照）。
　ここで、図１１は、従来の蒸気タービン８０の構成を示す模式図である。蒸気タービン８０は、圧縮機を駆動するタービン本体８１と、このタービン本体８１に蒸気を供給する蒸気流路８２と、蒸気流路８２に設けられてその開閉を調整する調整弁８３と、回動可能に支持されて調整弁８３の一端部が固定されたレバー部材８４と、レバー部材８４を介して調整弁８３を駆動する油圧サーボ機構８５と、タービン本体８１で検出された回転速度や操作盤から入力された指示に基づいて油圧サーボ機構８５の動作を制御する電子ガバナ８６と、を備えるものである。
　ここで、油圧サーボ機構８５は、図１１に示すように、レバー部材８４に一端部が固定されたピストン８７と、ピストン８７を収容する油圧シリンダ８８と、油圧シリンダ８８に作動油を供給するパイロット弁８９と、パイロット弁８９を駆動するアクチュエータ９０とを有している。このように構成される油圧サーボ機構８５によれば、油圧シリンダ８８におけるピストン８７より下側にパイロット弁８９から作動油が供給されると、ピストン８７が上方へ移動することにより、レバー部材８４がその先端部を上昇させるように回動する。これにより、レバー部材８４に固定された調整弁８３も上昇し、蒸気流路８２が開放されることにより、蒸気流路８２からタービン本体８１に蒸気が供給される。
　一方、油圧シリンダ８８におけるピストン８７より上側にパイロット弁８９から作動油が供給されると、ピストン８７が下方へ移動することにより、レバー部材８４がその先端部を下降させるように回動する。これにより、レバー部材８４に固定された調整弁８３も下降し、蒸気流路８２が閉止されることにより、蒸気流路８２からタービン本体８１への蒸気の供給が停止する。
　ここで、図１２は、従来の油圧サーボ機構８５の設置状態を示す概略斜視図である。通常、設備建屋内の設備設置スペースの大部分は、駆動対象の機械とタービン本体とで占められてしまう。油圧サーボ機構８５は、そのレバー部材８４を上下に操作する都合上、レバー部材８４の下方にスペースを必要とする。しかしながら、上記のとおり設置スペースの大部分が駆動対象の機械とタービン本体で占められていることから、油圧サーボ機構８５のみがレバー部材８４の下方のスペースを占有することは困難である。このため、レバー部材８４を直接操作するピストン８７及び油圧シリンダ８８を、レバー部材８４の直下に配置しつつ、それ以外のパイロット弁８９とアクチュエータ９０とを、軸受カバー９１の上に設置して、設置スペースを確保している。この軸受カバー９１は、タービン本体８１のロータを構成する回転軸を回転可能に支持する役割を果たす軸受を収容する。
特開平７－１９００６号公報
　しかし、特許文献１に記載されるように調整弁８３の駆動に油圧サーボ機構８５を用いる蒸気タービン８０には、以下に示すような問題がある。
　まず、油圧サーボ機構８５の作動流体として油を使用することで大出力や速い応答性が得られるが、比較的高い油圧が必要となるため、油圧シリンダ８８や各種の配管には油圧に耐え得るだけの十分な強度が必要とされる。これにより、蒸気タービン８０全体としての大型化や重量の増加を招くとともに、材料費の増加に伴うコストアップにもつながるという問題がある。
　また、蒸気タービン８０は長期に渡って連続的に運転される。従って、油圧サーボ機構８５の各部を封止するパッキンには、経年的な劣化が生じるおそれがあり、また、油圧サーボ機構８５の各部を接続する継手にも経年的な緩みが生じるおそれがある。このため、これらに起因する作動油の漏れ出しを防止するための対策を講じる必要があり、また防火の対策を講じる必要がある。従って、蒸気タービン８０の長期に渡る運転に影響を受けることなく、調整弁８３を確実に駆動し続ける機構が要求される。
　更に、油圧サーボ機構８５は、図１２に示すように、そのパイロット弁８９とアクチュエータ９０とが軸受カバー９１の上にそれぞれ設置される。従って、軸受カバー９１の内部に収容された不図示の軸受の保守作業を行うために軸受カバー９１を開放する度に、パイロット弁８９及びアクチュエータ９０をレバー部材８４から切り離した後、それらを軸受カバー９１の上から取り外す作業が必要となる。これにより、軸受の保守作業に多大な手間が掛かるという問題がある。
　また、油圧サーボ機構８５に供給する作動油は、軸受に供給する油と比較すると、その油量は少ないものの、高い油圧が必要とされる。従って、油圧サーボ機構８５用の油と軸受用の油とをまとめて管理する油コンソールは、全流量の油を油圧サーボ機構８５用の高い油圧まで昇圧した後、軸受用の低い油圧へと減圧するラインになっている。これにより、油コンソールでは大出力のポンプ及びモータが必要となり、コストアップ及び蒸気タービン８０全体としての大型化や重量の増加につながるという問題がある。
