JP2015190428A

JP2015190428A - タービン発電設備及び架台

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Publication number: JP2015190428A
Application number: JP2014070115A
Authority: JP
Inventors: 敬幹井越; Yukimoto Ikoshi; 公一北口; Koichi Kitaguchi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2015-11-02
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: JP6067611B2

Abstract

【課題】省スペース化を図ることができるとともに、油タンクの損傷発生可能性及び架台の熱変形量を低減することができ、信頼性の向上を図ることのできるタービン発電設備及び架台を提供する。
【解決手段】発電用の回転機器と、枠状に構成された架台フレームと、架台フレームとは別体に構成され、当該架台フレーム内に収容された油タンクと、油タンクの上側端部の縁部に沿って外側に突出するように形成された庇部と、架台フレームの上面内側部に沿って形成され、庇部を係止して油タンクの上部を、熱伸縮による移動可能に支持する係止溝と、架台フレームの下端に内周側に突出するように形成され、油タンクの底面周縁部を係止して油タンクの下部を熱伸縮による移動可能に支持する底部係止用突出部とを具備した架台を有するタービン発電設備。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、タービン発電設備及び架台に関する。

タービン発電設備においては、主に据付工事の工数を減らす目的で、輸送用架台を兼ねる各１台あるいは複数台の鋼製架台に、蒸気タービン、減速機、発電機などの発電機器を取り付けてモジュール化し、発電所等の据付場所では上記モジュールを連結、固定するタービン据付方法が行われている（例えば、特許文献１参照。）。

この方法は、上述の据付工程短縮の他に、以下のような利点を有する。すなわち、従来使用されていた発電機器の輸送専用の架台を省略することによる輸送費のコストカットを図ることができる。また、従来別々の基礎上に配置されていた機器を同一の架台上に設置し、モジュール化することによって、各機器同士をつなぐ配管などの取合部分の短縮化並びに据付面積の縮小を図ることができ、発電所施設全体としての低コスト化及び省スペース化を実現できる。

このようなタービン発電設備に関する技術では、潤滑油装置、制御油装置などの油関係補機類をモジュール化する方法として、次に示す２つの方法が提案されている。

第１の方法は、図７の平面図に示すように、基礎構造を有する油タンク９上に油フィルター４、油冷却機５、油ポンプ６等の油関係補機類を設置してモジュール化し、油関係機器モジュール１０３として構成する方法である。この方法において、油タンク９は油関係機器モジュール１０３内に含まれるため、蒸気タービン１とタービン架台７からなるタービンモジュール１０１と、減速機２及び発電機３と減速機・発電機架台８からなる減速機・発電機モジュール１０２には、油タンクが設けられていない。すなわち、第１の方法では、タービン架台７及び減速機・発電機架台８は、内部に油タンクを有しない構造となっている。

第２の方法は、図８に示すように、上述したタービン架台７や、減速機・発電機架台８などの内部に油タンク９の機能を併有させる方法である。この方法においては、タービン架台７や減速機・発電機架台８を構成する鋼製の架台フレーム１１の一部または全部の接合・組合せにより、タービン架台７や減速機・発電機架台８自体が油タンク９の油槽を成す構造となっている。すなわち、第２の方法では、タービン架台７や減速機・発電機架台８に油タンク機能を持たせた油タンク一体型架台を用いる。

また、回転機本体を支承するベースと、オイルタンクの上にオイルポンプ等の機器を設置した給油装置を分離して構成し、ベース内に側方から給油装置を挿入した状態で使用し、給油装置がベースに対してスライドできるようにして、オイルの温度上昇によりベースが熱伸縮することを抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００８−６４１０７号公報特開平６−１９３５９９号公報

上述した従来技術において、第１の方法では、タービンモジュール及び減速機・発電機モジュールを設置するスペースの他に、油関係機器モジュールを設置するためのスペースが必要となり、例えば第２の方法と比べた場合、省スペース化が十分ではないという課題がある。特に、数ＭＷ規模以下の小電力発電設備においては、発電所施設全体のコンパクト化が要求されており、第１の方法では、発電設備の敷地全面積に対して油関係機器モジュールが占める割合が大きくなる。

一方、第２の方法では、タービン架台や減速機・発電機架台に油タンク機能を持たせることにより、省スペース化は実現することができるが、タービン架台や減速機・発電機架台自体を油槽としたことにより次のような課題を有している。

