回转装置以及旋转机械的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种回转装置以及旋转机械，该回转装置具备：小齿轮，其具有与设置在旋转轴上的圆盘齿轮啮合的直齿；臂构件，其将该小齿轮支承成能够旋转；连通/断开机构，其以使小齿轮接近或远离与圆盘齿轮啮合的位置和向径向外周侧远离的退让位置的方式使臂构件工作；支承机构，其在该小齿轮的轴向上对小齿轮进行支承。
【专利说明】回转装置以及旋转机械
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种使汽轮机等的转子低速旋转的回转装置以及具备回转装置的旋转机械。
【背景技术】
[0002]一直以来，已知在蒸汽轮机、燃气轮机、或使用了这些蒸汽轮机和燃气轮机的组合循环的发电设备等中，在运转停止过程中，当在高温状态下以不使汽轮机转子旋转的状态将其放置时，随着蒸汽或气体的温度降低，在汽轮机车厢内的上下方向上产生温度差，使汽轮机转子产生由热膨胀导致的弯曲，或者在汽轮机停止时，由于汽轮机转子的自重而产生微小的弯曲。因此，在运转停止时及汽轮机起动前，通过使汽轮机转子以较低的速度旋转规定时间即实施所谓的回转，从而防止上述汽轮机转子发生弯曲。
[0003]例如，在专利文献I中，记载了一种如下的回转装置，其利用臂的摆动，以能够相对于被固定在转子轴上的圆盘齿轮(wheel gear)嵌合脱离的方式设置小齿轮，该小齿轮能够通过电动机动力而转动并具有直齿。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2000-320621号公报
[0007]发明要解决的课题
[0008]但是，在上述的回转装置中，在组装时小齿轮轴与转子轴的定位等、对各个齿轮进行支承的轴的定位有时会发生偏差。如此，在定位发生偏差的状态下，使小齿轮与圆盘齿轮嵌合而从小齿轮向圆盘齿轮传递驱动力时，有时会在小齿轮上作用有推力。于是，存在如下课题，即，由于推力小齿轮在轴线方向上位移，作为静止侧的臂构件和作为旋转侧的小齿轮接触，从而在小齿轮和臂之间差生磨损。
[0009]另外，在使小齿轮与圆盘齿轮嵌合时，有时会由于小齿轮的齿轮曲面与圆盘齿轮的齿轮曲面接触而使小齿轮无法进入到与圆盘齿轮的适当啮合的位置。在这种情况下，一般来说，实施使小齿轮微动并重新使小齿轮与圆盘齿轮嵌合的处理。但是，当处于作用有推力而使小齿轮和臂接触的状态时，有时会由于摩擦而使小齿轮无法旋转，难以使小齿轮微动。虽然例如可以考虑增大臂摆动时的驱动力强制地使小齿轮与圆盘齿轮嵌合的方法，但在这种情况下，由于齿面变得粗糙，其结构为，齿面变得不光滑，从而有可能会成为无法嵌合的状态。
【发明内容】
[0010]本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够使小齿轮和圆盘齿轮顺畅且可靠地嵌合的回转装置、以及具备该回转装置的旋转机械。
[0011]解决方案
[0012]在本发明所涉及的回转装置的第一方式中，具备:小齿轮，其具有与设置在旋转轴上的圆盘齿轮啮合的直齿；臂，其将该小齿轮支承成能够旋转；连通/断开机构，其以使所述小齿轮接近或远离与所述圆盘齿轮啮合的位置和向径向外周侧远离的退让位置的方式使所述臂构件工作；支承机构，其在沿着该小齿轮的中心轴的方向上对所述小齿轮进行支承。
[0013]在本发明所涉及的回转装置的第二方式中，可以采用如下方式，S卩，上述第一方式的回转装置中的所述支承机构是在沿着中心轴的方向上将所述小齿轮支承成能够相对于所述臂构件旋转的推力轴承。
