特許 6033404 蒸気タービン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6033404

(24)【登録日】2016年11月4日

(45)【発行日】2016年11月30日

(54)【発明の名称】蒸気タービン

(51)【国際特許分類】

   F01D 17/10 20060101AFI20161121BHJP

   F01D 17/24 20060101ALI20161121BHJP

   F01D 21/14 20060101ALI20161121BHJP

   F16H 25/20 20060101ALI20161121BHJP

【ＦＩ】

   F01D17/10 G

   F01D17/24 N

   F01D21/14 A

   F16H25/20 H

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-506519(P2015-506519)

(86)(22)【出願日】2013年3月22日

(86)【国際出願番号】JP2013058377

(87)【国際公開番号】WO2014147832

(87)【国際公開日】20140925

【審査請求日】2015年9月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】310010564

【氏名又は名称】三菱重工コンプレッサ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100134544

【弁理士】

【氏名又は名称】森 隆一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100126893

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(72)【発明者】

【氏名】片懸 誠

【審査官】 佐藤 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−２００００９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１０６０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１６１０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２３２６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５０７７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５３３３９８９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００１６２８１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１０６９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００７５２８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開昭５１−１１７２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０８９３７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｄ １７／１０、２４

Ｆ０１Ｄ ２１／００−２０

Ｆ１６Ｋ ３１／００−７２

Ｆ１６Ｈ ２５／２０

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転可能に支持されたブレードを有するタービン本体と、前記タービン本体に接続されて作動流体としての蒸気が流通する蒸気流路と、直線運動することで前記蒸気流路の開閉を調整する調整弁と、前記調整弁を駆動する開閉駆動機構と、少なくとも前記開閉駆動機構を制御する電子ガバナと、前記開閉駆動機構の動作を制御するコントローラユニットと、を有する蒸気タービンであって、
前記開閉駆動機構は、
電力が供給されて回転する電動モータと、
前記電動モータの回転運動を前記調整弁の直線運動に変換する変換機構と、
前記電動モータの回転運動を制動するブレーキと、を有し、
前記コントローラユニットと前記電子ガバナのうち少なくとも一方は、前記電動モータの故障時に、前記ブレーキを作動させて前記電動モータの回転運動を制動させ、前記調整弁の位置を保持する制御を行う蒸気タービン。

【請求項2】

前記ブレーキは無停電電源により電力が供給され、該ブレーキへ供給される電力が断たれることにより作動して前記電動モータの回転運動を制動させるように構成されており、
前記コントローラユニットと前記電子ガバナのうち少なくとも一方は、前記電動モータと前記コントローラユニットのうち少なくとも一方の故障時に、前記ブレーキへ供給される電力を遮断する請求項１に記載の蒸気タービン。

【請求項3】

前記調整弁が所定の範囲を超過して駆動したことを検知する制限センサを備え、
前記コントローラユニットと前記電子ガバナのうち少なくとも一方は、前記制限センサが前記調整弁の所定の範囲を超過した駆動を検知した場合に、前記ブレーキを作動させて前記電動モータの回転運動を制動させ、前記調整弁の位置を保持する制御を行う請求項1又は請求項２に記載の蒸気タービン。

【請求項4】

前記調整弁の駆動を機械的に制限する制限部材を備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の蒸気タービン。

【請求項5】

前記変換機構が、
前記電動モータによって回転駆動されるボールネジと、
前記ボールネジに螺合されるとともに前記調整弁に接続されたナットと、を備える請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の蒸気タービン。

【請求項6】

前記コントローラユニットの故障時に、前記開閉駆動機構の動作を制御する予備コントローラユニットを更に備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の蒸気タービン。

【請求項7】

前記開閉駆動機構の故障時に前記調整弁を駆動する予備開閉駆動機構を更に備える請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の蒸気タービン。

【請求項8】

前記電動モータと前記コントローラユニットのうち少なくとも一方の故障は、電子ガバナによって検知される請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の蒸気タービン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸気によって回転駆動する蒸気タービンに関するものである。

【背景技術】

【0002】

蒸気タービンは、機械駆動用などに用いられ、回転可能に支持されたロータを有するタービン本体を備えている。そして、このタービン本体に対して作動流体としての蒸気が供給されることによってロータが回転駆動される。蒸気タービンでは、タービン本体へ供給する蒸気やタービン本体から抽気した蒸気が蒸気流路を流れる。この蒸気流路には調整弁が設けられ、調整弁を備えた開閉駆動機構が蒸気流路の開閉を調整することによって蒸気の流量を調整する（例えば、特許文献１を参照）。

【0003】

そして、この調整弁の駆動は油圧サーボ機構を用いて調整弁の一端部が固定されたレバーを介して調整弁を開閉する構造が一般的である。一方、省スペース化などを目的とした電動アクチュエータを用いてレバーを操作する構造も知られている。

