JP2014080990A - 軸受システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の軸受システムは、ロータの軸線方向の振動を適切に抑制することができる軸受システムを提供するものである。
【解決手段】本発明の軸受システム２は、軸線Ｏに沿って延在し、軸線Ｏの径方向外側にスラストカラー２１１を有するロータ２０と、スラストカラー２１１における軸線Ｏ方向の一方側に対向する第一スラスト軸受２１２と、スラストカラー２１１の軸線Ｏ方向の他方側に対向する第二スラスト軸受２１３と、第一スラスト軸受２１２とスラストカラー２１１との間の第一間隙Ｄ１及び第二スラスト軸受２１３とスラストカラー２１１との間の第二間隙Ｄ２に充填された潤滑油２１５と、を有する軸受部２１と、第一間隙Ｄ１と第二間隙Ｄ２との和が変化するように第一スラスト軸受２１２と第二スラスト軸受２１３との少なくとも一方を軸線Ｏ方向に移動させる駆動装置２２と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転機械に適用される軸受システムに関する。

一般的に、蒸気タービンやガスタービン等は、高圧タービン、中圧タービン、低圧タービン等の大型回転機械であるタービンロータを複数備えている。これらの複数のタービンロータは、一軸のロータ上に連結され設置されている。そして、タービンロータを軸線方向に拘束するためにスラスト軸受部が用いられている。

例えば蒸気タービンの場合、該蒸気タービンの起動時には高温の蒸気がその内部に流入するためにロータ及び該ロータを収容する車室はそれぞれ熱膨張することになる。この際、ロータは車室と比べて体積が小さく熱容量が小さいことから暖まり易く、車室よりも短時間で軸線方向に伸びる。そのため、車室に設けられた静翼とロータに設けられた動翼とが起動時に接触してしまうおそれがある。
これを防止するために、一般に蒸気タービンでは各部品間に十分な間隔をとった設計が行われている。しかし、当該間隔が大きすぎると、隙間から蒸気や空気が漏れることによるタービンとしての性能低下を招いてしまう。

これに対して特許文献１には、上記弊害を防止すべく以下の技術が開示されている。即ち、特許文献１に記載の技術では、蒸気タービンのスラスト軸受をロータの軸線方向に移動可能としている。これにより、蒸気タービンの起動時に、ロータが軸線方向に熱膨張して伸びてしまっても、その熱膨張に合わせてスラスト軸受が軸線方向に移動する。このスラスト軸受の移動によってロータの熱膨張による伸びを吸収することができるため、静翼と動翼間の隙間を小さくしてもこれらが互いに接触することがない。

特開平１１−２１０４０６号公報

ところで、スラスト軸受をロータに対して複数設置すると軸の伸びを拘束することになり、ロータに熱応力が発生してしまう。そのため、通常、スラスト軸受は一のロータに対して一つのみが設けられている。したがって、スラスト軸受が地震の発生により軸線方向に大きな揺れを受けた場合、ロータが軸線方向に振動することによる荷重を一つのスラスト軸受で支持することとなる。よって、定常運転時の使用範囲を大きく超えた荷重が作用した場合には、スラスト軸受が荷重を受け切ることができず、即ち、地震によるロータの振幅を抑えることができない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、ロータの軸線方向の振動を適切に抑制することができる軸受システムを提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の一態様に係る軸受システムは、軸線に沿って延在し、該軸線の径方向外側に張り出すスラストカラーを有するロータと、前記スラストカラーにおける前記ロータの軸線方向の一方側に対向する第一スラスト軸受と、前記スラストカラーの前記軸線方向の他方側に対向する第二スラスト軸受と、前記第一スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の第一間隙、及び、前記第二スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の第二間隙に充填された潤滑油と、を有する軸受部と、駆動することで、前記第一間隙と前記第二間隙との和が変化するように前記第一スラスト軸受と前記第二スラスト軸受との少なくとも一方を前記軸線方向に移動させる駆動装置と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、駆動装置によって第一スラスト軸受及び第二スラスト軸受の少なくとも一方を軸線方向に移動させることで、第一スラスト軸受及び第二スラスト軸受の少なくとも一方が、第一間隙と第二間隙の和が小さくなるように移動し、スラストカラーに近づき広がった第一間隙又は第二間隙を狭めることができる。潤滑油は広がった第一間隙又は第二間隙では油膜とならず、剛性を発揮することができない。しかし、間隔を狭めることで第一間隙又は第二間隙において油膜となり剛性を発揮することができるようになる。これの結果、スラストカラーの軸線方向の移動が第一スラスト軸受及び第二スラスト軸受の少なくとも一方によって抑制され、スラストカラーと一体化しているロータの軸線方向の移動も抑制される。これにより、ロータの軸線方向の振動を適切に抑制し、ロータの周囲の部品同士が接触し損傷することを防止することが可能となる。

また、本発明の他の態様に係る軸受システムは、前記第一スラスト軸受、及び、前記第二スラスト軸受の少なくとも一方の移動量を規制するストッパーをさらに備えることを特徴とする。