[0014]在本发明所涉及的回转装置的第三方式中，可以采用如下方式，S卩，在上述第一方式的回转装置中，所述回转装置具有小齿轮轴，所述小齿轮轴在径向上将所述小齿轮支承成能够绕中心轴旋转，所述支承机构是使所述小齿轮在沿着中心轴的方向上与所述小齿轮轴卡止的卡止机构。
[0015]本发明所涉及的旋转机械具备上述第一方式至第三方式的回转装置。
[0016]发明效果
[0017]根据本发明所涉及的回转装置及旋转机械，能够使小齿轮和圆盘齿轮顺畅且可靠地嵌合。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是表示本发明的实施方式中的蒸汽轮机的整体结构图。
[0019]图2是本发明的实施方式中的回转装置的简要结构图。
[0020]图3是从径向观察上述回转装置中的小齿轮时的图。
[0021]图4是上述小齿轮的剖视图。
[0022]图5是表示上述小齿轮的变形例的相当于图4的剖视图。
【具体实施方式】
[0023]根据图1至图5对本发明的实施方式进行说明。在图1中，图示了蒸汽轮机100，以作为搭载有本实施方式所涉及的回转装置的旋转机械的一个示例。蒸汽轮机100采用以对流入蒸汽轮机100的蒸汽(工作流体)的量和压力进行调节的调节阀101、保持压力的壳体102、产生动力的动力产生部103、将动力向压缩机等机械传递的旋转轴105、将旋转轴105支承成能够绕轴旋转的轴颈轴承装置106以及推力轴承装置104为主的结构。在旋转轴105上呈大致凸缘状地设置有推力环107。而且，推力轴承装置104在轴向上与推力环107对置配置，由此，经由推力环107在轴向上对旋转轴105进行支承。
[0024]调节阀101在壳体102的内部安装有多个，并分别具备供蒸汽从未图示的锅炉流入的调节阀室108、阀体109、阀座110。阀座110呈大致圆筒形状，且其轴心与旋转轴105的轴心正交。阀座110的内径在朝向旋转轴105的方向上逐渐增大，且前端部与蒸汽室111连通。阀座110的与蒸汽室111相反一侧的端部的内表面形成具有向内侧凸出的曲率的曲面110a。阀体109的下部形状形成球体的一部分，并以能够与阀座110的曲面I1a接触或分尚的方式设置。当阀体109与阀座110分尚时蒸汽流路打开，当阀体109与阀座110接触时蒸汽流路关闭。调节阀101通过阀体109的开闭来控制蒸汽流量。并且，对多个调节阀101的开闭时刻进行调节从而控制蒸汽轮机的输出。
[0025]蒸汽室111将从调节阀101流入的蒸汽向动力产生部103引导，并呈大致环形。蒸汽室111的蒸汽流路随着趋向于内侧而变窄，并且向与旋转轴105的轴心平行的方向偏转。
[0026]动力产生部103具备被固定在壳体102上的喷嘴112、和被安装在旋转轴105上的活动叶片113。将一组喷嘴112和活动叶片113称为段，在本实施方式中具备6段。喷嘴112发挥如下作用，即，使蒸汽在蒸汽通路内膨胀而产生速度能量，并改变流动的方向以产生轴的旋转方向上的运动量。
[0027]活动叶片113发挥将通过喷嘴112而被转换为速度能量的蒸汽的能量转换为旋转轴105的旋转能量的作用。
[0028]喷嘴112呈放射状配置有多个，并由被牢固地固定在壳体102上的环状的隔板外环114和环状的隔板内环115保持。在隔板内环115的旋转轴105侧的端部与旋转轴105之间形成防止蒸汽泄漏的密封结构。在蒸汽压力较高的段中，作为密封结构而采用了迷宫结构。
