(57)【要約】タービン設備（１）、特に蒸気タービン設備に関する。該設備は、少なくとも２つの部分タービン（２、３ａ、３ｂ、３ｃ）を備え、各部分タービンは、主軸線（４）に沿って延びるタービンロータ（５）を有する。これらタービンロータが軸系の形に相互に固く結合している。少なくとも１つの部分タービンは、タービンロータを同心的に包囲する内部車室（８ａ、８ｂ、８ｃ）を有し、該車室は軸受領域（１０）で軸方向に変位可能に支持されている。内部車室の軽やかな軸方向移動性を得るべく、軸受領域は、内部車室の変位時に静止摩擦を克服する際に瞬間的に生ずる軸方向ずれが２ｍｍより小さい程の小さな保持力および／又は滑り摩擦を持つ支持装置（１１）を有している。
2004538411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの部分タービン（２、３ａ、３ｂ、３ｃ）を備え、該タービンが、各々主軸線（４）に沿って延びるタービンロータ（５）を有し、これらロータが相互に固く結合され、少なくとも１つの部分タービン（２、３ａ、３ｂ、３ｃ）がタービンロータ（５）を包囲する内部車室（８ａ、８ｂ、８ｃ）を有し、該車室が軸受領域（１０）において軸方向に変位可能に支持され、この軸方向変位のために軸方向力を伝達する押圧要素（９、９ａ）が設けられ、この押圧要素が内部車室（８ａ、８ｂ、８ｃ）に結合されているタービン設備（１）、特に蒸気タービン設備において、軸受領域（１０）が、内部車室（８ａ、８ｂ、８ｃ）の変位時に静止摩擦を克服する際に瞬間的に生ずる軸方向ずれが２ｍｍより小さい程に僅かな静止摩擦を示す支持装置（１１）を有することを特徴とする設備。
【請求項２】
支持装置（１１）が非静止摩擦的に形成されたことを特徴とする請求項１記載の設備。
【請求項３】
支持装置（１１）が静液圧受け（１２）を有し、該静液圧受けに加圧作動媒体（Ｂ）、特に圧油が供給され、滑り膜（１３）が形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の設備。
【請求項４】
滑り膜（１３）が隙間（１６）内に設けられ、該隙間の高さ（Ｈ）が、作動媒体（Ｂ）の圧力（ｐB）に関係して調整されることを特徴とする請求項３記載の設備。
【請求項５】
支持装置（１１）が、軸方向変位方向（１８）に連続して配置された多数の転動体（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）を備える転がり式支え（１７）を有することを特徴とする請求項１から４の１つに記載の設備。
【請求項６】
変位過程時に垂直力（ＦN）を受ける転動体（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）の接触面（２１）が、曲率半径（Ｒ）の円筒外周面状をなすことを特徴とする請求項５記載の設備。
【請求項７】
転動体（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）が球状或いは円筒状をなすことを特徴とする請求項５記載の設備。
【請求項８】
軸受領域（１０）が内部車室（８ａ、８ｂ、８ｃ）の支持腕（２７）および担持部（２８）を有し、前記支持腕が支持装置（１１）を経て担持部（２８）上に支持されたことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の設備。
【請求項９】
支持装置（１１）がレバー（２９）を有し、支持腕（２７）がそのレバー（２９）を経て担持部（２８）にヒンジ結合されたことを特徴とする請求項８記載の設備。
【請求項１０】
振動を減衰するために、内部車室（８ａ、８ｂ、８ｃ）が減衰装置（３０）に結合されたことを特徴とする請求項８又は９記載の設備。
【請求項１１】
中圧蒸気タービン（２）と、各々内部車室（８ａ、８ｂ、８ｃ）を有する少なくとも２つの低圧蒸気タービン（３ａ、３ｂ、３ｃ）とが設けられ、それらの部分タービン（２、３ａ、３ｂ、３ｃ）が主軸線（４）に沿って配置され、それらの内部車室（８ａ、８ｂ、８ｃ）が、押圧要素（９、９ａ）に結合され、支持装置（１１）を有する軸受領域（１０）で支持されたことを特徴とする請求項１ない１０の１つに記載の設備。
【請求項１２】
中圧蒸気タービン（２）が外部車室（２２）を有し、該外部車室が、軸方向においてそれに後置接続された低圧蒸気タービン（３ａ）の内部車室（８ａ）に押圧要素（９ａ）を経て結合され、外部車室（２２）に結合された固定軸受（１５ａ）が、軸方向熱膨張に対する軸方向固定点（２０）を形成することを特徴とする請求項１１記載の設備。
【請求項１３】
少なくとも１つの低圧蒸気タービン（３ａ、３ｂ、３ｃ）が、１０〜２５ｍ2 、特に１２．５〜１６ｍ2 の排気面積を持つ排気室（３１）を有することを特徴とする請求項１１又は１２記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は少なくとも２つの部分タービンを備えたタービン設備、特に蒸気タービン設備に関する。各部分タービンはタービンロータを有し、それら複数のタービンロータは、相互に固く結合され、主軸線に沿って延びる軸系を形成している。少なくとも１つの部分タービンは、タービンロータを同心的に包囲する内部車室を有し、該車室は軸受領域において軸方向に変位可能に支持されている。内部車室の軸方向変位のために、軸方向力を伝達する押圧要素が設けられ、この要素は内部車室に結合される。
