原題は『Steam Turbines』、著者は Hubert E. Collins です。
例によって、プロジェクト・グーテンベルグさまに厚く御礼をもうしあげます。
図版は省略しました。
索引が無い場合、それは私が省いたか、最初から無いかのどちらかです。
以下、本篇です。（ノー・チェックです）
*** プロジェクト グーテンベルク 電子書籍 蒸気タービンの開始 ***
[私]
発電所図書館
パブリッシャー広告
蒸気タービン
この クラスの原動機の 主要なタイプ
の調整と操作に関する 説明書
HUBERT E.
COLLINS 編著
初版
第二印象
マグロウヒル・ブック・カンパニー239
WEST 39TH STREET, NEW YORK
6 BOUVERIE STREET, LONDON, EC
著作権1909年、ヒル出版社
無断転載を禁じます
転写者のメモ
本書の著者は、慣例的な綴りである「align」「gauge」「height」の代わりに「aline」「gage」「hight」という綴りを用いています。これらの綴りは一貫して使用されており、意味に影響を与えないため、変更していません。意味に影響を与えない明らかな誤字やスペルミスは、暗黙的に修正しています。以下の重要な誤植は修正されています。「being」を「bearing」（p. 68）、「FIG. 50」を「FIG. 56」（p. 91）、「Fig. 2」を「Fig. 73」（p. 159 ）です。その他の誤りと思われる2つの箇所は、p. 142の「lead/load」とp. 177 の「beating/heating」について、質問として残しています。これらの5つの変更は、赤い点線の下線とポップアップタイトルで示されています。
原図の多数の図は、16段階グレースケールの.PNG形式で再現されています。小さなウィンドウに収まるよう、幅は512ピクセル以下に縮小されています。画像が太い灰色の枠で囲まれている場合は、高解像度版へのリンクがあります。クリックすると開きます。
[vi]
導入
この『Power Handbook』は、蒸気タービンに関する知識を深めたいエンジニアのために、コンパクトなマニュアルを提供することを目指しています。限られた紙面内でこれを実現するため、製作者の協力を得て作成したいくつかの標準的な型式の説明にとどめる必要がありました。その後、『Power』誌のコラムから集められた、経験豊富なエンジニアの実践的な経験を紹介します。本書が、記載されている型式に限らず、タービンを扱うすべてのエンジニアにとって有益なものとなることを願っています。
ヒューバート・E・コリンズ。
ニューヨーク、 1909年4月。
[vii]
コンテンツ
カーティス蒸気タービンの実用化1
カーティス水車のバルブの設定31
アリス・チャーマーズ蒸気タービン41
ウェスティングハウス・パーソンズタービン58
蒸気タービンの適切な試験方法112
蒸気タービンのテスト137
蒸気タービン補助装置154
蒸気タービン補助装置のトラブル172
[1]
I. カーティス蒸気タービンの実用化[1]
[1]Fred L. Johnson によるPower への寄稿。
「本を作ることには終わりがない」。これは特に蒸気タービンに関する本に当てはまるようだが、タービンを降ろし、組み立て、運転を開始し、建設業者の担当者がいない状態で、実際に操作する人が、自分が新しいタイプの原動機を手にしていることに完全に気づく前に、その原動機についてほとんど、あるいは全く知識がない運転技師にとって真に魅力的な本は、未だ書かれていない。タービンに関する記述的なものも理論的なものも、これまで数多く出版されてきたが、筆者の知る限り、現場の人にタービンの詳細を分かりやすく説明し、必要に応じてどのように扱えばよいかを示した書籍は存在しない。運転技師は、可動バケットがなぜ特定の曲率で作られているかには関心がないが、可動バケットと固定バケットの間の距離には関心があり、その距離をどのように測定するか、必要に応じて摩擦を防ぐためにクリアランスをどのように変更するかを知りたいのだ。彼はステップベアリングの領域については全く気にしていませんが、ベアリングを取り外して再度取り付ける方法などを知りたいと思っています。
[2]この点に関する文献が不足していることは、筆者の弁明として、以下に述べる点について述べる。まず、カーティス社の1500キロワット蒸気タービンを取り上げ、「基礎から」考察する。
タービンプラントの1階に入ると、すぐに多数のポンプ、アキュムレーター、そして配管が目に入ります。これらは「補助機器」と呼ばれ、ここでは省略して後ほど取り上げます。標準的なタイプではあるものの、発電所の実務において補助機器の使用は比較的新しいため、技術者はタービン本体よりも補助機器によるサービス中断のほうが多いことに気付くでしょう。
建設業者の基礎計画が不完全
メーカーは配管の配置や発電所内の他の機器の相対的な位置関係を熟知していないため、完全な基礎図面を作成することは現実的ではありません。メーカーの図面は、顧客が基礎ボルトとステップベアリングにアクセスするための開口部の位置を特定するために必要な場所を示すことのみを目的としています。
[3]図1
図1
図1は、基礎中央まで通る様々な配管のための通路を確保するために、水平方向と放射状の複数の管が追加された建築者用基礎図面を示しています。これらの管は石積みの側面から進入するため、通路を塞ぐことはありません。ステップベアリングや下部ガイドベアリングで作業を行う際は、通路を可能な限り自由にする必要があります。基礎に通路を進入すると、 [4]3/4インチのパイプが貫通する鋳鉄製の円形ブロックに大きなネジが貫通しているのが見えます。これはステップ支持ネジです。ステップ支持ネジはステップベアリングの下半分を支え、ステップベアリングは機械の回転部分全体を支えます。これは、ホイールをケーシング内で適切な高さに保持し、可動バケットと固定バケット間の隙間を調整するために使用されます。ネジ山付き青銅製ブッシングと共にネジのナットを形成する大きなブロックはカバープレートと呼ばれ、8本の1-1/2インチのキャップネジで機械のベースに固定されています。上側には、下部ステップに挿入されて回転を防止するダボピンが2つあります。（図2および図3を参照。）
図2
図2
図3
図3
ステップブロックは、図4に示すように、ごく一般的な鋳鉄製の塊です。直線の側面を持つブロック（図の下側）には、前述のピンに対応する2つのダボ穴があり、中央には3/4インチのパイプ用のネジ山が切られています。ステップ潤滑剤はこの穴から押し上げられ、隆起した縁の間から膜状に排出され、機械の回転部分を摩擦のない油または水のディスク上に浮かせます。上側のステップブロックには2つのダボピンと、シャフトの下端にあるスロットに収まるキーがあります。
図4
図4
トップブロックの上面には、シャフトの端面に合わせて座ぐり加工が施されています。この座ぐり加工によってブロックの中心が定まります。ダボピンによってキーがシャフト端のキー溝に差し込まれ、キーによってブロックはシャフトと共に回転します。また、トップブロックの下面にもねじ穴が設けられています。 [7]これは、シャフトの端からトップブロックを引き抜くためのネジを取り付けるためのものです。もし外す必要がある場合は、ダボピン、キー、座ぐり穴がぴったりと嵌合しているため、引き抜く必要があります。機械底部のステップやその他の部品を取り外す必要がある場合は、全長にわたってネジ山が切られた2本の長いボルトを使用します。カバープレートを固定しているボルトのうち2本を外し、これらの長いボルトを元の位置に戻し、残りのボルトを外すまでの間、カバープレートに固定するためにナットを締め付けます。
[8]
ステップベアリングを下げて検査する方法
さて、ステップベアリングを検査のために取り外すと仮定しましょう。まず最初に、シャフトの下部にある通常の支持部を外す間、シャフトを所定の位置に保持する方法を用意する必要があります。一部の機械では、ベースの内側に「ジャッキリング」と呼ばれるものがあります。これはシャフトに緩く取り付けられたカラーで、4つのプラグがねじ込まれた穴を塞いでいます。プラグを取り外し、代わりに専用の六角ネジ4本を差し込み、締め付けます。こうすることでリングがシャフトの肩部に接触し、カバープレートとステップを取り外すことができます。
全ての機械は概ね同じ外観をしていますが、細部には興味深い違いがいくつかあります。その一つは、オイル潤滑式のステップベアリングに用いられるサブベースです。このタイプの機械には前述のジャッキリングが備え付けられていますが、他の機械にはサブベースもジャッキリングも備わっておらず、ステップを下ろす必要がある場合は、異なる機構が用いられます。
[5]図5
図5
大きな馬蹄形の鉄片（図5）がシャフトを支えるのに使われています。排気口の入口を覆うフランジを取り外し、馬蹄形のシムと電灯を持った作業員が中に入り込みます。他の作業員は長柄レンチで段付きネジを回し、ベース内の作業員がシャフトの肩部とガイドベアリングケースの間に馬蹄形のシムを押し込めるようになるまで回します。レンチを持った作業員はレンチを戻し、馬蹄形のシムを締めます。 [9]機械の重量を支えます。シムが所定の位置にある場合、またはジャッキリングがセットされている場合（いずれの場合も）、カバープレートのボルトを取り外すことができます。カバーを固定している長いネジのナットがカバーを固定しています。
段差ネジを通して上方に通っている3/4インチのパイプを取り外し、長いネジのナットを使ってカバープレートを約2インチ下げます。次に、段差ネジの穴に、両端にネジ山が切られた3/4インチのロッドを通し、最上段にねじ込みます。次に、カバープレートが上がらないように固定し、3/4インチのロッドの下端にナットを取り付けて、最上段を最大まで引き下げます。2つのナットを使ってカバープレートを下げ、それに続いて最上段のステップブロックも下ろします。適切な高さまで下げると、シャフトとガイドベアリングの下端が見えるようになり、検査が可能になります。
[6]図6
図6
下部ガイドベアリング（図6）は、片端にフランジが付いたスリーブで、内側はバビット加工されており、わずかに [10]ベースに嵌合する部分の外側はテーパー状になっています。フランジは8つの3/4インチのキャップスクリューでベースにしっかりと固定されています。キャップスクリューの穴の間には8つの穴があります。 [11]3/4インチのタップが切られており、ベアリングを下ろしたい時は、ベースからキャップスクリューを取り外し、ネジ穴にねじ込み、ジャッキとして使ってガイドベアリングを押し下げます。ベアリングが「走行中に」下がらないように、何らかの対策が必要です。テーパー嵌合のため、約0.5インチ動かすだけで自由になるからです。キャップスクリューを取り外した穴に、約8インチのボルト2本をねじ込みます。この距離を落としても問題はありませんし、ベアリングは約200ポンド（約90kg）ありますが、手で下げることができます。
シャフトの下端は取り外し可能なブッシングで覆われており、ガイドベアリングを取り外すと簡単に点検できます。このブッシングを取り外す必要がある場合は、ブッシングの下端にあるタップ穴に、それぞれ約60cm（約2フィート）の5/8インチボルト4本をねじ込み、ジャッキで引き抜くだけで簡単に取り外せます。（図7参照）
基礎内の通路に入る各配管は、2つのユニオンで接続する必要があります。1つは機械にできるだけ近い位置に、もう1つは基礎に近い位置に取り付けます。これにより、ねじ山や長さを気にすることなく、通路内のすべての配管を完全にかつ迅速に撤去できます。
[12]図7
図7
設計図の勉強
図8は、1500キロワットのカーティス蒸気タービンの立面図と部分断面図です。このタービンの排気口底部に入ってみると、見えるのはタービンの裏側だけです。 [14]下段または第4段のホイールで、バランスプラグ用のねじ穴がいくつか開けられています。バランスプラグは時折使用されます。内部の配置は図8に明確に示されています。4つのホイールそれぞれに上下の列のバケットがあり、2列の可動バケットの間には各ホイールごとに固定バケットのセットが配置されていることがわかります。これらの固定バケットは中間バケットと呼ばれ、可動バケットの片方です。その唯一の役割は、上部バケットを通過した蒸気を適切な角度で下部バケットに導くことです。
[13]図8. 1500キロワットカーティスタービンの立面図と部分断面図
図8. 1500キロワットカーティスタービンの立面図と部分断面図
ホイールはハブの長さによって適切な距離に保たれ、上部ホイールの上のシャフトにある大きなナットですべて一緒に保持されています。各ホイールは、ホイールケース内側の棚に載るダイヤフラムによって形成された独立したチャンバー内にあり、上部のホイールの重量と蒸気圧によってしっかりと固定され、載っている場所で蒸気の漏れがないジョイントを形成します。ハブが通過する中央には、自動調芯パッキング リング (図9 ) が設けられています。このリングは横方向には自由に動きますが、適切なラグによって回転が防止されます。このパッキングはホイールのハブにぴったりとフィットし、溝 (図9に明確に示されています) が設けられています。この溝は、各ハブの周りの蒸気が 1 段から次の下段に漏れるのを分散して減らします。最上部のダイヤフラムを除く各ダイヤフラムには、すぐ下のホイール用の拡張ノズルが取り付けられています。
図9
図9
拡張ノズルと移動バケットは、上から下までサイズと数が絶えず増加します。 [15]下に向かって蒸気量は徐々に増加します。これは、蒸気量が入口から出口にかけて徐々に増加し、膨張全体が個別のノズルセットで行われるため、あたかも一つの連続したノズルであるかのように扱われるからです。しかし、この違いにより、どのノズルセットでも蒸気からすべてのエネルギーが取り出されるわけではありません。各段における蒸気の速度を可能な限り一定に保つことが目的です。ダイヤフラムと中間段のノズルは、最下段を除き、全円周を占めるのではなく、凝縮器に向かって下降する蒸気の膨張に比例して膨張します。
クリアランス
機械の運転中は、回転部と固定部の間に摩擦接触が生じないことが不可欠です。これは、可動バケット列と中間バケット間のクリアランスによって確保されます。機械の各段には、直径2インチのパイプ穴がドリルで開けられ、タップが切られています。この穴は、 [16]開口部は、図10に示すように、動いているバケットの列の真向かいに作られますが、中間バケットの真向かいに作られることもあります。バケットの列の向かい側に作られると、バケットと中間バケットの間、およびバケットとノズルの間のクリアランスの量を見ることができます。中間バケットの反対側にドリルで穴を開けると、バケットと中間バケットの上部と下部のクリアランスが表示されます (図11を参照)。このクリアランスはすべてのステージで同じではありませんが、第 4 ステージで最大になり、第 1 ステージで最小になります。各ステージのクリアランスは、おおよそ次のようになります。第 1 ステージ、0.060 ～ 0.080、第 2 ステージ、0.080 ～ 0.100、第 3 ステージ、0.080 ～ 0.100、第 4 ステージ、0.080 ～ 0.200。これらのクリアランスは、クリアランス ゲージと呼ばれるもので測定されます。これは、宝石商のリング ゲージのように、約 1/2 インチ間隔の目盛りで正確に研磨され目盛りが付けられた、幅約 1/2 インチのテーパー スリップです。ゲージの厚さの差は、1 つの目盛りから次の目盛りまで 1000 分の 1 インチです。
図10
図10
[17]
図11
図11
クリアランスが適切かどうかを確認するには、2インチのプラグを1つ取り外し、鉛丹など、定盤やベアリングで高さの目盛りを付ける際に使用するマーキング材をテーパーゲージに塗布します。そして、バケットと中間部品の間の隙間に、ゲージをできるだけ奥まで押し込み、その後引き抜きます。ゲージの目盛りは、ゲージがどれだけ奥まで入ったかを示し、最も近い目盛りは1000分の1インチ単位でクリアランスを示します。これを記録し、目盛りを再び広げ、反対側でゲージを当てます。ゲージの目盛りの差は、 [18]ホイールが高いか低いかに関係なく、高さはステップベアリング スクリューで修正します。ホイールは、クリアランス スペースのほぼ中央に配置する必要があります。作業者によっては、クリアランスは次のように稼働中に調整されます。マシンが最高速度で稼働している状態で、ステップベアリング スクリューを、ホイールが軽く擦れる感触または音がするまで回します。スクリューに印を付け、ホイールが再び擦れるまで反対方向に回します。スクリューに別の印を付け、2 つの印の中間でスクリューを回します。熟練した技術者が行う場合、どちらの方法も安全です。最初の方法でクリアランスを測定する場合、ゲージを注意して使用する必要があります。バケットを揺動させる際に過度の圧力をかけると、誤った測定値が得られる可能性があるからです。経験の浅い作業者には、テーパー ゲージの方が適していると思われるでしょう。自分の仕事内容とやり方を知っている人の手にかかれば、先細りの松の棒でも、最も精巧な硬化ゲージと地上高ゲージのセットと同じくらい満足のいく結果が得られます。
図11に戻ると、Aには、第3段ホイールの中間段の反対側にあるクリアランス検査用の覗き穴の1つが示されています。テーパークリアランスゲージは、この穴から中間段の上下両側に挿入され、挿入された距離によってその側のクリアランスが記録されます。このスケッチは、バケットと中間段のシュラウドがバケットの鋭いエッジを超えて伸びていることも明確に示しており、わずかな摩擦による損傷から保護しています。 [19]車輪がひどく歪んでしまい、原因が判明するのが遅すぎて、調整しても擦れが止まらないことが知られています。そのような場合、覗き穴から切断工具を使って覆いを削ったり、面取りしたりします。
カーボンパッキング使用
シャフトがホイールケースの上部ヘッドを通過する場合、第 1 段からの蒸気が漏れるのを防ぐための何らかの措置を講じる必要があります。これは、カーボン パッキン (図12 ) によって行われます。これは、ホイールケースの上部ヘッドにボルトで固定されたパッキング ケース内の、セットになっているカーボン ブロックで構成されています。これらのブロックは 3 セットあり、各セットは 3 つのセグメントからなる 2 つのリングで構成されています。セグメントの 1 つのリングは、ケース内の対応するリングと接合部を切断し、各セットは、ケース内で保持されるフランジによって他のセットから分離されています。場合によっては、パッキンが回転しないようにリンクによって固定され、リンクの一方の端はケースに、もう一方の端はパッキン ホルダーに固定されます。場合によっては、軽いスプリングを使用してパッキングをシャフトに対して保持し、ケース内の蒸気圧によってこれが行われることもあります。図12にも示されているように、メイン ラインからパッキング ケースにつながるパイプがあり、パイプ内の圧力は下げられています。上部の2組のリングの間の空間は、三方コックを介して第3段へと排出され、大気圧とパッキンケース内の圧力のバランスを保つ。カーボンリングはシャフトにわずかな隙間を設けて取り付けられているが、すぐに [20]滑らかな仕上がりで、蒸気漏れがないだけでなく、摩擦もありません。
図12
図12
図12に示すカーボンリングは、旧設計のものです。セグメントは、真鍮のフェルールにセットされた螺旋状のバネによってケースの平らな支持面に保持されています。リングは、ねじ込み式のブロンズストラップで固定されています。 [22]両端はスプリングによって引き寄せられている。さらに別のスプリングがストラップをカーボンが載る面に押し付け、接合部やカーボンの水平面を介した漏れを遮断する。リング全体の回転は、スプリング用に設けられたピンと係合するコネクティングロッドによって阻止されている。
[21]図13
図13
図14
図14
図15
図15
図16
図16
安全停止
これらのタービンで使用される安全停止装置または速度制限装置にはいくつかの設計がありますが、最も単純なのは図13に示すリング型です。これは、タービンと発電機の間のシャフトの周囲に配置された平らなリングで構成されています。リング型の緊急停止装置はすべて、通常はシャフトと同心円状に回転するように調整されていますが、重心が中心からわずかにずれるように重み付けされています。これにより生じる遠心力はらせんばねでバランスが取られています。しかし、速度が上昇すると、遠心力によってリングが偏心位置に移動し、リングがトリガーに当たって重りが解放され、重りが落下してスロットルが閉じ、蒸気供給が遮断されます。これらすべての停止装置の基本的な原理は同じで、通常速度では重りの遠心力がばねでバランスが取られています。図14、15、および16 は、 他の 3 つのタイプを示しています。
機械式バルブギア
図17は機械式弁装置の動作を分かりやすく示している。弁は蒸気室に配置されており、蒸気室はケーシングの上部に直接ボルトで固定されている。 [23]最初の膨張ノズル群の上。チェストは2つあり、機械の両側に配置されている。バルブステムは通常のスタッフィングボックスを貫通して上方に伸び、ねじ端でノッチ付きクロスヘッドに接続されている。このねじ端は、 [24]クロスヘッドの下端にある圧縮ナットによって、ねじ込みまたはねじ込みが防止されます。各クロスヘッドは、一対の往復動爪、またはドッグ（拡大図18にわかりやすく示されています）によって駆動され、片方がバルブを開き、もう片方がバルブを閉じます。複数対の爪は共通のシャフトに吊り下げられており、このシャフトは、タービンシャフトによってウォームとウォームホイールから駆動されるクランクからの揺動運動を受けます。クロスヘッドの側面には、 [26]バルブを開閉するために爪が噛み合う。この噛み合いはシールドプレートA（図18）と呼ばれるものによって決定され、シールドプレートAは [27]調速機。これらのプレートは、バルブを連続的に開閉するために、互いに少しだけ前に出るように配置されています。蒸気量を増やす必要がある場合、シールドプレートが適切な爪をクロスヘッドのノッチに落とし込み、バルブをシートから持ち上げます。蒸気量を減らす必要がある場合、シールドプレートが上昇し、下側の爪が下降ストロークでバルブを閉じます。