[0029]活动叶片113呈放射状配置有多个，并被牢固地安装在圆盘116的外周部上，所述圆盘116在旋转轴105上突出并被设置成圆筒状。在最末段的活动叶片113的前端安装有管套117，在隔板外环114侧的与管套117对置的位置处安装有用于防止蒸汽泄漏的翅片。
[0030]通过轴颈轴承装置106及推力轴承装置104以能够旋转的方式被支承的旋转轴105发挥将由动力产生部103产生的动力向压缩机等机械传递的作用。在旋转轴105与壳体102之间设置有防止蒸汽等的泄漏的密封结构。使蒸汽轮机100工作并完成作功的排出蒸汽通过排气室118而被输送至未图示的冷凝器。
[0031]蒸汽轮机100具备回转装置20，所述回转装置20在蒸汽轮机100的运转停止时及起动时使旋转轴105以与汽轮机运转过程中相比非常低的速度继续旋转。
[0032]如图2、图3所示，在旋转轴105的圆周上一体地安装有圆盘齿轮21，从而能够向该圆盘齿轮21传递回转装置20的驱动力。
[0033]回转装置20具备驱动用的电动机22。该电动机22由基于电动机控制部23的通电控制驱动。而且，电动机22的转子轴(未图示)与对转子轴的旋转进行减速的减速机构24连接。减速机构24具备驱动带轮25，电动机22的减速后的旋转被传递至驱动带轮25。
[0034]在减速机构24的下方配置有轴线方向与上述驱动带轮25相同的从动带轮26。而且，在驱动带轮25与从动带轮26之间张挂有V带27。
[0035]在从动带轮26上一体地安装有绕该相同的轴旋转的第一直齿轮28。并且,在第一直齿轮28的下方配置有轴线方向与第一直齿轮28相同的第二直齿轮29。上述第一直齿轮28和第二直齿轮29始终啮合。而且，第一直齿轮28及从动带轮26的旋转轴30和第二直齿轮29的旋转轴31，相对于回转装置20的壳体C分别以旋转自如的方式被支承。
[0036]在第二直齿轮29的旋转轴31上，以从轴向夹着第二直齿轮29的方式可倾动地支承有一对臂构件部件33。臂构件部件33在被第二直齿轮29支承的中央部33a处弯曲形成。臂构件部件33通过弯曲形成，从而一个端部33b向接近圆盘齿轮21的斜下方延伸。而且，在臂构件部件33的一个端部33b上，以能够旋转的方式轴支承有轴向与第二直齿轮29及圆盘齿轮21相同的小齿轮34。该小齿轮34为始终与上述的第二直齿轮29啮合的直齿轮。而且，小齿轮34能够通过臂构件部件33的倾动，而在接近圆盘齿轮21并啮合的啮合位置(在图3中，用实线表示的位置)、和向径向外侧远离圆盘齿轮21的退让位置(在图3中，用双点划线表示的位置)之间位移。
[0037]回转装置20还具备连通/断开机构35，所述连通/断开机构35通过使上述臂构件部件33倾动而切换小齿轮34和圆盘齿轮21的啮合脱离状态。
[0038]连通/断开机构35具备气缸36以作为动力源。气缸36的内杆36b以能够相对于外壳36a在上下方向上滑动的方式延伸。而且,气缸36的外壳36a经由弹簧衬套37而被支承在壳体C上。
[0039]气缸36按照来自工作缸控制部38的控制指令而使内杆36b的滑动位置位移。工作缸控制部38例如通过开闭控制控制阀(未图示)来实施气缸36的供气排气，从而使活塞位移以控制内杆36b的滑动位置。需要说明的是，在该实施方式中，上述的电动机控制部23和工作缸控制部38分别通过回转装置20的控制部39而被综合控制。
[0040]在上述的臂构件部件33上，在与上述的一个端部相反一侧的另一端部33c上，卡合有在大致铅直方向上延伸的操作杆41的下端部41a。而且，该下端部41a经由轴向与作为臂构件部件33的倾动轴的旋转轴31相同的倾动轴42而与臂构件部件33卡合。S卩，随着该操作杆41的上下方向上的位移，臂构件部件33的另一个端部33c也在上下方向上位移从而臂构件部件33倾动。
