JP2012107514A - タービン用架台に用いられる柱脚及びその組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】重量が増大することを抑制しつつ、剛性の向上が可能なタービン用の架台を構成する柱脚及びその組立方法を提供する。
【解決手段】梁部材を複数組み合わせてなる架台本体を下方で支持し、該架台本体と一体となってタービンを支持する架台を構成するタービン用架台に用いられる柱脚において、該柱脚は、鋼製の中空角筒体である外板と、該外板と接触しないように外板内に内挿された鋼製の中空角筒体である内板とを有する鋼部を備え、前記外板と内板との間にできる空間にコンクリートを充填、固化させるとともに前記内板内部にできる空間を中空状態とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、タービン用架台に用いられる柱脚及びその組立方法に関するものである。

蒸気タービン等の回転機器を支持する架台として、鉄筋コンクリート構造の架台を用いることが知られている。また、特許文献１や特許文献２に開示されるように半鋼製架台を用いることも知られている。

特許文献１に開示された技術は、鋼材の表面に一体的に結合するようにコンクリート材を貼り付けた鋼製架台に関するものであり、特許文献２に開示された技術は鋼製の中空角筒体を複数個溶接してなる架台本体及び柱脚の中空部にグラウトを充填・固化することで構成される鋼製架台に関するものである。

このような、鉄筋コンクリート製の架台や、特許文献１又は特許文献２に開示されたような半鋼製架台は、回転数が大幅に変動することのない発電用の蒸気タービン等の架台として特に問題なく使用されている。

実開昭５８−１９５１９７号公報 特公平３−２０５６２号公報

ところで近年、発電用等に用いる蒸気タービンの大型化が要求されており、蒸気タービンを大型化する要望を満たすためには、蒸気タービンを支持する架台を大型化することが必要である。

しかしながら、従来の鉄筋コンクリート製の架台や、特許文献１又は特許文献２に開示されたような半鋼製架台では、蒸気タービンの大型化に対して単純に架台をスケールアップすると、架台の剛性が低下し、蒸気タービンの回転の固有振動数成分に近似してくる傾向がある。

従って、蒸気タービン等の機器の大型化に伴って該機器の架台を大型化するに際して、その剛性を向上させることが避けられない課題となる。
特に、架台本体と該架台本体の下部に取り付けられる柱脚からなる架台においては、柱脚の剛性の向上が必要不可欠となる。

また、タービンの大型化に伴う架台の大型化によって架台重量が極度に大きくなると、架台を配置する土地の基礎工事が大掛かりなものとなり該基礎工事に係るコスト及び時間が大きなものとなるため、架台重量が極度に大きくなることを避ける必要がある。

したがって、本発明は従来技術の問題点に鑑み、重量が増大することを抑制しつつ、剛性の向上が可能なタービン用の架台を構成する柱脚及びその組立方法を提供するとともに、該柱脚を用いた架台の組立方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明においては、梁部材を複数組み合わせてなる架台本体を下方で支持し、該架台本体と一体となってタービンを支持する架台を構成するタービン用架台に用いられる柱脚において、該柱脚は、鋼製の中空角筒体である外板と、該外板と接触しないように外板内に内挿された鋼製の中空角筒体である内板とを有する鋼部を備え、前記外板と内板との間にできる空間にコンクリートを充填、固化させるとともに、前記内板内部にできる空間を中空状態としたことを特徴とする。

これにより、柱脚の剛性の主体となる外周部（外板と内板の間の空間）にのみコンクリートを注入することで剛性を確保することができる。また、剛性への影響の少ない柱脚の内部の中空部にコンクリートを流し込まないため、柱脚を大型化しても重量の増大を抑制することができる。従って、本発明の柱脚を採用し、該柱脚を大型化することによって、重量が増大することを抑制しつつ、剛性の向上が可能となる。

