WO2017163482A1 - 回転機械のケーシング支持部の冷却装置及び回転機械、並びに回転機械のケーシング支持部の冷却方法 - Google Patents

回転機械のケーシング支持部の冷却装置及び回転機械、並びに回転機械のケーシング支持部の冷却方法 Download PDF

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近藤 誠
卓美 松村
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Definitions

  • the present invention relates to a cooling device for a casing support part of a rotary machine, a rotary machine using the same, and a cooling method for the casing support part of the rotary machine.
  • the casing of the steam turbine or gas turbine is provided with a projecting portion called a cat paws, and the casing is supported via the cat paws.
  • a support stand is erected on the ground, and a cat leg is placed on the support stand to support the passenger compartment.
  • the claw legs and the support base are heated at high temperatures, and the heat extension in the thickness direction (vertically upward) of the claw legs and the support base displaces the passenger compartment vertically upward as a whole.
  • the cat paws are subject to thermal deformation that is convex upward or tapered due to the difference in thermal elongation. Displace the chamber vertically upwards as a whole.
  • the temperature distribution of the rotor during operation of the turbine is symmetric with respect to the rotor rotation axis. For this reason, even if the rotor is thermally expanded, the height of the rotor rotation shaft does not greatly change.
  • the casing moves upward relative to the rotor, and the gap between the casing and the rotor widens at the top and narrows at the bottom.
  • the thermal deformation of the passenger compartment is large, the passenger compartment and the rotor come into contact with each other at the lower portion, and vibration is generated.
  • the thermal deformation is extremely large, the casing and the rotor may come into strong contact with each other, and the casing and the rotor may be damaged, thereby disturbing the operation of the turbine.
  • Patent Document 1 discloses a technique that suppresses the upward upward displacement of the passenger compartment due to such thermal elongation.
  • the technique disclosed in Patent Document 1 will be described. Reference numerals used in Patent Document 1 are shown in parentheses for reference.
  • a passage (13) is formed inside a column (6) corresponding to the support base, and this passage (13 ), A support fluid (6) is cooled by circulating a cooling fluid such as air or water.
  • a cooling fluid such as air or water.
  • the present invention uses a cooling device for a casing support portion of a rotating machine that can cool a support portion and suppress thermal expansion and thermal deformation of the support portion while suppressing an increase in running cost and equipment cost, and the same.
  • An object of the present invention is to provide a rotating machine and a method for cooling a casing support of the rotating machine.
  • a cooling device for a casing support portion of a rotary machine has a rotating body main body and a pair of rotating shaft ends fixed to both outer sides in the axial direction of the rotating body main body.
  • a rotating body a casing that accommodates the rotating body main body and through which each rotating shaft end penetrates, a bearing portion that rotatably supports the rotating shaft end and is supplied with lubricating fluid from a lubrication line to the bearing surface;
  • the rotary machine provided with the support part which supports a casing, it is a cooling device of the casing support part of a rotary machine which cools the support part, Comprising: The lubricating fluid and the support part are heat-exchanged in the lubrication line And a heat exchanging part for cooling the support part.
  • the support portion includes a protruding portion protruding from the casing main body and a support base on which the protruding portion is placed, and the outer surface of the casing main body and the outer surface of the protruding portion. It is preferable that a heat insulating layer is provided.
  • the support part has a protrusion part protruding from the casing body and a support base on which the protrusion part is placed, and the heat exchange part is built in the support base.
  • the support portion includes a protrusion protruding from the casing main body and a support base on which the protrusion is placed, and the heat exchange portion is aligned along the protrusion direction of the protrusion.
  • the plurality of branch pipes are adjusted so that a larger amount of the lubricating fluid is supplied closer to the casing body.
  • the lubrication line includes a bypass line that supplies the lubricating fluid to the bearing surface by bypassing the heat exchange unit, and the flow rate of the lubricating fluid that bypasses the heat exchange unit and the heat exchange Distribution adjusting means for adjusting distribution with the flow rate of the lubricating fluid supplied to the part, temperature detection means for detecting the temperature of the support part, and the higher the temperature detected by the temperature detection means, the higher the heat exchange. And a controller for controlling the operation of the distribution adjusting means so as to increase the flow rate of the lubricating fluid supplied to the section.
  • a rotating machine according to the present invention is characterized by including the cooling device for a casing support portion of the rotating machine according to any one of (1) to (5).
  • a method for cooling a casing support portion of a rotating machine has a rotating body main body and a pair of rotating shaft ends fixed to both outer sides in the axial direction of the rotating body main body.
  • a rotating body a casing that accommodates the rotating body main body and through which each rotating shaft end penetrates, a bearing portion that rotatably supports the rotating shaft end and is supplied with lubricating fluid from a lubrication line to the bearing surface;
  • a rotating machine comprising a support part for supporting a casing, wherein the support part is cooled, wherein the lubricating fluid and the support part are subjected to heat exchange to exchange heat between the lubricating fluid and the support part. It is characterized by cooling.
  • the support portion can be cooled using the lubricating oil supplied to the bearing surface, there is no need to separately prepare a cooling medium for cooling the support portion, and the support portion is cooled. Therefore, almost no new equipment is required. Therefore, it is possible to suppress the thermal elongation and thermal deformation of the support portion while suppressing an increase in running cost and equipment cost.
  • FIG. 1 is a schematic side view showing an overall configuration of a turbine according to each embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing the configuration of the cooling device for the passenger compartment support portion according to the first embodiment of the present invention, together with an enlarged view of a main portion.
  • FIG. 3 is a schematic side view of the main part showing the configuration of a modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing the configuration of the cooling device for the passenger compartment support portion according to the second embodiment of the present invention, together with an enlarged view of a main portion and a control block diagram.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining the control according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic side view showing an overall configuration of a turbine.
  • a turbine (rotary machine) 1 includes a rotor (rotary body) 2, a casing (casing) 3 that accommodates the rotor 2, a bearing box (bearing portion) 4 that rotatably supports the rotor 2, and a ground 200.
  • a vehicle compartment support portion (hereinafter also referred to as “support portion”) 5 that supports the vehicle compartment 3 is provided.