このような構成によれば、駆動装置によって第一スラスト軸受及び第二スラスト軸受の少なくとも一方を軸線方向に押し付けてスラストカラーへ近づけるように移動する際に、ストッパーが設けられているため、スラストカラーと第一スラスト軸受及び第二スラスト軸受の少なくとも一方とが接触するほど近づくことが無い。スラストカラー第一スラスト軸受及び第二スラスト軸受の少なくとも一方が接触し第一間隙又は第二間隙の間隔がなくなると、潤滑油が入り込むことができず油膜となることもないため剛性を生じることができない。そのため、第一間隙又は第二間隙の間隔を維持するように駆動装置の移動量を制限することで、第一スラスト軸受及び第二スラスト軸受の少なくとも一方の移動量も制限し、第一間隙又は第二間隙を維持し潤滑油を油膜となすことで、剛性を確実に発揮させることができる。これにより、ロータの軸線方向の振動を確実に抑制することができるため、ロータの周囲の部品と接触し損傷することを確実に防止することができる。

さらに、本発明の他の態様に係る軸受システムは、地震による揺れを検出する地震計と、前記地震計が検出した揺れの大きさが予め定められた揺れ閾値を超えているかを判定する揺れ判定部と、前記揺れ判定部が前記揺れ閾値を超えていると判定した場合に、前記和が小さくなるように前記駆動装置を駆動させる揺れ起動部と、を有する第一制御部と、をさらに備えることを特徴とする。

このような構成によれば、地震による軸線方向に揺れが発生すると、地震計が揺れの大きさを検知して揺れの大きさを揺れ判定部で判定して、駆動装置を移動させるか否かを制御することで、第一制御部によって駆動装置を移動させることができる。そのため、地震によって突発的に予想できない大きな揺れが発生し、ロータに大きな加振力が生じて軸線方向に移動した場合であっても、自動的に第一間隙と第二間隙の和が小さくなるように対応できるため、ロータの軸線方向の振動をより確実に抑制し、ロータの周囲の部品同士が接触し損傷することをより確実に防止することができる。

また、本発明の他の態様に係る軸受システムは、前記第一間隙及び前記第二間隙の少なくとも一方の値を検出する間隙検出部と、前記間隙検出部が検出した値と予め定めた間隙目標値との差分を算出する間隙演算部と、前記間隙演算部が算出した差分が小さくなる方向に前記第一スラスト軸受及び前記第二スラスト軸受の少なくとも一方を移動させるように前記駆動装置を駆動させる間隙起動部と、を有する第二制御部をさらに備えることを特徴とする。

このような構成によれば、前記第一間隙、及び、前記第二間隙の少なくとも一方の値と予め定めた間隙目標値との差分を小さくするように駆動装置による移動量を変化させることで、第一間隙や第二間隙の隙間の大きさを潤滑油が油膜を生じさせるだけの間隔に維持できる。間隙目標値との差分によって移動量を変化させているため、定常運転時の熱変形によって、前記第一間隙、及び、前記第二間隙の少なくとも一方が間隙目標値からわずかにずれた場合での適切な感覚にすることが可能となる。これにより、ロータの軸線方向の振動をより確実に抑制することができるため、周囲の部品と接触し損傷することを防ぐことが可能となる。

さらに、本発明の他の態様に係る軸受システムは、前記ロータの前記軸線方向の速度を測定する速度検出部と、前記速度検出部が測定した前記速度に基づいて、前記スラストカラーに対して、前記第一スラスト軸受及び前記第二スラスト軸受の少なくとも一方から前記潤滑油を介して前記速度の方向と逆方向に力が作用するように前記駆動装置を駆動させる速度応答部を有する第三制御部をさらに備えることを特徴とする。

このような構成によれば、ロータが軸線方向移動する際に速度を測定し、速度の大きさに合わせて駆動装置の移動量を変化させることで、前記第一スラスト軸受、及び、前記第二スラスト軸受の少なくとも一方に駆動装置から速度の方向と逆方向に力を与える。その力は、潤滑油、スラストカラーを介してロータに伝達し、軸線方向の移動量を減衰することが可能となる。これによって、ロータの軸線方向の振動をより速やかに抑制することができるため、周囲の部品と接触し損傷することを防ぐことが可能となる。

また、本発明の他の態様に係る軸受システムは、前記駆動装置が、前記軸線方向と交差する方向に向かって力を発生する駆動装置本体と、前記駆動装置本体が発生する力を前記軸線方向に向かう力に変換する変換手段と、を有していることを特徴とする。

このような構成によれば、駆動装置本体を軸線方向に沿って設置する必要がなくなり、軸線と交差する方向に設置することができる。これにより、駆動装置本体が軸線方向に延びて軸受システムの軸線方向の全長が大きくなることを防止できるため、軸受システムを小型化することが可能となる。

本発明の一態様に係るタービンは、上記の軸受システムを備えることを特徴とする。

このような軸受システムを備えるタービンによれば、複軸受システムにより地震等による軸線方向の振動に共振を防ぎ、軸線方向への振幅を抑えることができるためタービンの損傷を防ぐことが可能となる。