【0004】

また、二重安全装備（Fail safe）の機能として、停電時や、開閉駆動機構を制御する電子ガバナの故障時において、例えば引張コイルばねの付勢力を用いてレバーを操作して調整弁を強制的に閉じる機能も知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平７−１９００６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、電動アクチュエータや、この電動アクチュエータに付属するコントローラユニットの故障によって蒸気タービンの運転が停止すると、蒸気タービンを再起動する必要が生じる。蒸気タービンの停止・再起動には多大な費用と時間を要するため、電動アクチュエータや、コントローラユニットが故障した場合においても、蒸気タービンを停止させる必要のないシステムが望まれている。

【0007】

本発明は、電動アクチュエータや、コントローラユニットが故障した場合においても、蒸気タービンの運転が停止しないような蒸気タービンを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１の態様に係る蒸気タービンは、回転可能に支持されたブレードを有するタービン本体と、前記タービン本体に接続されて作動流体としての蒸気が流通する蒸気流路と、直線運動することで前記蒸気流路の開閉を調整する調整弁と、前記調整弁を駆動する開閉駆動機構と、少なくとも前記開閉駆動機構を制御する電子ガバナと、前記開閉駆動機構の動作を制御するコントローラユニットと、を有する蒸気タービンであって、前記開閉駆動機構は、電力が供給されて回転する電動モータと、前記電動モータの回転運動を前記調整弁の直線運動に変換する変換機構と、前記電動モータの回転運動を制動するブレーキと、を有し、前記コントローラユニットと前記電子ガバナのうち少なくとも一方は、前記電動モータの故障時に、前記ブレーキを作動させて前記電動モータの回転運動を制動させ、前記調整弁の位置を保持する制御を行う。

【0009】

上記構成によれば、電動モータの故障時においても調整弁の弁開度が保持されるため、蒸気タービンの運転を停止させることなく蒸気タービンを運用させることができる。

【0010】

上記蒸気タービンにおいて、前記ブレーキは無停電電源により電力が供給され、該ブレーキへ供給される電力が断たれることにより作動して前記電動モータの回転運動を制動させるように構成されており、前記コントローラユニットと前記電子ガバナのうち少なくとも一方は、前記電動モータと前記コントローラユニットのうち少なくとも一方の故障時に、前記ブレーキへ供給される電力を遮断することが好ましい。

【0011】

上記構成によれば、ブレーキへの電力が無停電電源により供給されていることにより、停電などでブレーキが誤作動することを防止することができる。

【0012】

上記蒸気タービンにおいて、前記調整弁が所定の範囲を超過して駆動したことを検知する制限センサを備え、前記コントローラユニットと前記電子ガバナのうち少なくとも一方は、前記制限センサが前記調整弁の所定の範囲を超過した駆動を検知した場合に、前記ブレーキを作動させて前記電動モータの回転運動を制動させ、前記調整弁の位置を保持する制御を行うことが好ましい。

【0013】

上記構成によれば、コントローラユニットの制御異常などによって、計画値以上に調整弁が駆動した場合において、タービン本体に過剰な蒸気が流入することを防止することができる。

【0014】

上記蒸気タービンにおいて、前記調整弁の駆動を機械的に制限する制限部材を備えることが好ましい。

【0015】

上記構成によれば、コントローラユニットの制御異常などによって、計画値以上に調整弁が駆動した場合において、タービン本体に過剰な蒸気が流入することを防止することができる。

【0016】

上記蒸気タービンにおいて、前記変換機構が、前記電動モータによって回転駆動されるボールネジと、前記ボールネジに螺合されるとともに前記調整弁に接続されたナットと、を備えることが好ましい。

【0017】

上記構成によれば、ボールネジの回転に伴ってそれに螺合されたナットがボールネジに沿った直線運動をし、このナットに接続された調整弁もまた直線運動をする。これにより、ボールネジとナットという簡略な構成によって、電動モータの回転運動を調整弁の直線運動に変換することができる。また、開閉駆動機構を簡略な構成とすることにより、その設置スペースを削減することができる。

【0018】

上記蒸気タービンにおいて、前記コントローラユニットの故障時に、前記開閉駆動機構の動作を制御する予備コントローラユニットを更に備えることが好ましい。

【0019】

上記構成によれば、コントローラユニットの故障時にも、これに代わって予備コントローラユニットが開閉駆動機構の動作を制御するので、蒸気タービンの連続運転が可能となる。これにより、信頼性の高い蒸気タービンの運転が可能となる。

【0020】

上記蒸気タービンにおいて、前記開閉駆動機構の故障時に前記調整弁を駆動する予備開閉駆動機構を更に備えることが好ましい。

【0021】

上記構成によれば、開閉駆動機構の故障時にもこれに代わって予備開閉駆動機構が調整弁を駆動するので、蒸気タービンの連続運転が可能となる。これにより、信頼性の高い蒸気タービンの運転が可能となる。

【0022】

上記蒸気タービンにおいて、前記電動モータと前記コントローラユニットのうち少なくとも一方の故障は、電子ガバナによって検知されることが好ましい。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、電動モータとコントローラユニットの故障時においても調整弁の弁開度が保持されるため、蒸気タービンの運転を停止させることなく蒸気タービンを運用させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの構成を示す模式図である。

