JPH0351686Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 本考案は、例えば、蒸気タービンにおけるロー
タ軸のような回転軸のスラスト軸受の摩耗検出用
として使用される軸位置検出装置に関する。

〔考案の技術的背景〕

一般に、蒸気タービンなどの大型回転電機のス
ラスト軸受には、タービンロータの軸方向の位置
を連続的に位置検出する油圧タイプの軸位置検出
装置が設けられている。

そして、この軸位置検出装置は、上記スラスト
軸受の異常摩耗が発生したとき、迅速に、タービ
ンロータの異常な軸方向の移動を検出し、上記タ
ービンをトリツプさせ、タービンの羽根等の回転
部と静止部（ステータ）との接触を防止するよう
になつている。

即ち、既に提案された軸位置検出装置は、第１
図及び第２図に示されるように構成されている。

第１図において、45°に傾斜したテーパー面
ａを有するロータカラーの直上には、２分割し
得るシリンダー本体１が配設されており、このシ
リンダー本体１には、上部シリンダー２及び下部
シリンダー３が仕切板４によつて区分して形成さ
れている。又、この下部シリンダー３には追従ピ
ストン５がコイルばね６を介して嵌装されてお
り、この追従ピストン５には、テーパーノズル７
が上記下部シリンダー３を貫通して上記テーパー
面ａに対し、洩油間隙αを形成するように対峙
して垂設されている。さらに、上記追従ピストン
５の位置する上記下部シリンダー３には、上部油
圧室３ａ及び下部油圧室３ｂが上記追従ピストン
５によつて区分して形成されており、上記両油圧
室３ａと３ｂは、上記追従ピストン５の一部に穿
設された連通孔８によつて連通するようになつて
いる。なお、上記上部油圧室３ａの上記下部シリ
ンダー３には、第１油圧ポート９が圧油を供給す
るようにして穿設されている。

一方、上記シリンダー本体１の上部シリンダー
２には、パイロツトスリーブ１０が摺動自在に嵌
装されており、このパイロツトスリーブ１０の上
端部にはハンドル１１を有するねじ部１０ａが設
けられており、このねじ部１０ａは上記上部シリ
ンダー２に螺装されている。又、上記上部シリン
ダー２には、上部油圧室２ａ及び下部油圧室２ｂ
が上記パイロツトスリーブ１０によつて区分して
形成されており、この上部油圧室２ａの位置する
上記上部シリンダー２には油圧ポート１２が穿設
されている。さらに、上記下部油圧室２ｂの位置
する上記上部シリンダー２にはドレン口１３が穿
設されており、上記上部シリンダー２の中程に
は、第１油圧スイツチ（圧力センサー）１４及び
第２油圧スイツチ（圧力センサー）１５を取付け
る各ポート１６ａ，１６ｂが付設されている。さ
らに又、上記パイロツトスリーブ１０内には一対
のピストン１７ａ，１７ｂを備えたパイロツト弁
１７が摺動自在に嵌装されており、このパイロツ
ト弁１７の下端部１７ｃは、前記追従ピストン５
の上部に連結されいる。

他方、上記両ピストン１７ａと１７ｂとの間に
位置する上記上部シリンダー２には、第２油圧ポ
ート１８が上記パイロツトスリーブ１０内に複数
の透孔１９を連通して連通するようにして設けら
れており、上記パイロツトスリーブ１０の上部に
は、連通孔２０が上記油圧ポート１２に連通して
設けられている。

従つて、上述した軸位置検出装置における追従
ピストン５は、油圧バランスタイプの差圧ピスト
ンであり、第１油圧ポート９から供給される圧油
（圧力流体）は、受圧面積の小さい上部圧油室３
ａに流入し、この上部圧油室３ａの圧油は、上記
連通孔８を通つて受圧面積の大きい上記下部圧油
室３ｂに圧送され、しかる後、上記テーパーノズ
ル７から上記ロータカラーの洩油間隙αを経て
大気中へ排出されるようになつている。

