WO2015093151A1 - 調整弁駆動機構、蒸気タービン - Google Patents

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英樹 戸中
直之 長井
成人 原田
誠 片懸
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三菱重工業株式会社
三菱重工コンプレッサ株式会社
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/30Application in turbines
    • F05D2220/31Application in turbines in steam turbines

Definitions

  • the present invention relates to a regulating valve drive mechanism for a steam turbine that is rotationally driven by steam, and a steam turbine.
  • the steam turbine is used for machine driving and the like, and includes a turbine body having a rotor that is rotatably supported. The rotor is driven to rotate by supplying steam as a working fluid to the turbine body. Steam supplied to the turbine body and steam extracted from the turbine body flow through the steam flow path of the steam turbine. An adjustment valve is provided in the steam channel. The flow rate of the steam supplied to the turbine body can be adjusted by adjusting the opening of the adjusting valve.
  • the adjusting valve is driven by the adjusting valve drive mechanism.
  • a hydraulic actuator is generally used as described in Patent Document 1, for example.
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which the opening degree of the adjustment valve is adjusted via a link by an electric motor.
  • Patent Documents 3 and 4 disclose an adjustment valve drive mechanism including an electric motor and a conversion mechanism such as a ball screw that converts the rotational movement of the electric motor into a linear movement of the adjustment valve.
  • JP-A-8-219322 Japanese Utility Model Publication No. 2-29368 JP 2013-72349 A JP-A-5-257538
  • Patent Document 2 adjusts the opening of the regulating valve through a link with an electric motor. For this reason, the amount of rotation of the electric motor and the change in the opening of the adjusting valve are determined by the lever ratio of the link. In this case, depending on the set lever ratio, the rotation range of the link may be restricted, and it may be difficult to adjust a large opening or make it difficult to adjust a small opening.
  • a ball screw is used, although the problems in the configurations disclosed in Patent Documents 1 and 2 can be avoided.
  • the ball screw has a meshing portion having a predetermined contact angle in a spiral thread groove. Therefore, when the opening / closing operation of the regulating valve is repeatedly performed over a long period of time, only a specific portion of the engagement portion of the ball screw is worn. Therefore, regular ball screw maintenance may be required.
  • the present invention provides a regulating valve drive mechanism and a steam turbine that can increase the degree of freedom of opening degree adjustment without requiring labor for maintenance even when used for a long period of time.
  • the adjusting valve drive mechanism adjusts the adjusting valve that opens and closes the steam flow path through which the steam flows in order to adjust the flow rate of the steam as the working fluid of the steam turbine.
  • a valve drive mechanism a rotation motor, a positive gear rotated by the rotation motor, and a predetermined forward and backward direction that meshes with the teeth of the positive gear and becomes a tangential direction of the positive gear according to the rotation of the positive gear And a direct acting part that opens and closes the adjusting valve.
  • the rotary motor as a drive source, maintenance of a seal for preventing oil leakage like a hydraulic actuator is unnecessary, so the maintenance load is reduced. Further, since a complicated hydraulic circuit is not necessary, the structure of the mechanism is simplified.
  • the meshing between the positive gear and the linear motion mechanism is in a direction perpendicular to the advancing / retreating direction, the meshing portion is compared with the case where the meshing direction is inclined in the advancing / retreating direction, such as a screw thread of a ball screw or a helical gear. Wear can be suppressed.
  • the linear motor is driven by the rotary motor via the positive gear, the opening degree of the adjusting valve can be freely adjusted by changing the rotation amount of the rotary motor.
  • the linear motion portion may be a chain that meshes with the teeth of the positive gear and extends in the forward / backward direction from the positive gear. Good.
  • the adjustment valve can be advanced and retracted by advancing and retracting the chain with the positive gear.
  • the linear motion portion may be a rack gear that meshes with the teeth of the positive gear.
  • a so-called rack and pinion mechanism can be configured by the positive gear and the rack gear, and the adjustment gear can be opened and closed by moving the rack gear forward and backward with the positive gear.
  • a stage that supports the positive gear and the linear motion part, and the stage A position adjusting mechanism that adjusts the position along the advancing / retreating direction may be further provided.
  • the advance / retreat operation of the adjustment valve can be performed by moving the positive gear and the linear motion portion forward and backward for each stage.
  • the position of the adjustment valve can be roughly adjusted by the advance / retreat operation by the linear gear portion of the positive gear, and the position of the adjustment valve can be finely adjusted by the advance / retreat operation of the stage.
  • the stage has an inclined surface inclined with respect to the advance / retreat direction, and the position adjusting mechanism is arranged on the inclined surface.
  • the position adjustment mechanism adjusts the position of the stage by the rotary motor, and the rotational drive of the rotary motor.
