JP5159702B2

JP5159702B2 - 蒸気タービン

Info

Publication number: JP5159702B2
Application number: JP2009122129A
Authority: JP
Inventors: 浩毅椎名; 円斉藤; 宗久大野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: JP2010270646A

Description

本発明は、運転中にケーシングの高さを調整できる蒸気タービンに関する。

蒸気タービンのロータ（回転体）は、上半ケーシングと下半ケーシングからなるケーシング内に収納される。運転時においては、ケーシングのうちの上半ケーシングが、前部軸受台と、後部軸受台の上に設置されたランニングキーにて支持されており、下半ケーシングは、上半ケーシングとボルトで締結され、一体となっている。一方、ロータは、軸受台の上に設置された前後の軸受にて支持されている。

このような蒸気タービンにおいて、ロータ芯とケーシング芯を一致させる据付が一般に行われる。蒸気タービンは、運転時に高温の蒸気がケーシング内に流れるため、ケーシングメタルの温度が上昇する。この温度上昇に伴い、ケーシングには熱伸びが生じる。ここで、上述のとおりケーシングは、上半ケーシングのみがランニングキーに支持され、下半ケーシングは上半ケーシングに固定される構造を有するため、ケーシングの熱伸びはケーシング芯を中心に生じる。したがって、このように上半ケーシングのみをランニングキーに支えさせてケーシング全体を支持する構成とすることで、運転時においても、ロータ芯とケーシング芯を一致させること（センターラインサポート）が可能である（特許文献１参照）。

次に、図４〜７を参照して、従来の蒸気タービンの下半据付時から運転時までの構造を説明する。
図４は、従来の下半据付時の蒸気タービンを示す模式図、図５は、従来の運転時の蒸気タービンの外観を示す模式図、図６は、従来の運転時の蒸気タービンの内部構造を示す断面図、図７は、動翼とノズルダイアフラムの断面の拡大図である。

図４に示すように、従来の蒸気タービン据付時において、基礎３に前部軸受台と後部軸受台からなる軸受台４の上にアセンブリーキー５が設置され、アセンブリーキー５の上に下半ケーシング２が据付けられている。蒸気タービンの据付工程は、下半ケーシング２据付後、下半ケーシング２の高さ計測を実施し、その後、クレーンやワイヤー等の吊上げ装置を使用して一旦下半ケーシング２を持ち上げ、アセンブリーキー５を取り外し、下半ケーシング２高さが、目標高さとなるように、アセンブリーキー５の調整加工を実施し、再度、アセンブリーキー５を軸受台４に設置し、その後下半ケーシング２の再据付を実施している。

次に、上半ケーシング１は、下半ケーシング２上に締結され、軸受台４との間に上半ケーシング１を支持するランニングキー６を挿入し、先に挿入していたアセンブリーキー５を取り外す（特許文献２参照）。

このようにして上半ケーシング１、下半ケーシング２を据え付けることで、据付完了時点（運転時）には、図５に示すように、下半ケーシング２が、上半ケーシング１とボルトで締結され、上半ケーシング１が軸受台４の上に設置されたランニングキー６にて支持され、ケーシング全体の支持部を構成する。

ここで、上半ケーシング１と下半ケーシング２で異なる構造を有すため、特に蒸気タービンの起動、停止時において、上下半ケーシングのメタルに温度差が生じると、ケーシング全体に猫背変形（上に凸）又は逆猫背変形（下に凸）が生じる。これにより、図６，７において、上下半ケーシング１，２に取り付けられた、ノズルダイアフラム１０、パッキンヘッド１３、及びパッキンケーシング１４の高さ位置が据付時に対し上下方向に移動してしまう。その結果、メタル温度差によるケーシングの変形のために、ラビリンスパッキン１１とロータ８の間隙、及びチップフィン１２と動翼９の間隙において、上部又は下部のどちらか一方が狭まることになる。更に、ケーシングの変形量が大きい場合には、例えば、ラビリンスパッキン１１とロータ８が接触してしまうことになる。接触が起きると、接触によるラビング振動が発生し、それに伴う損傷が発生する場合がある。

そこで、従来の蒸気タービンにおいては、猫背変形や逆猫背変形などの上下半ケーシングの温度差に起因するケーシングの熱変形が生じた際の回転体と静止部との接触を避けるため、予め上側と下側の間隙を拡げて設定する対策がとられている。

一方、蒸気タービンの性能は、動翼９が設けられる蒸気通路部に流通する蒸気の量により影響される。すなわち、ノズルダイアフラム１０と、ロータ８及びロータ８に取り付けられた動翼９との間隙から漏洩する蒸気量を減らすことが性能向上に寄与することになる。

ロータ８とノズルダイアフラム１０内輪との間隙からの蒸気の漏洩を防止するために、シール装置として、ノズルダイアフラム１０内輪にラビリンスパッキン１１を設置している。また、ノズルダイアフラム１０外輪と動翼９との間隙からの蒸気の漏洩を防止するために、ノズルダイアフラム１０外輪に蒸気シール装置として、チップフィン１２を設置している。

