(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２組の部分タービン（２，３ａ，３ｂ，３ｃ）を備え、各部分タービンは主軸（４）に沿って延びるタービンロータ（５）を備え、これらのタービンロータ（５）は相互に強固に連結され、さらにガイドブレード（６）を取り付ける内部ハウジング（８ａ，８ｂ，８ｃ）を備え、内部ハウジング（８ａ，８ｂ，８ｃ）のうちの少なくとも１つは軸方向に変位することができ、この内部ハウジング（８ａ，８ｂ，８ｃ）の軸方向変位を補償するために熱膨張する摺動部材（９）が設けら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、
摺動部材（９）は第１の膨張部材（１０ａ）および第２の膨張部材（１０ｂ）を有し、両膨張部材（１０ａ，１０ｂ）は連結部材（１１）を介して互いに連結され、連結部材（１１）は、第１の膨張部材（１０ａ）の熱膨張および／または軸方向変位よりも大きい第２の膨張部材（１０ｂ）の軸方向変位を機械的および／または流体的に生じさせることを特徴とするタービン設備。
【請求項２】
連結部材（１１）は固定点（１２）を中心として回動することができる機械的なレバーであり、このレバーには第１の膨張部材（１０ａ）および第２の膨張部材（１０ｂ）が各連結部（１３ａ，１３ｂ）で回動できるように連結され、第２の連結部（１３ｂ）は固定点（１２）から第１の連結部（１３ａ）よりも離れていることを特徴とする請求項１記載のタービン設備（１）。
【請求項３】
摺動部材（９）に連結された少なくとも１組の部分タービン（３ａ，３ｂ，３ｃ）は内部ハウジング（８ａ，８ｂ，８ｃ）を取り囲む外部ハウジング（１４）を備え、内部ハウジング（８ａ，８ｂ）を支持する軸受（１５）の支承部（２８ａ，２８ｂ）および摺動部材（９）はシール（１６）を通して共通に導かれていることを特徴とする請求項１または２記載のタービン設備（１）。
【請求項４】
摺動部材（９）を取り囲む軸方向膨張複合部および相互に連結されたタービンロータ（５）が共通の軸方向固定点（２０）を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のタービン設備（１）。
【請求項５】
中圧部分蒸気タービン（２）および少なくとも２組の低圧部分蒸気タービン（３ａ，３ｂ）を備え、各部分蒸気タービンは主軸（４）に沿って配置されており、低圧部分蒸気タービン（３ａ，３ｂ）の内部ハウジング（８ａ，８ｂ）が摺動部材（９）に連結されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のタービン設備（１）。
【請求項６】
主軸（４）に沿って膨張し得る互いに独立した２組の部材間、特にタービンロータ（５）とタービン設備の内部ハウジング（７，８ａ，８ｂ，８ｃ）との間の異なる軸方向膨張を減少させるための摺動部材（９）において、
第１の膨張部材（１０ａ）、第２の膨張部材（１０ｂ）、および連結部材（１１）を有し、連結部材（１１）は固定点（１２）を中心として回動し得る機械的レバーであり、このレバーに第１の膨張部材（１０ａ）および第２の膨張部材（１０ｂ）がそれぞれ連結部（１３ａ，１３ｂ）で回動自在に連結され、第２の連結部（１３ｂ）は固定点（１２）から第１の連結部（１３ａ）よりも離れていることを特徴とする摺動部材。
【発明の詳細な説明】
本発明は、少なくとも２組の部分タービンを備え、各部分タービンは主軸に沿って延びるタービンロータを備え、これらのタービンロータは相互に強固に連結されているタービン設備、特に蒸気タービン設備に関する。各部分タービンはガイドブレードを取り付ける内部ハウジングを備えており、少なくとも１組の内部ハウジングは軸方向に動くことができる。この内部ハウジングの軸方向変位のために熱膨張する摺動部材が設けられている。本発明はさらに摺動部材に関する。
