(57)【要約】【課題】軸受の潤滑剤として水を使用して、設備の維持管理を簡略化することができる蒸気タービンシステムを提供する。【解決手段】実施の形態による蒸気タービンシステム１０は、蒸気タービン３０と、潤滑水供給部と、を備えている。蒸気タービン３０は、ケーシング３１と、タービンロータ３３と複数の動翼翼列３４とを含むタービン回転体３２と、複数の静翼翼列３９と、タービン回転体３２をケーシング３１に対して回転自在に支持するタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂと、を有している。タービン回転体３２の少なくとも一部は、繊維強化複合材料により形成されている。潤滑水供給部は、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに潤滑水を供給し、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂは、潤滑水供給部から供給される潤滑水によって半径方向荷重を支持するように構成されている。【選択図】図１
2015028323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンと、
潤滑水供給部と、を備え、
前記蒸気タービンは、
ケーシングと、
前記ケーシング内に回転自在に貫通したタービンロータと、前記タービンロータに設けられた複数の動翼翼列と、を含むタービン回転体と、
前記ケーシング内に設けられ、前記タービン回転体の軸線方向に前記動翼翼列と交互に配置された複数の静翼翼列と、
前記タービン回転体を前記ケーシングに対して回転自在に支持するタービンジャーナル軸受と、を有し、
前記タービン回転体の少なくとも一部は、繊維強化複合材料により形成され、
前記潤滑水供給部は、前記タービンジャーナル軸受に潤滑水を供給し、
前記タービンジャーナル軸受は、前記潤滑水供給部から供給される潤滑水によって半径方向荷重を支持するように構成されていることを特徴とする蒸気タービンシステム。
【請求項２】
前記タービンロータは、軸線方向に延びる中空孔を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の蒸気タービンシステム。
【請求項３】
前記蒸気タービンは、前記タービン回転体の軸線方向荷重を支持するタービンスラスト軸受を更に有し、
前記潤滑水供給部は、前記タービンスラスト軸受に潤滑水を供給し、
前記タービンスラスト軸受は、前記潤滑水供給部から供給される潤滑水によって軸線方向荷重を支持するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の蒸気タービンシステム。
【請求項４】
前記タービン回転体は、一対の前記タービンジャーナル軸受によって支持されており、
一対の前記タービンジャーナル軸受のうち主流方向上流側の前記タービンジャーナル軸受と前記タービンスラスト軸受とは、一体に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の蒸気タービンシステム。
【請求項５】
一体に形成された前記タービンジャーナル軸受および前記タービンスラスト軸受は、前記ケーシング内に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の蒸気タービンシステム。
【請求項６】
前記蒸気タービンは、前記ケーシング内に蒸気を案内する蒸気入口管を更に有し、
前記蒸気入口管は、前記タービンロータの軸線方向に延びていることを特徴とする請求項５に記載の蒸気タービンシステム。
【請求項７】
前記タービン回転体は、一対の前記タービンジャーナル軸受によって支持されており、
一対の前記タービンジャーナル軸受のうち主流方向下流側の前記タービンジャーナル軸受は、前記ケーシングの外側の雰囲気と当該ケーシングの内側の雰囲気とを区画するグランドシール部として機能していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸気タービンシステム。
【請求項８】
前記蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮して復水を生成する復水器と、
前記復水器において生成された復水を昇圧させる復水ポンプと、を更に備え、
前記潤滑水供給部は、前記復水ポンプによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の蒸気タービンシステム。
【請求項９】
前記蒸気タービンから排出された蒸気を凝縮して復水を生成する復水器と、
前記復水器において蒸気を凝縮させる冷却水を冷却する冷却塔と、
前記冷却塔において冷却された冷却水を昇圧させる冷却水ポンプと、を更に備え、
前記潤滑水供給部は、前記冷却水ポンプによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の蒸気タービンシステム。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の前記蒸気タービンシステムと、
前記蒸気タービンシステムの前記タービンロータに連結された発電機と、を備えたことを特徴とする蒸気タービン発電プラント。
【請求項１１】
前記発電機は、
発電機本体と、
前記発電機本体内に回転自在に貫通し、前記タービンロータに連結された発電機回転体と、
前記発電機回転体を前記発電機本体に対して回転自在に支持する発電機ジャーナル軸受と、を有し、
前記潤滑水供給部は、前記発電機ジャーナル軸受に潤滑水を供給し、
前記発電機ジャーナル軸受は、前記潤滑水供給部から供給される潤滑水によって半径方向荷重を支持するように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の蒸気タービン発電プラント。
【請求項１２】
前記発電機回転体の少なくとも一部は、繊維強化複合材料により形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の蒸気タービン発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、蒸気タービンシステムおよび蒸気タービン発電プラントに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンのケーシングには、タービンロータと動翼翼列とを含むタービン回転体が回転自在に設けられている。このケーシング内には、作動蒸気が密閉されており、この作動蒸気によってタービン回転体を回転させている。タービン回転体が回転すると、タービン回転体に連結された発電機において発電が行われ、電気出力が得られるようになっている。
【０００３】
このようなタービン回転体の荷重は、ケーシングに設けられた軸受によって支持されている。一般的に、蒸気タービンのタービン回転体は、ターボ機械の中でも比較的質量が大きいことから、耐荷重性が良好な潤滑油方式の軸受が採用されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。ここに示された油潤滑軸受は、いわゆるティルティングパッド形の軸受であり、環状の軸受本体の内側に、複数のパッドが設けられている。これらのパッドの周囲に潤滑油が所定の圧力で導かれて、タービンロータとパッドとの間に潤滑油の油膜が形成される。この油膜が、タービン回転体の荷重を支持するとともにタービン回転体をスムーズに回転可能な潤滑性を持つような厚さを有するようになっている。潤滑油方式の軸受は、転がり軸受に比べると耐荷重性が良好であり、適切な潤滑や保守を行うことにより寿命を半永久的に長くすることができる。
【０００４】
潤滑油は、潤滑油タンクに蓄えられており、この潤滑油タンクから潤滑油ポンプにより潤滑油冷却器に送られて冷却される。冷却された潤滑油は、潤滑油配管を通して油潤滑軸受に供給される。油潤滑軸受から排出された潤滑油は、潤滑油タンクに戻され、潤滑油が強制的に循環して反復的に使用されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１４７４５５号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６６９０号公報