すなわち、架台上に設置する回転機械の運転時の荷重または振動により、架台に損傷が発生した場合、架台自体が油タンクとしての機能を有するために、油タンクそのものの損傷及び油の漏洩につながる危険性がある。また、運転時の加温された排油が直接架台内に収容されるため架台に熱変形が生じ、軸受アライメントが変化するためこれに起因した振動が発生する。

また、特許文献２の技術では、ベース中に側方から給油装置が挿入され、給油装置が側方に移動可能な状態（ベースに対して固定されていない状態）となっているので、輸送中や回転機械の振動等によって給油装置が移動してしまう可能性があり、給油装置の配管やオイルタンク等に損傷が発生するおそれがある。さらに、オイルタンク等は、ベース上に回転機等の機器が配置されていない部位に配置されており、省スペース化が十分ではないという課題や、オイルタンクと回転機械とを繋ぐ配管等が長くなるという課題もある。また、オイルタンク上にオイルポンプ等を設置するため、オイルタンク自身に基礎構造が必要となるという課題もある。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、省スペース化を図ることができるとともに、油タンクの損傷発生可能性及び架台の熱変形量を低減することができ、信頼性の向上を図ることのできるタービン発電設備及び架台を提供することを目的とする。

実施形態のタービン発電設備は、発電機器が搭載され輸送用架台を兼ねた複数の架台を接続して構成されたタービン発電設備である。前記架台の内の少なくとも１つは、当該架台上に載置された発電用の回転機器と、枠状に構成された架台フレームと、前記架台フレームとは別体に構成され、当該架台フレーム内に収容された油タンクと、前記油タンクの上側端部の縁部に沿って外側に突出するように形成された庇部と、前記架台フレームの上面内側部に沿って形成され、前記庇部を係止して前記油タンクの上部を、熱伸縮による移動可能に支持する係止溝と、前記架台フレームの下端に内周側に突出するように形成され、前記油タンクの底面周縁部を係止して前記油タンクの下部を熱伸縮による移動可能に支持する底部係止用突出部とを具備する。

実施形態の架台は、発電機器が搭載され、輸送用架台を兼ね、タービン発電設備を構成するための架台である。枠状に構成された架台フレームと、前記架台フレームとは別体に構成され、当該架台フレーム内に収容された油タンクと、前記油タンクの上側端部の縁部に沿って外側に突出するように形成された庇部と、前記架台フレームの上面内側部に沿って形成され、前記庇部を係止して前記油タンクの上部を、熱伸縮による移動可能に支持する係止溝と、前記架台フレームの下端に内周側に突出するように形成され、前記油タンクの底面周縁部を係止して前記油タンクの下部を熱伸縮による移動可能に支持する底部係止用突出部とを具備する。

実施形態のタービン発電設備の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。図１のタービン発電設備のＡ−Ａ断面概略構成を示す図。図１のタービン発電設備の架台の概略構成を示す図。図３の架台の要部概略構成を説明するための図。架台における熱伸縮の発生状態を説明するための図。架台における熱伸縮の発生状態を説明するための図。従来技術におけるタービン発電設備の概略構成を示す図。従来技術における架台の概略構成を示す図。

以下、実施形態のタービン発電設備及び架台を、図１乃至６を参照して説明する。

図１は、一実施形態のタービン発電設備の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図１に示すように、本実施形態のタービン発電設備では、蒸気タービン１はタービン架台７上に搭載されており、これらによってタービンモジュール１０１が構成されている。なお、タービンモジュール１０１及び後述する減速機・発電機・油関係機器モジュール１０４は、モジュールの状態で輸送可能な大きさ、例えば、重さが２５トン程度で長さが４０フィートコンテナに収容できる程度とされる。

また、減速機２と、発電機３は、油タンク収納型架台１０に搭載されており、油フィルター４と、油冷却機５と、油ポンプ６は、油タンク収納型架台１０内に収納された油タンク１２上に搭載されている。そして、これらの機器が一体化されて、減速機・発電機・油関係機器モジュール１０４が構成されている。