本発明の軸受システムによれば、大きな振動を受けても軸受部の剛性が低下せず、ロータの軸線方向の振動を適切に抑制し、ロータの周囲の部品同士が接触し損傷することを防止することが可能な軸受システムを提供するものである。

本発明の実施形態に係る軸受システムを含む蒸気タービンの構成を説明する全体図である。 本発明の第一実施形態に係る軸受システムの概略構成を説明する図である。 本発明の第一実施形態に係る軸受システムの振動を受けた際の軸受部を説明する図である。 本発明の第二実施形態に軸受システムの概略構成を説明する図である。 本発明の第三実施形態に軸受システムの軸受部の概略構成を説明する図である。

以下、図１を参照し、本実施形態に係る軸受システム２を用いた蒸気タービン（タービン）１について説明する。
図１に示すように、蒸気タービン（タービン）１は、軸線Ｏを中心に回転するロータ２０と、ロータ２０と接続される高圧タービン３と、ロータ２０を介して高圧タービン３と接続される中圧タービン４と、ロータ２０を介して中圧タービン４と接続される軸受部２１を有する軸受システム２と、ロータ２０を介して軸受システム２と接続される低圧タービン５と、各タービンによって発電させられる発電機６と、を備えている。
これらはすべてロータ２０と同軸上に設置され、軸線Ｏ方向（図１左右方向）の左側から高圧タービン３、中圧タービン４、軸受システム２、低圧タービン５、発電機６の順に並んで配置されている。

次に、本発明に係る第一実施形態の軸受システム２について図２を参照して説明する。
図２に示すように、第一実施形態の軸受システム２は、軸線Ｏに沿って延在するロータ２０と、ロータ２０と同軸上に配置される軸受部２１と、軸受部２１に接続されている駆動装置２２と、駆動装置２２に接続されている制御装置２３と、制御装置２３に接続されている地震計２４とを備えている。

ロータ２０は、軸線Ｏを中心とする円柱形状をなして形成されている。そして、ロータ２０は軸線Ｏ方向に蒸気タービン（タービン）１に対して延在しており、ロータ２０の一部分が軸受システム２の軸受部２１を形成し、他の部分は同軸上に高圧タービン３等の他の回転機械を接続している。

軸受部２１は、ロータ２０の一部分を中心軸として、ロータ２０上から径方向外側に張り出して形成されるスラストカラー２１１と、スラストカラー２１１の軸線Ｏ方向の一方側（図２における紙面右側）に配置される第一スラスト軸受２１２と、スラストカラー２１１の軸線Ｏ方向の他方側（図２における紙面左側）に配置される第二スラスト軸受２１３と、スラストカラー２１１と第一スラスト軸受２１２と第二スラスト軸受２１３とを径方向外側から覆うケース２１４と、ケース２１４内に充填された潤滑油２１５とを有している。そして、スラストカラー２１１と第一スラスト軸受２１２との間には、隙間として第一間隙Ｄ１が形成されている。さらに、スラストカラー２１１と第二スラスト軸受２１３との間には、隙間として第二間隙Ｄ２が形成されている。

スラストカラー２１１は、軸線Ｏを中心として円板形状をなして、ロータ２０から径方向外側に環状に張り出すフランジ状をなしている。
第一スラスト軸受２１２は、軸線Ｏを中心とする円板形状をなしており、その中心にはロータ２０が軸線方向に挿通される孔部が形成されている。この第一スラスト軸受は、スラストカラー２１１の軸線Ｏ方向の一方側の面と対向するように、該スラストカラーと軸線方向に間隔を開けて、かつ、ロータの径方向外側に間隔をあけて配置されている。
第二スラスト軸受２１３は、軸線Ｏを中心とする円板形状をなして形成されており、その中心にはロータ２０が軸線方向に挿通される孔部が形成されている。この第二スラスト軸受は、スラストカラー２１１の軸線Ｏ方向の他方側の面と対向するように、該スラストカラーと軸線方向に間隔を開けて、かつ、ロータの径方向外側に間隔をあけて配置されている。

ケース２１４は、その外観が軸線Ｏを中心とする円柱形状をなしており内部が中空とされた箱状に形成されている。軸線Ｏ方向の壁面それぞれに軸線Ｏを中心とする円形状をなす貫通穴２１４ａと、軸線Ｏ方向の一方側である第一スラスト軸受２１２側の壁面に円形状をなして二カ所形成される挿通孔２１２ｂとを有している。そして、ケース２１４は、貫通穴２１４ａにロータ２０を挿通させて配置されており、スラストカラー２１１と第一スラスト軸受２１２と第二スラスト軸受２１３とを径方向外側から覆う様に内部の中空部分に設置している。
潤滑油２１５は、公知の潤滑油が使用され、例えば、工作機械等に用いられる工業用潤滑油が使用されれば良い。また、酸化防止剤やさび止めを添加した潤滑油などを使用してもよい。

