(57)【要約】【課題】  本発明は、蒸気タービンを制御するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】  蒸気タービン（１２）は、その両方がロータシャフト（１８）に作動可能に結合されて該ロータシャフトを回転させるようになった第１のタービンサブアセンブリ（１４）と第２のタービンサブアセンブリ（１６）とを有する。ロータシャフトは、軸線に沿って延びかつスラスト軸受（２１）によって回転可能に支持される。本方法は、ロータシャフトによってスラスト軸受（２１）に対して掛かる軸方向力の大きさを求める段階を含む。本方法はさらに、スラスト軸受に対して掛かる軸方向力の大きさが閾値を超えたときに第１及び第２のタービンアセンブリの少なくとも１つに供給される蒸気の量を減少させる段階を含む。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線に沿って延びかつスラスト軸受によって回転可能に支持されたロータシャフトにその両方が作動可能に結合されて該ロータシャフトを回転させるようになった第１のタービンサブアセンブリと第２のタービンサブアセンブリとを有する蒸気タービンを制御する方法であって、
前記ロータシャフトによって前記スラスト軸受に対して掛かる軸方向力の大きさを求める段階と、
前記スラスト軸受に対して掛かる軸方向力の大きさが閾値を超えたときに、前記第１及び第２のタービンアセンブリの少なくとも１つに供給される蒸気の量を減少させる段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記スラスト軸受に対して掛かる軸方向力の大きさを求める前記段階が、
前記第１のタービンサブアセンブリに伝達された蒸気圧を測定して第１の圧力値を取得する段階と、
前記第２のタービンサブアセンブリに伝達された蒸気圧を測定して第２の圧力値を取得する段階と、
前記第１及び第２の圧力値に基づいて前記軸方向力の大きさを計算する段階と、を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１及び第２のタービンアセンブリの少なくとも１つに供給される蒸気の量を減少させる前記段階が、前記第１のタービンサブアセンブリに結合された第１の入口導管内に作動可能に配置された第１の弁を閉じて蒸気が該第１のタービンサブアセンブリに流入するのを阻止する段階を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第１及び第２のタービンアセンブリの少なくとも１つに供給される蒸気の量を減少させる前記段階が、前記第２のタービンサブアセンブリに結合された第２の入口導管内に作動可能に配置された第２の弁を閉じて蒸気が該第２のタービンサブアセンブリに流入するのを阻止する段階を含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
軸線に沿って延びかつスラスト軸受によって回転可能に支持されたロータシャフトにその両方が作動可能に結合されて該ロータシャフトを回転させるようになった第１のタービンサブアセンブリと第２のタービンサブアセンブリとを有する蒸気タービンを制御するためのシステムであって、
前記第１のタービンサブアセンブリに蒸気を供給する第１の導管に作動可能に結合され、前記第１の導管内の蒸気の圧力を示す第１の圧力信号を生成する第１の圧力センサと、
前記第２のタービンサブアセンブリに蒸気を供給する第２の導管に作動可能に結合され、前記第２の導管内の蒸気の圧力を示す第２の圧力信号を生成する第２の圧力センサと、
それぞれ第１及び第２の導管内に作動可能に配置された第１及び第２の弁と、
前記第１及び第２の圧力センサと前記第１及び第２の弁とに作動可能に結合され、前記第１及び第２の圧力信号に基づいて前記ロータシャフトによって前記スラスト軸受に対して掛かる軸方向力の大きさを計算するように構成され、さらに前記軸方向力の大きさが所定の閾値を超えたときに前記第１及び第２の弁の少なくとも１つを閉じるように構成されたコンピュータと、
含むシステム。
【請求項６】
前記コンピュータが、それぞれ前記第１及び第２の圧力信号に基づいて第１及び第２の圧力値を求めるようにさらに構成され、かつ前記コンピュータが、前記第１及び第２の圧力値に基づいて前記軸方向力の大きさを計算するようにさらに構成されている、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記第１及び第２の導管に作動可能に結合された蒸気発生器をさらに含む、請求項５記載のシステム。
【請求項８】
前記第２のタービンサブアセンブリに作動可能に結合された復水器をさらに含む、請求項５記載のシステム。
