(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸気タービンと、ガスタービン又はもう１台の蒸気タービン等の回転機械との間に発電機を配置し、該発電機のロータと前記回転機械のロータとを連結し、前記蒸気タービンのロータに第１接地極を設け、前記発電機のロータに第２接地極を設けた発電設備に用いられ、
前記発電機と前記蒸気タービンとの間の両ロータ間を電気的絶縁状態に連結することを特徴とする絶縁構造型ロータカップリング。
【請求項２】
請求項１に記載の絶縁構造型ロータカップリングにおいて、
前記発電機のロータ側に設けられた発電機側フランジと、前記蒸気タービンのロータ側に設けられた蒸気タービン側フランジと、これら発電機側フランジ及び蒸気タービン側フランジ間に挟み込まれるフランジ間絶縁部材と、該フランジ間絶縁部材を挟み込んだ状態の前記発電機側フランジ及び蒸気タービン側フランジ間を締め付ける連結ボルトとを備え、
前記フランジ間絶縁部材及び前記連結ボルトには、前記発電機側フランジ及び蒸気タービン側フランジ間の通電パスを遮断するアルミナ溶射面またはベークライト材からなる絶縁部がそれぞれ設けられていることを特徴とする絶縁構造型ロータカップリング。
【請求項３】
請求項２に記載の絶縁構造型ロータカップリングにおいて、
前記アルミナ溶射面は、シリコン系樹脂で被覆されていることを特徴とする絶縁構造型ロータカップリング。
【請求項４】
請求項２または３に記載の絶縁構造型ロータカップリングにおいて、
前記アルミナ溶射面は、ニッケルクロムからなるアンダーコートを介して設けられていることを特徴とする絶縁構造型ロータカップリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸気タービンと、ガスタービン又はもう１台の蒸気タービン等の回転機械との間に発電機を配置した発電設備に好適に用いられ、特に、軸電圧の発生によるロータや軸受け等の電食を防止可能な構造を備えた絶縁構造型ロータカップリングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発電設備の一例として、図８を参照して説明する。同図において、符号１は蒸気タービン、符号２は発電機、符号３はガスタービン又はもう１台の蒸気タービン等の回転機械（以下の説明においては、この回転機械の一例としてガスタービンを用いて説明するが、このガスタービンの代わりに、もう１台の蒸気タービン等を設置した場合も、以下に行う説明は同様である）を示している。そして、蒸気タービン１のロータ１ａと発電機２のロータ２ａとの間は、クラッチ５（自動嵌脱装置）を介在させて同軸に連結されている。また、発電機２のロータ２ａとガスタービン３のロータ３ａとの間も、ロータカップリング６により同軸に連結されている。さらに、各ロータ１ａ，２ａ，３ａは、軸受け７，・・・により回転可能に支持されている。
【０００３】
このように、蒸気タービン１とガスタービン３との間に発電機２を配置する構成を採用することにより、実質的に蒸気タービン１及びガスタービン３間を切り離すことが可能となる。これにより、発電機、蒸気タービン、ガスタービン（又はもう１台の蒸気タービン等の回転機械）の順序に配置する構成に比較して、クラッチ５で蒸気タービン１とガスタービン３とを切り離すことができ、運用のフレキシビリティーが図れるという効果を奏することが可能となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記説明の図８に示す配置の場合、発電機２の励磁機側とその反対側の軸とでは、原理的に軸電圧が異なるため、これらの間を（例えば接地アースグリッド経由などで）繋ぐと、そのループで多量の電流が各ロータ２ａ，１ａ，３ａ等に流れることとなる。
【０００５】
このような軸電圧が限界値を越えてしまうと、各ロータ１ａ，３ａと各軸受け７，・・・との間で絶縁破壊が生じて放電し、各ロータ１ａ，３ａのジャーナルやアースの周面及び各軸受け７，・・・のベアリングが、電食作用により損傷する問題を生じることとなる。
【０００６】
このような被害を予め防止する対策としては、図８に示すように、蒸気タービン１と発電機２との間に接地極９ａを設けて軸電流を逃がす方法がある。
通常では、各ロータ２ａ，３ａのように連結された連続な導体は、そのある一点を接地することにより、いずれの箇所においても同電位にすることができる。しかし、蒸気タービン１とガスタービン３との間に発電機２を配置する一軸系の構成では別であり、ある一点を接地しても、そこから遠く離れた点での電位が高くなることがある。したがって、接地極９ａのみによる対策では不足となることがあった。