駆動装置２２は、軸受部２１の軸線Ｏ方向の一方側にロータ２０を挟んで対象に配置され、二つの油圧ジャッキ２２１と、各油圧ジャッキ２２１に接続されている油圧ポンプ２２２とを備えている。
油圧ジャッキ２２１は、軸受部２１の軸線Ｏ方向の一方側に軸線Ｏを対称軸としてロータ２０を挟んで周方向反対側に二か所に配置されている。そして、油圧ジャッキ２２１は、軸線Ｏに沿って平行に延在するシリンダ２２１ａと、シリンダ２２１ａの内部に配置されるピストン２２１ｂと、一端をピストン２２１ｂと固定され他端を第一スラスト軸受２１２に向けて延在するロッド２２１ｃと、ロッド２２１ｃから径方向外側に張り出すように形成されるストッパー２２１ｄとを有している。

シリンダ２２１ａは、軸線Ｏ方向に延在する円筒状をなし、ロータ２０と間隔を開けて配置されている。軸線Ｏ方向の両壁面に円形の穴が設けられており、軸線Ｏ方向の他方側である軸受部２１側の一方の穴はロッド２２１ｃが挿通され、他方の穴は油圧ポンプ２２２と接続されている。
ピストン２２１ｂは、円板形状をなしてシリンダ２２１ａの内壁面と隙間なく摺動可能に配置されている。
ロッド２２１ｃは、軸線Ｏ方向に延在する円柱形状をなし、一端をピストン２２１ｂに接続され、他端を軸受部２１の挿通孔に挿通されて配置されている。
ストッパー２２１ｄは、ロッド２２１ｃと同軸上に円板形状をなして、ロッド２２１ｃの径方向外側に環状に張り出すフランジ状をなしている。

油圧ポンプ２２２は、各油圧ジャッキ２２１のシリンダ２２１ａと接続されており、制御装置２３からの信号に基づいて起動し、油圧ジャッキ２２１に作動油を送り込み可動させる。
地震計２４は、地震の揺れを検知すると揺れの大きさを制御装置２３へ出力する。

制御装置２３は、油圧ポンプ２２２と接続されており、地震計２４が検出した揺れの大きさと揺れ規定値とを比較する揺れ判定部２３１ａと、揺れ判定部２３１ａから出力された信号に基づいて駆動装置２２の油圧ポンプ２２２を駆動させる揺れ起動部２３１ｂとで構成される第一制御部を備える。
揺れ判定部２３１ａは、地震計２４で検出され出力された揺れの大きさと予め定めた閾値である揺れ規定値とを比較し、揺れの大きさが揺れ規定値を超えている場合に揺れ起動部２３１ｂへ信号を出力する。また、揺れの大きさが揺れ規定値以下である場合、信号を出力しない。
揺れ規定値は、軸受システム２が使用される回転機械である蒸気タービン（タービン）１によって、予め揺れに対して蒸気タービン（タービン）１がその程度振動するかを算出し決定されることが好ましい。
揺れ起動部２３１ｂは、揺れ判定部２３１ａから信号が出力された場合に、駆動装置２２の油圧ポンプ２２２に対して信号を送り駆動装置を駆動させ、ロッドの移動を開始させる。

次に、上記第一実施形態のおける軸受システム２の作用について説明する。
図３（ａ）に示すように、地震発生前の定常運転時はスラストカラー２１１と第一スラスト軸受２１２との隙間である第一間隙Ｄ１の間隔ｄ１と、スラストカラー２１１と第二スラスト軸受２１３との隙間である第二間隙Ｄ２の間隔ｄ２とはほぼ等しい大きさで配置されている。
図３（ｂ）に示すように、地震が発生し軸線Ｏ方向に揺れが発生すると、蒸気タービン（タービン）１のロータ２０に接続された各種タービン等の回転機械に対して軸線Ｏ方向に大きな加振力が働く。その際、全装置の質量は接続されているロータ２０にかかるが、ロータ２０にかかる質量に比べて軸受部２１の剛性が小さいため、固有振動数が１０Ｈｚ前後となり、地震の揺れに共振してしまう。そのため、振幅が大きくなってしまいロータ２０は軸線Ｏ方向に大きく振動し移動する。ロータ２０と一体をなすスラストカラー２１１も、ロータ２０と共に軸線Ｏ方向の他方側に移動するため、第一スラスト軸受２１２がスラストカラー２１１と離れてしまい第一間隙Ｄ１の間隔ｄ１が広がってしまう。これにより、第一間隙Ｄ１が広がり間隔ｄ３となり、第二間隙Ｄ２は狭まり間隔ｄ４となる。ただし、地震発生前の第一間隙Ｄ１の間隔ｄ１及び第二間隙Ｄ２の間隔ｄ２の和と、ロータ２０が移動した後の第一間隙Ｄ１の間隔ｄ３及び第二間隙Ｄ２の間隔ｄ４の和は、内部のスラストカラー２１１が移動しているだけであるため変化していない。
一方、地震によって軸線Ｏ方向に揺れが発生すると、地震計２４が揺れの大きさを検出して制御装置２３へ信号を出力する。出力された信号は第一制御部の揺れ判定部２３１ａへ入力される。揺れ判定部２３１ａでは入力された揺れの大きさと予め定めた揺れ規定値とを比較し、油圧ポンプ２２２を起動させるか否かを判定する。上述のようにロータ２０が大きく軸線Ｏ方向に移動するような場合は、地震の揺れが大きいため揺れ判定部２３１ａで予め定めた揺れ規定値を入力された揺れの大きさが上回っていると判断され、揺れ起動部２３１ｂへ信号が出力される。信号に基づいて揺れ起動部２３１ｂは、駆動装置２２の油圧ポンプ２２２を起動する。