  • the rotor 2 is housed in the passenger compartment 3 in a posture in which the rotation center line (hereinafter also referred to as “rotor rotation center line”) CL is horizontal.
  • the rotor 2 is integrally formed by arranging a rotor body (rotating body body) 20 and a pair of rotor shaft ends (rotating shaft ends) 21 provided on both outer sides in the axial direction of the rotor body 20 on the rotor rotation center line CL.
  • the rotor main body 20 is accommodated in the passenger compartment 3.
  • Each rotor shaft end 21 passes through the casing 3, and the tip end side of each rotor shaft end 21 is exposed to the outside of the casing 3 and supported by the bearing box 4.
  • the rotor body 20 is driven by a working fluid (for example, superheated steam or combustion gas) flowing inside the passenger compartment 3 to be given a rotational force, and a generator or a compressor connected via the rotor shaft end 21 by this rotational force. (Both not shown) are driven.
  • a working fluid for example, superheated steam or combustion gas
  • the vehicle compartment 3 is divided into upper and lower parts, and includes an upper vehicle compartment 30 and a lower vehicle compartment 31.
  • the rotor shaft end 21 is drawn out from the passenger compartment 3 on the mating surface of the upper casing 30 and the lower casing 31.
  • the support portion 5 is formed from the vicinity of the four corners of the main body of the upper casing 30 or the main body of the lower casing 31, in this embodiment, the main body of the upper casing 30 (hereinafter also referred to as “upper casing main body”) 30 a.
  • a projecting portion 50 projecting in the axial direction and a box-shaped support base 51 erected on the ground 200 are provided, and the projecting portion 50 is placed on the upper surface (outer surface of the ceiling wall) 51a1 of the support base 51.
  • the protruding portion 50 is called a claw foot because of its shape, and hereinafter, the protruding portion 50 is also referred to as a claw foot 50.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing a configuration of the cooling device 100 for the passenger compartment support portion according to the first embodiment of the present invention, together with an enlarged view of a main portion.
  • a bearing surface (sliding contact surface on which the rotor shaft end 21 is slidably contacted) 41 that supports the rotor shaft end 21 of the bearing housing 4 is provided with lubricating oil 6 (not shown in FIG. 1) at a low temperature (for example, about the outside air temperature). (Lubricating fluid) is sequentially supplied.
  • the support base 51 has a hollow box shape having a hollow portion 51A, and the lubricating line 6 is supplied to the bearing surface 41 via the hollow portion 51A.
  • the lubrication line 6 includes a heat exchanging unit 60 built in the support base 51, an oil supply pipe 61, an oil supply hole 62 drilled in the bearing box 4, and a minute space between the rotor shaft end 21 and the bearing surface 41.
  • a clearance 63, an oil drain hole 64 drilled in the bearing box 4, and an oil drain pipe 65 are formed in this order from the upstream side and connected to each other.
  • Lubricating oil is supplied to the heat exchanging unit 60 from a lubricating oil supply device (not shown) including a tank, a pump, piping, and the like.
  • Lubricating oil has a low temperature, and the cat legs 50 and the supporting base 51 are caused by the lubricating oil flowing through the heat exchanging section 60 by incorporating the heat exchanging section 60 in the supporting base 51 (by passing the lubricating line 6 through the supporting base 51). Can be cooled. That is, the cooling device 100 of the present embodiment is configured by incorporating the heat exchanging unit 60 that forms part of the lubrication line 6 in the bearing box 4. In FIG. 2, for the sake of convenience, the clearance 63 is shown large, and the lubrication line 6 and the cooling device 100 for the support base 5 on the left side in the drawing are omitted.
  • the heat exchanging unit 60 includes a plurality of (three in this embodiment) branch pipes 60a (1), 60a (2), 60a (3), and these branch pipes 60a (1), 60a (2), 60a ( 3) includes a set header 60b.
  • branch pipes 60a (1), 60a (2), and 60a (3) are not distinguished, they are represented as branch pipes 60a.
  • the plurality of branch pipes 60a are arranged in the horizontal direction.
  • Each branch pipe 60a has one end (right end in FIG. 2) on the front surface 51b of the support base 51, and an upper end on the horizontal pipe 60a1 connected to the lubricating oil supply device and the other end (left end in FIG. 2) of the horizontal pipe 60a1.
  • a horizontal pipe 60a3 having one end (left end in FIG. 2) connected to the lower end of the vertical pipe 60a2. That is, each branch pipe 60 a has a U-turn shape that turns back the hollow portion 51 ⁇ / b> A of the support base 51.
  • each branch pipe 60a is disposed at a position close to the upper portion of the ceiling wall inner surface 51a of the support base 51, and is disposed so as to cover substantially the entire lower surface 50a of the claw foot 50 facing upward with the ceiling wall 51a interposed therebetween.
  • the horizontal pipe 60a1 and the cat leg 50 exchange heat through the ceiling wall 51a, and the cat leg 50 is entirely cooled from the lower surface 50a by the lubricating oil flowing through the horizontal pipe 60a1.
  • the support base 51 is cooled by each branch pipe 60a via the hollow portion 51A or directly.
  • each branch pipe 60a into a U-turn shape that is folded back in the hollow portion 51A of the support base 51, the pipe length (flow path length) of each branch pipe 60a can be increased and the heat exchange area can be increased.
  • the support base 51 is effectively cooled to suppress thermal expansion, and thermal deformation is suppressed by cooling the support base 51 in a wide range to obtain a uniform temperature distribution.
  • each branch pipe 60a3 of each branch pipe 60a is connected to the collective header 60b, and the lubricating oil supplied from each branch pipe 60a to the collective header 60b flows out from the support base 51. And flows to the oil supply pipe 61.
  • the other end (the left end in FIG. 2) of the oil supply pipe 61 is connected to an inlet of an oil supply hole 62 drilled in the bearing housing 4, and an outlet of the oil supply hole 62 is between the rotor shaft end 21 and the bearing surface 41. It is connected to the clearance 63. Further, the clearance 63 is connected to an inlet of an oil drain hole 64 drilled in the bearing housing 4, and an outlet of the oil drain hole 64 is connected to an oil drain pipe 65.