また、前記鋼部は、上下方向に複数の柱脚構成部材に分割され、該分割された複数の柱脚構成部材をそれぞれ接合して構成されているとよい。
これにより、柱脚を構成する個々の部品は小さくなる。また、該柱脚を構成する個々の部品は架台の据付現場で溶接等によって接合可能である。そのため、柱脚を構成する各部品を工場等で製作した後、据付現場に運搬し据付現場で柱脚の組立が可能である。従って、各部品を製作した工場等から架台の据付現場までは小さな部品の状態で運搬することができ、運搬費用を抑えることができる。

また、前記複数の柱脚構成部材それぞれの間に、前記内板内部にできる空間を塞ぐことなく、前記外板と内板の間にできる空間の上下を塞ぐ形状であって、連通孔が設けられた板材を設けるとよい。
これにより、柱脚構成部材同士の溶接による接合がしやすくなる。また、前記連通孔を設けることにより、各柱脚構成部材にできる外板と内板との間の空間は全て連通され１つの空間とすることができる。よって、該空間にコンクリートを注入する際に、１箇所からコンクリートを注入すればよく、前記板材を設けてもコンクリート注入の手間が増大することはない。

また、前記鋼部は、垂直方向に複数のモジュール部材に分割され、該分割された複数のモジュール部材をそれぞれ接合して構成されているとよい。
これにより、やはり工場で製作する個々の部材を小さくすることができ、工場から据付現場への部材の運搬費用を抑えることができる。

また、前記鋼部は、前記複数のモジュール部材が同一形状となるように分割されているとよい。
これにより、モジュール部材を作成するための金型等を単一化することができ、モジュール部材製作にかかる費用を低減することができる。

また、前記鋼部は、前記外板と内板との間に、前記外板とも内板とも接触しないように鋼製の中空角筒体である中板が内挿されていることを特徴とする。
これにより、鋼部の強度を向上させることができる。従って、柱脚の剛性を上げるために柱脚を太くする必要がある場合であっても鋼部の強度を確保することができる。

また、前記柱脚は、鉄筋コンクリートで形成される床面に設置されるものであって、前記柱脚の最下部は、前記床面内に埋め込まれるとともに、前記鉄筋コンクリートを形成する主筋と接続されているとよい。
これにより脚注を確実に床面に設置することができる。

また、タービン用架台に用いられる柱脚の組立方法に関する発明として、梁部材を複数組み合わせてなる架台本体を下方で支持し、該架台本体と一体となってタービンを支持する架台を構成するタービン用架台に用いられる柱脚の組立方法において、鋼製の中空角筒体である外板に、鋼製の中空角筒体である内板を接触しないように内挿し、前記外板と内板の間に形成される空間にのみコンクリートを充填、固化させることを特徴とする。

さらに、タービン用架台の組立方法に関する発明として、前述の方法によって柱脚を組立て、該柱脚上に梁部材を複数組み合わせてなる架台本体を固定するとよい。

本発明によれば、重量が増大することを抑制しつつ、剛性の向上が可能なタービン用の架台を構成する柱脚及びその組立方法を提供することができる。また、前記柱脚を用いた架台の組立方法を提供することができる。

実施例に係るタービン用架台の基本構成図である。 実施例に係る柱脚の概略図である。 実施例に係る柱脚を構成する柱脚構成部材の断面概略図である。 実施例に係る柱脚構成部材をモジュール化した場合における柱脚構成部材の断面概略図である。 実施例に係る柱脚を構成する柱脚構成部材の別の例の断面概略図である。 実施例に係る柱脚構成部材をモジュール化した場合における別の例の柱脚構成部材の断面概略図である。 実施例に係る柱脚を構成する柱脚構成部材同士の接合部の概略図である。 実施例に係る柱脚上部の概略図である。 実施例に係る柱脚下部の概略図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、実施例に係るタービン用架台の基本構成図である。
図１を用いて、実施例に係るタービン用架台の概略構成について説明する。
発電用蒸気タービン等のタービン機器を支持する架台１は、複数の梁部材を組み合わせてなる架台本体４と該架台本体４の下部に取り付けられた複数（図１に示した例においては６つ）の柱脚２から概略構成されている。