図３（ｃ）に示すように、油圧ポンプ２２２が起動することでシリンダ２２１ａ内のピストン２２１ｂがロッド２２１ｃと共に軸線Ｏ方向の一方側から他方側へ移動する。そして、第一スラスト軸受２１２がロッド２２１ｃによって押されて軸線Ｏ方向の他方側に移動する。これにより、第一間隙Ｄ１と第二間隙Ｄ２の和が小さくなるように第一スラスト軸受２１２が移動し、第一間隙Ｄ１の間隔ｄ４が狭まり、もとの間隔ｄ１に近づけることができる。この際、ロッド２２１ｃに取り付けられたストッパー２２１ｄがケース２１４と接触することでロッド２２１ｃは一定の移動量しか有さないよう規制されているため、第一スラスト軸受２１２の移動も途中で止められる。そのため、第一間隙Ｄ１の間隔がなくなるまで第一スラスト軸受２１２をスラストカラー２１１に押し付けて接触させることがなく隙間を確実に維持できる。

上記のような軸受システム２によれば、駆動装置２２である油圧ポンプ２２２を起動し、ロッド２２１ｃによって第一スラスト軸受２１２を軸線Ｏ方向の他方側に向かって押しつけて移動させることで、第一スラスト軸受２１２がスラストカラー２１１に近づき、広がった第一間隙Ｄ１を間隔ｄ４から狭めることができる。ケース２１４内に満たされている潤滑油２１５は広がった第一間隙Ｄ１が広がっている間隔ｄ４では油膜とならず、剛性を発揮することができない。しかし、間隔を狭めることで第一間隙Ｄ１が間隔ｄ１となると、油膜となり剛性を発揮することができるようになる。これの結果、スラストカラー２１１の軸線Ｏ方向の移動が第一スラスト軸受２１２によって抑制され、スラストカラー２１１と一体化しているロータ２０の軸線Ｏ方向の移動も抑制される。これにより、ロータ２０の軸線Ｏ方向の振動を適切に抑制し、ロータ２０の周囲の部品同士が接触し損傷することを防止することが可能となる。

また、駆動装置２２であるロッド２２１ｃによって第一スラスト軸受２１２を軸線Ｏ方向の他方側に押し付けてスラストカラー２１１へ近づけるように移動する際に、ロッド２２１ｃにストッパー２２１ｄが設けられているためスラストカラー２１１と第一スラスト軸受２１２とが接触するほど近づくことが無い。スラストカラー２１１と第一スラスト軸受２１２とが接触し第一間隙Ｄ１の間隔がなくなると、潤滑油２１５が入り込むことができず油膜となることもないため剛性を生じることができない。そのため、第一間隙Ｄ１の間隔を維持するように駆動装置２２であるロッド２２１ｃの移動量を制限することで、第一スラスト軸受２１２の移動量も制限し、第一間隙Ｄ１を維持し潤滑油２１５を油膜となすことで、剛性を確実に発揮させることができる。これにより、ロータ２０の軸線Ｏ方向の振動を確実に抑制することができるため、ロータ２０の周囲の部品と接触し損傷することを確実に防止することができる。

さらに、地震による軸線Ｏ方向に揺れが発生すると、地震計２４が揺れの大きさを検出して制御装置２３へ信号を出力し揺れの大きさを揺れ判定部２３１ａで判定して、駆動装置２２を起動させるか否かを制御することで第一制御部によって駆動装置２２を駆動させることができる。そのため、地震によって突発的に予想できない大きな揺れが発生し、ロータ２０に大きな加振力が生じて軸線Ｏ方向に移動した場合であっても、自動的に第一間隙Ｄ１と第二間隙Ｄ２の和が小さくなるように第一スラスト軸受２１２を移動させて対応できるため、ロータ２０の軸線Ｏ方向の振動をより確実に抑制し、ロータ２０の周囲の部品同士が接触し損傷することをより確実に防止することができる。

また、このような軸受システム２を用いた蒸気タービン（タービン）１を用いることで、高圧タービン３、中圧タービン４、低圧タービン５などの複数のタービンと発電機６とを同軸上に設置しても、軸受システム２により地震等による軸線Ｏ方向の振動に共振することを防ぎ、軸線Ｏ方向への振幅を抑えることができるためタービンの損傷を防ぐことが可能となる。

次に、図４を参照して第二実施形態の軸受システム２について説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を伏して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の軸受システム２は、駆動装置２２にストッパー２２１ｄを有さず、複合制御装置２３ａを有する点で相違する。