【０００２】
独国特許出願公開第３５２２９１６号明細書に、少なくとも１つの外部車室とこれに対し同軸的な内部車室とを有する低圧タービンおよびこのタービンの上流側に同軸的に配置された少なくとも１つの高圧および／又は中圧タービンを備えたタービン設備が記載されている。それら部分タービンの軸は、１つの軸系の形で互いに固く結合されている。その軸系に対するスラスト軸受が、低圧タービンの上流側に設けられ、前記スラスト軸受は、軸方向の軸膨張と軸変位とが、そこから出発する基準平面を規定している。内部車室は、軸方向に隣接する部分タービン車室の軸方向に変位可能に支持された端部或いはタービン取付けハウジングに、スラスト伝達連結棒で接続されている。該連結棒は、外部車室の壁を貫通し、限られた横運動をも可能にするシール要素により熱膨張運動可能に且つ真空密に導かれている。低圧タービンに前置されたタービンマウントは、該マウントに支持された部分タービン車室およびこれに連結した部分タービン車室の軸方向膨張と変位がそこから出発する第２基準平面を規定している。これに伴い、軸系と部分タービン車室の軸方向変位とが、実際に同じ軸方向膨張量で同一方向に生ずる。これは、互いに隣接する動翼列と静翼列との間の軸方向隙間を最小にすることを可能にする。連結棒によるスラスト伝達は、スラストを伝達するタービンマウントの範囲において設定されている。また、連結棒の真空密の貫通部は、構造的に低圧タービンの内部車室の水平方向に熱膨張移動できるクロー形支持部と一体化されている。内部車室のクロー腕は軸平行に延び、滑り性支持案内面で、対応した支持ハウジングの担持部に接している。この場合、滑り性支持案内面は圧力ばめにおける滑り調整シム板で実現される。連結棒はタービンマウントの範囲で、クロー腕と摩擦結合で連結され、特に真空密の貫通部に対するダイヤフラムシールは、低圧タービンの外部車室の端面における外側環状フランジとタービンマウントハウジング部分の内側環状フランジに、各々真空密に接続されている。外部車室端面壁と支持ハウジングの座面間のシール要素への配置、即ちごく僅かしか相対移動しない部分間におけるシール要素の配置は、内部車室の大きな熱膨張変位をシール要素で切り離すことを制約する。
【０００３】
独国特許第１２１６３２２号明細書は、同軸的に直列配置された複数の部分タービンを備える蒸気又はガスタービンを開示している。部分タービンの軸は相互に固く連結され、そのうちの少なくとも１つの車室が、軸方向に移動でき、位置不動の部分タービン車室や軸受ブロックに連結される。前記タービン車室は各々外部車室と内部車室とから成る。低圧タービンの内部車室とこれに隣接する部分タービン車室又は軸受ブロックとの連結は、外部車室の壁を蒸気密に熱膨張運動可能に貫通するロッドにより行われている。該ロッドは、外部車室内で軸および半径方向に柔軟なベローズにより密封されている唯一のロッドである。更に、そのロッドは軸方向に直列され且つ互いにヒンジ結合された３つのロッドから成っている。中央ロッドは、外部車室壁のブッシュ内に滑りはめ合いで軸方向に移動できる。かかるロッドにより、ロータと車室との間の軸方向隙間ができるだけ一定に保たれるような車室の軸方向変位を行わねばならない。軸方向隙間の大きさを変えるため、温度を変化することでロッドの長さを変化させる。この温度変化は、懸架部を蒸気や液体で追加的に熱を供給することで引き起こす。
【０００４】
高温蒸気を管で案内して軸方向隙間の大きさを変化する方式が、英国特許第１１４５６１２号明細書に記載されている。軸方向に伸縮する管は、その両側端面にロッドが結合され、該ロッドは低圧タービンの内部車室に固定されている。タービンロータに対する内部車室の軸方向変位は、内部車室、連結棒および伸縮管の各膨張から合成される。相互に連結された内部車室の熱膨張は、最上流に位置する低圧タービンの外部車室に配置された固定点から出発して規定される。その内部車室の熱膨張の出発点は、より上流側に位置する軸受で規定されるロータの熱膨張の出発点と異なっている。伸縮管は各々補償器を経て低圧タービンの対応した外部車室に結合され、従って内部車室と連結棒から成る系統の絶対膨張は、補償器で受けねばならない。タービンロータの膨張と、内部車室と連結棒とから成る系統の膨張をほぼ一定にすべく、所定の方式で蒸気を伸縮管に導入せねばならない。該蒸気は、蒸気プロセスから取り出すか、別個に用意せねばならない。また、調整或いは監視系統が必要であり、この調整或いは監視系統により、蒸気タービンの運転状態に応じ、軸方向隙間を補償するのに必要な蒸気が伸縮管に導入される。
【０００５】
独国特許第１９６２９９３３号明細書により、押圧要素付きのタービン設備と押圧要素が公知である。タービン設備は少なくとも２つの部分タービンを有し、該タービンは、主軸線に沿って延びるタービンロータと、静翼を支える内部車室とを有している。この車室は軸方向に変位でき、その軸方向変位のため、熱膨張可能な押圧要素を備えている。該押圧要素は、連結要素を経て互いに結合された第１伸張構成要素と第２伸張構成要素とを有する。前記連結要素は、機械的および／又は液圧的に第２伸張構成要素に、第１伸張構成要素の熱膨張および／又は軸方向変位より大きい軸方向変位を生じさせる。