なお、上記追従ピストン５の受圧面積比は、
１：２なので、受圧面積の大きい側の下部圧油室
３ｂには、1/2給油圧が加つて、追従ピストン５
をバランスするようになつている。又、上記コイ
ルばね６は、圧油が供給されないとき、上記追従
ピストン５を上方へ浮上するものであり、そのば
ねの弾力は非常に小さいものである。さらに、上
記受圧面積の大きい上記下部圧油室３ｂに加わる
流体の圧力が1/2給油圧となるには、上記テーパ
ーノズル７の先端の洩油間隙αの通路面積が追従
ピストン５に設けられた連通孔８の通路面積と等
くなるためであり、この連通孔８は、常に一定で
あるから、上記洩油間隙αの通路面積、つまり、
間隙αは、常に一定に保持される。

従つて、今、蒸気タービンにおけるスラスト軸
受に異常が発生し、タービンロータが軸方向に移
動したとき、上記テーパーノズル７に直結してい
る追従ピストン５は、上記タービンロータの移動
量と等しい量だけ上・下方向へ移動する。この動
作によつて、上記追従ピストン５に直結したパイ
ロツト弁１７も共に上・下方向に摺動する。又、
このパイロツト弁１７の動作によつて、上記パイ
ロツトスリーブ１０との相対位置が変位し、上記
各ポート１６ａ，１６ｂに接続された第１、第２
圧力スイツチ１４，１５が作動する。

しかして、第２図のグラフに示されるように、
上記各ポート１６ａ，１６ｂの流体圧力の変化
は、通常運転時、蒸気タービンのスラスト力が前
方向に働いていたときのロータ位置をａ点とし、
スラスト軸受が摩耗し、ロータ位置がさらに前へ
移動したときのロータ位置をｂ点とすると、上記
第２圧力スイツチ１５のポート１６ｂの圧力は、
a′点からb′点に減少する。これを上記第２圧力ス
イツチ１５にて検出して警報若しくはトリツプ信
号を発するようになつている。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、上述した軸位置検出装置は、ロ
ータの軸方向の移動量を検出するけれども、大型
の蒸気タービンによる大きな軸径による軸受で
は、ジヤーナル軸受のクリアランスも大きくな
り、ロータの回転中のロータ軸芯は、停止中の軸
芯よりも上方へ浮上して移動することになる。
又、上記テーパーノズル７は、45度の傾斜を形成
してロータカラーに向き合つているため、この
ローターカラーの上・下方向の動きを、あたか
も、ロータが前後に移動したかのように誤動作を
検出するおそれがある。

又、スラスト保護装置の検出出力は、一般に、
蒸気タービンのトリツプ信号に用いられるため、
このロータの上・下方向の移動により、タービン
の運転を不必要に停止して、運転効率を低下させ
るおそれがある。

〔考案の目的〕

本考案は、上述した事情に鑑みてなされたもの
であつて、テーパを有するローターカラーの直上
にテーパーノズル及び補助ノズルを並設し、回転
時のロータポジシヨンが浮上したとき、上記補助
ノズルでロータカラーとの間を円滑に制御し、タ
ービンの運転を不必要に停止することなく、ター
ビンの運転効率の向上を図るようにしたことを目
的とする軸位置検出装置を提供するものである。

〔考案の概要〕

本考案は、テーパーを有するロータカラーの直
上にして、しかも、上部シリンダーと下部シリン
ダーとを仕切板で区分して形成したシリンダー本
体を配設し、この下部シリンダーに追従ピストン
をばねを介して嵌装し、この追従ピストンにテー
パーノズルを上記テーパーに対峙して付設し、上
記上部シリンダーにパイロツトスリーブを嵌装
し、このパイロツトスリーブにパイロツト弁を嵌
装すると共に、これを上記追従ピストンに連結
し、上記パイロツトスリーブの上・下部に位置す
る上記シリンダー本体に入口ポートへ連通する上
部油圧室及びスリツトポートへ連通する下部油圧
室をそれぞれ形成し、この両油圧室を導通孔で連
通し、上記下部油圧室の一部に導孔を穿設し、上
記ロータカラーの水平部に位置する上記シリンダ
ー本体に上記導孔を通して補助ノズルを設けて構
成したものである。