架台本体４は、それぞれ複数の梁部材が平面ロの字状に組み合わされた２つの架台本体構成部材４ａ及び４ｂから構成されており、それぞれの架台本体構成部材４ａと４ｂとの間は、架台分割結合部４１で溶接により結合されている。なお、それぞれの架台本体構成部材４ａ、４ｂの形状により構成される開口部４２は、タービン据付用に用いられる。
なお本実施例においては、架台本体４は、２つの架台本体構成部材４ａ、４ｂを結合することで構成され、タービン据付用の開口部４２を２つ有しているものであるが、据付するタービンの大きさ等により架台本体４を構成する架台本体構成部材や開口部の個数、形状等は変更することができる。

柱脚２は、架台本体４の下部に取り付けられて架台本体４を下方で支持するものである。柱脚２の下部は後述する最下面フロア面に固定される。
なお、本実施例においては、柱脚２が６つ設けられているが、架台本体４の大きさ等により柱脚２を設ける数は変更することができる。また、図１に２ａで示した柱脚は、架台分割結合部４１の下部に取り付けているが、このように２つの架台本体構成部材を同時に支持する柱脚を設けず、架台本体構成部材ごとに柱脚を設けることもできる。

次に、柱脚２について説明する。
図２は、柱脚２の概略図である。
図２に示したように、柱脚２は高さ方向に複数の柱脚構成部材２ａ、２ｂ、２ｃに分割され、分割された柱脚構成部材２ａ、２ｂ、２ｃを接続して構成されている。なお、本実施例においては、柱脚２は３つの柱脚構成部材２ａ、２ｂ、２ｃに分割されているが、必要な柱脚の高さ、太さ等に応じて柱脚２を構成する柱脚構成部材の個数は変化させることができる。

図３は、柱脚を構成する柱脚構成部材２ｃの断面概略図であって、図２におけるＡ−Ａ方向断面図に該当する。なお、本実施例では柱脚構成部材２ｃについて説明するが、他の柱脚構成部材についても同様の構成である。

図３に示したように、柱脚構成部材２ｃは、鋼製の中空角筒体である外板２１、鋼製の中空角筒体である内板２２及び複数（図３においては４枚）の内部板２４から概略構成される。
外板２１及び内板２２は何れも断面ロの字状をした中空角筒体であり、内板２２よりも外板２１の方が径が大きく、内板２２を取り囲むようにして内板２２と同心状に外板２１が配置されている。ここで、外板２１と内板２２によって形成される二重角筒体を鋼部２１０と称する。
そして、外板２１の内側と内板２２の外側を架橋するように複数の内部板２４が設けられている。なお、内板２２及び外板２１は、断面Ｌ型鋼板を溶接により組み合わせて構成しても良い。

このような構成により、外板２１と内板２２との間には４つの空間２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄが形成され、内板２２の内側にも空間（以下中空部２３と称する）が形成される。ここで、４枚の内部板２４にはそれぞれ前記各空間の間を連通する連通孔（不図示）が設けられており、図３においては各空間２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄはそれぞれ前記連通孔を介して連通して実質的に１つの空間となっている。また、後述するように、各空間２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄにはコンクリートが注入される。

さらに、柱脚構成部材２ｃをモジュール化することができる。図４は、柱脚構成部材２ｃを断面長方形にモジュール化した場合における柱脚構成部材２ｃの断面概略図である。つまり、図４は、断面Ｌ字型柱脚構成部材２ｃを断面長方形型にモジュール化した場合における図３に相当する図である。