[0041]而且，上述的操作杆41的上端部41b、和气缸36的内杆36b的上端部36c与倾动杆43卡合，所述倾动杆43以一端43a能够相对于壳体C倾动的方式被支承。更具体而言，操作杆41的上端部41b和内杆36b的上端部36c分别经由轴向与倾动轴42相同的倾动轴44,45,以能够倾动的方式与倾动杆43卡合。而且，上述操作杆41的上端部41b和内杆36b的上端部36c分别在于倾动杆43的长度方向上分离的位置处卡合。
[0042]S卩，在气缸36的内杆36b向突出方向滑动的情况下，内杆36b抬起倾动杆43，倾动杆43的另一端43b向上方位移(在图3中，用实线表示的位置)。于是，与倾动杆43卡合的操作杆41与倾动杆43 —起向上方被拉拽从而向上方位移。通过该操作杆41的向上方的位移，从而臂构件部件33的另一个端部33c向上方位移。于是，臂构件部件33倾动，小齿轮34向与圆盘齿轮21啮合的方向、即在径向上与圆盘齿轮21接近的方向位移。
[0043]另外，当在小齿轮34在与圆盘齿轮21啮合的状态下，气缸36的内杆36b向没入方向滑动时，内杆36b使倾动杆43的另一端43b向下方位移。于是，通过倾动杆43从而操作杆41被下压而向下方位移。而且，通过该操作杆41向下方的位移，从而臂构件部件33的另一个端部33c向下方位移。于是，臂构件部件33倾动，小齿轮34向远离圆盘齿轮21的方向、即向径向外周侧远离圆盘齿轮21的方向位移。
[0044]如图4所示，小齿轮34具备作为在径向上将小齿轮34支承成能够绕其轴线旋转的小齿轮轴的轴部46、和在外周形成有直齿的大致圆盘状的齿轮部47。齿轮部47在径向中心位置处具有孔48。在该孔48中，插入有与齿轮部47相比轴向尺寸略短的圆筒状的球轴承49。该球轴承49被配置在齿轮部47的大致轴向中央处。
[0045]轴部46以在轴向上贯穿形成在臂构件部件33的一个端部33b上的孔50、齿轮部47的孔48以及球轴承49的孔51的方式安装。在轴部46的一端上形成有与臂构件部件33的孔50相比直径较大的大径部52。另一方面，在轴部46的另一端的外周上形成有环状的槽53，在该槽53中嵌合有与臂构件部件33的孔50相比直径较大的扣环54的内径部。通过上述大径部52和扣环54，从而限制了轴部46相对于臂构件部件33的向轴向的位移。需要说明的是，也可以形成相对于臂构件部件33或轴部46而限制轴部46的旋转的键及键槽等限制机构(未图示)。在设置了限制机构的情况下，能够在限制了轴部46相对于臂构件部件33的相对旋转的状态下将轴部46安装在臂构件部件33上。
[0046]在齿轮部47的轴向上的两侧面55上，在孔48的径向外侧、且与球轴承49相比靠轴向外侧的位置处，形成有环状的凹部56。在该凹部56中，嵌入有圆环板状的推力轴承57并由螺丝等结合单元58固定。推力轴承57为，承受向齿轮部47的推力方向的载荷的轴承。需要说明的是，推力轴承57的向齿轮部47的固定方法并不限定于由结合单元58实施的固定方法，只需从焊接或粘合等各种固定方法中适当选择即可。
[0047]而且，推力轴承57以其厚度方向的外侧部59与齿轮部47的侧面55相比向轴向外侧突出的状态安装。由此，当小齿轮34欲在轴向上位移时，推力轴承57将先于小齿轮34而与臂构件部件33抵接，从而防止了小齿轮34与臂构件部件33的直接接触。另外，由于仅推力轴承57与臂构件部件33接触，因此不会妨碍小齿轮34的旋转，维持了能够顺畅地旋转的状态。需要说明的是，附图标记“60”为，在上述啮合位置和退让位置之间引导小齿轮34的支撑条(在图2、3中未图示)。另外，在支撑条60和扣环54之间插入有垫圈W。