【特許文献３】特開２０１１−１６９３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、上述した油潤滑軸受には潤滑剤として油が使用されている。このことにより、潤滑油が系統の外部に漏洩した場合には火災に繋がるというリスクがある。また、漏洩した潤滑油が、周囲の土壌や河川にまで流出すると、環境汚染に繋がるというリスクもある。このようなリスクを回避するために、潤滑油タンク、潤滑油ポンプ、潤滑油冷却器および潤滑油配管などを有する潤滑油系統は、潤滑油が系統の外部に漏洩することを防止するために設備の適切な維持管理が求められる。しかしながら、このような設備の維持管理には、多くの時間と費用を要するという課題がある。
【０００７】
ところで、ターボ機械に用いられる他の軸受として、水潤滑軸受がある。水潤滑軸受は、潤滑剤として油の代わりに水を用いるものであり、環境にやさしい軸受ということができる。このことにより、火災や環境汚染といったリスクを回避することができ、設備の維持管理を簡略化することが可能となる。
【０００８】
しかしながら、水の動粘度が油に比べて小さいことから、油潤滑軸受に比べると水潤滑軸受の耐荷重は小さくなる。このため、水潤滑軸受は、例えば、小型ポンプの軸受や、水車の軸受など、比較的質量が小さい回転体を支持する軸受に好適に用いることができる。すなわち、水潤滑軸受を比較的質量が大きいタービン回転体に適用する場合、タービン回転体の荷重を支持するとともにタービン回転体をスムーズに回転可能な潤滑性を持つような厚さを有するようにすることは困難になる。この場合、タービン回転体と水潤滑軸受のパッドとが激しく摩耗し、焼き付きが発生しやすいという課題がある。
【０００９】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、軸受の潤滑剤として水を使用して、設備の維持管理を簡略化することができる蒸気タービンシステムおよび蒸気タービン発電プラント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】
【００１０】
実施の形態による蒸気タービンシステムは、蒸気タービンと、潤滑水供給部と、を備えている。蒸気タービンは、ケーシングと、ケーシング内に回転自在に貫通したタービンロータと、タービンロータに設けられた複数の動翼翼列と、を含むタービン回転体と、ケーシング内に設けられ、タービン回転体の軸線方向に動翼翼列と交互に配置された複数の静翼翼列と、タービン回転体をケーシングに対して回転自在に支持するタービンジャーナル軸受と、を有している。タービン回転体の少なくとも一部は、繊維強化複合材料により形成されている。潤滑水供給部は、タービンジャーナル軸受に潤滑水を供給し、タービンジャーナル軸受は、潤滑水供給部から供給される潤滑水によって半径方向荷重を支持するように構成されている。
【００１１】
また、実施の形態による蒸気タービン発電プラントは、上述した蒸気タービンシステムと、蒸気タービンシステムのタービンロータに連結された発電機と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービン発電プラントの全体構成を示す図である。
【図２】図２は、図１の蒸気タービン発電プラントにおいて、蒸気タービンの一例を示す断面構成図である。
【図３】図３は、図１の蒸気タービンにおいて、タービンジャーナル軸受の一例を示す断面構成図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施の形態における蒸気タービンの一例を示す断面構成図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施の形態における蒸気タービンの一例を示す断面構成図である。
【図６】図６は、図５に示す蒸気タービンにおいて、軸受組合体の一例を示す断面構成図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施の形態における蒸気タービンの一例を示す断面構成図である。
【図８】図８は、本発明の第５の実施の形態における蒸気タービンの一例を示す断面構成図である。
【図９】図９は、本発明の第６の実施の形態における蒸気タービンシステムの全体構成を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第７の実施の形態における蒸気タービン発電プラントの全体構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態における蒸気タービンシステムおよび蒸気タービン発電プラントについて説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
まず、図１乃至図３を用いて、本発明の第１の実施の形態における蒸気タービンシステムおよび蒸気タービン発電プラントについて説明する。
【００１５】
図１に示すように、蒸気タービン発電プラント１は、後述する蒸気タービン３０を含む蒸気タービンシステム１０と、蒸気タービン３０のタービン回転体３２（後述）に連結された発電機７０と、を備えている。蒸気タービン３０のタービン回転体３２が回転することによって発電機７０が発電を行うようになっている。
【００１６】
蒸気タービンシステム１０は、作動蒸気を生成し発生させるボイラ（蒸気発生部）１１と、ボイラ１１から、作動蒸気ライン１２を介して作動蒸気が供給される蒸気タービン３０と、蒸気タービン３０から排出された作動蒸気を凝縮させて復水を生成する復水器１３と、を備えている。このうち、ボイラ１１において発生した作動蒸気は蒸気タービン３０に供給され、蒸気タービン３０において、供給された作動蒸気が膨張仕事を行い、タービン回転体３２を回転させる。膨張仕事を行った作動蒸気は、蒸気タービン３０から排出されて復水器１３に供給される。なお、蒸気タービン３０に供給される作動蒸気は、後述するタービン回転体３２の少なくとも一部を形成する繊維強化複合材料の耐熱性を満たすことが可能な程度の温度を有し、その温度が比較的低温であることが好ましい。例えば、本実施の形態は、作動蒸気の温度が比較的低い低圧タービンを含む蒸気タービンシステムに好適に適用することができる。
【００１７】
復水器１３の下流側には、復水ポンプ１４が設けられている。復水器１３において生成された復水は、この復水ポンプ１４によって昇圧されて、復水ライン１５を介してボイラ１１に供給されるようになっている。復水器１３から復水ポンプ１４を通ってボイラ１１まで復水が流れる系統が、復水系統１６となっている。
【００１８】
復水器１３には、冷却水系統１７（循環水系統ともいう）から冷却水が供給されるようになっている。すなわち、図１に示すように、冷却塔１８の下流側には、冷却水ポンプ１９が設けられており、冷却塔１８において冷却された冷却水は、冷却水ポンプ１９によって昇圧されて、冷却水ライン２０を介して復水器１３に供給されるようになっている。復水器１３においては、供給された冷却水と、蒸気タービン３０から排出された作動蒸気とが熱交換を行う。このことにより、作動蒸気が冷却されて凝縮され、復水が生成される。一方で、冷却水は復水器１３において加熱され、復水器１３から排出されて冷却塔１８に戻される。このようにして、冷却水が強制的に循環して反復的に使用されるようになっている。なお、冷却塔１８においては、海水を用いて冷却水を冷却するようにしてもよい。
【００１９】
次に、本実施の形態における蒸気タービン３０について図２を用いて説明する。ここで、図２は、蒸気タービン３０のタービン回転体３２の軸線Ｘを含む断面（子午断面）を示す図である。また、図２においては、蒸気タービン３０の一例として、単流単車室タービンを示しているが、これに限られることはなく、複流単車室タービン、さらには複車室タービンにも本実施の形態を適用することができる。
【００２０】
図２に示すように、蒸気タービン３０は、作動蒸気を密閉するためのケーシング３１と、タービン回転体３２と、を備えている。このうち、タービン回転体３２は、ケーシング３１内に回転自在に貫通したタービンロータ３３と、タービンロータ３３に設けられた複数の動翼翼列３４と、を有している。本実施の形態による蒸気タービン３０は横置きにされており、タービン回転体３２の軸線が水平方向に沿っている。
【００２１】
タービンロータ３３は、円柱状（中実状）のロータ本体３３ａと、ロータ本体３３ａから外周側に突出する複数のロータディスク３５と、を含んでいる。これらのロータディスク３５は、軸線方向に互いに離間して配置されている。各ロータディスク３５には、複数の動翼が周方向に列状に植設されている。これらの動翼によって動翼翼列３４が構成されている。なお、ここでは、タービンロータ３３にロータディスク３５が形成されている例を示しているが、このことに限られることはない。例えば、本実施の形態は、ロータディスク３５を設けることなく動翼を植設可能ないわゆるドラムロータ形のタービンロータに適用することもでき、あるいは、ロータディスク３５同士をボルト等で軸線方向に締結したスタッキングロータ形のタービンロータにも適用することができる。