  • a switching unit that switches force transmission between the positive gear side and the position adjustment mechanism side may be provided.
  • the adjustment valve drive mechanism may further include a brake for forcibly stopping the rotation of the rotary motor.
  • a brake for forcibly stopping the rotation of the rotary motor.
  • the clutch further interrupts transmission of the rotational force of the rotary motor to the positive gear. You may prepare. Thereby, transmission of the rotational force of the rotary motor to the positive gear can be interrupted.
  • the steam turbine is configured to linearly move by a turbine body having blades rotatably supported, a steam flow path connected to the turbine body and through which the steam flows.
  • This configuration reduces the maintenance load on the adjustment valve drive mechanism of the steam turbine and simplifies the structure of the mechanism. As a result, wear of the meshing portion can be suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a steam turbine 10 of this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the regulating valve drive mechanism in the first embodiment of the steam turbine 10.
  • the steam turbine 10 of this embodiment includes a turbine main body 11, a steam flow path 12 through which steam as a working fluid flows, an adjustment valve 13, a lever member (valve element advance / retreat mechanism) 14, The control valve drive mechanism 15 and the control unit 17 that controls the control valve drive mechanism 15 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 a rotation speed of the rotor 113. And a speed detection sensor 114.
  • the rotor 113 includes a rotating shaft 115 and a plurality of blades 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 channel 12 is a channel that supplies steam as a working fluid to the turbine body 11. Steam is introduced from a steam inlet 121 on one end side of the steam channel 12. The steam supply port 122 on the other end side of the steam flow path 12 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.
  • a “steam channel” a channel through which steam supplied to the turbine body 11 flows is described as an example.
  • the steam channel 12 is not limited to this, For example, it may be a flow path through which steam extracted from the turbine body 11 flows.
  • the adjusting valve 13 adjusts the amount of steam supplied to the turbine body 11.
  • the adjustment valve 13 includes a rod-shaped arm member 131 and a substantially semicircular sealing member (valve element) 132 provided at the tip of the arm member 131.
  • the base end portion of the arm member 131 is rotatably attached to one end portion of the lever member 14 in the longitudinal direction. Since the regulating valve 13 has the above-described configuration, the arm member 131 linearly moves along the steam flow path 12, so that the sealing member 132 at the distal end thereof is relative to the throttle hole 123 of the steam flow path 12. Mates or separates. Thereby, the size of the opening between the throttle hole 123 and the sealing member 132 changes. Therefore, the flow rate of the steam supplied to the turbine body 11 through the throttle hole 123 changes.
  • the lever member 14 is a member that transmits the output of the adjustment valve drive mechanism 15 to the adjustment valve 13 and advances and retracts the sealing member 132 with respect to the steam flow path 12.
  • the intermediate part of the lever member 14 in the longitudinal direction is supported so as to be rotatable.
  • one end of the biasing spring 20 is attached to one end of the lever member 14.
  • the urging spring 20 functions as a forced closing means that forcibly closes the adjustment valve 13.
  • the other end of the urging spring 20 is fixed to a frame (not shown) of the steam channel 12 and cannot be moved. That is, the urging spring 20 applies a pressing force that rotates the lever member 14 clockwise in FIG. 1 in a state where no external force is applied.
  • the regulating valve drive mechanism 15 is a mechanism that drives the regulating valve 13 described above. As shown in FIG. 2, the adjustment valve drive mechanism 15 is connected to the other end of the lever member 14. The adjustment valve drive mechanism 15 adjusts the opening degree of the adjustment valve 13 by rotating the lever member 14 to displace the arm member 131 constituting the adjustment valve 13 in the axial direction.
  • the adjustment valve drive mechanism 15 includes a servo motor (rotary motor) 151, a brake 152 and a clutch 153 connected to the drive shaft 151s of the servo motor 151, and a drive gear (positive gear) connected to the drive shaft 151s of the servo motor 151. 154 and a chain (linear motion part) 155 wound around the drive gear 154.
  • the brake 152 is composed of an electromagnetic disc brake.
  • the brake 152 is configured to operate when the supply of electric power is interrupted to brake the rotation of the servo motor 151.
  • the operation of the brake 152 is controlled by the control unit 17 (see FIG. 1).
  • the control unit 17 can also operate the brake 152 when the peripheral speed of the drive shaft 151 s exceeds the threshold value. That is, the brake 152 is operated to brake the rotation of the servo motor 151.
  • the clutch 153 is provided between the drive shaft 151 s of the servo motor 151 and the rotation shaft 154 s of the drive gear 154.
  • the clutch 153 can intermittently transmit the rotational force between the drive shaft 151s and the rotation shaft 154s.
  • the operation of the clutch 153 is controlled by the control unit 17, and when the control unit 17 detects any abnormality, the transmission of the rotational force between the drive shaft 151 s and the rotation shaft 154 s is stopped.
