(57)【要約】【課題】新規構築および改造ソリューションの両方において蒸気タービンの逆タービンギヤ動作を用いる手段および方法を提供する。【解決手段】本発明は、タービン（１０）用回転ギヤシステムに関する。本システムは、タービン（１０）のシャフト（１６）を回転させるように、回転ギヤ（２０）と係合するように構成および配置されたピニオン（２２）を備え、また油圧モータ（３２）を有する高圧油システム（３０）と、高圧油システムを動力として使用して、流量の生成が可能となるように、油圧モータ（３２）に連結された油圧ポンプ（４２）を有する低圧油システム（４０）とをさらに含む。逆回転動作時のピニオンの係合を可能にするために、流量の圧力を制御する圧力制御システム（５０）が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン（１０）のシャフト（１６）を回転させるように、回転ギヤ（２０）と係合するように構成および配置されたピニオン（２２）と、
油圧モータ（３２）を有する高圧油システム（３０）と、
前記高圧油システムを動力として使用して、流量の生成が可能となるように、前記油圧モータ（３２）に連結された油圧ポンプ（４２）を有する、低圧油システム（４０）と、
逆回転動作時の前記ピニオンの係合を可能にするために、前記流量の圧力を制御する圧力制御システム（５０）と、
を含む、タービン（１０）用回転ギヤシステム。
【請求項２】
前記ピニオン（２２）は、動作方向での前記シャフト（１６）の回転中に自己係合するように構成されている、請求項１に記載の回転ギヤシステム。
【請求項３】
蒸気タービン（１０）と共に使用するために構成されている、請求項１に記載の回転ギヤシステム。
【請求項４】
前記高圧油システム（３２）は、前記タービン（１０）用のジャッキング油システム（３２）である、請求項１に記載の回転ギヤシステム。
【請求項５】
前記低圧油システム（４０）は、前記タービン（１０）用の潤滑油システム（４０）の一部である、請求項１に記載の回転ギヤシステム。
【請求項６】
単一シャフト複合サイクル発電プラントの蒸気タービン（１０）用に構成されている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転ギヤシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、単一シャフトガスタービン／蒸気タービン発電プラントに関し、より詳細には、新規構築および改造ソリューションの両方において蒸気タービンの逆タービンギヤ動作を用いる手段および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
単一シャフト発電プラントは、通常、１つの共通のシャフトに連結されているガスタービン、発電機および蒸気タービンを含む。通常、シンクロ自己シフトクラッチは、単一シャフトの蒸気タービン部を、単一シャフトのガスタービン部に接続するのに使用される。このタイプのクラッチは、通常、入力回転速度が出力回転速度を追い越した時点で自動的に係合し、入力回転速度が出力回転速度に対して遅くなった場合に解放される歯を有するように構成される。こうすることで、クラッチの蒸気タービン部がシャフトのガスタービン部よりも低速回転しているときに、クラッチを解放する効果を有する。
【０００３】
従来の問題は、ガスタービンと蒸気タービンとで、より安全な作業環境を確保するために冷却を開始しなければならない限界温度が典型的に異なることである。たとえば、ガスタービンについては、限界温度は５０℃未満であってもよく、一方で、蒸気タービンについては、１５０℃未満であってもよい。ガスタービンの低温要件にもかかわらず、冷却空気は、通常ガスタービン内に構成されている典型的な冷却流路に導くことができるので、ガスタービン冷却は、蒸気タービンよりもかなり速く達成できる。対照的に、蒸気タービンは通常、そのような冷却流路を有していないので、蒸気タービンは、通常、自然冷却により冷却されなければならない。この結果、蒸気タービンの冷却時間は、ガスタービンの冷却時間よりも最長２日半長くなり得る。
【０００４】
冷却段階の間、シャフトの熱変形を回避するためには、通常は回転ギヤを使用して、シャフトを回転させる。動作方向に回すと、シンクロ自己シフトクラッチは、通常、係合して、シャフトの蒸気タービン部およびガスタービン部の両方の回転を発生させる。そのようなモードでは、通常、ガスタービンが冷却されて安全な動作温度になったとしても、ガスタービンの保守作業を実行することが安全ではない。
【０００５】
ガスタービン上で早めのメンテナンス作業を可能にするために、ガスタービンが低温に達した後、蒸気タービンを回転させるために、逆回転ギヤ構成を使用することができる。シャフトの動作方向と反対方向にシャフトの蒸気タービン部を回転させると、シンクロ自己シフトクラッチは、動作を通して解放された状態を維持する。