【００２２】
タービン回転体３２の少なくとも一部は、繊維強化複合材料により形成されている。例えば、タービン回転体３２のうちのタービンロータ３３が、繊維強化複合材料により形成されていることが好適である。
【００２３】
繊維強化複合材料は、例えば炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）やガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）などのように、炭素繊維やガラス繊維などの繊維をプラスチックの中に入れて強度を向上させた材料である。タービン回転体３２に一般的に使用される金属材料に比べると、繊維強化複合材料は比強度を高められるという特徴を有している。タービン回転体３２が運転中に受ける主要な応力の一つに遠心応力がある。このような遠心応力を含む半径方向（放射方向）応力に対しては、例えば半径方向に沿って繊維を配置することにより、強度を効果的に高めることができる。また、周方向応力に対しては、周方向に沿って繊維を配置することにより、強度を効果的に高めることができる。このように、応力の方向に沿って繊維を配置することにより、一般的な金属材料により形成されたタービン回転体３２よりも、繊維強化複合材料により形成されたタービン回転体３２の強度を効果的に高めることができる。なお、繊維強化複合材料は、蒸気タービン３０に供給される作動蒸気の温度に耐えることができる程度の耐熱性を有していることが好適である。
【００２４】
また、繊維強化複合材料の比重は、タービン回転体３２に一般的に使用される金属材料の約１／５とすることができる。このため、繊維強化複合材料でタービンロータ３３を形成した場合には、タービン回転体３２の質量を大幅に低減することが可能となる。
【００２５】
図２に示すように、ケーシング３１の内周側には、複数（図２では４つ）のダイアフラム外輪３７が設けられている。これらのダイアフラム外輪３７は、軸線方向に互いに離間して配置されている。ダイアフラム外輪３７より内周側には、ダイアフラム内輪３８が設けられている。各ダイアフラム外輪３７とこれに対応するダイアフラム内輪３８との間には、複数の静翼が周方向に列状に設けられている。これらの静翼によって静翼翼列３９が構成されている。このようにして、ケーシング３１内に、複数の静翼翼列３９が設けられている。なお、ここでは、静翼翼列３９が、ダイアフラム外輪３７とダイアフラム内輪３８とによって支持されている例を示しているが、このことに限られることはない。例えば、静翼翼列３９はダイアフラム外輪３７を介在させることなくケーシング３１に支持される構成とすることもでき、ダイアフラム内輪３８を用いることがない構成とすることもできる。
【００２６】
静翼翼列３９は、タービン回転体３２の軸線方向に動翼翼列３４と交互に配置されている。そして、一の静翼翼列３９と、当該一の静翼翼列３９の下流側（作動蒸気の主流方向Ｐの下流側）に配置された一の動翼翼列３４との組み合わせによって、タービン段落４０が構成されている。すなわち、動翼翼列３４の上流側に、同じタービン段落４０を構成する静翼翼列３９が配置されている。ケーシング３１内には、このようなタービン段落４０が複数設けられている。なお、ここでは、４つのタービン段落４０が設けられている例を示しているが、このことに限られることはなく、タービン段落４０の数は、任意とすることができる。
【００２７】
図１に示すように、ケーシング３１には、蒸気入口管４１が連結されている。この蒸気入口管４１は、ボイラ１１において発生して作動蒸気ライン１２により送られてきた作動蒸気を、ケーシング３１内に案内するためのものである。なお、本実施の形態では、蒸気入口管４１は、タービン回転体３２の軸線方向に直交する方向に延びており、作動蒸気が上方からケーシング３１内に流入するようになっている。しかしながらこのことに限られることはなく、作動蒸気を側方または下方からケーシング３１内に流入するように蒸気入口管４１を形成してもよい。
【００２８】
最終（最も下流側）のタービン段落４０の下流側には、排気ディフューザ４２が設けられている。この排気ディフューザ４２は、タービン段落４０を通過した作動蒸気の静圧を回復するためのものである。排気ディフューザ４２を通過した作動蒸気は、図１に示す復水器１３に供給される。
【００２９】
図２に示すように、ケーシング３１には、２つのグランドシール部４３ａ、４３ｂが設けられている。これらのグランドシール部４３ａ、４３ｂは、複数のタービン段落４０の両側に配置されている。すなわち、最も上流側の第１タービン段落４０よりも主流方向上流側（図２における左側）に第１グランドシール部４３ａが配置され、最終のタービン段落４０よりも主流方向下流側（図２における右側）に第２グランドシール部４３ｂが配置されている。これらのグランドシール部４３ａ、４３ｂは、ケーシング３１の外側の雰囲気とケーシング３１の内側の雰囲気とを区画するためのものとなっている。グランドシール部４３ａ、４３ｂによって、ケーシング３１内の作動蒸気がケーシング３１の外部に漏洩することを防止するとともに、ケーシング３１の外側の空気がケーシング３１内に流入することを防止している。
【００３０】
各グランドシール部４３ａ、４３ｂは、２つの部屋４４、４６を有しており、各部屋４４、４６には、各部屋の圧力を調整するための配管４５、４７が連結されている。
【００３１】
２つの部屋４４、４６のうちケーシング３１の外側に配置された第１の部屋４４には、ＳＰＥ（スチームパッキンエグゾースト）配管４５が連結されている。ＳＰＥ配管４５内の圧力は、第１の部屋４４の圧力が常に大気よりも低い圧力（負圧）になるように調整されている。このことにより、ケーシング３１の外部から第１の部屋４４に流入する空気と、ケーシング３１の内部から第１の部屋４４に流入する作動蒸気とが、ＳＰＥ配管４５に吸い込まれるように構成されている。ＳＰＥ配管４５は、図１に示す復水器１３（または図示しないグランドコンデンサ）に連結されており、ＳＰＥ配管４５に吸い込まれた蒸気は、復水器１３において凝縮されて水になる。また、ＳＰＥ配管４５に吸い込まれた空気は、真空ポンプやエゼクターなどによってグランドシール系統の外部に排出される。
【００３２】
第１の部屋４４に内側で隣接する第２の部屋４６には、ＳＳＨ（スチームシールヘッダ）配管４７が連結されている。ＳＳＨ配管４７内の圧力は、第２の部屋４６の圧力が大気よりもわずかに高い圧力となるように調整されている。このことにより、第２の部屋４６から第１の部屋４４への蒸気の流れが形成される。ＳＳＨ配管４７は、図１に示すボイラ１１に連結されており、このボイラ１１から蒸気が供給されるようになっている。
【００３３】
なお、図２に示す形態においては、グランドシール部４３ａ、４３ｂのタービンロータ３３に対向する面に、シールフィンやメカニカルシールなどのシール装置１２４（図８参照）が補助的に設けられていてもよい。この場合、グランドシール部４３ａ、４３ｂとタービンロータ３３との間の隙間を低減することができ、ケーシング３１内の作動蒸気がケーシング３１の外部に漏洩することをより一層防止できるとともに、ケーシング３１の外側の空気がケーシング３１内に流入することをより一層防止できる。
【００３４】
タービン回転体３２の軸線方向荷重は、タービンスラスト軸受５０によって支持されている。タービンスラスト軸受５０は、図２には明瞭に示されていないがケーシング３１に支持されており、一方の第１グランドシール部４３ａよりケーシング３１の外側（図２における左側）に配置されている。一般的には、タービンスラスト軸受５０は、一軸線で互いに連結された複数の回転体のうちのいずれか一の位置に設けられていればよい。このため、図２に示すタービンスラスト軸受５０の位置は一例であって、これとは反対側、すなわち、第２グランドシール部４３ｂよりケーシング３１の外側（図２における右側）に配置されていてもよい。あるいは、発電機７０の発電機回転体７２（後述）にスラスト軸受が設置される場合には、蒸気タービン３０のタービンロータ３３にタービンスラスト軸受５０を設置しなくてもよい。さらに、複車室タービンのように、タービンロータ３３に連結される他のタービンロータにスラスト軸受を設置する場合には、当該タービンロータ３３にタービンスラスト軸受５０を設置しなくてもよい。
【００３５】