[25]図17
図17
図18
図18
バルブは、ご覧の通り非常に単純な構造で、蒸気室の蒸気圧によってロックシャフトの爪によって動かされるまで、バルブの開閉状態が維持されます。ロックシャフトの移動量は設計によって固定されていますが、水平方向の上下の移動量は、クランクからロックシャフトまでのコネクティングロッドの長さによって制御されます。機械式のバルブ機構に加えて、電動式と油圧式のバルブ機構もありますが、これらについては今後の記事で取り上げます。
知事
機械の速度は、タービン軸の上端に直接取り付けられたバネ式調速機（図19）の制御下で、吸気弁の自動開閉によって制御されます。調速機の動作は、バネの力と下端の長方形の錘の遠心力のバランスによって決まります。ナイフエッジサスペンションを介して作用する可動錘は、重い螺旋バネの抵抗に逆らってレバーを引き下げます。調速機には、調速機ドームの外側に速度を変化させるための補助バネが備えられています。 [28]同期中は、補助バネの張力は配電盤に接続された小型モーターによって調整されます。このバネは、速度のわずかな変化を補正する場合にのみ使用してください。著しい変化は、調速機フレームの上部プレートにある大きな六角ナットで補正してください。このナットを締めると速度が上がり、締めると速度が下がります。
図19
図19
ステージバルブ
図20は、オーバーロードバルブとも呼ばれるステージバルブのいくつかの設計の1つを示しており、その役割は、突然の過負荷の際に第1ステージで過度の圧力が発生するのを防ぎ、 [29]蒸気の一部を、第二段ホイール上の特殊な拡張ノズル群に送ります。このバルブは、張力調整可能なバネによってバランスが取られており、第一段圧力の非常に狭い所定の範囲内で開閉するように設定できます。このバルブは、第二段の速度調整や経済性に影響を与えることなく、瞬時に開閉し、第二段への蒸気の供給または遮断を行うように設計されています。 [30]操作。バルブを通過して漏れが発生した場合は、第3段階へのドリップパイプによって処理されます。
図20
図20
自動ステージバルブを通過し、第 2 ステージホイールの上にある追加のノズルセットに流入した蒸気は、通常の第 2 ステージノズルを通過する蒸気とまったく同じようにこのホイールに作用します。つまり、機械を通過するすべての蒸気は速度を速める傾向があり、より正確には、仕事をして機械の速度を維持します。
[31]
II. カーティス水車のバルブの設定[2]
[2]FL Johnson によるPowerへの寄稿。
カーティス水車の段弁は、運転条件によっては設計どおりに機能しないことがあります。通常、段弁は、時間的に6段弁と同時に、あるいはわずかに遅れて作動するように機械に取り付けられています。機械は、適切な蒸気圧と真空度のもと、最初の5つの弁群のみが作動している状態で全負荷を支えるように設計されています。蒸気圧が150ポンド未満、または真空度が28インチ未満の場合、6段弁は全負荷またはそれに近い状態で作動し、段弁も開き、既に1段ホイールで仕事をした蒸気よりもはるかに速い速度で蒸気が2段ノズルへと流れ込む可能性があります。その結果、機械の速度が過度に加速される傾向があります。これは調速機によって補正されますが、通常は補正が行き過ぎて機械の速度が低下します。段弁が作動している状態では、臨界点において制御が不確実かつ不規則になるため、段弁の使用を中止する必要があります。この場合、1段目の過剰な圧力は、通常のスプリング式安全弁によって処理されます。 [32]蒸気を大気中に放出できる安全弁（破裂しないもの）。
機械式バルブ装置は頻繁に故障するわけではありませんが、予期せぬ事態が発生することがあります。作業員がバルブステムのナットを適切に取り付けていなかったり、シールドプレート間のディスタンスブッシングを狭く取り付けすぎている可能性があります。蒸気の過熱により蒸気室がわずかに変形し、摩擦が生じて調整が妨げられる可能性があります。クロスヘッド内でバルブステムが緩んでいると、ステムがねじ込まれたり緩んだりすることがあります。ねじ込みすぎると、バルブステムが長くなりすぎて、バルブが着座した後、下降中の爪が何かが破損するまで下降し続けます。ねじ込みすぎると、クロスヘッドが低すぎて上部の爪が噛み合わなくなり、バルブが開きません。この後者の状態は危険ではありませんが、修正する必要があります。バルブステムは適切な長さにし、すべてのチェックナットをしっかりと取り付ける必要があります。何らかの目的で 1500 キロワットの機械装置の「バルブを設定する」ことが必要になった場合、オペレーターは次の手順で進める必要があります。
1500キロワットのカーティスタービンのバルブ設定
ここでは、機械の両側に 5 つのバルブが 1 セットずつ配置された、2 セットのバルブを備えた「機械式」バルブ装置について考えます。
図21
図21
バルブを設定する際には、ロッドがまだ固定されていない場合に破損を防ぐために、まずすべての爪を「外す」必要があります。 [33]適切な長さのバルブを取り付け、図21に示すように、爪のスプリングの端を爪の先端に滑り込ませて、爪を外側に保持します。次に、片方のバルブの爪が最も高い位置に移動するまで、機械をゆっくりと手で回転させます。次に、バルブを大きく開いた状態で、駆動ロッド、つまりクランクからロックシャフトまで伸びるロッドを調整し、爪が「内側」にあるときに、開いた時点で 1/32インチのクリアランス（図17 、第 1 章に点線で表示）ができるようにします。（図22を参照）。次に、駆動ロッドにチェックナットを取り付けます。爪が最も低い位置に移動するまで、機械をゆっくりと回転させます。次に、バルブを閉じた状態で、各バルブステムを調整し、爪が「イン」の状態で閉じた時点で1/32インチのクリアランスを確保します。各バルブをセットするたびにチェックナットをしっかりと固定します。この操作を機械の反対側でも繰り返し、準備完了です。 [34]調速機ロッドを調整します。（駆動ロッドの角度により、爪の相対位置が異なるため、機械の両側のバルブを同時に調整することはできません。）
[35]図22
図22
次に、タービンを運転し、同期スプリングを中間位置にした状態で、第5バルブを操作し、全負荷時にタービンが毎分900回転の通常速度で運転するように調速機ロッドを調整します。タービンの反対側（6番から10番のバルブを制御する）の調速機ロッドは、第5バルブと第6バルブ間の回転数差が毎分3～4回転を超えないように調整します。
これらのタービンのバルブは工場試験中にすべて設定され、ロッドは8インチのトラムでトラムされます。調速機は、無負荷から全負荷（1500キロワット）までの速度範囲で2%、または第1バルブと第10バルブの平均速度（無負荷から全過負荷容量）の範囲で4%の速度範囲に調整されます。
調速機と弁装置を連結するロッドは、通常の真鍮製の端部またはヘッドを備え、左右のネジで調整され、ロックナットで固定されます。ロッドはヘッドを通過するピンに自由に嵌合するため、調整を妨げるような摩擦は発生しにくいですが、シールドプレートのブッシングへの作業が近すぎたり、蒸気室がわずかに歪んだりすると、摩擦が生じ、調整に深刻な悪影響を与えることがあります。シールドプレートのシャフトが、爪を支えているロックシャフトと連動して振動する傾向がある場合は、シールドプレートが適切に調整されていないことを示しています。 [36]本来あるべき自由な状態を保ち、注意を払う必要があります。調速機ロッドを外し、爪を外側に投げ出し、爪紐を両端に引っ掛けます。
次に、プレートを手で上下に揺らし、様々な箇所の摩擦を測定します。バルブギア背面の水平ロッドを緩め、各シールドプレートのエンドプレイの量を測定し、シールドプレートを固定している背面の水平ロッドのブッシングと比較します。プレートが個別に完全に自由であることが確認された場合、それぞれを右または左に強く押し込み、くさびで固定します。次に、各ブッシングをプレートのテールピース間のスペースに挿入して試します。熱によって蒸気室の形状が変化するため、ブッシングの長さが適切でないことがおそらく判明します。また、ブッシングが短すぎることも判明し、非常に薄い金属板のワッシャーで長さを修正できます。いくつかの例では、セクションパイプカバーに付属していた薄いバンドの厚さが適切であったことが判明しています。
ブッシングの長さを修正したら、シールドプレートを組み立て、固定し、上下に揺すって固着の兆候がないか確認します。固着が見られなければ、作業は正しく行われており、シールドプレートの摩擦による調整不良によるトラブルは発生しません。
バフラー
ステップベアリングに送られる水はバッフルを通過します。その最新型は [37]図23。これは、ステップベアリングとガイドベアリングへの水または油の流れを制限する装置です。機械を浮上させ、ガイドベアリングを潤滑するために必要な水の量は、計算と実験によって決定され、プラグは所望の流量が得られる位置に設定されます。プラグは四角いネジ山のウォームで、その長さとバッフルバレルへの挿入距離によって流量が決まります。ウォーム内で水が通過する回転数が多いほど、ステップ圧力に逆らって流れる水量は少なくなります。
図23
図23
[38]流量と圧力を決定した技術者たちは、毎分4.5～5.5ガロンの流量と、425～450ポンドのステップ圧力が適切であると判断しました。これらの要因は互いに大きく依存し、またステップベアリング自体の状態に大きく依存するため、日常業務で実現することが困難な場合があり、また必ずしも必要ではありません。技術者が規定した圧力よりも低い圧力で機械が自由に回転する場合、この圧力を上げる必要はありません。ステップベアリングの面積を縮小せずに圧力を上げる唯一の方法は、ステップベアリング自体の水の流れを遮断することです。
非常に一般的に用いられる方法は、研磨です。機械を約3分の1の速度で運転し、ステップウォーターを15～20秒間停止します。これにより、ステップベアリングブロックの表面に、互いに擦れ合うことで溝や隆起が生じ、面間の水の流れが妨げられ、圧力が上昇します。これは、望ましい結果が科学的と呼べるかどうかに関わらず、科学的な結果を得るための残酷な方法のように思えます。ステップブロックの溝入れと切断は、機械に何ら悪影響を与えるものではなく、むしろ機械の回転部品が機械の中心を中心に回転し続けるのに役立ちます。
運転技師はバフラーの有用性を理解するのに非常に時間がかかるでしょう。そして、いつかはそうなるでしょうが、タービンがプラグを外した状態でもバフラーを取り付けた状態でも同じように作動することを知ると、バフラーを取り外したくなるでしょう。確かに、1台の機械が独立したポンプで運転している場合、 [39]バフラーなしで運転することは不可能であり、また特定のケースでは、同一のステップベアリング圧力を持つ2台の機械をバフラーなしで運転することも可能です。しかし、バフラーは非常に重要な機能を果たします。その役割を以下に詳しく説明します。バフラーはポンプからの流量を安定させ、負荷に応じて圧力が変動しても油膜を一定に保つ役割を果たします。また、複数の機械が同じステップベアリングシステムで運転されている場合、バフラーは各機械への流量を一定に保ち、ある機械が他の機械の負荷を奪うことを防ぐ唯一の手段です。したがって、たとえ技術者がバフラーを取り外したいと思ったとしても、その措置を講じたことを後悔する可能性は高いでしょう。
何らかの原因で給水が停止し、ステップベアリングブロックが擦れ合っても、大きな損傷は発生しません。このような状況で長時間運転すると機械は停止します。蒸気圧が維持されていれば、バケツが接触するまで機械は稼働し続けます。ステップブロックが溶接されていない場合は、給水後すぐに機械を始動できます。振動が発生する場合は、ステップブロックの乱暴な扱いが原因である可能性が高いため、ホメオパシー療法のように15秒程度ずつ繰り返し研磨することで治る可能性があります。ステップブロックが溶接されている場合は、新しいブロックと交換し、損傷したブロックは再研磨する必要があります。
「ソーサー」ステップと呼ばれる球面状の実験的なステップがいくつか設置され、成功を収めています（図24参照）。これらのステップは、下部ガイドベアリングが機械中心を中心に回転し続けるのを助け、ガイドベアリングの摩耗を軽減するようです。 [40]いくつかの事例では、青銅製ブッシングの代わりに鋳鉄製ブッシングが使用され、顕著な効果を上げています。鋳鉄製とバビットメタル製ブッシング間の摩耗は、青銅製とバビットメタル製ブッシング間の摩耗よりもはるかに少ないようです。この問題は徹底的に調査する価値があります。
図24
図24
[41]
III. アリス・チャルマーズ社の蒸気タービン
図25は、ウィスコンシン州ミルウォーキーのアリス・チャーマーズ社が製造した蒸気タービンの内部構造を示しています。このタービンは、一般的にはよく知られているパーソンズ型と同じです。これは、ローターがケーシングの下半分に収まっている様子を示す平面図です。
図25
図25
図26は、ローターと下部ケーシングおよび上部ケーシングの縦断面図である。図26を参照すると 、蒸気は蒸気管Cから流入し、調速機によって操作されるバランスドバルブである主絞り弁（調整弁） Dを通過する。蒸気は通路Eを通ってシリンダーに入る。
ベアリングAの方向に回転し、交互に固定列と回転列を通過します。 [42]ブレードは最終的にFから出て、 Gを経由して 凝縮器または大気中に放出されます。H、J、Kは 3段のブレードを表します。L、M、Zはバランスピストンで、 H、J、K段の推力をバランスさせます。OとQは均等化パイプで、低圧バランスピストン用に、スピンドル本体を通る通路（図示せず）によって同様の措置が講じられています。
図26
図26
R は、メイン ベアリングBのハウジング内に配置された小さな調整可能なカラーを示します。バランス ピストンのリングとシリンダーのリングの間に隙間ができるようにスピンドルを保持することで、蒸気の漏れを最小限に抑え、同時に変化する温度下での実際の接触を防ぎます。
SとTには、空気の流入と蒸気の流出を防ぐための水封用のグランドがあります。Uは発電機へのフレキシブルカップリングです。Vは、タービンの中間段へ蒸気を供給するための過負荷弁またはバイパス弁です。 [43]Wは低圧バランスピストンを収容する補助シリンダーです。XとYは、本章でタービンの低圧段における蒸気圧の均等化を表すために使用する参照文字です。この構造で最初に検討すべき点は、「ダミー」L、M、Zの配置です。これらのダミーリングは、ピストンからの蒸気漏れを防ぐバッフルとして機能しますが、高速で接触すると、ダミーリング自体が破損するだけでなく、周囲の部品が損傷したり、破壊したりする可能性があります。この困難を解消するシンプルかつ効果的な方法が、この図に示す配置にあります。2つの小型バランスピストンL とMは高圧側に残し、最大のピストンZはローターの低圧側、最後のブレードリングのすぐ後ろに配置され、補助シリンダーW内で作動します。スピンドル本体によって支持されているため、十分な剛性があり、反りを防止します。図25にも明確に示されているこのバランスピストンは、ピストンMと同じ位置から蒸気圧を受け取りますが、蒸気圧はブレードの第3段 Xの圧力と等しくなり、ブレード支持リングのウェブに形成された穴を通して供給されます。これらの穴への蒸気は、図25の第2バレルと第3バレルの間にあるローターの小さな環状開口部から供給されます。温度変化によってスピンドルとシリンダーの端面膨張に顕著な差が生じるため、低圧バランスピストンのバッフルリングはこの差を吸収するように作られています。 [44]スピンドルの高圧端はカラーベアリングによって保持されているため、膨張差は低圧端に現れます。高圧ピストンと中間ピストンのラビリンスパッキンは軸方向のクリアランスが小さく、ラジアル方向のクリアランスが大きいのに対し、ピストンZのラビリンスパッキンは逆に、ラジアル方向のクリアランスが小さく、軸方向のクリアランスが大きいです。低圧バランスピストンのトラブル原因を排除することで、シリンダー径を小さくし、歪みを防止できるだけでなく、スピンドル全体を十分に小さなクリアランスで動作させ、過度の蒸気漏れを防ぐことができます。
ブレード構造の詳細
この構造では、ブレードは引抜材から切り出され、その根元は角張った蟻継ぎ形状で、先端には突起があります。ブレードの根元をしっかりと保持するために、図27のAに示すように基礎リングが設けられています。この基礎リングは、まず適切な直径の円に成形され、次にスロットが切られます。これらのスロットは、ブレードに適切なピッチと角度を与えるために正確な間隔と傾斜が設けられており（図28 ）、ブレードの根元を受け入れる蟻継ぎ形状になっています。ブレードの先端は、図31と図27のBに示すように、溝状のシュラウドリングによって実質的に結合され、保護されています。図31はシリンダーブレードを分離した状態を示し、図27はシュラウド付きの両方を示しています。これらのリングには、 [45]ブレードの先端にある突起は空気圧でリベット留めされています。
[46]図27
図27
基礎リング自体は断面が蟻継ぎ形状で、羽根の根元を受け止めた後、シリンダーとローターの蟻継ぎ溝に挿入され、図27のCに示すようにキーピースによってしっかりと固定されます。各キーピースは、所定の位置に押し込まれると、図27のDで示すアンダーカット溝に押し込まれ、構造全体が確実に固定されます。個々の羽根は、根元の蟻継ぎ形状によってしっかりと固定され、根元は基礎リングの対応する蟻継ぎスロットと溝のアンダーカット側の間に保持されます。
図28
図28
図29 は、タービンに取り付けられたブレードの写真であり、ブレードの均一な間隔と角度を示すとともに、構造を示しています。
図29
図29
シュラウドリングの明らかに薄いフランジは、回転部分と固定部分が偶然接触した場合に、摩耗して破損を防ぐように意図的に作られています。 [47]刃が引き抜かれるのを防ぎます。しかし、この保護構造は、刃を引き抜くためには、半リング状の刃全体を根元から剪断しなければならないほどです。したがって、刃の強度は個々の刃の強度ではなく、リング状の刃全体の剪断強度に依存します。
[48]図30
図30
ブレードは半リング状に組み立てられ、挿入されます。図30は、取り付け準備が整った2種類のサイズのリングを示しています。図31は、アリス・チャーマーズ蒸気タービンのシリンダーに挿入された複数列のブレードを示しています。図32は、同じタービンで約3年間運転した後のブレードの状態を示しています。
図31
図31
図32
図32
知事
ブレードとバランスピストンの構造の違いに次いで重要なのは調速機構である。 [49]これらの機械で使用される。これは、これまで主に水車に関連して注目されてきた、よく知られたハルトゥング型を踏襲している。油浴中で作動するカットギアによってタービン軸から直接駆動される調速機は、バランスの取れた小型の油リレー弁のみを操作する必要がある。一方、主蒸気弁とバイパス弁（または過負荷弁）の2つの蒸気弁は、 [50]適切なサイズのピストンに作用する、約20ポンド/平方インチの油圧。タービンバイパスバルブは、ユニットが過負荷状態になるか、真空が失われた場合にのみ開くという事実を考慮すると、この制御機構の優れた特徴は、たとえ長い間隔でしか作動しなくても、このバルブを常に作動状態に維持できるため、緊急時の固着を防ぐことができることです。もう一つの重要な特徴は、 [51]軸受への油供給と調速機への油供給を相互接続することで、油供給が途絶えて軸受が危険にさらされた場合、調速機が自動的に蒸気を遮断します。この機構は、負荷変動に迅速に対応しながらも、オルタネータの並列運転において最良の結果を確保できる範囲内に感度が維持されるよう設計されています。タービン運転中でも調速機の速度調整が可能であるため、オルタネータの同期調整や負荷分散を容易に行うことができます。
主調速機構の偶発的な故障に備えるため、完全に独立した安全調速機、すなわち過回転調速機が設置されています。この調速機は、歯車を介さずにタービン軸によって直接駆動されます。タービンが主調速機の設定速度を超える所定速度に達した場合、安全調速機が作動して弁を作動させ、蒸気供給を完全に遮断することでタービンを停止させるように配置・調整されています。
潤滑
4つのベアリングは、自動調整式のボール＆ソケット型で、各ベアリングの中央に多量のオイルを供給し、両端からオイルを排出することで潤滑されます。オイルは水循環式の管状クーラーを通過し、ポンプでベアリングに戻されます。図 33は、全体の構成を図示しており、言葉で説明するよりもはるかに分かりやすくなっています。 [53]発電所に中央給油システムが設置されている場合を除き、油はタービンから直接駆動されるポンプによって循環されます。建設業者は、軸受に油を加圧供給する必要はなく、軸受まで油が流れ込み、軸受を通過するのに十分な揚程で十分であることを特に強調しています。この揚程は数フィートを超えることはありません。各タービンには、始動時に油を循環させるための直動式蒸気ポンプが別途設置されています。これについては、運転の項で再度説明します。