  • the drive gear 154 is formed by a positive gear whose meshing portion with the chain 155 is in a direction perpendicular to the forward / backward direction S of the chain 155.
  • the drive gear 154 is disposed at a position spaced apart from the other end of the lever member 14 in the vertical direction perpendicular to the longitudinal direction connecting the one end and the other end of the lever member 14.
  • One end of the chain 155 is connected to the other end of the lever member 14.
  • the chain 155 is wound around the drive gear 154 so as to extend in the tangential direction of the drive gear 154.
  • the chain 155 advances and retreats in a predetermined advancing / retreating direction S that is a tangential direction of the driving gear 154 according to the rotation of the driving gear 154.
  • the control unit 17 controls the adjustment valve drive mechanism 15 based on the pressure and temperature of the compressor 18 detected by a sensor (not shown), the rotational speed of the drive shaft 151s of the servo motor 151, an instruction from the user, etc. The amount of steam supplied to the turbine body 11 is adjusted.
  • the servo motor 151 is used as a drive source, so that a seal for preventing oil leakage is not provided as compared with a hydraulic actuator. For this reason, the frequency of maintenance can be suppressed. Further, since a complicated hydraulic circuit is not provided unlike the hydraulic actuator, the regulating valve drive mechanism 15 has a simple configuration. Thereby, maintenance of the regulating valve drive mechanism 15 and the steam turbine 10 is facilitated, and mechanical reliability is also increased. As a result, maintainability can be improved, and manufacturing costs and maintenance costs can be suppressed.
  • the meshing of the drive gear 154 and the linear motion mechanism is in a direction perpendicular to the advance / retreat direction S, compared to a case where the meshing direction is inclined in the advance / retreat direction S, such as a screw thread or a helical gear of a ball screw.
  • the wear of the meshing portion can be suppressed.
  • the chain 155 is driven by the servo motor 151 via the drive gear 154, the opening degree of the adjustment valve 13 can be freely adjusted by changing the rotation amount of the servo motor 151. Thereby, compared with the structure which rotates a link with a motor, the freedom degree of the opening degree adjustment of the regulating valve 13 increases.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the regulating valve drive mechanism 15 in the second embodiment of the steam turbine 10.
  • the adjustment valve drive mechanism 15 in this embodiment includes the same adjustment valve drive mechanism 15 as in the first embodiment.
  • the adjustment valve drive mechanism 15 further includes a stage 156 and a position adjustment mechanism 16.
  • stage 156 Servo motor 151, brake 152, clutch 153, and drive gear 154 constituting adjustment valve drive mechanism 15 are provided on stage 156.
  • the stage 156 has an inclined surface 156t inclined with respect to the advancing / retreating direction S on the lower surface.
  • the position adjustment mechanism 16 adjusts the position of the stage 156 along the advance / retreat direction S.
  • the position adjusting mechanism 16 is disposed below the stage 156, and has a drive block 165 having a facing surface 165t facing the inclined surface 156t, and a servo that moves the drive block 165 in a direction H orthogonal to the forward / backward direction S.
  • a moving mechanism including a motor 161, a brake 162, and a drive gear 163.
  • the adjustment amount (adjustment speed) of the adjustment valve 13 in the position adjustment mechanism 16 by the servomotor 161 is smaller than the adjustment amount (adjustment speed) of the adjustment valve 13 in the adjustment valve drive mechanism 15 by the servomotor 151.
  • the reduction ratio of the drive gear 154, the inclination angle of the inclined surface 156t, the reduction ratio of the drive gear 163, and the like are set.
  • the drive gear 163, for example, a worm gear can be used.
  • the adjustment valve drive mechanism 15 of the second embodiment described above in addition to the advancement / retraction operation of the adjustment valve 13 by the drive gear 154 and the chain 155, the drive gear 154 and the chain 155 are advanced / retreated together with the stage 156.
  • the adjustment valve 13 can be moved back and forth. As a result, the position of the adjustment valve 13 can be roughly adjusted by the advance / retreat operation of the drive gear 154 by the chain 155, and the position of the adjustment valve 13 can be finely adjusted by the advance / retreat operation of the stage 156.
  • the opening of the adjustment valve 13 can be adjusted at low cost.
  • the degree of freedom can be increased.
  • the opening degree of the regulating valve 13 can be adjusted in two steps, coarse adjustment and fine adjustment, so that it can be performed more quickly and with high accuracy.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a regulating valve drive mechanism in a modification of the second embodiment of the steam turbine.
  • the stage 156 may be driven by a servo motor 151 that drives a chain 155. That is, the drive gear 163 is connected to the servo motor 151 via the clutch (switching unit) 166, the transmission gears 167 and 168, and the brake 162.