ドイツ国特許出願公開第３５２２９１６号明細書には、少なくとも１組の外部ハウジングおよびそれに対して同軸配置の内部ハウジングを有する低圧部分タービンと、低圧部分タービンに対して同軸にかつその上流側に配置された少なくとも１組の高圧部分タービンおよび／または中圧部分タービンとを備えたタービン装置が開示されている。部分タービンの軸は１つの軸部材に相互に強固に連結されている。低圧部分タービンの上流側には基準平面を画成する軸部材のためのスラスト軸受が設けられており、その基準面から軸方向の軸膨張および軸変位が出発している。内部ハウジングは変位を伝達する連結棒によって、軸方向に隣接する部分タービンハウジングの軸方向に動けるように支持された端部またはタービン軸受ハウジングに連結されている。連結棒は外部ハウジングの壁を通して、制限された横方向の動きも可能にするシール部材によって熱的に動くことができ、かつ真空密に導出されている。低圧タービンの前方に配置されているタービン軸受は第２の基準平面を画成しており、この基準面からこのタービン軸受に支持されている部分タービンハウジングおよびそれに連結されている部分タービンハウジングの軸方向膨張および変位が出発している。こうすることによって軸部材およびタービンハウジングの軸方向変位が事実上同一軸方向膨張および同一方向に行われ、互いに隣接する回転ブレード面およびガイドブレード面の間に最小の軸方向遊びしか生じない。連結棒による変位伝達部は変位を伝達するタービン軸受の領域内に設けられる。また、連結棒の密封貫通部は低圧部分タービンの内部ハウジングの水平熱動型の突出支持部と構造的に結合される。内部ハウジングの突出アームは軸に平行な方向に延び、滑動する支持面およびガイド面で付属の軸受ハウジングの支承部に位置する。連結棒はタービン軸受の領域内で突出アームに摩擦力をもって結合され、特に真空密の貫通のための膜シールは外部環状フランジで低圧部分タービンの外部ハウジングの端面に連結され、内部環状フランジでタービン軸受ハウジング部分に真空密に封鎖される。外部ハウジングの端面壁および軸受ハウジングの両座り面間、すなわち、わずかな相対変位しか生じない部分間へのシール部材の配置は、内部ハウジングの大きな熱変位がシール部材によって減結合される、という役割を果していることになる。
ドイツ国特許出願広告第１２１６３２２号明細書には、前後に同軸に配置された複数の部分タービンを有し、それらの軸が相互に強固に連結され、それらのハウジングのうち少なくとも一つは軸方向に動くことができ、固定配置の部分タービンハウジングまたは軸受台に結合されている蒸気タービンまたはガスタービンが記載されている。タービンの低圧ハウジングはそれぞれ外部ハウジングおよび内部ハウジングからなっている。低圧タービンの内部ハウジングと隣接する部分タービンハウジングまたは軸受台との連結は、外部ハウジングの壁を貫通して蒸気密に且つ熱変位ができるように導出された連結棒によって行われる。この連結棒は１本の棒材とすることができ、外部ハウジングの壁内に軸方向および半径方向に従動するベローズによって密封されている。さらに連結棒は軸方向に整列され互いにリンク結合された３つの棒材から構成され、その中央のものは外部ハウジングの壁のブッシュ内で滑動はめあいをもって軸方向に動くようにすることができる。このような連結棒によりハウジングの軸方向変位が行われなければならず、それによってロータとハウジング間の軸方向遊びができるだけ一定に保たれなければならない。軸方向遊びの大きさを変えるために、連結棒の長さの変化がその温度の変化によって可能である。温度のこの変化は蒸気または流体による連結棒の付加的な熱負荷によって実施される。
管を通して高温蒸気が導かれる軸方向遊びの大きさの上述の変化は英国特許第１１４５６１２号明細書に記載されている。軸方向に膨張し得る管は各端両側でそれぞれの棒材に連結され、さらにその棒材は低圧部分タービンの内部ハウジングに取り付けられる。タービンロータに対する内部ハウジングの軸方向変位は内部ハウジングの膨張、連結棒の膨張、さらには膨張管の膨張を合成したものである。互いに連結された内部ハウジングの熱膨張は、上流側に最も遠くに配置された低圧部分タービンの外部ハウジングに配置された固定点から出発して定義される。内部ハウジングの熱膨張のこの出発点は、さらに上流側に位置する軸受内で定義されるロータの熱膨張の出発点とは異なる。膨張管は補償器を介して低圧部分タービンの対応する外部ハウジングに連結され、それにより、内部ハウジングおよび連結棒からなるシステムの絶対的な膨張が補償器によって吸収されるようにしている。内部ハウジングおよび連結棒からなるシステムとタービンロータの膨張部との間を一定の関係に保証するために、上述のように膨張管に蒸気が導入されなければならない。この蒸気は蒸気プロセスから取り出すか、または特別にあつらえなければならい。いずれにしても、軸方向遊びの補償のために必要な蒸気が蒸気タービンの運転状態に従って熱膨張管に導入されるような調整システムおよび監視システムも必要となる。