【０００６】
本発明の課題は、特にタービン設備の部分タービン間の軸方向熱膨張によるロータと内部車室との間の軸方向隙間を所定値以下に保ち得るタービン設備を提供することにある。その場合、特に超重量車室を備えた多車室構造の大形タービン設備における採用に関し、軸方向隙間を減少すべく、軸方向力を伝達する押圧要素の採用を可能にする。
【０００７】
この課題は本発明に従い、少なくとも２つの部分タービンを備え、各部分タービンが、各々主軸線に沿って延びるタービンロータを有し、これらロータが互に固く結合され、少なくとも１つの部分タービンが、タービンロータを包囲する内部車室を有し、該車室が軸受領域で軸方向に変位可能に支持され、この変位を起こすべく軸方向力を伝達する押圧要素が設けられ、該要素が内部車室に結合されたタービン設備、特に蒸気タービン設備において、軸受領域が、内部車室の変位時に静止摩擦を克服する際に瞬間的に生ずる軸方向ずれが２ｍｍより小さい程に僅かな静止摩擦を示す支持装置を有することで解決される。
【０００８】
支持装置が、内部車室の変位時の静止摩擦を克服する際に瞬間的に生ずる軸方向ずれが１．５ｍｍ、特に１ｍｍより小さい程に僅かな静止摩擦を示すと好ましい。
【０００９】
本発明は、軸方向隙間を調整するための連結棒による従来公知の処置は、特に多車室構造の重厚なタービン設備の場合、内部車室の軸方向変位時に伝達すべき軸方向力が大きいため、限られた範囲でしか採用できないという認識から出発している。公知の設備では、部分タービンのタービンロータと内部車室の相対伸張を減少すべく軸系の部分タービン間で軸方向熱膨張を伝達するため、軸方向に前置された部分タービンの車室の伸びを、後置された部分タービンに伝達する装置（連結棒）が利用されている。軸系の軸方向固定点（スラスト軸受）から出発する軸方向熱膨張は、大形タービン設備の場合、４０〜５０ｍｍの大きさの軸方向変位を生ずる。その軸方向伸張を軸方向隙間について全く考慮に入れる必要がないようにすべく、部分タービンの車室、特に低圧タービン内部車室を、連結棒によって外部車室、特に中圧タービンの外部車室に結合している。この結果、第１内部車室は、前置外部車室、例えば中圧タービン外部車室の軸方向伸張だけ変位し、続く部分タービンの第２内部車室は、外部車室および第１内部車室の軸方向伸張だけ変位する。この結果、タービンロータと内部車室との相対変位が減少する。従来、内部車室は重厚な滑り板の上をできるだけ小さな摩擦係数で軸方向に変位可能に支持されていた。もっとも、運転安全上の理由から、高い信頼性要件と原動所タービンの長い運転寿命に考慮し、滑り板の本来の初期摩擦値より大きな摩擦値を与えることが必要とされていた。従って、軸方向力を伝達する押圧要素、例えば連結棒およびその収容部を設計するため、滑り板と接触面との摩擦係数が増大すると、大きな力が加わり、例えば内部車室の支持部に静止摩擦が生ずる。これは、連結棒および例えば収容部や軸受ハウジングのような力伝達に関与する部品の重厚な形状、並びにできるだけ直接的な力伝達を引き起こす。
【００１０】
そして本発明は、多車室構造の重厚なタービン設備において与えるべき摩擦力を、軸方向力を伝達する、例えば連結棒の形をした押圧要素の実現限界および確実な採用性が得られるような大きさにするという考えから出発する。所要の大きな設計力を見積もった状態では、内部車室の軸方向変位時に静止摩擦を克服する前に、押圧要素がかなり大きく変形するという問題が生ずる。その変形は、運転状態に応じ、主軸線に沿って延びるタービンロータの両方向で、押圧要素の軸方向圧縮又は伸張として生ずる。例えば軸方向力を伝達する押圧要素として連結棒を用いる場合、この連結棒は弾性的に圧縮又は伸張される。この伸張又は圧縮変形は、軸方向隙間設計の際に考慮せねばならず、必要軸方向隙間を増大する。またこの必要軸方向隙間は、部分タービンの動翼と静翼との大きな軸方向間隔を必要とし、そのため軸系の軸端に配置された部分タービンにおいて、恐らく１つのタービン段が失われ、このためかなりの効率低下が生ずる。また、膨張斜面付きの孤立した翼の場合、その必要軸方向隙間のため追加的な半径方向隙間が必要であり、この半径方向隙間も同様に、隙間損失によって顕著な効率損失をもたらす。
【００１１】
本発明により、従来公知の方式の大きな欠点を解消できる。従って、多車室構造の重厚なタービン設備においても、軸方向変位のために軸方向力を伝達する押圧要素を備えたタービン設備が実現できる。本発明の構想に従い、軸受領域の支持装置は、できるだけ僅かな静止摩擦となるよう適切に形成される。その僅かな静止摩擦は、滑り摩擦が通常静止摩擦より小さいので、僅かな滑り摩擦をも意味する。従って、変位時に瞬間的に生ずる軸方向ずれは所定値に制限される。この結果、押圧要素の変形エネルギの広い脱落又は明らかな制限によって、与えるべき軸方向変位力が、通常の方式に比べ著しく減少するので、変形した押圧要素の弛緩による瞬間的な破壊が十分に防止される。本発明の新たな支持法によれば、伸張伝達（熱的および／又は機械的なバイアス）も考慮でき、この結果、タービン設備の設定すべき軸方向隙間を減少できる利点がある。
【００１２】