  • the lubricating oil supplied from the oil supply pipe 61 to the bearing surface 41 through the oil supply hole 62 is discharged from the oil discharge hole 64 through the oil discharge pipe 65.
  • a part of the lubrication line 6 for supplying and discharging the lubricating oil to and from the bearing surface 41 is built in the support base 51 as the heat exchange unit 60, thereby circulating the heat exchange unit 60.
  • the support part 5 (the cat leg 50 and the support stand 51) can be cooled by the lubricating oil. Therefore, the thermal elongation of the support portion 5 can be suppressed, and the vertical upward displacement of the passenger compartment 3 can be suppressed particularly by suppressing the thermal elongation in the thickness direction.
  • the lubricating oil is also used as a cooling medium, it is not necessary to separately prepare a cooling medium for cooling the support base 51 and the claw leg 50, and almost no dedicated equipment for cooling the support portion 5 is required. Therefore, while suppressing an increase in running cost and equipment cost, the support base 51 and the claw leg 50 can be cooled to suppress the thermal elongation and thermal deformation of the support base 51 and the claw leg 50. Moreover, since lubricating oil is supplied to the heat exchanger 60 from the upper part near the cat leg 50 which becomes higher temperature than the support stand 51, the cat leg 50 which becomes high temperature is efficiently cooled by the lowest temperature lubricating oil. Can do.
  • the flow rate may be set to increase in this order (flow rate F (1) ⁇ flow rate F (2) ⁇ flow rate F (3)).
  • the specific method of setting the flow rate is not limited at all.
  • the pipe size may be set so that the inner diameter becomes larger in the order of the branch pipes 60a (1), 60a (2), and 60a (3).
  • an orifice may be installed in the branch pipes 60a (1), 60a (2), 60a (3) to adjust the flow rate, or the branch pipes 60a (1), 60a (2), 60a ( An adjustment valve that adjusts each flow rate to 3) may be provided to adjust the flow rate.
  • lubricating oil as a cooling medium is flowed relatively large on the high temperature side (root side) and relatively low on the low temperature side (tip side) with respect to the claw paws 50, so that the temperature depends on the temperature.
  • the cat paws 50 can be efficiently cooled at a high flow rate, and the temperature of the cat paws 50 can be made uniform and uniform. Thereby, the thermal deformation of the claw leg 50 can be more effectively suppressed.
  • FIG. 3 is a schematic side view showing the configuration of this modification (the bearing housing 4 and the rotor shaft end 21 are omitted).
  • the heat retaining layer 7 having excellent heat resistance may be provided on the outer peripheral surface exposed to the outside in the upper compartment main body 30 a and the claw foot 50, that is, in a location indicated by a halftone dot in FIG. 3.
  • the claw foot 50 has a temperature gradient that becomes lower toward the distal end side, and this temperature gradient can be relaxed by providing the heat retaining layer 7. That is, the temperature distribution from the base of the claw foot 50 to the tip can be flattened.
  • the temperature of the support portion 5 is lowered as a whole, the temperature distribution of the support portion 5 is flattened, and the amount of thermal elongation of the support portion 5 itself is reduced, so that the difference in thermal elongation is alleviated. . Also by this, the thermal deformation resulting from the difference in thermal elongation, such as the thermal deformation that is convex on the cat leg 50 or the thermal deformation that is tapered, can be suppressed.
  • the provision of the heat retaining layer 7 causes the cat paws 50 to have a high temperature as a whole, and accordingly, the amount of heat transfer from the cat paws 50 to the support base 51 increases, but the support base 51 is cooled by the heat exchanging unit 60.
  • the thermal elongation and thermal deformation of the support base 51 can be suppressed.
  • the heat exchanging unit 60 is built in the support base 51 and the heat insulating layer 7 is provided on the outer peripheral surface of the upper casing body 30a and the cat leg 50, thereby synergistically increasing the heat extension of the cat leg 50 and the support base 51. Thermal deformation can be suppressed.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing a configuration of a cooling device 100A for a passenger compartment support portion according to a second embodiment of the present invention, together with an enlarged view of a main portion and a control block diagram.
  • the clearance 63 is shown large, and the lubrication line 6 and the cooling device 100A for the support base 5 on the left side of the drawing are omitted.
  • the cooling device 100A for the vehicle compartment support portion of the present embodiment is that the amount of lubricating oil supplied to the support base 51 (heat exchange portion 60) can be adjusted, the cooling device for the vehicle compartment support portion of the first embodiment. 100 (see FIG. 2).
  • the lubricating oil supply device (not shown) is connected to the oil supply pipe 61 ′, and the lubricating oil is first supplied from the lubricating oil supply device to the oil supply pipe 61 ′.
  • a branch pipe 66 branched from the oil supply pipe 61 ′ is connected to the center of the distribution header 67 in the extending direction.
  • the distribution header 67 extends in the arrangement direction (here, the horizontal direction) of the branch pipes 60a (1), 60a (2), 60a (3), and these branch pipes 60a (1 ), 60a (2), 60a (3) are connected in parallel.
  • the outlets of the branch pipes 60a (1), 60a (2), and 60a (3) are connected to the peripheral surface of the collective header 60b, and the outlet of the collective header 60b is connected to the inlet of the merge pipe 68.
  • the lubricating oil supplied to the oil supply pipe 61 ′ flows to the branch pipe 66, and then flows to the bearing surface 41 through the heat exchange unit 60, the junction pipe 68, and the oil supply pipe 61 ′ in this order. And what is supplied to the bearing surface 41 by bypassing the heat exchanging section 60 without flowing into the branch pipe 66. That is, in the oil supply pipe 61 ′, a portion between the connection portion of the branch pipe 66 and the connection portion of the junction pipe 68 functions as a bypass flow path (bypass line) 69 that bypasses the heat exchange section 60.
  • the branch pipe 66 is provided with a flow rate adjustment valve (distribution adjustment means) 11.
  • a flow rate adjustment valve distributed adjustment means
  • the opening degree of the flow rate adjusting valve 11 By controlling the opening degree of the flow rate adjusting valve 11, the amount of lubricating oil that flows into the branch pipe 66 and is supplied to the heat exchange unit 60, and lubrication that flows into the bypass channel 69 and bypasses the heat exchange unit 60.
  • the distribution ratio with the oil amount is controlled.