【図2】開閉駆動機構の周辺を示す概略斜視図である。

【図3】電動アクチュエータの内部構成を示す概略断面図である。

【図4】電動アクチュエータの周辺を示す概略斜視図である。

【図5】カップリングの構成を示す概略正面図である。

【図6】ロック機構の構成を示す概略平面図である。

【図7】リミットスイッチユニットとリフト量検知装置の構成を示す概略正面図である。

【図8】第一実施形態に係る蒸気タービンについて、電動アクチュエータの制御を示す模式図である。

【図9】第一実施形態の変形例に係る蒸気タービンについて、電動アクチュエータの制御を示す模式図である。

【図10】第一実施形態の変形例に係る蒸気タービンについて、電動アクチュエータの制御を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態の蒸気タービンについて、図面を参照して説明する。図１は、第一実施形態の蒸気タービン１０の構成を示す模式図である。

【0026】

本実施形態の蒸気タービン１０は、図１に示すように、タービン本体１１と、作動流体としての蒸気が流通する蒸気流路１２と、調整弁１３と、レバー部材１４と、開閉駆動機構１５と、ロック機構１６（図４及び図６に示す）と、開閉駆動機構１５を制御する電子ガバナ１７と、を備える。

【0027】

（タービン本体）
タービン本体１１は、筒状のケーシング１１１と、ケーシング１１１に設けられた軸受１１２と、軸受１１２に回転可能に支持されてケーシング１１１内部に配されたロータ１１３と、このロータ１１３の回転速度を検出する速度検出センサ１１４と、を有している。そして、ロータ１１３は、回転軸１１５と、この回転軸１１５に固定されたブレード１１６とを備えている。このように構成されるブレード１１６が蒸気により回転し、その回転力により、圧縮機１８が駆動される。

【0028】

（蒸気流路）
蒸気流路１２は、タービン本体１１に対して蒸気を供給する流路である。蒸気流路１２は、その蒸気導入口１２１から蒸気が導入されるとともに、その蒸気供給口１２２がタービン本体１１に接続されている。また、蒸気導入口１２１と蒸気供給口１２２との間には、その流路幅が狭く絞られた絞り穴１２３が設けられている。

【0029】

尚、本実施形態では、本発明に係る「蒸気流路」として、タービン本体１１に対して供給する蒸気が流通する流路を例に説明するが、蒸気流路１２はこれに限られず、例えばタービン本体１１から抽気した蒸気が流通する流路であってもよい。

【0030】

（調整弁）
調整弁１３は、タービン本体１１に供給する蒸気の量を調整する弁である。この調整弁１３は、棒状のアーム部材１３１の一端部に略半円形状の封止部材１３２が設けられたものであって、アーム部材１３１の他端部が前記レバー部材１４の長手方向中間部に固定されている。このように構成される調整弁１３によれば、蒸気流路１２に沿ってアーム部材１３１が直線運動することに伴って、その先端部の封止部材１３２が蒸気流路１２の絞り穴１２３に嵌合しまたは離間する。これにより、絞り穴１２３の開口径が変化し、この絞り穴１２３を介してタービン本体１１に供給される蒸気の流量が変化するようになっている。
以下、調整弁１３の封止部材１３２が蒸気流路１２の絞り穴１２３より離間することをリフトと呼び、開閉駆動機構の計画値における最大のリフト量をリフト量１００％とし、調整弁の封止部材１３２が絞り穴１２３と嵌合した状態をリフト量０％とする。

【0031】

（レバー部材）
レバー部材１４は、開閉駆動機構１５の出力を調整弁１３に伝達する部材である。このレバー部材１４は、その長手方向基端部が回動可能に支持されるとともに、その長手方向先端部にはレバー側ロッド１９の一端部が固定されている。また、前述のようにレバー部材１４の長手方向中間部には、調整弁１３を構成するアーム部材１３１の他端部が固定されている。更に、レバー部材１４におけるアーム部材１３１の固定位置より先端側には、強制的に調整弁１３を閉塞させる強制閉塞手段として引きバネ２０の一端が取り付けられている。この引きバネ２０は、その他端が移動不能に固定され、外力が作用しない状態では、レバー部材１４を図１における反時計回りに回動させる方向へ引っ張り力を付与している。

【0032】

（開閉駆動機構）
開閉駆動機構１５は、調整弁１３を駆動する機構である。この開閉駆動機構１５は、固定して設置された一対のブラケット２１と、これらブラケット２１によって回動可能に支持された保持部材２２と、この保持部材２２によって保持された電動アクチュエータ２３と、を有している。

【0033】

図２は、開閉駆動機構１５の周辺を示す概略斜視図である。尚、図２ではタービン本体１１等については図示を省略している。開閉駆動機構１５を構成する一対のブラケット２１は、断面略Ｌ字形状を有し、軸受カバー２４に近接して設けられた台座２５の上に固定してそれぞれ設置されている。ここで、軸受カバー２４とは、図１に示すロータ１１３の回転軸１１５を回転可能に支持する軸受１１２を収容するものである。

【0034】

開閉駆動機構１５を構成する保持部材２２は、電動アクチュエータ２３を保持する部材である。この保持部材２２は、図１及び図２に示すように、側面視で略Ｕ字形状を有し、一対の保持部材２２によって回動可能に支持されている。