本発明の方式により、内部車室の軽い軸方向移動性を、非常に単純な構造的処置により保証できる。この結果、軸方向力を伝達する押圧要素、例えば連結棒と内部車室への連結部の設計は、あまり重厚にならない。これにより、軸方向力を伝達する押圧要素に対する材料使用量と材料選択とに伴い、コスト削減ができる。構造的な利点の他に、同時に、軸方向隙間に影響を与える押圧要素の変形がかなり減少し、支持部の静止摩擦が極めて小さい最良状態では、全く変形を生じない。
【００１３】
その軸方向隙間を減少する処置に伴い、多数の部分タービンを備えた大形タービン設備を含むタービン設備の効率も向上する。
【００１４】
本発明の特に有利な実施態様では、支持装置を非静止摩擦的とする。非静止摩擦的な支持装置を形成するには、圧力ばめにおける摩擦、特に静止摩擦性の滑り板による通常の方法に比べ、非常に優れている。従って、軸方向変位時の瞬間的な破壊を十分に防止できる。この関係で、非静止摩擦的とは、殆ど静止摩擦がないことを意味し、即ち支持装置は、全く或いはほんの僅かしか静止摩擦を示さない。打ち勝つべき静止摩擦が全く又はほんの僅かしか存在しないので、内部車室の変位時に瞬間的に生ずる軸方向ずれをなくすることができる。それでもなお生ずるであろう軸方向ずれは、確実に２ｍｍより小さくできる。
【００１５】
支持装置が静液圧受けを有し、該受けが加圧作動媒体、特に圧油を供給されて滑り膜を形成する。静液圧受けは特に静止摩擦が非常に小さい特長を持つ。静液圧受けは技術的に問題な静止摩擦を生ぜず、この結果押圧要素の軸方向圧縮や伸張は実際上生じない。内部車室は滑り膜により膜上に支持され、変位過程時瞬間的に生ずる軸方向ずれは、無視できる又は少なくともほんの僅かな力で、滑り膜上を軸方向に変位する。
【００１６】
滑り膜を隙間内に設け、その隙間の高さを、作動媒体の圧力に応じて調整するとよい。例えば静液圧受けに供給する作動媒体の圧力を調整することで、作動媒体の流量、従って隙間の高さを、特に簡単、且つ確実に調整できる。変位すべき内部車室の質量に応じ、作動媒体の圧力、従って隙間高さを、支持部要件に適合させられる。例えば作動媒体として圧油膜を利用する静液圧受けは、特に好適な滑り式支持装置であり、これは、原理的に同様に考え得る動液圧受けにおいて必要な大きな滑り速度が存在しないので、タービン設備の重要用途に特に適している。ただ、滑り式受けの場合の滑り膜を、作動媒体の絶え間ない供給により維持することを保証するだけでよい。
【００１７】
静液圧受けの形成で、長い運転時間にわたる作動媒体、例えば潤滑材の供給休止を確実に防止できる。作動媒体の供給休止は、時間の経過と共に部品温度が不安定となり、押圧要素内に生ずる応力が徐々に増大し、この結果押圧要素が設計変形量を超えて変形するため、タービンロータを内部車室で軸方向に接触させ、この結果重大な損傷を引き起こす。好適な実施態様では、その供給休止防止要件は、通常元々存在する作動媒体供給装置が大きな信頼性要件を満足せねばならないタービン設備の軸系の軸受に関与するときに良好に満足させられる。即ち、軸系の軸受に対する作動媒体供給の休止は、短時間経過後に既に半径方向接触のため、蒸気タービンにおける重大な損傷を引き起こしてしまう。
【００１８】
従って、タービン設備の有利な実施態様では、本発明に従う静液圧滑り式受けは、軸系の既存の軸受の作動媒体又は潤滑材供給装置により、作動媒体を供給される。この結果、内部車室の軽い軸方向移動性とタービン設備の十分な運転安全性を保証できる。
【００１９】
例えば支持部の圧力要件が著しく異なる場合、有利な実施態様では、静液圧受けへの作動媒体供給のため、上述した軸受と類似した高い信頼性基準に応じた固有の作動媒体供給装置を設ける。かかる別個の供給系統により、場合によって生ずる作動媒体の短時間の休止は、それに伴う滑り膜の高さ分の車室の沈下が、タービン設備に対し設定した半径方向遊びの範囲内にある限り許容できる。その際静液圧受けによる滑り式受けの形成に対し、単純に且つ公知の如く、軸受技術からの形成原理が基礎となる。滑りシューの形成、作動媒体の供給、体積流の調整および角張りの回避等は、その原理の利用にて達成される。
【００２０】
本発明の有利な実施態様では、支持装置が、軸方向の変位方向に連続して配置された多数の転動体を備えた転がり式支えを有する。
【００２１】
転がり式支えの場合、種々の方式が考えられ、特に円筒コロや多数の球での支持が考えられる。後者は２つの皿板を備え、両皿板間に多数の球が置かれ、これら球で外部荷重、例えば垂直力を並列回路の原理に基づき伝達する。転動体の材料選択と、転動体の数と大きさの適合とで、この支持要素の負荷容量を、タービン設備で考慮すべき大きな被伝達力に合わせる。支持装置の設計時、荷重を受ける接触面とその幾何学形状を考慮せねばならない。即ち、例えば球の場合、円筒における線接触の代わりに、点接触が生ずる。
【００２２】
転動体が球状或いは円筒状をなすと好ましい。
【００２３】
転動体を円筒コロとして形成すると、各コロで線接触が起こる利点がある。この線接触は、転動体を球体とした点接触より、大きな力を伝達するために使用できる。その寸法の設計基準として、適切な荷重は、接触相手、例えば球から円筒コロの形状による平面に対するヘルツ接触圧力、適切な半径、接触相手の材料（弾性係数、ポアソン比）により定まる。支持装置が受けるべき力は、大形の重厚なタービン設備では、例えば１００〜約５００ｋＮの大きさとなり、この大きな力のため、部品の荷重（例えばヘルツ接触圧力）を許容限界内に保つには、大きな円筒コロ接触長と円筒コロ半径が必要となる。