【請求項９】
前記スラスト軸受が、前記ロータシャフトのロッド部分を受けるための開口部を含み、前記ロータシャフトが、前記ロッド部分の周りに配置されたフランジ部分を有し、前記フランジ部分が、前記スラスト軸受の面に近接している、請求項５記載のシステム。
【請求項１０】
軸線に沿って延びかつスラスト軸受によって回転可能に支持されたロータシャフトにその両方が作動可能に結合されて該ロータシャフトを回転させるようになった第１のタービンサブアセンブリと第２のタービンサブアセンブリとを有する蒸気タービンを制御するようにコード化されたコンピュータプログラムを有するコンピュータ記憶媒体を含み、前記コンピュータ記憶媒体が、
前記ロータシャフトによって前記スラスト軸受に対して掛かる軸方向力の大きさを求めるためのコードと、
前記軸方向力の大きさが閾値を超えたときに前記第１及び第２のタービンアセンブリの少なくとも１つに供給される蒸気の量を減少させるためのコードと、を含む、
製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンを制御するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンシステムは、スラスト軸受によって軸方向に支持されたロータシャフトを含む。ロータシャフトの回転時、ロータシャフトによってスラスト軸受に軸方向力が作用する。長期間にわたって軸方向力が所定の力を超えた場合には、スラスト軸受は、劣化した状態になる可能性がある。
【０００３】
蒸気タービンシステムは、スラスト軸受とロータシャフトの一部分との間の軸方向ギャップを測定することによって、スラスト軸受が劣化した状態になった時を検出する。スラスト軸受とロータシャフトの一部分との間の軸方向ギャップが所定の間隔よりも小さくなったとき、システムは、スラスト軸受が劣化していると判断する。この検出方法の欠点は、スラスト軸受の劣化を防止するための是正措置が講じられないことである。それどころか、この方法は、スラスト軸受の劣化が発生した後に劣化を検出するだけである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、過度の軸方向力が掛かることによるスラスト軸受の劣化を、劣化が発生する前に防止することができるシステムに対する要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的な実施形態による、蒸気タービンを制御する方法を提供する。蒸気タービンは、その両方がロータシャフトに作動可能に結合されて該ロータシャフトを回転させるようになった第１のタービンサブアセンブリと第２のタービンサブアセンブリとを有する。ロータシャフトは、軸線に沿って延びかつスラスト軸受によって回転可能に支持される。本方法は、ロータシャフトによってスラスト軸受に対して掛かる軸方向力の大きさを求める段階を含む。本方法はさらに、スラスト軸受に対して掛かる軸方向力の大きさが閾値を超えたときに、第１及び第２のタービンアセンブリの少なくとも１つに供給される蒸気の量を減少させる段階を含む。
【０００６】
別の例示的な実施形態による、蒸気タービンを制御するためのシステムを提供する。蒸気タービンは、その両方がロータシャフトに作動可能に結合されて該ロータシャフトを回転させるようになった第１のタービンサブアセンブリと第２のタービンサブアセンブリとを有する。ロータシャフトは、軸線に沿って延びかつスラスト軸受によって回転可能に支持される。本システムは、第１のタービンサブアセンブリに蒸気を供給する第１の導管に作動可能に結合され、第１の導管内の蒸気の圧力を示す第１の圧力信号を生成する第１の圧力センサを含む。本システムはさらに、第２のタービンサブアセンブリに蒸気を供給する第２の導管に作動可能に結合され、第２の導管内の蒸気の圧力を示す第２の圧力信号を生成する第２の圧力センサを含む。本システムはさらに、それぞれ第１及び第２の導管内に作動可能に配置された第１及び第２の弁を含む。本システムはさらに、第１及び第２の圧力センサと第１及び第２の弁とに作動可能に結合されたコンピュータを含む。コンピュータは、第１及び第２の圧力信号に基づいてロータシャフトによってスラスト軸受に対して掛かる軸方向力の大きさを計算するように構成される。コンピュータはさらに、軸方向力の大きさが所定の閾値を超えたときに第１及び第２の弁の少なくとも１つを閉じるように構成される。
【０００７】
さらに別の例示的な実施形態による製品を提供する。本製品は、蒸気タービンを制御するようにコード化されたコンピュータプログラムを有するコンピュータ記憶媒体を含