【0035】

開閉駆動機構１５を構成する電動アクチュエータ２３は、調整弁１３を駆動するための駆動力を発生させるものである。図３は、電動アクチュエータ２３の内部構成を示す概略断面図である。図３（ａ）、及び図３（ｂ）に示すように、電動アクチュエータ２３は、電動モータ２６と、変換機構２７と、ブレーキ２８と、を備えるものである。

【0036】

電動モータ２６は、電力の供給を受けて回転するものである。この電動モータ２６は、電動アクチュエータ２３の基端部に設けられて内部が密閉されたモータ収容部２９に収容されている。これにより、電動モータ２６が周囲に存在する油から隔絶されることにより、防爆構造とすることができる。

【0037】

変換機構２７は、電動モータ２６の回転運動を調整弁１３の直線運動に変換する機構である。この変換機構２７は、電動モータ２６の駆動軸に接続されたボールネジ３０と、ボールネジ３０の回転によって進退移動するピストンユニット３１とを有している。

【0038】

ボールネジ３０は、長尺なネジ部材であって、その外周面には雄ネジが切られている。そして、このボールネジ３０の一端部が電動モータ２６の駆動軸に接続され、電動モータ２６の回転に伴ってボールネジ３０が回転駆動される。

【0039】

ピストンユニット３１は、ボールネジ３０に沿って往復動するものである。このピストンユニット３１は、略円環形状を有する部材であって内周面に雌ネジが切られてボールネジ３０に螺合されたナット３１１と、このナット３１１の一端面に固定されてボールネジ３０の外側を覆う筒状のピストンロッド３１２と、このピストンロッド３１２の先端部に嵌合して装着されたロッドエンドコネクタ３１３と、このロッドエンドコネクタ３１３に対して長手方向一端部が固定されたアクチュエータ側ロッド３１４と、を有している。

【0040】

このように構成されるピストンユニット３１によれば、ボールネジ３０が軸線回りに回転すると、図３（ｂ）に示すようにボールネジ３０に螺合したナット３１１が軸線に沿って移動し、これに伴ってナット３１１に固定されたピストンロッド３１２、ロッドエンドコネクタ３１３、及びアクチュエータ側ロッド３１４も、ナット３１１と共にボールネジ３０の軸線に沿って移動する。ロッドエンドコネクタ３１３の頭部３１３ａは、その外形がピストンロッド３１２よりも大きく形成されている。

【0041】

ブレーキ２８は、電動モータ２６を挟んでボールネジ３０と逆側の位置に設けられた電磁ディスクブレーキである。ブレーキ２８は、電力の供給が断たれることにより作動して、電動モータ２６の回転に制動をかける。即ち、ブレーキ２８に電力が供給されている状態においては、ブレーキ２８は作動せず、電動モータ２６の回転が妨げられることはない。

【0042】

また、ピストンユニット３１はピストンケーシング３６によって覆われており、ピストンケーシング３６の上端には、ピストンケーシング３６を封止するとともに、ピストンロッド３１２を案内するピストンキャップ３７が設けられている。

【0043】

（制限部材）
ロッドエンドコネクタ３１３の頭部３１３ａのピストンロッド３１２側の面には、円筒形状をなすストッパ３８がピストンロッド３１２を囲うように取り付けられている。
ストッパ３８は、電動アクチュエータ２３の駆動を機械的に制限する制限部材として機能し、本実施形態のストッパ３８は、調整弁１３が閉状態（リフト量０％）であるときに、ストッパ３８の下端がピストンキャップ３７の上面３７ａに当接するような長さとされている。
また、ピストンキャップ３７も制限部材として機能する。即ち、ピストンキャップ３７は、調整弁１３のリフト量が１００％の開状態となったときに、ナット３１１の上面３１１ａがピストンキャップ３７の下面３７ｂに当接するように形成されている。

【0044】

図４は、電動アクチュエータ２３の周辺を示す概略斜視図である。以上のように構成される電動アクチュエータ２３は、保持部材２２に固定されるとともに、アクチュエータ側ロッド３１４が保持部材２２に挿通される。具体的には、アクチュエータ側ロッド３１４は、保持部材２２の上端部に設けられたガイド板３９に設けられた挿通孔３９ａに挿通される。そして、このアクチュエータ側ロッド３１４は、カップリング３２を介して前記レバー側ロッド１９に接続される。このように設置された電動アクチュエータ２３は、図４に破線で示すように、ブラケット２１が保持部材２２を支持する位置を支点として、若干の回動が許容された状態となっている。