  • the servo motor 151 is also provided with a clutch (switching unit) 158 on the drive gear 154 side.
  • the transmission destination of the rotational driving force of the servo motor 151 can be selectively switched between the driving gear 154 and the driving gear 163 by connecting and disconnecting the clutches 158 and 166.
  • the drive source for moving the chain 155 forward and backward and the drive source for moving the stage 156 forward and backward can be shared, and the configuration can be simplified and the cost can be reduced accordingly.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a first modified example of the regulating valve drive mechanism.
  • a pinion gear 171 and a rack gear 172 can be used as the positive gear and the linear motion portion.
  • the rack gear 172 is connected to the lever member 14 by a pin 173 in order to follow the swing of the lever member 14.
  • the adjusting valve drive mechanism 15 of the first modification preferably includes a pressing member 174 such as a spring.
  • the return gear 180 may be provided on the upper side so that the chain 155 is turned back and the tip of the lever member 14 is advanced and retracted from above.
  • a pulley gear 181 that functions as a free pulley is provided at the tip of the lever member 14, and one end 155 a of the chain 155 and the drive gear 154 are located above the pulley gear 181.
  • the intermediate portion of the chain 155 may be hung on the pulley gear 181.
  • a rotational gear 183 having a different diameter is interposed between the drive gear 154 and the chain 155 to reduce or increase the rotational force of the servo motor 151. May be transmitted to the drive gear 154. Thereby, the additional torque in the servo motor 151 can be reduced, and the capacity of the servo motor 151 can be set optimally.

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Abstract

 この蒸気タービンの調整弁駆動機構(15)は、蒸気タービンの作動流体としての蒸気の流量を調整するため、蒸気が流通する蒸気流路を弁体(132)により開閉する調整弁(13)を駆動する調整弁駆動機構(15)であって、回転モータ(151)と、回転モータ(151)によって回転する正歯車(154)と、正歯車(154)の歯と噛み合って、正歯車(154)の回転に応じて正歯車(154)の接線方向となる所定の進退方向(S)に進退して調整弁(13)を進退させるチェーン(155)と、を備えている。

Description

調整弁駆動機構、蒸気タービン
 この発明は、蒸気によって回転駆動する蒸気タービンの調整弁駆動機構、および蒸気タービンに関する。本願は、2013年12月18日に、日本に出願された特願2013-261807号に基づき優先権を主張し、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ている。ロータは、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回転駆動される。蒸気タービンの蒸気流路には、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流れる。蒸気流路には、調整弁が設けられている。この調整弁の開度を調整することによって、タービン本体に供給する蒸気の流量が調整可能となっている。