また、ケーシングにパッキンヘッド１３及びパッキンケーシング１４が設置されており、ケーシングとロータ８との間隙からの蒸気の漏洩を防止するために、シール装置として、パッキンヘッド１５とパッキンケーシング１６にラビリンスパッキン１１を設置している。

このため、ケーシングの熱変形が生じた際の回転体と静止部との接触を避けるため、予め上側と下側の間隙を拡げて設定すると、回転体と静止部との間隙からの漏洩蒸気量が増える、すなわち、動翼９が設けられる蒸気通路部を流通する蒸気量が減ることにより、性能低下の要因となっている。

特開平６−１２９２０６号公報特開２００２−３６４３０９号公報

蒸気タービンには上記したような問題点があり、これを纏めると、次のとおりである。
タービンの起動、停止時に上半ケーシングと下半ケーシングのメタル温度に違いが生じると、ケーシングに猫背又は逆猫背変形が生じる。このケーシング変形により、ケーシングに据付けられたノズルダイアフラムの高さ位置が上下方向に変動してしまい、ロータとラビリンスパッキン、及び動翼とチップフィンとの間隙が狭まってしまう。
一方、予め上下半ケーシングの間隙を拡げて設定することは、回転体と静止部との間隙からの漏洩蒸気量が増えることになり、性能低下の要因となるので、好ましくない。

本発明の目的は、タービン運転時において、特に、起動、停止時にケーシングの熱変形が生じた際に、回転体と静止部との間隙を適正に維持するために、ケーシングを上下方向に移動させ高さを調整することにある。

上記課題を解決するため、本発明の蒸気タービンは、上半ケーシング及び上半ケーシングに締結された下半ケーシングからなるケーシングと、前記上半ケーシングを支持した軸受台とを有する蒸気タービンにおいて、前記上半ケーシング及び下半ケーシングの各々に少なくとも1つ以上設けた温度計と、前記上半ケーシングと前記軸受台との間に設けた高さ調整装置と、前記温度計の計測値により前記高さ調整装置を制御する演算制御部と、を有することを特徴とする。

また、本発明の蒸気タービンは、上半ケーシング及び上半ケーシングに締結された下半ケーシングからなるケーシングと、前記上半ケーシングを支持した軸受台とを有する蒸気タービンにおいて、ロータの軸受に設けた振動計と、前記上半ケーシング及び下半ケーシングの各々に少なくとも１つ以上設けた温度計と、前記上半ケーシングと前記軸受台との間に設けた高さ調整装置と、前記振動計で計測した軸振動データ及び前記温度計の計測値により前記高さ調整装置を制御する演算制御部と、を有することを特徴とする。

本発明により、タービン運転時において、例えば、ロータとラビリンスパッキン及び動翼とチップフィンとの間隙を、狭めることなく適正に維持して、回転体と静止部との接触を防止し、接触によるラビング振動や、それに伴う損傷を回避することができる。

本発明の第１の実施形態における運転時の蒸気タービンを示す模式図、（ａ）は蒸気タービン全体を示した図、（ｂ）は一部（破線円内）を拡大した図。本発明の第２の実施形態における運転時の蒸気タービンの構造を示す断面図。本発明の下半据付時の蒸気タービンを示す模式図。従来の下半据付時の蒸気タービンを示す模式図。従来の運転時の蒸気タービンの外観を示す模式図。従来の運転時の蒸気タービンの内部構造を示す断面図。動翼とノズルダイアフラムの断面の拡大図。

次に、図を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、従来と同一構成には同一の符号を付している。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における運転時の蒸気タービンを示す模式図であり、（ａ）は蒸気タービン全体を示した図、（ｂ）は一部（破線円内）を拡大した図である。

図１において、従来と同様に、上半ケーシング１に下半ケーシング２が締結されている。上半ケーシング１と、上半ケーシング１を支持する軸受台４との間に設置されるランニングキー６を制御可能な高さ調整装置１５に変更している。据付時に下半ケーシング２を支持したアセンブリーキー５は、取り外された状態にある。

熱電対１６のような温度計が、上半ケーシング１と下半ケーシング２の各々に１つ又は複数取り付けられており、上半と下半のケーシング１，２のメタル温度が監視される。高さ調整装置１５として、油圧シリンダーやクサビ式レベリングブロック等があり、モータ等の駆動装置１８により駆動される。運転時にケーシングがどのように変形するかは温度データから予め予測されており、演算制御部１７には、上半ケーシング１と下半ケーシング２の温度分布と変形の関係が記憶されている。演算制御部１７に、計測された上下半ケーシング１，２のメタル温度の信号が入力され、ケーシングの変形が推定される。

高さ調整装置１５は、演算制御部１７の信号に基づき駆動装置１８により駆動され、ケーシングの高さを移動制御する。このように、ケーシングの温度データ信号を高さ調整装置１５にフィードバックすることにより、ケーシングの高さを制御している。