【0045】

図５は、カップリング３２の構成を示す概略正面図である。カップリング３２は、略円柱形状の部材であって、一方の端面にネジ穴３２１が形成されるとともに、他方の端面にロッド挿入穴３２２が形成されている。そして、カップリング３２のネジ穴３２１に対し、アクチュエータ側ロッド３１４に取り付けられた固定用ボルト３１５が螺合されることにより、カップリング３２とアクチュエータ側ロッド３１４とが互いに接続される。一方、カップリング３２のロッド挿入穴３２２に対し、レバー側ロッド１９が挿入され、互いに直交する２本のピン３３が挿通されることにより、カップリング３２とレバー側ロッド１９とが互いに接続される。これにより、アクチュエータ側ロッド３１４とレバー側ロッド１９とがカップリング３２を介して互いに接続される。また、２本のピン３３をそれぞれ取り外すことにより、ロッド挿入穴３２２からレバー側ロッド１９を抜き取ることができ、これによりアクチュエータ側ロッド３１４とレバー側ロッド１９との接続を解除することができる。

【0046】

（ロック機構）
ロック機構１６は、調整弁１３を移動不能にロックする機構である。ここで、図６は、ロック機構１６の構成を示す概略平面図である。ロック機構１６は、図４及び図６に示すように、下端部が固定されて上方へ延びる支持棒１６１と、この支持棒１６１に支持されて水平方向に延びる保持板１６２と、一対の固定ボルト１６３を介して保持板１６２の先端部に着脱可能な押圧部材１６４と、を有している。ここで、図４に示すように、保持板１６２の先端部には、平面視で略半円形状の嵌合溝１６２ａが形成されている。一方、押圧部材１６４における保持板１６２に対向する側には、平面視で略三角形状の切欠き１６４ａが形成されている。

【0047】

このように構成されるロック機構１６によれば、保持板１６２の嵌合溝１６２ａにレバー側ロッド１９を嵌合させた後、固定ボルト１６３を用いて保持板１６２の先端部に押圧部材１６４を固定する。これにより、レバー側ロッド１９は、保持板１６２と押圧部材１６４とによって挟持されることにより移動不能にロックされる。

【0048】

（リミットスイッチユニット）
図７に示すように、保持部材２２のガイド板３９には、調整弁１３が所定の範囲を超過して駆動したことを検知する制限センサとして機能するリミットスイッチユニット５０が取り付けられている。リミットスイッチユニット５０は、ガイド板３９と直交するとともに、電動アクチュエータ２３の長手方向に延在するステー５１と、ステー５１の所定の位置に取り付けられたリミットスイッチ５２とから構成されている。また、アクチュエータ側ロッド３１４上であってカップリング３２との接続部近傍には、リミットスイッチ５２に接触可能なコンタクト金具５３が取り付けられている。

【0049】

リミットスイッチユニット５０は、電動アクチュエータ２３により調整弁１３が駆動する際、調整弁１３が１００％のリフト量を越え、１０５％のリフト量となったときに、スイッチが入るように設定されている。即ち、リミットスイッチユニット５０は、調整弁１３が電動アクチュエータ２３の計画値以上のリフト量に至った場合にＯＮとなるように設定されている。リミットスイッチユニット５０は、電子ガバナ１７と接続されており、電子ガバナ１７は、リミットスイッチユニット５０と通信を行って、調整弁１３のリフト量が１０５％以上となっていないか監視を行っている。

【0050】

（リフト量検知装置）
開閉駆動機構１５には、制限センサとして機能するリフト量検知装置５５が設けられている。リフト量検知装置５５は、電動アクチュエータ２３のモータ収容部２９に取り付けられたサポート部材５６と、サポート部材５６とレバー部材１４とを接続する伸縮バー５７と、伸縮バー５７のうちレバー部材１４の回動に伴って上方に移動する部位の上下方向の変位を測定するリフトセンサ５８とを有している。

【0051】

伸縮バー５７は、その上方をなす第一ロッド５９がレバー部材１４の長手方向先端部近傍に回動可能に接続されているとともに、その下方をなす第二ロッド６０がサポート部材に回動可能に接続され、電動アクチュエータ２３の長手方向に沿うように配置されている。
第一ロッド５９の下端には、円筒形状をなし、第二ロッド６０をその内周側に収容する円筒部材６１が固定されている。即ち、伸縮バー５７は、第一ロッド５９に固定された円筒部材６１の内部を第二ロッド６０が摺動することによって伸縮する。

【0052】

リフトセンサ５８は、伸縮バー５７の円筒部材６１の上端に固定されたリフトセンサステー６２を介して、伸縮バー５７の円筒部材６１の変位を測定する差動変圧器（ＬＶＤＴ，Linear Variable Differential Transformer）を用いたセンサである。具体的には、リフトセンサ５８は、サポート部材５６に固定された円筒形状のリフトセンサ本体部６４と、リフトセンサ本体部６４に収容されたコア部（図示せず）と、コア部と接続された棒形状のシャフト部６５とを有している。シャフト部６５は、伸縮バー５７の延在方向と平行となるように配置されており、シャフト部６５の上端がリフトセンサステー６２に固定されている。

【0053】

リフト量検知装置５５は、電子ガバナ１７と接続されており、調整弁１３のリフト量を検知するように出力調整されている。即ち、リフト量を検知できるように調整されている。また、リフト量は、操作盤３４（図１参照）にも表示されるようになっており、現場でリフト量を確認することができる。また、リフト量を例えば監視センターなどにおいてリモートにより監視することも可能である。