む。蒸気タービンは、その両方がロータシャフトに作動可能に結合されて該ロータシャフトを回転させるようになった第１のタービンサブアセンブリと第２のタービンサブアセンブリとを有する。ロータシャフトは、軸線に沿って延びかつスラスト軸受によって回転可能に支持される。コンピュータ記憶媒体は、ロータシャフトによってスラスト軸受に対して掛かる軸方向力の大きさを求めるためのコードを含む。コンピュータ記憶媒体はさらに、軸方向力の大きさが閾値を超えたときに第１及び第２のタービンサブアセンブリの少なくとも１つに供給される蒸気の量を減少させるためのコードを含む。
【０００８】
実施形態による他のシステム及び／又は方法は、以下の図面及び詳細な説明を検討するとき当業者には明らかとなるか又は既に明らかであろう。全てのそのような付加的なシステム及び方法は、本発明の技術的範囲内にありかつ特許請求の範囲によって保護されることになることを意図している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１を参照すると、例示的な実施形態による蒸気タービンシステム１０を提供する。蒸気タービンシステム１０は、スラスト軸受２１に掛かる軸方向力を制御するようにロータシャフト１８の作動を制御する。蒸気タービンシステム１０は、蒸気タービン１２と制御システム１５とを含む。
【００１０】
蒸気タービン１２は、ロータシャフト１８を回転させるために設けられる。蒸気タービン１２は、タービンサブアセンブリ１４、タービンサブアセンブリ１６、ロータシャフト１８、スラスト軸受ハウジング２０、スラスト軸受２１、蒸気発生器２２、復水器２４、軸受２６、２８、オイルポンプ３０及び導管３２、３４、３６、３８、４０を含む。
【００１１】
タービンサブアセンブリ１４は、ロータシャフト１８に回転力を発生させるために設けられる。タービンサブアセンブリ１４は、ハウジング６０と該ハウジング６０内に収容した複数の固定インペラブレード６２とを含む。蒸気がハウジング６０の内部に流入すると、蒸気は、ロータシャフト１８の周りに配置された複数のインペラブレード７２に接触し、そのことによりシャフト１８を所定の方向に回転させる。ハウジング６０は、端壁６１を貫通する開口部（図示せず）と端壁６３を貫通する開口部（図示せず）とを含み、これらの端壁を貫通してロータシャフト１８を受けるようになっている。従って、ロータシャフト１８の一部分は、ハウジング６０の内部を貫通して延びる。
【００１２】
タービンサブアセンブリ１６は、ロータシャフト１８に回転力を発生させるために設けられる。タービンサブアセンブリ１６は、ハウジング６４と該ハウジング６４内に収容した複数の固定ブレード６６とを含む。蒸気がハウジング６４の内部に流入すると、蒸気は、ロータシャフト１８の周りに配置された複数のインペラブレード７４に接触し、そのことによりシャフト１８を所定の方向に回転させる。ハウジング６４は、端壁６５を貫通する開口部（図示せず）と端壁６７を貫通する開口部（図示せず）とを含み、これらの端壁を貫通してロータシャフト１８を受けるようになっている。従って、ロータシャフト１８の一部分は、ハウジング６４の内部を貫通して延びる。
【００１３】
ロータシャフト１８は、軸線７１に沿って延びるほぼ円筒形のロッド部７０、複数のブレード７２、複数のブレード７４及びフランジ部７６を含む。複数のブレード７２は、該ブレード７２がハウジング６０内に配置されるようにロッド部７０の第１の端部に近接して配置される。複数のブレード７４は、該ブレード７４がハウジング６４内に配置されるようにロッド部７０に第２の端部に近接して配置される。フランジ部７６はロッド部７０の第１の端部に配置され、該フランジ部７６は、ロッド部７０の周りで周方向に延びかつロッド部７０よりも大きい直径を有する。ロータシャフト１８が所定の方向に回転すると、軸方向（例えば、図１で左方向）にロータシャフト１８に力が作用する。スラスト軸受２１と接触するフランジ部７６は、軸方向力をスラスト軸受２１に伝達する。図示するように、ロータシャフト１８は、該ロータシャフト１８のそれぞれ第１及び第２の端部に近接して配置された軸受２６及び２８に回転可能に結合される。ロータシャフト１８はさらに、該シャフト１８が軸方向に移動するのを防止するスラスト軸受２１に回転可能に結合される。
【００１４】
スラスト軸受２１は、該軸受２１を貫通して配置された開口部内でロータシャフト１８が回転するのを可能にしながら、ロータシャフト１８が軸方向（図１で左方向）に移動するのを防止するために設けられる。スラスト軸受２１は、少なくとも部分的にハウジング２０内に配置される。さらに、スラスト軸受２１は、その上にオイルの薄膜を施した銅パッドを含む。スラスト軸受２１は、ロータシャフト１８のフランジ７６に近接して配置される。図示するように、オイルポンプ３０は、導管４０を通してハウジング２０内部にオイルを圧送してスラスト軸受２１を潤滑する。