本発明の課題は、簡易な構造および方式で、特に高価な調整システムおよび監視システムを用いることなく、タービンロータと内部ハウジングとの間の軸方向遊びを所定値以下に維持し得るタービン設備を提供することにある。本発明の他の課題は、タービン設備のタービンロータと内部ハウジングとの間の軸方向遊びを減少させるための適当な摺動部材を提供することにある。
タービン設備に向けられた課題は、軸方向に変位し得る内部ハウジングに軸方向変位を補償するために熱膨張する摺動部材が設けられ、この部材が第１の膨張部材および第２の膨張部材を有し、両膨張部材が連結部材を介して互いに連結されることによって解決される。この連結部材は、第１の膨張部材の軸方向変位および／または軸方向熱膨張よりも大きい第２の膨張部材の軸方向変位を機械的および／または流体的に生じさせる。
連結部材は、好ましくは機械的なレバーである。このレバーは固定点を中心として回動することができ、第１の膨張部材および第２の膨張部材は各連結部でレバーとともに回動できるように連結される。第２の連結部の固定点からの距離は、第１の連結部の固定点からの距離よりも大きい。第１の膨張部材の熱膨張および／または変位によって引き起こされた第１の連結部材の変位は、従って機械的レバーをその固定点を中心として回動させる。第２の膨張部材のレバーアームすなわち第２の連結部と固定点との距離は第１の膨張部材のレバーアームよりも長いので、機械的レバーは、第１の連結部材の軸方向変位より大きく同一方向の第２の膨張部材の軸方向変位を引き起こす。
こうすることによって、特に蒸気タービン設備において低い冷却水温度のもとで用いられる大容量の３連型の低圧部分タービン装置において、タービンロータに対する第３の低圧内部ハウジングの相対膨張が小さい値に保たれ、静止状態のガイドブレードと回動ブレードとの間では蒸気タービン設備の全負荷時においても軸方向遊びが所定値以下に保たれる。それに対応する同一方向に向けられたレバーアームの選択によって、軸方向遊びを、他の低圧部分タービンの軸方向遊びにほぼ対応する値に調整することができる。したがって、低圧部分タービン全体を類似構造にすることができる。
自明のごとく、軸方向に並置された低圧部分タービン全体を摺動部材を介して上述の簡易なリンク機構に連結することができる。レバーアームの適切な選択つまりは対応する伝達比の適切な選択によって、低圧部分タービンのそれぞれに対して、タービンロータに対する相対膨張を所定値だけ減少させる軸方向の動きを発生させることができる。特に相対膨張はその都度一定値に調整することができる。同様に個々の低圧部分タービンは剛性のある摺動部材を介して機械的または流体的な変位増幅器を用いることなく相互に連結することができる。
機械的および／または流体的なやり方で第１の膨張部材の軸方向変位および／または軸方向膨張を同一方向に増幅させる連結部材は構造的に容易に実現することができ、複雑な監視装置や調整装置を必要とすることがなく、付加的な導管を介して蒸気を導入する必要もない。かくして上述の連結部材によれば、構造的におよび作業上わずかな費用でタービン設備のガイドブレードと回転ブレード間の軸方向遊びの減少を達成することができ、それによりタービン設備の運動効率を向上させることができる。
好ましくは摺動部材は内部ハウジングを支持する軸受の受け面と共通に内部ハウジングを包囲する外部ハウジングのシール部を貫通させるのがよい。シールは軸方向に膨張し得るシール用ベローズを備えるのがよい。共通のシールによって外部ハウジングの貫通部の減少を達成し、それによって構造的な簡易化を達成することができる。
好ましくは、変位増幅器（レバー）を有する摺動部材、１つまたは複数の内部ハウジング、および場合により変位増幅器（連結棒）なしの摺動部材を含む軸方向の膨張複合部と、相互に連結されたタービンロータとは共通の軸方向固定点を持つのがよい。この軸方向固定点は中圧部分タービンの外部ハウジングおよび２組以上の低圧部分タービンを備えた膨張複合部において軸方向に全部分タービンの前に配置された中圧部分タービンの外部ハウジングの支持のために用いられるタービン軸受とするのがよい。
