JPH088241Y2 - ターボ機械及びその遠隔操作ターニング歯車係合装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案はターボ機械のロータを効
果的に回転させるターニング歯車の自動係合装置に係
り、特に遠隔操作によってターニング歯車を係合させる
装置及び適切な動作を保証するフェイルセーフ回路に関
する。

【０００２】

【従来の技術】蒸気タービンのロータをタービンの運転
を停止した後も非常に低い速度で回転させてやる必要性
は周知の通りである。すなわち、加熱されているロータ
を停止させるとロータが連続的に回転している場合に加
えられる一様な応力や一様な加熱が消失するためロータ
が真円から歪んだり反ったり、あるいは永久的な応力を
生じたりする。従来はタービン軸に減速歯車を介して電
気モータが結合され、モータを励起し歯車を係合させる
ことによりタービン軸を回転させるようにしていた。電
気モータと減速歯車を含む、歯車をロータと接触させる
ための動力手段及び係合手段を形成する構成は公知であ
る。

【０００３】現状の蒸気タービンのターニング歯車を係
合させる一般的な方法ではターニング歯車が手動で変位
されてロータ歯車と接触・係合するようにされている。
このためには操作者はタービンのハンドルのラッチを外
し、これを押したり引いたりすると同時にターニング歯
車がロータ歯車と接触・係合するまでターニング歯車に
ジョッキングをさせる必要がある。この作業は２名の操
作者を必要とする場合がある。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】タービンは危険な環境
に設けらていることが多いのでかかる作業は遠隔操作で
できることが望ましい。また遠隔操作室からの操作はた
だ１人の要員によってターニング歯車を係合できる点か
ら作業的にも望ましい。従来のターニング歯車の設計は
ロータが停止して破損したり及び／又はターニング歯車
が破損する前に操作者がターニング歯車を係合できるよ
うになっている。しかし簡単な機械的な手動係合では操
作者がロータがまだ回転しているうちにターニング歯車
を係合するのを不要にする保護的制限措置は講じられな
い。

【０００５】さらに、ターニング歯車は例えば特定のブ
レードを目視検査するなどロータを特定の方位にもって
いくのが望ましい場合にロータ位置を設定するのにも用
いられる。しかし現状のターニング歯車構成では作業が
中断された場合にターニング歯車が係合した状態に留ま
らない点で問題を有する。すなわち、現状の技術ではタ
ーニング歯車はロータを回転すべく駆動されている場合
にのみ係合状態に留まるように設計されている。ターニ
ング歯車の駆動が中断すると歯車の相互作用が中断し、
ターニング歯車は元の位置に戻ってしまいロータ歯車と
の係合が解除される。そこで、ロータ位置を変更する際
そのつどターニング歯車をリセットする以外ロータ位置
の設定は不可能である。

【０００６】本考案は離れた位置にいる１人の操作者が
同時にターニング歯車を係合しまたターニング歯車を駆
動するモータをジョッキングさせてロータと係合させう
る遠隔操作技術に関する。さらに、本考案はターニング
歯車がロータが停止した場合にロータに係合するのを防
止する様々なインターロック手段を提供する。

【０００７】さらに、本考案は様々な保守上の理由でロ
ータを位置させるのに使用される際ロータ位置の変更の
つどターニング歯車を再位置設定する必要のない、ロー
タとターニング歯車の確実な係合を与えるターニング歯
車構成を提供する。本考案の目的はタービンロータを回
転させるための遠隔操作ターニング歯車の係合手段を提
供するにある。

【０００８】本考案の他の目的は操作者による操作の結
果ターニング歯車を変位させてロータと係合させ、その
際操作者がターニング歯車をジョッキングさせてターニ
ング歯車が係合する際歯車がかみ合うことを可能にする
油圧操作ピストンを提供するにある。本考案の他の目的
はロータを停止しない場合にはターニング歯車の係合を
防止する安全手段を提供するにある。

【０００９】本考案のなお他の目的はターニング歯車を
ロータの位置設定に使えるようにターニング歯車とロー
タとの確実な係合を提供するにある。本考案のなお他の
目的はロータ軸受へのオイル供給が減少する場合ターニ
ング歯車がロータを回転させるのを防止する作用をなす
油圧安全インターロックを提供するにある。

