(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
軸線を中心とする筒状をなして架台に支持される車室本体、及び、該車室本体の軸線方向の端部に一体に設けられて、前記車室本体の内側に向かうにしたがって縮径する円筒状をなすコーン部を有する車室と、
前記コーン部に支持されて、内部に軸受を有する軸受箱と、
前記軸受によって支持されて前記軸線方向に延びるロータと、
前記車室の内面から前記コーン部を支持するように設けられて、剛性を調整可能に構成され、前記軸線方向に複数配置される支持部と、
を備え、
前記コーン部と前記軸受箱とを接続する軸受支持リブが設けられ、
前記軸受支持リブは、周方向に延在し、前記軸線方向に間隔をあけて複数配置され、
前記軸受支持リブの少なくとも1つが前記軸線方向で前記軸受と一致する位置に配置される回転機械。
前記支持部は、ナットが螺合された雄ねじ部材と、該雄ねじ部材がねじ軸方向に進退可能に挿入される軸孔を有するベース部と、を備え、前記ベース部は前記車室の内面に固定され、前記雄ねじ部材の先端が前記コーン部に固定され、前記ナットの回転によって前記雄ねじ部材が前記ねじ軸方向に進退する構成である請求項1又は2に記載の回転機械。
【背景技術】
【0002】
従来、蒸気タービンの低圧車室等の回転機械として、軸線を中心とする筒状をなして架台に支持される車室本体、及び、車室本体の軸線方向の端部に一体に設けられて、車室本体の内側に向かうにしたがって縮径する円筒状をなすコーン部を有する車室と、前記コーン部に支持されて、内部に軸受を有する軸受箱と、軸受によって支持されて軸線方向に延びるロータと、を備えた軸受箱が車室支持される構成のものが知られている。この場合、軸受箱がコーン部の外に配設されて基礎に支持される基礎支持タイプに比べて軸受のスパンを短く、かつロータ回転軸の径を大きくする必要がないことから、製造コストを抑えることができる利点がある。
【0003】
このような回転機械では、定格回転数(例えば3000rpm)における振動数(例えば50Hz)付近にコーン部の固有振動数があるため、コーン部が振動(共振)するモードが存在している。そのため、コーン部の振動によって、ロータの軸振動が増大するおそれがある。これに加え、ロータの固有振動数も定格回転数に近接している場合には、コーン部のモードと、ロータのモードが連成し、さらに軸振動が増大するおそれがあった。
そこで、このような問題の対策として、例えば特許文献1に示されるような動吸振器を車室の外部に設置することにより軸振動の低減を図った構成であって、動吸振器が振動エネルギーを吸収することで、軸振動を低減することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の回転機械では、ロータのモードを励起させないように、現状のロータアンバランスに対して任意の箇所にアンバランスを追加し、モードを励起しないアンバランス状態にするバランス調整を行っているのが一般的である。この場合、バランス調整によってロータの軸振動を低減することができるが、バランス調整のみでは、軸振動レベルを十分に低減できない場合があり、溶接による補強を実施する等の大規模な改良工事を実施して動剛性を増大させることにより軸振動レベルを低減させる必要があるといった問題があった。
なお、仮にバランス調整により軸振動を低減できた場合であっても、接触や熱曲りなど残留アンバランスに起因しないアンバランスが発生し、軸振動が増大する可能性があることから、その点で改良の余地があった。
【0006】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、固有振動数を定格回転数から効率よく離調させることによって軸振動レベルの低減を図ることができ、手間の掛かる追加補強工事等が不要となる回転機械、及びロータ支持剛性調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明に係る回転機械は、軸線を中心とする筒状をなして架台に支持される車室本体、及び、該車室本体の軸線方向の端部に一体に設けられて、前記車室本体の内側に向かうにしたがって縮径する円筒状をなすコーン部を有する車室と、前記コーン部に支持されて、内部に軸受を有する軸受箱と、前記軸受によって支持されて前記軸線方向に延びるロータと、前記車室の内面から前記コーン部を支持するように設けられて、剛性を調整可能に構成され、前記軸線方向に複数配置される支持部と、を備え