図４に示したように、柱脚構成部材２ｃは、４つのモジュール部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを溶接等によって接合すること構成される。
図４に示したように、モジュール部材２０ａは、図３に示した外板２１の一部にあたる外板部２１ａと、内板２２の一部にあたる内板部２２ａと、内部板２４のうちの一枚にあたる内部板部２４ａとから概略構成される。また、隣接するモジュール部材との接面２６ａ、２７ｂは連通部を設けるか接面部分に板材を設けないことによって、外板部２１ａと内板部２２ａとの間の空間が隣接するモジュールの外板部と内板部との間の空間と連通するように構成しておく。なお、モジュール部材２０ｂ、２０ｃ、２０ｄはモジュール部材２０ａと同じ構成である。
このような構成により、同じ構成のモジュール部材を組み合わせることによって柱脚構成部材が構成される。

また、柱脚を太くする必要があるなどの理由により、外板２１と内板２２では強度が十分でないときには、外板２１と内板２２の間に中板２８を設けることができる。
図５は、柱脚を構成する柱脚構成部材２ｃの別の例の断面概略図である。図５において、図３と同一の符号は同一物を表すものとし、その説明を省略する。

図５においては、外板２１と内板２２の間に中板２８が設けられている。中板２８は、外板２１及び内板２２と同様に断面ロの字状の中空角筒体であり、内板２２よりも径が大きく、外板２１よりも径が小さく、外板２１及び内板２２と同心状に配置されている。
このようにして中板２８を設けることにより、鋼部２１０の強度を向上させることができる。従って、柱脚２の剛性を上げるために柱脚２を太くする必要がある場合であっても鋼部２１０の強度を確保することができる。

なお、中板２８を設けることによって、各空間２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄは２つに分割される（例えば空間２５ａは、外側空間２５１ａと内側空間２５２ａに分割される）。この分割された２つの空間は、完全に分割されていてもよいが、中板２８に連通孔を設けて連通させるほうが、後述するコンクリートの注入が容易となるため好ましい。

また、中板２８を設けた場合においても、柱脚構成部材２ｃをモジュール化することができる。図６は、柱脚構成部材２ｃをモジュール化した場合における別の例の柱脚構成部材２ｃの断面概略図である。図６において、図４と同一符号は同一物を表すものとし、その説明を省略する。

図６に示したように、柱脚構成部材２ｃは、４つのモジュール部材２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄを溶接等によって接合すること構成される。モジュール部材２００ａは、外板部２１ａと内板部２２ａとの間に、中板２８の一部にあたる中板部２８ａが設けられていること以外は、図４に示したモジュール部材２０ａと同じである。なお、モジュール部材２００ｂ、２００ｃ、２００ｄはモジュール部材２０ａと同じ構成である。
このような構成により、同じ構成のモジュール部材を組み合わせることによって中板２８を有する柱脚構成部材が構成される。

図７は、柱脚を構成する柱脚構成部材同士の接合部の概略図である。
図７は、柱脚構成部材２ｂと２ｃの接合部についての概略図であるが、柱脚構成部材２ａと２ｂの接合についても同様である。

下側の柱脚構成部材２ｃの外板２１と内板２２との間の空間上面、及び上側の柱脚構成部材２ｂの外板２１と内板２２との間の空間下面を塞ぐ形状の板３０を、柱脚構成部材２ｂと２ｃの間に挟みこみ、外板２１同士及び内板２２同士を溶接することによって、柱脚構成部材２ｂと２ｃが接合される。なお、板３０には、複数の連通孔３１が設けられており、前記接合後において、下側の柱脚構成部材２ｃの外板２１と内板２２との間の空間と、上側の柱脚構成部材２ｂの外板２１と内板２２との間の空間は連通している。また、板３０によって中空部２３の上面及び下面は塞がないようにする。

なお、柱脚構成部材２ｂと２ｃを、前述のように内面及び外面で溶接して接合するため、中空部２３は内面の溶接作業をするための作業員が入れるだけの大きさがあることが好ましい。また、中空部２３は、柱脚２の定期点検等で音響検査等の非破壊検査作業用空間として利用が可能である。更に中空部２３の下部には、結露水排出や、定期点検時の安全への配慮より二酸化炭素ガスを排出する目的で排出孔（図示せず）を設ける事が好ましい。