【００１５】
蒸気発生器２２は、サブアセンブリ１４及び１６内で回転力を生成する蒸気を発生させるために設けられ、この回転力により、ロータシャフト１８が軸線７１の周りで所定の方向に回転するようになる。蒸気発生器２２は、導管３２を通して送給する蒸気を比較的高い圧力で出力する。さらに、蒸気発生器２２は、導管３４を通して送給する蒸気を比較的低い圧力で出力する。また、蒸気発生器２２は、導管３６を通してタービンサブアセンブリ１４から流出した蒸気を受ける。
【００１６】
復水器２４は、タービンサブアセンブリ１６から流出した蒸気を復水させるために設けられる。具体的には、復水器２４は、導管３８を介してタービンサブアセンブリ１６から蒸気を受け、該蒸気を復水させる。
【００１７】
制御システム１５は、ロータシャフト１８からスラスト軸受２１に伝達される軸方向力がスラスト軸受２１を劣化させるおそれがあるほど長期間にわたって閾値レベルを超えないように、タービン１２を制御するために設けられる。制御システム１５は、弁８０、８２、圧力センサ８４、８６及び制御コンピュータ８８を含む。
【００１８】
弁８０、８２は、それぞれ導管３２、３４内に作動可能に配置される。弁８０が開作動位置にあるとき、比較的高い圧力を有する蒸気が、蒸気発生器３２からハウジング６０の内部に伝達される。或いは、弁８０が閉作動位置にあるとき、蒸気発生器３２からの蒸気は、ハウジング６０の内部に流入するのを阻止される。弁８２が開作動位置にあるとき、比較的低い圧力を有する蒸気が、蒸気発生器３２からハウジング６４の内部に伝達される。或いは、弁８２が閉作動位置にあるとき、蒸気発生器３２からの蒸気は、ハウジング６４の内部に流入するのを阻止される。弁８０、８２の作動位置は、制御コンピュータ８８によって生成されたそれぞれ信号（Ｖ１）、（Ｖ２）によって制御される。
【００１９】
圧力センサ８４、８６は、それぞれ導管３２、３４内の蒸気圧を示す、それぞれ圧力信号（Ｐ１）、（Ｐ２）を生成するために設けられる。圧力信号（Ｐ１）、（Ｐ２）は、制御コンピュータ８８によって受信され、制御コンピュータ８８は、それぞれ信号（Ｐ１）、（Ｐ２）に基づいて第１及び第２の圧力値を求める。
【００２０】
制御コンピュータ８８は、弁８０、８２の作動を制御してロータシャフト１８の回転速度を制御しかつさらにスラスト軸受２１に掛かる軸方向力の大きさを制御するために設けられる。制御コンピュータ８８は、弁８０、８２及び圧力センサ８４、８６に作動可能に結合される。制御コンピュータ８８は、信号（Ｖ１）、（Ｖ２）を生成してそれぞれ弁８０、８２の作動位置を制御するように構成される。制御コンピュータ８８は、圧力信号（Ｐ１）、（Ｐ２）を受信し、それぞれ圧力信号（Ｐ１）、（Ｐ２）に基づいて、それぞれ導管３２、３４内の第１及び第２の蒸気圧（ＰＲＥＳＳ１）、（ＰＲＥＳＳ２）を計算するように構成される。さらに、制御コンピュータ８８は、導管３２、３４内の蒸気圧に基づいてロータシャフト１８によってスラスト軸受２１に対して作用する軸方向力を計算するように構成される。具体的には、制御コンピュータ８８は、以下の等式を用いてロータシャフト１８によってスラスト軸受２１に対して作用する軸方向力を計算する。
軸方向力＝Ｃ１＋Ｃ２＊（ＰＲＥＳＳ１）＋Ｃ３＊（ＰＲＥＳＳ２）
ここで、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、実験的に決定した定数である。
【００２１】
さらに、制御コンピュータ８８は、計算した軸方向力の値が所定の閾値（ＰＴＨＲＥＳＨ）よりも大きいときに弁８０、８２の１つ又はそれ以上を閉じるように構成される。弁８０、８２の１つ又はそれ以上を閉じることによって、軸方向力の値を閾値（ＰＴＨＲＥＳＨ）以下に低下させてスラスト軸受２１の劣化を防止することができる。
【００２２】
図４を参照して、例示的な実施形態による、システム１０を制御する方法を次に説明する。以下の方法の利点は、スラスト軸受２１の劣化を防止するように、ロータシャフト１８によってスラスト軸受２１に作用する軸方向力を制御することができることである。
【００２３】
ステップ１００において、制御コンピュータ８８は、弁８０を開いて、蒸気発生器２２から導管３２を通してタービンサブアセンブリ１４に蒸気を伝達する。
【００２４】
ステップ１０２において、制御コンピュータ８８は、弁８２を開いて、蒸気発生器２２から導管３４を通してタービンサブアセンブリ１６に蒸気を伝達する。
【００２５】
ステップ１０４において、制御コンピュータ８８は、圧力センサ８４からの圧力信号（Ｐ１）に基づいて、導管３２内の蒸気の圧力を測定する。
【００２６】
ステップ１０６において、制御コンピュータ８８は、圧力センサ８６からの圧力信号（Ｐ２）に基づいて、導管３４内の蒸気の圧力を測定する。