【０００７】
そこで、図８に示すように、ガスタービン３と発電機２との間にも接地極９ｂを更に設けることで、接地極９ａから遠く離れたロータ３ａの電位が高くなるのを防ぐ対策が検討されていた。しかし、この２点接地を採用した場合には、アースグリッドを別々に処理しておかないと（例えば２点間が接続されていると）、同図の矢印ｃに示す環状のループ電流（主に発電機２で発生した交流成分）が多量に循環して、前述のように、軸電圧による各ロータ１ａ，３ａや各軸受け７，・・・が電食作用により損傷する問題を生じることとなる。
したがって、接地極９ａ，９ｂのみによる軸電圧対策でも不足となることがあり、新たな対策が切望されていた。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、蒸気タービンとガスタービン又はもう１台の蒸気タービン等の回転機械との間に発電機を配置する構成や絶縁を必要とする軸系に対し、軸電圧に起因する軸受けやロータ等の電食を確実に阻止することができる絶縁構造型ロータカップリングの提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に記載の絶縁構造型ロータカップリングは、蒸気タービンと、ガスタービン又はもう１台の蒸気タービン等の回転機械との間に発電機を配置し、該発電機のロータと前記回転機械のロータとを連結し、前記蒸気タービンのロータに第１接地極を設け、前記発電機のロータに第２接地極を設けた発電設備に用いられ、前記発電機と前記蒸気タービンとの間の両ロータ間を電気的絶縁状態に連結することを特徴とする。
上記請求項１に記載の絶縁構造型ロータカップリングによれば、第１接地極及び第２接地極を介してアースを取ることにより、各ロータの電位を下げることができる。なおかつ、絶縁構造型ロータカップリングにより、発電機のロータから第１接地極に向かって電流が流れるのを阻止することができるようになる。
【００１０】
請求項２に記載の絶縁構造型ロータカップリングは、請求項１に記載の絶縁構造型ロータカップリングにおいて、前記発電機のロータ側に設けられた発電機側フランジと、前記蒸気タービンのロータ側に設けられた蒸気タービン側フランジと、これら発電機側フランジ及び蒸気タービン側フランジ間に挟み込まれるフランジ間絶縁部材と、該フランジ間絶縁部材を挟み込んだ状態の前記発電機側フランジ及び蒸気タービン側フランジ間を締め付ける連結ボルトとを備え、前記フランジ間絶縁部材及び前記連結ボルトに、前記発電機側フランジ及び蒸気タービン側フランジ間の通電パスを遮断するアルミナ溶射面またはベークライト材からなる絶縁部がそれぞれ設けられていることを特徴とする。
上記請求項２に記載の絶縁構造型ロータカップリングによれば、絶縁部によって発電機側フランジ及び蒸気タービン側フランジ間の通電パスを確実に遮断することができる。
【００１１】
請求項３に記載の絶縁構造型ロータカップリングは、請求項２に記載の絶縁構造型ロータカップリングにおいて、前記アルミナ溶射面が、シリコン系樹脂で被覆されていることを特徴とする。
上記請求項３に記載の絶縁構造型ロータカップリングによれば、アルミナ溶射面のアルミナ層に生じる微細な気孔をシリコン系樹脂で被覆することができ、アルミナ溶射面の持つ電気的絶縁効果を向上させることができる。
【００１２】
請求項４に記載の絶縁構造型ロータカップリングは、請求項２または３に記載の絶縁構造型ロータカップリングにおいて、前記アルミナ溶射面が、ニッケルクロムからなるアンダーコートを介して設けられていることを特徴とする。
上記請求項４に記載の絶縁構造型ロータカップリングによれば、ニッケルクロムからなるアンダーコートを設けた上にアルミナ溶射を施すようにすることで、このアルミナ溶射を施す面に対する密着性を高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の絶縁構造型ロータカップリングの一実施形態についての説明を、図面を参照しながら以下に行うが、本発明がこれのみに限定解釈されるものでないことは勿論である。なお、図１は、本実施形態の絶縁構造型ロータカップリングを備えた発電設備の概略構成を示す説明図である。また、図２は、同発電設備の要部を示す図であって、図１のＡ部の縦断面図である。また、図３は、同発電設備の同要部に備えられている絶縁構造型ロータカップリングを示す図であって、図２のＢ部拡大図である。