【０００６】
既知の発電プラントの運転は、蒸気タービンが公称速度から減速して回転ギヤ速度になる減速モードを含む。その速度で、回転ギヤは係合して、タービン発電プラントのシャフトを通常動作の方向に回転させることができる。逆回転ギヤ動作に先立って、タービン発電プラントは、タービン発電プラントが停止するまでさらなる減速を実行する。この時点で、蒸気タービン逆回転ギヤは係合して、この結果、シャフトの動作方向と反対方向において、発電プラントシャフトの蒸気タービン部を逆回転ギヤ速度まで加速することができる。
【０００７】
このプロセスは、タービン発電プラントの再起動中には反転する。すなわち、蒸気タービンシャフトは、逆回転ギヤを解放することによって、まず減速される。シャフト回転速度がゼロになると、発電プラント起動手順の一部として、公称速度までさらに加速される前に、タービンギヤは、回転ギヤを使用して回転ギヤ速度まで動作方向に再加速される。
【０００８】
構成において、回転ギヤは、ギヤピニオンを駆動する周波数変換器を備える電気モータを含み、
ここで、回転ギヤピニオンは油圧で、ロータの駆動側のヘリカルギヤを介して、蒸気タービンに係合する。蒸気タービンの始動中に回転ギヤのブロックを回避するために、ピニオンは通常、逆転検出で、回転ギヤピニオンが機械的トルクを通して解放されるように駆動するように設計されている。かかるシステムの例は、米国特許第４，９６０，００６号に記載されている。逆回転する間、この解放を防止するために、アクティブなトルクをピニオンに適用して、係合状態を維持し、さらにヘリカルギヤのトルクを乗り越えることを確実にする必要がある。
【０００９】
タービンで用いるジャッキング油システムは、通常、逆動作中に、ピニオンの係合を維持するのに必要なアクティブトルクを提供するのに不十分な油流量容量だけ有するように設計される。同様に潤滑油システムは、容量および圧力のいずれの必要性も満たさない。結果として、通常は代替手段が必要である。そのような代替油圧手段は、通常は複合サイクル発電プラントの一部を構成する油潤滑ストレージシステムに接続されたギヤポンプの使用を含み得る。このポンプは、スタンドアロンの電動モータまたは、ジャッキング油ポンプのタンデム動作を可能にする貫通シャフトを含む変更されたジャッキング油ポンプモータのいずれかから駆動してもよい。これら両方の解決手段は、さらなる電気的ハードウェアを必要とする。
【発明の概要】
【００１０】
開示されている逆回転ギヤ構成は、タービンシャフトの逆回転中に、ピニオンの係合を維持するためにアクティブなトルクを生成および提供するための代替手段を提供することができる。
【００１１】
独立請求項の主題により、この問題に対処しようと試みる。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【００１２】
１つの一般的な態様は、ピニオン、高圧油システム、低圧油システム、および圧力制御システムを備える、タービン用回転ギヤシステムを含む。ピニオンは、回転ギヤに係合するように構成および配置されて、タービンのシャフトを回転させるようになっている。高圧油システムは、油圧モータを有し、一方で、低圧油システムは、高圧油システムを動力として使用して流量の発生を可能にするために、油圧モータに連結された油圧ポンプを有する。圧力制御システムは、逆回転動作時のピニオンの係合を可能にするために、油の流量から圧力を生成するように適合されている。
【００１３】
さらなる態様は、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。ピニオンは、動作方向でのシャフトの回転中に、自己係合するように構成されている。圧力制御システムによって生成された圧力は、３０バールおよび１５バールである。高圧油システムは、タービン用のジャッキング油システムである。低圧油システムは、タービン用の潤滑油システムの一部である。回転ギヤシステムは、蒸気タービンを用いるように構成された回転ギヤシステムを含むこともでき、ここで蒸気タービンは、単一シャフト複合サイクル発電プラントの蒸気タービンとすることができる。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、従来技術の欠点および短所を克服もしくは少なくとも改善し、または有用な代替手段を提供することにある。
【００１５】
本開示の他の態様および利点は、１例として本発明の例示的な実施形態を示す添付図面と関連して記載する以下の説明から明らかである。
【００１６】
例として、本開示の実施形態は、添付の図面を参照して、以下にさらに完全に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の回転ギヤを有する単一シャフト複合サイクル発電プラントの概略図である。