【0054】

（電子ガバナ）
電子ガバナ１７は、開閉駆動機構１５の動作を制御するものである。この電子ガバナ１７に対しては、図１に示すように、圧縮機１８における圧力や温度の検出結果に基づいてプロセス制御が行われた結果が入力される。また、電子ガバナ１７に対しては、タービン本体１１を構成する速度検出センサ１１４によって検出されたブレード１１６の回転速度が入力される。更に、電子ガバナ１７に対しては、操作盤３４から入力されたユーザからの指示が入力される。そして、電子ガバナ１７は、これらの入力に基づいて、開閉駆動機構１５の動作、より詳細には電動アクチュエータ２３を構成する電動モータ２６の動作を制御する。

【0055】

図８は、第一実施形態に係る蒸気タービン１０について、電動アクチュエータ２３の制御を示す模式図である。本実施形態に係る蒸気タービン１０では、電子ガバナ１７による制御に基づいて、コントローラユニット３５が電動アクチュエータ２３の動作を制御する。そして、コントローラユニット３５は、コントローラ３５１と、サーボドライブ３５２とを有している。
また、コントローラユニット３５には、電源ケーブル６７を介して主電源（例えばＡＣ２３０Ｖ）が供給されている。電源ケーブル６７には、電源ケーブル６７を流れる電力を測定する電圧計６８が設けられている。電圧計６８は、電子ガバナ１７と接続されており、電源ケーブル６７を流れる電流の電圧を電子ガバナ１７に通知する。

【0056】

このような構成によれば、電子ガバナ１７の制御の下、コントローラ３５１がサーボドライブ３５２に対して回転速度についての指令を発し、この指令に基づいてサーボドライブ３５２がモータケーブル６９を介して電動モータ２６に動力を付与する。一方、電動モータ２６において検出された回転速度や電流値や各所の温度等が、サーボドライブ３５２を介してコントローラ３５１に入力される。そしてコントローラ３５１は、検出値について異常が検知されると、電動モータ２６において重度または軽度の故障が発生したことを電子ガバナ１７に通知する。

【0057】

また、コントローラユニット３５は、サーボドライブ３５２を介してブレーキ２８を制御可能とされている。上述したように、ブレーキ２８は、電力が供給されている状態においては、制動力を発揮しない構成となっている。ブレーキ２８には、図示しない無停電電源装置による補助電力が補助電力ケーブル７１を介して供給されている。

【0058】

また、モータケーブル６９には、モータケーブル６９を流れる電力を遮断可能なスイッチ装置７０が設けられている。スイッチ装置７０には、無停電電源装置による補助電力が補助電力ケーブル７１を介して供給されている。スイッチ装置７０は、補助電力が供給されている状態において閉（ＣＬＯＳＥ）となり、電動モータ２６に電力が供給されるように設定されている。
また、補助電力ケーブル７１には、補助電力ケーブル７１を流れる補助電力を遮断可能な補助スイッチ装置７２が設けられている。なお、補助電力は、コントローラ３５１にも供給されている。

【0059】

また、蒸気タービン１０は、調整弁１３を駆動する手段として開閉駆動機構１５と同等の機能を有する予備開閉駆動機構４１を備えている。予備開閉駆動機構４１の電動アクチュエータ２３は、モータケーブル６９を介してコントローラユニット３５のサーボドライブ３５２と接続されている。

【0060】

更に、蒸気タービン１０は、開閉駆動機構１５または予備開閉駆動機構４１の動作を制御する手段として、コントローラユニット３５だけでなく予備コントローラユニット４２をも備えている。予備コントローラユニット４２はモータケーブル６９を介して開閉駆動機構１５及び予備開閉駆動機構４１の電動アクチュエータ２３と接続されている。
即ち、本実施形態の蒸気タービン１０は、開閉駆動機構１５及びコントローラユニット３５がそれぞれ冗長化されている。

【0061】

次に、本発明の第一実施形態に係る蒸気タービン１０の作用について説明する。通常運転状態において、蒸気タービン１０は、調整弁１３を開閉駆動機構１５を用いて駆動する。そして、開閉駆動機構１５は、コントローラユニット３５によって制御されている。

【0062】

開閉駆動機構１５の電動アクチュエータ２３が故障した場合、サーボドライブ３５２よりコントローラ３５１に対して電動アクチュエータ２３が異常である旨が通知される。そして、コントローラ３５１は、スイッチ装置７０及び補助スイッチ装置７２を開状態（ＯＰＥＮ）にするように指令を出す。即ち、補助電力ケーブル７１を介してブレーキ２８に供給されている補助電力が断たれ、電動モータ２６及びブレーキ２８に供給されている電力が断たれる。これにより、電動モータ２６が停止するとともに、ブレーキ２８が作動する。ブレーキ２８の作動により、電動モータ２６の回転が制動され、調整弁１３の位置が保持される。即ち、蒸気流路１２を介してタービン本体１１に供給される蒸気は遮断されることなく、蒸気タービン１０は運転を続ける。