【００１０】本考案のさらに他の目的は危険のない環境
下にあってターニング歯車の動作を制御することを可能
にする遠隔制御装置を提供するにある。本考案のさらに
他の目的はターニング歯車を遠隔操作で係合させ操作す
る安全で経済的かつ信頼性の高い方法及び装置を提供す
るにある。他の目的は以下の説明及び実用新案登録請求
の範囲より明らかとなろう。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的は本考案の好
ましい実施例により達成されるが、本考案は、ロータ
と、ロータの一部と係合するターニング歯車と、ターニ
ング歯車を回転させる手段と、ターニング歯車がロータ
と係合する第１の位置とロータとを係合しない第２の位
置とをとりうるよう該ターニング歯車を取付けた取付手
段とを有するターボ機械装置であって： 該取付手段に結合され該ターニング歯車を第１の位置と
第２の位置との間で変位させるアクチュエータと； 該アクチュエータを第１の位置に変位させるべく結合さ
れた流体作動ピストンと、該アクチュエータを第２の位
置に付勢するばねと、該ピストンへ加圧流体を供給する
ピストンラインとよりなり、該アクチュエータをターニ
ング歯車がロータと係合する第１の位置へ変位させる駆
動手段と； 該ターニング歯車のロータとの係合を感知する手段と； 感知する手段がターニング歯車のロータとの係合するの
を示す時該ターニング歯車を回転させる手段の連続的動
作を開始させる手段とよりなり、加圧流体源と； 該加圧流体源とピストンラインの間にあって加圧流体を
ピストンラインに選択的に流すソレノイド弁と； ピストンライン中にあってそれを通る流体の流量を制御
する流量オリフィスとよりなるターボ機械装置に関す
る。

【００１２】本考案はターボ機械ロータを回転させるた
めの遠隔操作ターニング歯車係合装置を開示する。加圧
されたオイルが選択的に供給されることによりピストン
が変位されターニング歯車がロータと係合する。電気感
知手段を用いてターニング歯車が適当な位置にあること
が判定される。別の制御手段が設けられて軸受に供給さ
れるオイルが不十分な場合ターニング歯車の動作を中断
する。他の回路手段によりロータが回転している場合タ
ーニング歯車が動作するのが防止され、また保守上の理
由からロータの位置設定を行なうためこの安全上の特徴
をバイパスさせることも可能である。

【００１３】

【実施例】以下蒸気駆動タービン用のターニング歯車を
係合させる方法及び装置を説明する。かかるターニング
歯車はまた動力回収エキスパンダやコンプレッサ、ある
いは他のターボ機のロータを回転させる等、他の用途に
も同様に使うことができる。

【００１４】まず図１を参照するに、ターボ機械はその
周辺に設けられた筐体１０と筐体１０内に取付けられた
ロータ１２とを含んでいる。ターボ機械自体とその筐体
とは図示の軸受筐体より一般にはるかに大きく、図１で
はわかりやすくするために省略してある。ロータ歯車１
４はロータ１２の外周に取付けられており図示はしてい
ないが外方へ突出してターニング装置とかみ合う歯を有
している。

【００１５】筐体内にはターニング歯車ブラケット５０
が取付けられこれにさらに図示していないモータに結合
されたモータ軸５２を介して駆動される駆動歯車５４が
取付けられている。駆動歯車５４はターニング歯車５６
とかみ合うように設けられ、これによりターニング歯車
が駆動歯車により駆動される。またターニング歯車ハン
ドル４４がターニング歯車ブラケットに取付けられたリ
ンク４５に結合されている。ターニング歯車ブラケット
の全体は枢回自在に取付けられ、この枢回運動はターニ
ング歯車ハンドルの変位により生じるターニング歯車ブ
ラケットの一部の変位によってなされる。図１はターニ
ング歯車ブラケットが第１の位置にありターニング歯車
５６がロータ歯車１４と係合して両歯車の歯がかみあっ
ている状態を示している。この位置ではモータが駆動歯
車を駆動すると駆動歯車がロータ歯車に係合しているタ
ーニング歯車と係合しているためロータが回転される。
この第１の位置からターニング歯車のハンドルが図１中
左から右へ動かされると、ターニング歯車ブラケットは
ロータ歯車との係合が解除される、図３に示す第２の位
置へ回動される。