【図２】逆動作中に、図１のタービンギヤと係合するように油圧を付加するための回転ギヤシステムの一部分の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本開示の例示的な実施形態について、以下、図面を参照して説明し、ここで、同様の参照番号は、全体を通して同様の要素を指すのに使用される。以下の説明では、説明の目的で、本開示の完全な理解を提供するために多くの特定の詳細について説明する。しかし、本開示は、これらの具体的な詳細がなくても実施可能であり、本明細書に開示した例示的実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
本明細書を通して、ジャッキング油システムは、ジャーナル軸受の底部シェルに機械加工されたオイルポケット内に高圧油を配設することによって、起動中にジャーナルと軸受シェルとの間の金属同士の接触を防止するように構成および設計されるシステムとして定義される。このように構成されたシステムは、シャフトシステムをわずかに持ち上げて、油膜上に浮上させる。ジャッキング油システムは、油の圧力および流量によって、低圧潤滑油供給と区別される。すなわち、システムが固定されている場合には、潤滑油供給は、ジャーナルと軸受シェルとの間の金属同士の接触を停止させる圧力が不足している。
【００２０】
逆回転および逆方向を参照する。本明細書においては、これは、通常動作中に生じるのと反対の回転および／または方向を意味し、ここで、発電プラントの場合、通常動作とは、発電期間のことである。
【００２１】
図１は、本実施形態が適用される単一シャフト複合サイクル発電プラントを示している。複合サイクル発電プラントは、ガスタービン１４および発電機１２をシャフト１６の一端に含み、一方、蒸気タービン１０は、ガスタービン１４および発電機１２と同一のシャフト１６上に配置されているが、シンクロ自己シフトクラッチ１８等のクラッチ１８を介してこれらのユニットから分離されている。発電プラントはさらに、ピニオン２２を介してシャフト１６に係合可能である回転ギヤ２０を含む。回転ギヤ２０は、油圧によって係合可能である。
【００２２】
図２は、ピニオン２２をシャフト１６に係合するために、油圧を供給するように構成された回転ギヤシステムの一部の例示的な実施形態を示している。システムは、高圧油システム３０を含み、高圧油システム３０は、例示的な実施形態において、高圧油システム３０によって駆動される油圧モータ３２をさらに備えるジャッキング油システムの一部である。
【００２３】
例示的な実施形態において潤滑油システムの一部を形成する、低圧油システム４０は、油圧ポンプ４２を含む。連結部３４は、油圧モータ３２を油圧ポンプ４２に接続する。油圧ポンプ４２、油圧モータ３２および連結部３４の配置により、高圧システムにおける低流量高圧力の油圧流体は、低圧油システム４０内の油圧流体の流量に変換される。
【００２４】
油圧ポンプ４２から、油圧流体は、回転ギヤ２０と係合するように圧力を制御する圧力制御システム５０に渡される。
【００２５】
この例示的な実施形態では、圧力制御システム５０は、２つの異なる油圧を発生するように構成される。まず逆回転を動作させているとき、静止シャフトを破壊するのに適したより高圧力、たとえば３０バール、および、逆回転動作中にピニオンの係合を維持する低圧力、たとえば１５バール、である。
【００２６】
本開示は、本明細書中に示され、最も実用的で例示的な実施形態であると考えられるものを説明したが、本開示は他の仕様で実施することができる。たとえば、回転ギヤシステムは、単一シャフト複合サイクル発電プラントに関連して説明したが、回転ギヤシステムは、逆回転動作を必要とする任意のタービンシャフトに適用することができる。したがって、ここに開示された実施形態は、あらゆる点において例示的であって、限定的ではないと考えられる。本開示の範囲は、以上の説明よりはむしろ添付の特許請求の範囲によって示され、その意味、範囲および均等物内でのあらゆる変更がそこに含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００２７】
１０  蒸気タービン
１２  発電機
１４  ガスタービン
１６  シャフト
１８  シンクロ自己シフトクラッチ
２０  回転ギヤ
２２  ピニオン（回転ギヤ）
３０  ジャッキング油システム
３２  油圧モータ
３４  連結部
４０  低圧油システム
４２  油圧ポンプ
５０  圧力制御システム
【図１】
2017002902.tif 000003
【図２】
2017002902.tif 000004
【外国語明細書】
2017002902000001.pdf