(57)【要約】【課題】固有振動数を定格回転数から効率よく離調させることによって軸振動レベルの低減を図ることができ、手間の掛かる追加補強工事等が不要となる。【解決手段】軸線Ｏを中心とする筒状をなして架台２に支持される車室本体１１、及び、車室本体１１の軸線方向の端部に一体に設けられて、車室本体１１の内側に向かうにしたがって縮径する円筒状をなすコーン部１２を有する車室１０と、コーン部１２に支持されて、内部に軸受２１を有する軸受箱２０と、軸受２１によって支持されて軸線方向に延びるロータ３０と、車室１０の内面１１ａ（車室内リブ１３の内端１３ａ）からコーン部１２を支持するように設けられて、剛性を調整可能に構成された油圧シリンダ４０と、を備えた回転機械を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心とする筒状をなして架台に支持される車室本体、及び、該車室本体の軸線方向の端部に一体に設けられて、前記車室本体の内側に向かうにしたがって縮径する円筒状をなすコーン部を有する車室と、
前記コーン部に支持されて、内部に軸受を有する軸受箱と、
前記軸受によって支持されて前記軸線方向に延びるロータと、
前記車室の内面から前記コーン部を支持するように設けられて、剛性を調整可能に構成された支持部と、
を備える回転機械。
【請求項２】
前記車室本体の内面には、前記軸線方向に延びる車室内リブが設けられ、
前記支持部は、前記車室内リブの内端から前記コーン部を支持するように設けられている請求項１に記載の回転機械。
【請求項３】
前記支持部は、油圧によって伸縮可能なピストンロッドを有する油圧シリンダである請求項１又は２に記載の回転機械。
【請求項４】
前記支持部は、ナットが螺合された雄ねじ部材と、該雄ねじ部材がねじ軸方向に進退可能に挿入される軸孔を有するベース部と、を備え、前記ベース部は前記車室の内面に固定され、前記雄ねじ部材の先端が前記コーン部に固定され、前記ナットの回転によって前記雄ねじ部材が前記ねじ軸方向に進退する構成である請求項１又は２に記載の回転機械。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転機械を使用し、前記ロータを支持する前記支持部の剛性を調整するためのロータ支持剛性調整方法であって、
前記支持部の前記軸線方向における配置数量を増減させることによって前記支持部の剛性を調整するようにしたロータ支持剛性調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転機械、及びロータ支持剛性調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸気タービンの低圧車室等の回転機械として、軸線を中心とする筒状をなして架台に支持される車室本体、及び、車室本体の軸線方向の端部に一体に設けられて、車室本体の内側に向かうにしたがって縮径する円筒状をなすコーン部を有する車室と、前記コーン部に支持されて、内部に軸受を有する軸受箱と、軸受によって支持されて軸線方向に延びるロータと、を備えた軸受箱が車室支持される構成のものが知られている。この場合、軸受箱がコーン部の外に配設されて基礎に支持される基礎支持タイプに比べて軸受のスパンを短く、かつロータ回転軸の径を大きくする必要がないことから、製造コストを抑えることができる利点がある。
【０００３】
このような回転機械では、定格回転数（例えば３０００ｒｐｍ）における振動数（例えば５０Ｈｚ）付近にコーン部の固有振動数があるため、コーン部が振動（共振）するモードが存在している。そのため、コーン部の振動によって、ロータの軸振動が増大するおそれがある。これに加え、ロータの固有振動数も定格回転数に近接している場合には、コーン部のモードと、ロータのモードが連成し、さらに軸振動が増大するおそれがあった。