　本発明は、蒸気量を調整する調整弁の長期に渡る安定した駆動が可能であって、且つ、調整弁の開閉駆動機構が軸受の保守作業の邪魔にならない蒸気タービンを提供する。
　本発明の第一の態様に係る蒸気タービンは、回転可能に支持されたブレードを有するタービン本体と、前記タービン本体に接続されて蒸気が流通する蒸気流路と、直線運動することで前記蒸気流路の開閉を調整する調整弁と、前記調整弁を駆動する開閉駆動機構と、を備え、前記開閉駆動機構が、電力が供給されて回転する電動モータと、前記電動モータの回転運動を前記調整弁の直線運動に変換する変換機構と、前記電動モータの回生エネルギーによって作動するブレーキと、を備える。
　このような構成によれば、電動モータによる回転を変換機構で直線運動に変換することで、調整弁を開閉させることができる。このため、油圧サーボ機構が不要となり、作動油の漏れを防止する手段が不要となる。また、作動油を供給するアクチュエータや、封止する弁機構等が不要となるため、軸受カバーの上方のスペースを設置スペースとして利用する必要がなくなる。また、作動油は、軸受のみの利用とすることが可能となるため、比較的低圧とすることができ油コンソールの小型化を図ることができる。ここで、電動モータへの電力供給が停止した場合、調整弁は、機械的な手段によって強制的に閉塞する方向に動作する。これに応じて、変換機構は、調整弁を閉塞する方向に動作する直線運動を回転運動へと変換させ、電動モータは通常駆動する際の回転方向と逆方向に回転する。ここで、開閉駆動機構は電動モータの回生エネルギーによって作動するブレーキを備えている。このため、電動モータへの電力供給が停止して電動モータが逆方向に回転した場合、電動モータに回生エネルギーが発生し、この回生エネルギーを動力としてブレーキが作動することとなる。このため、電動モータの回転速度が過大になることが抑制される。これにより、電動モータの回転運動を調整弁の直線運動に変換する変換機構に過大な熱が発生して焼き付きが生じることを未然に防止することができる。
　また、本発明の第二の態様に係る蒸気タービンにおいては、前記変換機構が、前記電動モータによって回転駆動されるボールネジと、前記ボールネジに螺合されるとともに前記調整弁に接続されたナットと、を備えていてもよい。
　このような構成によれば、ボールネジの回転に伴ってそれに螺合されたナットがボールネジに沿った直線運動をし、このナットに接続された調整弁もまた直線運動をする。これにより、ボールネジとナットという簡略な構成によって、電動モータの回転運動を調整弁の直線運動に変換できる。また、開閉駆動機構を簡略な構成とすることにより、その設置スペースを削減できる。また、電動モータへの電力供給が停止した場合、調整弁が閉塞する方向に動作することで、ナットは対応する方向に直線運動し、これによりナットが螺合するボールネジとボールネジが接続された電動モータとは、強制的に通常駆動する際の回転方向と逆方向に回転する。この際、電動モータの回転はブレーキによって制限されることとなるから、ナットの直線運動によってボールネジが回転したとしても、ボールネジとナットとが焼き付いてしまうことを防止することができる。
　また、本発明の第三の態様に係る蒸気タービンにおいては、前記電動モータは、内部が密閉されたモータ収容部に収容されていてもよい。
　このような構成によれば、電動モータが周囲の油等と隔絶されるため、防爆構造にできる。
　また、本発明の第四の態様に係る蒸気タービンは、前記開閉駆動機構の故障時に前記調整弁を駆動する予備開閉駆動機構を更に備えていてもよい。
　このような構成によれば、開閉駆動機構の故障時にもこれに代わって予備開閉駆動機構が調整弁を駆動するので、蒸気タービンの連続運転が可能となる。これにより、信頼性の高い蒸気タービンの運転が可能となる。
　また、本発明の第五の態様に係る蒸気タービンは、前記開閉駆動機構または前記予備開閉駆動機構の動作を制御するコントローラユニットを更に備えていてもよい。
　このような構成によれば、開閉駆動機構と予備開閉駆動機構の動作を共通のコントローラユニットで制御することにより、蒸気タービンの構成を簡略化することができる。
　また、本発明の第六の態様に係る蒸気タービンは、前記コントローラユニットの故障時に、前記開閉駆動機構または前記予備開閉駆動機構の動作を制御する予備コントローラユニットを更に備えていてもよい。
　このような構成によれば、コントローラユニットの故障時にも、これに代わって予備コントローラユニットが開閉駆動機構または予備開閉駆動機構の動作を制御するので、蒸気タービンの連続運転が可能となる。これにより、信頼性の高い蒸気タービンの運転が可能となる。
　また、本発明の第七の態様に係る蒸気タービンにおいては、前記ブレーキは、前記ボールネジの周速が閾値を超えて大きくなった時、または前記電動モータに対する電力の供給が停止してから一定の時間だけ作動してもよい。