図２に示すように、タービンスラスト軸受５０は、タービンロータ３３の一対のスラストカラー部３６の間に取り付けられている。具体的には、タービンロータ３３は、ロータ本体３３ａから外周側に突出するとともに互いに離間した一対のスラストカラー部３６を有している。これら一対のスラストカラー部３６の間に、タービンスラスト軸受５０が装着されている。タービンスラスト軸受５０は、スラストカラー部３６を介して、タービン回転体３２の軸線方向荷重を支持するようになっている。
【００３６】
なお、図２においては、タービン回転体３２の端部は省略されているが、一般的には、単流単車室タービンおよび複流単車室タービンでは、一方の端部に発電機７０の発電機回転体７２（後述）が連結され、他方の端部に回転数計等の監視計器が取り付けられている。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、用途によっては、発電機７０の代わりにポンプ等が連結されていてもよい。また、タービン回転体３２は、減速機を介して発電機７０またはポンプに連結されていてもよい。複車室タービンでは、図２に示すタービン回転体３２の端部に、他のタービン回転体が連結されていてもよい。
【００３７】
タービン回転体３２は、一対のタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂによってケーシング３１に対して回転自在に支持されている。タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂは、タービン回転体３２の半径方向荷重を支持するためのものである。タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂは、図２には明瞭に示していないがケーシング３１に支持されており、２つのグランドシール部４３ａ、４３ｂよりケーシング３１の外側に配置されている。すなわち、主流方向上流側の第１タービンジャーナル軸受６０ａは、第１グランドシール部４３ａよりケーシング３１の外側（図２における左側）に配置され、主流方向下流側の第２タービンジャーナル軸受６０ｂは、第２グランドシール部４３ｂよりケーシング３１の外側（図２における右側）に配置されている。
【００３８】
タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂは、図３に示すように、環状の軸受本体６１と、軸受本体６１の内側に設けられた複数のジャーナル軸受パッド６２と、を有している。これらのジャーナル軸受パッド６２は、軸受本体６１の内側において周方向に略等間隔に配置されている。軸受本体６１の内面には、対応するジャーナル軸受パッド６２を揺動自在に支持する複数のピボット６３が設けられている。各ジャーナル軸受パッド６２の周囲には所定の圧力で潤滑水が導かれて、タービンロータ３３のロータ本体３３ａとジャーナル軸受パッド６２との間に潤滑水の水膜が形成される。この水膜が、タービン回転体３２の半径方向荷重を支持するとともにタービン回転体３２をスムーズに回転可能な潤滑性を持つような厚さを有するようになっている。
【００３９】
タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂには、図１に示すように、復水系統１６から潤滑水が供給されるようになっている。具体的には、復水ポンプ１４とボイラ１１とを連結する復水ライン１５から分岐した潤滑水供給ライン２１が設けられている。潤滑水供給ライン２１の上流側端部は、復水ポンプ１４とボイラ１１との間の途中位置に連結されている。潤滑水供給ライン２１は、途中位置で分岐して、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに連結されている。このことにより、復水ポンプ１４において昇圧された復水の一部が、復水ライン１５および潤滑水供給ライン２１を介して、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに供給される。すなわち、復水ポンプ１４が潤滑水供給部を構成し、復水ポンプ１４からタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに復水の一部が潤滑水として供給される。この場合、復水ポンプ１４において昇圧された後に復水の一部が取り出されるために、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂにスムーズに復水を供給することができる。このため、復水をタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに供給するためにポンプなどを追加的に設けることを不要とすることができ、潤滑水を供給するための構成が煩雑化することを防止し、設備コストを低減できる。
【００４０】
タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂから排出される潤滑水は、潤滑水排出ライン２２を介して復水器１３に戻される。このようにして、潤滑水は強制的に循環して反復的に使用されるようになっている。ここでは、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂから排出される潤滑水が、途中位置で合流して復水器１３に戻される例を示している。
【００４１】
ところで、上述したタービンスラスト軸受５０は、タービン回転体３２の軸線方向荷重に耐えることが可能であれば、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂと同様に、潤滑水によってタービン回転体３２の軸線方向荷重を支持するように構成されていてもよい。この場合、タービンスラスト軸受５０は、図２に示すように、環状の軸受本体５１と、軸受本体５１の両側に設けられた複数のスラスト軸受パッド５２と、を有している。これらのスラスト軸受パッド５２は、周方向に略等間隔に配置され、タービンロータ３３の各スラストカラー部３６と各スラスト軸受パッド５２との間に潤滑水が所定の圧力で導かれて水膜が形成される。これらの水膜が、タービン回転体３２の軸線方向荷重を支持するとともにタービン回転体３２をスムーズに回転可能な潤滑性を持つような厚さを有するようにすることができる。そして、このようなタービンスラスト軸受５０には、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂと同様にして、復水系統１６から潤滑水を供給するとともに、復水器１３に戻すことができる。
【００４２】
図１に示すように、蒸気タービン３０のタービンロータ３３には上述した発電機７０が連結されている。発電機７０は、発電機本体７１と、発電機本体７１内に回転自在に貫通した発電機回転体７２と、を有している。このうち発電機回転体７２が、タービンロータ３３に連結されている。このことにより、タービンロータ３３の回転トルクが発電機回転体７２に伝達されて、発電機７０が発電を行うようになっている。
【００４３】
発電機回転体７２は、２つの発電機ジャーナル軸受７３によって発電機本体７１に対して回転自在に支持されている。発電機ジャーナル軸受７３は、発電機回転体７２の半径方向荷重を支持するためのものであり、発電機本体７１に支持されている。また、発電機ジャーナル軸受７３は、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂと同様な構造を有しているが、本実施の形態においては、発電機ジャーナル軸受７３に潤滑剤として油が所定の圧力で供給されて、発電機回転体７２のロータとパッド（図示せず）との間に潤滑油の油膜が形成される。この油膜が、発電機回転体７２の半径方向荷重を支持するとともに発電機回転体７２をスムーズに回転可能な潤滑性を持つような厚さを有するようになっている。
【００４４】