そこで、このような問題の対策として、例えば特許文献１に示されるような動吸振器を車室の外部に設置することにより軸振動の低減を図った構成であって、動吸振器が振動エネルギーを吸収することで、軸振動を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１０４２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の回転機械では、ロータのモードを励起させないように、現状のロータアンバランスに対して任意の箇所にアンバランスを追加し、モードを励起しないアンバランス状態にするバランス調整を行っているのが一般的である。この場合、バランス調整によってロータの軸振動を低減することができるが、バランス調整のみでは、軸振動レベルを十分に低減できない場合があり、溶接による補強を実施する等の大規模な改良工事を実施して動剛性を増大させることにより軸振動レベルを低減させる必要があるといった問題があった。
なお、仮にバランス調整により軸振動を低減できた場合であっても、接触や熱曲りなど残留アンバランスに起因しないアンバランスが発生し、軸振動が増大する可能性があることから、その点で改良の余地があった。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、固有振動数を定格回転数から効率よく離調させることによって軸振動レベルの低減を図ることができ、手間の掛かる追加補強工事等が不要となる回転機械、及びロータ支持剛性調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る回転機械は、軸線を中心とする筒状をなして架台に支持される車室本体、及び、該車室本体の軸線方向の端部に一体に設けられて、前記車室本体の内側に向かうにしたがって縮径する円筒状をなすコーン部を有する車室と、前記コーン部に支持されて、内部に軸受を有する軸受箱と、前記軸受によって支持されて前記軸線方向に延びるロータと、前記車室の内面から前記コーン部を支持するように設けられて、剛性を調整可能に構成された支持部と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
本発明によれば、ロータを支持するコーン部と車室の内面との間に支持部が介装され、所定の剛性に調整された支持部によってロータをコーン部を介して支持することができる。つまり、ロータの支持剛性に影響のあるコーン部に対して剛性を調整可能な支持部を設置し、支持部の剛性を調整することで、コーン部の曲げ剛性を変化せることができる。すなわち、コーン部における車室本体の軸線方向の端部を基端としたコーン部の剛性を調整することが可能となり、コーン部、もしくはコーン部とロータとの連成モード、又は軸系（以下、単にコーン部という）の固有振動数を変えることができる。
【０００９】
このように、コーン部の剛性を調整することに伴ってコーン部の固有振動数を変更させることができ、定格回転数から離調させることにより軸振動レベルを低減させる。これにより、回転機械の定格回転数付近でコーン部が振動してロータの軸振動が増大するという共振を回避することが可能となる。
また、本発明では、支持部自体の剛性を調整することによりコーン部の固有振動数を変更する構成であり、従来のようなバランス調整を行う方法に比べて、より確実に軸振動レベルを低減させることができる。
【００１０】
また、本発明に係る回転機械は、前記車室本体の内面には、前記軸線方向に延びる車室内リブが設けられ、前記支持部は、前記車室内リブの内端から前記コーン部を支持するように設けられていることが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、車室本体の内面を補強する車室内リブに支持部を設けてコーン部を支持するため、車室内リブの剛性に応じて支持部の剛性を調整することができ、剛性の調整範囲を広げることができる。
また、本発明では、車室内リブの内端とコーン部との距離が小さくなるので、支持部を小型化でき、安定した姿勢で配置することができるので、コーン部の剛性を精度よく調整することができる。
【００１２】
また、本発明に係る回転機械は、前記支持部は、油圧によって伸縮可能なピストンロッドを有する油圧シリンダであることを特徴としてもよい。
【００１３】