【００２４】
接触相手の十分に大きな強度を得るため、転動体、例えば円筒コロを、高張力合金から成る別個の板上に置く。該板自体は、支持部相手（例えば内部車室並びに軸受ハウジング又は基礎）に結合している。高張力合金から成る板は、同時に、変位過程中に垂直力を受ける転動体との接触面を形成する。限られた幅で追加的な接触長を得、転がり式支えの支持容量を増大するため、有利な実施態様では、多数のコロを平行して設ける。この構造的な処置により、タービン設備の車室が変形した状態でも、コロをほぼ一様に荷重できる。
【００２５】
変位過程時に垂直力を受ける転動体の接触面が、曲率半径をもつ円筒外周面状をなすと好ましい。その曲率半径は予期される支持荷重に応じ設定する。従って、垂直力を受けるには、接触面の円筒外周面状の形状で十分である。軸受領域の限られた構造空間の効果的な利用に関し、完全に円筒状に形成した円筒コロの代わりに、コロの荷重を受けるために利用しない横側部を省いた転動体を利用するとよく、その際、転動体を密集して配置できる。多数の転動体を並列配置した場合、転動体の間隔、即ち転動体の回転軸線の間隔を固定するため、適当な固定装置、例えば保持器を設ける。
【００２６】
軸受領域が内部車室の支持腕と担持部を有し、該支持腕を、支持装置により担持部上で支持するとよい。この結果、支持腕は内部車室の構造部分となり、これに固く結合する。従って、内部車室を支持腕を経て担持部上に支持し、支持装置により内部車室の軽い軸方向移動性が生ずる。
【００２７】
この際、特に有利な実施態様では、軸方向力を伝達する押圧要素を支持腕に連結する。この結果、軸方向変位力は、押圧要素、例えば連結棒から支持腕、従って内部車室に直接伝わる。その際、支持装置を、例えば支持腕と担持部との間に配置し、支持装置を内部車室の変位時に静止摩擦を克服すべく瞬間的に生ずる軸方向ずれが、所定の最大値、特に２ｍｍより小さいように、できるだけ小さな静止摩擦係数に設計する。
【００２８】
他の有利な実施態様では、支持装置はレバーを有し、該レバーを経て支持腕が担持部にヒンジ結合される。このため、例えば支持腕と担持部は、各々レバーを回転可能に受容する軸棒を有し、該レバー腕の長さは軸棒の間隔で定まる。軸棒直径とレバー長の適合により、摩擦性滑り板による通常の支持法に比べ、かなり小さな摩擦モーメントが生ずる。レバー機構を持つヒンジサポート形支持装置の実現で、軸方向力を伝達する押圧要素との組合せにて材料の許容荷重を維持したままで、内部車室の軽い軸方向移動が可能となる。
【００２９】
この構造は、作動媒体を永続的に供給する必要がない利点を持つ。レバー構造の場合、大きなヘルツ接触圧力の局所的な個所は殆ど存在しない。内部車室の軸方向変位時に生ずる復帰力や保持力は、レバー機構をレバー腕長と軸棒直径を相応して設計することで、所定の最大値以下に維持し、もってどんな場合でも、半径方向隙間に許容できる範囲でほんの僅かしか影響しない。従って押圧要素に作用する復帰力や保持力が極めて小さな値になり、この結果圧縮の弾性歪による押圧要素の望ましくない変形を十分に防止できる。
【００３０】
振動を減衰すべく、内部車室を減衰装置に結合するとよい。この際減衰装置を、運転中に圧油が供給される液圧減衰装置或いは粘性摩擦減衰装置として形成する。内部車室を、例えば減衰装置を経て担持部に結合し、これにより基礎から担持部に入り込む振動を内部車室に直に伝達し、軸方向力を伝達する押圧要素を直接荷重しないか、ほんの僅かしか荷重しないようにする。この結果、減衰装置の存在により、例えば大きな地震の恐れがある地域で、一時的な瞬時の力を受容できる利点がある。これに伴い、そのような状態でも高い運転安全性が得られる。従って、支持装置の運転を、減衰装置と組み合わせて、かなり大きな瞬時の衝撃荷重を受ける場合も保証できる。これは、特に極めて大きな車室を備えた大形タービン設備において大きな利点を生む。この実施態様により、特に押圧要素を瞬時の荷重から保護でき、押圧要素はその機能を制限なしに維持する。
【００３１】
タービン設備の有利な実施態様では、中圧蒸気タービンと、各々内部車室を有する少なくとも２つの低圧蒸気タービンを設ける。それら部分タービンを主軸線に沿って配置し、それらの内部車室を押圧要素に結合し、支持装置を有する軸受領域において支持する。
【００３２】
中圧蒸気タービンが外部車室を有し、該車室を、押圧要素を経て軸方向に後置した低圧蒸気タービンの内部車室に結合し、外部車室に結合した固定軸受のより、軸方向熱膨張に対する軸方向固定点を形成するようにするとよい。
【００３３】
少なくとも１つの低圧タービンが、１０〜２５ｍ2 、特に１２．５〜１６ｍ2の排気面積を持つ排気室を有すると好ましい。
【００３４】
このタービン設備は、特に蒸気タービン設備の形態で適用される。この結果、特に未来形蒸気タービンの開発にとって重要な、極めて大きな排気面積を持つ低圧蒸気タービンを備えた蒸気タービン設備が実現できる。その際に実現すべき部分タービンの大きな内部車室は、本発明の支持法によって軸方向に変位可能に支持でき、変位のために軸方向力を伝達する押圧要素が問題なく採用できる。
【００３５】
従って本発明はまた、タービン設備のタービンロータと内部車室との間の大きな軸方向伸張を補償するために、例えば連結棒の形をした押圧要素の採用を可能にする。