【００１６】ターニング歯車ブラケットを変位させるた
めに油圧ピストンが設けられる。ピストン３２は軸受筐
体１６内に取付けられ筐体１６との間に加圧オイルがラ
イン２４を介して供給される空洞を画成する。すなわ
ち、ピストン３２と軸受筐体１６とはオイルを受入れる
空洞を画成する。Ｏリング３３と３４とはこの空洞をシ
ールするためのものである。戻しばね３６はピストンが
図示の如く右から左へ変位させられた場合カバー４２と
ピストンとの間で圧縮されるように取付けられる。この
戻しばねはピストン３２を右側へ変位させる復元力を与
える。ターニング歯車とターニング歯車ハンドルとはタ
ーニング歯車とロータ歯車との相互作用によって係合位
置に維持される。ターニング歯車はターボ機械がパワー
オンされた場合あるいはモータが消勢された場合に係合
が解除される。このような場合、重力が歯の負荷の消失
に打勝ち、ターニング歯車は第２の位置に落下する。

【００１７】オイル供給ライン２０は励起状態において
は加圧オイルをソレノイド弁３０を介してピストンライ
ン２４へ供給し、ピストンを動作させる。一方消勢状態
ではオイルはドレインライン２２を流れてオイルはピス
トンライン２４から消失する。さらに、図１にはオイル
供給ライン２０から延在する、オイルをロータ軸受１５
に供給する供給ライン２１が示されている。さらに、軸
受へ供給されるオイル圧を感知するオイル圧スイッチ２
３が取付けられる。またピストンライン２４中にはオリ
フィス２６が取付けられ、加圧オイルがピストン空洞へ
供給されあるいは排出される速度を調節する。このオリ
フィスは加圧オイルがピストンを左へ押しやり歯車を係
合させる際のターニング歯車ブラケットの変位速度を制
御する作用をなす。

【００１８】図示のスイッチ４６はターニング歯車が図
示の第１の位置にある場合ターニング歯車ハンドル４４
の端と接触するように設けられる。このスイッチ４６の
目的は制御回路においてターニング歯車が係合位置にあ
ることを示すことにある。このスイッチはまたモータを
始動するに先立ちターニング歯車が正しい位置にあるこ
とを確認する許容スイッチとしても使用できる。

【００１９】図１のように、Ｏリング４８がターニング
歯車ハンドルをカバーに対してシールするのに設けられ
る。またスリーブ３８が図示のようにターニング歯車ハ
ンドル４４の外周の回りに取付けられピン４０でこれに
固定されている。ピストン３２は加圧オイルにより変位
された場合ピン４０を介して作用するスリーブ３８と係
合し、スリーブ３８はピストンのターニング歯車ハンド
ルを導いて変位させる。

【００２０】図２はターニング歯車係合装置を操作する
制御回路を示す。制御電力は制御回路のワイヤ１０２及
び１２０の間に供給される。電力はワイヤ１０２からス
イッチ４６、ジョグスイッチ８４、始動スイッチ８０、
イネーブル表示灯９６及びソレノイド３０へ供給され
る。スイッチ４６は２つの端子を有し、その一はターニ
ング歯車が係合していることを表示する警報装置へ接続
される通常は開成した、及び通常は閉成した接続部の間
に接続される。スイッチ４６の他の組の接点はジョグス
イッチ８４の接点８６、始動スイッチ８０及び係合表示
灯９４に接続されているワイヤ１０４に接続される。ジ
ョグスイッチ８４の接点８６はワイヤ１０６によって停
止スイッチ８２に接続され、スイッチ８２は一方ワイヤ
１０８によってインターロックリレー接点９０に接続さ
れる。インターロックリレー接点９０はワイヤ１１０に
よってジョグスイッチ８４の接点８８に接続されさらに
始動スイッチ８０及び軸受オイル圧スイッチ２３に接続
されている。軸受オイル圧スイッチ２３はワイヤ１１２
によってインターロックリレー９２に接続され、一方リ
レー９２はワイヤ１２０に接続されている。さらにワイ
ヤ１２０は係合表示灯及び係合スイッチ７０に接続され
ている。ワイヤ１１６はソレノイド弁３０を位置設定ス
イッチ９８に接続しさらにゼロスピード接点７２に接続
する。ワイヤ１１４はイネーブル表示灯９６を位置設定
スイッチ９８、ゼロスピード接点７２及び係合スイッチ
７０に接続する。