主軸に沿って膨張し得る互いに独立の２つの部材、特にタービンロータとタービン設備の内部ハウジングとの間の異なる軸方向膨張を減少させるための摺動部材に向けられた課題は、第１の膨張部材、第２の膨張部材および連結部材を有する摺動部材によって解決される。連結部材は、固定点を中心として回動することができ、第１の膨張部材および第２の膨張部材がレバーの同一側に各連結部で回動できるように連結された機械的レバーとするのがよい。第２の連結部は固定点から第１の連結部よりもさらに離れている。こうすることによって、第１の連結部の変位の際のてこ作用のために第２の連結部の変位の増幅作用が生じ、それによって第２の連結部は第１の連結部よりも軸方向にさらに変位させられる。摺動部材は流体的な変位増幅器を備えることもできる。例えば摺動部材は主軸に沿って先細に形成された流体チャネルによって構成することができる。流体チャネルの端末部にはそれぞれ第１の膨張部材および第２の膨張部材が接続される。流体チャネルの先細方向に見て第１の膨張部材の変位はそこに配置された非圧縮流体を先細部に押し出すことになる。したがって、体積一定の原理によって流体は第１の膨張部材によって排除されるときさらに先細部に押し出される。こうして非圧縮流体による変位の増幅が引き起こされる。
次に図面に示された実施形態を参照して、摺動部材を有するタービン設備についてさらに詳細に説明する。図面において、
図１は、蒸気タービン設備の縦断面図を示し、
図２は、摺動部材を有する２組の低圧部分タービン間に配置された軸受の縦断面図を示し、
図３は、図２の摺動部材の平面図を示すものである。
図１には、主軸４に沿って前後に配置された高圧部分タービン２３、中圧部分タービン２、およびほぼ同一構造の３組の低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃを備えた蒸気タービン設備１が示されている。低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃは流体技術的に蒸気導管２４を通して中圧部分タービン２に接続されている。中圧部分タービン２は外部ハウジング２２を備えている。各低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃはそれぞれ内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃおよびその内部ハウジングを取り囲む外部ハウジング１４を備えている。各内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃは低圧蒸気を受けるガイドブレード６を支持している。各内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃ内には、それぞれ主軸４に沿って延びるタービンロータ５が配置されている。タービンロータ５は低圧回転ブレード２７を支持している。中圧部分タービン２は内部ハウジング７を備えている。中圧部分タービン２と第１の低圧部分タービン３ａとの間、および各隣接低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃ相互間にはそれぞれ軸受１５が配置されている。この軸受１５はタービンロータ５の支持の機能を果たすとともに、各内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃの支持の機能をも果たす。高圧部分タービン２３と中圧部分タービン２との間にも同様にこれらの部分タービン２，２３のタービンロータを支持するための軸受１５ａが設けられている。各軸受１５の内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃの支持領域内にはそれぞれ主軸４に平行に連結棒９ａが導かれている。各連結棒９ａは中圧部分タービン２を第１の低圧部分タービン３ａおよびそれに隣接する低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃの内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃに相互に連結する。外部ハウジング２２、内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃおよびこれらを連結する連結棒９ａ，２１は、高温の蒸気が流れたとき主軸４に沿って軸方向に膨張する膨張複合部を形成する。このように形成された膨張複合部は、高圧部分タービン２３と中圧部分タービン２との間の軸受１５ａにある固定点２０を持っている。この固定点２０から主軸４に沿って計算される熱膨張の大きさは、膨張線２５によって示されている。中圧部分タービン２および低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃの相互に強固に連結されたタービンロータ５の対応する膨張線２６も同様に示されている。