また、図２に示すように、油タンク収納型架台１０には、発電機器レベル調整台座１５が配設されており、減速機２と発電機３はセンターハイトをタービン側に合わせるため、この発電機器レベル調整台座１５上に配設されている。また、減速機２と発電機３の直下に位置するように油タンク１２が配設されている。油冷却機５等の油関係機器は、油タンク１２の上面に直接取り付けた構造となっている。あるいは、一例として油関係機器をタービン架台７上に取付け、油タンク１２とはフレキシブル配管でつなぐことで油タンク１２の基礎構造を省略、簡素化できる。

本実施形態では、予め製造工場にて蒸気タービン１とタービン架台７を組立したタービンモジュール１０１と、同じく、減速機２、発電機３及び油ポンプ６等の油関係補機類と油タンク収納型架台１０を組立した減速機・発電機・油関係機器モジュール１０４とを、それぞれ発電所等の据付場所まで輸送する。そして、蒸気タービン１と減速機２のアライメントを基準として、タービンモジュール１０１と減速機・発電機・油関係機器モジュール１０４とを軸方向に溶接またはボルト締めにて連結し据付する。

このように構成された本実施形態において、減速機２、発電機３を設置する油タンク収納型架台１０には、油タンク１２が収納されており、図７に示したタービン発電設備のような油タンク９及び油フィルター４、油冷却機５、油ポンプ６などで構成される油関係機器モジュール１０３は不要となる。図１と図７の比較で分かる通り、油関係機器モジュール１０３を省略できる本実施形態では、発電施設全体をよりコンパクトにすることができる。

また、図７に示したタービン発電設備では、油関係機器とモジュール化された油タンク９は、タービン架台７及び減速機・発電機架台８の周囲に並置しなければならない。

一方、本実施形態では、油タンク１２は、減速機２及び発電機３の直下に配置されており、また、油フィルター４、油冷却機５、油ポンプ６などの油関係補機類も油タンク１２上に配置されている。このため、潤滑系、制御系と発電機器との配管取り合い部分の短縮が可能である。例えば、減速機２と発電機３の排油管は、これら発電機器直下にある油タンク１２までの最短長さだけを必要とするため、排油管長さは、図７に示したタービン発電設備の半分以下に短縮することができる。

さらに、上記のような配管の短縮により配管損失も低減することができ、特に、比較的必要油量の多い減速機を含む発電機器側の給排油菅を短縮することで配管損失を効果的に低減することができる。このように配管損失を低減できれば、油関係機器の設計油量を減らすことができ、油関係機器のサイズを小さくすることができるため、油関係機器全体の占有面積も縮小することができる。

次に、油タンク１２と架台フレーム１１の独立構造について説明する。本実施形態では、図２、図３に示すように、架台フレーム１１の中に油タンク１２を抱え込む構造を有している。架台フレーム１１は、全体の形状が矩形の枠状となるように、鋼製の部材から構成されている。本実施形態では、架台フレーム１１は、Ｈ形鋼の対向する平行部が上下方向に向くように、かつ、矩形の枠状の四辺に各Ｈ形鋼が位置するように配列し、これらの端部を接合して構成されている。

また、架台フレーム１１の上面の内側縁部は、全周に亘って切削されており、所定深さで所定幅の係止溝１１ａが形成されている。また、各辺の係止溝１１ａの長手方向中央部分には、係止溝１１ａの外周部から更に外側に延在するように、矩形状の嵌合溝１１ｂが形成されている。なお、図３では、図中架台フレーム１１の手前側に位置する辺（Ｈ形鋼）を切断した状態とし、残りの３つの辺のみが図示されているが、係止溝１１ａ及び嵌合溝１１ｂは、図３には図示されていない手前側の辺にも形成されている。

油タンク１２は、全体形状が略直方体形状とされている。図２，３，５，６に示すように、油タンク１２の側壁部外側と架台フレーム１１の側壁部内側との間には、油タンク１２の熱伸長を許容するための所定の間隙（図５に示すｄ_４）が形成され、油タンク１２の側壁部外側と架台フレーム１１の側壁部内側とは接触していない状態となっている。架台フレーム１１内の大部分は、油タンク１２によって占められており、油タンク１２の側壁部と架台フレーム１１の内側の側壁部との間が空洞となっている。