　このような構成によれば、通常運転時であって電動モータに電力が供給されている時は、ボールネジの周速が過大になった時のみブレーキが作動することにより、電動モータの回転速度が抑制される。これにより、変換機構において過大な熱が発生して焼き付きが生じることを未然に防止することができる。
　一方、停電時等であって電動モータに対する電力の供給が停止した時には、蒸気流路を閉止することで蒸気タービンを直ちに停止させるフェールセーフ機能が働く。そして、調整弁が閉止動作を開始した直後に、ボールネジの周速が大きくなる。従って、電力の供給が停止してから一定の時間だけブレーキを作動させて電動モータの回転速度を抑制することにより、変換機構において焼き付きが生じることを未然に防止することができる。更に、電力の供給が停止してから一定の時間が経過してボールネジの周速が低下した後には、ブレーキが停止することで調整弁による蒸気流路の閉止動作が迅速に行われる。これにより、蒸気流路の閉止が遅延することに起因して蒸気タービンの停止動作に危険が生じることを防止することができる。
　また、本発明の第八の態様に係る蒸気タービンは、前記ナットと前記調整弁とを切り離し可能に接続するカップリングと、前記調整弁を移動不能にロックするロック機構と、を更に備えていてもよい。
　このような構成によれば、開閉駆動機構に故障等が生じて交換が必要になった場合には、蒸気流路が開放された状態においてロック機構によって調整弁を移動不能にロックした後、カップリングを切り離してナットと調整弁との接続を解除する。これにより、蒸気タービンの運転を継続したまま、開閉駆動機構を取り外して交換または修理することができる。
　また、本発明の第九の態様に係る蒸気タービンは、前記調整弁の駆動に基準値を超えて大きな出力が必要な場合に、前記開閉駆動機構とともに前記調整弁を駆動する補助開閉駆動機構を更に備えていてもよい。
　このような構成によれば、蒸気流路の開放を開始する際のように調整弁の駆動に大きな出力が必要な場合には、開閉駆動機構と補助開閉駆動機構との両方を用いて調整弁を駆動する。一方、定常運転時や蒸気流路を閉止する際のように調整弁の駆動に大きな出力を必要としない場合には、開閉駆動機構のみで調整弁を駆動すればよい。このように、運転状態に応じて必要な出力で調整弁を駆動することにより、エネルギーの省力化を図ることができる。
　本発明に係る蒸気タービンによれば、蒸気量を調整する調整弁の長期に渡る安定した駆動が可能であって、且つ、調整弁の開閉駆動機構が軸受の保守作業の邪魔にならない。
本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの構成を示す模式図である。 開閉駆動機構の周辺を示す概略斜視図である。 電動アクチュエータの内部構成を示す概略断面図である。 電動アクチュエータの周辺を示す概略斜視図である。 カップリングの構成を示す概略正面図である。 ロック機構の構成を示す概略平面図である。 第一実施形態に係る蒸気タービンについて、電動アクチュエータの制御を示す模式図である。 第二実施形態に係る蒸気タービンについて、電動アクチュエータの制御を示す模式図である。 第三実施形態に係る蒸気タービンについて、レバー部材の先端部周辺を示す概略斜視図である。 第三実施形態に係る蒸気タービンの作用効果を説明する図である。 従来の蒸気タービンの構成を示す模式図である。 従来の油圧サーボ機構の設置状態を示す概略斜視図である。
（第一実施形態）
　以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの構成について説明する。図１は、第一実施形態に係る蒸気タービン１０の構成を示す模式図である。
　本実施形態の蒸気タービン１０は、図１に示すように、タービン本体１１と、蒸気流路１２と、調整弁１３と、レバー部材１４と、開閉駆動機構１５と、ロック機構１６（図４及び図６に示す）と、電子ガバナ１７と、を備える。
（タービン本体）
　タービン本体１１は、図１に示すように、筒状のケーシング１１１と、ケーシング１１１に設けられた軸受１１２と、軸受１１２に回転可能に支持されてケーシング１１１内部に配されたロータ１１３と、このロータ１１３の回転速度を検出する速度検出センサ１１４と、を有している。ロータ１１３は、回転軸１１５と、この回転軸１１５に固定されたブレード１１６とを備えている。このように構成されるブレード１１６が蒸気により回転し、その回転力により、圧縮機１８が駆動される。
（蒸気流路）
　蒸気流路１２は、タービン本体１１に対して蒸気を供給する役割を果たす。
この蒸気流路１２には、図１に示すように、その蒸気導入口１２１から蒸気が導入されるとともに、その蒸気供給口１２２がタービン本体１１に接続されている。また、蒸気導入口１２１と蒸気供給口１２２との間には、その流路幅が狭く絞られた絞り穴１２３が設けられている。