【００２１】さらに、図２は係合装置の駆動回路の細部
をも示す。電力はワイヤ１３２及び１３８の間に供給さ
れ、インターロックリレー接点１３４、ワイヤ１３５及
びモータ１３６を通って流れる。モータ１３６は図１に
示す駆動歯車５４を駆動するモータである。動作 通常の動作条件下では蒸気がタービンへ供給されてター
ビン軸が駆動される。このような条件下ではゼロスピー
ド接点７２は開いておりロータが回転していることを示
す。この動作モードでは係合スイッチ７０が閉成しても
ゼロスピード接点７２が開成していることによりスリー
ウェイソレノイド３０が係合するのが防止され、これに
より係合装置がターニング歯車をロータ歯車とかみ合わ
せるのが防止される。

【００２２】ターニング歯車を係合させることが決定さ
れまたゼロスピード接点７２が閉じていてロータの動作
が止っていることが示されている場合は係合スイッチ７
０が閉成することでスリーウェイソレノイドが励起され
て加圧オイルがピストン３２へ供給される。ソレノイド
３０が励起され係合スイッチ７０が閉成するとイネーブ
ル表示灯９６が点灯されて操作者は回路の状態を知るこ
とができる。

【００２３】典型的な場合操作者はさらにモータ１３６
をジョッキングさせてターニング歯車をジョッキングさ
せ、ターニング歯車がロータ歯車と係合すべく変位され
る際に両歯車がかみ合うようにする。ジョグスイッチ８
４はこの動作のために設けられる。ジョグスイッチ８４
が押されると接点８６が開き接点８８が閉じる。接点８
８が閉じると制御回路はワイヤ１０２を接点８８、ワイ
ヤ１１０、通常は閉じている軸受オイル圧スイッチ２
３、及びインターロックリレー９２を介してワイヤ１２
０へ接続する。インターロックリレー９２が励起される
とインターロックリレー接点９０が閉じる。インターロ
ックリレー接点１３４が閉じると電力はモータ１３６へ
供給され、その際モータは所望のジョッキングをする。
さらに、モータを接点８８を介してジョッキングさせる
回路はスイッチ４６をバイパスし、そこでターニング歯
車はモータがジョッキングする際ロータ歯車と完全に係
合する必要はなくなる。

【００２４】モータがジョッキングし係合装置が励起さ
れると始動スイッチが使用される。始動スイッチ８０が
閉成するとターニング歯車ハンドルが完全に変位されま
たターニング歯車が係合している場合ワイヤ１０４、始
動スイッチ８０、ワイヤ１１０、軸受オイル圧スイッチ
２３、ワイヤ１１２、及びインターロックリレー９２を
通る回路が形成される。インターロックリレー９２は次
いで接点９０及び１３４を閉成する。接点９０はインタ
ーロック接点として動作し閉成した場合ワイヤ１０２か
らリレー接点４６、ジョグスイッチ接点８６、停止スイ
ッチ８２、現時点において閉成しているインターロック
リレー接点９０、軸受オイル圧スイッチへ到るワイヤ１
１０、ワイヤ１１２、さらにインターロックリレー９２
を経てワイヤ１２０へ到る回路が形成される。接点１３
４は閉成した場合モータ１３６を励起する。そこで始動
スイッチが開放されると閉成されているインターロック
リレー接点９０を通る回路が形成され、この回路９０は
インターロックリレー９２をターニング歯車ハンドルが
スイッチ４６と接触しなくなり何らかの理由でターニン
グ歯車が変位した事が示されるまであるいは停止スイッ
チが押されるまで閉成状態に維持する。さらに、ロータ
軸受に不十分なオイルしか供給されなくなって軸受オイ
ル圧スイッチが開成するとモータの動作は消勢される。