このような構成によれば、コーン部に当接させるピストンロッド先端の面積や油の特性を変えることで、油圧シリンダの支持部としての剛性を調整することができる。例えば、油の特性（油温等）を変える調整方法とすることができ、この場合にはロータの固有振動数と油温を検出することで、回転機械の運転中に油圧シリンダの剛性を適正値に容易に調整することができる。
【００１４】
また、本発明に係る回転機械は、前記支持部は、ナットが螺合された雄ねじ部材と、該雄ねじ部材がねじ軸方向に進退可能に挿入される軸孔を有するベース部と、を備え、前記ベース部は前記車室の内面に固定され、前記雄ねじ部材の先端が前記コーン部に固定され、前記ナットの回転によって前記雄ねじ部材が前記ねじ軸方向に進退する構成であってもよい。
【００１５】
このような構成によれば、雄ねじ部材の先端の面積や、雄ねじ部材のベース部からの突出長を変えることで、支持部としての剛性を調整することができる。
【００１６】
また、本発明に係るロータ支持剛性調整方法は、上述した回転機械を使用し、前記ロータを支持する前記支持部の剛性を調整するためのロータ支持剛性調整方法であって、前記支持部の前記軸線方向における配置数量を増減させることによって前記支持部の剛性を調整するようにしたことを特徴としている。
【００１７】
本発明によれば、支持部の軸線方向における配置数量を増減させることによっても、支持部で支持されるコーン部における車室本体の軸線方向の端部を基端としたコーン部の剛性を調整することが可能となり、コーン部の固有振動数を変えることができる。この場合には、支持部自体で剛性を調整するものではなく、単に支持部の数量と位置を調整することで容易に剛性を変えることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の回転機械、及びロータ支持剛性調整方法によれば、固有振動数を定格回転数から効率よく離調させることによって軸振動レベルの低減を図ることができ、手間の掛かる追加補強工事等が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態による回転機械の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示す回転機械におけるコーン部及び軸受箱の要部を示す側断面図である。
【図３】図２に示すＡ−Ａ線矢視図である。
【図４】図２に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】第１変形例による回転機械のコーン部及び軸受箱の要部を示す側断面図であって、図２に対応する図である。
【図６】第２変形例による回転機械のコーン部及び軸受箱の要部を示す断面図であって、図４に対応する図である。
【図７】第２の実施の形態による回転機械におけるコーン部及び軸受箱の要部を示す側断面図である。
【図８】図７に示す弾性棒の一部を破断した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態による回転機械、及びロータ支持剛性調整方法について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本第１の実施の形態による回転機械１について図面を参照して詳細に説明する。図１に示す回転機械１は、蒸気タービンの低圧車室を対象としている。
本実施の形態の回転機械１は、軸線Ｏを中心とする筒状をなして架台２に支持される車室本体１１、及び、車室本体１１の軸線方向の端部に一体に設けられて、車室本体１１の内側に向かうにしたがって縮径する円筒状をなすコーン部１２を有する車室１０と、コーン部１２に支持されて、内部に軸受２１を有する軸受箱２０と、軸受２１によって支持されて軸線方向に延びるロータ３０と、車室１０の内面１１ａ（後述する車室内リブ１３の内端１３ａ）からコーン部１２を支持するように設けられて、剛性を調整可能に構成された油圧シリンダ４０（支持部）と、を備えている。
【００２２】