[52]図33
図33
ジェネレータ
このユニットの電気端を構成するタービン発電機は、騒音のない運転を実現するために完全に密閉されており、ローター両端のシャフトに取り付けられた小型ファンによって強制換気が確保されています。空気は発電機の両端から取り込まれ、ファンを通過した後、電機子コイルの端部接続部から機械の底部に排出され、そこからコアの通気ダクトを通って上部の開口部に排出されます。界磁コアは、サイズに応じて、一体型の鋼板または鋼鍛造品で構成され、高い透磁率と優れた強度を実現します。コイルは放射状のスロットに配置されているため、スロット絶縁体への横圧や、これらのローターではストリップ巻線の平面に対して垂直に作用する遠心力によって生じる複雑な応力が回避されます。
[54]
手術
これらのユニットの動作中は実質的に調整は必要ないため、必要な注意の大部分は起動とシャットダウンに関係しており、これは次のように詳しく説明できます。
起動するには
まず、補助オイルポンプを始動させ、油圧が入口バルブを持ち上げられるほど高く、すべてのベアリングのベントからオイルが安定して流れるまで回転数を上げます。その時の油圧は、「リレーオイル」ゲージで約20～25ポンド、「ベアリングオイル」ゲージで2～4ポンドを示します。次に、タービンにスピンドルを回転させるのに十分な蒸気を流さずにスロットルを開きます。蒸気が大気中に自由に排出され、タービンの高圧端がガイド内で自由に膨張することを確認します。蒸気室の排水口から水が噴出した後、排水口を閉じ、スピンドルを回転させずに30分以上（タービンが最初から温まっている場合はこの時間を短縮できます）蒸気をタービンに流し続けます。その後、蒸気を止め、タービンを10分間放置して十分に暖機することをお勧めします。その間に調速機部品にオイルを塗布し、入口バルブ上部のオイルシリンダーに溜まっている空気を吹き飛ばします。その後、スロットルを十分に開き、タービンスピンドルを回転させるようにしてください。 [55]非常にゆっくりと、機械をこのように 5 分間稼働させます。
一連の作業を簡単に説明すると、オイルクーラーへの給水、タービンの回転数を上げると同時に補助オイルポンプの速度を落とし、タービンの回転オイルポンプによって油圧が維持されていることを確認する、グランドへの給水を徐々に開始し、真空引きを行う前にグランドを適切に密閉するのに十分な水があることを確認する、そして負荷をかける直前に徐々に真空引きを開始する、という手順です。これらの条件が満たされた後、オペレーターは次に発電機に目を向け、界磁電流を流し、慎重に同期を取りながら、ユニットへの負荷を徐々に増加させます。
守るべき主な予防措置は、適切に暖機運転を行わずに始動しないこと、ベアリングを通してオイルが自由に流れるようにすること、水腺が密閉されるまで真空状態にしないこと、タービンに負荷をかけずに真空状態で運転しないようにすることです。
運用中
運転中に必要なことは、「スロットル」と「入口」ゲージの蒸気圧力を監視し、この圧力と蒸気温度が大きく変化しないことを確認すること、真空を一定に保つこと、水グランドの圧力と「リレーオイル」と「ベアリングオイル」ゲージで表示される圧力を維持すること、オイルの温度に注意することだけです。 [56]ベアリングへの油の流入と流出の温度が華氏135度（銅製のオイル戻り管を手で楽に握れる温度）を超えないようにします。また、ベアリングのすべての通気口からオイルがスムーズに流れること、そして調速機部品に定期的にオイルが供給されていることを確認します。発電機に関しては、すべての発電所の運転で一般的に行われている手順に従うだけで十分であり、ここで改めて検討する必要はありません。
タービンの停止は、実質的に始動の逆の手順で、以下の手順で行います。補助油ポンプを始動し、ポンプ内の水を抜き、ゆっくりと運転します。負荷を徐々に除去します。負荷がほぼゼロになったら真空を解除し、凝縮器への注入を停止し、蒸気が大気中に自由に排出されるように注意します。負荷と真空が解除されたら、グランド水を遮断します。自動停止装置を引いてバルブをトリップさせ、蒸気を遮断します。タービンの速度が低下するにつれて、補助油ポンプを加速して軸受への圧力を維持します。タービンが停止したら、補助油ポンプを停止し、冷却水を止め、蒸気室のドレンを開け、オイル入口バルブステムに少量のオイルを塗布します。これらの操作中は、補助油ポンプを始動する前、または真空が解除される前に蒸気を遮断しないこと、そしてタービンに真空がかかった状態でグランド水を遮断しないことを特に留意してください。また、タービンを再び始動させる直前まで、自動停止装置は接続しないでください。
[57]
一般的な
タービンのグランドに使用する水は、スケール形成の原因となる不純物を含んではならず、15ポンド以上の一定圧力でタービンに供給する必要があります。グランド内の圧力は4ポンドから10ポンドの範囲で変化します。この水は温水であっても構いません。冷却コイル用の水と潤滑システム用の油の使用に関しては、常識的な範囲内で問題ありません。完全に純粋な鉱油を使用し、泡立ちのない特性を備え、ろ過によって不純物を除去しておく必要があります。
上記は、特に電力用として一般的に使用されるアリス・チャーマーズ水車に当てはまります。もちろん、非凝縮運転用に製造された水車には、真空に関する部分は適用されません。
[58]
IV. ウェスティングハウス・パーソンズ蒸気タービン
蒸気タービンは設計と構造がシンプルで、バルブギアの頻繁な調整や調整、あるいは作動部品の摩耗の除去を必要としません。しかし、他の精密機械と同様に、常に目に見えるわけではない作動部品を点検することで、オペレーターは賢明かつ綿密なメンテナンスを行う必要があります。どんなにシンプルで耐久性のある機械であっても、放置したり乱用したりすれば、いずれは壊れてしまいます。特に、機械のクラスが高ければ高いほど、この傾向は顕著です。
往復エンジンを操作し、賢明に管理できる技術者であれば、タービンの操作と管理もできます。しかし、始動と停止以上の役割を果たすには、ケーシングの内部に何があるのか、故障を防ぐために何をすべきか、何を避けるべきか、そして機械を継続的に効率的に操作し続けるにはどうすればよいかを知っておく必要があります。
蒸気タービンでは、蒸気はピストンに押し付けられるのではなく、自ら膨張して速度を上げます。蒸気の噴流は、羽根に衝突するか、噴出する可動オリフィスに反応します。 [59]この場合、速度とエネルギーは回転体によってほぼ完全に抽出され、利用されます。パーソンズ水車は、これら2つの方法を組み合わせて利用しています。
[60]
図34
図34
図34は標準的なウェスティングハウス・パーソンズ式単流タービンの断面図である。ローターRRRの写真は図35に、 ブレードの断面は拡大図で示されている。ローター上のブレード列の間には、ケーシングまたはステーターに取り付けられた同様の静翼列が延在している。A （図34 ）から流入した蒸気は、ローターを囲む円形の空間を満たし、まず静翼列1（図37 ）を通過し、初期圧力Pからわずかに低い圧力P 1まで膨張し、その膨張によって動翼2に向けられる速度に達する。このブレード列を通過する際に、蒸気はさらに圧力P 1からP 2まで膨張し 、そこから発生する力の反作用によって動翼を押し進める。第二列の静翼3に衝突した蒸気の流れは、第二列の回転翼4に適切な角度で衝突するように方向転換され、この作用は蒸気が凝縮器の圧力、またはタービンが最終的に排出する媒体の圧力まで膨張するまで継続されます。膨張が進むにつれて、増加する蒸気量に対応するために、翼の長さと、それらが取り付けられるドラムの直径が増加することで、通路が拡大されます。
[61]図35
図35
[62]図36
図36
[63]図37
図37
ブレード同士が接近して作動する必要はなく、軸方向のクリアランス、つまりタービンの長さ方向の回転ブレードと固定ブレードの間の空間は、1/8 ～ 1/2 インチの範囲で変化します。ただし、図38で非常に誇張して示されているように、ブレードの上部からの過剰な漏れが生じないようにするために、半径方向のクリアランス、つまり動翼の上部とケーシングの間、および固定ブレードの端部とローターのシェルの間のクリアランスは、実用的な最小値に抑える必要があり、機械のサイズとブレードの長さに応じて、約 0.025 ～ 0.125 インチの範囲で変化します。
図38
図38
通路A（図34）には初期圧力が、通路Bには蒸気がローターの最初のセクションまたは直径を通過した後の圧力が、通路Cには2番目のセクションを通過した後の圧力が存在します。ベーン列の露出面に作用する圧力は、ローターを左側に押し寄せます。そのため、これらの圧力は、シャフトと共に回転し、環状空間B 1とC 1に同じ領域 を露出させるピストンまたは「ダミー」 P P Pによってバランスが取られます。[64]翼断面の圧力とバランスをとるように設計されている。均圧管EEで接続することにより、B 1 とB 1 、C 1 とC 1を同じ圧力に維持できる。3番目の均圧管は [65]最も大きなダミーの背面または右側を排気通路に接続し、ローターの排気端と同じ圧力がかかるようにします。これらのダミーピストンは、図35でローターの近い方の端に示されています。ダミーピストンにはラビリンスパッキングを形成するように溝が切られており、ダミーピストンが当たるケーシングの表面には溝が切られ、真鍮のストリップが挿入されています（図39を参照）。ダミーピストンはA、B 1、C 1からコンデンサーへの漏れを防ぎ、もちろんケーシングのリングにできる限り近づけて配置する必要があり、実際のクリアランスは機械のサイズに応じて約 0.005 ～ 0.015 インチです。
図39
図39
軸方向の調整は、図34のTで示され、図40に拡大して示されている装置によって制御されます。スラスト ベアリングは、T 1 、 T 2の 2 つの部分で構成されています。各部分は、真鍮製のカラーが取り付けられた鋳鉄製の本体で構成されています。これらのカラーは、図に示すようにシャフトに回転した溝Cに収まります。ブロックの半分は、レバーL 1、L 2に作用するネジS 1 、 S 2によって所定の位置に配置され、ベアリング ペデスタルとカバーに取り付けられます。ネジには目盛り付きのヘッドが付いており、これにより、スラスト ベアリングの各半分を 1/1000 インチ以内で設定できます。
図40
図40
上側のネジS2は、ローターが[66] スラストブロックとレバーを介して軽い圧力をかけると、バランスピストンの溝はシリンダー内のダミーストリップに接触できなくなります。次に、下側のネジS1を調整して、スラストベアリングの溝間のカラーに約0.008～0.010インチの遊びを与えます。
これらのベアリングは、機械が工場から出荷される前に慎重に調整されており、調整ネジのヘッドは、偶発的または許可されていない調整変更を防ぐため、図40に示す方法でロックされています。ラッチL 3をスライドさせない限り、ネジを回転させることはできません。これを行うには、ピン P 4 を引き抜く必要があり、そのためにはベアリングカバーを取り外す必要があります。
一般的に、この調整はスラストベアリングのカラーが摩耗したとき以外は変更すべきではありません。しかし、定期的に調整を繰り返すことは賢明な予防策です。調整方法は次のとおりです。機械は、十分に均一に加熱されるようにしばらく運転しておき、調整を行う際には通常の10%程度の低速で運転します。上部のネジを調整します。このネジを締めると、スピンドルがスラストベアリングから排気口に向かって押し出されます。もう一方のネジを締めた際にバランスピストンが接触する音が聞こえる位置を探します。そうすれば、上部のネジの内側へのわずかな位置変化でも接触が起こります。 [67]バランスピストンが接触しているかどうかを確認するには、バランスピストン付近のシリンダーケースに短い堅木片を当ててください。 [68]木片のもう一方の端に耳を当てると、テンプピストンの接触が非常に簡単に検出されます。次に、下側のネジを緩め、上側のネジを機械に応じて5/1000から15/15進めます。この位置でテンプピストンはセットされたとみなされます。次に、下側のネジを、スラストベアリングの下側半分がローターをスラストベアリングのもう一方の半分に押し付けるまで進めます。この位置から、ローターがスラストベアリング間で自由に動けるように、10/1000以上押し戻して固定します。ダミーのセッティングには、部品に負担がかかり、誤ったセッティングにならないように、ある程度の注意が必要です。
目標は、バランスピストンの溝をシリンダーのカラーにできるだけ近づけて、実際に接触する危険がなく、スラスト方向の自由度をできるだけ小さくすることです。ベアリングタービンローター自体には十分な力がありますが、加熱しないことが確実であれば十分です。タービンローター自体にはエンドスラストはほとんどないため、スラストベアリングは上記の調整を維持するだけで済みます。
ブレードは、あらゆる負荷において、ローターがダミーストリップの走行面に向かって非常に軽くて確実な推力を持つように設計されており、適切なネジ調整の設定によって決定されるダミーでの適切なクリアランスを維持します。
[69]
メインベアリング
ローターを支持するベアリングは、図34のFFに示され、詳細は図41に示されています。ベアリング本体は、適切なオイル溝を備えた真鍮製のチューブBで構成されています。このチューブには、ベアリング カバーの対応する凹部に収まり、ベアリングの回転を防止するダボ アームLがあります。このチューブには 3 つの同心チューブCDE があり、各チューブはあるクリアランスをあけて互いに重なり合っているため、シャフトはどの方向にもわずかに動くことができます。これらのチューブはナットFによって固定され、このナットは小さなセット スクリューGによって固定されています。ベアリングは周囲のチューブとともに鋳鉄製のシェルAの内側に配置されており、シェルはブロックおよびライナーH上のベアリング ペデスタルに載っています。パッキング リングM は、ベアリングからのオイルの漏れを防止します。オイルは、ベアリング上部の一端からチャンバーに入り、オイル溝を通ってジャーナルを潤滑し、ベアリングの下のリザーバーに排出されます。オイルはチューブ間の隙間を埋めてクッションを形成し、振動の傾向を抑制します。
図41
図41
ベアリングはブロック、または「パッド」Hによって支持されており、自己整列構造になっています。これらのパッドの下には、厚さが5、10、20、50分の1のライナーが配置されています。これらのライナーによって、ローターはステーターに対して適切な回転位置に設定できます。この操作は非常に簡単です。片方のベアリングパッドの下からライナーを取り外し、反対側のパッドの下に置きます。ローターを手で回転させてブレードに接触するまで、ライナーを回転させます。接触が得られたら、 [70]上面、下面、両側面のブレード半径方向クリアランスの合計は、転写されたライナーの厚さに等しいことが分かる。ローターの位置は [71]その後、タービンが運転温度にあるときに半径方向のブレードクリアランスが均等になるように調整されます。
毎分1800回転以下のタービンでは、図42 aおよび42 bに示すように、分割バビット軸受が使用されます。これらの軸受はセルフアライニング構造で、前述の同心スリーブ軸受と同じライナー調整機構を備えています。オイルは下部ライナーパッドの穴Dから供給され、チューブEEを通ってオイル溝Fに送られます。この軸受では、オイルは他のタイプのように一方の端から他方の端へ流れるのではなく、中央から両端へ流れます。
図42A
図42A
図42B
図42B
パッキンググランド
シャフトがケーシングの両端を通過する箇所では、真空状態のチャンバーから空気が排出されます。そのため、これらの箇所ではシャフトを大気圧に抗して充填する必要があり、これはウォーターグランドパッキング WW（図34 ）によって行われます。図35のシャフト上、ダミーピストンのすぐ前に、このパッキンググランドのランナーが見られます。このランナーは、図43に拡大図と別の方向から示されています。空気がケーシング内に入るには、図44のAでガードに入り、突出リングBを通過する必要があります。突出リング Bの機能は、遠心力によってシャフトに沿って浸入する水を周囲の空間Cに排出することです。そこから水はドリップパイプDを通って排出され、ラビリンスパッキングEの5つのリングを通過し、回転羽根車の上部を通過します。これは図43から明らかです。 [72]空気は羽根の上を上がらずに通り抜けることはできないが、水は中央の溝のある空間に流れ込む。 [73]パイプは図示のように回転し、遠心力による圧力が大気圧を超えるような速度で車輪とともに回転するため、 [74]空気が水を押しのけて羽根の先端から漏れ出す一方で、ランナーが水を排出する動作によってシャフトの圧力が軽減され、水が羽根の先端から漏れ出すのを防ぐ。 [75]ラビリンスパッキンを通して真空または大気中に漏れ出します。
図43
図43
[76]図44
図44
水は約10フィート（約3メートル）、または約5ポンド（約2.3kg）の圧力でグランドに供給され、この圧力が途切れることなく維持されるように接続する必要があります。水温はタービン内の真空度よりも低くなければなりません。そうでないと、水は容易に蒸発し、蒸気となってタービンに流れ込んでしまいます。
図45
図45
いずれにせよ、少量の蒸気水はグランドカラーを通過してタービンに流れ込むため、凝縮された蒸気をボイラーに戻す場合、グランドで使用された水は給水として安全に使用できるような性質でなければなりません。しかし、そのように使用された水をボイラーに戻すかどうかは、 [77]ボイラーの有無にかかわらず、一定量の蒸発が継続的にグランド内で起こり、スケールの堆積につながるため、石灰や固形物が過剰に含まれていることは絶対に避けてください。頻繁に分解して清掃する必要があります。
図46
図46
良質で清潔な水が十分に供給されている場合は、図45のようにグランドを詰め、スタンドパイプから必要な水頭を供給し、供給バルブを十分に開いてオーバーフロー時に少量の水流を維持します。水道料金が高く、オーバーフローを避けたい場合は、図46のように小型のフロートを使用します。これは、配管工がトイレなどに使用している一般的なタンクで、この目的に非常に役立ちます。
グランドに供給される同じ水がオイル冷却コイルに使用されると、 [78]詳細は後述するが、コイルは図４７に示すように上記いずれの配置にも取り付けることができる。
図47
図47
図48に示すように、ボイラー給水用の純水のみが供給され、凝縮蒸気が直接ボイラーに送り返される場合 、凝縮水ポンプからの供給水はグランド軸から10フィートの高さまで搬送されます。この高さには、使用前に水が十分に冷却されるのに十分な容量のタンクを設置する必要があります。これらのケースのほとんどでは、図48に示すように、循環を生み出すのに十分な圧力があれば、必要に応じて凝縮器の循環ポンプから油冷却水を供給することができます。
図48
図48
タービンが1～2ポンドの背圧に耐えて排気する必要がある場合、配管の配置を若干変更する必要があります。この場合、水はタービン内を循環する必要があります。 [79]温度を華氏212度以下に保つために、グランド内の水が機械の主要鋳物から熱を吸収し、蒸発します。この蒸発により、グランドからひどく水が漏れているように見えます。実際には、グランド内の水が沸騰しているだけですが、それでも同様に不快です。図49に示す配置でこれを克服できます。この配置では、 MとNに2つの接続部とバルブが設けられており、適切なタンクまたは下水に排出されます。これらのバルブは、蒸発が起こらないように十分な循環を維持するのに十分なだけ開いています。蒸発は、まるで蒸気が噴き出しているかのように見えます。 [80]グランドからの漏れがありました。これらの循環バルブは、上記のいずれの配置でも使用できます。
図49
図49
知事
図34のメイン シャフトの右端には、 調速機を駆動するウォーム ギアがあります。これは、拡大図A (図50 ) に示されています。ウォーム ギアの左側には、調速機のスピンドルDを駆動するベベル ギアがあり、右側にはレバーFに振動を与える偏心器があります。シャフトの端にあるクランクC はオイル ポンプを操作します。タービンの速度は、負荷に応じて長短の持続時間で蒸気を噴出させることで制御されます。レバーF は、シャフトを囲むカラーに支点があり、偏心器の各振動でパイロット バルブを操作します。このバルブについては後で詳しく説明します。
図50
図50
[81]この形式の調速機は改良型に取って代わられましたが、非常に多く作られたため、その構造と調整について説明するのが適切でしょう。 [82]2 つのボールWW (図50 ) はベルクランクNの端に取り付けられており、ナイフ エッジ上に載っています。ベルクランクのもう一方の端にはローラーがあり、その上にプレートPが載っています。プレート P は調速機スプリングSの支持体として機能します。ベルクランクは、レバーFの支点として機能するヨークおよびスリーブEにもリンクで接続されています。調速機は、プレートPに載り、調速機スピンドルの上端にある大きなナットGによって圧縮されるスプリングSによって制御されます。このナットは、調速機スピンドルの端にあるナットHによって保持され、ロック ナットKによってしっかりと保持されているねじ付きクイルJ上で回転します。スプリングの圧縮を変更してタービンの速度を変更するには、まずロック ナットを緩め、ハンド ナットを上げれば速度が下がり、下げれば速度が上がります。この操作は、機械が稼働中でも停止中でも実行できます。