【００２５】ターニング歯車モータの動作を停止するに
は停止スイッチを押してインターロックリレー接点９０
を通る回路を開成する。その際リレー９２も消勢され
る。ターニング歯車モータの動作を再開するには前記過
程を再開せねばならない。係合表示灯９４はワイヤ１０
４に接続されてスイッチ４６が閉成されている場合点灯
し、ターニング歯車が第１の位置にあることを表示す
る。

【００２６】スリーウェイソレノイド弁３０は係合スイ
ッチ７０が手動で押された場合のみかつこのスイッチが
押されている間のみ励起される。この間加圧オイルがピ
ストンに供給されピストンを左方に押し、ターニング歯
車を変位させる作用をなす。ターニング歯車が一たん係
合するとターニング歯車とロータ歯車との間に作用する
機械的力により両歯車は係合状態に保たれる。

【００２７】位置設定スイッチ９８はゼロスピード接点
７２をバイパスするためのものである。このスイッチ９
８の目的は係合スイッチ７０を押え位置設定スイッチを
閉成することにある。この動作モードではピストンはロ
ータ歯車と係合しているターニング歯車を保持しており
またターニング歯車のモータはロータを変位させるのが
適当である場合には励起されている。この組合わせはロ
ータを例えばロータブレードの目視点検など保守の際に
所望の回転位置に設定したい場合に使用されるのが典型
的である。オーバーライドスイッチは通常オフ位置にあ
り、その結果ゼロスピード接点７２はロータが動作して
いる場合ターニング歯車係合装置が動作するのを防止す
るように作用する。

【００２８】ゼロスピード接点７２は典型的にはタービ
ンのスピードピックアップにより制御される。大部分の
タービンはタービンロータの回転速度を感知する何らか
のスピード制御入力を有している。ゼロスピード接点７
２は通常開いていてスピード制御装置が回転速度を感知
しなくなった場合のみ閉成されるスピード制御装置に接
続された単なる接点にすぎない。

【００２９】以下は適当な動作手順の要約である： 通常動作−（位置設定スイッチ開成状態） （１）係合スイッチを閉成してピストンを動かし、ター
ニング歯車をロータ歯車とかみ合う位置に動かす；「イ
ネーブル」表示灯点灯； （２）ジョグボタンを断続的に押して歯車が係合したこ
とを示す「係合」表示灯が点灯するまで続ける； （３）「始動」ボタンを押してモータを始動状態にロッ
クし、モータを連続的に運転する。この状態では歯車の
歯に加わる負荷が歯車のかみ合いを維持する作用を与え
るので係合装置は必要ない。ゼロスピード接点が開き係
合装置はディスエーブルされる； （４）係合スイッチを念のため開成し「イネーブル」表
示灯を消灯する。ゼロスピード接点はこの時点ですでに
ピストン中の圧力を開放しておりピストンは右方へ戻さ
れる。この際ターニング歯車ハンドル及びブラケットは
動かない； （５）適当な始動時間が経過後タービンへの蒸気の供給
を開始する。蒸気はロータに駆動力を与えその結果ある
時点でターニング歯車とロータとの間の歯車間の負荷が
消失する。この時点において重力及び先とは逆方向へ作
用する歯車間のわずかな負荷の作用によりターニング歯
車ブラケットは時計方向に回動し歯車の係合を解除しさ
らにスイッチ４６を開成する。この動作に応じてモータ
は操作者による操作がなくとも自動的に遮断される。

【００３０】保守操作−（位置設定スイッチ閉成状態） （１）係合スイッチを閉成してピストンにより回転歯車
を動かしロータ歯車とかみ合わせる「イネーブル」表示
灯点灯； （２）ジョグボタンを断続的に押してこれを歯車のかみ
合いを表示する「係合」表示灯が点灯するまでくりかえ
す。

【００３１】（３）ジョグボタンを使用してロータの位
置を設定する。この際「ゼロスピード接点」はオーバー
ライドないしバイパスされているため加圧オイルは常時
ピストンに供給される。以上、本考案の特定の実施例に
ついて説明したが、本考案の思想及び範囲内で様々の変
形・変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】タービンロータ、ターニング歯車及びターニン
グ歯車係合装置を示し、ターニング歯車とロータ歯車が
係合した第１の位置にある状態を示す概略図である。