ここで本実施の形態では、軸線Ｏが延びている方向を軸線方向Ｄａとする。また、軸線Ｏ方向から見た平面視において、軸線Ｏに直交する方向を径方向Ｄｒ（図３及び図４参照）とし、軸線Ｏ回りに周回する方向を周方向Ｄｃとする。
【００２３】
車室本体１１は、ロータ３０を外周側から覆う筒状をなしている。車室本体１１の内周面には、周方向Ｄｃに一定間隔をあけて配置されるとともに、軸線Ｏ方向に延びる複数（ここでは８つ）の車室内リブ１３が設けられている（図４参照）。また、車室内リブ１３の内端には、複数の静翼（不図示）が軸線方向Ｄａに間隔をあけて設けられている。これら静翼は、ロータ３０の外周面に設けられる複数の動翼３１と軸線方向Ｄａに互い違いになるように配列されている。
車室本体１１の内側に形成された空間は、不図示の蒸気発生源から吸気口（不図示）を通じて導かれた高温高圧の蒸気が流通する室とされている。車室本体１１内に導かれた蒸気は、軸線方向Ｄａの一方側から他方側に向かうにつれて、動翼３１と静翼とに交互に衝突することで、ロータ３０に回転力を与えた後、排気口から外部に排出される。そして、ロータ３０の回転運動は、例えば軸端に接続された発電機等によって取り出される。
【００２４】
車室本体１１の軸線方向Ｄａの両端面は、図２に示すように、コーン部１２を挟んで径方向Ｄｒの内側の内周端板１１Ａ、及び径方向Ｄｒの外側の外周端板１１Ｂを有している。内周端板１１Ａの内周縁には、筒状の軸受箱２０が設けられている。
【００２５】
コーン部１２は、車室本体１１の軸線方向Ｄａの両端に設けられている。各コーン部１２は、軸線方向Ｄａで車室内側の端部（内端１２ａ）が車室本体１１の内周端板１１Ａの外周縁に接続し、車室外側の端部（外端１２ｂ）が外周端板１１Ｂの内周縁に接続されている。つまり、これらのコーン部１２は、車室本体１１における軸線方向Ｄａの両側の端面を、軸線方向Ｄａで車室本体１１の内側に窪ませた形状の凹部を形成している。
【００２６】
図２に示すように、車室１０に支持された軸受箱２０は、両側のコーン部１２によって形成された前記凹部内にそれぞれ設けられ、内部にロータ３０を回転可能に支持する転がり軸受からなる軸受２１を備えている。そして、コーン部１２の外面１２ｃと軸受箱２０の外周面２０ａとは、周方向Ｄｃに延在するとともに軸線方向Ｄａに間隔をあけて配置される複数（ここでは２つ）の軸受支持リブ１４Ａ、１４Ｂによって接続されている（図３及び図４参照）。軸線方向Ｄａで車室内側に位置する一方の第１軸受支持リブ１４Ａは、軸線方向Ｄａで軸受２１と一致する位置に配置されている。
軸受支持リブ１４Ａ、１４Ｂは、図３及び図４に示すように、それぞれ軸線方向Ｄａから見て二分割されている。なお、軸受支持リブ１４Ａ、１４Ｂの分割数は適宜変更することができ、また一体に設けられていてもよい。
また、本実施の形態では、軸受２１として転がり軸受を対象としているが、蒸気タービンで多く採用されるすべり軸受を用いてもよい。
【００２７】
また、車室本体１１の外周面で軸線方向Ｄａから見て互いに対向する位置には、軸線方向Ｄａに延びる不図示のフランジが設けられている。車室１０は、それらフランジが架台２に載置された状態で固定され、車室１０の下半部分は浮いている状態で設置されている。
【００２８】
車室内リブ１３は、図１及び図２に示すように、軸線方向Ｄａの両端部が軸線Ｏ側に向けて延びた延出部１３Ａが形成され、この延出部１３Ａの先端にフランジ１３Ｂが形成されている。
【００２９】
油圧シリンダ４０は、図４に示すように、周方向Ｄｃで９０°間隔に配置される上下左右に位置する車室内リブ１３とコーン部１２との間に介装されている。具体的には、図２及び図４に示すように、油圧シリンダ４０は１箇所の車室内リブ１３のフランジ１３Ｂにおいて軸線方向Ｄａに間隔をあけて複数（ここでは２つ）が固定され、それらの先端部４１ａがコーン部１２の内面１２ｄに当接された状態で取り付けられている。つまり、油圧シリンダ４０を固定する部位としては、ロータ３０を介して振動するコーン部１２とともに振動しない箇所であればよい。軸線方向Ｄａで車室内側に位置する油圧シリンダ４０は、軸線方向Ｄａで軸受２１及び第１軸受支持リブ１４Ａとほぼ一致する位置に配置されている。つまり、軸受２１、第１軸受支持リブ１４Ａ及び油圧シリンダ４０は径方向Ｄｒの線上に配置され、軸受２１が受ける荷重が油圧シリンダ４０で支持される。