、前記コーン部と前記軸受箱とを接続する軸受支持リブが設けられ、前記軸受支持リブは、周方向に延在し、前記軸線方向に間隔をあけて複数配置され、前記軸受支持リブの少なくとも1つが前記軸線方向で前記軸受と一致する位置に配置されることを特徴としている。
【0008】
本発明によれば、ロータを支持するコーン部と車室の内面との間に支持部が介装され、所定の剛性に調整された支持部によってロータをコーン部を介して支持することができる。つまり、ロータの支持剛性に影響のあるコーン部に対して剛性を調整可能な支持部を設置し、支持部の剛性を調整することで、コーン部の曲げ剛性を変化せることができる。すなわち、コーン部における車室本体の軸線方向の端部を基端としたコーン部の剛性を調整することが可能となり、コーン部、もしくはコーン部とロータとの連成モード、又は軸系(以下、単にコーン部という)の固有振動数を変えることができる。
【0009】
このように、コーン部の剛性を調整することに伴ってコーン部の固有振動数を変更させることができ、定格回転数から離調させることにより軸振動レベルを低減させる。これにより、回転機械の定格回転数付近でコーン部が振動してロータの軸振動が増大するという共振を回避することが可能となる。
また、本発明では、支持部自体の剛性を調整することによりコーン部の固有振動数を変更する構成であり、従来のようなバランス調整を行う方法に比べて、より確実に軸振動レベルを低減させることができる。
【0010】
また、本発明に係る回転機械は、前記車室本体の内面には、前記軸線方向に延びる車室内リブが設けられ、前記支持部は、前記車室内リブの内端から前記コーン部を支持するように設けられていることが好ましい。
【0011】
このような構成によれば、車室本体の内面を補強する車室内リブに支持部を設けてコーン部を支持するため、車室内リブの剛性に応じて支持部の剛性を調整することができ、剛性の調整範囲を広げることができる。
また、本発明では、車室内リブの内端とコーン部との距離が小さくなるので、支持部を小型化でき、安定した姿勢で配置することができるので、コーン部の剛性を精度よく調整することができる。
【0012】
また、本発明に係る回転機械は、前記支持部は、油圧によって伸縮可能なピストンロッドを有する油圧シリンダであることを特徴としてもよい。
【0013】
このような構成によれば、コーン部に当接させるピストンロッド先端の面積や油の特性を変えることで、油圧シリンダの支持部としての剛性を調整することができる。例えば、油の特性(油温等)を変える調整方法とすることができ、この場合にはロータの固有振動数と油温を検出することで、回転機械の運転中に油圧シリンダの剛性を適正値に容易に調整することができる。
【0014】
また、本発明に係る回転機械は、前記支持部は、ナットが螺合された雄ねじ部材と、該雄ねじ部材がねじ軸方向に進退可能に挿入される軸孔を有するベース部と、を備え、前記ベース部は前記車室の内面に固定され、前記雄ねじ部材の先端が前記コーン部に固定され、前記ナットの回転によって前記雄ねじ部材が前記ねじ軸方向に進退する構成であってもよい。
【0015】
このような構成によれば、雄ねじ部材の先端の面積や、雄ねじ部材のベース部からの突出長を変えることで、支持部としての剛性を調整することができる。
【0016】
また、本発明に係るロータ支持剛性調整方法は、上述した回転機械を使用し、前記ロータを支持する前記支持部の剛性を調整するためのロータ支持剛性調整方法であって、前記支持部の前記軸線方向における配置数量を増減させることによって前記支持部の剛性を調整するようにしたことを特徴としている。
【0017】
本発明によれば、支持部の軸線方向における配置数量を増減させることによっても、支持部で支持されるコーン部における車室本体の軸線方向の端部を基端としたコーン部の剛性を調整することが可能となり、コーン部の固有振動数を変えることができる。この場合には、支持部自体で剛性を調整するものではなく、単に支持部の数量と位置を調整することで容易に剛性を変えることができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明の回転機械、及びロータ支持剛性調整方法によれば、固有振動数を定格回転数から効率よく離調させることによって軸振動レベルの低減を図ることができ、手間の掛かる追加補強工事等が不要となる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施の形態による回転機械、及びロータ支持剛性調整方法について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