　本実施形態では、本発明に係る「蒸気流路」として、タービン本体１１に供給する蒸気が流通する流路を例に説明するが、蒸気流路１２はこれに限られず、例えばタービン本体１１から抽気した蒸気が流通する流路であってもよい。
（調整弁）
　調整弁１３は、タービン本体１１に供給する蒸気の量を調整する役割を果たす。この調整弁１３においては、図１に示すように、棒状のアーム部材１３１の一端部に略半円形状の封止部材１３２が設けられて、アーム部材１３１の他端部が前記レバー部材１４の長手方向中間部に固定されている。このように構成される調整弁１３によれば、蒸気流路１２に沿ってアーム部材１３１が直線運動することに伴って、その先端部の封止部材１３２が蒸気流路１２の絞り穴１２３に嵌合し、または離間する。これにより、絞り穴１２３の開口径が変化し、この絞り穴１２３を介してタービン本体１１に供給される蒸気の流量が変化するようになっている。
（レバー部材）
　レバー部材１４は、開閉駆動機構１５の出力を調整弁１３に伝達する役割を果たす。図１に示すように、このレバー部材１４の長手方向基端部が回動可能に支持されるとともに、その長手方向先端部にはレバー側ロッド１９の一端部が固定されている。また、前述のようにレバー部材１４の長手方向中間部には、調整弁１３を構成するアーム部材１３１の他端部が固定されている。更に、レバー部材１４における前記アーム部材１３１の固定位置より先端側には、強制的に調整弁１３を閉塞させる強制閉塞手段としての引きバネ２０の一端が取り付けられている。この引きバネ２０については、その他端が移動不能に固定され、外力が作用しない状態では、引きバネ２０は、図１においてレバー部材１４を反時計回りに回動させる方向へレバー部材１４に引っ張り力を付与している。
（開閉駆動機構）
　開閉駆動機構１５は、調整弁１３を駆動する役割を果たす。この開閉駆動機構１５は、図１に示すように、固定して設置された一対のブラケット２１と、これらブラケット２１によって回動可能に支持された保持部材２２と、この保持部材２２によって保持された電動アクチュエータ２３と、を有している。
　図２は、開閉駆動機構１５の周辺を示す概略斜視図である。図２ではタービン本体１１等については図示を省略している。開閉駆動機構１５を構成する一対のブラケット２１は、断面略Ｌ字形状を有し、軸受カバー２４に近接して設けられた台座２５の上に固定されて設置されている。軸受カバー２４は、図１に示すロータ１１３の回転軸１１５を回転可能に支持する役割を果たす軸受１１２を収容する。
　開閉駆動機構１５を構成する保持部材２２は、電動アクチュエータ２３を保持する役割を果たす。この保持部材２２は、図１及び図２に示すように、側面視で略Ｕ字形状を有し、前記一対のブラケット２１によって回動可能に支持されている。
　開閉駆動機構１５を構成する電動アクチュエータ２３は、調整弁１３を駆動するための駆動力を発生させる。図３は、電動アクチュエータ２３の内部構成を示す概略断面図である。電動アクチュエータ２３は、電動モータ２６と、変換機構２７と、ブレーキ２８と、を備えている。
　電動モータ２６は、電力の供給を受けて回転する。この電動モータ２６は、図３（ａ）に示すように、電動アクチュエータ２３の基端部に設けられて内部が密閉されたモータ収容部２９に収容されている。これにより、電動モータ２６が周囲に存在する油から隔絶されることにより、防爆構造が形成されている。
　変換機構２７は、電動モータ２６の回転運動を調整弁１３の直線運動に変換する役割を果たす。この変換機構２７は、図３（ａ）に示すように、電動モータ２６の駆動軸に接続されたボールネジ３０と、ボールネジ３０の回転によって進退移動するピストンユニット３１とを有している。
　ボールネジ３０は、図３（ａ）に示すように、長尺なネジ部材であって、その外周面には雄ネジが切られている。このボールネジ３０の一端部が電動モータ２６の駆動軸に接続され、電動モータ２６の回転に伴ってボールネジ３０が回転駆動される。
　ピストンユニット３１は、ボールネジ３０に沿って往復動する。このピストンユニット３１は、図３（ａ）に示すように、略円環形状を有する部材であって内周面に雌ネジが切られてボールネジ３０に螺合されたナット３１１と、このナット３１１の一端面に固定されてボールネジ３０の外側を覆う筒状のピストンロッド３１２と、このピストンロッド３１２の先端部に嵌合して装着されたロッドエンドコネクタ３１３と、このロッドエンドコネクタ３１３に対して長手方向一端部が固定されたアクチュエータ側ロッド３１４と、を有している。このように構成されるピストンユニット３１によれば、ボールネジ３０が軸線回りに回転すると、図３（ｂ）に示すようにボールネジ３０に螺合したナット３１１が軸線に沿って移動し、これに伴ってナット３１１に固定されたピストンロッド３１２、ロッドエンドコネクタ３１３、及びアクチュエータ側ロッド３１４も、ナット３１１と共にボールネジ３０の軸線に沿って移動する。