油タンク１２の上側端部の縁部には、全周に亘って外周に向けて突出するように、庇部１２ａが形成されている。また、各辺の庇部１２ａの長手方向中央部分には、上述した嵌合溝１１ｂに合わせて外周方向に突出する矩形状の突起部１２ｂが形成されている。なお、上述した架台フレーム１１の場合と同様に、図３では、油タンク１２の図中手前側に位置する庇部１２ａを切断した状態とし、残りの３つの辺の庇部１２ａのみが図示されているが、図３には図示されていない油タンク１２の手前側に位置する辺にも、庇部１２ａ及び突起部１２ｂが形成されている。

そして、庇部１２ａが係止溝１１ａ内に位置し、突起部１２ｂが嵌合溝１１ｂ内に位置するように、油タンク１２を架台フレーム１１の上部から挿入することにより、庇部１２ａ及び突起部１２ｂが架台フレーム１１に係止され、油タンク１２の上部が架台フレーム１１に支持される構成となっている。

この際、図４に示すように、常温では、庇部１２ａの外側縁部と係止溝１１ａの外側縁部との間、及び突起部１２ｂの外側縁部と嵌合溝１１ｂの外側縁部との間には、間隙ｄ_１、間隙ｄ_２が形成された状態となっている。そして、油タンク１２内の油の温度が上昇した際など、油タンク１２が熱伸縮した際に、庇部１２ａ及び突起部１２ｂが架台フレーム１１に対して移動可能な状態となっている。なお、この場合間隙ｄ_１、間隙ｄ_２は、油タンク１２の熱による伸長を許容するめ、熱による伸長の長さに応じた大きさとなっており、略等しい大きさに設定されている。一方、突起部１２ｂの側部と嵌合溝１１ｂの側部との間隔ｄ_３は、間隙ｄ_１、間隙ｄ_２に比べて非常に小さく設定されている。これによって、油タンク１２は、各辺の長手方向に熱伸縮可能で、かつ、振動等に対しては大きく移動することのない状態（位置決めされた状態）で架台フレーム１１に係止されている。

一方、図２，３，５に示すように、架台フレーム１１の下端部には、内周方向に突出する底部係止用突出部１１ｃが全周に亘って形成されている。そして、油タンク１２の底面周縁部１２ｃが底部係止用突出部１１ｃ上に係止される構成となっている。また、底部係止用突出部１１ｃの上面及び底面周縁部１２ｃには、表面を滑らかにする加工、例えば、研磨加工が施されており、これらの間が滑り易くなっている。そして、図５中矢印で示すように、油タンク１２内の油の温度が上昇した際など油タンク１２が熱伸縮した際に、底面周縁部１２ｃが架台フレーム１１に対して移動可能な状態となっている。

上記のように構成された本実施形態において、油タンク１２と架台フレーム１１は、別体に構成され、それぞれ独立した構造となっている。そして、油タンク１２は、庇部１２ａ及び突起部１２ｂでその上部が架台フレーム１１に係止され、底面周縁部１２ｃでその下部が架台フレーム１１に係止されている。

このため、図８に示した架台自体が油タンクの油槽を成す構造とは異なり、回転機械による架台フレーム１１の振動が、直接油タンク１２の振動とはならない。これによって、回転機械の振動が油タンク１２へ伝達することを抑制することができ、油タンク１２の振動による損傷発生の可能性を低減することができる。

また、運転時の加温された排油が油タンク１２に貯油されるが、架台フレーム１１には直接油が触れない構造となっている。このため、運転時の加温された排油が架台内部に直接貯油される場合と異なり、排油による熱が架台フレーム１１には直接作用しないので、架台フレーム１１の熱変形を抑制することができる。これにより、軸受アライメントの変化及びそれに起因する振動の発生も抑制することができる。

また、上述の排油の熱により、油タンク１２は、嵌合溝１１ｂに嵌合された突起部１２ｂを中心として架台フレーム１１側に伸張するが、油タンク１２の底面周縁部１２ｃは、架台フレーム１１の底部係止用突出部１１ｃ上面を滑るため、油タンク１２自体に熱応力が発生することを抑制することができる。さらに、油タンク１２と架台フレーム１１との間には、間隙ｄ_４（図５参照。）が設けられているため、油タンク１２の熱変形に伴い、架台フレーム１１が変形することを防止することができる。