【００２７】
ステップ１０８において、制御コンピュータ８８は、導管３２内の蒸気の圧力及び導管３４内の蒸気の圧力に基づいて、ロータシャフト１８によってスラスト軸受２１に掛かる軸方向力の大きさを計算する。
【００２８】
ステプ１１０において、制御コンピュータ８８は、軸方向力の大きさが閾値よりも大きいか否かの判定を行う。ステップ１１０の値が「はい」である場合、本方法は、ステップ１１２に進む。そうでない場合は、本方法は、ステップ１０４に戻る。
【００２９】
ステップ１１２において、制御コンピュータ８８は、弁８０を閉じて、導管３２内の蒸気がタービンサブアセンブリ１４に流入するのを阻止する。
【００３０】
最後に、ステップ１１４において、制御コンピュータ８８は、弁８２を閉じて、導管３４内の蒸気がタービンサブアセンブリ１６に流入するのを阻止する。
【００３１】
蒸気タービンを制御するための本システム及び方法は、他のシステム及び方法に優る大きな利点を示す。具体的には、本システム及び本方法は、ロータシャフト１８によってスラスト軸受２１に対して掛かる軸方向力を計算する。計算した軸方向力が閾値を超えているとき、これはスラスト軸受２１を劣化させるおそれがあるが、本システム及び方法では、蒸気タービンサブアセンブリに加える蒸気の量を減少させて、シャフト１８によってスラスト軸受２１に対して掛かる軸方向力を低下させる。従って、本システム及び方法は、ロータシャフト１８によってスラスト軸受２１に対して作用する軸方向力を制御してスラスト軸受２１の劣化を防止するという技術的効果をもたらす。
【００３２】
上記のように、本発明は、上述のプロセスを実施するためのコンピュータ実行の方法及び装置の形態で具体化することができる。本発明はまた、フロッピーディスク（フロッピーは登録商標）、ＣＤ  ＲＯＭ、ハードドライブ又は他の任意のコンピュータ可読記憶媒体のような有形の媒体内に具現化した命令を含むコンピュータプログラムコードの形態で具体化することができ、その場合、コンピュータプログラムコードがコンピュータ内にロードされかつコンピュータによって実行されたときに、コンピュータが本発明を実施するための装置になる。本発明はまた、例えば記憶媒体に記憶されているか、コンピュータにロードされかつ／又はコンピュータによって実行されるか、或いは電気配線又はケーブルで、光ファイバによって又は電磁波を介してなどの何らかの通信媒体で送信されるかを問わず、コンピュータプログラムコードの形態で具体化することができ、その場合、コンピュータプログラムコードがコンピュータにロードされかつ／又は実行されたときに、コンピュータは本発明を実施するための装置になる。汎用マイクロプロセッサで実行する場合、コンピュータプログラムコードセグメントは、特定の論理回路を形成するようにマイクロプロセッサを構成する。
【００３３】
例示的な実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができ、また均等物を本発明の要素と置き換えることができることは、当業者には明らかであろう。さらに、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、特定の状況に適合するように本発明の教示内容に対して多くの改良を加えることができる。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。第１の、第２のなどの用語の使用は、一切の重要度の順番を示すものではなく、第１の、第２のなどの用語は、１つの要素を他の要素から区別するために使用している。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】例示的な実施形態による、蒸気タービンを制御するためのシステムの概略図。
【図２】図１のシステムで利用する第１及び第２の蒸気圧を示す図。
【図３】図１のシステムのスラスト軸受に作用する軸方向力を示す図。
【図４】図１の蒸気タービンを制御する方法を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１０  蒸気タービンシステム
１２  蒸気タービン
１４、１６  タービンサブアセンブリ
１８  ロータシャフト
２１  スラスト軸受
２２  蒸気発生器
２４  復水器
２６、２８  軸受
３０  オイルポンプ
７６  ロータシャフトのフランジ部
８０、８２  弁
８４、８６  圧力センサ
８８  制御コンピュータ
【図１】
2005337253.tif 000003
【図２】
2005337253.tif 000004
【図３】
2005337253.tif 000005
【図４】
2005337253.tif 000006