内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃを図示していない発電機の方向に主軸４に沿って変位させるために、中圧部分タービン２の外部ハウジング２２と組合わせた膨張複合部に対する低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃの連結を通して個々の熱膨張が利用される。従って、主軸４に沿って内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃ全体の熱膨張が加算され、それにより相互に強固に連結されたタービンロータ５に対する相対膨張が減少させられる。膨張線２５および２６の比較により、それにもかかわらずタービンロータ５と最後の低圧部分タービン３ｃの内部ハウジング８ｃとの間の膨張差がタービン設備１の全長にわたって存在していることが分かる。この膨張差は各低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃのガイドブレード６と回転ブレード２７との間の異なる軸方向遊びを生じさせる。
図２および３に詳細に示されている低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃの内部ハウジング８ａ，８ｂ，８ｃの変位増幅部を有する摺動部材９を用いることによって、上述の膨張差を所定値だけ明らかに減少させることができる。この摺動部材９は中圧部分タービン２と第１の低圧部分タービン３ａとの間、および隣接する各低圧部分タービン３ａ，３ｂ，３ｃ相互間の連結棒９ａの代わりに配置することができる。好ましくは、それは第２・第３の低圧部分タービン３ｂ，３ｃ間に配置すればよい。摺動部材９は、ほぼ棒状の第１の膨張部材１０ａと、同様にほぼ棒状の第２の膨張部材１０ｂとを備えている。これらの膨張部材１０ａ，１０ｂは連結部材１１を介して相互にリンク結合されている。この連結部材は、図３から明らかなように、固定点１２を中心として回動し得る機械的レバーである。各連結部１３ａ，１３ｂでは、膨張部材１０ａ，１０ｂはそれぞれ図示していないピンによって連結部材１１に回動自在に主軸４の方向に変位し得るように連結されている。連結部１３ａは連結部１３ｂよりも固定点１２の近くにある。つまり連結部１３ａは連結部１３ｂと固定点１２との間にあり、したがって主軸４の方向の連結部１３ａの変位は主軸４の方向の連結部１３ｂのより大きな変位を生じさせる。膨張部材１０ａ，１０ｂはそれぞれの軸受１５を貫通し、各受け領域２８ｂ，２８ｃと共に対応する低圧部分タービン３ｂ，３ｃの各外部ハウジング１４を通して導かれる。この貫通はそれぞれシール１６によってガス密に行われ、シール１６は主軸４の方向に回動自在のシール用ベローズ１８を備えている。支承部２８ａには内部ハウジング８ｂが載置され、そこに膨張部材１０ａが固くねじ込まれている。同様に支承部２８ｂに内部ハウジング８ｃが載置され、膨張部材１０ｂは内部ハウジング８ｃの対応する突出支持部１７に固くねじ込まれている。
連結部１３ａ，１３ｂの固定点１２に対する位置に従い連結部材１１によって対応する変位の増幅量が所定値だけ調整される。このようにして連結部材１１は構造的に簡易で保守の手間を大幅に削減した形で、従来は蒸気による温度上昇による変位増幅の際に必要とした高価な調整システムや監視システム、管路システムを備えることなしに、実現することができる。
本発明は、機械的および／または流体的な方法で変位増幅が達成される複数の部分タービンを備えたタービン設備における摺動部材によって特徴付けられる。摺動部材は、好ましくは機械的レバーとして実施される連結部材を有する。このレバーには固定点に関し異なる位置にありしかし同一側にあるレバーアームを有する２つの摺動棒がリンク結合される。部分タービンにおける内部ハウジングの変位の軸方向に発生する増幅は、タービンロータの回転ブレードと内部ハウジングのガイドブレードとの間の軸方向遊びの減少を生じさせる。このことは、ほぼ同一構造の複数組の内部ハウジングの使用と共に、タービン設備全体の効率向上にも役立つ。タービン設備は、好ましくは、高圧部分タービン、中圧部分タービン、および２組またはそれ以上、特に３組の低圧部分タービンを備えた蒸気タービン設備である。自明のごとく、上述の摺動部材は複数組の部分タービンを備えたガスタービン設備における軸方向遊びの減少のためにも適したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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