[0048]接下来，对上述的回转装置20的动作，尤其是蒸汽轮机100的运转刚刚停止之后的动作进行说明。
[0049]首先，回转装置20的控制部39在蒸汽轮机100的运转时使气缸36的内杆36b保持没入外壳36a中的位置(在图2中，用双点划线表示)。此时，电动机22成为停止状态，小齿轮34的位置为退让位置。
[0050]之后，当控制部39从外部接收到表示蒸汽轮机100运转停止的信号时，首先，通过工作缸控制部38而使气缸36的内杆36b向突出侧滑动。于是，臂构件部件33分别通过倾动杆43、操作杆41而倾动。而且，通过该臂构件部件33的倾动，小齿轮34从退让位置位移至与圆盘齿轮21啮合的位置。
[0051]此处，通过对内杆36b的突出位置进行检测的限位开关(未图示)来检测小齿轮34与圆盘齿轮21适当啮合的状态。需要说明的是，在通过限位开关而未检测出适当啮合的情况下，实施使电动机22的旋转微动的处理，并重新通过限位开关来检测小齿轮34与圆盘齿轮21的啮合状态。而且，反复进行上述一系列的处理直至小齿轮34与圆盘齿轮21适当口四合。
[0052]而且，在检测出小齿轮34与圆盘齿轮21的适当啮合时，开始电动机22的驱动。由此，电动机22的旋转动力经由减速机构24、驱动带轮25/从动带轮26、V带27、第一直齿轮28、第二直齿轮29、以及小齿轮34而向圆盘齿轮21传递。而且，旋转轴105与圆盘齿轮21一起旋转。此时，旋转轴105以与蒸汽轮机100运转时相比较低的速度旋转。
[0053]因此，根据上述实施方式的回转装置20，在组装时等小齿轮34与圆盘齿轮21的中心轴的定位发生偏差的情况下，即使在使小齿轮34和圆盘齿轮21嵌合并对小齿轮34作用有推力载荷时，也能够通过推力轴承57来承受该推力载荷。因此，能够防止小齿轮34在轴向上位移而与臂构件部件33接触的情况，从而能够防止小齿轮34的旋转被阻碍的情况。其结果是，能够使小齿轮34顺畅且可靠地与圆盘齿轮21嵌合，尤其是在使小齿轮34与圆盘齿轮21自动嵌合时有利。
[0054]并且，由于能够通过推力轴承57，在轴向上将小齿轮34支承成能够相对于臂构件部件33旋转，因此在小齿轮34上作用有推力载荷的情况下，能够防止向轴向的小齿轮34的位移。而且，通过由推力轴承57来承受推力载荷，从而能够使小齿轮34更顺畅地旋转。其结果是，能够更可靠地使小齿轮34与圆盘齿轮21嵌合。
[0055]另外，根据上述实施方式的蒸汽轮机100，通过具备上述的回转装置20，从而能够更迅速地实施旋转轴105的回转。
[0056]而且，由于能够防止小齿轮34及臂构件部件33的磨损、以及防止小齿轮34及圆盘齿轮21的齿面变粗糙，因此能够防止回转装置20发生故障，实现可靠性的提高。
[0057]并且，虽然在旋转轴105反向旋转的情况下，小齿轮34欲沿齿面而位移，但由于气缸36经由弹簧衬套37而被支承，因此气缸36本身向下方位移，从而能够防止回转装置20的损伤。
[0058]另外，与未设置推力轴承57的情况相比，由于小齿轮34能够顺畅地转动，因此能够降低使小齿轮34转动的电动机输出。
[0059]需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式的结构，在不脱离其主旨的范围内能够进行设计变更。
[0060]虽然在上述的实施方式中，对作为在轴向上对小齿轮34进行支承的支承机构而在小齿轮34与臂构件部件33之间设置推力轴承57的情况进行了说明，但并不限定于该结构。