また、図４は、同絶縁構造型ロータカップリングを示す図であって、図３のＣ−Ｃ矢視図である。また、図５は、同絶縁構造型ロータカップリングを示す図であって、図３のＤ部拡大図である。また、図６は、同絶縁構造型ロータカップリングの要部を示す図であって、図３のＥ部拡大図である。また、図７は、同絶縁構造型ロータカップリングの同要部を示す図であって、図６のＦ部拡大図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の発電設備は、蒸気タービン１１とガスタービン１２（回転機械）との間に発電機１３を配置し、該発電機１３のロータ１３ａと蒸気タービン１１のロータ１１ａとの間を、クラッチ１４（自動嵌脱装置）及びジャックシャフト１５を介して連結し、発電機１３のロータ１３ａとガスタービン１２のロータ１２ａとを連結した概略構成を有している。
【００１５】
なお、本実施形態の説明においては、前記回転機械の一例として、前記ガスタービン１２を用いて説明を行うものとするが、このガスタービン１２の代わりに、図示されないもう１台の蒸気タービン等の他の回転機械を設置しても良い。
【００１６】
さらに、本実施形態の発電設備は、図１及び図２に示すように、発電機１３と蒸気タービン１１との間の両ロータ１３ａ，１１ａ間を、これら両ロータ１３ａ，１１ａ間を電気的絶縁状態に連結する絶縁構造型ロータカップリング１６を介して接続し、該絶縁構造型ロータカップリング１６よりも蒸気タービン１１側のロータ１１ａに第１接地極１７（ブラシ先端を蒸気タービン１１側のロータ１１ａの周面に摺接させる形式のアース極）を設け、発電機１３のロータ１３ａのガスタービン１２側の方に第２接地極１８（ブラシ先端を発電機１３側のロータ１３ａの周面に摺接させる形式のアース極）を設ける構成を採用した。
なお、図１の符号１９，・・・は、ロータ１１ａ，ジャックシャフト１５，ロータ１３ａ，ロータ１２ａ等の各ロータをそれぞれ軸支する軸受けを示している。
【００１７】
図３に示すように、前記絶縁構造型ロータカップリング１６は、前記発電機１３のロータ１３ａ側に設けられた発電機側フランジ２２（ロータ１３ａの端部に一体に固定されている）と、前記蒸気タービン１１のロータ１１ａ側のロータであるジャックシャフト１５に設けられた蒸気タービン側フランジ２１（ジャックシャフト１５の一端側に一体に形成されている）と、これら発電機側フランジ２２及び蒸気タービン側フランジ２１間に挟み込まれるフランジ間絶縁部材２３と、該フランジ間絶縁部材２３を挟み込んだ状態の発電機側フランジ２２及び蒸気タービン側フランジ２１間を締め付ける連結ボルト２４，・・・とを備えて構成されている。
【００１８】
そして、フランジ間絶縁部材２３及び各連結ボルト２４，・・・には、発電機側フランジ２２及び蒸気タービン側フランジ２１間の通電パスを遮断するアルミナ溶射面またはベークライト材からなる絶縁部がそれぞれ設けられている。これらアルミナ溶射面及びベークライト材からなる絶縁部については、以下に詳説する。
【００１９】
フランジ間絶縁部材２３は、図４及び図５に示すように、スペーサ２３ａと、該スペーサ２３ａをその両側面より挟み込んで凸型のインロー部を形成する一対のリング２３ｂ，２３ｃと、これらリング２３ｂ，２３ｃのそれぞれをスペーサ２３ａに対して固定する複数本のネジ２３ｄ，・・・とを備えて構成されている。
【００２０】
スペーサ２３ａは、ジャックシャフト１５とロータ１３ａとの間の隙間寸法を調整するための金属製の円盤部品であり、その両側面には、各リング２３ｂ，２３ｃがそれぞれ同軸に嵌合するための凹型のインロー部として円形凹部２３ａ１，２３ａ２が形成されている。
各リング２３ｂ，２３ｃは、薄板リング形状の金属部品であり、前記円形凹部２３ａ１，２３ａ２に接触する一側面及び外周面（図５の太線に示す部分）には、電気的絶縁を目的としてアルミナ溶射（絶縁部を形成するアルミナ溶射面）が施されており、共に金属部品である各リング２３ｂ，２３ｃをスペーサ２３ａに貼り合わせた状態でも、各リング２３ｂ，２３ｃとスペーサ２３ａとの間で電気的絶縁状態を確保することができるようになっている。
【００２１】
さらに、これらリング２３ｂ，２３ｃを固定する各ネジ２３ｄ，・・・はベークライト製の部品（絶縁部）であり、やはり、各リング２３ｂ，２３ｃとスペーサ２３ａとの間で電気的絶縁状態を確保できるようにしている。また、これら凸型のインロー部をなす各リング２３ｂ，２３ｃは、図６に示すように、各フランジ２１，２２のそれぞれに形成された凹部２１ａ，２２ａに嵌合することで、ジャックシャフト１５とロータ１３ａを互いに同軸に調整することが可能となっている。