【0063】

同様の制御は、コントローラユニット３５が故障した場合においても有効である。即ち、コントローラユニット３５が故障した場合、コントローラユニット３５自身が補助スイッチ装置７２に指令を通知し、補助スイッチ装置７２を開状態にすることができる。
さらに、電子ガバナ１７にも同様の機能を持たせることも可能である。即ち、コントローラユニット３５が制御不能な状態に陥り、補助スイッチ装置７２に指令を発することができず、電子ガバナ１７がその状態を把握した場合は、電子ガバナ１７が直接補助スイッチ装置７２に補助電力の供給遮断を指令することも可能である。

【0064】

故障が電動アクチュエータ２３のみである場合には、コントローラユニット３５による制御が予備開閉駆動機構４１に切り替えられる。即ち、予備モータケーブル６９ａを介してコントローラユニット３５のサーボドライブ３５２と予備開閉駆動機構４１とが接続されて、コントローラユニット３５による予備開閉駆動機構４１の制御が可能となる。

【0065】

コントローラユニット３５が故障した場合は、開閉駆動機構１５のブレーキ２８により調整弁１３が保持されている状態において、電動アクチュエータ２３が予備コントローラユニット４２によって制御されるように切り替えられる。即ち、予備モータケーブル６９ａを介して開閉駆動機構１５の電動アクチュエータ２３と予備コントローラユニット４２とが接続されて、予備コントローラユニット４２による電動アクチュエータ２３の制御が可能となる。

【0066】

一方、停電などにより、電力供給が停止した場合、引きバネ２０の引っ張り力を受けたレバー部材１４が図１において反時計回りに回動し、これに伴って調整弁１３が蒸気流路１２を閉止する。即ち、ブレーキ２８の作動は行われず、調整弁１３を全閉状態として速やかに蒸気タービン１０を停止させるＦａｉｌ Ｓａｆｅ（二重安全装置）機能が適用される。

【0067】

また、調整弁１３のリフト量は、リフト量検知装置５５によって監視可能とされている。電子ガバナ１７は、例えばリフト量検知装置５５によって、リフト量が１０５％となった場合にブレーキ２８を作動させて調整弁１３の開度を保持させることができる。
同様に、電子ガバナ１７は、リミットスイッチユニット５０も監視しており、リミットスイッチユニット５０のスイッチが入った場合、即ち、調整弁１３が１００％のリフト量を超えた場合にブレーキ２８を作動させて調整弁１３の開度を保持させることができる。

【0068】

上記実施形態によれば、電動モータ２６とコントローラユニット３５の故障時においても調整弁１３の弁開度が保持されるため、蒸気タービン１０の運転を停止させることなく蒸気タービン１０を運用させることができる。

【0069】

また、ブレーキ２８への電力が無停電電源により供給されていることにより、停電などでブレーキ２８が誤作動することを防止することができる。

【0070】

また、コントローラユニット３５の制御異常などによって、計画値以上に調整弁１３が駆動した場合において、タービン本体１１に過剰な蒸気が流入することを防止することができる。

【0071】

また、ボールネジ３０とナット３１１という簡略な構成によって、電動モータ２６の回転運動を調整弁１３の直線運動に変換することができる。また、開閉駆動機構１５を簡略な構成とすることにより、その設置スペースを削減することができる。

【0072】

また、開閉駆動機構１５の故障時等には、これに代えて予備開閉駆動機構４１が調整弁１３を駆動するようになっている。これにより、開閉駆動機構１５の故障時にも蒸気タービン１０を連続して運転することができるので、蒸気タービン１０の信頼性を高めることができる。

【0073】

また、コントローラユニット３５の故障時等には、これに代えて予備コントローラユニット４２が開閉駆動機構１５または予備開閉駆動機構４１の動作を制御するようになっている。これにより、コントローラユニット３５の故障時にも蒸気タービン１０を連続して運転することができるので、蒸気タービン１０の信頼性を更に高めることができる。

【0074】

また、第一実施形態に係る蒸気タービン１０では、調整弁１３を駆動する開閉駆動機構１５として、電動モータ２６を駆動源とする電動アクチュエータ２３を用いている。従って、調整弁１３の駆動用に従来用いていた油圧サーボ機構が不要となり、作動油の漏れを防止する手段が不要となる。また、作動油を供給するアクチュエータや、封止する弁機構等が不要となるため、軸受カバー２４の上方のスペースを開閉駆動機構１５の設置スペースとして利用する必要がなくなる。これにより、軸受１１２の保守作業を行う度に軸受カバー２４の上から開閉駆動機構１５を取り外す必要がなく、軸受１１２の保守作業に要する手間を削減することができる。

【0075】

また、作動油は、図１に示す軸受１１２のみの利用とすることが可能となるため比較的低圧とすることができる。これにより、大出力のポンプやモータが不要であり、油コンソールの小型化を図ることができる。