  • a temperature sensor (temperature detection means) 12 for detecting the temperature of the support base 51 (hereinafter referred to as “support base temperature”) T1 is provided, and the temperature of the support base temperature T1 detected by the temperature sensor 12 is
  • a control device 10 is provided that controls the operation of the flow rate adjustment valve 11 to increase the opening degree of the flow rate adjustment valve 11 as the height increases.
  • the control device 10 compares the support base temperature T1 detected by the temperature sensor 12 with the reference temperature TH, and if the support base temperature T1 is higher than the reference temperature TH, the flow control valve 11 is opened by a predetermined opening, the amount of lubricating oil supplied to the heat exchanging unit 60 is increased, and the cooling amount of the support base 51 is increased.
  • the controller 10 reduces the amount of lubricating oil supplied to the heat exchanging unit 60 by reducing the opening of the flow rate adjustment valve 11 by a predetermined opening. The cooling amount of the support base 51 is reduced.
  • the number of times of control for increasing the opening degree of the flow rate adjustment valve 11 until the reference temperature TH is reached increases. Is greatly controlled.
  • the opening change amount per one time of the flow rate adjusting valve 11 may be set larger.
  • the reference temperature TL is set to a temperature that is lower than the reference temperature TH by ⁇ T [> 0 (zero)], thereby preventing control hunting. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
  • step S10 the support table temperature T1 is detected by the temperature sensor 12.
  • step S20 the support base temperature T1 is compared with the reference temperature TH. If the support base temperature T1 is higher than the reference temperature TH (T1> TH), the process proceeds to step S30 and the flow rate adjusting valve is reached. While the opening of 11 is increased by a predetermined opening, if the support base temperature T1 is equal to or lower than the reference temperature TH (T1 ⁇ TH), the process proceeds to step S40. In step S40, the support base temperature T1 is compared with the reference temperature TL.
  • the process proceeds to step S50 and the flow rate adjustment valve 11 is opened.
  • the process returns without changing the opening degree of the flow control valve 11.
  • the opening degree of the flow rate adjustment valve 11 increases as the temperature of the support base temperature T1 increases, and the opening degree of the flow rate adjustment valve 11 decreases as the temperature of the support base temperature T1 decreases. Therefore, the amount of the lubricating oil supplied to the claw foot 50 and the support base 51 can be optimized in accordance with the support base temperature T1.
  • the heat exchanging unit 60 through which the lubricating oil flows is incorporated in the support base 51 to cool the support base 51, but the present invention is not limited to this aspect.
  • a heat exchange part by making a part of pipe