以上のように、本実施形態によれば、省スペース化を図ることができるとともに、油タンクの損傷発生可能性及び架台の熱変形量を低減することができ、信頼性の向上を図ることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１……蒸気タービン、２……減速機、３……発電機、４……油フィルター、５……油冷却機、６……油ポンプ、７……タービン架台、８……減速機・発電機架台、９……油タンク、１０……油タンク収納型架台、１１……架台フレーム、１１ａ……係止溝、１１ｂ……嵌合溝、１１ｃ……底部係止用突出部、１２……油タンク、１２ａ……庇部、１２ｂ……突起部、１２ｃ……底面周縁部、１５……発電機器レベル調整台座、１０１……タービンモジュール、１０２……減速機・発電機モジュール、１０３……油関係機器モジュール、１０４……減速機・発電機・油関係機器モジュール。

Claims

発電機器が搭載され輸送用架台を兼ねた複数の架台を接続して構成されたタービン発電設備であって、
前記架台の内の少なくとも１つは、
当該架台上に載置された発電用の回転機器と、
枠状に構成された架台フレームと、
前記架台フレームとは別体に構成され、当該架台フレーム内に収容された油タンクと、
前記油タンクの上側端部の縁部に沿って外側に突出するように形成された庇部と、
前記架台フレームの上面内側部に沿って形成され、前記庇部を係止して前記油タンクの上部を、熱伸縮による移動可能に支持する係止溝と、
前記架台フレームの下端に内周側に突出するように形成され、前記油タンクの底面周縁部を係止して前記油タンクの下部を熱伸縮による移動可能に支持する底部係止用突出部と
を具備したことを特徴とするタービン発電設備。
直方体形状の前記油タンク頂部の各辺の中央部に設けられ、前記庇部からさらに外側に向けて突出するよう形成された突起部と、
前記係止溝からさらに外側に向けて延在するように形成され、前記突起部が嵌合される嵌合溝と
を具備したことを特徴とする請求項１記載のタービン発電設備。
前記油タンクの側壁部外側と前記架台フレームの側壁部内側との間、前記庇部の外側縁部と前記係止溝の外側縁部との間、前記突起部の外側縁部と前記嵌合溝の外側縁部との間には、夫々前記油タンクの熱伸長を許容するための間隙が設けられている
ことを特徴とする請求項２記載のタービン発電設備。
前記架台上に載置された前記発電用の回転機器の直下に位置するよう前記油タンクが配設されている
ことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のタービン発電設備。
前記架台上に発電機器レベル調整台座が配設され、当該発電機器レベル調整台座上に前記発電用の回転機器が配設されている
ことを特徴とする請求項１〜４いずれか１項記載のタービン発電設備。
前記架台上に載置された前記発電用の回転機器は、発電機と、減速機と、タービンの少なくともいずれか１つを含む
ことを特徴とする請求項１〜５いずれか１項記載のタービン発電設備。
前記底部係止用突出部の上面と、当該底部係止用突出部と当接される前記油タンクの底面周縁部に、研磨加工が施されていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項記載のタービン発電設備。
発電機器が搭載され、輸送用架台を兼ね、タービン発電設備を構成するための架台であって、
枠状に構成された架台フレームと、
前記架台フレームとは別体に構成され、当該架台フレーム内に収容された油タンクと、
前記油タンクの上側端部の縁部に沿って外側に突出するように形成された庇部と、
前記架台フレームの上面内側部に沿って形成され、前記庇部を係止して前記油タンクの上部を、熱伸縮による移動可能に支持する係止溝と、
前記架台フレームの下端に内周側に突出するように形成され、前記油タンクの底面周縁部を係止して前記油タンクの下部を熱伸縮による移動可能に支持する底部係止用突出部と
を具備したことを特徴とする架台。
直方体形状の前記油タンク頂部の各辺の中央部に設けられ、前記庇部からさらに外側に向けて突出するよう形成された突起部と、
前記係止溝からさらに外側に向けて延在するように形成され、前記突起部が嵌合される嵌合溝と
を具備したことを特徴とする請求項８記載の架台。
前記油タンクの側壁部外側と前記架台フレームの側壁部内側との間、前記庇部の外側縁部と前記係止溝の外側縁部との間、前記突起部の外側縁部と前記嵌合溝の外側縁部との間には、夫々前記油タンクの熱伸長を許容するための間隙が設けられている
ことを特徴とする請求項９記載の架台。