【００２２】
なお、前記アルミナ溶射面は、その剥離を防止することを目的として、溶射面に対してニッケルクロムからなるアンダーコートを予め施した上に、溶射されている。さらに、前記アルミナ溶射面は、そのアルミナ層に微細な気孔が発生しており、このままでは絶縁効果が十分でないため、完璧な絶縁効果を出すためにシリコン系樹脂による全面被覆がなされている。以下に説明の各アルミナ溶射部分も、説明を省略するが、同様のアンダーコートとシリコン系樹脂被覆が施されているものとする。
【００２３】
各連結ボルト２４，・・・は、図６及び図７に示すように、ボルト本体２４ａ及びナット２４ｂ，２４ｂ及び割ピン２４ｃ，２４ｃと、絶縁スリーブ２４ｄ及び絶縁ワッシャ２４ｅ，２４ｅ及び絶縁リング２４ｆ，２４ｆとから構成されている。
ボルト本体２４ａ及びナット２４ｂ，２４ｂは金属部品であり、割りピン２４ｃ，２４ｃによりナット２４ｂ，２４ｂの廻り止めがなされている。
【００２４】
絶縁スリーブ２４ｄは、ベークライト材を、スパイラル状の溝が加工されたボルト本体２４ａの外周に巻き付けた薄肉円筒部品（絶縁部）であり、ボルト本体２４ａの周面が前記各フランジ２１，２２のボルト穴に接触してジャックシャフト１５とロータ１３ａとが電気的に導通状態になるのを、防止できるようになっている。
絶縁ワッシャ２４ｅ，２４ｅは、金属製のワッシャであり、前記各フランジ２１，２２に接触する当接面と外周面（図７の太線部分）には、電気的絶縁を目的とするアルミナ溶射（アルミナ溶射面を形成する絶縁部）が施されている。そして、このアルミナ溶射により、これら絶縁ワッシャが前記各フランジ２１，２２に接触してジャックシャフト１５とロータ１３ａとが電気的に導通状態になるのを、防止できるようになっている。
【００２５】
絶縁リング２４ｆ，２４ｆは、ベークライト製のリング状部品（絶縁部）であり、各絶縁ワッシャ２４ｅ，２４ｅのそれぞれに形成された凹部２４ｅ１，２４ｅ１に嵌合するようになっている。そして、これら絶縁リング２４ｆ，２４ｆにより、絶縁ワッシャ２４ｅ，２４ｅと前記各フランジ２１，２２とが接触してジャックシャフト１５とロータ１３ａとが電気的に導通状態になるのを、防止できるようになっている。
【００２６】
したがって、本実施形態の発電設備は、その第１接地極１７及び第２接地極１８を介してアースを取ることにより、各ロータ１３ａ，１２ａ，１１ａ，ジャックシャフト１５，クラッチ１４の電位を下げることができるようになっている。なおかつ、絶縁構造型ロータカップリング１６により、発電機１３のロータ１３ａから第１接地極１７に向かって電流が流れるのを阻止することができるようになっている。
【００２７】
以上説明のように、本実施形態の発電設備は、発電機１３と蒸気タービン１１との間の両ロータ１１ａ，１３ａ間に絶縁構造型ロータカップリング１６を設けるとともに、絶縁構造型ロータカップリング１６よりも蒸気タービン１１側のロータ１１ａに第１接地極１７を設け、ガスタービン１２側のロータ１３ａに第２接地極１８を設ける構成を採用した。この構成によれば、第１及接地極１７び第２接地極１８により、各ロータ１１ａ，１３ａ，１２ａの軸電圧を下げると同時に、発電機１３のロータ１３ａから第１接地極１７に向かう電流の流れを遮断することができるので、軸電圧に起因する軸受け１９，・・・やロータ１１ａ，１２ａやクラッチ１４等の電食を確実に阻止できる軸電圧対策構造を講じることが可能となる。
【００２８】
したがって、軸電圧に起因する問題を生じることなく、蒸気タービン１１とガスタービン１２との間に発電機１３を配置する構成を採用することが可能となり、発電機、蒸気タービン、ガスタービンの順序に配置する構成に比較して、クラッチ１４で蒸気タービン１１とガスタービン１２とを切り離すことができ、運用のフレキシビリティーが図れるという優れた効果を奏することが可能となっている。
【００２９】
また、本実施形態の絶縁構造型ロータカップリング１６は、発電機側フランジ２２と蒸気タービン側フランジ２１とフランジ間絶縁部材２３と各連結ボルト２４，・・・とを備え、これらフランジ間絶縁部材２３及び各連結ボルト２４，・・・に、アルミナ溶射面またはベークライト材からなる各絶縁部をそれぞれ設ける構成を採用した。この構成によれば、絶縁部によって発電機側フランジ２２及び蒸気タービン側フランジ２１間の通電パスを確実に遮断することができるので、発電機１３のロータ１３ａから第１接地極１７に向かって電流が流れるのを確実に阻止することが可能となる。