プレートPはボールベアリング上に設置されており、クイルJの一部であるハンドホイールに圧力をかけるだけで、スプリングとロックナットを静止状態に保持し、調整することができます。タービンの残りの部分は影響を受けません。もう一つのレバーは、Iで示すピン上のヨークEに取り付けられており、そのもう一端はダッシュポットのピストンに固定され、調速機の振動を抑制します。ヨークEの下には 、タービンが静止しているときに調速機を全負荷位置に保持するための小さなトリガーMがあります。
重りを投げ出すと袖 E が持ち上がり、それとともに襟Cも持ち上がります。 [83]レバーF をシャフトHに連結する。後期のタービンには、同じ原理で動作する改良型の調速機が備えられているが、いくつかの重要な特徴を備えている。第 1 に、スピンドル スリーブが調速機ヨークと一体になっており、全体が垂直の固定スピンドルの周りを回転するため、調速機の位置に応じて回転運動と上下運動の 2 つの運動が生じる。この螺旋運動により静止摩擦の影響がほぼ完全に排除され、それによって調速機の感度が向上する。第 2 に、調速機の重りが、スプリング スラストに直接対抗する平行運動で外側に移動する。これにより、支点からスプリング スラストが完全に解放される。第 3 に、調速機のオイル ポンプと往復運動装置を駆動する副軸がタービンの主軸の下にあるため、調速機の調整を妨げることなくローターを簡単に取り外すことができる。
バルブギア
弁装置の断面図は図51に示されており、主蒸気入口は右側のV 1 、二次蒸気入口は左側のV 2で示されている。パイロット弁Fは、タービンのレイシャフト上の偏心器からレバーF（図50 ）を介して一定の往復運動を受ける。この往復運動は毎分150～180回である。ピストンCの下の空間は、ポートAを介して初期圧力がかかる大きな蒸気室と連通している。ピストンCへの蒸気の流入は [84]ニードルバルブBによって制御されます。パイロットバルブはポートEに接続され、ピストンの下の空間から排気ポートIにつながります。
図51
図51
パイロットバルブが閉じているとき、ピストンCの下方に圧力が蓄積され、主吸入バルブがシートから持ち上がることがあります。パイロットバルブが開くと、ピストン下の圧力が解放され、ピストンは上部のコイルばねによってシートに固定されます。 レバーFの支点E（図50 ）が固定されている場合、吸入時間は一定で一定です。しかし、調速機が支点Eを上げると、パイロットバルブ F（図51）が下がり、ポートの作動端と開口部の関係が変化します。
主吸気バルブの着座はダッシュポットによって緩衝されており、そのピストンは断面Gに示されている（図51 ）。レバーKを使って手動でバルブを開き、完全に自由かどうかを確認できる。
二次弁の動作は若干異なります。蒸気はニードル弁MMを介して作動ピストンの両側に導入され、この蒸気が取り出されるチャンバーは主導入弁の下側に接続されているため、蒸気は一次弁を通過するまで二次弁の作動ピストンに到達しません。パイロット弁が閉じられている場合、ピストンNの上下の圧力は均等になり、弁はシート上に留まります。タービンへの負荷が定格容量を超えると、パイロット弁は上方に移動し、ピストン上部の空間を排気口Lに接続して圧力を解放します 。[85]上部に圧力がかかり、下部のより高い圧力によってバルブが開き、蒸気がタービンの二次段に送られます。
[86]第一段に蒸気をこれ以上導入しても無駄です。定格容量では、第一段はブレード面積が通過できる蒸気をすべて吸収してしまうからです。ピストンNの上部と排気口をつなぐポートは、二次パイロット弁室側面にある手動弁Qによって永久的に閉じることができ、二次弁は完全に機能しなくなります。この弁にはダッシュポットは不要です。ピストンの降下によってチャンバーW内の蒸気が圧縮されるため、衝撃波の発生は十分に回避できます。
二次バルブのタイミングは、パイロットバルブを付属の調整器で上下させることで調整します。パイロットバルブは、バルブが作動する前に速度が著しく低下しないよう、十分に早く開く必要があります。バルブが早く開くと、機械の経済性が損なわれます。
安全停止ガバナー
この装置は、図52および図53に示すように、タービン軸の調速機端に取り付けられています。速度が所定の限界に達すると、重心が軸の回転中心からわずかにずれたプランジャーAが半径方向外側に投げ出され、レバーBに衝突します。プランジャーが外側に動き始めると、遠心力は半径の2乗、つまりこの場合は回転中心に対する重心の偏心度に比例して増加するため、バネCの抵抗を急速に克服することが容易に理解できます。したがって、レバーBは衝突します。 [87]鋭い打撃。これにより調速機ケーシング外側の トリップEが解除され、蒸気弁Fが開き、蒸気管路に設けられた急速閉鎖型絞り弁の作動ピストン下から蒸気が放出されます。こうして、通常1秒未満で、速度が通常の7～8%を超えると、タービンへの蒸気の供給が完全に遮断されます。
図52
図52
図53
図53
給油システム
ベッドプレートの端には、前述の通りタービンの主軸から駆動されるオイルポンプが取り付けられています。これは図54に示すプランジャー型、または最新のタービンでは図55に示すロータリー型です。ベッドプレートの周囲には、オイル冷却コイル、オイルストレーナー、オイルリザーバー、そしてベアリングへのオイル配管が配置されています。
図54
図54
[88]オイルリザーバー、クーラー、配管はすべて機械の外側にあり、清掃が容易です。通常、これらの装置はすべて波形鋼板製の床板で覆われており、特にタービンが設置されている場合には、見苦しく汚れが溜まることがありません。つまり、ベッドプレートの上部が床面と面一になる状態です。 [89]タービンを高く設置する場合、通常、この材料の周囲にケーシングが構築され、簡単に取り外せるようになり、機械の横にプラットフォームを形成します。
[90]図55
図55
[91]図56
図56
図56に示すオイルクーラーは向流式で、水はAから流入してBから流出し 、オイルはC（開口部は図示せず）から流入してDから流出する。コイルは継ぎ目のない引抜銅製で、ナットでカバーに固定されている。水マニホールドFは横方向の仕切りによって区画に分割されている。 [92]リブは各コイルの入口と前のコイルの出口を繋ぎ、すべてのコイルを直列に接続します。これらのコイルは、カバープレートと一体となって取り外すことができ、他のオイル配管に影響を与えることはありません。
ブレーディング
図57
図57
ブレードは、銅でコーティングされた鋼鉄の芯材からなる棒から引き抜かれます。この銅は他の金属と非常に密接に結合しており、棒がブレード加工に必要な断面まで引き抜かれると、図57に示すように、棒の残りの部分と共に引き抜かれた外側のコーティングが均一な厚さの被覆を形成します。正しい断面まで引き抜かれた棒は、適切な長さに切断され、ブレードの上部付近でA （図58 ）のように打ち抜かれます。また、ブレードを長さに合わせて切断し、打ち抜く際に、 B（図59）に示すように、根元付近の凹面に溝が刻まれます。その後、ブレードは溝にセットされます。 [93]ロータードラムまたはケーシングの凹面に溝を刻み、その間にスペーシングピースまたはパッキングピースC（図59）を配置する。これらのスペーシングピースは軟鉄製で、ブレード間の通路の形状に合わせて設計する。ブレード内面に設けた溝は、このスペーシングピースで覆える程度に根元に近い。溝を埋めたら、軟鉄製のピースをかしめたり広げたりして、ブレードをしっかりと固定する。次に、図59に示すように、コンマ断面のワイヤーをブレード の外側端近くのパンチに通し、図58の右側に示すように、上下にひっくり返す。この上下曲げは、コンマの末端をブレード間の適切な幅で切断する工具によって行う。 [94]刃の両側の曲げられた部分は刃をしっかりと所定の位置に保持し、刃の幅内に保持された部分は刃を所定の位置に保持します。 [95]根元で緩んだり折れたりした場合に、ラジアル位置で固定されます。このコンマラッシングと呼ばれる構造は、ブレードの長さまたは突出部のわずかな部分を占めるだけで、驚くほど硬く強固な構造を実現します。しかし、深刻な外乱を受けた場合には、それ自体の溶着やより重要な部材の破壊につながる接触を維持するのではなく、むしろ柔軟に対応します。
図58
図58
図59
図59
タービンの始動
タービンを初めて始動する場合、または長期間使用しなかった場合は、機械のすべての部品が良好な状態であり、損傷がないことを確認するために特別な注意を払ってください。オイル配管は徹底的に点検し、汚れが蓄積している場合は清掃してください。オイルリザーバーは丁寧に拭き取り、砂利が付着していないか綿密に点検してください。（この際に綿くずは使用しないでください。かなりの量の糸くずが残り、ベアリングやストレーナーのオイル通路を詰まらせる可能性があります。）
パイロットバルブはバレルから取り外して拭き取り、バレル自体も柔らかい布を木片で押し当てて清掃してください。いかなる場合でも金属は使用しないでください。
タービンが汚れや埃の多い場所に保管されていた場合は、ベアリングをスピンドルから取り外し、分解して徹底的に洗浄する必要があります。慎重に作業すれば、スピンドルをタービンから取り外すことなく作業できます。 [96]シリンダーを外すには、ベアリング カバーを外し、スピンドルの重量をベアリングから慎重に持ち上げ、ベアリングを後ろにスライドさせます。スピンドルを持ち上げるときは、ジャッキとロープ スリングを使用するのが最適です。クレーンを使用すると、スピンドルを高く持ち上げすぎてスピンドルに負担がかかったり、ブレードが損傷したりする大きな危険があります。すべての部品を慎重に調べて洗浄した後、ベアリング潤滑用のオイルを調速機ギア ケースGに注ぎ、リザーバーに入れます(図34 )。調速機、ギア ケース、およびすべてのベアリング供給パイプが満たされたときに、オイル ポンプへの供給が十分にカバーされるだけの十分な量のオイルを入れます。
機械にオイルを注ぐ際は、砂などが入らないよう特に注意してください。布を通してオイルを注ぐことで、かなりの手間を省くことができます。
タービンを運転する前に、蒸気配管を入念に点検する必要があります。可能であれば、最終的にタービンに接続する前に、ボイラーからの蒸気で蒸気配管を吹き飛ばしてください。この予防措置を怠ると、スケール、鉛丹、ガスケットなどの粒子が蒸気配管から排出され、案内羽根の通路を塞ぐなど、大きな問題が発生する可能性があります。
始動時は、必ずタービンに真空がかからない状態でスピンドルを回転させてください。スピンドルがゆっくりと回転し始めたら、真空を上げてください。これは、タービンが停止している状態では、グランドが詰まらず、大量の空気がグランドを通り抜けて排気管から流れ落ちるためです。このため、 [97]不均一な冷却の影響。タービンを専用のコンデンサーと組み合わせて使用する場合は、循環ポンプを始動し、次にタービンを回転させ、その後エアポンプを作動させ、最後にタービンを回転数まで上げます。ただし、タービンの排気が他の機械と同じコンデンサーに流れ込み、コンデンサーが既に作動している場合は、タービンとコンデンサーシステム間のバルブは、タービンが回転するまで閉じたままにし、その間、タービンは安全弁を通して大気中に排気します。
タービンを回転させる前は、常にタービンが適切に暖まっているか注意する必要がありますが、高い過熱が使用される場合には、タービンが適度に温まったらすぐに、過熱にさらされる前にタービンを回転させます。
高度に過熱された蒸気の場合、蒸気ラインに接続部を設けて、タービンを飽和蒸気で始動し、軸を回転させた後に徐々に過熱を加えることは望ましくありません。
ウォーミングアップでは、通常、調速機をトリガーにセットし（図50参照）、スロットルバルブを開いて少量の蒸気が流入するようにします。
凝縮器と補機類が正常に作動し、オイルポンプが正常に作動し、 [98]調速機やバルブギアに固着がないことを確認します。
タービンが回転数に達し、調速機にかかった後、ポンプロッドのストローク数を数えて速度を計測することが望ましい。機械が停止している間に調速機の調整がずれている可能性があるからだ。この時、タービンに負荷がかかっていない状態で、調速機がスロットル全開で機械を制御していることを確認するのが望ましい。メインポペットバルブに、検査では明らかでない損傷や、ひどい漏れが発生している可能性がある。そのような欠陥がある場合は、できるだけ早くバルブを研磨してシートに再装着する措置を講じるべきである。
大型機械には必ず補助オイルポンプが装備されています。タービンを回転させる前にオイル循環を確立するため、始動前に補助オイルポンプを使用してください。タービンが回転数に達し、主オイルポンプが正常に作動していることが確認された後、補助オイルポンプを停止し、タービンを停止させる直前に再始動させるようにしてください。
可能であれば、負荷は徐々に投入するべきです。これは、ボイラーへの突然の過負荷を回避するためです。負荷を急激に投入すると、プライミング（呼び水）や蒸気管への水の流入が頻繁に発生します。これは、負荷を急激に投入すると非常に起こりやすい現象です。水の流入はタービンの回転速度を著しく低下させ、多少の不快感を引き起こします。往復動型タービンでほぼ確実に発生する損傷の危険性は、この方法であれば低いでしょう。 [99]エンジンに損傷を与える可能性がありますが、同時に、可能な限り避けるべきです。過熱蒸気を使用する場合、極端な温度変化が生じる可能性があるため、水の塊は明らかにより危険です。
ランニング
タービンの運転中は、ある程度の注意を払う必要があります。もちろん、技術者が一日中タービンのそばにいなければならないという意味ではありませんが、潤滑装置、給油システム、グランドやオイル冷却コイルへの給水、パイロットバルブなどの部品を頻繁に点検する必要があります。また、オイルがリザーバーに溜まり、専用のゲージガラスに表示されているか、また、ベアリングカバー上部のペットコックを開いて、オイルがベアリングを自由に流れているかどうかを確認する必要があります。タンク内の吸引部を保護するために、常に十分な量のオイルを機械内に供給しておく必要があります。
ポンプが空気を吸い込みすぎないように注意する必要があります。これは通常、調速機ケース内で空気が泡立つことで発見でき、その場合はオイルを追加する必要があります。
ベアリングの温度を定期的に確認することは重要ですが、触ると温かく感じるからといって心配する必要はありません。実際、ベアリングは一瞬でも手で触れることができれば問題ありません。ベアリングから出るオイルの温度は、できれば華氏120度（摂氏約54度）程度に保ち、決して華氏160度（摂氏約74度）を超えないようにしてください。
[100]一般的に、オイル冷却コイルはオイルを冷却するのに効果的であると考えられます。冷却水が冷却面に泥を付着させたり、オイルがワセリンのような物質を付着させたりすることが時々あり、これが冷却効果を阻害します。このためベアリングが過度に加熱される可能性があります。その場合は、できるだけ早くコイルを取り外し、外側を洗浄し、可能であれば内側を蒸気で吹き飛ばしてください。それでも温度が下がらない場合は、オイルが濾過されずに長期間使用されているか、オイルの品質が悪いかのどちらかです。
ベアリングにトラブルが発生した場合、最初の症状はオイルの燃焼です。オイルは煙を出し、濃い白い煙を放出します。これは非常に目に見えるだけでなく、臭いもします。しかし、ベアリングのトラブルは最も起こりにくいケースの一つであり、もし発生したとしても、ベアリングがキャップに挟まれたり、砂や異物がオイルに混入したりするなど、根本的な原因によるものです。
ベアリングが熱くなった場合は、必ず根本的な原因があるはずです。すぐに原因を特定し、除去する必要があります。いかなる状況においても、熱を持ったベアリングを放置して正常な状態に戻せるなどと決して考えないでください。タービンベアリングは、完全に正常か完全に異常かのどちらかです。中途半端な対策はありません。
オイルストレーナも定期的に分解して徹底的に洗浄する必要があります。この作業は、必要に応じてタービン運転中に行うこともできます。スクリーンは、 [101]ケースから取り出し、蒸気で十分に吹き飛ばしてください。新しい機械の場合は、2～3時間ごとにこの作業を行う必要があるかもしれません。時間が経つにつれて、おそらく週に1回程度で済むでしょう。汚れの付着量から、この清掃の頻度が分かります。
グランドでは、1平方インチあたり約5ポンド（約2.4kg/平方インチ）の適切な水圧を維持する必要があります。この圧力が維持されない場合は、配管に大きな漏れがあるか、水が適切に流れていないことを意味します。
パイロット バルブは自由に動作して、調速機にほとんど衝撃を与えないようにする必要があり、良質のオイルで時々潤滑する必要があります。
運転中に凝縮器を停止し、非凝縮運転に切り替える必要が生じた場合、タービンの低圧部全体を非常に高い温度に上昇させる必要があるため、非凝縮運転への切り替えが急激にならないように特に注意する必要があります。これは事故につながる可能性は低いですが、急激な温度変化によって必然的に生じるストレスを避けることが重要です。もちろん、同じ理由は、非凝縮運転から凝縮運転への切り替えにも当てはまりません。
シャットダウン
タービンを停止する場合、スロットルを閉じる前に負荷を外すか、または独立した負荷で動作する発電機の場合のように、スロットルを最初に閉じて負荷が作用できるようにする。 [102]ブレーキとして機能し、タービンを素早く停止させます。しかし、ほとんどの場合、タービンは通常、1台以上の他の発電機と並列運転されているため、前者の方法を使用する必要があります。この場合、負荷を切断する直前にスロットルを部分的に閉じ、タービンをしばらく無負荷で運転する場合は、タービンが暴走する可能性を防ぐために、蒸気をほぼ完全に遮断します。湿り蒸気を使用した際に主弁が水で損傷した場合、または異物によって開いたままになっている場合を除き、このような危険はありません。いずれの場合も、タービンを低速運転しながらも速度超過になるほどの漏れが発生する可能性があります。同時に、自動停止弁によって危険は十分に防止されますが、起こり得る危険を回避することは常に重要です。スロットルを閉じたらすぐに凝縮器を停止するか、1台の凝縮器を2台以上のタービンに使用している場合は、タービンと凝縮器の間の弁を閉じます。また、蒸気ストレーナなどのドレンも開けてください。これにより、タービンの停止時間が大幅に短縮されます。発電機に界磁電流を流し続けることで、さらに時間を節約できます。
真空が抜けてタービンの回転速度が遅くなる場合は、水が漏れてベアリングに入り込み、オイルの潤滑性能が損なわれる恐れがあるので、油受けから水が遮断されているか注意する必要があります。
[103]
検査
定期的に、タービンのすべての部品を徹底的に点検してください。オイルの品質とタービンの使用状況に応じて、オイルの温度から判断して必要と思われる頻度で、オイル冷却コイルを取り外し、前述のように内側と外側の両方を清掃してください。また、オイル冷却コイルを保管しているチャンバーも清掃してください。新しいオイルを入れます。必ずしも新しいオイルである必要はなく、以前使用したオイルで濾過したものでも構いません。この目的のためにオイル フィルタを用意しておくことをお勧めします。古いオイルが著しく劣化した場合にのみ、タービンに完全に新しいオイルを入れる必要があります。一級オイルの場合、漏れや廃棄による損失を補うために時々新しいオイルを入れる必要があるため、これはおそらくめったに必要ありません。
オイルストレーナーを清掃し、金網を通して蒸気を吹き付けて、蓄積した汚れを取り除きます。6ヶ月から1年に一度、ベアリングカバーとベアリングを取り外し、分解して徹底的に清掃してください。良質なオイルでも、時間の経過とともに高温の表面に多かれ少なかれ固形物が付着し、ベアリング内のオイルの循環を妨げ、ベアリングのクッション効果を効果的に失わせる傾向があります。メインバルブとセカンダリバルブを分解して徹底的に清掃し、すべての部品が正常に機能していることを確認してください。調速機とバルブギアを清掃・点検し、蓄積したオイルや汚れを拭き取ってください。 [104]排水溝を清掃して、そこから排出される水が自由に流れ出てベアリングに入り込まないようにします。
最初の3ヶ月後、そしてその後は年に一度程度、シリンダーカバーとスピンドルを取り外してください。タービンを初めて始動させると、蒸気中に鉛丹の玉やガスケットの小片など、ストレーナで止められないほど小さな異物が混入することがよくあります。これらはシリンダー内のガイドブレードに入り込み、効果的に詰まらせてしまいます。そのため、ブレードは注意深く点検し、そのような堆積物があれば取り除く必要があります。グランドと平衡ポートに汚れや破損部分がないか点検してください。特にグランドにスケールの堆積物がないか点検してください。グランド部品からスケールをすべて削り取る必要があります。スケールの堆積物はグランドの適切なパッキングを妨げるだけでなく、機械的な接触を引き起こし、部品の自由度が不足して機械の振動を引き起こす可能性があります。最初の数回の点検で発見されたスケールの量は、清掃頻度の目安となります。後述するように、ボイラー給水に適さない水はグランドに使用しないでください。