 調整弁は、調整弁駆動機構により駆動される。この調整弁駆動機構としては、例えば特許文献1に記載されているように、油圧アクチュエータが一般的に用いられている。
 また、特許文献2には、電動モータにより、リンクを介して調整弁の開度を調整する構成が開示されている。
 さらに、例えば特許文献3、4には、電動モータと、電動モータの回転運動を調整弁の直線運動に変換するボールネジ等の変換機構と、を備える調整弁駆動機構が開示されている。
特開平8-219322号公報 実開平2-29368号公報 特開2013-72349号公報 特開平5-257538号公報
 特許文献1に開示されているように、油圧アクチュエータを用いた構成では、長期間にわたって蒸気タービンを運転していると、油圧アクチュエータの摺動部に設けられたパッキンが劣化する。その結果、パッキンの部分から作動油が漏れる可能性がある。また、油圧アクチュエータは、油圧で駆動するための油圧回路が複雑であるため、メンテナンスに手間がかかる。
 特許文献2に記載の機構は、電動モータでリンクを介して調整弁の開度を調整している。そのため、電動モータの回転量と調整弁の開度変化は、リンクのレバー比によって決まる。この場合、設定したレバー比によっては、リンクの回動範囲が規制され、大きな開度調整を行うのが困難になったり、微小な開度調整が困難になったりする場合がある。
 特許文献3、4に記載の構成では、特許文献1、2に開示された構成における課題は回避できるものの、ボールネジを用いている。ボールネジは、螺旋状のネジ溝において所定の接触角を有した噛み合い部がある。そのため、長期間にわたって調整弁の開閉動作を繰り返し行っていると、ボールネジの噛み合い部の特定部分のみが摩耗してくる。そのため、定期的なボールネジのメンテナンスが必要になる場合がある。
 本発明は、長期間にわたって使用してもメンテナンスの手間がかからず、開度調整の自由度を高めることができる調整弁駆動機構、蒸気タービンを提供する。
本発明の第一の態様によれば、調整弁駆動機構は、蒸気タービンの作動流体としての蒸気の流量を調整するため、前記蒸気が流通する蒸気流路を弁体により開閉する調整弁の調整弁駆動機構であって、回転モータと、前記回転モータによって回転する正歯車と、前記正歯車の歯と噛み合って、前記正歯車の回転に応じて前記正歯車の接線方向となる所定の進退方向に進退し、前記調整弁を開閉させる直動部と、を備える。
 このように、回転モータを駆動源とすることで、油圧アクチュエータのように油漏れ防止のためのシールのメンテナンスが不要であるため、メンテナンスの負荷が軽減される。
 また、複雑な油圧回路も不要であるため、機構の構成が簡易になる。
 また、正歯車と直動機構の噛み合いは、進退方向に直交した方向となるため、ボールネジの螺条やはすば歯車のように、噛み合い方向が進退方向に傾斜した場合に比較し、噛み合い部の摩耗を抑えることができる。
 さらに、回転モータで正歯車を介して直動部を駆動するので、回転モータの回転量を変えることによって調整弁の開度を自在に調整できる。
 本発明の第二の態様によれば、第一の態様の調整弁駆動機構において、前記直動部は、前記正歯車の歯に噛み合い、前記正歯車から前記進退方向に延びるチェーンであってもよい。
 このように構成することで正歯車によりチェーンを進退させて調整弁を進退させることができる。
 本発明の第三の態様によれば、第一の態様の調整弁駆動機構において、前記直動部は、前記正歯車の歯に噛み合うラックギヤであってもよい。
 このように構成することで、正歯車とラックギヤとにより、いわゆるラックアンドピニオン機構を構成することができ、正歯車によりラックギヤを進退させて調整弁を開閉させることができる。
 本発明の第四の態様によれば、第一から第三の態様のいずれか一つの態様の調整弁駆動機構において、前記正歯車と前記直動部とを支持するステージと、前記ステージを前記進退方向に沿って位置調整する位置調整機構と、をさらに備えてもよい。
 このように構成することで、正歯車と直動部とによる調整弁の進退動作に加え、ステージごと正歯車と直動部とを進退させることによる調整弁の進退動作を行うことができる。
 さらに、正歯車の直動部による進退動作によって、調整弁の位置を大まかに調整し、ステージの進退動作によって、調整弁の位置の微調整を行うことができる。
 本発明の第五の態様によれば、第四の態様の調整弁駆動機構において、前記ステージは、前記進退方向に対して傾斜した傾斜面を有し、前記位置調整機構は、前記傾斜面に対向する対向面を有した駆動ブロックと、前記駆動ブロックを前記進退方向に直交する方向に移動させる移動機構と、を備えてもよい。
 このように構成することで、駆動ブロックを進退方向に直交する方向に移動させると、駆動ブロックの対向面に沿って傾斜面が摺動し、ステージが進退方向に移動する。これにより、調整弁の位置を調整できる。
 本発明の第六の態様によれば、第四または第五の態様の調整弁駆動機構において、前記位置調整機構は、前記回転モータにより前記ステージを位置調整するようにし、前記回転モータの回転駆動力の伝達を、前記正歯車側と前記位置調整機構側との間で切り替える切替部を備えていてもよい。
 このように構成することで、直動部を進退動作させる駆動源とステージを進退動作させる駆動源とを共有することができる。
 本発明の第七の態様によれば、第一から第六の態様のいずれか一つの態様の調整弁駆動機構において、前記回転モータの回転を強制的に停止させるブレーキをさらに備えてもよい。
 これにより、例えば何らかの緊急事態が発生した場合等には、ブレーキにより回転モータの回転を停止させることができる。