即ち、第二実施形態では第一間隙Ｄ１の間隔を検出し、これに基づいて駆動装置２２の移動量を調整する第二制御装部と、ロータ２０の軸線Ｏ方向の速度を測定し、これに基づいて駆動装置２２の移動量を調整する第三制御部２３３とをさらに有する複合制御装置２３ａを備える。また、駆動装置２２のロッド２２１ｃにストッパー２２１ｄが設けられていない。

図４に示すように、複合制御装置２３ａは、駆動装置２２の油圧ポンプ２２２に三系統に分かれて接続されており、第一の系統として第一実施形態の同様に地震計２４からの信号に基づいて油圧ポンプ２２２を駆動させる第一制御部と、第二の系統として第一スラスト軸受２１２の相対変位を測定し第一間隙Ｄ１の間隔を検出し、これに合わせて駆動装置２２の移動量を変化させる第二制御部２３２と、第三の系統としてロータ２０の軸線Ｏ方向の速度を測定し、速度に応じて駆動装置２２の移動量を変化させる第三制御部２３３とを有しおり、それぞれが独立して駆動装置２２である油圧ポンプ２２２を制御している。

第二制御部２３２は、第一スラスト軸受２１２のスラストカラー２１１に対する相対変位を測定することで、第一間隙Ｄ１の間隔を検出する間隙検出部２３２ａと、検出された第一間隙Ｄ１の間隔と予め定めた間隙目標値との差分を算出する間隙演算部２３２ｂと、算出された差分が小さくなるよう油圧ポンプ２２２を介して駆動装置２２であるロッド２２１ｃの移動量を制御する間隙起動部２３２ｃとを有している。
間隙検出部２３２ａは、第一スラスト軸受２１２に設置された変位センサーによって第一スラスト軸受２１２のスラストカラー２１１に対する相対変位を測定することで、第一間隙Ｄ１の間隔を測定して間隙演算部２３２ｂへ出力する。
間隙演算部２３２ｂは、出力された第一間隙Ｄ１の間隔の大きさと予め定めた間隙目標値との差分を算出し間隙起動部２３２ｃへ出力する。
間隙目標値は、潤滑油２１５が油膜となり最も剛性を発揮する一定の範囲で設定されることが好ましい。
間隙起動部２３２ｃは、算出された差分がゼロに近づくように油圧ポンプ２２２を駆動させて油圧量を調整し、油圧ジャッキ２２１のロッド２２１ｃを算出された差分が小さくなるよう移動させる。

第三制御部２３３は、ロータ２０の軸線Ｏ方向の速度を測定する速度検出部２３３ａと、測定された速度に基づいて、速度の方向と逆方向に潤滑油２１５を介してスラストカラー２１１に荷重がかかるように、駆動装置２２であるロッド２２１ｃを駆動させて第一スラスト軸受２１２の移動量を制御する速度応答部２３３ｂとを有している。
速度検出部２３３ａは、ロータ２０に設置された速度センサーによって、ロータ２０の軸線Ｏ方向の速度を測定し、速度応答部２３３ｂへ出力する。
速度応答部２３３ｂは、測定された速度の方向と逆方向に向かって、スラストカラー２１１に対して測定された速度の大きさに対応する荷重が潤滑油２１５を介してかかるように、油圧ポンプ２２２を駆動して油圧量を調整し油圧ジャッキ２２１のロッド２２１ｃの移動量を変化させて第一スラスト軸受２１２を移動させる。

次に、上記第二実施形態の軸受システム２の作用について説明する。
上記のような軸受システム２によれば、第二制御部２３２である間隙検出部２３２ａによって第一スラスト軸受２１２のスラストカラー２１１に対する相対変位に基づいて第一間隙Ｄ１の間隔を検出することができる。つまり、間隙検出部２３２ａである変位センサーによって、第一スラスト軸受２１２が軸線Ｏ方向に移動しスラストカラー２１１からどれだけ離れたかを測定することで、第一間隙Ｄ１の間隔の変化の大きさを検出できる。そして、検出された第一間隙Ｄ１の間隔の変化の大きさは間隙演算部２３２ｂへ出力され、間隙演算部２３２ｂにて予め定めた間隙目標値と比較され差分を算出し間隙起動部２３２ｃへ出力される。差分が大きい場合、第一間隙Ｄ１の間隔が大きくなっており、潤滑油２１５が油膜を形成しづらくなっており、剛性を発揮し難い状態を示している。そこで、間隙起動部２３２ｃによって、油圧ポンプ２２２を駆動させ油圧ジャッキ２２１に送り込む油圧量を調整し、油圧ジャッキ２２１のロッド２２１ｃの移動量を変化させる。これにより、算出した差分が小さくなるように第一スラスト軸受２１２を移動させることで、第一間隙Ｄ１の間隔の大きさを潤滑油２１５が油膜を生じさせ剛性を発揮し易い間隔に戻すことができる。また、設定する間隙目標値によって、剛性を最も発揮する間隔になるように第一間隙Ｄ１の間隔を微調整することができるため、地震による大きな軸線Ｏ方向のずれだけでなく、定常運転時に熱膨張によって伸びた場合など、わずかに軸線Ｏ方向にずれて第一間隙Ｄ１が広がってしまった場合であっても、適切な間隔にすること可能となる。
その結果、第一間隙Ｄ１を常に適切な間隔に保つことができ、ロータ２０の軸線Ｏ方向に移動に対して常に剛性を与えてロータ２０の軸線Ｏ方向の移動を抑制することができる。これにより、ロータ２０の軸線Ｏ方向の振動を安定して抑制することが可能となる。