【0076】

また、第一実施形態に係る蒸気タービン１０では、図４に破線で示すように電動アクチュエータ２３は若干の回動が許容された状態となっている。これは、電動アクチュエータ２３に作用する横方向への力、すなわちボールネジ３０の軸方向に対して略直交する方向への力を逃がすためである。より詳細に説明すると、図１に示すレバー部材１４は、その基端部を支点として回動するため、その先端部は円弧軌道を描いている。従って、このレバー部材１４に固定されたレバー側ロッド１９及びそれに接続されたアクチュエータ側ロッド３１４もまた、軸方向に沿った単なる直線運動ではなく円弧軌道を描いている。そこで、電動アクチュエータ２３に回動を許容して横方向に作用する力を逃がすことにより、故障等の発生を防止している。

【0077】

また、第一実施形態に係る蒸気タービン１０では、レバー側ロッド１９とアクチュエータ側ロッド３１４とがカップリング３２を介して切り離し可能に接続されるとともに、ロック機構１６を用いてレバー側ロッド１９を移動不能にロックできるようになっている。
このような構成によれば、電動アクチュエータ２３に故障等が生じて交換が必要になった場合、調整弁１３が蒸気流路１２を開放した状態においてロック機構１６によってレバー側ロッド１９をロックした後、カップリング３２を切り離してレバー側ロッド１９とアクチュエータ側ロッド３１４との接続を解除する。これにより、タービン本体１１の運転を継続したまま、電動アクチュエータ２３を取り外して交換または修理する作業を行うことができる。

【0078】

（変形例）
次に、第一変形例の蒸気タービン１０Ｂについて説明する。図９は、第一変形例の蒸気タービン１０Ｂについて、電動アクチュエータ２３の制御を示す模式図である。第一変形例の蒸気タービン１０Ｂは、図８に示す蒸気タービン１０と比較すると、予備開閉駆動機構４１が設けられていないという点で異なっている。それ以外の構成は、実施形態と同じであるため、図１と同じ符号を付し、ここでは説明を省略する。

【0079】

第一変形例の蒸気タービン１０Ｂによれば、開閉駆動機構１５が故障した場合においては、ブレーキ２８により、調整弁１３の状態が保持される。これにより、蒸気タービン１０の運転を停止させることなく運用が可能となる。そして、調整弁１３を開状態としたまま、開閉駆動機構１５の修理、交換などを行うことができる。
一方、コントローラユニット３５が故障した場合は、ブレーキ２８により調整弁１３を保持しつつ、開閉駆動機構１５の制御を予備コントローラユニット４２へ切り替えることが可能である。

【0080】

次に、第二変形例の蒸気タービン１０Ｃについて説明する。図１０は、第二変形例の蒸気タービン１０Ｃについて、電動アクチュエータ２３の制御を示す模式図である。第二変形例の蒸気タービン１０Ｃは、図８に示す蒸気タービン１０と比較すると、予備開閉駆動機構４１及び予備コントローラユニットが設けられていないという点で異なっている。

【0081】

第二変形例の蒸気タービン１０Ｃによれば、開閉駆動機構１５が故障した場合においては、ブレーキ２８により、調整弁１３の状態が保持される。これにより、蒸気タービン１０の運転を停止させることなく運用が可能となる。そして、調整弁１３を開状態としたまま、開閉駆動機構１５の修理、交換などを行うことができる。
コントローラユニット３５が故障した場合においても、調整弁１３の状態が保持しつつ、コントローラユニット３５の修理、交換を行うことができる。

【0082】

なお、上述した実施形態、及び変形例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

【符号の説明】

【0083】

１０，１０Ｂ，１０Ｃ 蒸気タービン
１１ タービン本体
１２ 蒸気流路
１３ 調整弁
１４ レバー部材
１５ 開閉駆動機構
１６ ロック機構
１７ 電子ガバナ
１８ 圧縮機
１９ レバー側ロッド
２０ 引きバネ
２１ ブラケット
２２ 保持部材
２３ 電動アクチュエータ
２４ 軸受カバー
２５ 台座
２６ 電動モータ
２７ 変換機構
２８ ブレーキ
２９ モータ収容部
３０ ボールネジ
３１ ピストンユニット
３２ カップリング
３３ ピン
３４ 操作盤
３５ コントローラユニット
３６ ピストンケーシング
３７ ピストンキャップ
３８ ストッパ
３９ ガイド板
４１ 予備開閉駆動機構
４２ 予備コントローラユニット
５０ リミットスイッチユニット
５２ リミットスイッチ
５３ コンタクト金具
５５ リフト量検知装置
５７ 伸縮バー
５８ リフトセンサ
６７ 電源ケーブル
６８ 電圧計
６９ モータケーブル
６９ａ 予備モータケーブル
７０ スイッチ装置
７１ 補助電力ケーブル
７２ 補助スイッチ装置
１１１ ケーシング
１１３ ロータ
１１５ 回転軸
１２１ 蒸気導入口
１２２ 蒸気供給口
１２３ 絞り穴
１３１ アーム部材
１３２ 封止部材
１６１ 支持棒
１６２ 保持板
１６２ａ 嵌合溝
１６３ 固定ボルト
１６４ 押圧部材
３１１ ナット
３１２ ピストンロッド
３１３ ロッドエンドコネクタ
３１４ アクチュエータ側ロッド
３１５ 固定用ボルト
３２２ ロッド挿入穴
３５１ コントローラ
３５２ サーボドライブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】