 本発明の第八の態様によれば、第一から第七の態様のいずれか一つの態様の調整弁駆動機構において、前記回転モータの回転力の前記正歯車への伝達を断続するクラッチをさらに備えてもよい。
 これにより、回転モータの回転力の正歯車への伝達を断続することができる。
 本発明の第九の態様によれば、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第一から第八の態様のいずれか一つの態様の調整弁駆動機構と、を備える。
 このように構成することで、蒸気タービンの調整弁駆動機構のメンテナンスの負荷が軽減され、機構の構成が簡易になる。その結果、噛み合い部の摩耗を抑えることができる。
 上述した調整弁駆動機構、蒸気タービンによれば、長期間にわたって使用してもメンテナンスの手間がかからず、開度調整の自由度を高めることが可能となる。
この発明の一実施形態に係る蒸気タービンの全体構成を示す模式図である。 上記蒸気タービンの第一実施形態における調整弁駆動機構の構成を示す模式図である。 上記蒸気タービンの第二実施形態における調整弁駆動機構の構成を示す模式図である。 上記蒸気タービンの第二実施形態の変形例における調整弁駆動機構の構成を示す模式図である。 上記調整弁駆動機構の第一変形例の構成を示す模式図である。 上記調整弁駆動機構の第二変形例の構成を示す模式図である。 上記調整弁駆動機構の第三変形例の構成を示す模式図である。 上記調整弁駆動機構の第四変形例の構成を示す模式図である。
 以下、この発明の一実施形態に係る蒸気タービンを図面に基づき説明する。
(第一実施形態)
 図1は、この実施形態の蒸気タービン10の構成を示す模式図である。図2は、蒸気タービン10の第一実施形態における調整弁駆動機構の構成を示す模式図である。
 図1に示すように、この実施形態の蒸気タービン10は、タービン本体11と、作動流体としての蒸気が流通する蒸気流路12と、調整弁13と、レバー部材(弁体進退機構)14と、調整弁駆動機構15と、調整弁駆動機構15を制御する制御部17と、を備えている。
 タービン本体11は、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に固定された複数枚のブレード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12は、タービン本体11に対して作動流体としての蒸気を供給する流路である。
 蒸気流路12の一端側の蒸気導入口121から、蒸気が導入される。蒸気流路12の他端側の蒸気供給口122は、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。なお、この実施形態では、この発明に係る「蒸気流路」として、タービン本体11に対して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13は、タービン本体11に供給する蒸気の量を調整する。この調整弁13は、棒状のアーム部材131と、アーム部材131の先端部に設けられた略半円形状の封止部材(弁体)132とを備えている。アーム部材131の基端部は、レバー部材14の長手方向の一端部に回動可能に取り付けられている。調整弁13が上記構成を備えることで、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に対して嵌合または離間する。これにより、絞り穴123と封止部材132との間の開口の大きさが変化する。そのため、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。
 レバー部材14は、調整弁駆動機構15の出力を調整弁13に伝達し、封止部材132を蒸気流路12に対して進退させる部材である。このレバー部材14の長手方向の中間部は、回動可能に支持されている。
 さらに、レバー部材14の一端部には、付勢バネ20の一端が取り付けられている。この付勢バネ20は、強制的に調整弁13を閉塞させる強制閉塞手段として機能する。付勢バネ20の他端は、蒸気流路12のフレーム(図示せず)等に固定され、移動不能とされている。つまり、付勢バネ20は、外力が作用しない状態では、レバー部材14を図1における時計回りに回動させる押圧力を付与している。
 調整弁駆動機構15は、上述した調整弁13を駆動する機構である。
 図2に示すように、調整弁駆動機構15は、レバー部材14の他端部に接続されている。調整弁駆動機構15は、レバー部材14を回動させることで、調整弁13を構成するアーム部材131を軸方向に変位させ、調整弁13の開度を調整する。
 調整弁駆動機構15は、サーボモータ(回転モータ)151と、サーボモータ151の駆動軸151sに連結されたブレーキ152およびクラッチ153と、サーボモータ151の駆動軸151sに連結された駆動歯車(正歯車)154と、駆動歯車154に巻き回されたチェーン(直動部)155と、を備えている。
 ブレーキ152は、電磁ディスクブレーキから構成される。ブレーキ152は、電力の供給が断たれときに作動して、サーボモータ151の回転に制動をかけるように構成されている。ブレーキ152は、制御部17(図1参照)によってその動作が制御されている。制御部17は、駆動軸151sの周速が閾値を超えて大きくなった場合に、ブレーキ152を作動させることもできる。つまり、ブレーキ152を作動させることでサーボモータ151の回転に制動をかける。
 クラッチ153は、サーボモータ151の駆動軸151sと、駆動歯車154の回転軸154sとの間に介在して設けられている。このクラッチ153は、駆動軸151sと回転軸154sとの間の回転力の伝達を断続できる。
 クラッチ153は、制御部17によりその作動が制御され、制御部17において何らかの異常を検知した場合等に、駆動軸151sと回転軸154sとの間の回転力の伝達を中止する。