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Abstract

ランニングコストや設備費の増大を招くことなく、支持部を冷却して支持部の熱伸び・熱変形を抑制することができる、回転機械のケーシング支持部の冷却装置及びそれを使用した回転機械、並びに回転機械のケーシング支持部の冷却方法を提供する。 回転体本体(20)及びこの回転体本体(20)の軸方向両外側に固定された一対の回転軸端(21)を有する回転体(2)と、回転体本体(20)を収容すると共に各回転軸端(21)が貫通するケーシング(30)と、回転軸端(21)を回転可能に支持し潤滑ライン(60)から軸受面(41)に潤滑流体が供給される軸受部(4)と、ケーシング(30)を支持する支持部(5)とを備えた回転機械において、、前記潤滑流体と支持部(5)とを熱交換させて支持部(5)を冷却する。

Description

回転機械のケーシング支持部の冷却装置及び回転機械、並びに回転機械のケーシング支持部の冷却方法
 本発明は、回転機械のケーシング支持部の冷却装置及びそれを使用した回転機械、並びに回転機械のケーシング支持部の冷却方法に関する。
 蒸気タービンやガスタービンの車室には、猫足と呼ばれる突出部が設けられ、この猫足を介して車室を支持したものが知られている。具体的には、支持台を地盤上に立設し、この支持台に猫足を載置することで車室を支持している。
 タービンの運転中、猫足及び支持台は、高温となるため熱伸びし、猫足及び支持台の厚み方向(鉛直上向き)への熱伸びは、車室を全体的に鉛直上向きに変位させる。さらに、猫足及び支持台には3次元的な温度分布が形成されるため、猫足には、熱伸び差により上方に凸となる熱変形や先細りとなる熱変形が生じ、この熱変形もまた車室を全体的に鉛直上向きに変位させる。
 その一方、タービンの運転中のロータの温度分布は、ロータ回転軸に対して対称である。このため、ロータは、熱伸びしてもロータ回転軸の高さは大きく変位しない。
 その結果、タービンの運転中、車室がロータに対して相対的に上方に動き、車室とロータとの間の隙間は、上部で広がり下部で狭まることとなる。
 車室の熱変形が大きい場合には、車室とロータとが下部で接触して振動が発生する。熱変形が極端に大きな場合には、車室とロータとが強く接触してこれらの車室とロータとが損傷して、タービンの運転に支障をきたすこともある。
 特許文献1には、このような熱伸びによる車室の鉛直上向きの変位を抑制するようにした技術が開示されている。以下、特許文献1に開示された技術について説明するが、参考に特許文献1で使用されている符号を括弧付きで示す。
 特許文献1(段落[0044]~[0045]及び図4など参照)に開示された技術では、前記支持台に相当する支柱(6)の内部に通路(13)を形成し、この通路(13)内に、空気や水等の冷却流体を流通させて支柱(6)を冷却している。これにより、支柱(6)の熱膨張(熱伸び)を抑え、タービン車室(1)の鉛直上方への変位を抑えている。
特許第4347269号公報
 しかしながら、特許文献1に開示された技術では、支柱(6)に供給するための冷却流体及び冷却流体を供給するための設備が新たに必要となるため、ランニングコストや設備費の増大を招くという課題がある。
 本発明は、ランニングコストや設備費の増大を抑えつつ、支持部を冷却して支持部の熱伸び・熱変形を抑制することができる、回転機械のケーシング支持部の冷却装置及びそれを使用した回転機械、並びに回転機械のケーシング支持部の冷却方法を提供することを目的とする。
 (1)上記の目的を達成するために、本発明の回転機械のケーシング支持部の冷却装置は、回転体本体及び前記回転体本体の軸方向両外側に固定された一対の回転軸端を有する回転体と、前記回転体本体を収容すると共に前記各回転軸端が貫通するケーシングと、前記回転軸端を回転可能に支持し潤滑ラインから軸受面に潤滑流体が供給される軸受部と、前記ケーシングを支持する支持部とを備えた回転機械において、前記支持部を冷却する、回転機械のケーシング支持部の冷却装置であって、前記潤滑ラインに、前記潤滑流体と前記支持部とを熱交換させて前記支持部を冷却する熱交換部が設けられていることを特徴としている。
 (2)前記支持部は、前記ケーシングの本体から突出した突出部と、前記突出部が載置される支持台とを有し、前記ケーシングの本体の外表面と前記突出部の外表面とに保温層が設けられていることが好ましい。
 (3)前記支持部は、前記ケーシングの本体から突出した突出部と、前記突出部が載置される支持台とを有し、前記熱交換部は前記支持台に内蔵されたことが好ましい。
 (4)前記支持部は、前記ケーシングの本体から突出した突出部と、前記突出部が載置される支持台とを有し、前記熱交換部は、前記突出部の突出方向に沿って並設された複数の枝管を有し、前記複数の枝管は、前記ケーシングの本体に近いほど前記潤滑流体が多く供給されるように調整がなされたことが好ましい。
 (5)前記潤滑ラインは、前記潤滑流体を、前記熱交換部をバイパスさせて前記軸受面へ供給するバイパスラインを有し、前記熱交換部をバイパスする前記潤滑流体の流量と、前記熱交換部に供給される前記潤滑流体の流量との分配を調整する分配調整手段と、前記支持部の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された温度が高くなるほど、前記熱交換部に供給される前記潤滑流体の流量が多くなるように前記分配調整手段の作動を制御する制御装置とを備えことが好ましい。
 (6)上記の目的を達成するために、本発明の回転機械は、(1)~(5)の何れかに記載の回転機械のケーシング支持部の冷却装置を備えたことを特徴としている。
 (7)上記の目的を達成するために、本発明の回転機械のケーシング支持部の冷却方法は、回転体本体及び前記回転体本体の軸方向両外側に固定された一対の回転軸端を有する回転体と、前記回転体本体を収容すると共に前記各回転軸端が貫通するケーシングと、前記回転軸端を回転可能に支持し潤滑ラインから軸受面に潤滑流体が供給される軸受部と、前記ケーシングを支持する支持部とを備えた回転機械において、前記支持部を冷却する、回転機械のケーシング支持部の冷却方法であって、前記潤滑流体と前記支持部とを熱交換させて前記支持部を冷却することを特徴としている。
 本発明によれば、軸受面に供給される潤滑油を使用して支持部を冷却することができるので、支持部を冷却するための冷却媒体を別途用意する必要がなく、支持部を冷却するために新たに設ける設備が殆ど不要となる。
 したがって、ランニングコストや設備費の増大を抑えつつ、支持部の熱伸び・熱変形を抑制することができる。
図1は、本発明の各実施形態に係るタービンの全体構成を示す模式的な側面図である。 図2は、本発明の第1実施形態としての車室支持部の冷却装置の構成を示す模式的な斜視図を要部拡大図と共に示す図である。 図3は、本発明の第1実施形態の変形例の構成を示す模式的な要部側面図である。 図4は、本発明の第2実施形態としての車室支持部の冷却装置の構成を示す模式的な斜視図を、要部拡大図及び制御ブロック図と共に示す図である。 図5は、本発明の第2実施形態に係る制御を説明するためのフローチャートである。
 以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