〔考案の実施例〕

以下、本考案を、大型回転電機のロータ軸を支
承するスラスト軸受に適用した図示の一実施例に
ついて説明する。

なお、本考案は、上述した具体例を同一構成部
材には、同じ符号を付して説明する。

第３図及び第４図において、符号は、大型回
転電機のスラスト軸受に軸装されたロータ軸のロ
ータカラーであつて、このロータカラーの一部
には45度に傾斜したテーパー面ａが形成されて
おり、上記ロータカラーの直上には、上・下に
２分割し得るシリンダー本体１が配設されてい
る。又、このシリンダー本体１には、上部シリン
ダー２及び下部シリンダー３が仕切板４によつて
区分して形成されており、この下部シリンダー３
には、追従ピストン５がコイルばね６を介して
上・下方向に摺動自在に嵌装されている。さら
に、この追従ピストン５には、テーパーノズル７
が上記下部シリンダー３を貫通して上記テーパー
面ａに対し、洩油間隙αを形成するように対峙
して垂設されており、上記追従ピストン５の位置
する上記下部シリンダー３には、上部油圧室３ａ
及び下部油圧室３ｂが上記追従ピストン５によつ
て区分して形成されている。さらに、上記両油圧
室３ａと３ｂとは上記追従ピストン５の一部に穿
設された連通孔８によつて連通したおり、上記油
圧室３ａの上記下部シリンダー３には、第１油圧
ポート９が圧油を供給するようにして設られてい
る。

一方、上記シリンダー本体１の上部シリンダー
２には、円筒上をなすパイロツトスリーブ１０が
摺動自在に嵌装されており、このパイロツトスリ
ーブ１０の上端部には、ハンドル１１を有する調
整螺杆１１ａが上記上部シリンダー２に螺装され
ており、この調整螺杆１１ａの下端部は、上記パ
イロツトスリーブ１０の係合溝１０ｂに係合する
ようになつている。なお、上記パイロツトスリー
ブ１０の下部には案内筒体１０ｃが実質的に一体
に付設されている。この案内筒体１０ｃは上記上
部シリンダー２と一体をなす仕切部１ａに嵌装さ
れている。

他方、上記上部シリンダー２内には、上部油圧
室２ａ及び下部油圧室２ｂ，２ｃが、上記パイロ
ツトスリーブ１０及び上記仕切部１ａとによつて
区分して形成されており、この上部油圧室２ａの
位置する上部シリンダー２には、入口ポート（油
圧ポート）１２が穿設されている。さらに、上記
下部油圧室２ｂの位置する上部シリンダー２ｂに
はドレン口１３が穿設されており、上記上部シリ
ンダー２の中程には、第１油圧スイツチ１４及び
第２油圧スイツチ１５を取付け各ポート１６ａ，
１６ｂがそれぞれ付設されている。さらに又、上
記パイロツトスリーブ１０内には、一対のピスト
ン１７ａ，１７ｂを備えたパイロツト弁１７が、
摺動自在に嵌装されており、このパイロツト弁１
７の下端部１７ｃは、前記追従ピストン５の上部
に連結されている。

又一方、上記両ピストン１７ａと１７ｂとの間
に位置する上記上部シリンダー２には、第２油圧
ポート１８が上記パイロツトスリーブ１０内に複
数の透孔１９を通して連通するようにして設けら
れており、上記パイロツトスリーブ１０の上部に
は、逃し孔２１が上記係合溝１０ｂを介してシリ
ンダー本体１外へ連通するように穿設されてい
る。