　ブレーキ２８は、いわゆる回生ブレーキである。このブレーキ２８は、図３（ａ）に示すように、電動モータ２６を挟んでボールネジ３０と逆側の位置に設けられ、電動モータ２６の回生エネルギーによって作動し、電動モータ２６の回転に制動を掛ける。このブレーキ２８の動作は、図１に示す電子ガバナ１７によって制御されている。より詳細には、ボールネジ３０の周速が閾値を超えて大きくなった場合に、電子ガバナ１７はブレーキ２８を作動させることにより、電動モータ２６の回転に制動を掛ける。また、停電等によって電動モータ２６に対する電力の供給が停止した場合に、電力の供給の停止から一定の時間だけ電子ガバナ１７がブレーキ２８を作動させることにより、電動モータ２６の回転に制動を掛ける。
　図４は、電動アクチュエータ２３の周辺を示す概略斜視図である。以上のように構成される電動アクチュエータ２３は、保持部材２２に固定されるとともに、アクチュエータ側ロッド３１４が保持部材２２に挿通される。このアクチュエータ側ロッド３１４は、カップリング３２を介して前記レバー側ロッド１９に接続される。このように設置された電動アクチュエータ２３は、図４に破線で示すように、ブラケット２１が保持部材２２を支持する位置を支点として、若干の回動が許容された状態となっている。
　図５は、カップリング３２の構成を示す概略正面図である。カップリング３２は、略円柱形状の部材であって、一方の端面にネジ穴３２１が形成されるとともに、他方の端面にロッド挿入穴３２２が形成されている。カップリング３２のネジ穴３２１に、アクチュエータ側ロッド３１４に取り付けられた固定用ボルト３１５が螺合されることにより、カップリング３２とアクチュエータ側ロッド３１４とが接続される。一方、カップリング３２のロッド挿入穴３２２に、レバー側ロッド１９が挿入され、互いに直交する２本のピン３３が挿通されることにより、カップリング３２とレバー側ロッド１９とが接続される。これにより、アクチュエータ側ロッド３１４とレバー側ロッド１９とがカップリング３２を介して接続される。また、２本のピン３３をそれぞれ取り外すことにより、ロッド挿入穴３２２からレバー側ロッド１９を抜き取ることができ、これによりアクチュエータ側ロッド３１４とレバー側ロッド１９との接続を解除することができる。
（ロック機構）
　ロック機構１６は、調整弁１３を移動不能にロックする役割を果たす。ここで、図６は、ロック機構１６の構成を示す概略平面図である。ロック機構１６は、図４及び図６に示すように、下端部が固定されて上方へ延びる支持棒１６１と、この支持棒１６１に支持されて水平方向に延びる保持板１６２と、一対の固定ボルト１６３を介して保持板１６２の先端部に着脱可能な押圧部材１６４と、を有している。ここで、図４に示すように、保持板１６２の先端部には、平面視で略半円形状の嵌合溝１６２ａが形成されている。一方、押圧部材１６４における保持板１６２に対向する側には、平面視で略三角形状の切欠き１６４ａが形成されている。
　このように構成されるロック機構１６によれば、保持板１６２の嵌合溝１６２ａにレバー側ロッド１９を嵌合させた後、固定ボルト１６３を用いて保持板１６２の先端部に押圧部材１６４を固定する。これにより、レバー側ロッド１９は、保持板１６２と押圧部材１６４とによって挟持されることにより移動不能にロックされる。
（電子ガバナ）
　電子ガバナ１７は、開閉駆動機構１５の動作を制御する。この電子ガバナ１７には、図１に示すように、圧縮機１８における圧力や温度の検出結果に基づいてプロセス制御の結果が入力される。また、電子ガバナ１７には、タービン本体１１を構成する速度検出センサ１１４によって検出されたブレード１１６の回転速度が入力される。更に、電子ガバナ１７には、操作盤３４から入力されたユーザからの指示が入力される。電子ガバナ１７は、これらの入力に基づいて、開閉駆動機構１５の動作、より詳細には電動アクチュエータ２３を構成する電動モータ２６の動作を制御する。
　図７は、第一実施形態に係る蒸気タービン１０について、電動アクチュエータ２３の制御を示す模式図である。本実施形態に係る蒸気タービン１０では、電子ガバナ１７による制御に基づいて、コントローラユニット３５が電動アクチュエータ２３の動作を制御する。コントローラユニット３５は、コントローラ３５１と、サーボドライブ３５２とを有している。このような構成によれば、電子ガバナ１７の制御の下、コントローラ３５１がサーボドライブ３５２に対して回転速度についての指令を発し、この指令に基づいてサーボドライブ３５２が電動モータ２６に動力を付与する。一方、電動モータ２６において検出された回転速度や電流値や各所の温度等が、サーボドライブ３５２を介してコントローラ３５１に入力される。コントローラ３５１は、検出値について異常が検知されると、電動モータ２６において重度または軽度の故障が発生したことを電子ガバナ１７に通知する。