スピンドルとカバーを組み立てる際には、刃が損傷したり、刃に異物が入らないように細心の注意を払う必要があります。刃に生じた損傷のほとんどは、この点における不注意が原因です。実際、注意しすぎるということはありません。また、特に注意が必要です。 [105]部品の組み立ておよび取り扱いには十分注意してください。軽微な損傷でも深刻なトラブルにつながる可能性があります。損傷した部品は、損傷が修復されるまで絶対に元に戻さないでください。
何らかの理由で損傷したブレードをその場で修理できない場合、ブレードは簡単に取り外し、新しいブレードを装着できるまで、ブレードなしでタービンを再び運転することができます。実際、ブレード総数の4分の3のみを装着した状態で、タービンをフル負荷で運転した例もあります。このような場合は、エンドスラストのバランスを崩さないように、対応する固定ブレードと動ブレードを取り外してください。
成功につながる条件
タービンの運転と蒸気の状態においては、通気と排気の両方が非常に重要な役割を果たします。費用のかかる実験の結果、蒸気中の水分は運転経済性に非常に明確な影響を与えることが分かりました。往復動エンジンの場合よりも、その影響ははるかに大きくなります。往復動エンジンでは、水分が2%増加すると、一定の出力でエンジンに供給される水量が約2%増加します。一方、タービンでは、水分が2%増加すると、約4%も増加します。したがって、流入する蒸気が乾燥しているほど、石炭の外観が良くなることは容易に理解できます。
適切な排水システムと組み合わせた第一級の分離器を賢明に使用することで、 [106]蒸気から分離された水分をボイラーに戻すホリーシステムを採用すれば、運転中に実質的に追加費用をかけずに、タービンで高品質の蒸気を得ることができます。分離器とトラップは適切に機能するよう、頻繁に点検する必要があります。蒸気の品質は、スロットリング熱量計を用いて随時測定できます。乾き蒸気は、蒸気配管の適切かつ賢明な設計に大きく依存します。
過熱蒸気は、経済的に生産できる場合、非常に価値があります。わずかな過熱度であっても、乾き蒸気の使用によるメリットを確実に得られるからです。過熱度が高いほど、経済性が大幅に向上することが分かっています。
高温（華氏100度以上）の過熱を使用する場合は、いかなる量であっても過熱が急激に上昇しないように特別な注意を払う必要があります。この点で最も問題となるのは、エンジンが使用する蒸気量の大幅な増加が突然要求された場合です。例えば、タービンが始動し、過熱器がしばらく作動していた場合、突然全負荷がかかります。タービンが軽く回転し、過熱器が作動している状態では、通過する蒸気量はごくわずかであることが容易にわかります。実際には、ほとんど通過しません。この蒸気は過熱器内で非常に高温になりますが、タービンへとゆっくりと流れ込む際に、その過熱のほとんどすべてを失います。そして、突然の要求が発生すると、この非常に高温の蒸気が引き出されます。 [107]タービンへの蒸気の流入を防ぐには、通常、別置きの過熱装置を使用する場合、負荷がかかるまで火力を弱めておくか、過熱装置がボイラーの一部である場合は、負荷がかかるまで過熱装置を起動しないか、過熱された蒸気に飽和蒸気を混合して過熱度を低く抑えるなどの対策を講じる必要がある。プラントの起動後は、この発生源による危険はほとんどないが、個々のケースにおいて最善と思われる予防措置を講じるべきである。
タービンの排気端を取り上げる場合、往復動エンジンでよく見られる条件とは大きく異なります。エンジンのシリンダー容積には制限があるため、例えば複合凝縮エンジンの場合、真空度が23インチまたは24インチを超えて増加しても、エンジンの経済性への影響はごくわずかです。一方、タービンの場合、真空度を上限まで増加させると、経済性は大幅に向上します。さらに、真空度が高いほど、一定の真空度増加に対する経済性の向上幅は大きくなります。したがって、真空度を27インチから28インチに上げると、23インチから24インチに上げる場合よりも大きな効果が得られます。このため、エンジニアは、コンデンサーの良好かつ経済的な動作と両立する限りにおいて、真空度を可能な限り高い位置に維持することが極めて重要であることを容易に理解できるでしょう。
排気管は、可能な限り、常にコンデンサーまで下向きに通して、 [108]凝縮器からタービンへの水の逆流を防ぎます。凝縮器をタービンの上部に設置する必要がある場合は、おなじみの「エントレーナー」のように、パイプをまず下向きに、次に上向きにU字型に配管する必要があります。これは、タービン運転中に水の逆流を効果的に防ぐことができます。
コンデンサー
前述の通り、タービンの正常な運転は、凝縮器に大きく依存します。往復エンジンの場合、凝縮器の真空度が25インチ（約60cm）であれば、まずまずと判断され、真空度が20インチ（約60cm）を下回るまでそのまま運転します。その後、真空度を完全にクリアし、多くの場合は実質的に再構築を行い、元の25インチ（約60cm）に戻します。しかし、タービン凝縮器の場合、このような方法は通用しないことが分かっています。真空度を常に27インチ（約60cm）または28インチ（約60cm）に維持できない場合、凝縮器は本来の性能を発揮していないか、適切なタイプではない可能性があります。ただし、冷却水の温度と量によっては、より高い真空度を達成できない場合もあります。
タービンから凝縮された蒸気は極めて純度が高く、ボイラー給水として非常に有効である（ボイラーを損傷する油類が混入していないため）ため、表面凝縮器はタービンとの接続に非常に適しており、さらに高い真空度が得られるという利点もあります。
[109]最高真空を実現できる凝縮器システムを設置する場合、その能力を最大限に引き出す必要性は、いくら強調してもしすぎることはありません。もちろん、高真空を実現するためには、特別な注意と配慮が必要となり、排気管からの空気漏れに常に注意を払う必要がありますが、その費用は経済性の大幅な向上によって十分に回収されます。
このタイプのタービンを正常に運転するためには、高真空が不可欠であると推測すべきではありません。なぜなら、低真空でも蒸気消費量と運転性能の両方において優れた性能が得られるからです。しかし、凝縮器の選択は特殊な技術課題であり、本稿の範疇には入りません。
オイル
タービン給油システムに適したオイルは市場に数多くありますが、その選択には細心の注意が必要です。まず第一に、オイルは純粋な鉱物油で、動物油や植物油が混入しておらず、酸が残っていない状態で洗浄されている必要があります。一部のオイルは製造時に硫酸を使用するため、完成品に様々な量の遊離酸が含まれている可能性があります。あるロットのサンプルにはほとんど酸が含まれていないのに、別のロットのサンプルには危険な量の遊離酸が含まれている場合があります。
不純物が混入した鉱物油は、加熱すると部分的に分解し、酸を生成します。これらの油は、使い始めは非常に優れた潤滑剤として機能しますが、しばらくするとその効果をすべて失ってしまいます。 [110]これらのオイルは品質が悪く、使用されているジャーナルを侵食して機械に非常に有害になります。これらのオイルはタービンでは非常に注意深く避けなければなりません。なぜなら、それらの初期コストが安いからといって、それらがもたらす損害を補うことはできないからです。そのような偽和をテストする非常に良い簡単な方法は、ホウ砂と水の溶液を入れた試験管にオイルを一定量入れることです。動物性または植物性の偽和物が含まれている場合は、白いミルクのような乳濁液として現れ、放置すると分離します。純粋な鉱油は透明な液体として上部に現れ、ホウ砂溶液の過剰分が下部に現れ、乳濁液はその中間になります。多くのオイルにはかなりの量のパラフィンも含まれており、これがオイル冷却コイルに堆積してオイルが適切に冷却されるのを妨げます。また、パイプとベアリングに堆積してオイルの通路を詰まらせ、オイルの適切な循環とベアリングチューブのクッション効果を妨げます。これは全く禁止すべき欠点ではありませんが、主な反対点は、冷却コイル、オイル配管、ベアリングをかなり頻繁に清掃する必要があることです。
高級鉱油の中には、高粘度のものがあり、水と乳化し、ゼリー状の物質として現れることがあります。また、高粘度の高級鉱油はタービン用途には必ずしも適していない可能性があります。
タービンにおけるオイルの消費量は非常に少なく、実質的には漏れやこぼれによるものだけなので、その価格は二次的な重要性しかなく、目的への適合性が最も重要な考慮事項となります。
[111]場合によっては、タービンに装備されたオイルシステムの代わりに、中央重力システムが採用されますが、これは当然ながら特別な考慮が必要になります。
大規模な施設では、集中重力給油システムの利点は大いにありますが、このシステムは発電所において非常に重要な機能を果たすため、故障すると甚大な被害をもたらすため、システムに関連するあらゆる細部を慎重に検討し、いかなる状況下でもシステムが動作不能になることがないよう設計する必要があります。このようなシステムの大きな利点の 1 つは、沈殿タンクに大量の油を収容できるように設計できることです。これにより、タービンで使用されるまでの油の滞留時間がかなり長くなり、油の寿命を延ばすのに非常に役立つと考えられます。油を長時間沈殿させることができる場合は、酸がまったく含まれていないという条件で、低品質の油を使用することもできます。
[112]
V. 蒸気タービンの適切な試験方法[3]
[3]Thomas Franklin によるPowerへの寄稿。
タービンの凝縮装置は、おそらく試験方法を決定する上で主に重要な役割を果たします。例えば、気圧式またはジェット式の凝縮器を備えたタービンから排出される凝縮蒸気は、メーターを用いない限り直接測定または計量することはできません。また、現状では、概算以上の結果を求める場合、メーターを用いた測定は試験目的に使用するのに十分な精度がありません。このような場合、消費蒸気量は、凝縮水（最終的には凝縮蒸気と混ざります）の量を測定し、その量を凝縮器の総流量から差し引くことによってのみ算出できます。したがって、気圧式またはジェット式の凝縮器を備えたタービンの場合、ボイラー給水量、およびボイラーの初期および最終内容物の測定値に頼れば十分であると考えられることがよくあります。表面凝縮装置を備えたタービンは、凝縮された排気蒸気と循環水が実際に接触する装置よりも、正確な蒸気消費量計算に適しています。 [113]このタイプでは、凝縮された蒸気を計量タンクまたは測定タンクに送り込むだけです。
パーソンズ型単流タービンの場合、カバーを取り外し、各ブレード列について、堆積物、機械的な異常、真の半径位置および垂直位置からのずれなどがないか注意深く検査する必要があります。また、ブレードのクリアランスを全周にわたって測定し、このクリアランスが平均的な動作最小値であることを確認する必要があります。クリアランスの寸法に疑問がある場合は、いかなる場合でも試験を実施しないでください。
図60
図60
タービンのダミーリング、すなわち高圧端のバランスピストンからの過度の漏れを防ぐリングは、試験前に特別な注意を払う必要があります。タービンのシリンダーとスピンドルの概略図を図60に示します。この図で、Aはシリンダーまたはケーシング、Bはスピンドルまたはローター、Cはブレードです。バランスピストンD、E、 Fには溝が刻まれており、3枚のブレード段にかかる軸方向のスラストを圧力でバランスさせる圧力ピストンが配置されています。シリンダー内の真鍮製ダミーリングGGは、溝から数千分の1インチ以内の精度で配置されています。 [114]図示のように、リングは溝に沿って回転します。これらのリングを旋削した後（旋削はリングをシリンダーにかしめた後行います）、各リングがそれぞれの溝壁に完全に固定され、運転時に溝壁とリング間のいくつかの小さな隙間が均等になるようにする必要があります。ダミーリングをこのように固定する優れた方法は、タービンスピンドルを蒸気下でゆっくり回転させながら、エメリーまたはカーボランダムの粉でリングを研磨することです。この条件下では、操作は高温下で行われるため、リングに生じる可能性のあるわずかな永久的な歪みも考慮されます。スピンドルをスピンドルに対して正しい位置に維持するタービンスラストブロックも、同様の方法で効果的に研磨できます。
ダミーリングは図61に拡大して示されており、その予備検査は次の方法で行うことができます。
スピンドルがセットされ、ダミーリングCはスピンドルダミー溝Dの壁d から数千分の1インチ以内に位置しています。許容されるクリアランスは、リングと溝壁の間にフィラーを配置することで測定できます。テストの前に、フィラーを所定の位置に保持したまま、スピンドルをゆっくりと回転させます。これにより、溝壁の機械的な欠陥や凹凸を検出できます。
図61
図61
実際の走行接触が過熱蒸気と摩擦の複合作用により溝壁が損傷するケースが時々ある。 [115]発生した場合、スピンドルは非常に著しく摩耗しており、摩耗は急速に崩壊する形で現れます。しかしながら、このような劣化は、スピンドルの鍛造に使用された鋼の品質のみに起因する可能性もあります。良質な低炭素焼鈍鋼であれば、かなりの摩擦に耐えられるはずです。いずれにせよ、どのような条件下でも摩耗は均一であるはずです。リングと溝の両方の表面状態が悪化している場合は、工具で削り取るほど摩耗していない限り、再研磨する必要があります。
ダミー漏れの問題はテスト中に非常に重要なので、漏れを最小限に抑えるためにスピンドルとシリンダーを互いに相対的に設定する方法と、それらの動作を記録する方法を説明することは賢明ではないかもしれない。 [116]長時間運転中。図62はスピンドルを示しており、Bはスラスト（半分に分割）であり、 そのリングOはスピンドルの溝付きスラストリングCに嵌合する。スラストブロックの各半分には、2つのラグDが鋳造されている。これらのラグの内面は機械加工されており、レバーEのボールエンドが嵌合する。レバーEはスラストベアリングカバーのFに支点されている。ブッシュ内で作動するネジGもスラストベアリングカバーに嵌合しており、レバーEの端部を押して、ブロックの個々の半分を反対方向に調整することができる。
図62
図62
タービンシリンダーの上半分が持ち上げられた後、スピンドルは下側のスラストブロックねじGによって下半分に対して相対的に固定されます。このねじは所定の位置に固定され、 [117]カバーを所定の位置に下ろします。この方法では、上部カバーを下ろす際に細心の注意を払う必要があります。さもないと、真鍮製のダミーリングが損傷する可能性があります。
より安全な方法は、ダミーリングをスピンドルの溝の中央に配置し、カバーを下げることです。接触の可能性は低くなります。タービンのブレード間には通常十分な横方向の隙間があるため、Gネジを軽く締めてスラストブロックを所定の位置に固定し、蒸気を供給してゆっくりと運転を開始すれば、極めて安全であると考えられます。
次に、スピンドルを必要な方向、すなわちダミーリングと溝壁が接触する方向に、非常に慎重に、そして徐々に動かします。実際に接触しますが、非常に軽い接触が生じるまでです。タービン内部の部品が擦れ合うことで発生するわずかな音は、金属棒の一端をダミーピストン付近のケーシングに当て、もう一端を耳に強く押し当てることで確認できます。このようにしてダミーリングとスピンドルの接触が確認されたら、スピンドルをネジで戻しますが、その量は最小限に抑えます。ほんの少し回転させるだけで接触を解消でき、必要なのはそれだけです。この操作を行う際には、スピンドルの軸方向移動中にスラストブロックの半分を調整し、スピンドルが軸方向に自由に動き、おそらくひどく振動するような遊びが生じないようにすることが重要です。
[118]ダミーリングの状態を確認した後、次に注意を払うべきはスラストブロックです。スラストブロックは、決して締め付け過ぎてはなりません。実際の要件は、スピンドルのスラスト溝の両側と真鍮製のスラストブロックリングの間に、ごく薄い油膜が循環できる程度、と言えば十分でしょう。言い換えれば、スピンドルの回転時にスラストブロックリングに加わる圧力とは無関係に、分割されたリングが過度に締め付けられているため、スラストブロックリングに実際の圧力がかからないようにする必要があります。スピンドルとスラストリングの間にかなりの摩擦が生じるというテスト結果は明らかです。
バランスピストンとダミーリングに関する上記の考慮事項は、ド・ラバル型およびラトー型の衝動タービン、そしてダミーリングを持たない複流タービンでは不要です。ブレードの状態とスラストブロックに関する同様の一般的な考慮事項は、特に後者のタービンに適用されます。ブレードクリアランスが比較的大きい、いわゆる純粋な衝動タービンの場合、予備的なブレード検査は、ブレードエッジと流路の機械的状態に焦点を当てるべきです。これらのタイプの蒸気速度は通常高いため、表面摩擦を最小限に抑え、渦流の発生を防ぐことが非常に重要です。
タービンのバルブからの蒸気漏れは、通常の全負荷運転中に過負荷バルブから漏れた場合を除いて、蒸気消費量に実質的な影響を与えない可能性があるが、徹底した [119]すべてのバルブの検査は、多くの理由から推奨されています。タービンでは、主蒸気入口バルブは通常、調速機によって自動的に操作されます。脈動型（蒸気を噴射して導入するタイプ）であろうと、非脈動型（絞り型）であろうと、すべての可動部と固定部間の摩擦を可能な限り小さくすることが同様に重要です。同様のことは、主調速機、および主調速機とタービンバルブを接続する繊細な伝達機構にも当てはまります。試験対象の機械に安全調速機または「暴走」調速機が装備されている場合は、次のステップに進む前に、必ず必要な条件下で試験する必要があります。この調速機の目的は、タービンが何らかの原因で通常速度を超えた場合に、タービンからのすべての蒸気を自動的に遮断することです。そのため、調速機は通常速度より約12～15%高い速度で動作するように設定されています。したがって、毎分約3000回転で回転するタービンは、例えば3500回転で停止しますが、これは「安全」速度の限界内です。
給油システムと給水システムの重要性
油の問題は重要であるため、可能であれば、公式または非公式の消費試験を行う前に、早い段階で解決する必要があります。タービン軸受への油供給が、タービンベッドプレートに油を貯蔵する自己完結型システムによって行われるか、別の油源から重力によって行われるかは、現状の問題には影響しません。調査すべき重要な点は4つあり、以下の項目にまとめることができます。
（a）パイプおよび仕切りの油漏れの検査。
（b）単位時間あたりに各ベアリングを流れるオイルの量の測定。
（ｃ）油中の水の兆候の検査
（ｄ）オイルベアリングの入口と出口の間の温度上昇の測定。
[120]重力やその他の独立したシステムによってオイルが供給されるタービンは、ベアリングへのオイルの出し入れを行うオイルパイプに容易にアクセスでき、必要に応じて修理できるという点で、通常の独立型機械に比べて有利です。一方、専用のオイルタンク、冷却室、ポンプを備えた機械は、システムの一部が必然的に視界から隠れ、さらに容易にアクセスできないため、この点ではやや不利です。しかしながら、いかなるシステムにおいても、漏れが生じた場合は、それを検知し、停止させる必要があります。
図63は、タービンベッドプレート内で油室と油冷却室が隣接して配置されている自己完結型油冷システムに特有の危険性を示すものである。ベッドプレートの一端のみが示されており、Bは油室Cと油冷却室Dを仕切る鋳鉄製の仕切りである 。この種の鋳物はスポンジ状になりやすく、この弱点に起因するトラブルは、2つの室間の漏れという形で現れる。もちろんこれは特殊なケースであり、ここで挙げた条件が同様の設計のプラントすべてに当てはまるとは考えにくい。油、特に油冷却室の容量は、 [121]高温の油は、ごく微細な孔から浸透することがよく知られています。したがって、油漏れに対処する際には細心の注意を払うよう推奨しますが、謝罪する必要はありません。
図63
図63
自己完結型システム、すなわちタービンの近くまたは下部にある貯蔵庫に貯蔵された油が、そのタービンのベアリングのみを通過してすぐに貯蔵庫に戻るシステムでは、重力式やその他の類似システムのような「全体」のシステムを循環する場合よりも油の劣化が早いことは、疑いの余地なく断言できます。後者の場合、油タンクは通常、タービンからかなり離れた場所に設置され、油冷却装置は比較的近接して配置されます。そのため、油回路の全長が大幅に長くなり、結果としてプラント全体の相対的な冷却能力が向上し、蒸発による油の損失が減少します。
[122]ベアリングを通過する油の量は、測定によって正確に把握できます。重力式のようなシステムでは、タービンを最大速度まで運転し、油を供給し、一定期間における貯蔵タンク内の液面低下を測定し、その断面積を乗じて消費油量を計算するだけで済みます。戻り油がベアリングを通過した後、抜き取ったのと同じタンクに戻る場合、当然ながら、試験期間中は、この戻り油を別の一時的な容器に迂回させる必要があります。システムが供給タンクと戻りタンクの2つを備えている場合（より優れた配置）、この追加作業は不要です。同じ方法は、個々のタービンがベッドプレート内のタンクから独自の油を汲み出す場合にも適用できます。前述のように、戻り油は一時的に供給タンクに戻るのを防ぎます。
ベアリングによる過剰なオイル消費の原因は数多くあります。回転するスピンドルに沿ってオイルが流れる際の経済的な平均速度と、ベアリングの中心から端に向かって減少する経済的な平均圧力があります。したがって、経済専門家の目標は、ベアリングあたりのオイル供給量を最小限にしながら、これらの量を適切に調整することです。そして、特定の要件を満たすために調整可能な主な要因は、環状オリフィスとして測定される複数のベアリングクリアランスと、ベアリングの直径です。