又、上記入口ポート１２へ連通する上部油圧室
２ａの位置する上記シリンダー本体１には、第４
図に示されるように、スリツトポート２２が穿設
されており、このスリツトポート２２は上記シリ
ンダー本体１に穿設された導通孔２３を通して、
前記下部油圧室２ｃに連通されており、上記入口
ポート１２の圧力流体は一旦上記上部油圧室２ａ
へ流入し、しかる後、上記スリツトポート２２、
及び導通孔２３を通つて下部油圧室２ｃへ流入
し、これによつて上記パイロツトスリーブ１０の
均衡を保持するようになつている。さらに、上記
下部油圧室２ｃの位置する上記下部シリンダー３
には、導孔２４が穿設されており、既記ロータカ
ラーの水平部ｂの直上に位置する上記下部シ
リンダー３を構成するシリンダー本体には、補
助ノズル２５が上記水平部ｂに向き合い、しか
も、この水平部１ｂに対し洩油間隙βを形成する
ようにして垂設されている。

なお、上記パイロツトスリーブ１０の受圧面積
の関係は、上記下部油圧室２ｃ側の面積を上部油
圧室２ａ側の２倍に形成している。

以下、本考案の作用について説明する。

通常運転中、上記追従ピストン５及びパイロツ
ト弁１７は、第３図に示されるように、ロータカ
ラーの位置に流体圧力の油圧によつて保持され
ている。

即ち、上記入口ポート１２から上部油圧室２ａ
に流入した圧力流体の圧油は、この上部油圧室２
ａからスリツトポート２２及び導通孔２３を通つ
て上記下部油圧室２ｃに流入し、さらに、この下
部油圧室２ｃの圧油の一部は、上記導孔２４及び
上記補正ノズル２５から洩油間隙βへ排出され
る。これは、上記スリツトポート２２と上記補助
ノズル２５及び洩油間隙βとで二重絞り効果とな
る。つまり、上記スリツトポート２２の開口部
は、上記パイロツトスリーブ１０の上・下方向の
動きに対し、直線的にその面積が増減する。しか
して、上記スリツトポート２２の開口部面積と上
記洩油間隙βの通路面積とが等しくなつた点で、
上記上部油圧室２ａの油圧と下部油圧室２ｃの油
圧の関係が、２：１となる。

一方、上記パイロツトスリーブ１０の上部圧油
室２ａと下部圧油室２ｃとの受圧面積は、１：２
の関係にあるため、この点で、上記パイロツトス
リーブ１０に加わる力は、バランスするようにな
つている。

こゝで、蒸気タービンにおけるロータ軸がスラ
スト軸受の軸心に対して下方へ降つたとき、前述
したように、追従ピストン５は、ロータ軸の降下
量に等しい量だけ下る。一方、上記補助ノズル２
５の洩油間隙βは、増加するため、その通路面積
は増加する。しかして、この通路面積が増加する
と、パイロツトスリーブ１０の下部圧油室２ｃの
圧力は降下し、上記パイロツトスリーブ１０は、
下方への力が生じて降下する。さらに、このパイ
ロツトスリーブ１０が降下すると、上記スリツト
ポート２２の開口面積が広がり、これによつて下
部圧油室２ｂの油圧を上昇させ、このパイロツト
スリーブ１０の上部圧油室２ａの圧力と下部圧油
室２ｂの圧力が１：２に復帰した時点、再び、上
記パイロツトスリーブ１０は、均衡を保持する。

このように、上記スリツトポート２２の開口面
積と上記補正ノズル２５の洩油間隙βの通路面積
は、常に等しい関係を保持するようになつてい
る。

これらを式で説明すると下記のようになる。

今、上記補正ノズル２５の内径をｄとし、上記
スリツトポート２２の幅をＷとすれば、洩油間隙
βの通路面積Ａ＝β×ｄ×πであるから、上記ス
リツトポート２２の幅Ｗをｄ×πと等しくとるこ
とにより、洩油間隙βの増加に対して、同じ量だ
け、上記パイロツトスリーブ１０が降下すること
になる。つまり、上記追従ピストン５の降下量と
同じ量だけ、上記パイロツトスリーブ１０も降下
することになり、両者の相対位置関係上、変化し
ないことになる。