　次に、本発明の第一実施形態に係る蒸気タービン１０の作用効果について説明する。第一実施形態に係る蒸気タービン１０では、調整弁１３を駆動するための開閉駆動機構１５が、電動モータ２６の回生エネルギーによって作動してその回転を制動するブレーキ２８を有している。このような構成によれば、電動モータ２６への電力供給が停止した場合、引きバネ２０の引っ張り力を受けたレバー部材１４が図１において反時計回りに回動し、これに伴って調整弁１３が蒸気流路１２を閉止する。このレバー部材１４の回動に応じて、レバー側ロッド１９が下方へ直線運動し、変換機構２７がこの直線運動を回転運動へと変換することにより、電動モータ２６は通常駆動する際の回転方向と逆方向に回転する。ここで、開閉駆動機構１５を構成する電動アクチュエータ２３は、電動モータ２６の回生エネルギーによって作動するブレーキ２８を備えている。このため、電動モータ２６への電力供給が停止して電動モータ２６が逆方向に回転した場合、電動モータ２６が逆方向に回転して回生エネルギーが発生し、この回生エネルギーを動力としてブレーキ２８が作動することとなる。このため、電動モータ２６の回転速度が過大になることが抑制される。これにより、電動モータ２６の回転運動を調整弁１３の直線運動に変換する変換機構２７において過大な熱が発生して焼き付きが生じることを未然に防止することができる。
　また、第一実施形態に係る蒸気タービン１０では、調整弁１３を駆動する開閉駆動機構１５として、電動モータ２６を駆動源とする電動アクチュエータ２３を用いている。従って、調整弁１３の駆動用に従来用いていた油圧サーボ機構８５が不要となり、作動油の漏れを防止する手段が不要となる。また、作動油を供給するアクチュエータ（図１２に示すアクチュエータ９０）や、封止する弁機構等（図１２に示すパイロット弁８９）が不要となるため、軸受カバー２４の上方のスペースを開閉駆動機構１５の設置スペースとして利用する必要がなくなる。これにより、軸受１１２の保守作業を行う度に軸受カバー２４の上から開閉駆動機構１５を取り外す必要がなく、軸受１１２の保守作業に要する手間を削減することができる。
　また、作動油は、図１に示す軸受１１２のみに利用されるため比較的低圧とすることができる。これにより、大出力のポンプやモータが不要であり、油コンソールの小型化を図ることができる。
　また、第一実施形態に係る蒸気タービン１０では、電動アクチュエータ２３に作用する横方向への力、すなわちボールネジ３０の軸方向に対して略直交する方向への力を逃がすため、図４に破線で示すように電動アクチュエータ２３は若干の回動が許容された状態となっている。より詳細に説明すると、図１に示すレバー部材１４は、その基端部を支点として回動するため、その先端部は円弧軌道を描いている。従って、このレバー部材１４に固定されたレバー側ロッド１９及びそれに接続されたアクチュエータ側ロッド３１４もまた、軸方向に沿った単なる直線運動ではなく円弧軌道を描いている。そこで、電動アクチュエータ２３に回動を許容して横方向に作用する力を逃がすことにより、故障等の発生を防止している。
　また、第一実施形態に係る蒸気タービン１０では、レバー側ロッド１９とアクチュエータ側ロッド３１４とがカップリング３２を介して切り離し可能に接続されるとともに、ロック機構１６を用いてレバー側ロッド１９を移動不能にロックできるようになっている。
　このような構成によれば、電動アクチュエータ２３に故障等が生じて交換が必要になった場合、調整弁１３が蒸気流路１２を開放した状態においてロック機構１６によってレバー側ロッド１９をロックした後、カップリング３２を切り離してレバー側ロッド１９とアクチュエータ側ロッド３１４との接続を解除する。これにより、タービン本体１１の運転を継続したまま、電動アクチュエータ２３を取り外して交換または修理する作業を行うことができる。
（第二実施形態）
　次に、本発明の第二実施形態に係る蒸気タービンについて説明する。図８は、第二実施形態に係る蒸気タービン４０について、電動アクチュエータ２３の制御を示す模式図である。本実施形態の蒸気タービン４０では、図７に示す第一実施形態の蒸気タービン４０と比較すると、開閉駆動機構１５及びコントローラユニット３５がそれぞれ冗長化されている点で異なっている。それ以外の構成は、第一実施形態と同じであるため、図１と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
　より詳細に説明すると、蒸気タービン４０は、図８に示すように、調整弁１３を駆動する手段として開閉駆動機構１５だけでなく予備開閉駆動機構４１をも備えている。開閉駆動機構１５の故障時等には、これに代えて予備開閉駆動機構４１が調整弁１３を駆動するようになっている。これにより、開閉駆動機構１５の故障時にも蒸気タービン４０を連続して運転することができるので、蒸気タービン４０の信頼性を高めることができる。