【００３０】
また、本実施形態の絶縁構造型ロータカップリング１６は、アルミナ溶射面がシリコン系樹脂で被覆されている構成を採用した。この構成によれば、アルミナ溶射面の電気的絶縁効果をより確実なものとすることが可能となる。
また、本実施形態の絶縁構造型ロータカップリング１６は、アルミナ溶射面が、ニッケルクロムからなるアンダーコートを介して設けられている構成を採用した。この構成によれば、アルミナ溶射を施す面に対するアルミナ溶射の密着性を高めることができ、アルミナ溶射面が剥離しにくくすることが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の請求項１に記載の絶縁構造型ロータカップリングは、蒸気タービンと回転機械との間に発電機を配置し、該発電機のロータと回転機械のロータとを連結し、蒸気タービンのロータに第１接地極を設け、発電機のロータに第２接地極を設けた発電設備に用いられ、発電機と蒸気タービンとの間の両ロータ間を電気的絶縁状態に連結する構成を採用した。この構成によれば、第１及び第２接地極により、各ロータの軸電圧を下げると同時に、絶縁構造型ロータカップリングにより、発電機のロータから第１接地極に向かう電流の流れを遮断することができるので、軸電圧に起因する軸受けやロータ等の電食を確実に阻止できる軸電圧対策構造を講じることが可能となる。
【００３２】
また、請求項２に記載の絶縁構造型ロータカップリングは、発電機側フランジと蒸気タービン側フランジとフランジ間絶縁部材と連結ボルトとを備え、これらフランジ間絶縁部材及び連結ボルトに、アルミナ溶射面またはベークライト材からなる絶縁部をそれぞれ設ける構成を採用した。この構成によれば、絶縁部によって発電機側フランジ及び蒸気タービン側フランジ間の通電パスを確実に遮断することができるので、発電機のロータから第１接地極に向かって電流が流れるのを確実に阻止することが可能となる。
【００３３】
また、請求項３に記載の絶縁構造型ロータカップリングは、アルミナ溶射面がシリコン系樹脂で被覆されている構成を採用した。この構成によれば、アルミナ溶射面の電気的絶縁効果をより確実なものとすることが可能となる。
【００３４】
また、請求項４に記載の絶縁構造型ロータカップリングは、アルミナ溶射面が、ニッケルクロムからなるアンダーコートを介して設けられている構成を採用した。この構成によれば、アルミナ溶射を施す面に対するアルミナ溶射の密着性を高めることができ、アルミナ溶射面が剥離しにくくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の絶縁構造型ロータカップリングの一実施形態を備えた発電設備の概略構成を示す説明図である。
【図２】  同発電設備の要部を示す図であって、図１のＡ部の縦断面図である。
【図３】  同発電設備の同要部に備えられている絶縁構造型ロータカップリングを示す図であって、図２のＢ部拡大図である。
【図４】  同絶縁構造型ロータカップリングを示す図であって、図３のＣ−Ｃ矢視図である。
【図５】  同絶縁構造型ロータカップリングを示す図であって、図３のＤ部拡大図である。
【図６】  同絶縁構造型ロータカップリングの要部を示す図であって、図３のＥ部拡大図である。
【図７】  同絶縁構造型ロータカップリングの同要部を示す図であって、図６のＦ部拡大図である。
【図８】  従来の絶縁構造を備えた発電設備の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１１・・・蒸気タービン
１１ａ・・・蒸気タービンのロータ
１２・・・ガスタービン（ガスタービン又はもう１台の蒸気タービン等の回転機械）
１２ａ・・・ガスタービンのロータ
１３・・・発電機
１３ａ・・・発電機のロータ
１６・・・絶縁構造型ロータカップリング
１７・・・第１接地極
１８・・・第２接地極
２１・・・蒸気タービン側フランジ
２２・・・発電機側フランジ
２３・・・フランジ間絶縁部材
２４・・・連結ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0004658407.tif 000005
【図５】
0004658407.tif 000006
【図６】
0004658407.tif 000007
【図７】
0004658407.tif 000008
【図８】
0004658407.tif 000009