【００３６】
小さな静止摩擦を持つ支持装置を形成する本発明による方式は、内部車室、特に低圧蒸気タービンの内部車室の変位を条件づける軸方向隙間の減少処置を容易に実現可能という利点を持つ。更に本発明の方法は、例えば４つの低圧タービンを備えた多車室構造タービン設備の実現を可能にし、この結果既存のタービン系列の採用範囲の増大が拡大する。
【００３７】
以下図示の実施例を参照し、本発明のタービン設備を詳細に説明する。なお各図において同一部分には同一符号を付している。
【００３８】
図1は、互いに主軸線4に沿って直列に配置した高圧蒸気タービン２３と、中圧蒸気タービン２と、ほぼ同一構造の３つの低圧蒸気タービン３ａ、３ｂ、３ｃとを備えた蒸気タービン設備１を示す。低圧蒸気タービン３ａ、３ｂ、３ｃは流体的に蒸気供給管２４を経て中圧蒸気タービン２に連結している。中圧蒸気タービン２は外部車室２２を備える。各低圧蒸気タービン３ａ、３ｂ、３ｃは、各々内部車室８ａ、８ｂ、８ｃとこれらの内部車室８ａ、８ｂ、８ｃを包囲する外部車室１４を持つ。各内部車室８ａ、８ｂ、８ｃは低圧蒸気タービン翼装置の静翼６を支持する。各低圧蒸気タービン３ａ、３ｂ、３ｃは、各々蒸気を排出すべく各々排気面積Ａの大きな排気室３１を持ち、その排気面積Ａは１０．０〜２５ｍ2である。各内部車室８ａ、８ｂ、８ｃ内に、各々主軸線４に沿って延びるタービンロータ５が配置され、これら各タービンロータ５は低圧蒸気タービン動翼７を支持している。中圧蒸気タービン２は内部車室４９を備える。中圧蒸気タービン２と第１低圧蒸気タービン３ａとの間および主軸線４に沿って互いに隣接する低圧蒸気タービン３ａ、３ｂ、３ｃ間に、各々軸受領域１０があり、各領域１０に各々軸受１５が配置されている。軸受１５はタービンロータ５を支持すべく、即ち主軸受として、且つ各内部車室８ａ、８ｂ、８ｃを支えるべく働く。高圧蒸気タービン２３と中圧蒸気タービン２との間にも、同様にこれら部分タービン２、２３のタービンロータを支持する軸受１５ａが存在する。各軸受１５の内部車室８ａ、８ｂ、８ｃの支持範囲で、各々主軸線４に対し平行に、軸方向力を伝達する押圧要素９が導かれている。この要素は、例えば連結棒９ａとして形成される。各連結棒９ａは、中圧蒸気タービン２を第１低圧蒸気タービン３ａに結合し、互いに隣接する低圧蒸気タービン３ａ、３ｂ、３ｃの内部車室８ａ、８ｂ、８ｃを相互に連結する。外部車室２２、内部車室８ａ、８ｂ、８ｃとこれらを結合する押圧要素９は、主軸線４の方向に軸方向に高温蒸気が供給された際に伸張する複合伸縮体を形成している。この複合伸縮体は、高圧蒸気タービン２３と中圧蒸気タービン２との間の固定軸受１５ａに位置する軸方向固定点２０を備える。該固定点２０から主軸線４に沿って計算した熱膨張量を、図１の下部に、熱膨張曲線２５で示す。中圧蒸気タービン２と低圧蒸気タービン３ａ、３ｂ、３ｃの相互に固く結合したタービンロータ５の熱膨張も同様に熱膨張曲線２６で示してある。低圧蒸気タービン３ａ、３ｂ、３ｃを中圧蒸気タービン２の外部車室２２と組み合わせて複合伸張体の形に結合することで、個々の熱膨張を、内部車室８ａ、８ｂ、８ｃを発電機（図示せず）の方向に主軸線４に沿って軸方向に変位させるために用いる。従って、内部車室８ａ、８ｂ、８ｃの全熱膨張が主軸線４に沿って合算され、その結果相互に固く結合したタービンロータ５に対する相対熱膨張が減る。それにも係わらず、タービン設備１の全長にわたりタービンロータ５と最終低圧蒸気タービン３ｃの内部車室８ｃとの間に或る熱膨張差が存在し、これを熱膨張曲線２５と熱膨張曲線２６との対比により示している。その熱膨張差は、各低圧蒸気タービン３ａ、３ｂ、３ｃの静翼６と動翼７との間に、種々の軸方向隙間を生じさせる。
【００３９】
図２は、図１に示す蒸気タービン設備１の軸受領域１０を断面図で示す。この領域は、軸受ハウジング３６と、主軸線４に沿い軸方向において軸受領域３６に後置された内部車室８ａを持つ。軸受ハウジング３６は担持部２８と、押圧要素９が真空密に貫通する貫通部３３とを持つ。内部車室８ａに支持腕２７があり、該腕２７は押圧要素９に対する収容部３４を備える。内部車室８ａは押圧要素９を経て軸方向変位方向１８に変位でき、押圧要素９は軸方向力を主軸線４に対し平行に、支持腕２７を経て内部車室８ａに伝達する。このため、収容部３４は、押圧要素９にて伝達される軸方向力を受ける反作用面として働く受け面３５を有している。受け面３５付きの収容部３４はねじ孔とも呼べる。内部車室８ａの軽い軸方向移動性を得るべく、軸受領域１０は支持装置１１を備える。この装置１１は、支持腕２７と担持部２８の間に配置されている。この結果、支持腕２７は支持装置１１を経て担持部２８上に支持される。支持装置１１は、内部車室８ａの変位時に静止摩擦が克服された際に瞬間的に生ずる軸方向ずれが２ｍｍより小さい程に僅かな静止摩擦を示すよう形成されている。このため、支持装置１１は、例えば非静止摩擦的に形成され、結果として軸方向ずれ２ｍｍの許容上限値を確実に守れる。そのため、軸方向変位過程時における瞬間的な破壊を確実に防止できる。更に、従来通常の支持方法で生ずる押圧要素９の静止摩擦の克服前に見られる顕著な変形はなくなる。押圧要素９を真空密に案内すべく、外部車室１４に、例えば伸縮ベローズの形の補償器３２を配置している。該補償器３２はダイヤフラム式シールとして働き、内部車室８ａと外部車室１４で形成された真空室を密封し、同時に変位方向１８における軸方向変位を可能にする。