また、地震等でロータ２０が大きく軸線Ｏ方向に振動した場合に、ロータ２０が軸線Ｏ方向に移動する速度を速度検出部２３３ａである速度センサーによって測定する。そして、速度応答部２３３ｂで測定した速度の方向と逆方向に潤滑油２１５を介してスラストカラー２１１に対して、この速度の大きさに対応する荷重がかかるように、第一スラスト軸受２１２を軸線Ｏ方向に他方側に押し付けた後の駆動装置２２であるロッド２２１ｃの移動量を変化させる。これにより、潤滑油２１５、第一スラスト軸受２１２、スラストカラー２１１を介して振動による加振力と逆方向に荷重をロータ２０に伝達でき、振動に対する減衰力とすることができる。これにより、地震による振動を速やかに抑制することが可能となる。

なお、第二実施形態においては、ストッパー２２１ｄを設けず複合制御装置２３ａにて第一間隙Ｄ１の間隔を調整しているが、ストッパー２２１ｄを第一間隙Ｄ１の間隔がなくならないように安全装置として設けても良い。
また、間隙検出部２３２ａとして使用するセンサーは、変位センサーに限られるものでなく加速度センサーや速度センサーを用いて変位に変換して使用しても良い。
さらに、速度検出部２３３ａとして使用するセンサーは、速度センサーに限られるものではなく、変位センサーや加速度センサーを用いて速度に変換して使用してよい。

次に、図５を参照して第三実施形態の軸受システム２について説明する。
第三実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を伏して詳細な説明を省略する。この第三実施形態の軸受システム２はロータ２０に対して交差する方向である直角方向に設置される駆動装置本体２２ａと、ロータ２０に対して直角方向に移動する駆動装置本体２２ａの力を軸線Ｏ方向に変換する変換手段２５とを有する点で相違する。

即ち、第三実施形態では、シリンダ２２１ａがロータ２０と直角方向に配置されている第一実施形態の駆動装置２２と同じ構成の駆動装置本体２２ａと、ロッド傾斜面２５１と押圧部２５２とを有する変換手段２５を備える。
駆動装置本体２２ａは、第一実施形態の駆動装置２２と同じ構成を有しており、ロッド２２１ｃが軸線Ｏに向かうように軸線Ｏ方向と交差する方向である直角方向に軸受部２１を挟んで対称に二つ配置されている。即ち、軸線Ｏ方向と交差する方向である直角方向に延在してロッド２２１ｃやシリンダ２２１ａが配置されており、ロッド２２１ｃが軸線Ｏ方向と直角方向に移動可能とされている。

変換手段２５は、ロッド２２１ｃの先端に設けられるロッド傾斜面２５１と、第一スラスト軸受２１２に固定される押圧部２５２とを有している。
ロッド傾斜面２５１は、ロッド２２１ｃの軸受部２１側の端面における軸線Ｏ方向の他方側に設けられ、ロッド２２１ｃの端面とロッド２２１ｃの中心軸とを交差する傾斜面で形成されている。
押圧部２５２は、軸線Ｏに沿って円柱形状をなして延在し、軸線Ｏ方向左側の端面が第一スラスト軸受２１２の軸線Ｏ方向右側の面と固定されている。そして、押圧部２５２の軸線Ｏ方向右側の端面にロッド傾斜面２５１と平行に対向する押圧部傾斜面２５２ａを有している。

次に、上記第三実施形態の軸受システム２の作用について説明する。
上記のような軸受システム２によれば、地震が発生し制御装置２３である第一制御部によって駆動装置本体２２ａが起動されると、ロッド２２１ｃが軸線Ｏに向かって軸線Ｏ方向と交差する方向である直角方向に沿って移動する。ロッド２２１ｃが押圧部２５２と接触すると、ロッド傾斜面２５１と押圧部傾斜面２５２ａとが接触する。そして、ロッド傾斜面２５１と押圧部傾斜面２５２ａとは平行に対向する傾斜面であるため、ロッド２２１ｃが直角方向に沿って軸線Ｏに向かって移動すると、押圧部傾斜面２５２ａを介して押圧部２５２は軸線Ｏ方向に押し出される。即ち、ロッド２２１ｃによる軸線Ｏ方向と交差する方向である直角方向に沿って軸線Ｏに向かって押圧部２５２に係る力が、軸線Ｏ方向に沿って押圧部２５２を押し出す力に変換される。そのため、押圧部２５２は第一スラスト軸受２１２を軸線Ｏ方向左側に向かって押しつけて移動させることで、第一スラスト軸受２１２がスラストカラー２１１に近づき、広がった第一間隙Ｄ１の間隔を狭めることができる。その結果、駆動装置２２を軸線Ｏ方向沿って設置した場合と同様の効果を得ることが可能となる。したがって、駆動装置本体２２ａを軸線Ｏ方向に沿って設置する必要がなくなり、軸線Ｏと直角をなす方向に設置することができる。これにより、駆動装置本体２２ａが軸線Ｏ方向に延びて軸受システム２の軸線Ｏ方向の全長が大きくなることを防止できるため、軸受システム２を小型化することが可能となる。