[0061]例如，可以采用如下方式，即，如图5所示，作为使小齿轮34在轴向上与轴部46卡止的卡止机构，在轴部46的外周和小齿轮34的内周的任一方形成朝向轴向外侧的一对竖壁62,并且在轴部46的外周和小齿轮34的内周的任意另一方形成与上述竖壁对置的一对竖壁。在这种情况下，在小齿轮34的侧面55和臂构件部件33的内侧面64之间形成有间隙d。
[0062]通过以这种方式构成，由于在小齿轮34上作用有推力载荷的情况下，形成在轴部46上的竖壁62和形成在小齿轮34上的竖壁63在轴向上抵接，因此能够通过竖壁62、63来限制小齿轮34在轴向上的相对位移。因此，能够在小齿轮34与臂构件部件33之间保持有间隙d，从而防止小齿轮34与臂构件部件33的接触。
[0063]另外，虽然在上述的实施方式中，对回转装置20与设置在旋转轴105上的圆盘齿轮21啮合，从而传递电动机22的驱动力并使圆盘齿轮21旋转的情况进行了说明，但并不限定于该结构。例如，也可以采用如下方式，即，设置圆盘齿轮21用的减速机构24，使小齿轮34与设置在该减速机构24上的直齿轮嵌合，从而使旋转轴105转动。
[0064]另外，虽然对将电动机22的旋转经由V带27而向小齿轮34传递的情况进行了说明，但是也可以设定为，在作用在该V带27上的转矩成为规定转矩以上时在V带27与驱动带轮25/从动带轮26之间产生滑动。通过采用这种方式，例如，即使在电动机起动时等产生了远大于(2?3倍左右的)额定的转矩的情况下，在V带27与驱动带轮25/从动带轮26之间产生滑动，从而能够防止在各个齿轮上作用有过大的转矩的情况。其结果是，能够降低各个齿轮所需的强度，从而能够使各个齿轮小型化，由此实现装置的小型化。需要说明的是，只要为能够产生滑动的结构则也可以使用上述的V带27以外的带。
[0065]另外，虽然在上述的实施方式中，作为旋转机械以蒸汽轮机100为一个示例而进行了说明，但并不限定于蒸汽轮机100，也可以将上述回转装置20应用于燃气轮机中。
[0066]附图标记说明如下:
[0067]21圆盘齿轮
[0068]33臂构件(臂)
[0069]34小齿轮(副齿轮)
[0070]35连通/断开机构
[0071]46轴部(小齿轮轴)
[0072]57推力轴承(支承机构)
[0073]62、63竖壁(支承机构、卡止机构)
[0074]105旋转轴
【权利要求】
1.一种回转装置，其中， 所述回转装置具备: 小齿轮，其具有与设置在旋转轴上的圆盘齿轮啮合的直齿； 臂，其将该小齿轮支承成能够旋转； 连通/断开机构，其以使所述小齿轮接近或远离与所述圆盘齿轮啮合的位置和向径向外周侧远离的退让位置的方式使所述臂工作； 支承机构，其在沿着该小齿轮的中心轴的方向上对所述小齿轮进行支承。
2.根据权利要求1所述的回转装置，其中， 所述支承机构是在沿着中心轴的方向上将所述小齿轮支承成能够相对于所述臂旋转的推力轴承。
3.根据权利要求1所述的回转装置，其中， 所述回转装置具有小齿轮轴，所述小齿轮轴在径向上将所述小齿轮支承成能够绕中心轴旋转， 所述支承机构是使所述小齿轮在沿着中心轴的方向上与所述小齿轮轴卡止的卡止机构。
4.一种旋转机械，其中， 所述旋转机械具备权利要求1至3中任一项所述的回转装置。
【文档编号】F16H1/06GK104081083SQ201280068030
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2012年2月22日 优先权日:2012年2月22日
【发明者】佐佐木祐一, 池野恭一, 西谷贤 申请人:三菱重工压缩机有限公司