 以下に示す各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の各実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の各実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができると共に、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
 以下の各実施形態では、本発明をタービンに適用した例を説明する。
[1.第1実施形態]
 [1-1.タービンの全体構成]
 以下、図1を参照して本実施形態としてのタービンの全体構成について説明する。
 図1は、タービンの全体構成を示す模式的な側面図である。
 タービン(回転機械)1は、ロータ(回転体)2と、ロータ2を収容する車室(ケーシング)3と、ロータ2を回転可能に支持する軸受箱(軸受部)4と、地盤200上で車室3を支持する車室支持部(以下「支持部」とも表記する)5と備えている。
 ロータ2は、その回転中心線(以下「ロータ回転中心線」とも表記する)CLを水平にした姿勢で車室3内に収容されている。ロータ2は、ロータ本体(回転体本体)20と、ロータ本体20の軸方向両外側に設けられた一対のロータ軸端(回転軸端)21とを、ロータ回転中心線CL上に並べて一体形成されている。
 ロータ本体20は車室3の内部に収容されている。各ロータ軸端21は車室3を貫通しており、各ロータ軸端21の先端側は車室3の外部に露出して軸受箱4により支持されている。
 ロータ本体20は車室3の内部を流れる作動流体(例えば過熱蒸気や燃焼ガス)によって駆動されて回転力を付与され、この回転力によってロータ軸端21を介して連結された発電機や圧縮機(いずれも図示略)を駆動する。
 車室3は、上下に半割りされており、上車室30と、下車室31とを備える。ロータ軸端21は、上車室30と下車室31との合せ面において車室3から外部に引き出されている。
 支持部5は、上車室30の本体又は下車室31の本体、本実施形態では上車室30の本体(以下「上車室本体」とも表記する)30aの四隅近傍からロータ軸端21の軸方向に突出した突出部50と、地盤200上に立設された箱型形状の支持台51とを備えており、支持台51の上面(天井壁外面)51a1に突出部50を載置することで車室3が、支持部5を介して地盤200上に支持される。突出部50はその形状から猫足と呼ばれており、以下、突出部50を猫足50とも表記する。
 [1-2.車室支持部の冷却装置]
 図2を参照して、軸受箱4及び支持台51についてさらに説明しつつ、本発明の第1実施形態としての車室支持部の冷却装置100を説明する。
 図2は、本発明の第1実施形態としての車室支持部の冷却装置100の構成を示す模式的な斜視図を要部拡大図と共に示す図である。
 軸受箱4のロータ軸端21を支持する軸受面(ロータ軸端21が摺接する摺接面)41には、潤滑ライン6(図1では省略)により、低温(例えば外気温度程度)の潤滑油(潤滑流体)が順次供給される。支持台51は中空部51Aを有した中空箱型形状をしており、潤滑ライン6はこの中空部51Aを経由して軸受面41に供給される。
 潤滑ライン6は、支持台51に内蔵された熱交換部60と、給油管61と、軸受箱4に穿設された給油孔62と、ロータ軸端21と軸受面41との間の微小なクリアランス63と、軸受箱4に穿設された排油孔64と、排油管65とが、上流側からこの順に並べられると共に接続されて形成される。熱交換部60には、タンクやポンプや配管等からなる潤滑油供給装置(図示省略)から潤滑油が供給される。
 潤滑油は低温であり、熱交換部60を支持台51に内蔵することで(潤滑ライン6を、支持台51を経由させることで)熱交換部60を流れる潤滑油により猫足50及び支持台51を冷却することができる。つまり、本実施形態の冷却装置100は、潤滑ライン6の一部を成す熱交換部60を軸受箱4に内蔵させることで構成されている。
 なお、図2では、便宜的に、クリアランス63を大きく示し、図中左側の支持台5についての潤滑ライン6,冷却装置100を省略している。
 熱交換部60は、複数(本実施形態では3本)の枝管60a(1),60a(2),60a(3)と、これらの枝管60a(1),60a(2),60a(3)が集合してなる集合ヘッダ60bとを備える。以下、枝管60a(1),60a(2),60a(3)を区別しない場合には、枝管60aと表記する。
 複数の枝管60aは水平方向に並べられて設けられている。各枝管60aは、支持台51の正面51bにおいて一端(図2中右端)を、前記潤滑油供給装置に接続された水平管60a1と、水平管60a1の他端(図2中左端)に上端を接続された垂直管60a2と、垂直管60a2の下端に一端(図2中左端)を接続された水平管60a3とを備える。
つまり、各枝管60aは、支持台51の中空部51A内を折り返すUターン形状をしている。
 各枝管60aの水平管60a1は、支持台51の天井壁内面51aの上部に近しい位置に配置され、天井壁51aを挟んで上方に対向する猫足50の下面50aの略全体を覆うように配置されている。これにより、水平管60a1と猫足50とが天井壁51aを介して熱交換し、猫足50が水平管60a1を流通する潤滑油によって下面50aから全体的に冷却されるようになる。また、支持台51が、各枝管60aにより、中空部51Aを介して又は直接に冷却されるようになる。
 また、各枝管60aを支持台51の中空部51A内で折り返すUターン形状とすることで、各枝管60aの管長(流路長)を長くして熱交換面積を広くとることができる。これにより、支持台51が効果的に冷却されて熱伸びが抑制され、且つ、支持台51を広い範囲で冷却して均等な温度分布とすることにより熱変形が抑制される。
 集合ヘッダ60bには、各枝管60aの水平管60a3の他端(図2中右端)が接続されており、各枝管60aから集合ヘッダ60bに供給された潤滑油は、支持台51から流出して給油管61へと流れる。
 給油管61の他端(図2中左端)は、軸受箱4に穿設された給油孔62の入口に接続され、給油孔62の出口は、ロータ軸端21と軸受面41との間のクリアランス63に接続されている。また、クリアランス63は、軸受箱4に穿設された排油孔64の入口に接続され、排油孔64の出口は排油管65に接続されている。これにより、給油管61から給油孔62を介して軸受面41に供給された潤滑油は、排油孔64から排油管65を介して排出されるようになっている。
 [1-3.作用・効果]
 本発明の第1実施形態によれば、軸受面41に潤滑油を供排する潤滑ライン6の一部を、支持台51に熱交換部60として内蔵することで、この熱交換部60を流通する潤滑油により、支持部5(猫足50及び支持台51)を冷却することができる。
 したがって、支持部5の熱伸びを抑制することができ、特にその厚み方向への熱伸びを抑制することで、車室3の鉛直上向きの変位を抑制できる。
 さらに、潤滑油を冷却媒体として兼用するので、支持台51及び猫足50を冷却するための冷却媒体を別途用意する必要がなく、支持部5を冷却するための専用の設備が殆ど不要となる。