なお、変換手段２５は本実施形態の構造に限定されるものではなく、例えば、ラックアンドピニオンのように歯車を用いて変換手段２５としても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。

なお、地震計２４には、公知の地震計２４が使用されれば良く、例えば、加速度を用いた強震計や速度を用いた強震計が使用できる。
また、駆動装置２２は第一スラスト軸受２１２に対してのみ設けられている必要はなく、第二スラスト軸受２１３に対して設けられていても良く、第一スラスト軸受２１２と第二スラスト軸受２１３の両方に設けられていても良い。
さらに、駆動装置２２は油圧ジャッキ２２１と油圧ポンプ２２２から構成されているものに限定されるわけではなく、例えば、モーター等を用いて駆動装置２２としても良い。
２箇所でなくても１個でもいいし複数個でもいい。

Ｏ…軸線 １…蒸気タービン（タービン） ２…軸受システム ３…高圧タービン ４…中圧タービン ５…低圧タービン ６…発電機 ２０…ロータ ２１…軸受部 ２２…駆動装置 ２３…制御装置 ２４…地震計 ２１１…スラストカラー ２１２…第一スラスト軸受 ２１３…第二スラスト軸受 ２１４…ケース ２１５…潤滑油 Ｄ１…第一間隙 Ｄ２…第二間隙 ２１４ａ…貫通穴 ２１４ｂ…挿通穴 ２２１…油圧ジャッキ ２２２…油圧ポンプ ２３１…第一制御装置 ２３１ａ…揺れ判定部 ２３２ｂ…揺れ起動部 ２２１ａ…シリンダ ２２１ｂ…ピストン ２２１ｃ…ロッド ２２１ｄ…ストッパー ２３ａ…複合制御装置 ２３２…第二制御部 ２３２ａ…間隙検出部 ２３２ｂ…間隙演算部 ２３２ｃ…間隙起動部 ２３３…第三制御部 ２３３ａ…速度検出部 ２３３ｂ…速度応答部 ２２ａ…駆動装置本体 ２５…変換手段 ２５１…ロッド傾斜面 ２５２…押圧部 ２５２ａ…押圧部傾斜面

Claims (7)

1. 軸線に沿って延在し、該軸線の径方向外側に張り出すスラストカラーを有するロータと、
   前記スラストカラーにおける前記ロータの軸線方向の一方側に対向する第一スラスト軸受と、前記スラストカラーの前記軸線方向の他方側に対向する第二スラスト軸受と、前記第一スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の第一間隙、及び、前記第二スラスト軸受と前記スラストカラーとの間の第二間隙に充填された潤滑油と、を有する軸受部と、
   駆動することで、前記第一間隙と前記第二間隙との和が変化するように前記第一スラスト軸受と前記第二スラスト軸受との少なくとも一方を前記軸線方向に移動させる駆動装置と、
   を備えることを特徴とする軸受システム。
2. 前記第一スラスト軸受、及び、前記第二スラスト軸受の少なくとも一方の移動量を規制するストッパーをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の軸受システム。
3. 地震による揺れを検出する地震計と、
   前記地震計が検出した揺れの大きさが予め定められた揺れ閾値を超えているかを判定する揺れ判定部と、前記揺れ判定部が前記揺れ閾値を超えていると判定した場合に、前記和が小さくなるように前記駆動装置を駆動させる揺れ起動部と、を有する第一制御部と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の軸受システム。
4. 前記第一間隙及び前記第二間隙の少なくとも一方の値を検出する間隙検出部と、前記間隙検出部が検出した値と予め定めた間隙目標値との差分を算出する間隙演算部と、前記間隙演算部が算出した差分が小さくなる方向に前記第一スラスト軸受及び前記第二スラスト軸受の少なくとも一方を移動させるように前記駆動装置を駆動させる間隙起動部と、を有する第二制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の軸受システム。
5. 前記ロータの前記軸線方向の速度を測定する速度検出部と、前記速度検出部が測定した前記速度に基づいて、前記スラストカラーに対して、前記第一スラスト軸受及び前記第二スラスト軸受の少なくとも一方から前記潤滑油を介して前記速度の方向と逆方向に力が作用するように前記駆動装置を駆動させる速度応答部を有する第三制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の軸受システム。
6. 前記駆動装置が、
   前記軸線方向と交差する方向に向かって力を発生する駆動装置本体と、
   前記駆動装置本体が発生する力を前記軸線方向に向かう力に変換する変換手段と、
   を有していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の軸受システム。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の軸受システムを備えることを特徴とするタービン。

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