【００３０】
油圧シリンダ４０は、油圧によって伸縮可能なピストンロッド４１を有し、コーン部１２に当接させるピストンロッド４１の先端部４１ａの面積や油の特性（油種（体積弾性率）、油温等）を変えることで、油圧シリンダ４０の支持部としての剛性を調整することができる。例えば、油温を変える調整方法の場合には、ロータ３０の固有振動数と油温を検出することで、回転機械１の運転中に油圧シリンダ４０の剛性を適正値に容易に調整することができる。また、油圧シリンダ４０の剛性を低下させる場合には、油を流さないようにすることも可能である。
【００３１】
次に、上述した構成の回転機械の作用、及びロータ支持剛性調整方法について、図面に基づいて具体的に説明する。
図１及び図２に示すように、上記のような回転機械１において、ロータ３０を支持するコーン部１２と車室１０の内面に設けられた車室内リブ１３との間に油圧シリンダ４０が介装され、所定の剛性に調整された油圧シリンダ４０によってロータ３０をコーン部１２を介して支持することができる。
つまり、ロータ３０の支持剛性に影響のあるコーン部１２の剛性を調整可能な油圧シリンダ４０を設置し、油圧シリンダ４０の剛性を調整することで、コーン部１２の曲げ剛性を変化せることができる。すなわち、コーン部１２における車室本体１１の軸線方向の端部（外端１２ｂ）を基端としたコーン部１２の剛性を調整することが可能となり、コーン部１２（もしくはコーン部とロータとの連成モード、又は軸系）の固有振動数を変えることができる。
【００３２】
このように、本実施の形態では、コーン部１２の剛性を調整することに伴ってコーン部１２の固有振動数を変更させることができ、定格回転数（例えば上述した３０００ｒｐｍ）から離調させることにより軸振動レベルを低減させる。これにより、回転機械１の定格回転数付近でコーン部１２が振動してロータ３０の軸振動が増大するという共振を回避することが可能となる。
また、本実施の形態では、油圧シリンダ４０自体の剛性を調整することによりコーン部１２の固有振動数を変更する構成であり、従来のようなバランス調整を行う方法に比べて、より確実に軸振動レベルを低減させることができる。
【００３３】
また、本実施の形態では、車室本体１１の内面１１ａを補強する車室内リブ１３に支持部を設けてコーン部１２を支持するため、車室内リブ１３の剛性に応じて油圧シリンダ４０の剛性を調整することができ、剛性の調整範囲を広げることができる。
また、本実施の形態では、車室内リブ１３の内端１３ａとコーン部１２との距離が小さくなるので、油圧シリンダ４０を小型化でき、安定した姿勢で配置することができるので、コーン部１２の剛性を精度よく調整することができる。
【００３４】
また、本実施の形態では油圧シリンダ４０の軸線方向Ｄａにおける配置数量を増減させることで油圧シリンダ４０の剛性を調整するロータ支持剛性調整方法を採用することも可能である。
例えば、図５に示す第１変形例による回転機械１Ａは、１つの車室内リブ１３において軸線方向Ｄａに設ける油圧シリンダ４０の数量を増やしたものであり、ここでは４つの油圧シリンダ４０を設けている。
このように第１変形例によれば、油圧シリンダ４０の軸線方向Ｄａにおける配置数量を増減させることで、油圧シリンダ４０によって支持されるコーン部１２における外端１２ｂを基端としたコーン部１２の剛性を調整することが可能となり、コーン部１２の固有振動数を変えることができる。この場合には、油圧シリンダ４０自体で剛性を調整するものではなく、単に油圧シリンダ４０の数量と位置を調整することで容易に剛性を変えることができる。
【００３５】
上述した本実施の形態による回転機械、及びロータ支持剛性調整方法では、固有振動数を定格回転数から効率よく離調させることによって軸振動レベルの低減を図ることができ、手間の掛かる追加補強工事等が不要となる。
【００３６】
次に、本発明の回転機械、及びロータ支持剛性調整方法による他の実施の形態及び変形例について、添付図面に基づいて説明するが、上述の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。