 したがって、ランニングコストや設備費の増大を抑えつつ、支持台51及び猫足50を冷却して支持台51及び猫足50の熱伸び・熱変形を抑制することができる。
 また、支持台51よりも高温となる猫足50に近い上部から、熱交換器60に潤滑油が供給されるので、最も低温の状態の潤滑油により高温となる猫足50を効率的に冷却することができる。
 [1-4.変形例]
 (1)第1変形例
 背景技術の説明の中で上述したように猫足50には先細りとなる熱変形(以下「先細り熱変形」とも表記する)が生じる。この先細り熱変形は、猫足50の根本に近づくほど、つまり図2中右上に位置して上車室本体30aに近くなるほど高温となる(逆の言い方をすれば先端になるほど低温となる)温度勾配が生じることに起因する。
 そこで、猫足50の根元に近い枝管60aほど潤滑油が多く流れるようにしてもよい。つまり、枝管60a(1)の潤滑油の流量F(1)、枝管60a(2)の潤滑油の流量F(2)、枝管60a(3)の潤滑油の流量F(3)を、この順に大きくなるように設定してもよい(流量F(1)<流量F(2)<流量F(3))。
 この流量設定の具体的な手法は何ら限定されないが、例えば、枝管60a(1),60a(2),60a(3)の順に内径が大きくなるように管サイズを設定してもよい〔枝管60a(1)の内径<枝管60a(2)の内径<枝管60a(3)の内径〕。或いは、枝管60a(1),60a(2),60a(3)内にオリフィスを設置して流量を調整するようにしてもよいし、枝管60a(1),60a(2),60a(3)への各流量を調整する調整弁を設けて流量を調整するようにしてもよい。
 このように、冷却媒体である潤滑油を、猫足50に対し、高温側(根本側)では相対的に多めに流し、低温側(先端側)では相対的に少なめに流すことで、温度に応じた流量で効率的に猫足50を冷却することができ、且つ猫足50の温度を偏りのない均一な温度とすることができる。これにより、猫足50の熱変形を一層効果的に抑制できるようになる。
 (2)第2変形例
 本変形例について、図3を参照して説明する。
 図3は、本変形例の構成を示す模式的な側面図である(軸受箱4及びロータ軸端21は省略)。
 図3に示すように、耐熱性に優れた保温層7を、上車室本体30a及び猫足50において外部に表出する外周面、つまり図3において網点を付した箇所に設けてもよい。
 上述したように、猫足50には、先端側ほど低温となる温度勾配があることがわかっており、保温層7を設けることで、この温度勾配を緩和することができる。つまり、猫足50の根元から先端にかけての温度分布を平坦化できる。これは、高温の上車室本体30aから離れているために放熱し易い猫足50の先端側が、保温層7を設けることで当該放熱が抑制されて低温化が抑制されるので、前記温度勾配が緩和されるためである。これにより、前記温度勾配に伴う猫足50の先細り熱変形を抑制することができる。
 また、支持部5を冷却することにより全体的に温度が低下して、支持部5の温度分布が平坦化すると共に支持部5の熱伸び量自体が減少するので、熱伸び差が緩和される。これによっても、猫足50の上に凸となる熱変形や先細りとなる熱変形など、熱伸び差に起因した熱変形を抑制することができる。
 その一方、保温層7を設けることで猫足50が全体的に高温となり、その分、猫足50から支持台51への伝熱量が増加するが、支持台51は熱交換部60によって冷却されるので、支持台51の熱伸び及び熱変形を抑制することができる。
 このように、支持台51に熱交換部60を内蔵すると共に保温層7を上車室本体30aと猫足50との外周面に設けることで、相乗的に猫足50及び支持台51の熱伸び・熱変形を抑制できる。
[2.第2実施形態]
 [2-1.構成]
 図4を参照して、本実施形態の車室支持部の冷却装置100Aを説明する。なお、上記第1実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
 図4は、本発明の第2実施形態としての車室支持部の冷却装置100Aの構成を示す模式的な斜視図を、要部拡大図及び制御ブロック図と共に示す図である。なお、図4では、便宜的に、クリアランス63を大きく示し、図中左側の支持台5についての潤滑ライン6,冷却装置100Aを省略している。
 本実施形態の車室支持部の冷却装置100Aは、支持台51(熱交換部60)に供給する潤滑油量を調整できるようにした点が、第1実施形態の車室支持部の冷却装置100(図2参照)とは異なる。
 具体的には、前記潤滑油供給装置(図示省略)が給油管61′に接続されて、前記潤滑油供給装置から潤滑油が先ず給油管61′に供給される。そして、給油管61′から分岐した分岐管66が分配ヘッダ67の延在方向中央に接続される。
 分配ヘッダ67は、枝管60a(1),60a(2),60a(3)の並び方向(ここでは水平方向)に延在し、分配ヘッダ67の周面にはこれらの枝管60a(1),60a(2),60a(3)の入口が並列的に接続される。枝管60a(1),60a(2),60a(3)の出口は集合ヘッダ60bの周面に接続され、集合ヘッダ60bの出口は、合流管68の入口に接続され、合流管68の出口は、分岐管66と給油管61′との接続部よりも下流側(軸受面41側)で給油管61′に接続されている。
 このような構成により、給油管61′に供給された潤滑油は、分岐管66に流れて、その後、熱交換部60,合流管68,給油管61′をこの順に流れて軸受面41に供給されるものと、分岐管66に流れずに熱交換部60をバイパスして軸受面41に供給されるものとに分かれる。つまり、給油管61′における、分岐管66の接続部と合流管68の接続部との間が、熱交換部60をバイパスするバイパス流路(バイパスライン)69として機能する。
 そして、分岐管66には流量調整弁(分配調整手段)11が介装されている。この流量調整弁11の開度を制御することにより、分岐管66に流入して熱交換部60に供給される潤滑油量と、バイパス流路69に流入して熱交換部60をバイパスする潤滑油量との分配比が制御される。
 また、支持台51の温度(以下「支持台温度」と表記する)T1を検出する温度センサ(温度検出手段)12が備えられると共に、この温度センサ12により検出された支持台温度T1の温度が高くなるほど、流量調整弁11の作動を制御して流量調整弁11の開度を大きくする制御装置10が備えられている。
 具体的には、制御装置10は、温度センサ12により検出された支持台温度T1と、基準温度THとを比較して、支持台温度T1が基準温度THよりも高い場合には、流量調整弁11の開度を所定開度だけ開いて熱交換部60へ供給される潤滑油量を増加し、支持台51の冷却量を増加する。その一方、制御装置10は、支持台温度T1が、基準温度TLよりも低い場合には、流量調整弁11の開度を所定開度だけ絞って熱交換部60へ供給される潤滑油量を減少し、支持台51の冷却量を減少する。この結果、温度センサ12により検出された支持台温度T1の温度が高くなるほど、基準温度THになるまで流量調整弁11の開度を大きくする制御回数が多くなって、流量調整弁11の開度が大きく制御されることとなる。
 或いは、支持台温度T1から基準温度THを減じた温度差(=T1-TH)が大きいほど、流量調整弁11の一回当たりの開度変更量を大きく設定してもよい。
 なお、基準温度TLは、基準温度THよりもΔT〔>0(零)〕だけ低い温度に設定されており、これにより制御のハンチングを防止している。