発電機ジャーナル軸受７３には、図１に示すように、潤滑油タンク７４に貯蔵されていた潤滑油が潤滑油ポンプ７５によって供給されるようになっている。すなわち、潤滑油タンク７４の下流側に潤滑油ポンプ７５が設けられ、潤滑油ポンプ７５の下流側に潤滑油冷却器７６が設けられている。潤滑油冷却器７６と発電機ジャーナル軸受７３とは、潤滑油供給ライン７７によって連結されている。この潤滑油供給ライン７７は、途中位置で分岐して、２つの発電機ジャーナル軸受７３に潤滑油を供給するようになっている。このようにして、潤滑油系統７８が形成され、潤滑油ポンプ７５において昇圧された潤滑油が、潤滑油冷却器７６において冷却され、その後、発電機ジャーナル軸受７３に供給される。発電機ジャーナル軸受７３から排出された潤滑油は、潤滑油排出ライン７９を介して潤滑油タンク７４に戻される。このようにして、潤滑油は強制的に循環して反復的に使用されるようになっている。本実施の形態においては、蒸気タービン３０のタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂおよびタービンスラスト軸受５０には、潤滑油ではなく潤滑水が供給されるため、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂおよびタービンスラスト軸受５０に潤滑油を使用する場合と比べると、潤滑油系統７８の各機器の容量を低減することができる。
【００４５】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００４６】
蒸気タービン３０の運転中、図１に示すように、ボイラ１１において発生した作動蒸気が、作動蒸気ライン１２を介して蒸気タービン３０に供給される。
【００４７】
蒸気タービン３０に供給された作動蒸気は、図２に示すように蒸気入口管４１を通ってケーシング３１内に流入する。流入した作動蒸気は、静翼翼列３９と動翼翼列３４とによりそれぞれ構成される複数のタービン段落４０を通って膨張仕事を行う。このことにより、タービン回転体３２が回転し、タービン回転体３２の回転トルクが発電機７０の発電機回転体７２に伝達される。発電機回転体７２の回転により、発電機７０が発電を行い、発電出力が得られる。
【００４８】
膨張仕事を行った作動蒸気は、排気ディフューザ４２を通って蒸気タービン３０から排出されて復水器１３に供給される。復水器１３において、供給された作動蒸気と、冷却水系統１７から供給される冷却水とが熱交換を行い、作動蒸気が凝縮されて復水が生成される。生成された復水は、復水ポンプ１４によって昇圧されて復水ライン１５を通ってボイラ１１に供給される。
【００４９】
一方、蒸気タービン３０のタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂには、復水系統１６から潤滑水が供給される。すなわち、復水ポンプ１４によって昇圧された復水の一部が、潤滑水として、復水ライン１５および潤滑水供給ライン２１を介してタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂおよびタービンスラスト軸受５０に供給される。供給された潤滑水は、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂのジャーナル軸受パッド６２（図３参照）の周囲に導かれるとともに、タービンロータ３３のスラストカラー部３６とタービンスラスト軸受５０のスラスト軸受パッド５２との間にも導かれる。そして、タービンロータ３３のロータ本体３３ａとジャーナル軸受パッド６２との間に、潤滑水の水膜が形成されるとともに、スラストカラー部３６とスラスト軸受パッド５２との間に、潤滑水の水膜が形成される。
【００５０】
ところで、上述したように、タービンロータ３３が繊維強化複合材料により形成されているため、タービンロータ３３を含むタービン回転体３２の質量が低減されている。すなわち、繊維強化複合材料の比重は、材料の種類にもよるが、タービンロータ３３に一般的に使用される金属材料の比重の１／５程度とすることができる。このことにより、タービンロータ３３を繊維複合強化材料により形成する場合、金属材料により形成する場合に比べて、タービンロータ３３を含むタービン回転体３２の質量を大幅に低減することができる。このため、動粘度が油より小さい水をジャーナル軸受の潤滑剤として使用した場合であっても、タービンロータ３３のロータ本体３３ａとジャーナル軸受パッド６２との間に形成される潤滑水の水膜の厚さを確保するとともに、ロータ本体３３ａとジャーナル軸受パッド６２との間の潤滑性を確保することができる。これにより、タービン回転体３２の半径方向荷重を支持すると共に、タービン回転体３２をスムーズに回転させることが可能となる。
【００５１】
また、タービンスラスト軸受５０においては、タービンロータ３３のスラストカラー部３６とスラスト軸受パッド（図２参照）５２との間に形成される潤滑水の水膜の厚さを確保するとともに、スラストカラー部３６とスラスト軸受パッド５２との間の潤滑性を確保することができる。これにより、タービン回転体３２の軸線方向荷重を支持すると共に、タービン回転体３２をスムーズに回転させることが可能となる。
【００５２】
タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂおよびタービンスラスト軸受５０から排出された潤滑水は、潤滑水排出ライン２２を通って復水器１３に送られる。
【００５３】
このように本実施の形態によれば、潤滑水供給部として構成されている復水ポンプ１４から、復水の一部が蒸気タービン３０のタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに供給される。一方、タービン回転体３２のタービンロータ３３が、繊維強化複合材料により形成されている。このことにより、タービンロータ３３を含むタービン回転体３２の質量を低減して、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂが受ける半径方向荷重を低減することができる。このため、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに供給された潤滑水が、タービン回転体３２の半径方向荷重を支持し、タービン回転体３２をスムーズに回転させることができる。この結果、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂの潤滑剤として、油ではなく水を使用することができる。
【００５４】
また、本実施の形態によれば、上述したように、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂの潤滑剤として水を使用することができることにより、潤滑水が系統の外部に漏洩した場合であっても、潤滑剤として油を使用した場合に懸念される火災や環境汚染などのリスクを回避することができる。このため、設備の維持管理を簡略化することができる。また、潤滑油系統７８における潤滑油タンク７４、潤滑油ポンプ７５、潤滑油冷却器７６などの各機器の容量を低減することができる。
【００５５】
また、本実施の形態によれば、上述したように、復水ポンプ１４から復水の一部が潤滑水としてタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに供給されることにより、復水ポンプ１４において昇圧した復水の一部をタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに供給することができる。このため、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに潤滑水を供給するための構成が煩雑化することを防止し、設備コストを低減できる。
【００５６】
また、本実施の形態によれば、上述したように、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに供給される潤滑水として、復水を使用していることにより、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに供給される潤滑水の温度を低くすることができる。このため、タービン回転体３２の回転によってタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂが温度上昇することを抑制できる。また、潤滑水を冷却するために冷却器などを追加的に設けることを不要とすることができ、潤滑水を供給するための構成が煩雑化することを防止し、設備コストを低減できる。
【００５７】
さらに、本実施の形態によれば、潤滑水供給部として構成されている復水ポンプ１４から、復水の一部が蒸気タービン３０のタービンスラスト軸受５０に供給される。このことにより、タービンスラスト軸受５０に供給された潤滑水が、タービン回転体３２の軸線方向荷重を支持し、タービン回転体３２をスムーズに回転させることができる。この結果、タービンスラスト軸受５０の潤滑剤として、油ではなく水を使用することができる。
【００５８】