【図２】ターニング歯車係合装置の制御回路及びターニ
ング歯車モータを示す概略的回路図である。

【図３】図１と同様の構成からなり、ターニング歯車と
ロータ歯車との係合が解除された第２の位置にある状態
を示す概略図である。

【符号の説明】

１０ ターボ機械筐体 １２ ロータ １４ ロータ歯車 １５ ロータ軸受 １６ 軸受筐体 ２１ 供給ライン ２２ ドレインライン ２３ オイル圧スイッチ ２４ ライン ２６ オリフィス ３０ ソレノイド弁 ３２ ピストン ３３，３４，４８ Ｏリング ３６ 戻しばね ３８ スリーブ ４０ ピン ４２ カバー ４４ ハンドル ４５ リンク ４６，７０，８０，８２，８４，９８ スイッチ ５０ ブラケット ５２ モータ軸 ５４ 駆動歯車 ５６ ターニング歯車 ７２，８６，８８ 接点 ９０，１３４ リレー接点 ９２ リレー ９４，９６ 表示灯 １０２，１０４，１０６，１０８，１１０，１１２，１
１４，１１６，１２０，１３２，１３５，１３８ ワイ
ヤ １３６ モータ

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータと、ロータの一部と係合するター
   ニング歯車と、ターニング歯車を回転させる手段と、タ
   ーニング歯車がロータと係合する第１の位置とロータと
   を係合しない第２の位置とをとりうるよう該ターニング
   歯車を取付けた取付手段とを有するターボ機械装置であ
   って： 該取付手段に結合され該ターニング歯車を第１の位置と
   第２の位置との間で変位させるアクチュエータと； 該アクチュエータを第１の位置に変位させるべく結合さ
   れた流体作動ピストンと、該アクチュエータを第２の位
   置に付勢するばねと、該ピストンへ加圧流体を供給する
   ピストンラインとよりなり、該アクチュエータをターニ
   ング歯車がロータと係合する第１の位置へ変位させる駆
   動手段と； 該ターニング歯車のロータとの係合を感知する手段と； 感知する手段がターニング歯車のロータとの係合するの
   を示す時該ターニング歯車を回転させる手段の連続的動
   作を開始させる手段と； 加圧流体源と； 該加圧流体源とピストンラインの間にあって加圧流体を
   ピストンラインに選択的に流すソレノイド弁と； ピストンライン中にあってそれを通る流体の流量を制御
   する流量オリフィスとよりなるターボ機械装置。
2. 【請求項２】 該ターニング歯車のロータとの係合を感
   知する手段は、該アクチュエータが第１の位置にある場
   合のみ該アクチュエータと係合するように取付けられた
   スイッチであることを特徴とする請求項第１項記載の装
   置。
3. 【請求項３】 該ターニング歯車を回転させる手段の動
   作を開始させる手段は、 電気モータと； 該モータを励起するリレーを断続的に励起することによ
   りターニング歯車をジョッキングさせて第１の位置へ変
   位させるべく電気接続されたジョグスイッチと； 該リレー励起することによりモータを励起すると共にリ
   レー接点を係合させて該モータを励起状態に維持するイ
   ンターロック回路を形成するように電気接続された始動
   スイッチとよりなることを特徴とする請求項第１項記載
   の装置。
4. 【請求項４】 該ターニング歯車を回転させる手段の動
   作を開始させる手段は、 電気モータと； 該モータを励起するリレーを断続的に励起することによ
   りターニング歯車をジョッキングさせて第１の位置へ変
   位させるべく電気接続されたジョグスイッチと； 該リレー励起することによりモータを励起すると共にリ
   レー接点を係合させて該モータを励起状態に維持するイ
   ンターロック回路を形成するように電気接続された始動
   スイッチと、 軸受へ供給されるオイルの圧力を感知すべく取付けら
   れ、オイル圧が不充分であることが検知されるとモータ
   を消勢するように接続された圧力スイッチ手段とよりな
   ることを特徴とする請求項第１項記載の装置。