このように、上記ロータ軸がスラスト軸受の軸
芯に対して下方へ降下したときについて説明した
けれども、上記ロータ軸がスラスト軸受の軸芯に
対して上方へ上昇したときも同じである。

次に、ロータ軸が軸方向に動いたとき、上記洩
油間隙βの間隙は、変化せず、テーパーノズル７
を備えた追従ピストン５のみが、上・下方向に変
化するので、上記ロータ軸の軸方向の位置を前記
第１、第２油圧スイツチ１４，１５を作動するこ
とによつて検出することができる。

又一方、前記ハンドル１１を備えた調整螺１１
ａを回転することにより、通常運転中、パイロツ
トスリーブ１０の位置を強制的に昇降して、テス
ト調整をすることができる。

次に、第５図及び第６図に示される本考案の他
の実施例は、前記導通孔２３の代りに、オリフイ
ス２７を備えた圧油導入口２８を上記下部圧油室
２ｃに連通するようにして設けると共に、上記上
部圧油室２ａに位置するパイロツトスリーブ１０
と調整螺杆１１ａとの間にコイルばね２６を介装
したものである。又このコイルばね２６の弾力
は、上記下部圧油室２ｃの油圧とつり合つてい
る。しかして、上述した実施例は、上述した実施
例を同じ作用をするものである。又一方、第６図
に示される圧力と補助ノズル２５の洩油間隙βと
の関係を示すグラフは、第５図に示される具体例
のものであつて、上記オリフイス２７の直径と上
記補助ノズル２５の直径により決まり、ロータ軸
の軸直角方向の変位量を△βとすると、このグラ
フに示されるように、上記下部圧油室２ｃの圧力
変化は△Ｐとなる。上記下部圧油室２ｃのパイロ
ツトスリーブ１０側の受圧面積をＡとし、上記コ
イルばね２６のバネ定数をｋとすると、ｋ＝Ａ×
△Ｐ／△βとなり、上記パイロツトスリーブ１０
は△βだけ変位する。又、上記追従ピストン５側
も△βだけ変位するため、両者の相対位置は変ら
ず、前述した具体例と同じ機能を有するものであ
る。

又一方、第７図に示される本考案の他の実施例
は、第５図に示された実施例の変形例であつて、
この実施例は、オリフイス２７の上流側の供給管
３０に開閉バルブ２９を設けたものであり、この
開閉バルブ２９を開閉することにより、上記下部
圧油室２ｃの油圧を変化させ、上記パイロツトス
リーブ１０を上・下させることによつてテスト調
整をできるようにしたものである。

最後に、第８図に示される本考案の他の実施例
は、テーパーノズル７を有する追従ピストン５の
近傍の一方の下部シリンダ３′に上記追従ピスト
ン５の形状と略同じ形状の補助ノズル７′を備え
た補助ピストン５′を上・下に摺動するように嵌
装し、この補助ピストン５′の上部を連結杆３１
を介して上記パイロツトスリーブ１０の下部に連
結し、上記両下部シリンダー３と３′とを透孔３
２で連通するように構成したものであり、上記テ
ーパーノズル７と補助ノズル７′とを連動して変
化するようにしたものである。