【0021】
(第1の実施の形態)
図1に示すように、本第1の実施の形態による回転機械1について図面を参照して詳細に説明する。
図1に示す回転機械1は、蒸気タービンの低圧車室を対象としている。
本実施の形態の回転機械1は、軸線Oを中心とする筒状をなして架台2に支持される車室本体11、及び、車室本体11の軸線方向の端部に一体に設けられて、車室本体11の内側に向かうにしたがって縮径する円筒状をなすコーン部12を有する車室10と、コーン部12に支持されて、内部に軸受21を有する軸受箱20と、軸受21によって支持されて軸線方向に延びるロータ30と、車室10の内面11a(後述する車室内リブ13の内端13a)からコーン部12を支持するように設けられて、剛性を調整可能に構成された油圧シリンダ40(支持部)と、を備えている。
【0022】
ここで本実施の形態では、軸線Oが延びている方向を軸線方向Daとする。また、軸線O方向から見た平面視において、軸線Oに直交する方向を径方向Dr(
図3及び
図4参照)とし、軸線O回りに周回する方向を周方向Dcとする。
【0023】
車室本体11は、ロータ30を外周側から覆う筒状をなしている。車室本体11の内周面には、周方向Dcに一定間隔をあけて配置されるとともに、軸線O方向に延びる複数(ここでは8つ)の車室内リブ13が設けられている(
図4参照)。また、車室内リブ13の内端には、複数の静翼(不図示)が軸線方向Daに間隔をあけて設けられている。これら静翼は、ロータ30の外周面に設けられる複数の動翼31と軸線方向Daに互い違いになるように配列されている。
車室本体11の内側に形成された空間は、不図示の蒸気発生源から吸気口(不図示)を通じて導かれた高温高圧の蒸気が流通する室とされている。車室本体11内に導かれた蒸気は、軸線方向Daの一方側から他方側に向かうにつれて、動翼31と静翼とに交互に衝突することで、ロータ30に回転力を与えた後、排気口から外部に排出される。そして、ロータ30の回転運動は、例えば軸端に接続された発電機等によって取り出される。
【0024】
車室本体11の軸線方向Daの両端面は、
図2に示すように、コーン部12を挟んで径方向Drの内側の内周端板11A、及び径方向Drの外側の外周端板11Bを有している。内周端板11Aの内周縁には、筒状の軸受箱20が設けられている。
【0025】
コーン部12は、車室本体11の軸線方向Daの両端に設けられている。各コーン部12は、軸線方向Daで車室内側の端部(内端12a)が車室本体11の内周端板11Aの外周縁に接続し、車室外側の端部(外端12b)が外周端板11Bの内周縁に接続されている。つまり、これらのコーン部12は、車室本体11における軸線方向Daの両側の端面を、軸線方向Daで車室本体11の内側に窪ませた形状の凹部を形成している。
【0026】
図2に示すように、車室10に支持された軸受箱20は、両側のコーン部12によって形成された前記凹部内にそれぞれ設けられ、内部にロータ30を回転可能に支持する転がり軸受からなる軸受21を備えている。そして、コーン部12の外面12cと軸受箱20の外周面20aとは、周方向Dcに延在するとともに軸線方向Daに間隔をあけて配置される複数(ここでは2つ)の軸受支持リブ14A、14Bによって接続されている(
図3及び
図4参照)。軸線方向Daで車室内側に位置する一方の第1軸受支持リブ14Aは、軸線方向Daで軸受21と一致する位置に配置されている。
軸受支持リブ14A、14Bは、
図3及び
図4に示すように、それぞれ軸線方向Daから見て二分割されている。なお、軸受支持リブ14A、14Bの分割数は適宜変更することができ、また一体に設けられていてもよい。
また、本実施の形態では、軸受21として転がり軸受を対象としているが、蒸気タービンで多く採用されるすべり軸受を用いてもよい。
【0027】
