(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、を有する蒸気タービンであって、
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、
を備えることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項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、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項３】
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ことを特徴とする請求項２に記載の蒸気タービン。
【請求項４】
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、を更に備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の蒸気タービン。
【請求項５】
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ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
【請求項６】
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ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
【請求項７】
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ことを特徴とする請求項６に記載の蒸気タービン。
【請求項８】
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ことを特徴とする請求項７に記載の蒸気タービン。
【請求項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ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ものである。
【背景技術】
【０００２】
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が、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ようになっている。そして、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）。
【０００３】
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。
【０００４】
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に対して蒸気が供給される。
【０００５】
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に対する蒸気の供給が停止する。
【０００６】
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、レバー部材８４の下方のスペースを油圧サーボ機構８５のみと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は、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とは、軸受カバー９１の上に設置することとして、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ものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１９００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
また、蒸気タービン８０は長期に渡って連続的な運転が行われる。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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、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ことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明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、を有する蒸気タービンであって、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、を備えることを特徴とする。
【００１５】
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、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、電動モータが逆方向に回転して回生エネルギーが発生し、当該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。
【００１６】
また、本発明に係る蒸気タービンは、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、を備えることを特徴とする。
【００１７】
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することができる。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することができる。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ととなる。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。
【００１８】
また、本発明に係る蒸気タービンは、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ることを特徴とする。
【００１９】
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、防爆構造とすることができる。
【００２０】
また、本発明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ることを特徴とする。
【００２１】
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。
【００２２】
また、本発明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ることを特徴とする。
【００２３】
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。
【００２４】
また、本発明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ることを特徴とする。
【００２５】
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。
【００２６】
また、本発明に係る蒸気タービンは、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することを特徴とする。
【００２７】
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。
【００２８】
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が、この蒸気流路の閉止時にボールネジの周速が大きくなるのは調整弁が閉止動作を開始した直後である。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。
【００２９】
また、本発明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、を更に備えることを特徴とする。
【００３０】
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作業を行うことができる。
【００３１】
また、本発明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ることを特徴とする。
【００３２】
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だけを供給することにより、エネルギーの省力化を図ることができる。
【発明の効果】
【００３３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】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。
【図２】開閉駆動機構の周辺を示す概略斜視図である。
【図３】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。
【図４】電動アクチュエータの周辺を示す概略斜視図である。
【図５】カップリングの構成を示す概略正面図である。
【図６】ロック機構の構成を示す概略平面図である。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】従来の蒸気タービンの構成を示す模式図である。
【図１２】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。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（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。
【００３６】
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。
【００３７】
（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。そして、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が駆動されるようになっている。
【００３８】
（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ものである。この蒸気流路１２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。
【００３９】
尚、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。
【００４０】
（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ものである。この調整弁１３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が設けられたものであって、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。
【００４１】
（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ものである。このレバー部材１４は、図１に示すように、そ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、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引っ張り力を付与している。
【００４２】
（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ものである。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。
【００４３】
図２は、開閉駆動機構１５の周辺を示す概略斜視図である。尚、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の上に固定してそれぞれ設置されている。ここで、軸受カバー２４とは、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を収容するものである。
【００４４】
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ものである。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、前記一対の保持部材２２によって回動可能に支持されている。
【００４５】
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ものである。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、を備えるものである。
【００４６】
電動モータ２６は、電力の供給を受けて回転するものである。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、防爆構造とすることができる。
【００４７】
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ものである。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。
【００４８】
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。そして、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。
【００４９】
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ものである。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。
【００５０】
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ようになっている。このブレーキ２８は、図１に示す電子ガバナ１７によってその動作が制御されている。より詳細には、電子ガバナ１７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、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、電子ガバナ１７は、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。
【００５１】
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。そして、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。
【００５２】
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。そして、カップリング３２のネジ穴３２１に対し、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とが互いに接続される。一方、カップリング３２のロッド挿入穴３２２に対し、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とが互いに接続される。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を介して互いに接続される。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。
【００５３】
（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ものである。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。
【００５４】
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。
【００５５】
（電子ガバナ）
電子ガバナ１７は、開閉駆動機構１５の動作を制御するものである。この電子ガバナ１７に対しては、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が行われた結果が入力される。また、電子ガバナ１７に対しては、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に対しては、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。そして、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。
【００５６】
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。そして、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。そしてコントローラ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。
【００５７】
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。そして、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、当該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。
【００５８】
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。
【００５９】
また、作動油は、図１に示す軸受１１２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。
【００６０】
また、第一実施形態に係る蒸気タービン１０では、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。これは、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である。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。
【００６１】
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。
【００６２】
（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。
【００６３】
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。そして、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。
【００６４】
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。そして、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の動作を制御するようになっている。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。
【００６５】
尚、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。
【００６６】
（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。
【００６７】
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。そして、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。
【００６８】
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。尚、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ためである。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。
【００６９】
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。そして、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。
【００７０】
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。そして、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。
【００７１】
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。そして、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。
【００７２】
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。
【００７３】
尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００７４】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005863362.tif 000009
【図９】
0005863362.tif 000010
【図１０】
0005863362.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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