〔考案の効果〕

以上述べたように本考案によれば、テーパーを
有するロータカラーの直上に、上部シリンダー
２と下部シリンダー３を仕切板４で区分して形成
したシリンダー本体１を配設し、この下部シリン
ダー３に追従ピストン５をばね６を介して摺動自
在に嵌装し、この追従ピストン５にテーパーノズ
ル７を上記テーパーａに対峙して付設し、上記
上部シリンダー２にパイロツトスリーブ１０を摺
動自在に嵌装し、このパイロツトスリーブ１０に
パイロツト弁１７を摺動自在に嵌装すると共に、
これを上記追従ピストン５の上部に連結し、上記
パイロツトスリーブ１０の上・下部に位置する上
記シリンダー本体１に入口ポート１２へ連通する
上部圧油室２ａ及びスリツトポート２２へ連通す
る下部油圧室２ｃをそれぞれ形成し、この両油圧
室２ａ，２ｃを導通孔２３で連通し、上記下部圧
油室２ｃの一部に導孔２４を穿設し、上記ロータ
ーカラーの水平部ａに位置する上記シリンダ
ー本体１に上記導孔２４を通して補助ノズル２５
を設けてあるので、ロータ軸の軸直角方向の動き
による誤作動を防止できるばかりでなく、ロータ
軸方向の位置を正確に検出できると共に、供給油
圧の圧力が変化しても、上記追従ピストン５の
上・下圧油室３ａ，３ｂに加わる圧油の圧力比及
びパイロツトスリーブ１０の上下圧油室２ａ，２
ｃに加わる圧油の圧力比は、常に一定となるた
め、供給圧油の圧力が変化しても誤動作を生じる
おそれはなく、信頼性の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、既に提案されている軸位置検出装置
の断面図、第２図は、上記軸位置検出装置の圧力
の変化を説明するためのグラフ、第３図は、本考
案による軸位置検出装置の断面図、第４図は、第
３図中の鎖円Ａ部の内がわより見て示す図、第５
図乃至第８図は、本考案の他の実施例を示す各図
である。 １……シリンダー本体、２……上部シリンダ
ー、３……下部シリンダー、４……仕切板、５…
…補助ピストン、６……コイルばね、７……テー
パーノズル、８……連通孔、１０……パイロツト
スリーブ、１１……ハンドル、１４……第１圧力
スイツチ、１５……第２圧力スイツチ、１７……
パイロツト弁、２２……スリツトポート、２３…
…導通孔、２４……導孔、２５……補助ノズル、
２６……コイルばね、２７……オリフイス。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ テーパーを有するロータカラーの直上に、上
   部シリンダーと下部シリンダーを仕切板で区分
   して形成したシリンダー本体を配設し、この下
   部シリンダーに追従ピストンをばねを介して摺
   動自在に嵌装し、この追従ピストンにテーパー
   ノズルを上記テーパーに対峙して垂設し、上記
   上部シリンダー内にパイロツトスリーブを摺動
   自在に嵌装し、このパイロツトスリーブ内にパ
   イロツト弁を摺動自在に嵌装すると共に、これ
   を上記追従ピストンの上部に連結し、上記パイ
   ロツトスリーブの上・下部に位置する上記シリ
   ンダー本体に入口ポートへ連通する上部油圧室
   及びスリツトポートへ連通する下部油圧室をそ
   れぞれ形成し、この両油圧室を導通孔で連通
   し、上記下部油圧室の一部に導孔を穿設し、上
   記ロータカラーの水平部に位置する上記シリン
   ダー本体の下部に上記導孔を通して補助ノズル
   を上記水平部へ向合い洩油間隙を形成して設け
   たことを特徴とする軸位置検出装置。 ２ パイロツトスリーブの上部にコイルばねを設
   けると共に、このパイロツトスリーブの下部油
   圧室に連通する導通孔の入口側にオリフイスを
   付設したことを特徴とする実用新案登録請求の
   範囲第１項記載の軸位置検出装置。 ３ パイロツトスリーブの上部にコイルばねを設
   けると共に、このパイロツトスリーブの下部油
   圧室に連通する導通孔の入口側にオリフイス及
   び開閉弁を付設したことを特徴とする実用新案
   登録請求の範囲第１項記載の軸位置検出装置。 ４ テーパーノズルを有する追従ピストンの近傍
   の一方の下部シリンダーに補助ノズルを備えた
   補助ピストンを嵌装し、この補助ピストンをパ
   イロツトスリーブに連結して設けたことを特徴
   とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の軸
   位置検出装置。