また、車室本体11の外周面で軸線方向Daから見て互いに対向する位置には、軸線方向Daに延びる不図示のフランジが設けられている。車室10は、それらフランジが架台2に載置された状態で固定され、車室10の下半部分は浮いている状態で設置されている。
【0028】
車室内リブ13は、
図1及び
図2に示すように、軸線方向Daの両端部が軸線O側に向けて延びた延出部13Aが形成され、この延出部13Aの先端にフランジ13Bが形成されている。
【0029】
油圧シリンダ40は、
図4に示すように、周方向Dcで90°間隔に配置される上下左右に位置する車室内リブ13とコーン部12との間に介装されている。具体的には、
図2及び
図4に示すように、油圧シリンダ40は1箇所の車室内リブ13のフランジ13Bにおいて軸線方向Daに間隔をあけて複数(ここでは2つ)が固定され、それらの先端部41aがコーン部12の内面12dに当接された状態で取り付けられている。つまり、油圧シリンダ40を固定する部位としては、ロータ30を介して振動するコーン部12とともに振動しない箇所であればよい。軸線方向Daで車室内側に位置する油圧シリンダ40は、軸線方向Daで軸受21及び第1軸受支持リブ14Aとほぼ一致する位置に配置されている。つまり、軸受21、第1軸受支持リブ14A及び油圧シリンダ40は径方向Drの線上に配置され、軸受21が受ける荷重が油圧シリンダ40で支持される。
【0030】
油圧シリンダ40は、油圧によって伸縮可能なピストンロッド41を有し、コーン部12に当接させるピストンロッド41の先端部41aの面積や油の特性(油種(体積弾性率)、油温等)を変えることで、油圧シリンダ40の支持部としての剛性を調整することができる。例えば、油温を変える調整方法の場合には、ロータ30の固有振動数と油温を検出することで、回転機械1の運転中に油圧シリンダ40の剛性を適正値に容易に調整することができる。また、油圧シリンダ40の剛性を低下させる場合には、油を流さないようにすることも可能である。
【0031】
次に、上述した構成の回転機械の作用、及びロータ支持剛性調整方法について、図面に基づいて具体的に説明する。
図1及び
図2に示すように、上記のような回転機械1において、ロータ30を支持するコーン部12と車室10の内面に設けられた車室内リブ13との間に油圧シリンダ40が介装され、所定の剛性に調整された油圧シリンダ40によってロータ30をコーン部12を介して支持することができる。
つまり、ロータ30の支持剛性に影響のあるコーン部12の剛性を調整可能な油圧シリンダ40を設置し、油圧シリンダ40の剛性を調整することで、コーン部12の曲げ剛性を変化せることができる。すなわち、コーン部12における車室本体11の軸線方向の端部(外端12b)を基端としたコーン部12の剛性を調整することが可能となり、コーン部12(もしくはコーン部とロータとの連成モード、又は軸系)の固有振動数を変えることができる。
【0032】
このように、本実施の形態では、コーン部12の剛性を調整することに伴ってコーン部12の固有振動数を変更させることができ、定格回転数(例えば上述した3000rpm)から離調させることにより軸振動レベルを低減させる。これにより、回転機械1の定格回転数付近でコーン部12が振動してロータ30の軸振動が増大するという共振を回避することが可能となる。
また、本実施の形態では、油圧シリンダ40自体の剛性を調整することによりコーン部12の固有振動数を変更する構成であり、従来のようなバランス調整を行う方法に比べて、より確実に軸振動レベルを低減させることができる。
【0033】
また、本実施の形態では、車室本体11の内面11aを補強する車室内リブ13に支持部を設けてコーン部12を支持するため、車室内リブ13の剛性に応じて油圧シリンダ40の剛性を調整することができ、剛性の調整範囲を広げることができる。
また、本実施の形態では、車室内リブ13の内端13aとコーン部12との距離が小さくなるので、油圧シリンダ40を小型化でき、安定した姿勢で配置することができるので、コーン部12の剛性を精度よく調整することができる。
【0034】
また、本実施の形態では油圧シリンダ40の軸線方向Daにおける配置数量を増減させることで油圧シリンダ40の剛性を調整するロータ支持剛性調整方法を採用することも可能である。
例えば、