油システム内の水の存在を検出することは必ずしも容易なことではなく、この困難さは [123]大規模な回路では、油が流れていないときに水がシステムの最下部の部品やパイプに濾過され、通常はそこでは目に見えません。しかし、どのようなシステムでもかなりの量の水が存在すると、ベアリングやスピンドルに小さな球状の堆積物として現れ、最悪の場合には、石油本管から採取した少量のサンプルで水がはっきりと確認できます。この水を油から取り除く効果的な方法は1つしかありません。それは、システム内の油全体を数日間静止させ、その後、最下部に落ちた水を排出することです。システムから水を排出する簡単な方法は、回路全体に含まれる油をすべてフィルターに通し、そこからすべての水を除去できるタンクにポンプで送り込むことです。仮設タンクが手元にない場合は、重力式システムで使用されている通常の供給タンクの1つをこの目的に使用できます。必要に応じて、オイルを再度循環させる前にシステムのヘッダーと補助パイプを洗浄することができますが、これはかなり大規模な作業であるため、深刻な場合にのみ行う必要があります。
図64
図64
タービン内の循環油の温度上昇を、通常試験に割り当てられる限られた時間内で正確に、かつ恒久的に把握することはほとんど不可能です。100時間連続運転した後では、軸受出口の温度が、例えば20時間運転した後よりも低くなっている可能性があります。実際、相当な時間連続運転中に定期的に測定した油温曲線は、 [124]通常、長さは初期に最大値に達し、その後は運転中の残りの期間、わずかな変動しか生じない温度まで低下します。図64は 、24時間にわたる測定値からプロットした油温曲線を示しています。この場合、油システムは重力式で、タービンの出力は約6000キロワットでした。軸受は通常のホワイトメタル球状型でした。数百時間、あるいは数千時間に及ぶ長時間運転では、上記の推論はほとんど適用できません。このように長時間連続運転する場合、小型タービンで潤滑油を循環させる場合、過度の温度上昇とそれに伴う油質の劣化により、運転完了前に油の交換が必要になる可能性があります。このような条件下では、最終的な最大値、そしてほぼ一定の温度に達する前に、数回の温度変動が発生する可能性があります。この点に関して、 [125]しかし、得られる結果は、給油システムとタービンの全体的な機械設計と構造によって大きく左右されます。図63を参照すると、この設計の弱点、すなわち油タンクと水タンクが不必要に近接して配置されていることが一目瞭然です。
図65
図65
オイル温度計に適した温度計カップの設計を図65に示します。図で、Aはタービンベッドプレートの端面図、Bはタービンベアリング、C とDはそれぞれ入口パイプと出口パイプです。 [126]温度計の取り付け具は、ベアリングに可能な限り近い位置に取り付けられており、角張ったT字型の継手として作られており、オイルパイプはその両端にねじ込まれています。オイルカップとT字型継手の構造は、左側の詳細図に示されています。Aは鋼製のT字型継手で、これに真鍮製の温度計カップBがねじ込まれています。このカップの底部の中空部分の厚さは1/16インチ未満です。図に示すように、穴の上部は拡大されており、温度計の周囲には非導電性の材料が配置されています。カップ自体には通常、導電性の良い薄いオイルが充填されています。
タービンプラントの油系統には給水設備が付随しますが、小容量の単独の独立ユニット（給水設備全体が数本のコイルとパイプで構成される）においては、給水設備の重要性は比較的低くなります。しかし、多数の独立したユニットに外部から油と水を供給する大規模設備においては、給水設備は最優先事項となります。大型タービンユニットには、ベアリングや高温になりやすいその他の部品を冷却するための水が供給されることがよくあります。ベアリング冷却用の水は、個々のオイルクーラーの冷却作用を間接的に補助するものの、それ自体が独立した補助設備となるため、システムの複雑さが増します。しかし、注意深く構築された給水設備であれば、機械的な問題が発生する可能性は低いでしょう。より深刻な欠陥は、通常、設計固有の条件から生じるため、そのように対処する必要があります。
[127]
調査対象となるタービンの特殊機能
原動機本体を離れ、補助設備の検査に進む前に、タービンの一般的な動作に関するいくつかの特別な特徴を例示しておくのが適切でしょう。これらは検査担当者の責務です。機械が商用運転時に満たさなければならない特定の要件があります。その中には、タービンと駆動機械（発電機やファンなど）の両方に振動がないこと、タービンスピンドルから直接駆動されるタービン補助部品が問題なく動作すること、ウォームホイール、ポンプ、ファンなどの駆動媒体間の摩擦が最小限であること、そして、部品の発熱や過度の摩擦・摩耗につながることが多い構造上のわずかな欠陥などがあり、最終検査前にこれらを検出し、修正する必要があります。さらに、近年開発された多くの機械では、理論上の期待を満たさない設計上の特徴がしばしば見られますが、これらは実用的な整合性に基づいて再設計する必要があります。経験豊富な検査担当者の意見は、この時点で非常に貴重となることがよくあります。上記を説明するために、図1と図2を示します。66、67、68は、タービン部品、すなわちカップリングの進化における3つの異なる段階をそれぞれ表している。簡単に言うと、駆動軸と従動軸を接続する通常のカップリングは、接続 する2つのスピンドルが正確に一直線上にない場合、固着するようになる。したがって、タービンメーカーは、ある程度の許容範囲に対応できるフレキシブルカップリングを設計したいと望んできた。 [128]ユニット全体のスムーズな動作にまったく影響を与えることなく、2 つのスピンドル間の位置合わせが不十分です。
図66
図66
図67
図67
図66において、 Aはタービンスピンドルの端部、Bは発電機スピンドルの端部であり、駆動する必要がある。断面端面図から、両方のスピンドルの端部は四角形になっており、四角い穴が貫通するカップリングCが、図示のように両方のスピンドルの端部にぴったりとフィットしていることがわかる。この場合、カップリングとスピンドルのフィットは明らかに密接でなければならない。そうでなければ、かなりの摩耗が発生する。同様に明らかなのは、2つのスピンドルAとBのアライメントがずれると、カップリングに深刻な負担がかかり、カップリングが対応できないことで生じる他の多くの動作上の問題も発生するということである。 [129]ちょっとした調整不足自体が本質的な原因です。
図67に示すカップリングを見ると、 [130]ここでは、アライメントの問題に対処するのに非常に適したものがあることが分かる。タービン スピンドルAと発電機 スピンドルBはそれぞれ、端が円錐状になっており、このテーパー部分に、外周に歯の付いた円形のヘッドCとDが取り付けられている。半分に分割されてヘッドにかぶせられるスリーブ部品には、内径面に歯が切られている。ヘッドとスリーブの歯は、かかる可能性のある最大の圧力に歪みなく耐えられるよう、適切な比率に設計されている。歯の間に実質的に遊びはないが、ヘッドの外周とスリーブの内径の間には小さな環状の隙間があり、これにより、2 つのスピンドル間にわずかなアライメントのずれが生じても、カップリング スリーブEに歪みは発生しない。ナット FとG は、カップリング ヘッドCとDの横方向の動きを防止する。このタイプのカップリングは、あらゆる実用的な要件を満たす上で十分です。摺動スリーブとカップリングヘッドの間に許容されるクリアランスは、実際の使用で発生する可能性のある範囲をはるかに超える、相当な位置ずれにも対応できるほど十分に確保できるからです。おそらく唯一の欠点は、構造が単純ではなく、それに伴うコストの高さでしょう。
図68
図68
図68に示すタイプは、前述の2つの例よりも明らかに進歩しており、少なくとも理論的には、ほぼあらゆるスピンドルの動きに対応できる。タービンと発電機のスピンドルの端部Aと Bには、歯付きヘッドCとDが焼きばめされている。 [131]頭部はナットEとFで固定されています。この場合、歯は図のように拡大された端部に切り込まれています。半分に分割されたスリーブGが頭部に装着され、各半分に切り込まれた歯が対応する頭部の歯と噛み合います。すべての歯と歯面は放射状に切り込まれており、わずかな横方向の遊びが許容されています。
コンデンサー
前述のように、凝縮器と凝縮装置の配置は、ある程度、試験を実施すべきラインを決定する上で重要な役割を果たします。一般的に、プラントの局所的な特性は、試験担当者が一般的な方法を適用する上で、多かれ少なかれ制約となります。必要に応じて予備試験を含む徹底的な検査は、凝縮プラントの良好な動作にとって、その上部にあるタービンと同様に不可欠です。この検査の一般的な手順を概説し、異なるプラントのいくつかの特徴に注目することは興味深いでしょう。この目的のために、図69に垂直型凝縮器の一種を示します。その一般的な原理は、以下の説明から理解できます。
タービンからの排気蒸気はパイプ Tを流れ、図のように上部の凝縮器に入り、すぐに W内の水管と接触します。これらの水管は環状の領域を満たし、バッフルキャップBの下の中央の管のない部分が蒸気室を形成します。凝縮された蒸気は下部の管板Pに落下し、水ポンプHにつながるパイプSによって排出されます。YパイプEは凝縮器内の水面より上方で終端しています 。[132]乾燥空気ポンプセクションのパイプAに入ります。冷たい循環水はパイプIを通って下部の凝縮器に入り、水室Xに入った後、 チューブを通って上部の水室Yに上昇し、そこから出口パイプを通って凝縮器から排出されます。プレートPから抽出された蒸気は、凝縮器から排出される途中で、冷たい循環水に囲まれた冷却室 Dを通過することがわかります。これはもちろん非常に有利な特徴です。R には凝縮器のリリーフ弁があり、Uには水室のリリーフ弁があります。
図69
図69
[133]新しいコンデンサ、特にそれが新しく未検証の機能を備えている場合、最良の結果を得るには一般的にある程度の時間と忍耐が必要です。プラントのこの部分の弱点を見つける最も迅速かつ満足のいく方法は、厳密な負荷テストを適用する前に、さまざまな要素を個別にテストすることです。したがって、図69に示すようなコンデンサを扱う場合、注意深いテスト担当者は、徹底的な機械的検査に加えて、3 つまたは 4 つの個別の真空テストと水テストを実施するでしょう。これらのテストについて簡単に説明します。水テストは、チューブ、チューブプレート、水パイプなどから蒸気室または空気室への漏れを検出することを目的としているため、最初に実施する必要があります。
コンデンサーの水質検査
まず、凝縮器を徹底的に乾燥させます。特に、チューブの外側と底部チューブプレートPには注意を払います。次に、チューブとチャンバーに1～2時間水を循環させ、その後ポンプを停止してすべての水を排出し、内部を注意深く検査します。底部バッフルプレートより上のチューブから漏れた水は、最終的にバッフルプレートに堆積します。この漏れがあれば、必ず止めてください。そうしないと、消費量テスト中に測定される凝縮蒸気量が漏れ分だけ増加します。大型の凝縮器におけるわずかな漏れは、明らかに結果に深刻な影響を与えません。 [134]漏れが発見され、すぐに修理を行うのが適切でないと判明した場合の最も確実な方法は、指定された期間の実際の漏れ量を測定することです。その量が分かれば、消費テスト終了時の凝縮蒸気量からその量を差し引くことができます。
底部管板Pと管端の間に漏れが生じないことも同様に重要です。管接合部および管板周縁部の接合部の健全性は、水室Wと冷却室を事前に空にし、管板を水で十分に覆い、管板の裏側を観察することで検査できます。一定期間にわたって水漏れの程度を測定し、その後、その情報に基づいて測定値を調整するという方法は、必ずしも満足のいくものではないことを認めなければなりません。凝縮器内にかなりの水漏れがある状態では、いかなる試験も行わないでください。ただし、上記の方法は、試験実施中に凝縮器内の温度条件を通常の試験温度に可能な限り近づける限り、おそらく最も信頼性の高い方法と言えるでしょう。管内に塩水を使用する凝縮器は多く、このような場合には、凝縮蒸気に漏れる塩分や異物の量を検出する何らかの分析方法を用いるのが自然でしょう。しかし、近似値の結果のみが必要な場合を除き、このような方法は推奨されません。正確な結果を得るためには、海水中の塩分濃度の変動など、多くの理由が考えられます。 [135]水が流れる凝縮器チューブの温度は変化するため、特に純粋な塩分の漏れ率が比較的小さい場合には、分析に不確実性が生じます。
真空テスト
前述の簡単な予備水試験で凝縮器の動作が良好であることを確認した上で、試験者は真空試験に移ることができます。真空チャンバー内で漏れ箇所を特定するには、ろうそくの炎をすべての継ぎ目やその他の脆弱な箇所に当てるという、昔ながらの優れた方法があります。これは、大きな漏れ箇所を特定する上で非常に有効です。タービンジョイントとグランドが、内部の蒸気または空気の絶対圧力がわずかで、空気の侵入を防止できることが確認され、さらに、タービンケーシングが高温と低温に分かれてそれぞれ異なる温度になるという極めて重要な条件を満たしていれば、凝縮器単体で真空試験を実施できます。
この試験は3つの操作から構成されます。まず、エアポンプを用いて高真空状態を作り、これに達したら他のすべての機器との連通を遮断し、結果を記録します。2つ目の操作は、凝縮器管を循環する水を用いて上記の操作を繰り返し、この場合も結果を注意深く表にまとめます。3つ目の試験を行う前に、必要に応じてタービンを短時間運転し、凝縮器全体を十分に暖めておく必要があります。その後、凝縮器管を閉めます。 [136]あらゆるものとのコミュニケーションにより、真空状態がゆっくりと解消されます。
前述のテストを注意深く検討し比較することで、検討されている側面におけるコンデンサの能力が明らかになり、必要に応じて望ましい手順が提案されます。
[137]
VI. 蒸気タービンの試験[4]
[4]Thomas Franklin によるPowerへの寄稿。
消費試験用特殊補助植物
タービンの試験を実施する上で重要な点がいくつかあり、それらについて簡単に触れておきます。図70は、タービンの排気が表面凝縮器を通過する際の消費試験を実施するために必要な特別な補助設備の一般的な配置を示しています。凝縮器を出た凝縮蒸気は、パイプAを通ってポンプに送られ、その後、パイプB（通常はホットウェルにつながる）を通って主水弁Cを通って直接計測タンクに送られます。計測タンクに入るには、水は弁Dと Eを通過する必要があります。弁FとGは、必要に応じてタンクを迅速に空にするためのもので、入口弁よりも大きな口径になっています。入口管H Iは出口弁の真上に配置されているため、必要に応じて計測を行う前に、水は出口弁を直接通過し、そのすぐ上方で補助タンクまたは直接計測タンクに流れ込むことができます。 [138]ホットウェル。レバーKとレバーLはJとJを支点として、補助レバーを介してバルブスピンドルに接続されています。レバーKを引き下げると入口バルブDが開き、入口バルブEが閉じます。また、レバーLを引き下げると 出口バルブFが閉じ、同時に出口バルブ Gも閉じます。
図70
図70
消費試験中、バルブは次のように操作されます。レバーKを引き下げると、第1タンクへの入口バルブが開き、第2タンクへの入口バルブが閉じます。一方、下側のレバーLは引き上げられ、一時的に出口バルブ Fが開き、同時にバルブGも開きます。後者のバルブは、現時点では無視できます。タービンが始動し、凝縮された蒸気が [139]凝縮器に水が溜まり始めると、水はパイプを通ってポンプで送られ、第一タンクの入口バルブと出口バルブが両方とも開いているため、タンク内に水が溜まることなく排水口へと流れます。消費テストに必要な条件がすべて整うまでこの状態が続けられ、時間を注意深く記録した後、レバーLを素早く引き下げ、バルブ FとGを閉じます。こうして第一タンクは徐々に満たされ、一定時間（例えば15分）経過後、レバーKを押し上げて水流を第二タンクへと切り替えます。第二タンクが満たされる間に、第一タンクの水量が測定され、図示しない大きな仕切弁によってタンクの水が排出されます。
このように、2 つの測定タンクを交互に満たし、測定し、空にする操作は、所定のテスト期間が経過するまで続けられ、その時間中に凝縮した蒸気の量を表すタンク内で測定された総水量は、各測定で得られた量を合計することによって簡単に求められます。
このようなプラントで確実な結果を得るために必要なのは、その操作と構造における注意と正確さだけです。ほとんどの場合、通過した蒸気の量を測定するのではなく、凝縮した蒸気の重量を測定し、そこから重量を計算する方が望ましいことは間違いありません。容量法に頼る場合は、試験時間を大幅に長くし、可能であれば同時に蒸発した給水量も測定することをお勧めします。しかしながら、このような方法は、 [140]記載した配置からの変更はほとんど必要なく、根本的な変更も必要ありません。しかし、測定方法を採用する場合、検査者側で注意深い個人的な調査を必要とする最も重要な特徴は、タンクの目盛りです。容器に重量計の目盛りが付いていると、この作業が非常に容易になります。つまり、タンク内に水の実際の高さを示す垂直の目盛りを設置するかどうかに関わらず、いつでもタンクの実際の内容物の重量を作業員に即座に示す別の目盛りを用意することをお勧めします。検査者は、検査に使用する水を量って、この後者の目盛りの目盛りを確認する義務があります。
上記以外に、測定装置についてはあまり言及する必要はない。既に述べたように、結果の精度は、他のすべての場合と同様に、この点においても慎重な監視と健全かつ正確な構造に左右される。そして、試験者は、一方では徹底的な検査、他方では慎重な検討によってのみ、これを確実に保証することができる。
試験の手順（そしてこれにはある程度の限界があることが前提となる）は、ある程度、その時々の条件、あるいは特定の環境によって左右されることは容易に理解できるだろう。これは厳密に言えば真実であり、その結果、例えば製造業者の工場においては、最終的な操作現場でのみ得られるべき、指定された条件と一致するあらゆる条件を得ることはしばしば不可能である。このため、 [141]機械の最終的かつ重要な試験は、通常、原動機の運転上の動作を補助装置等に関して特定の方向に制限するものであり、機械が最終的に設置場所に設置されるまで保留しておくのが最善と思われます。機械がある程度標準化されていない限り、予備的な消費試験は必要となることは明らかですが、消費に関するこの基本的な要件が十分に満たされれば、他の方向に関する徹底的な試験を、条件がはるかに良好な現場で実施しない理由はないように思われます。
蒸気タービンの蒸気消費量が保証量を大幅に上回る場合、通常は改修工事でほぼ解決できます。しかし、機械の軽微な品質管理は、現場で、そして指定された条件下で、より容易に、そして通常ははるかに低コストで検査・試験できるため、現場に到着するまでは残しておくのが有利です。現場に到着すれば、欠陥や性能全般の欠陥がより迅速に検出・診断されることが明らかです。
テスターの視点からのテスト負荷
消費試験の実際の興味深い点を説明する前に、試験負荷に関するいくつかの考慮事項を試験者の観点から取り上げます。ここでも、私たちは周囲の状況によってある程度制限されることがしばしばあります。 [142]条件。消費テストを実施する際は、まず、できるだけ安定した状態を確保することに重点を置くべきである。 鉛多くの場合、状況によってはほぼいつでも安定した電気負荷が得られる可能性があります。一方、特別な設備を設置しなければ、いかなる種類の電気負荷も全く得られない場合があります。そのような場合、例えば水ブレーキによって得られるような機械的摩擦負荷が利用できる場合もあれば、容易に入手できる場合もあります。しかし、この種の負荷は小型機械には十分かもしれませんが、例えば5000キロワット以上の大型ユニットでは通常全く使用できません。大型蒸気タービンが電気プラント以外のものを直接駆動するために作られることは稀ですが、大型蒸気タービンと様々な種類のプラントを直接機械的に駆動することは、まもなく普及するでしょう。そのため、通常、メーカーの工場と運転現場の両方に電気負荷を得るための何らかの設備が存在します。
重要な考慮事項の一つは、発電所などに供給される最大級のタービン発電機に関するもので、検討する価値がある。例えば7000キロワットの発電機を標準的な電気試験法で試験する場合、メーカーの工場で試験を行うとすれば、相当の費用がかかることは明らかである。また、作業を発電所に移管し、そこに発電機を建設しても、この費用は大幅に削減されることはないだろう。 [143]水負荷を得るために必要な電気設備、または機械の定格全容量に応じて必要な負荷を運ぶのに十分な容量を持つその他の設備。
メーカーの工場と発電所のどちら側にも、十分な容量を持つ安定した電気試験負荷を適切に供給するための恒久的な設備が存在しないと仮定した場合でも、この場合、通常はあらゆる目的に対応できるほど十分に柔軟性のある代替電源が依然として存在します。これはもちろん、発電所の母線から得られる総変動負荷です。並列運転されている複数の機械のうち、1台が完全に安定した負荷を担い、後者は総変動量の一部であり、残りの機械は発生する可能性のあるすべての変動を受け、対処することが考えられます。機械が2台しかない場合でも、後者の場合、正規分布の両側の負荷変動率は前者よりも大きくなりますが、1台の負荷を比較的安定に保つことは可能です。これは、機械を並列接続した後、調速機によって制御されます。例えば、同じメーカーで同じ容量のターボ発電機3台が並列運転され、各機械が全負荷のちょうど3分の1を担っていると仮定すると、機械構造のわずかな違いを考慮しても、3台の機械の調速機の状態は同様であるとみなすのが妥当である。容量や構造が異なる3台の機械の場合でも、 [144]機械を並列接続した場合、調速機の状態は、互いに相対的にほぼ恒久的に固定されます。言い換えれば、各機械の負荷変動は同じであっても、調速機の状態の相対的な変動は一定でなければなりません。