図８は、柱脚上部の概略図である。
柱脚（柱脚構成部材２ａ）の上部には、上面に図７を用いて説明した板３０と同様の形状の上板３４を設け、その上部に必要に応じてバネ架台設置用のベースプレートやブラケットベース等の架台４の下部に取り付けるために必要な部材３２を取り付ける。

図９は、柱脚下部の概略図である。
柱脚の下部は、最下面フロア１６内部まで埋め込む。ここで最下面フロア１６とは、架台１が設置される面であって、例えば架台１が建屋内に設置される場合は該建屋の床面が該当する。そして、柱脚１の下部は最下面フロア１６が鉄筋コンクリートで形成される場合には、該鉄筋コンクリート１６の主筋１４と接続される。また、主筋１４と確実に接続するために、柱脚２最下面の下部に主筋と接続するための部材１２を設けることもできる。

以上の構成の柱脚及び該柱脚を用いた架台の据付について説明する。
なお、本実施例においては、車室が２つのタービンを支持するための図１に示した架台１の据付について説明する。

まず、タービンの車室毎に架台本体構成部分４ａ、４ｂそれぞれについてタービン軸方向２本、タービン軸直角方向２本の鋼製の梁部材を工場にて製作する。
また、柱脚２についても各柱脚構成部材２ａ、２ｂ、２ｃを工場にて製作し、柱脚構成部材２ａには上板３４を、柱脚構成部材２ｂ、２ｃにはその上面にそれぞれ板部材３０を取り付ける。

次に、各柱脚構成部材２ａ、２ｂ、２ｃを架台１の据付現場に運搬し、該据付現場にて接合する。この際、まず柱脚構成部材２ｃの下部を図９に示したように最下面フロア１６内部まで埋め込んで主筋１４と接続する。次いで、図７を用いて説明したように、柱脚構成部材２ｃ上に柱脚構成部材２ｂを接合し、同様に柱脚構成部材２ｂ上に柱脚構成部材２ａを接合する。

次いで、上板３４に設けた連通孔よりコンクリートを柱脚構成部材２ａの外板２１と内板２２の間の空間に流し込む。該コンクリートは、柱脚構成部材２ａと柱脚構成部材２ｂとの間に設けた板３０の連通孔３１を通って柱脚構成部材２ｂの外板２１と内板２２の間の空間に流れこみ、さらに柱脚構成部材２ｂと柱脚構成部材２ｃとの間に設けた板３０の連通孔３１を通って柱脚構成部材２ｃの外板２１と内板２２の間の空間に流れこむ。また、各柱脚構成部材２ａ、２ｂ、２ｃにおける外板２１と内板２２の間の空間内は、内部板２４に設けた連通孔を介して全て連通している。そのため、上板３４に設けた連通孔よりコンクリートを流し込むことで、各柱脚構成部材２ａ、２ｂ、２ｃにおける外板２１と内板２２の間の空間内は全てコンクリートで充填される。
以上のコンクリートの流し込みを行い、該コンクリートが固まることで柱脚２が完成する。

なお、柱脚構成部材２ａ、２ｂ、２ｃを図４又は図６で示すようにモジュール化する場合は、各モジュール部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを工場で製作しておき、前記据付現場で各モジュール部材を溶接して柱脚構成部材２ａ、２ｂ、２ｃを完成させ、その後柱脚構成部材２ａ、２ｂ、２ｃの接合を行う。

また、前記コンクリートの流し込みと平行して、前記梁部材を溶接して架台本体構成部分４ａ、４ｂを組み上げる。

その後、完成した柱脚上に据付用のレベル位置固定金物やバネ架台等を必要に応じて設置し、その上に架台本体構成部分４ａ、４ｂを乗せ、架台本体構成部分４ａ、４ｂを溶接して固定し架台本体４を組み上げることで架台１が完成する。