なお、上述した本実施の形態においては、タービンロータ３３が繊維強化複合材料により形成されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、タービン回転体３２の動翼翼列３４が繊維強化複合材料により形成されていてもよい。この場合においても、タービン回転体３２の質量を低減することができ、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに潤滑水を用いることができる。また、タービン回転体３２のうち繊維強化複合材料により形成される部分は、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに潤滑水を用いることが可能な程度にタービン回転体３２の質量を低減することが可能であれば、任意とすることができる。さらに、タービン回転体３２の全体が繊維強化複合材料により形成されていてもよく、この場合には、タービン回転体３２の質量をより一層低減することができる。
【００５９】
さらに、上述した本実施の形態においては、復水がボイラ１１に供給されて、ボイラ１１において燃料を燃焼することによって発生した熱により復水から作動蒸気が生成される例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、上述した本実施の形態による蒸気タービンシステム１０および蒸気タービン発電プラント１は、地熱発電プラントに適用することもできる。この場合、ボイラ１１の代わりに、地熱蒸気が発生する蒸気井から、蒸気タービン３０に作動蒸気が供給されるようになる。蒸気タービン３０から排出された作動蒸気は、復水器に供給されて凝縮され、復水が生成される。この復水の一部を、潤滑水としてタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂおよびタービンスラスト軸受５０に供給することができる。なお、生成された復水は、クーリングタワー（図示せず）に供給されて外気と熱交換して冷却され、冷却された復水が冷却水として復水器に供給されるようにしてもよい。この場合、復水器では、クーリングタワーから供給された冷却水が、蒸気タービン３０から供給された作動蒸気を冷却して凝縮させるようになる。
【００６０】
（第２の実施の形態）
次に、図４を用いて、本発明の第２の実施の形態における蒸気タービンシステムおよび蒸気タービン発電プラントについて説明する。
【００６１】
図４に示す第２の実施の形態においては、タービンロータが、軸線方向に延びる中空孔を含んでいる点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図４において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６２】
図４に示すように、タービンロータ３３のロータ本体３３ａに、軸線方向に延びる中空孔１００が設けられている。この場合、軸線の方向からみた場合に、ロータ本体３３ａの断面がリング状に形成される。
【００６３】
このように本実施の形態によれば、タービンロータ３３が中空孔１００を含んでいるため、タービンロータ３３を含むタービン回転体３２の質量をより一層低減することができる。このため、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに供給された潤滑水が、タービン回転体３２の半径方向荷重を支持しながら、タービン回転体３２をより一層スムーズに回転させることができる。
【００６４】
（第３の実施の形態）
次に、図５および図６を用いて、本発明の第３の実施の形態における蒸気タービンシステムおよび蒸気タービン発電プラントについて説明する。
【００６５】
図５および図６に示す第３の実施の形態においては、主流方向上流側のタービンジャーナル軸受とタービンスラスト軸受とが一体に形成されて、ケーシング内に配置されている点が主に異なり、他の構成は、図４に示す第２の実施の形態と略同一である。なお、図５および図６において、図４に示す第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６６】
図５に示すように、主流方向上流側の第１タービンジャーナル軸受６０ａとタービンスラスト軸受５０とが一体に形成されて軸受組合体１１０を構成している。この軸受組合体１１０が、タービン回転体３２の半径方向荷重と軸線方向荷重とを支持している。軸受組合体１１０は、ケーシング３１に支持されており、第１タービン段落４０より上流側に配置されている。
【００６７】
軸受組合体１１０は、第１タービンジャーナル軸受６０ａの機能とタービンスラスト軸受５０の機能とを有しており、図２および図３を用いて説明した第１タービンジャーナル軸受６０ａの構成とタービンスラスト軸受５０の構成とを組み合わせたものとすることができる。例えば、軸受組合体１１０は、図６に示すように、環状の軸受本体１１１と、軸受本体１１１の内側に設けられ、周方向に略等間隔に配置された複数のジャーナル軸受パッド１１２と、ジャーナル軸受パッド１１２の両側に設けられ、周方向に略等間隔に配置されたスラスト軸受パッド１１３と、を有する構成とすることができる。軸受本体１１１の内面には、対応するジャーナル軸受パッド１１２を揺動自在に支持する複数のピボット１１４が設けられている。このような、軸受組合体１１０には、図１に示すように、復水系統１６から潤滑水が供給される。
【００６８】
軸受組合体１１０に潤滑水が供給されると、タービンロータ３３のロータ本体３３ａとジャーナル軸受パッド１１２との間に所定の圧力で潤滑水が導かれて潤滑水の水膜が形成され、タービンロータ３３の各スラストカラー部３６とスラスト軸受パッド１１３との間に所定の圧力で潤滑水が導かれて潤滑水の水膜が形成される。このようにして、ロータ本体３３ａとジャーナル軸受パッド１１２との間の水膜が、タービン回転体３２の半径方向荷重を支持し、各スラストカラー部３６とスラスト軸受パッド１１３との間の水膜が、タービン回転体３２の軸線方向荷重を支持することができる。また、これらの水膜は、タービン回転体３２をスムーズに回転可能な潤滑性を有することができる。
【００６９】
ところで、図５に示すように、軸受組合体１１０は、ケーシング３１内に配置されており、タービンロータ３３はケーシング３１を貫通していない。すなわち、タービンロータ３３の上流側の端部３３ｂは、ケーシング３１内に配置されている。この上流側の端部に軸受組合体１１０が設置されている。ケーシング３１は、軸受組合体１１０を覆う上流側軸受空間画成部１１５を含んでおり、この上流側軸受空間画成部１１５は、軸受組合体１１０の周囲に上流側軸受空間１１６を画成している。この上流側軸受空間画成部１１５は、上流側軸受空間１１６と、ケーシング３１内の他の空間（上流側軸受空間１１６外の空間）とを区画している。軸受組合体１１０は、この上流側軸受空間画成部１１５に支持されている。
【００７０】
上流側軸受空間画成部１１５は、ストラット１１７を介して、ケーシング３１の下部に支持されている。また、上流側軸受空間画成部１１５には、軸受組合体１１０に潤滑水を供給する給水管１１８と、上流側軸受空間１１６から潤滑水を排出する２つの配水管１１９が連結されている。給水管１１８および配水管１１９は、ストラット１１７の内部を通るように形成されている。このことにより、復水系統１６から供給された潤滑水は、給水管１１８を通って軸受組合体１１０に供給される。潤滑水は、軸受組合体１１０から上流側軸受空間１１６に排出され、その後、配水管１１９を通って復水器１３に戻される。
【００７１】
このように本実施の形態によれば、第１タービンジャーナル軸受６０ａとタービンスラスト軸受５０とが一体に形成された軸受組合体１１０がタービン回転体３２を支持している。このことにより、蒸気タービン３０の構成を簡略化することができるとともに、潤滑水の供給系統および排水系統を簡素化することができる。
【００７２】
また、本実施の形態によれば、軸受組合体１１０の潤滑剤として、油ではなく、作動蒸気と同じ成分で構成された水を使用することができる。このことにより、潤滑水がケーシング３１内で漏洩した場合であっても作動蒸気に不純物が混合されることを回避できるため、軸受組合体１１０をケーシング３１内に配置することができる。このため、タービン回転体３２のタービンロータ３３の上流側の端部を、ケーシング３１内に配置することができる。この場合、図１に示すような２つのグランドシール部４３ａ、４３ｂのうちの一方の第１グランドシール部４３ａを省略することができ、蒸気タービンシステム１０の構成を簡素化することができる。また、この場合、タービンロータ３３の全長を短くすることができ、蒸気タービン３０のコンパクト化を図ることができる。