　更に蒸気タービン４０は、図８に示すように、開閉駆動機構１５または予備開閉駆動機構４１の動作を制御する手段として、コントローラユニット３５だけでなく予備コントローラユニット４２をも備えている。コントローラユニット３５の故障時等には、これに代えて予備コントローラユニット４２が開閉駆動機構１５または予備開閉駆動機構４１の動作を制御する。これにより、コントローラユニット３５の故障時にも蒸気タービン４０を連続して運転することができるので、蒸気タービン４０の信頼性を更に高めることができる。
　本実施形態では、開閉駆動機構１５とコントローラユニット３５を共に冗長化したが、これに限られず、開閉駆動機構１５だけを冗長化することも可能である。この場合、単一のコントローラユニット３５により、開閉駆動機構１５と予備開閉駆動機構４１の両方の動作を制御すればよい。また、コントローラユニット３５だけを冗長化することも可能である。この場合、コントローラユニット３５または予備コントローラユニット４２のいずれかにより、単一の開閉駆動機構１５の動作を制御すればよい。
（第三実施形態）
　次に、本発明の第三実施形態に係る蒸気タービンについて説明する。図９は、第三実施形態に係る蒸気タービン５０について、レバー部材１４の先端部周辺を示す概略斜視図である。本実施形態の蒸気タービン５０は、図２に示す第一実施形態の蒸気タービン１０と比較すると、調整弁１３を駆動する手段として、開閉駆動機構１５に加えて補助開閉駆動機構５１を更に備える点で異なっている。ここで、補助開閉駆動機構５１の構成は開閉駆動機構１５と同じであるため、同じ部材については同じ符号を付し、その説明を省略する。また、それ以外の構成は第一実施形態と同じであるため、同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。
　より詳細に説明すると、図９に示すように、レバー部材１４の一方の側部には第一レバー側ロッド５２の一端部が固定され、他方の側部には第二レバー側ロッド５３の一端部が固定されている。第一レバー側ロッド５２の他端部は、カップリング３２を介して開閉駆動機構１５のアクチュエータ側ロッド３１４に接続されている。一方、第二レバー側ロッド５３の他端部は、カップリング３２を介して補助開閉駆動機構５１のアクチュエータ側ロッド５１１に接続されている。これにより、開閉駆動機構１５及び補助開閉駆動機構５１の両方により、レバー部材１４を介して調整弁１３を駆動することが可能となっている。
　図１０は、第三実施形態に係る蒸気タービン５０の作用効果を説明する図であって、横軸はレバーのリフト、すなわち持ち上げ量を、縦軸は調整弁１３の駆動に必要な出力をそれぞれ示している。蒸気タービン５０は、通常は複数の調整弁１３を有しており、これら調整弁１３はその駆動に必要な出力大きさがそれぞれ異なっている。また、調整弁１３それぞれにおいて必要な出力は、調整弁１３が蒸気流路１２の開放を開始する時点で最大の出力が必要であって、定常運転に移行するに従って必要な出力は徐々に小さくなる。蒸気流路１２の開放を開始する時点で最大の出力が必要な理由は、図１に示す引きバネ２０の引っ張り力に抗してレバー部材１４を押し上げる必要がある。このように、調整弁１３の駆動に必要な出力が時間の経過とともに変化するため、本実施形態では、必要な出力に応じて開閉駆動機構１５と補助開閉駆動機構５１とを適宜使い分けている。
　例えば、図１０に示すＯ点において第一の調整弁（不図示）が蒸気流路１２の開放動作を開始する場合、略９５％の出力が必要であるため、開閉駆動機構１５と補助開閉駆動機構５１の両方を用いて第一の調整弁１３を駆動する。Ａ点で出力が略９５％に達した後は、定常運転に移行するに従って必要な出力は徐々に小さくなり、予め定めた基準値である略７０％のラインを超えて小さくなった後は、補助開閉駆動機構５１を停止して開閉駆動機構１５だけを用いて第一の調整弁１３を駆動する。
　その後、Ｂ点において第二の調整弁（不図示）が蒸気流路１２の開放動作を開始する場合、第一の調整弁１３と同様に略９５％の出力が必要であるため、開閉駆動機構１５と補助開閉駆動機構５１の両方を用いて第二の調整弁を駆動する。Ｃ点で出力が略９５％に達した後は、定常運転に移行するに従って必要な出力は徐々に小さくなり、基準値である略７０％を超えて小さくなった後は、開閉駆動機構１５だけを用いて第二の調整弁を駆動する。
　その後、Ｄ点において第三の調整弁（不図示）が蒸気流路１２の開放動作を開始する場合、略７５％の出力が必要であるため、開閉駆動機構１５と補助開閉駆動機構５１の両方を用いて第三の調整弁を駆動する。Ｅ点で出力が略７５％に達した後は、定常運転に移行するに従って必要な出力は徐々に小さくなり、基準値である略７０％を超えて小さくなった後は、開閉駆動機構１５だけを用いて第三の調整弁を駆動する。