図5に示す第1変形例による回転機械1Aは、1つの車室内リブ13において軸線方向Daに設ける油圧シリンダ40の数量を増やしたものであり、ここでは4つの油圧シリンダ40を設けている。
このように第1変形例によれば、油圧シリンダ40の軸線方向Daにおける配置数量を増減させることで、油圧シリンダ40によって支持されるコーン部12における外端12bを基端としたコーン部12の剛性を調整することが可能となり、コーン部12の固有振動数を変えることができる。この場合には、油圧シリンダ40自体で剛性を調整するものではなく、単に油圧シリンダ40の数量と位置を調整することで容易に剛性を変えることができる。
【0035】
上述した本実施の形態による回転機械、及びロータ支持剛性調整方法では、固有振動数を定格回転数から効率よく離調させることによって軸振動レベルの低減を図ることができ、手間の掛かる追加補強工事等が不要となる。
【0036】
次に、本発明の回転機械、及びロータ支持剛性調整方法による他の実施の形態及び変形例について、添付図面に基づいて説明するが、上述の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。
【0037】
(第2変形例)
図6に示す第2変形例による回転機械1Bは、8つの車室内リブ13の全てに油圧シリンダ40を設けた構成である。
このように油圧シリンダ40の周方向Dcの位置は、車室内リブ13のフランジ13Bの軸線方向Daの長さ(大きさ)、油圧シリンダ40の大きさ等に応じて適宜設定することができる。周方向Dcの剛性バランスを均等にするため、周方向Dcに一定の間隔をあけて配置することが好ましい。
【0038】
(第2の実施の形態)
次に、
図7に示すように、第2の実施の形態による回転機械1Cは、上述した油圧シリンダ40(
図2参照)に代えて弾性棒40A(支持部)を車室10の内面11a、すなわち車室内リブ13からコーン部12を支持するように設けられて、剛性を調整可能に構成された構成となっている。
図8に示すように、弾性棒40Aは、ナット44が螺合された雄ねじ部材42と、雄ねじ部材42がねじ軸C方向に進退可能に挿入される軸孔43aを有するベース部43と、を備えている。雄ねじ部材42のねじ軸C方向の一端には、コーン部12にボルト等で固定可能な固定板42Aが形成されている。弾性棒40Aは、ナット44を正逆回転させることで、ねじ軸C方向の長さ、すなわち雄ねじ部材42におけるベース部43の先端面43bからの突出長を調整することが可能となっている。弾性棒40Aでは、
図7に示すように、ベース部43は車室10の内面(車室内リブ13の内端13a)に固定され、雄ねじ部材42の固定板42Aがコーン部12に固定され、ナット44の回転によって雄ねじ部材42がねじ軸C方向に進退する構成となっている。
【0039】
第2の実施の形態では、雄ねじ部材42の先端の固定板42Aの面積や、雄ねじ部材42のベース部43からの突出長を変えることで、支持部としての剛性を調整することができる。
また、この場合にも、弾性棒40Aの軸線方向Daにおける配置数量を増減させることで弾性棒40Aの剛性を調整するロータ支持剛性調整方法を採用することが可能である。
【0040】
以上、本発明による回転機械、及びロータ支持剛性調整方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【0041】
例えば、本実施の形態では、車室本体11の内面11aに設けられた車室内リブ13の内端13aに油圧シリンダ40や弾性棒40Aの支持部を配置しているが、支持部の取付け位置として車室内リブ13であることに限定されることはない。例えば、車室内リブ13を省略した車室10の場合には、車室本体11の内面11aに直接、支持部を設けるようにしてもよい。
【0042】
また、剛性を調整可能な支持部として、上述した実施の形態では、油圧シリンダ40や弾性棒40Aを採用しているが、これらの他に、コイルばね、皿ばね等のばね等を採用する構成であってもよい。
【0043】
また、車室10の車室本体11の形状、コーン部12の傾斜角度、軸受支持リブ14A、14Bの位置、数量等の構成は、適宜、条件に応じて変更することができる。
【0044】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施の形態を適宜組み合わせてもよい。