【００４０】
図３に示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図は、支持装置１１を経ての担持部２８上への支持腕２７の支持を詳細に示している。
【００４１】
支持装置１１は、瞬間的に生ずる軸方向変位を防止すべく、できるだけ小さな静止摩擦しか生じないよう、種々の方式で形成する。その特に有利な方式を図４に示す。支持装置１１は静液圧受け１２を備える。該静液圧受け１２は、支持腕２７と担持部２８の間に配置されている。このために静液圧受け１２は、作動媒体Ｂ、例えば圧油の入口３８を備えた静液圧滑りシュー３７を有する。静液圧受け１２の運転中、該受け１２に作動媒体Ｂが供給される。そのため、滑りシュー３７は、支持腕２７の側の圧力室３９に開口する入口開口５０を備える。滑りシュー３７は担持部２８に結合され、作動媒体Ｂは担持部２８を経て静液圧受け１２に供給される。静液圧受け１２の運転中、圧力室２９は作動媒体Ｂで圧力ｐBに加圧されている。その圧力で、支持腕２７は滑りシュー３７に対し垂直に持ち上げられ、隙間１６を生じる。該隙間１６は、半径方向高さＨを有し、滑りシュー３７と支持腕２７との間を軸方向変位方向１８に延びる。この場合、隙間１６の半径方向高さＨは、圧力室３９内の圧力ｐBから作動媒体Ｂの体積流れに関連して生ずる。圧力室３９に作動媒体Ｂを供給することで、隙間１６内に滑り膜１３が生じる。この膜は、作動媒体Ｂの連続供給により維持される。変位方向１８に軸方向力が作用した際、隙間１６内の滑り膜１３により、支持腕２７の特に軽い軸方向移動が起こる。静液圧受け１２を備えた支持装置１１の形成が実際に非静止摩擦的であることが特に重要である。
【００４２】
図４に示す静液圧受け１２の異なった形態を図５に示す。この場合、滑りシュー３７はその担持部２８の側に曲率半径Ｒの湾曲接触面２１を有する。担持部２８は同じように同一の曲率半径Ｒを有している。滑りシュー３７は接触面２１で担持部２８にぴったり接している。この場合、接触面２１は球欠状又は円筒セグメント状の形をしている。安全運転のため、接触面２１に潤滑材が供給され（図示せず）、これに伴い、滑りシューおよび担持部２８は接触面２１に沿って相対変位できる。この結果、担持部２８に対する滑りシュー３７の僅かな傾斜を補償できる。滑りシュー３７の可動性に伴い、滑り式受け１２の運転中、隙間１６の高さＨの非常に精確な形成が保証される。
【００４３】
図６は、転がり式支え１７を持つ支持装置１１を示す。転がり式支え１７は、支持腕２７と担持部２８の間に配置されている。支持腕２７に板状接触要素４０ａがはめ込まれている。他方の接触要素４０ｂは担持部２８に設けられている。これら接触要素４０ａ、４０ｂは各々接触面２１を有し、高強度の材料４１で作られている。該接触要素４０ａ、４０ｂ間に、転動体１９、１９ａ、１９ｂが軸方向変位方向１８に対し平行に、且つ連続して間隔を隔てて配置されている。これら転動体１９、１９ａ、１９ｂは各々回転軸線４２を有し、転動体１９、１９ａ、１９ｂはその回転軸線４２を中心として回転する。支持腕２７が変位方向１８に変位するとき、転動体１９、１９ａ、１９ｂは、支持腕２７と担持部２８との相対軸方向運動により、転がり運動する。転動体１９、１９ａ、１９ｂの球形や円筒形の形状により転がり摩擦しか生じない。それに対しこの支持構成では、転動体１９、１９ａ、１９ｂと接触要素４０ａ、４０ｂとの間に点又は線接触が存在する故、実際に静止摩擦は生じない。このため、転がり式支え１７を有する支持装置１１は、支持腕２７の変位時に静止摩擦が克服された際瞬間的に生ずる軸方向ずれが所定の最高限度より小さく、例えば２ｍｍより小さい程に僅かな静止摩擦で形成されることとなる。
【００４４】
転動体１９、１９ａ、１９ｂを円筒コロとして形成した場合、非常に大きな力を伝達するために特に適する線接触が生ずる。転がり式支え１７が受けねばならない、例えば１００〜５００ｋＮの大きな力のため、それに応じて、転動体１９、１９ａ、１９ｂと接触面２１との間に長い接触長が必要である。接触相手の形状、例えば転動体１９、１９ａ、１９ｂを球や円筒コロとして形成することで、転がり式支え１７は、平らな接触面２１、転動体１９、１９ａ、１９ｂの曲率半径Ｒおよび接触相手の材料特性（弾性係数、ポアソン比）について、発生する荷重に対し設計される。接触面２１を形成する接触要素４０ａ、４０ｂの材料４１として、高張力合金を利用することを推奨する。
【００４５】
図７と図８は、各々転がり式支え１７に対する転動体１９、１９ａ、１９ｂの異なる実施例を示す。これら転動体１９、１９ａ、１９ｂは円筒外周面状をなし、変位過程時に垂直力ＦNを受ける接触面２１は曲率半径Ｒを持つ。尤も図７と８の転動体１９、１９ａ、１９ｂは、完全な円筒コロとして形成した転動体１９（図６）と異なり、小さな軸方向幅ｂを持つ。即ち、軸方向変位過程時に転がりに利用できない転動体１９、１９ａ、１９ｂの横側部位を適切に省いている。それら転動体１９、１９ａ、１９ｂは中央平面５１に関し対称に形成されている。軸方向幅ｂが小さな転動体１９、１９ａ、１９ｂを実現することで、変位方向１８に沿った転動体１９、１９ａ、１９ｂの密集配置が行える。この結果図６に示す配列と異なり、転がり式支え１７に単位長さ当たり、より多くの転動体１９、１９ａ、１９ｂが配置でき、このため、転がり式支え１７の荷重容量が増大する。