【００３７】
（第２変形例）
図６に示す第２変形例による回転機械１Ｂは、８つの車室内リブ１３の全てに油圧シリンダ４０を設けた構成である。
このように油圧シリンダ４０の周方向Ｄｃの位置は、車室内リブ１３のフランジ１３Ｂの軸線方向Ｄａの長さ(大きさ)、油圧シリンダ４０の大きさ等に応じて適宜設定することができる。周方向Ｄｃの剛性バランスを均等にするため、周方向Ｄｃに一定の間隔をあけて配置することが好ましい。
【００３８】
（第２の実施の形態）
次に、図７に示すように、第２の実施の形態による回転機械１Ｃは、上述した油圧シリンダ４０（図２参照）に代えて弾性棒４０Ａ（支持部）を車室１０の内面１１ａ、すなわち車室内リブ１３からコーン部１２を支持するように設けられて、剛性を調整可能に構成された構成となっている。
図８に示すように、弾性棒４０Ａは、ナット４４が螺合された雄ねじ部材４２と、雄ねじ部材４２がねじ軸Ｃ方向に進退可能に挿入される軸孔４３ａを有するベース部４３と、を備えている。雄ねじ部材４２のねじ軸Ｃ方向の一端には、コーン部１２にボルト等で固定可能な固定板４２Ａが形成されている。弾性棒４０Ａは、ナット４４を正逆回転させることで、ねじ軸Ｃ方向の長さ、すなわち雄ねじ部材４２におけるベース部４３の先端面４３ｂからの突出長を調整することが可能となっている。弾性棒４０Ａでは、図７に示すように、ベース部４３は車室１０の内面（車室内リブ１３の内端１３ａ）に固定され、雄ねじ部材４２の固定板４２Ａがコーン部１２に固定され、ナット４４の回転によって雄ねじ部材４２がねじ軸Ｃ方向に進退する構成となっている。
【００３９】
第２の実施の形態では、雄ねじ部材４２の先端の固定板４２Ａの面積や、雄ねじ部材４２のベース部４３からの突出長を変えることで、支持部としての剛性を調整することができる。
また、この場合にも、弾性棒４０Ａの軸線方向Ｄａにおける配置数量を増減させることで弾性棒４０Ａの剛性を調整するロータ支持剛性調整方法を採用することが可能である。
【００４０】
以上、本発明による回転機械、及びロータ支持剛性調整方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４１】
例えば、本実施の形態では、車室本体１１の内面１１ａに設けられた車室内リブ１３の内端１３ａに油圧シリンダ４０や弾性棒４０Ａの支持部を配置しているが、支持部の取付け位置として車室内リブ１３であることに限定されることはない。例えば、車室内リブ１３を省略した車室１０の場合には、車室本体１１の内面１１ａに直接、支持部を設けるようにしてもよい。
【００４２】
また、剛性を調整可能な支持部として、上述した実施の形態では、油圧シリンダ４０や弾性棒４０Ａを採用しているが、これらの他に、コイルばね、皿ばね等のばね等を採用する構成であってもよい。
【００４３】
また、車室１０の車室本体１１の形状、コーン部１２の傾斜角度、軸受支持リブ１４Ａ、１４Ｂの位置、数量等の構成は、適宜、条件に応じて変更することができる。
【００４４】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施の形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  回転機械
２  架台
１０  車室
１１  車室本体
１１ａ  内面
１２  コーン部
１２ｂ  外端（車室本体の軸線方向の端部）
１３  車室内リブ
１３ａ  内端
１４Ａ，１４Ｂ  軸受支持リブ
２０  軸受箱
２１  軸受
３０  ロータ
３１  動翼
４０  油圧シリンダ（支持部）
４０Ａ  弾性棒（支持部）
４１  ピストンロッド
Ｏ  軸線
Ｄａ  軸線方向
Ｄｒ  径方向
Ｄｃ  周方向
【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】
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