【００７３】
なお、上述した本実施の形態においては、第１タービンジャーナル軸受６０ａとタービンスラスト軸受５０とが一体に形成された軸受組合体１１０がケーシング３１内に配置されている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、第１タービンジャーナル軸受６０ａまたはタービンスラスト軸受５０が、単体で、ケーシング３１内に配置されていてもよい。また、軸受組合体１１０は、ケーシング３１の外側に配置されていてもよい。
【００７４】
（第４の実施の形態）
次に、図７を用いて、本発明の第４の実施の形態における蒸気タービンシステムおよび蒸気タービン発電プラントについて説明する。
【００７５】
図７に示す第４の実施の形態においては、蒸気入口管がタービンロータの軸線方向に延びている点が主に異なり、他の構成は、図５および図６に示す第３の実施の形態と略同一である。なお、図７において、図５および図６に示す第３の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７６】
図７に示すように、蒸気入口管４１は、タービンロータ３３の軸線方向に延びるように形成されている。また、ケーシング３１の上流側軸受空間画成部１１５が、タービンロータ３３の軸線に同心状に形成され、その外周側に作動蒸気が通過する空間が形成されている。この空間は、軸線の方向からみた場合に、リング状となるように全周にわたって形成されている。また、上流側軸受空間画成部１１５の下流側端部において、上流側軸受空間画成部１１５の外周面は、第１タービン段落４０に対応するダイアフラム内輪３８の外周面と略面一になっている。このようにして、蒸気入口管４１から供給される作動蒸気は、上流側軸受空間画成部１１５の外周側の空間を通って軸線方向に沿って流れ、第１タービン段落４０にスムーズに供給されるようになっている。
【００７７】
このように本実施の形態によれば、第１タービンジャーナル軸受６０ａとタービンスラスト軸受５０とが一体に形成された軸受組合体１１０がケーシング３１内に配置されているため、タービンロータ３３の上流側端部をケーシング３１内に配置することができる。このことにより、蒸気入口管４１をタービンロータ３３の軸線方向に延びるように形成して、蒸気入口管４１から供給される作動蒸気を、軸線方向に沿って流して第１タービン段落４０にスムーズに供給することができる。このため、第１タービン段落４０に供給される作動蒸気を、その流れの向きを大きく変えることなく第１タービン段落４０にスムーズに供給することができ、圧力損失が生じることを抑制して、蒸気タービン３０の効率を向上させることができる。
【００７８】
（第５の実施の形態）
次に、図８を用いて、本発明の第５の実施の形態における蒸気タービンシステムおよび蒸気タービン発電プラントについて説明する。
【００７９】
図８に示す第５の実施の形態においては、主流方向下流側のタービンジャーナル軸受は、ケーシングの外側の雰囲気と内側の雰囲気とを区画するグランドシール部として機能している点が主に異なり、他の構成は、図７に示す第４の実施の形態と略同一である。なお、図８において、図７に示す第４の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８０】
図８に示すように、主流方向下流側の第２タービンジャーナル軸受６０ｂは、ケーシング３１の外側の雰囲気とケーシング３１の内側の雰囲気とを区画するグランドシール部として機能している。すなわち、第２タービンジャーナル軸受６０ｂは、第２グランドシール部４３ｂを兼用している。
【００８１】
第２タービンジャーナル軸受６０ｂは、下流側軸受空間画成部１２０によって覆われている。この下流側軸受空間画成部１２０は、第２タービンジャーナル軸受６０ｂの周囲に下流側軸受空間１２１を画成し、下流側軸受空間１２１とケーシング３１内の空間とを区画するとともに、下流側軸受空間１２１とケーシング３１の外部とを区画している。
【００８２】
下流側軸受空間画成部１２０は、ケーシング３１に支持されている。また、下流側軸受空間画成部１２０には、第２タービンジャーナル軸受６０ｂに潤滑水を供給する給水管１２２と、下流側軸受空間１２１から潤滑水を排出する２つの配水管１２３が連結されている。給水管１２２および配水管１２３は、下流側軸受空間画成部１２０の内部を通るように形成されている。このことにより、復水系統１６から供給された潤滑水は、給水管１２２を通って第２タービンジャーナル軸受６０ｂに供給される。第２タービンジャーナル軸受６０ｂから下流側軸受空間１２１に排出される。下流側軸受空間１２１に排出された潤滑水は、配水管１２３を通って復水器１３に戻される。
【００８３】
第２タービンジャーナル軸受６０ｂに供給された潤滑水は、ジャーナル軸受パッド６２の周囲に所定の圧力で導かれる。この潤滑水によって、ケーシング３１内の作動蒸気がケーシング３１の外部に漏洩することが防止されるとともに、ケーシング３１の外側の空気がケーシング３１内に流入することが防止されている。
【００８４】
このように本実施の形態によれば、主流方向下流側の第２タービンジャーナル軸受６０ｂが、ケーシング３１の外側の雰囲気とケーシング３１の内側の雰囲気とを区画するグランドシール部として機能している。このことにより、ケーシング３１内の作動蒸気がケーシング３１の外部に漏洩することを防止できるとともに、ケーシング３１の外側の空気がケーシング３１内に流入することを防止できる。また、この場合、図１に示すような第２グランドシール部４３ｂや、ＳＰＥ配管４５、ＳＳＨ配管４７などを省略することができ、蒸気タービンシステム１０の構成を簡素化することができる。
【００８５】
なお、上述した本実施の形態においては、図８に示すように、下流側軸受空間画成部１２０のタービンロータ３３に対向する面に、シールフィンやメカニカルシールなどのシール装置１２４が補助的に設けられていてもよい。この場合、グランドシール部４３ａ、４３ｂとタービンロータ３３との間の隙間を低減することができ、ケーシング３１内の作動蒸気がケーシング３１の外部に漏洩することをより一層防止できるとともに、ケーシング３１の外側の空気がケーシング３１内に流入することをより一層防止できる。
【００８６】
（第６の実施の形態）
次に、図９を用いて、本発明の第６の実施の形態における蒸気タービンシステムおよび蒸気タービン発電プラントについて説明する。
【００８７】
図９に示す第６の実施の形態においては、潤滑水供給部が冷却水ポンプによって構成されている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図９において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８８】
図９に示すように、潤滑水供給部は、冷却水系統１７の冷却水ポンプ１９によって構成されており、冷却水系統１７から冷却水が供給されるようになっている。
【００８９】
すなわち、潤滑水供給ライン２１は、冷却水ポンプ１９と復水器１３とを連結する冷却水ライン２０から分岐しており、潤滑水供給ライン２１の上流側端部が、冷却水ポンプ１９と復水器１３との間の途中位置に連結されている。このことにより、冷却水ポンプ１９において昇圧された冷却水の一部が、冷却水ライン２０および潤滑水供給ライン２１を介して、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに供給される。すなわち、冷却水ポンプ１９が潤滑水供給部を構成し、冷却水ポンプ１９からタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに冷却水の一部が潤滑水として供給される。この場合、冷却水ポンプ１９において昇圧された後に冷却水の一部が取り出されるために、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂにスムーズに冷却水を供給することができる。このため、冷却水をタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂに供給するためにポンプなどを追加的に設けることを不要とすることができ、潤滑水を供給するための構成が煩雑化することを防止し、設備コストを低減できる。
【００９０】
タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂから排出される潤滑水は、潤滑水排出ライン２２を介して冷却塔１８に戻される。このようにして、潤滑水は強制的に循環して反復的に使用されるようになっている。タービンスラスト軸受５０にも、上述したタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂと同様にして、潤滑水が供給されて排出されるようになっている。
【００９１】
このように本実施の形態によれば、冷却水ポンプ１９から冷却水の一部が潤滑水としてタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂおよびタービンスラスト軸受５０に供給される。このことにより、冷却水ポンプ１９において昇圧した冷却水の一部をタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂおよびタービンスラスト軸受５０に供給することができ、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂおよびタービンスラスト軸受５０に潤滑水を供給するための構成が煩雑化することを防止し、設備コストを低減できる。
【００９２】
また、本実施の形態によれば、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂおよびタービンスラスト軸受５０に供給される潤滑水として、復水器１３に供給されて作動蒸気を凝縮させるための冷却水を使用している。このことにより、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂおよびタービンスラスト軸受５０に供給される潤滑水の温度を低くすることができ、タービン回転体３２の回転によってタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂおよびタービンスラスト軸受５０が温度上昇することを抑制できる。また、冷却水が冷却塔１８において冷却されているため、潤滑水を冷却するために冷却器などを追加的に設けることを不要とすることができ、潤滑水を供給するための構成が煩雑化することを防止し、設備コストを低減できる。
【００９３】
（第７の実施の形態）
次に、図１０を用いて、本発明の第７の実施の形態における蒸気タービンシステムおよび蒸気タービン発電プラントについて説明する。
【００９４】
図１０に示す第７の実施の形態においては、発電機の発電機回転体を支持する発電機ジャーナル軸受が、潤滑水によって半径方向荷重を支持するように構成されている点が主に異なり、他の構成は、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１０において、図１乃至図３に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９５】
図１０に示すように、発電機７０は、発電機本体７１と、発電機本体７１内に回転自在に貫通した発電機回転体７２と、を有している。このうち発電機回転体７２が、タービンロータ３３に連結されている。発電機回転体７２は、発電機ジャーナル軸受７３によって発電機本体７１に対して回転自在に支持されている。
【００９６】
発電機ジャーナル軸受７３は、図２に示すタービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂと同様の構成を有しており、復水系統１６から供給される潤滑水によって半径方向荷重を支持するように構成されている。具体的には、潤滑水供給ライン２１が分岐して発電機ジャーナル軸受７３に連結されており、復水ポンプ１４において昇圧された復水の一部が、復水ライン１５および潤滑水供給ライン２１を介して、発電機ジャーナル軸受７３にも供給されるようになっている。すなわち、復水ポンプ１４が潤滑水供給部を構成し、復水ポンプ１４から発電機ジャーナル軸受７３に復水の一部が潤滑水として供給される。この場合、復水ポンプ１４において昇圧された後に復水の一部が取り出されるために、発電機ジャーナル軸受７３にスムーズに復水を供給することができる。このため、復水を発電機ジャーナル軸受７３に供給するためにポンプなどを追加的に設けることを不要とすることができ、潤滑水を供給するための構成が煩雑化することを防止し、設備コストを低減できる。
【００９７】
このように本実施の形態によれば、復水ポンプ１４から復水の一部が発電機７０の発電機ジャーナル軸受７３に供給される。このことにより、発電機ジャーナル軸受７３の潤滑剤として、油ではなく水を使用することができる。このため、潤滑水が系統の外部に漏洩した場合であっても、潤滑剤として油を使用した場合に懸念される火災や環境汚染などのリスクをより一層回避することができる。このため、設備の維持管理をより一層簡略化することができる。また、この場合、図１に示すような潤滑油系統７８を省略することができ、蒸気タービン発電プラント１の構成を簡素化することができる。
【００９８】
なお、上述した本実施の形態においては、発電機回転体７２を形成する材料は、発電機ジャーナル軸受７３を潤滑水で構成することが可能な程度の質量を有していれば、任意とすることができるが、発電機回転体７２の少なくとも一部が、繊維強化複合材料により形成されていることが好適である。この場合、発電機回転体７２の質量を低減することができ、発電機回転体７２をより一層スムーズに回転させることができる。
【００９９】
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明してきたが、本発明による蒸気タービンシステムおよび蒸気タービン発電プラントは、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、部分的に適宜組み合わせることも可能である。
【０１００】
例えば、上述した実施の形態においては、蒸気タービン３０が横置きされ、タービン回転体３２の軸線が水平方向に沿っている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、蒸気タービン３０を縦置きにし、タービン回転体３２の軸線を鉛直方向に沿わせるようにしてもよい。この場合、タービンスラスト軸受５０が、タービン回転体３２の荷重を受けることになるが、タービン回転体３２の少なくとも一部が繊維強化複合材料により形成されているため、タービン回転体３２の質量を低減してタービンスラスト軸受５０が受ける軸線方向荷重を低減することができる。このため、タービンスラスト軸受５０の潤滑剤として、油ではなく水を使用することができる。
【０１０１】
また、上述した実施の形態においては、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂおよびタービンスラスト軸受５０に供給される潤滑水が、復水系統１６（図１参照）または冷却水系統１７（図９参照）から供給される例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、潤滑水のための専用の系統が設けられていてもよい。この場合、例えば、潤滑水を貯蔵するタンク、潤滑水を昇圧するためのポンプ、潤滑水を冷却するための冷却器などが設けられることが好適である。このことにより、貯蔵タンクに貯蔵された潤滑水が、ポンプによって昇圧されて冷却器において冷却され、タービンジャーナル軸受６０ａ、６０ｂおよびタービンスラスト軸受５０に供給することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１      蒸気タービン発電プラント
１０    蒸気タービンシステム
１３    復水器
１４    復水ポンプ
１８    冷却塔
１９    冷却水ポンプ
３０    蒸気タービン
３１    ケーシング
３２    タービン回転体
３３    タービンロータ
３４    動翼翼列
３９    静翼翼列
４１    蒸気入口管
５０    タービンスラスト軸受
６０ａ  第１タービンジャーナル軸受
６０ｂ  第２タービンジャーナル軸受
７０    発電機
７１    発電機本体
７２    発電機回転体
７３    発電機ジャーナル軸受
１００  中空孔
【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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【図９】
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【図１０】
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