 駆動歯車154は、チェーン155との噛み合い部が、チェーン155の進退方向Sに直交した方向となる正歯車により形成されている。駆動歯車154は、レバー部材14の他端部に対し、レバー部材14の一端部と他端部とを結ぶ長手方向に直交する上下方向に離間した位置に配置されている。
 チェーン155の一端は、レバー部材14の他端部に連結されている。このチェーン155は、駆動歯車154の接線方向に延びるよう、駆動歯車154に巻き回されている。チェーン155は、駆動歯車154の回転に応じて駆動歯車154の接線方向となる所定の進退方向Sに進退する。このチェーン155の進退により、レバー部材14が揺動し、調整弁13のアーム部材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に対して嵌合または離間する。これにより、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。
 制御部17では、不図示のセンサ等によって検出される圧縮機18の圧力や温度、サーボモータ151の駆動軸151sの回転速度、ユーザからの指示等に基づいて調整弁駆動機構15を制御し、タービン本体11に供給される蒸気量を調整する。
 したがって、上述した第一実施形態の調整弁駆動機構15、蒸気タービン10によれば、サーボモータ151を駆動源とすることで、油圧アクチュエータに比較し、油漏れ防止のためのシールを備えない。このため、メンテナンスの頻度を抑えることができる。また、油圧アクチュエータのように複雑な油圧回路も備えないため、調整弁駆動機構15は単純な構成となる。これにより、調整弁駆動機構15、蒸気タービン10のメンテナンスが容易となり、機械的信頼性も高まる。その結果、メンテナンス性を高め、製作コスト、維持コストを抑えることが可能となる。
 また、駆動歯車154と直動機構の噛み合いは、進退方向Sに直交した方向となるため、ボールネジの螺条やはすば歯車のように、噛み合い方向が進退方向Sに傾斜した場合に比較し、噛み合い部の摩耗を抑えることができる。
 さらに、サーボモータ151で駆動歯車154を介してチェーン155を駆動するので、サーボモータ151の回転量を変えることによって調整弁13の開度を自在に調整できる。これにより、モータによりリンクを回動させる構成に比較し、調整弁13の開度調整の自由度が高まる。
(第二実施形態)
 次に、この発明にかかる調整弁駆動機構15、蒸気タービン10の第二実施形態について説明する。以下に説明する第二実施形態においては、第一実施形態と調整弁駆動機構15の構成のみが異なるので、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。
 図3は、上記蒸気タービン10の第二実施形態における調整弁駆動機構15の構成を示す模式図である。
 図3に示すように、この実施形態における調整弁駆動機構15は、第一実施形態と同様の調整弁駆動機構15を備えている。この調整弁駆動機構15は、ステージ156と、位置調整機構16と、をさらに備えている。
 調整弁駆動機構15を構成するサーボモータ151、ブレーキ152、クラッチ153、駆動歯車154は、ステージ156上に設けられている。ステージ156は、下面に、進退方向Sに対して傾斜した傾斜面156tを有している。
 位置調整機構16は、ステージ156を進退方向Sに沿って位置調整する。この位置調整機構16は、ステージ156の下側に配置され、傾斜面156tに対向する対向面165tを有した駆動ブロック165と、駆動ブロック165を進退方向Sに直交する方向Hに移動させる、サーボモータ161、ブレーキ162、駆動ギヤ163からなる移動機構と、を備えている。
 ここで、サーボモータ151による調整弁駆動機構15における調整弁13の調整量(調整速度)よりも、サーボモータ161による位置調整機構16における調整弁13の調整量(調整速度)の方が小さくなるよう、駆動歯車154の減速比、傾斜面156tの傾斜角度、駆動ギヤ163の減速比等が設定されている。駆動ギヤ163は、例えばウォームギヤを用いることができる。
 したがって、上述した第二実施形態の調整弁駆動機構15によれば、駆動歯車154とチェーン155とによる調整弁13の進退動作に加え、駆動歯車154とチェーン155とをステージ156ごと進退させることによる調整弁13の進退動作が行える。その結果、駆動歯車154のチェーン155による進退動作によって、調整弁13の位置を大まかに調整し、ステージ156の進退動作によって、調整弁13の位置の微調整を行うことができる。
 また、上記第一実施形態と同様、サーボモータ151、161を駆動源とすることで、長期間にわたって使用してもメンテナンスの手間がかからず、低コストで、調整弁13の開度調整の自由度を高めることができる。
 さらに、調整弁13の開度調整を、粗調整と微調整の2段階に行うことで、より迅速かつ高精度に行うことが可能となる。
(第二実施形態の変形例)
 ここで、第二実施形態では、ステージ156を、サーボモータ151とは別に設けたサーボモータ161で駆動するようにしたが、これに限るものではない。
 図4は、上記蒸気タービンの第二実施形態の変形例における調整弁駆動機構の構成を示す模式図である。
 この図4に示すように、ステージ156を、チェーン155を駆動するサーボモータ151によって駆動する構成としてもよい。すなわち、サーボモータ151には、クラッチ(切替部)166、伝達ギヤ167,168、ブレーキ162を介し、駆動ギヤ163が連結されている。また、サーボモータ151には、駆動歯車154側にも、クラッチ(切替部)158が設けられている。