【００４６】
図９は、レバー２９を持つ支持装置１１の実施例を示す。ここで、支持腕２７はレバー２９を経て担持部２８にヒンジ結合している。そのため支持腕２７は軸棒４３ａを有し、担持部２８は軸棒４３ｂを有している。これら軸棒４３ａ、４３ｂはレバー２９をヒンジ継手で受け、そのため、軸棒４３ａ、４３ｂとレバー２９は、円筒外周面状接触面２１に沿って接触し、各々回転軸線４４ａ、４４ｂを形成している。その接触面２１は、軸棒半径ｒの軸棒４３ａ、４３ｂで形成されている。レバー２９は、軸棒４３ｂに付属された回転軸線４４ｂに関する曲率半径Ｒに相当するレバー長Ｒを有している。内部車室８ａの支持腕２７は、レバー２９を持つ支持装置１１を経て、担持部２８上に支持されている。変位方向１８に沿って軸方向に変位する際、レバー２９は垂直方向に関し回転角αだけ回転する。従ってその軸方向変位は、ヒンジ結合により垂直行程ΔＳを伴って生じ、内部車室８ａがその垂直行程ΔＳだけ、担持部２８に対し半径方向にも変位する。その垂直行程ΔＳはレバー２９の長さＲに応じて設定可能な小さな寸法に制限できる。支持腕２７をレバー２９を経て担持部２８に支持することで、ヒンジサポート４８が実現する。このヒンジサポート４８は、図９に示さない押圧要素９を採用した状態で、内部車室８ａの軽い軸方向移動を可能にし、その場合、内部車室８ａの大きな質量を変位可能に支持する。
【００４７】
運転安全性を追加的に高めるべく振動を減衰するため、内部車室８ａは減衰装置３０に結合している。この装置３０は液圧減衰装置として形成され、そのためラム４５と、これを包囲する液圧シリンダ４６を有する。減衰装置３０を作動するため、減衰装置３０は減衰液４７、例えば圧油を供給される。支持装置１１を減衰装置３０と組み合わせることで大きな運転安全性を保証し、特に減衰装置３０は、例えば地震による衝撃荷重を受けた際の一時的な瞬時の力を受けるべく設計されている。減衰装置３０は、例えば基礎（図示せず）に結合された担持部２８からの振動の直接伝達を生じさせる。この結果、減衰装置３０は、振動により生じた力が押圧要素に侵入するのを防ぎ、押圧要素９による内部車室８ａへの大きな振動現象（例えば地震）を十分に回避することを可能にする。この目的に沿い、減衰装置３０は内部車室８ａと担持部２８に直接又は間接的に結合されている。
【００４８】
本発明によれば、タービン設備の内部車室の、軸方向への軽やかな移動が可能になる。本発明は、大きな質量の多車室構造タービン設備、例えば１０〜２５ｍ2の大きな排気面積を持つ排気室を備えた蒸気タービン設備に、軸方向変位のための軸方向力を伝達する押圧要素の構想を維持した状態で利用できる。同時に、軸方向隙間に影響を与える押圧要素の変形を、かなり減少させるか全く除去できる。押圧要素付き構造物の負荷が軽減する他に、軸方向隙間を減少する別の処置、例えばレバー伝達が可能である。本発明によれば、摩擦性滑り板を備えた従来公知の支持方法（滑りはめ合い）に比べ、タービン設備に対し大幅に改善した支持装置が得られる。その際、超重量車室を、押圧要素で軸方向に変位可能にできる。小さな静止摩擦を持つ支持装置を備えた本発明によるタービン設備は、スラストを伝達する押圧要素、例えば連結棒と種々の支持形態との組合せを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】蒸気タービン設備の縦断面図。
【図２】内部車室が軸方向に変位可能に支持されている軸受領域の縦断面図。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図。
【図４】静液圧受けとして形成された支持装置の断面図。
【図５】図４に示された静液圧受けの異なった実施例の断面図。
【図６】転がり式支えを備えた支持装置の断面図。
【図７】転がり式支えを備えた支持装置の異なった実施例の断面図。
【図８】転がり式支えを備えた支持装置の更に異なった実施例の断面図。
【図９】レバー機構を備えた支持装置の断面図。
【符号の説明】
【００５０】
１  タービン設備、２  中圧蒸気タービン、３  低圧蒸気タービン、４  主軸線、５  タービンロータ、８  内部車室、１０  軸受領域、１１  支持装置、２  軸受、１３  滑り膜、１５ａ  固定軸受、１６  隙間、１７  転がり式支え、１９、  転動体、２１  接触面、２７  支持腕、２８  担持部、３０  減衰装置、３１  排気室
【国際公開パンフレット】
2004538411.tif 000003
2004538411.tif 000004
2004538411.tif 000005
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2004538411.tif 000007
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【国際調査報告】
2004538411.tif 000038
2004538411.tif 000039
2004538411.tif 000040
2004538411.tif 000041
2004538411.tif 000042
2004538411.tif 000043