例えば、上半ケーシング１のメタル温度が概ね下半ケーシング２のメタル温度より高い場合、ケーシングに猫背変形が起き、下半ケーシング２と回転体が接触する虞が生じるので、これを避けるためケーシングを下方に移動させる。上半ケーシング１のメタル温度が概ね下半ケーシング２のメタル温度より低い場合は、ケーシングに逆猫背変形が起き、上半ケーシング１と回転体が接触する虞が生じるので、これを避けるためケーシングを上方に移動させる。

これにより、蒸気タービン運転時において、図６に示されるロータ８とラビリンスパッキン１１、及び動翼９とチップフィン１２との間隙を狭めることなく適正に維持することができ、回転体と静止部との接触を防止し、接触によるラビング振動や、それに伴う損傷を回避することができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態における運転時の蒸気タービンの構造を示す断面図である。
第１の実施形態と同様に、熱電対１６のような温度計、高さ調整装置１５、駆動装置１８、及び演算制御部１７を備えている（高さ調整装置１５、駆動装置１８及び演算制御１７は不図示）。本実施形態では、更に、軸受７に振動計１９が設置され、ロータ８の振動を監視し、異常振動を検知することができる。演算制御部１７には、軸振動の振幅、周波数の軸振動データ信号及び上下半ケーシング１，２のメタル温度のデータ信号が入力される。上下半ケーシング１，２のメタル温度のデータ信号からケーシングの変形が推定される。演算制御部１７は、異常振動の軸振動データから回転体と静止部との接近又は接触が生じたことを判断し、更に上下半ケーシング１，２のメタル温度のデータにより推定したケーシングの変形から回転体と静止部の接近又は接触部位が上部か下部のいずれであるかを特定し、それを基にケーシングの上下移動方向を決定する。

高さ調整装置１５は、演算制御部１７の信号に基づき駆動装置１８により駆動され、ケーシングの高さを移動制御する。
このように、ケーシングの熱変形により生じた回転体と静止部との接近又は接触による信号をフィードバックすることにより、ケーシングの高さを制御している。

これにより、蒸気タービン運転時において、図６に示されるロータ８とラビリンスパッキン１１、及び動翼９とチップフィン１２との間隙を狭めることなく適正に維持することができ、回転体と静止部との接触によるラビング振動や、それに伴う損傷を最小限にとどめることができる。

以上、第１、第２の実施形態について説明したが、高さ調整装置１５の油圧シリンダーやクサビ式レベリングブロック等を応用し、据付時に下半ケーシング２の支持部に設置されるアセンブリーキー５の代わりとすることもできる。

図３は、本発明の下半据付時の蒸気タービンを示す模式図である。
図４に示された従来の据付時において、下半ケーシング２の高さ調整（芯出し）をするのに、下半ケーシング２の支持部に設置されるアセンブリーキー５を用いていた。このため、アセンブリーキー５の調整加工や、クレーンやワイヤー等の吊上げ装置の使用することにより、据付に多大な時間を要している。

アセンブリーキー５を油圧シリンダーやクサビ式レベリングブロック等の高さ調整装置２０とし、下半ケーシング２を高さ調整装置２０により支持したまま、下半ケーシング２の高さを調整することができる。これにより、蒸気タービン据付時において、下半ケーシング２を支持するためのアセンブリーキー５の調整加工を不要とし、且つ下半ケーシング２の据付後に、下半ケーシング２をクレーンやワイヤー等の吊上げ装置を使用して持ち上げることを不要とすることで、据付時間を短縮することができる。
上半ケーシング１を締結後に、図１に示した高さ調整装置１５を取り付けるが、その後に据付時の高さ調整装置２０が取り外される。

１…上半ケーシング、２…下半ケーシング、３…基礎、４…軸受台、５…アセンブリーキー、６…ランニングキー、７…軸受、８…ロータ、９…動翼、１０…ノズルダイアフラム、１１…ラビリンスパッキン、１２…チップフィン、１３…パッキンヘッド、１４…パッキンケーシング、１５…高さ調整装置、１６…熱電対、１７…演算制御部、１８…駆動装置、１９…振動計、２０…高さ調整装置。

Claims

上半ケーシング及び上半ケーシングに締結された下半ケーシングからなるケーシングと、前記上半ケーシングを支持した軸受台とを有する蒸気タービンにおいて、
前記上半ケーシング及び下半ケーシングの各々に少なくとも１つ以上設けた温度計と、前記上半ケーシングと前記軸受台との間に設けた高さ調整装置と、前記温度計の計測値により前記高さ調整装置を制御する演算制御部と、を有することを特徴とする蒸気タービン。
上半ケーシング及び上半ケーシングに締結された下半ケーシングからなるケーシングと、前記上半ケーシングを支持した軸受台とを有する蒸気タービンにおいて、
ロータの軸受に設けた振動計と、前記上半ケーシング及び下半ケーシングの各々に少なくとも１つ以上設けた温度計と、前記上半ケーシングと前記軸受台との間に設けた高さ調整装置と、前記振動計で計測した軸振動データ及び前記温度計の計測値により前記高さ調整装置を制御する演算制御部と、を有することを特徴とする蒸気タービン。
前記高さ調整装置は、油圧シリンダー又はクサビ式レベリングブロックを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸気タービン。