 このような構成においては、クラッチ158、166を断続することによって、サーボモータ151の回転駆動力の伝達先を、駆動歯車154と駆動ギヤ163とに選択的に切り替えることができる。
 このように構成することで、チェーン155を進退動作させる駆動源とステージ156を進退動作させる駆動源とを共有することができ、構成の簡素化、およびそれによる低コスト化を図ることが可能となる。
(その他の変形例)
 なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
 例えば、図5は、上記調整弁駆動機構の第一変形例の構成を示す模式図である。
 この図5に示すように、駆動歯車154とチェーン155に代えて、ピニオンギヤ171とラックギヤ172とを、正歯車と直動部として用いることもできる。この場合、ラックギヤ172は、レバー部材14の揺動に追従するため、上端部がピン173によりレバー部材14に連結されている。この第一変形例の調整弁駆動機構15は、レバー部材14をピニオンギヤ171に押し付けるために、例えば、スプリング等の押圧部材174を備えるのが好ましい。
 また、レバー部材14の長手方向の一端部が回動可能に支持され、調整弁13がレバー部材14の長手方向中間部に設けられている場合等には、例えば図6に示す第二変形例のように、チェーン155を折り返し、レバー部材14の先端部を上方から進退させるよう、折り返し歯車180を上方に設けてもよい。
 さらに、図7に示す第三変形例のように、レバー部材14の先端部に、自由滑車として機能する滑車歯車181を設け、チェーン155の一端155aおよび駆動歯車154を滑車歯車181よりも上方に固定し、チェーン155の中間部を滑車歯車181に掛けるように構成してもよい。これにより、サーボモータ151における回転力を抑えることが可能となる。
 また、図8に示す第四変形例のように、駆動歯車154と、チェーン155との間に、径が異なる変速歯車183を介在させることで、サーボモータ151の回転力を減速または増速して駆動歯車154に伝達するようにしてもよい。
 これにより、サーボモータ151における付加トルクを軽減でき、サーボモータ151の容量を最適に設定することができる。
 これ以外にも、調整弁駆動機構15や蒸気タービン10の全体構成等については、この発明の主旨の範囲内であれば、その構成を適宜変更することが可能である。
 この調整弁駆動機構、蒸気タービンによれば、長期間にわたって使用してもメンテナンスの手間がかからず、開度調整の自由度を高めることができる。
 10 蒸気タービン
 11 タービン本体
 12 蒸気流路
 13 調整弁
 14 レバー部材
 15 調整弁駆動機構
 16 位置調整機構
 17 制御部
 116 ブレード
 131 アーム部材
 132 封止部材(弁体)
 151 サーボモータ(回転モータ)
 151s 駆動軸
 152 ブレーキ
 153 クラッチ
 154 駆動歯車(正歯車)
 155 チェーン(直動部)
 156 ステージ
 156t 傾斜面
 165 駆動ブロック
 158,166 クラッチ(切替部)
 171 ピニオンギヤ(正歯車)
 172 ラックギヤ(直動部)

Claims (9)

  1.  蒸気タービンの作動流体としての蒸気の流量を調整するため、前記蒸気が流通する蒸気流路を弁体により開閉する調整弁の調整弁駆動機構であって、
     回転モータと、
     前記回転モータによって回転する正歯車と、
     前記正歯車の歯と噛み合って、前記正歯車の回転に応じて前記正歯車の接線方向となる所定の進退方向に進退し、前記調整弁を開閉させる直動部と、
    を備える調整弁駆動機構。
  2.  請求項1に記載の調整弁駆動機構であって、
     前記直動部は、前記正歯車の歯に噛み合い、前記正歯車から前記進退方向に延びるチェーンである調整弁駆動機構。
  3.  請求項1に記載の調整弁駆動機構であって、
     前記直動部は、前記正歯車の歯に噛み合うラックギヤである調整弁駆動機構。
  4.  請求項1から3の何れか一項に記載の調整弁駆動機構であって、
     前記正歯車と前記直動部とを支持するステージと、
     前記ステージを前記進退方向に沿って位置調整する位置調整機構と、
    をさらに備える調整弁駆動機構。
  5.  請求項4に記載の調整弁駆動機構であって、
     前記ステージは、前記進退方向に対して傾斜した傾斜面を有し、
     前記位置調整機構は、前記傾斜面に対向する対向面を有した駆動ブロックと、
     前記駆動ブロックを前記進退方向に直交する方向に移動させる移動機構と、
    を備える調整弁駆動機構。
  6.  請求項4又は5に記載の調整弁駆動機構であって、
     前記位置調整機構は、前記回転モータにより前記ステージを位置調整し、
     前記回転モータの回転駆動力の伝達を、前記正歯車側と前記位置調整機構側との間で切り替える切替部が設けられている調整弁駆動機構。
  7.  請求項1から6の何れか一項に記載の調整弁駆動機構であって、
     前記回転モータの回転を強制的に停止させるブレーキをさらに備えている調整弁駆動機構。
  8.  請求項1から7の何れか一項に記載の調整弁駆動機構であって、
     前記回転モータの回転力の前記正歯車への伝達を断続するクラッチをさらに備えている調整弁駆動機構。
  9.  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請求項1から8の何れか一項に記載の調整弁駆動機構と、
    を備える蒸気タービン。
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