しかし、前述の調速機制御システムを用いれば、3台の機械を並列に接続したケースを再び考えてみると、1台の調速機の感度を下げるだけで、残りの2台の機械でほぼ全ての負荷変動に対応することが可能です。1台の調速機は速度変化に反応しないため、その機械の負荷はほぼ一定に保たれます。この方法を用いれば、いずれの機械においても、負荷変動は通常の全負荷の両側で、例えば3%程度まで最小限に抑えることができます。
並列運転する複数の機械のうち、1台の機械に完全に安定した負荷を維持できる、より確実な別の方法があります。これは次のように実行できます。総容量20,000キロワットの発電所に、6,000キロワットの機械が2台、8,000キロワットの機械が1台、合計3台設置されているとします。そして、6,000キロワットの機械のうち1台に定常全負荷試験を実施したいとします。試験時間は6時間で、発電所の負荷変動条件は十分に分かっていると仮定すると、まず最初に行うべきことは、全機械にかかる総負荷が例えば8,000キロワットを下回らないような試験期間を選択することです。調速機にかかる張力は [145]次に、試験対象タービンのスプリングを調整し、各ピーク負荷時にタービンが最大通常出力に達するようにする必要があります。また、発電所の負荷が最小値に低下した場合でも、当該タービンからの負荷が6000キロワットを下回らないようにする必要があります。これらの条件下では、試験対象タービンの負荷は変動しますが、6000キロワットを下回ることはありません。したがって、タービンの通常の全負荷、つまり6000キロワットに等しい完全に安定した負荷を確保するために残された作業は、一定圧力で通過する蒸気が必要な負荷下で全速力を維持できる位置に主絞り弁または調速弁を固定することだけです。この方法を採用する場合は、調速弁スピンドルに簡単な高さ調整およびロック機構を取り付けることが望ましいです。指示電力計で読み取った負荷は、正しい値になるまで非常に正確に変更することができ、直接的または間接的に負荷の変化をもたらす可能性のある一般的な状況の変化が発生した場合は、必要に応じてさらに変更することができます。
タービンの試験準備
試験に関連するすべての準備作業が問題なく完了したので、あとはタービンを必要な条件下に置き、試験を開始するだけです。大型タービンの運転経験の浅い方のために、ここでは、このような機械が概説した目的のために始動しようとしているものと仮定します。
[146]タービンを起動する前に、必ずすべての補助設備を稼働させるように徹底することをお勧めします。タービン設備の取り扱いにおいては、以下の手順でいくつかの作業を実施します。
（１）全てのベアリングとオイル室を通してオイルを循環させる。[5]
（２）凝縮器循環水ポンプを起動し、凝縮器の配管を通して循環水を連続的に循環させる。
（３）凝縮器ホットウェルから計量タンクに凝縮蒸気を送るポンプの始動。
（４）エアポンプを始動し、コンデンサー内の真空度を可能な限り高くする。
（５）タービングランドのシールは液体式でも蒸気式でも行うが、この時点ではシール液の量を調整する必要はない。
（６）水量タンクのバルブおよび水量タンクにつながるバルブの調整。
（７）主排気弁またはタービンと凝縮器間の弁を開く。
（８）タービンを始動し、ゆっくりと速度を上げていく。
（９）荷重の適用およびグランドシール蒸気の調整。
[5]オイルポンプが通常タービンスピンドルから駆動される自己完結型システムでは、これは当然不可能です。しかし、重力式および類似のシステムでは、常に最初にオイルポンプを作動させる必要があります。前述のオイル消費量試験を実施した結果、ベアリングを通過するオイルの総流量を最小限に抑えるための適切な手段が講じられているものと想定されます。
大型ターボ発電機の高速運転 [147]これには相当の注意が必要であり、常にゆっくりと行う必要があります。つまり、加速速度はゆっくりと行う必要があります。重量物の振動は、その上に置かれている基礎の同期振動または非同期振動を伴うことはよく知られています。装置と基礎の完全な同期に最も近づくには、速度を徐々に上げていく必要があります。機械を急激に加速させると、臨界速度を超えた後、目に見える振動はほとんどなく安定しますが、数時間後に、明らかな原因もなく突然激しく振動し始めることがあります。このような事態が発生する可能性は、ゆっくりと慎重に加速させることで最小限に抑えられます。
試験対象となる機械が並列運転されている複数の機械のうちの1台であるか、または一定の水負荷で運転されている単一の機械であるかにかかわらず、後者はいずれの場合も全負荷に達するまで徐々に負荷をかけていく必要があります。その後、可能であれば2～3時間の予備運転を行い、その間に試験要件に従って条件を調整するための十分な時間を確保する必要があります。試験者は、この試運転の最後の1時間の間に、記録計を複数の位置に設置し、少なくとも短時間は、正しい試験間隔で完全な一連の測定値を取得することをお勧めします。これは、特に電気水、過熱、および真空の測定値に当てはまります。ターボ発電機の場合、電気負荷の安定性によって、電気およびその他の測定値の取得頻度が決まる場合があります。完全に安定した水タンクでは、 [148]例えば、標準的な計器ですべての電力計、電圧計、電流計を1～2分間隔で読み取れば十分でしょう。しかし、たとえわずかな変化であっても、負荷が変化している場合は、30秒間隔で読み取る必要があります。
もちろん、水量測定は適切な間隔で実施できますが、その時間は測定タンクの大きさや計量機の容量によって決まります。測定装置を設計する際は、経済的かつ実用的な範囲内で、必要な計量または測定の総回数を最小限に抑えることを目標とする必要があります。したがって、この場合、個々の計量または測定間の厳密な間隔を定めることはできません。ただし、5分未満の間隔で測定を行うことは望ましくないと言えます。通常の状況では、蒸気圧、真空（水銀柱や気圧計を含む）、過熱、および温度の測定は、3～5分間隔で十分です。
グランドとホットウェルの調整
試験中は、多かれ少なかれ常に注意を払う必要がある非常に重要な点が2つあります。それは、グランドとホットウェルの調整です。ここでは、グランドを密閉するために蒸気または水が供給されるものと仮定します。タービンに供給される蒸気はすべて、ホットウェルの内容物を膨張させ、その結果、 [149]総蒸気消費量。通常の蒸気グランドは、実際には圧力グランドである。タービンケーシングの両端には環状のチャンバーがあり、タービンスピンドルがケーシングを貫通する箇所を囲んでいる。このチャンバーの両側には多数の真鍮製リングがスピンドルを取り囲んでおり、スピンドルとリングの間にはごくわずかな隙間しかない。蒸気はわずかな圧力でグランドチャンバーに入り、タービンケーシング内が真空状態にある場合、内側に流れようとする。しかし、グランド内の圧力は外部の大気圧を超えるまで上昇し、この圧力を維持することで、グランドから空気がタービン内に入り真空を破壊することは不可能となる。蒸気供給グランドを備えたタービンの試験を行う際には、上記の原則を念頭に置く必要がある。グランドの蒸気消費量を最小限に抑える観点から、おそらく最善の対策は以下の通りである。
予備的な非試験運転では、真空度を上げながら両方のグランドに全蒸気を供給し、タービンがしばらくの間全負荷になるまで維持します。この時点で真空度はおそらく最大値に達し、おそらくそれよりわずかに低い値まで低下しているでしょう。他の条件も一定であれば、真空度はその高さに留まると予想されます。グランドからの蒸気は、グランドから排出される蒸気の量がほとんど感じられなくなるまで徐々に止めなければなりません。この操作によって真空度が少しでも低下することはありません。徐々にグランドからの蒸気を遮断することで、 [150]グランドボックスから蒸気蒸気が全く出なくなるまで、さらに蒸気量を減らし続ける。この蒸気量減少は、真空度が影響を受けるまで続け、真空度が元の高さに戻るまで蒸気量を減らす。この段階で蒸気量を減らし、グランドに流入する蒸気の量をごくわずかに増加させる。グランドに流入する蒸気量は、試験条件下で必要な最小限の量であり、試験中は可能な限り一定に保つ必要がある。グランドに流入する蒸気は実質的にすべてタービンに吸い込まれ、そこから凝縮器に送られる。したがって、この状況下では、この蒸気源による蒸気消費量の増加も最小限であると想定できる。
前述の質問に重要な関係があり、調査するのが試験者の義務の 1 つである機械的特徴が 1 つあります。これは図71に示されており、タービン スピンドルがケーシングを突き抜けて突出しています。グランド ボックスは、図に示すようにケーシング内に挿入されます。グランド ボックスにかしめられた真鍮リングA は、環状蒸気空間S の両側でシャフトを取り囲んでいます。タービン スピンドルとリングAの間のクリアランスは、チャンバー内に必要な圧力を維持するために必要な蒸気量を決定する上である程度重要な役割を果たしているため、このクリアランスは最小限に抑える必要があることは明らかです。クリアランスが不必要に大きいと、グランドの蒸気消費量が比例して大きく増加し、逆もまた同様です。
図71
図71
タービングランドが水で密封されると、 [151]タービン内、そして最終的には凝縮器ホットウェルに漏れる水を測定し、テスト終了時にホットウェルの内容物から差し引く必要があります。
上記の説明は、グランド供給水がホットウェルから引き出され、ホットウェルに戻される場合、またはホットウェルから配管で接続される場合は適用されません。その場合、グランド供給に使用される水はすべて計測タンクから取り出され、同じまたは次回の計量・測定に間に合うように再び戻されると仮定できるため、補正は必要ありません。
[152]
一般的な考慮事項
試験実施中に常に念頭に置くべき主要な基本事項がいくつかあります。その中には、真空、過熱、初期蒸気圧、そして既に述べたように負荷の変動の影響があります。こうした変動によって必要となる補正を決定するための多くの規則があります。例えば、規定温度より華氏9度（華氏9度）以上または以下であれば、効率は約1%増加または減少するとよく考えられています。過熱の場合、蒸気消費量の増減率は、真空の場合など他の場合よりも確実に計算できる可能性がありますが、その増加は過熱の変動のみに起因するとは言えません。言い換えれば、試験対象となる個々のタービンの個体差は、たとえそれがわずかであっても、得られる結果に必ず何らかの影響を与えます。
これらの指摘は、真空に関して特に当てはまります。ここでも法則が存在し、その一つは、真空度が1インチ増加するごとに、タービンの蒸気消費量がキロワット時あたり約0.5ポンド弱増加するというものです。しかし、少し考えてみると、こうした法則が一般に適用できるほど全く信頼できないことがわかります。例えば、多くの機械が試験された結果、水量の増加は一定から大きくかけ離れていることが実証されていることはよく知られています。例えば、試験された機械では、 [153]おおよそ次の結果が得られます。テストの目的は、真空状態の 1 インチ減少あたりの水量の合計増加量を見つけることです。
27インチから26インチでは4.5パーセント。
26.2インチから24.5インチまで、2.5パーセント。
これは、増加率がどの程度変化するかを示しており、機械の種類やサイズが異なれば変化も異なる可能性が高いことを念頭に置く必要があります。
したがって、試験者が推論の根拠とできるような、信頼できる経験則は存在しない。満足のいく結果が得られる唯一の方法は、観察対象のタービンに対して一連の予備試験を実施し、そこから必要な情報をすべて導き出し、最終的な公式試験の際に参照できるよう、一連の曲線に永久的に記録することである。
結論として、特定のタービンメーカーの性能を概説した公開試験の多くは信頼性に欠けることを認めざるを得ません。蒸気経済の観点から、いかなる機械の能力を正直に判定するには、時間と、公平かつ正確な監督が必要です。「浮動量」といった資産、非常に良好な条件下での短時間の試験、そして適切な規定条件下で試験を実施するという重要な必要性を無視することで、一見非常に満足のいく結果を得ることは比較的容易ですが、別の条件下では全く逆の結果になる可能性があります。しかしながら、これらの考慮事項は試験装置そのものに値しません。
[154]
VII. 蒸気タービンの補助装置[6]
[6]Thomas Franklin によるPowerへの寄稿。
ジェットコンデンサー
図72に示すジェットコンデンサーは、タービンへの設置に非常に適しています。このタイプは、より一般的なジェットコンデンサーや表面型コンデンサーほど広く採用されていないため、その一般的な構造と、試験に関連するいくつかの特徴について簡単に説明しておくと興味深いでしょう。
図72
図72
図を参照すると、Cはメインの凝縮器本体です。排気蒸気はパイプEを通って左側に入り、凝縮水は反対側のパイプDを通って排出されます。凝縮水は短い円錐形のパイプPを通って円筒形のチャンバーWに入り、噴霧コーンSに直接降り注ぎます。この噴霧コーンの高さは、ピストンRの下にあるスプリングTの張力によって決まります。ピストンRはスピンドルLによってコーンに接続されています。チャンバーW内の水圧が上昇するとスプリングが圧縮され、噴霧コーンが下降して、傾斜面との間の開口部が増加します。 [155]チャンバーWの下壁をピストンRが覆うことにより、より多くの水が噴霧される。ピストンRは、上部の蒸気室 Vへの水の侵入を防止する。以上のことから、この凝縮器は逆流型であり、流入した蒸気は噴霧された水と直ちに接触することがわかる。多孔ダイヤフラムプレートFは蒸気をチャンバーVに上昇させ、そこからパイプAを通ってエアポンプに引き込まれる。リリーフバルブUは、蒸気の過剰な蓄積を防止する 。[156]蒸気室内の圧力を制御するバルブで、このバルブは明らかに精密な構造になっており、内部圧力が大気圧よりわずかに高くなると開くようになっている。凝縮した蒸気と循環水は一緒にパイプ Bを通って井戸Zに送られ、そこから一部が給水として運び出され、残りは冷却されて再びコンデンサーに送られる。どのような状況でも、エアポンプが作動しているかどうかに関わらず、コンデンサー内の蒸気の一定の割合が常にパイプBを通って運ばれ、この作用だけで部分的な真空が生成され、エアポンプの働きが容易になる。実際には、エアポンプを閉じた状態でかなり高い真空を維持でき、落下する水の間接的なポンプ作用だけでコンデンサー本体の内容物を希薄化できる。コンデンサーは循環水ポンプの 40 フィート以上上方に設置するのが通例であり、循環水ポンプは通常タービンの数フィート下に設置される。
注目すべき機能
このタイプのコンデンサを操作する場合、動作中に事前の検査と調整が必要となる最も重要な機能は次のとおりです。
（a）循環水調節
（ｂ）噴霧機構の全ての機械部品の自由度。
（ｃ）安全弁の調整
（ｄ）水冷装置
しかし、テスターは、 [157]運転開始前に、凝縮器とその補助装置の実際的な調査を実施します。
凝縮器本体および凝縮器とタービン間の排気配管について、予備的な真空テストを実施する必要があります。そのためには、循環水管Dに凝縮器の高さまで水を満たします。また、安全弁も水封する必要があります。これにより、既存の漏れを特定し、停止することができます。
実用的な限界内でコンデンサーを可能な限り密閉した後、再び真空状態に戻します。同じ部品を密閉した状態で、例えば10分間ゆっくりと真空状態を下げていきます。次に、安全弁を水封せずに、同じ時間で同様のテストを実施します。上記の2つのテストにおいて、異なる条件下で、真空度がインチ単位で等しく低下するのに要した時間を比較することで、安全弁からの漏れの程度が明らかになります。前述の2つのテストにおける真空度の低下は、いかなる形でも加速されてはならず、あらゆるシステムに必ず存在するわずかな漏れによって生じるものであることを付け加えるのは不必要でしょう。
比較的安定した負荷で、凝縮される蒸気量の変動が小さい場合、必要な循環水量を調整するには最適な条件となります。当然のことながら、必要最低限の水量を超えて過剰に水が供給されても、凝縮器内の圧力条件には影響しません。しかし、ホットウェルから取り出す水量は増加します。 [158]そして、ついでにそこで温度が下がるので、給水がエコノマイザを通過するかどうかにかかわらず、経済的な観点からは望ましくない。したがって、目指すべき経済的な循環水の最小量があり、前述のように、通常の負荷でタービンを運転し、メインバルブとスプリングTの張力を調整して循環水の流れを調整することで、最も効果的に達成できる。異常な状況、たとえばエアポンプの故障や突然の重大な漏れなどが発生した場合は、必要に応じてメインバルブをさらに開き、スプリングの張力を手動で緩めることによって、循環水の量を増やすことができる。または、スプリングの張力は、真空が低下した直後に自動的に変更される可能性がある。
試験者がまず確認すべき事項の一つは、噴霧機構の可動部が完全に自由であることです。これを実現するために、スプリングを除く部品は真鍮などの耐腐食性金属で製造するのが一般的です。均一な水流を確保するため、噴霧コーンはすべてのチャネルにおいて完全に清潔でなければなりません。また、後述するように、安全弁の設定と操作にも細心の注意を払うことが重要です。このような弁の明らかな目的は、凝縮器内部の圧力が大気圧よりもはるかに高く維持されるのを防ぐことです。この目的には、慎重に設計されたゴム製のフラップ弁、あるいは大型のフラップ弁が効果的に機能することが分かっていますが、 [159]より堅牢な構造のバランス型バルブの方が望ましいと思われます。
リリーフバルブの重要性
タービン設備における安全弁の問題は重要であり、ここでもう一つの重要な安全弁、すなわちタービン大気圧弁とその機能について触れておくのが適切でしょう。一般的に理解されているように、この弁はタービンと凝縮器の間に配置され、何らかの原因で凝縮器内の圧力が大気圧を超えると自動的に開き、排気蒸気を大気または別の凝縮器へ排出します。
蒸気タービン、凝縮器、排気管の一般的な配置図は、 図73凝縮器の近くの排気管Bには、自動大気開放弁Dが接続されており、そこから排気管Eが大気に排出されます。タービン安全弁はFで示され、凝縮器安全弁はGで示されています。タービンと凝縮器の間にある主排気弁はHで示されています。ここには 3 つの独立した安全弁があります。1 つはFで、タービン内の過剰な圧力を防ぐものです。2 つ目は Dで、大気への通路を開く大気弁で、過剰な圧力が蓄積されるのを防ぐほか、凝縮器本体とチューブの温度を低く保つのにも役立ちます。3 つ目は凝縮器安全弁Gで、必要に応じてタービンからすべての蒸気を排出できる必要があります。
図73
図73
[160]このようなプラントが順調に稼働していると仮定すると、条件は必然的に次のようになります。バルブF、D、Gがすべて閉じ、バルブHが開きます。循環水が突然失われたために、真空がゼロになったとします。凝縮器はすぐに蒸気で満たされ、わずかな圧力が生成され、3つのバルブのうち最も低い圧力で噴出するように設定されているバルブがその圧力で噴出します。このような状況では、最初に開くバルブは大気圧バルブDであることが望ましいです。こうすることで、作業員が手動またはモーターで操作するメインの排気バルブ H を閉じるまで、凝縮器は大気圧の蒸気で満たされたままになります。作業員は、凝縮水の循環を再開する前に当然、メインの排気バルブHを閉じます。ここでも、設備が初期条件で稼働しており、大気圧バルブDとH以外の残りのバルブがすべて閉じていると仮定します。
同様の原因で真空度が再びゼロに低下し、さらに大気圧弁Dが自動的に作動しなくなったと仮定する。排気蒸気を通過させることができる弁は、タービンとコンデンサの安全弁FとGのみである。タービン本体の排気圧力は、負荷変動により、コンデンサ内の比較的一定した小さな絶対圧力よりもかなり大きな範囲で変動するため、これら2つの安全弁の設定において、この要因を考慮する必要があることは明らかである。言い換えれば、タービン安全弁を次のように設定することが当然の帰結となる。 [161]凝縮条件のみを考慮した場合でも、凝縮器の安全弁よりも高い圧力で吹き出す必要がある。したがって、この2番目の仮定の場合、大気弁が閉じられ、機能しなくなると、タービンが停止するか、以前の経路を必要とせずに循環水が回復するまで、排気は凝縮器を介して行われる必要がある。
もう一つ、想定し得る稀なケースがあります。それは、凝縮器内の真空が完全に失われた際に、大気逃し弁と凝縮器逃し弁の両方が同時に開かなくなるというものです。その場合、排気はタービン逃し弁Fから吹き出され、プラントが停止するまで続きます。
前述の条件は実際にはほとんど起こりそうにありませんが、凝縮器の安全性を絶対的に確保するためには、タービン安全弁を比較的低い圧力、例えばゲージ圧で40ポンド程度で開くように設定する必要があることは一目瞭然です。これよりはるかに低い圧力に設定すると、タービンが非凝縮運転状態にあるとき、そしてタービン排気端の圧力がしばしば大気圧よりも高いときに、漏れが生じる可能性があります。したがって、あらゆる観点から、システム内のすべての安全弁を綿密に検査し、試験前にこれらの弁が適切な相対圧力で開くように設定されていることを確認することをお勧めします。