 この他の構成は第1実施形態と同様であるので説明を省略する。
 [2-2.作用・効果]
 本実施形態では、図5に示すフローチャートに示すように制御が行われる。
 先ず、ステップS10において、温度センサ12により支持台温度T1が検出される。
 次いで、ステップS20において、この支持台温度T1と基準温度THとの比較が行われ、支持台温度T1が基準温度THよりも高い場合(T1>TH)には、ステップS30に進んで流量調整弁11の開度を所定開度だけ増加する一方、支持台温度T1が基準温度TH以下(T1≦TH)の場合にはステップS40に進む。
 ステップS40では、支持台温度T1と基準温度TLとの比較が行われ、支持台温度T1が基準温度TLよりも低い場合(T1<TL)には、ステップS50に進んで流量調整弁11の開度を所定開度だけ減少してリターンする一方、支持台温度T1が基準温度TL以上(T1≧TL)の場合には、流量調整弁11の開度を変更せずにリターンする。
 したがって、本実施形態によれば、支持台温度T1の温度が高いほど流量調整弁11の開度が増加されるようになり、支持台温度T1の温度が低いほど流量調整弁11の開度が減少されるようになるので、猫足50及び支持台51への潤滑油の供給量を支持台温度T1に見合った最適なものとすることができる。
 [2-3.変形例]
 (1)支持台温度T1に替えて、猫足50の温度(以下「猫足温度」と表記する)T2を検出し、猫足温度T2が基準温度THよりも高い場合には、流量調整弁11の開度を大きくし、猫足温度T2が基準温度TLよりも低い場合には、流量調整弁11の開度を小さくするようにしてもよい。
 或いは、熱交換部60の入口又は出口における潤滑油の温度TFを計測し、支持台温度T1(又は猫足温度T2)と潤滑油温度TFとの差ΔT(=T1-TF又はT2-TF)が大きいほど流量調整弁11の開度を開くようにしてもよい。
 (2)第1実施形態の「1-4.変形例」の欄で説明した第1変形例及び第2変形例の少なくとも一方を本第2実施形態に適用してもよい。
[3.その他]
 (1)上記各実施形態では、潤滑油が流通する熱交換部60を支持台51に内蔵して支持台51を冷却するようにしたが、この態様に限定されない。例えば、熱交換部を、潤滑ラインを構成する管の一部を猫足50の所定箇所(例えば根元)に接触させることで構成してもよい。或いは、熱交換部を、潤滑ラインを構成する管の一部を、支持台51の外側に巻き付けるなどして支持台51の外面と接触させることで構成してもよい。
 (2)上記各実施形態では、本発明をタービンに適用した例を説明したが、本発明はタービンに限らず回転機械であれば他のもの(例えば圧縮機)にも適用できる。
 1 タービン(回転機械)
 2 ロータ(回転体)
 3 車室(ケーシング)
 4 軸受箱(軸受部)
 5 支持部
 6 潤滑ライン
 7 保温層
 10 制御装置
 11 流量調整弁(分配調整手段)
 12 温度センサ(温度検出手段)
 20 ロータ本体(回転体本体)
 21 ロータ軸端
 30 上車室
 30a 上車室30の本体
 31 下車室
 41 軸受面
 50 突出部(猫足)
 50a 突出部50の下面
 51 支持台
 51A 支持台51の中空部
 51a1 支持台51の上面(天井壁外面)
 51a2 天井壁内面
 51b 支持台51の正面
 51c 支持台51の側面
 60 熱交換部
 60a,60a(1),60a(2),60a(3) 熱交換部60の枝管
 60a1,60a2 枝管60aの水平管
 60a2 垂直管
 60a3 水平管
 60b 熱交換部60の集合ヘッダ
 61,61′ 給油管
 62 給油孔
 63 クリアランス
 64 排油孔
 65 排油管
 66 分岐管
 67 分配ヘッダ
 68 合流管
 69 バイパス流路(バイパスライン)
 100,100A 冷却装置
 200 地盤
 CL ロータ2の回転中心線
 

Claims (7)

  1.  回転体本体及び前記回転体本体の軸方向両外側に固定された一対の回転軸端を有する回転体と、前記回転体本体を収容すると共に前記各回転軸端が貫通するケーシングと、前記回転軸端を回転可能に支持し潤滑ラインから軸受面に潤滑流体が供給される軸受部と、前記ケーシングを支持する支持部とを備えた回転機械において、前記支持部を冷却する、回転機械のケーシング支持部の冷却装置であって、
     前記潤滑ラインに、前記潤滑流体と前記支持部とを熱交換させて前記支持部を冷却する熱交換部が設けられている
    ことを特徴とする、回転機械のケーシング支持部の冷却装置。
  2.  前記支持部は、前記ケーシングの本体から突出した突出部と、前記突出部が載置される支持台とを有し、
     前記ケーシングの本体の外表面と前記突出部の外表面とに保温層が設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の回転機械のケーシング支持部の冷却装置。
  3.  前記支持部は、前記ケーシングの本体から突出した突出部と、前記突出部が載置される支持台とを有し、
     前記熱交換部は前記支持台に内蔵されたことを特徴とする、請求項1又は2に記載の回転機械のケーシング支持部の冷却装置。
  4.  前記支持部は、前記ケーシングの本体から突出した突出部と、前記突出部が載置される支持台とを有し、
     前記熱交換部は、前記突出部の突出方向に沿って並設された複数の枝管を有し、
     前記複数の枝管は、前記ケーシングの本体に近いほど前記潤滑流体が多く供給されるように調整がなされた
    ことを特徴とする、請求項1~3の何れか一項に記載の回転機械のケーシング支持部の冷却装置。
  5.  前記潤滑ラインは、前記潤滑流体を、前記熱交換部をバイパスさせて前記軸受面へ供給するバイパスラインを有し、
     前記熱交換部をバイパスする前記潤滑流体の流量と、前記熱交換部に供給される前記潤滑流体の流量との分配を調整する分配調整手段と、
     前記支持部の温度を検出する温度検出手段と、
     前記温度検出手段により検出された温度が高くなるほど、前記熱交換部に供給される前記潤滑流体の流量が多くなるように前記分配調整手段の作動を制御する制御装置とを備えた
    ことを特徴とする、請求項1~4の何れか一項に記載の回転機械のケーシング支持部の冷却装置。
  6.  請求項1~5の何れか一項に記載の回転機械のケーシング支持部の冷却装置を備えた
    ことを特徴とする、回転機械。
  7.  回転体本体及び前記回転体本体の軸方向両外側に固定された一対の回転軸端を有する回転体と、前記回転体本体を収容すると共に前記各回転軸端が貫通するケーシングと、前記回転軸端を回転可能に支持し潤滑ラインから軸受面に潤滑流体が供給される軸受部と、前記ケーシングを支持する支持部とを備えた回転機械において、前記支持部を冷却する、回転機械のケーシング支持部の冷却方法であって、
     前記潤滑流体と前記支持部とを熱交換させて前記支持部を冷却する
    ことを特徴とする、回転機械のケーシング支持部の冷却方法。
     
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