　このように、開閉駆動機構１５と補助開閉駆動機構５１とを適宜使い分けて必要な出力だけを供給することにより、エネルギーの省力化を測ることができる。
　以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
　本発明は、蒸気によって回転駆動する蒸気タービンに関する。本発明の蒸気タービンによれば、蒸気量を調整する調整弁の長期に渡る安定した駆動が可能であって、且つ、調整弁の開閉駆動機構が軸受の保守作業の邪魔にならない。
１０　蒸気タービン
１１　タービン本体
１１１　ケーシング
１１２　軸受
１１３　ロータ
１１４　速度検出センサ
１１５　回転軸
１１６　ブレード
１２　蒸気流路
１２１　蒸気導入口
１２２　蒸気供給口
１２３　絞り穴
１３　調整弁
１３１　アーム部材
１３２　封止部材
１４　レバー部材
１５　開閉駆動機構
１６　ロック機構
１６１　支持棒
１６２　保持板
１６２ａ　嵌合溝
１６３　固定ボルト
１６４　押圧部材
１６４ａ　切欠き
１７　電子ガバナ
１８　圧縮機
１９　レバー側ロッド
２０　引きバネ
２１　ブラケット
２２　保持部材
２３　電動アクチュエータ
２４　軸受カバー
２５　台座
２６　電動モータ
２７　変換機構
２８　ブレーキ
２９　モータ収容部
３０　ボールネジ
３１　ピストンユニット
３１１　ナット
３１２　ピストンロッド
３１３　ロッドエンドコネクタ
３１４　アクチュエータ側ロッド
３１５　固定用ボルト
３２　カップリング
３２１　ネジ穴
３２２　ロッド挿入穴
３３　ピン
３４　操作盤
３５　コントローラユニット
３５１　コントローラ
３５２　サーボドライブ
４０　蒸気タービン
４１　予備開閉駆動機構
４２　予備コントローラユニット
５０　蒸気タービン
５１　補助開閉駆動機構
５１１　アクチュエータ側ロッド
５２　第一レバー側ロッド
５３　第二レバー側ロッド
８０　蒸気タービン
８１　タービン本体
８２　蒸気流路
８３　調整弁
８４　レバー部材
８５　油圧サーボ機構
８６　電子ガバナ
８７　ピストン
８８　油圧シリンダ
８９　パイロット弁
９０　アクチュエータ
９１　軸受カバー

Claims (9)

  1. 　回転可能に支持されたブレードを有するタービン本体と、
    　前記タービン本体に接続されて蒸気が流通する蒸気流路と、
    　直線運動することで前記蒸気流路の開閉を調整する調整弁と、
    　前記調整弁を駆動する開閉駆動機構と、を備え、
    　前記開閉駆動機構が、
    　電力が供給されて回転する電動モータと、
    　前記電動モータの回転運動を前記調整弁の直線運動に変換する変換機構と、
    　前記電動モータの回生エネルギーによって作動するブレーキと、
    　を備える蒸気タービン。
  2. 　前記変換機構が、
    　前記電動モータによって回転駆動されるボールネジと、
    　前記ボールネジに螺合されるとともに前記調整弁に接続されたナットと、
    　を備える請求項１に記載の蒸気タービン。
  3. 　前記電動モータは、内部が密閉されたモータ収容部に収容されている請求項１又は２に記載の蒸気タービン。
  4. 　前記開閉駆動機構の故障時に前記調整弁を駆動する予備開閉駆動機構を更に備える請求項１から３のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
  5. 　前記開閉駆動機構または前記予備開閉駆動機構の動作を制御するコントローラユニットを更に備える請求項４に記載の蒸気タービン。
  6. 　前記コントローラユニットの故障時に、前記開閉駆動機構または前記予備開閉駆動機構の動作を制御する予備コントローラユニットを更に備える請求項５に記載の蒸気タービン。
  7. 　前記ブレーキは、前記ボールネジの周速が閾値を超えて大きくなった時、または前記電動モータに対する電力の供給が停止してから一定の時間だけ作動する請求項２から６のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
  8. 　前記ナットと前記調整弁とを切り離し可能に接続するカップリングと、前記調整弁を移動不能にロックするロック機構と、を更に備える請求項２から７のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
  9. 　前記調整弁の駆動に基準値を超えて大きな出力が必要な場合に、前記開閉駆動機構とともに前記調整弁を駆動する補助開閉駆動機構を更に備える請求項１から８のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
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