大気排出バルブに加えて、コンデンサーに大きな安全バルブを設置するという慣行は決して一般的ではないことを認めなければなりません。 [162]表面凝縮が採用されている場合、後者のバルブは、迅速に操作される主排気バルブと連動して機能することで十分であると考えられることが多い。同様に、図72に示すような気圧凝縮器では、大気排出バルブD (図73参照) が省略されることがある。しかし、この方法は好ましくない。タービン内の真空が失われると、すべての排気蒸気が凝縮器本体を通過するか、真空が回復するまでプラント全体が停止しなければならないからである。しかし、そのような場合には気圧凝縮器のシンプルな構造が大きな利点となり、高温の蒸気が凝縮器を通過しても、表面凝縮器の場合のように部品がひどく歪んだり歪んだりする可能性は低い。
[163]プラントにこのような設備を追加することの妥当性については、運転条件を含むすべての条件が十分に把握されている場合にのみ、公平に判断できます。例えば、図72に示すように、大型タービンが大きく変動する負荷で運転され、凝縮器に排気され、さらに十分な予備設備がバックアップされていると仮定すると、当然のことながら、大気弁と凝縮器の間に必ず設置される主排気弁に加えて、凝縮器リリーフ弁と大気弁の両方を設備に設置することが推奨されます。さらに、給水、循環水の状態、ポンプの形式など、この問題の解決に必然的に影響を及ぼす他の考慮事項もあります。したがって、一般化はやや不適切であり、最終的な設計はいずれの場合も、一般的な原則と現地の条件のみに依存します。
テストに必要なその他の機能
あらゆるタイプのコンデンサとその付属機器に関して、試験中に最良の結果を得るためには、いくつかの必要な検査と操作を実施する必要があります。手順は周知の事実であり、厳格な手順は不要であるため、ここでは概要を説明するだけで十分です。具体的には、以下の項目が含まれます。
（１）エアポンプの徹底的な検査、可能であれば同様に図面の慎重な検査[164] 全負荷運転時にそこから空気が排出されます。また、配管、そしてエアポンプとコンデンサー、あるいはその他の補機間の接続部についても綿密な点検が必要です。この点検では、エアパイプの配置、長さ、コンデンサーとエアポンプからの高さ、排水設備などを確認することをお勧めします。これらの情報は、後日発見される可能性のある欠陥を修正するために必要な手順を決定する上で役立つ可能性があります。
（2）表面凝縮器においては、凝縮蒸気を計量タンクまたはホットウェルに送出するポンプの点検、ならびに凝縮器とポンプ間の配管、およびポンプと計量タンク間の配管の点検を行う。これらのポンプが遠心式である場合は、蒸気消費試験を行うために、可能な限り均一な送出を確保することが不可欠である。
（3）タービンからの排気が気圧式凝縮器に流れ込む際の消費試験において、消費蒸気量を試験期間中のボイラー内での蒸発量で測定する場合、給水計量器またはタンクとボイラー間の給水管の点検に時間を割く必要がある。図72に示すようなプラントの運転条件と類似した条件下では、必要なボイラー給水はホットウェルから供給され、ホットウェルの残りの内容物は水冷器または塔を通してポンプで送られ、凝縮器を循環すると考えられる。最良のシステムであっても、少量の油が排気管に漏れる可能性がある。 [165]蒸気は温水井戸へと送られます。例えば木製の導管を通って計量タンクまたはメーターまで送られる際、この水はおそらく複数のフィルターを通過するでしょう。これらのフィルターの効率は十分に保証されなければなりません。プラント全体の効率試験ではなく、単純なタービン蒸気消費量試験を行う場合、測定対象の給水をエコノマイザーに通すことは稀です。特殊な状況下で後者の経路が必要となる場合は、すべてのエコノマイザー配管を注意深く検査する必要があります。
（4）すべての温度計ポケット、蒸気計および温度計の穴などを、清潔さ、スケールの蓄積がないかなど、非常に注意深く検査する。
特別な補助剤が必要
植物のより永続的な特徴に関連した興味深い点と重要な点を概説した後、テストを実行するために必要な特別な補助装置の準備と取り付けに移ります。
図74
図74
原動機と補機の両方で最初の試験を行う際には、膨張過程の重要な段階すべてにゲージを設置し、各種圧力を記録し、後に実際の必要圧力と比較するのが通例である。タービンの場合、これを行うには、各膨張室に通じるカバーに穴を開け、それぞれの穴に短い蒸気管（できればループ状のもの）をねじ込み、タービンのもう一方の端に取り付ける必要がある。 [166]図74はタービン設備全体を図式的に示し、蒸気の経路に沿って圧力計を設置することが望ましい様々な箇所を示しています。図には高圧蒸気管やタービンバルブは示されていません。これらの箇所については、主止弁の直前と直後に蒸気ゲージを配管内に配置することが望ましいでしょう。こうすることで、バルブの両側の圧力低下を検出できます。これを明確に示すために、図75にタービンのバルブと、それらに接続されたゲージの位置を示します。 主止弁Aの両側にある2つのゲージEとFは、 [167]また、図に示されています。小型タービンの場合は手動で操作されるバルブを通過した蒸気は、次に自動停止弁 B（タービンが通常よりも高い所定の速度に達した場合に自動的に蒸気を遮断する機能）と蒸気ストレーナCを通り、最終的に調整弁Dからタービンに入ります。図に示すように、ゲージGとHもストレーナの両側に取り付けられており、ゲージEとFとともに、最初の 2 つのバルブと調整弁の間の圧力低下を検出できます。通常の状態、つまりすべてのバルブが開いている場合は、調整弁の入口まで蒸気の絞りは発生しないはずなので、蒸気入口とこの点の間の圧力低下は、内部のワイヤの引き抜きによって生じたものであるに違いありません。図のようにゲージを配置することで、このワイヤの引き抜きが得られる圧力にどの程度影響するかを知ることができます。
図75
図75
変動負荷時および通常および安定した全負荷時でも、蒸気は調整弁Dを通過した後、多少なりとも圧力が低下します。ゲージI [168]したがって、バルブとタービンの間に（できればバルブ自体に）圧力ゲージを配置する必要があります。 図74に戻ると、ゲージA、B、C、D、Eは、第 1、第 2、第 3、第 4、第 5 膨張部に接続されています。また、ブレードのないタービンおよび排気スペースにはF が、メイン排気バルブE の直前の排気管にはG が配置されています （図73を参照）、コンデンサーに接続されたHが配置されています。最大負荷で凝縮すると、 A、B、C は すべて大気圧より高い圧力を示す可能性がありますが、ゲージD、E、F、Gは大気圧より低い圧力を示すことになり、この目的のために真空ゲージが使用されます。一方、負荷が変化し、その結果として初期圧力が変化すると、1 つまたは 2 つのゲージがある瞬間に圧力を示し、別の瞬間には真空を示すことがあります。したがって、これらのポイントには、圧力と真空の両方を記録できる複合ゲージを配置する必要があります。しかしながら、各段階における圧力は絶えず変化するため、圧力計はそのような変化を記録するための最も信頼できる計測器とは決して言えません。指を絶えず振り回すため、特定の瞬間における正確な読み取りが困難になり、ある程度信頼性が損なわれるだけでなく、それに加えて、比較的短時間でゲージ管内部の温度と圧力の急激な変化がゲージ管を恒久的に歪ませ、ひいてはゲージの精度を完全に損なうことになります。比較的安定した圧力を記録する最良の鋼管ゲージであっても、この管の歪みは避けられないことはよく知られています。 [169]場所。したがって、ゲージが急速に変化する圧力を計測する場合、このようなゲージチューブの劣化が早まることは容易に想像できます。そのため、あらゆるゲージは、動作条件に関わらず、短い間隔で慎重に試験および調整することが望ましいのです。変動する負荷で稼働するタービンの異なる膨張における複数の圧力を確実に計測したい場合は、内部の圧力と温度の急激な変化の影響を受けない、何らかの外部スプリングゲージ（この目的には一般的なインジケータが適していることが分かっています）を使用して計測することが望ましいでしょう。
ゲージの測定値を非常に重視する必要があるため、試験者は試験中に使用するすべてのゲージを試験し、校正し、必要に応じて調整することが望ましい。これは標準的なゲージ試験装置を用いて行うことができる。この方法によってのみ、試験結果の精度に完全な信頼を置くことができる。
同様に、ゲージの接続と配置、およびタービンケーシングで行われる真空テストと同時に実行できる漏れの予備テストを個人的に監督することも彼の義務です。
温度計が必要な場所
上記と同様に重要なのは、試験中に使用されるすべての温度計の校正と試験の必要性である。可能であれば、 [170]事前に試験済みの新しい温度計を、高温箇所すべてに設置する。簡単にまとめると、蒸気・凝縮プラントのシステム全体において温度計を設置する必要がある箇所は以下のとおりである。
（１）ボイラーの蒸気管内の過熱装置から出る部分に温度計を設置する。
（２）主止弁直前の蒸気管内（図７５のＥ点付近）
（３）主調整弁本体（I、図75参照）の入口側。
（４）タービン側の主調整弁本体内にあり、弁を通過した蒸気の温度を記録する。
（５）蒸気タービンの高圧室内において、蒸気がブレードを通過する前の温度を示す。
（６）排気室内で、最後の列のブレードから排出される蒸気の温度を示す。
（７）コンデンサー付近の排気管内
（８）コンデンサー本体内
（９）凝縮器に近い循環水入口パイプ内。
（１０）凝縮器に近い循環水出口管内。
（１１）凝縮器に近いエアポンプの吸入管内。
（１２）エアポンプの吸引パイプ内をエアポンプの近くに置く。
重要なポイントに、直接的または間接的に影響を及ぼす測定値を配置することはお勧めできません。 [171]消費量に応じて、通常の化学温度計 1 台とゲージ型温度計 1 台など、2 台の温度計を配置します。これにより、温度計が 1 台しか配置されていない場合に生じる可能性のある疑念を排除できます。
変動負荷下での消費試験中に、温度を連続的に測定しようとする明確な理由は見当たりません。定常負荷試験で記録された温度は非常に高い信頼性で得られますが、変動負荷下ではあらゆる点で温度が常に変化するため、これは不可能です。これは言うまでもなく、温度記録機器がどのようなクラスに属していようとも、状態変化への応答が遅いという性質によるものです。実際、大きく変動する負荷下で稼働するシステム全体の状態を正確に測定できる可能性は非常に低く、したがって、そのような条件下で得られた数値に大きな信頼を置くことはできません。
いくつかの簡単な計算を行えば、試験者は蒸気消費量試験における計量タンク、配管などの特別な要件を把握できます。試験対象のタービンの出力が3,000キロワットで、保証蒸気消費量が例えば1キロワット時あたり14.5ポンドであると仮定すると、試験者は1時間あたりの総水量（この場合43,500ポンド）を計算し、その量に対応できる計量タンクまたは計量タンクを設計します。もちろん、過負荷要件を考慮したタンク容量の余裕も考慮します。
[172]
VIII. 蒸気タービン補機のトラブル[7]
[7]Walter B. Gump 氏によるPowerへの寄稿。
これから説明する事例は、7 台のクロスコンパウンド復水式コーリス エンジンと 2 台のカーティス蒸気タービンを備えた蒸気プラントに関するものです。後者はそれぞれ 1,500 キロワットの容量で、それぞれ表面復水器、ドライ真空ポンプ、遠心ポンプ、ホットウェル ポンプ、循環ポンプに接続されていました。図解 (図 76) には、元の配管レイアウトが実線で示されています。元々は往復動型のプラントであったため、タービンに割り当てられたスペースを適切な設置に適したものにすることは困難でした。その結果生じたトラブルは、タービン プラントの要件を満たせなかったことによる完全に当然の結果であり、ここでの説明は、企業のトップが技術的助言や常識を無視して状況の制御に固執した数多くの例の 1 つにすぎません。
図76. タービン補助装置と配管
図76. タービン補助装置と配管
循環ポンプが保証を満たさない
平面図を見ると、両方のタービンの凝縮器には、 [173]同じ供給管から冷却水が供給されている。つまり、1号凝縮器につながる吸込管と吐出管は、2号凝縮器を考慮せずに最初に設置された2号凝縮器からの単なる分岐である。1号凝縮器が設置された当時、地下階から1階まで、凝縮器の正面に面する平面に柱列が伸びていた。図面に示されている柱Pは、1号凝縮器と2号凝縮器が直接接続されないように配置されていた 。[174]遠心循環ポンプと凝縮器入口。遠心ポンプは垂直型高速エンジンに直結されており、その連結部は立面図のEに示されている。
柱を一切取り外すことなくエンジンとポンプを収容できるよう、あらゆる可能性を検討した結果、最終的に図に示す配置が採用されました。P柱は元の位置に残し、ポンプから凝縮器まではS字接続を採用しました。なお、このポンプは、インペラ回転速度285回転/分、揚程50フィートで毎分6,000ガロンの吐出量を保証されて購入されました。ポンプが接続されていた垂直型エンジンは、毎分225～230回転を超える速度で運転するには全く不向きであることが判明しました。さらに、インペラの適正回転速度であっても、S字接続によって明らかに吐出量が減少することが分かりました。
これらの要因に加えて、さらに深刻な点がもう一つありました。2号機が運転中、1号機は2号機が停止しているときほど多くの循環水を得ることができないことが判明しました。これは、2号機がほとんどの水を吸い上げており、1号機は2号機が吸い上げきれなかった水だけを吸込管Aから受け取っていたためです。これは、1号機の吸込管と吐出管がそれぞれ20インチと16インチであるのに対し、1号機の吸込管と吐出管はわずか16インチであったことから明らかです。2号機の凝縮器の冷却面積は、6,000平方フィートの1号機よりも1,000平方フィート小さく、2つの冷却管によって冷却水が供給されていました。 [175]1号機よりも容量の小さい遠心ポンプが並列に配置されていました。これらはそれぞれ電動モーターで駆動され、その接続方法から「シャム双生児」と呼ばれていました。
発電所の負荷率は 0.22 ～ 0.30 で、負荷はほぼ完全に照明であったため、冬季には負荷率は後者の数値に達しました。したがって、日中の負荷は軽く、1 つのタービンに定格容量の 4 分の 1 ～ 3 分の 1 以上を供給するには不十分でした。このような状況下では、冷却水がより効果的であったため、1 号ユニットはフル負荷のときよりもはるかに満足のいくように動作できました。もちろん、この冷却水は 2 号ユニットが動作していないときにすべて 1 号ユニットで使用されました。ただし、真空はせいぜい 24 インチを超えることはできず、2 台のタービンが動作しているピーク時には、真空はしばしば 12 インチまで低下することが分かりました。ピーク時の真空は 16 インチまたは 18 インチであれば良好であると考えられていました。
調査
担当エンジニアには厳しい批判が降り注ぎ、オイル消費量の増加に関する苦情が相次いだ。その後、会社側で調査が行われ、次に苦情が寄せられたのは遠心ポンプとエンジンを供給した会社だった。垂直エンジンの回転数を毎分285回転まで上げようと何度も試みられたが、この速度では限界があった。 [176]エンジンに悪影響を与えるため、毎分約 225 回転の低速を採用する必要がありました。
次に、ポンプの様々な速度における吐出量を確認するための徹底的なテストが行われました。立面図に示されているようなノッチ付き堰が採用されました。テストはスケッチには示されていない第2冷却塔で行われ、冷却塔への吐出量は毎分わずか3,000ガロンであることが示されました。ポンプを納入した会社は、ポンプが本来の性能を発揮していない可能性については認めつつも、システムに関連する他の何らかの条件が損失の原因となっている可能性があるという点に注意を促しました。その中でも注目すべきは油圧摩擦であり、このケースの特徴が提示されたとき、会社はこの問題をさらに調査する意欲を全く示しませんでした。明らかに、何らかの費用がかかる可能性のある新しい配管やその他の装置が必要になる可能性を懸念していたためです。
2号冷却塔に送水される水の静水頭は約34フィートでした。圧力計は、それぞれG、G’、G”に示すように、吸入口、吐出口、凝縮器入口に接続されていました。1号ユニットが単独で運転しているとき、圧力計Gは ほぼゼロを示し、吸入管に真空がないことを示しています。2号ユニットが運転しているときに同じ圧力計を観察すると、2ポンドもの真空が示されました。これは、2号ユニットがメインAから割り当て以上の冷却水を吸い上げており、そのため1号ユニットの循環ポンプが受け取った冷却水をすべて汲み上げようとしていたことを示しています。圧力計G’は21 [177]G”は18.5ポンドを示しており、S字カーブで圧力損失が2.5ポンドであることを示しています。これは、1フィートあたり0.43ポンドという定数で計算した場合、約6フィートの揚程損失に相当します。したがって、ポンプが作動した全揚程は
G’ + G = 21 + 2,
または
23
—— = 53
0.43
約フィートです。静止水頭は34フィートだったので、摩擦で失われた水頭は明らかに
53-34 = 19
足、または
1900
—— = 36
53
パーセント、おおよそ。
冷却水供給制限
これに加えて、冷却水の供給が限られており、効率的な運転が必要な時期に真空度が極めて低かった。当然の結果は、タービン負荷が増加すると、凝縮器に流入する蒸気量が増加し、 殴打循環水の温度は、冷却塔（状態があまり良くなかった）では下げきれない温度まで上昇した。真空度は徐々に低下し、凝縮器が蒸気で満たされていることを示していた。そして、すぐに小型の遠心分離機が [178]テールポンプが本来の性能を失い、「蒸気封じ込め」状態となり、真空度がさらに低下しました。凝縮した蒸気は、ドライポンプが真空を維持しようとする性質のため、テールポンプに流入しませんでした。ある一定のレベルに達すると、ドライ真空ポンプがシリンダー内に水を吸い込み始め、直ちに装置を停止する必要がありました。
蒸気結合ポンプ
循環水の温度が徐々に上昇するにつれて、循環ポンプも「蒸気封じ」状態となり、このポンプは温水を汲み上げることができず、装置は夜の間ずっと停止状態となりました。この状態の原因は次のように説明できます。循環ポンプが作動し、Gで示される2ポンドの吸引力があったとき、水は自発的にポンプに流入するのではなく、強制的に吸引されていました。この水はポンプ内を流れ、ある温度に達すると蒸気に変換されます。この温度に達すると、圧力が十分に低下して水が沸騰します。当然、この温度は吸引管内であり、ポンプが作動している間、蒸気はポンプの背後に保持されていました。この場合、ポンプは部分的な真空を保っているだけで、水を汲み上げているわけではありません。真空が一度失われると、前述の事実関係から、循環水、配管、凝縮器の冷却に相当な時間を要するため、真空を回復することはできませんでした。
[179]抜本的な変更を行う前に、人が吸気管Aに潜り込み、摩擦の原因と考えられる砂、土埃、その他の障害物を除去することが決定されました。この作業が完了し、かなりの量の砂が除去された後、試験を再開しましたが、結果はほぼ以前と同じでした。調査は継続され、ドライ真空ポンプはシリンダー内の水によって損傷し、さらに再ボーリングが必要だったため、オーバーホールされました。つまり、各機器を個別に改良することで、補機類は可能な限り最良の状態に復元されました。しかし、これが問題の原因ではなかったため、この対策は「完治」には至りませんでした。ボイラーへのプライミングとタービンケーシング内の結露により、タービンの蒸気消費量が大幅に増加し、前述の問題が悪化していることが判明しました。
配管の変更
主任技師とポンプ供給会社から配管変更を強く求められ、幾度となく議論を重ねた結果、会社はやむを得ない決定を受け入れました。点線部分が現在の配置です。エルボMは撤去され、代わりにT字継手が設置され、そこに配管Dが接続されました。循環ポンプは図の位置まで撤去され、S字ベンドの代わりに直接接続が採用されました。排出管 Cは、図に示すように、1号機から別途配管されました 。[180] 高さ方向の配管を2号冷却塔ではなく1号冷却塔に終端することで、距離が約60フィート短縮されました。1号ユニットからの配管全長（片道）は当初250フィートでした。このようにして、凝縮装置は各タービンごとに実質的に独立しており、本来そうあるべきでした。
新しい配管により、ピーク時の真空度は24インチに達しました。これは効率的な値とは程遠いものですが、以前の数値よりは改善されています。28インチ以上の真空度を達成できなかったのは、主に冷却水不足によるものですが、現状では冷却面が十分に確保されていない冷却塔を改修することで、この点を改善できる可能性があります。使用されたスクリーンは、約3/16インチの目を持つ厚手の亜鉛メッキワイヤーで、短期間でコーティングされてしまうため、水が通過できるようにするには徹底的に洗浄する必要があります。冷却水は、数マイルにわたる直径30インチのパイプラインから供給され、湧水から供給されていました。水量は大きく変動し、時にはプラントの負荷に対して全く不十分な場合もありました。可能な限り最良の装置でこの条件を満たす代わりに、一連の困難が重なり、結果としてこのような結果となりました。
*** プロジェクト グーテンベルク 電子書籍 蒸気タービンの終了 ***
《完》