本実施例によれば、柱脚２の剛性の主体となる外周部（外板２１と内板２２の間の空間）にのみコンクリートを注入することで剛性を確保しつつ、剛性への影響の少ない柱脚２の内部の中空部２３にコンクリートを流し込まないため、柱脚２を大型化することで剛性を向上させることができ、柱脚２を大型化しても重量の増大を抑制することができる。

また、柱脚２を構成する複数の柱脚構成部材２ａ、２ｂ、２ｃを据付現場で接続することができるため、工場で製作する個々の部材は小さくなり、工場から据付現場への部材の運搬費用を抑えることができる。

さらに、柱脚構成部材２ａ、２ｂ、２ｃを図４、図６に示すようにモジュール化することで、工場で製作する個々の部品をさらに小さくすることができる。

重量が増大することを抑制しつつ、剛性の向上が可能なタービン用の架台を構成する柱脚及びその組立方法として利用することができる。また、前記柱脚を用いた架台の組立方法として利用することができる。更に各モジュールの幅が２ｍ以内であれば、特別の許可なくトラックで運搬が可能となり、タービン用架台作成・据付の工期短縮に寄与するという効果も有する。

１ 架台
２ 柱脚
２ａ、２ｂ、２ｃ 柱脚構成部材
４ 架台本体
１４ 主筋
１６ フロア下面（床面）
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ モジュール部材
２１ 外板
２２ 内板
２８ 中板
３０ 板部材
３１ 連通孔
２１０ 鋼部

Claims (9)

1. 梁部材を複数組み合わせてなる架台本体を下方で支持し、該架台本体と一体となってタービンを支持する架台を構成するタービン用架台に用いられる柱脚において、
   該柱脚は、
   鋼製の中空角筒体である外板と、該外板と接触しないように外板内に内挿された鋼製の中空角筒体である内板とを有する鋼部を備え、
   前記外板と内板との間にできる空間にコンクリートを充填、固化させるとともに
   前記内板内部にできる空間を中空状態としたことを特徴とするタービン用架台に用いられる柱脚。
2. 前記鋼部は、上下方向に複数の柱脚構成部材に分割され、該分割された複数の柱脚構成部材をそれぞれ接合して構成されていることを特徴とする請求項１記載のタービン用架台に用いられる柱脚。
3. 前記複数の柱脚構成部材それぞれの間に、前記内板内部にできる空間を塞ぐことなく、前記外板と内板の間にできる空間の上下を塞ぐ形状であって、連通孔が設けられた板材を設けたことを特徴とする請求項２記載のタービン用架台に用いられる柱脚。
4. 前記鋼部は、垂直方向に複数のモジュール部材に分割され、該分割された複数のモジュール部材をそれぞれ接合して構成されていることを特徴とする請求項１〜３何れかに記載のタービン用架台に用いられる柱脚。
5. 前記鋼部は、前記複数のモジュール部材が同一形状となるように分割されていることを特徴とする請求項４記載のタービン用架台に用いられる柱脚。
6. 前記鋼部は、前記外板と内板との間に、前記外板とも内板とも接触しないように鋼製の中空角筒体である中板が内挿されていることを特徴とする請求項１〜５何れかに記載のタービン用架台に用いられる柱脚。
7. 前記柱脚は、鉄筋コンクリートで形成される床面に設置されるものであって、
   前記柱脚の最下部は、前記床面内に埋め込まれるとともに、前記鉄筋コンクリートを形成する主筋と接続されていることを特徴とする請求項１〜６何れかに記載のタービン用架台に用いられる柱脚。
8. 梁部材を複数組み合わせてなる架台本体を下方で支持し、該架台本体と一体となってタービンを支持する架台を構成するタービン用架台に用いられる柱脚の組立方法において、
   鋼製の中空角筒体である外板に、鋼製の中空角筒体である内板を接触しないように内挿し、
   前記外板と内板の間に形成される空間にのみコンクリートを充填、固化させることを特徴とするタービン用架台に用いられる柱脚の組立方法。
9. 請求項８記載の方法によって柱脚を組立て、
   該柱脚上に梁部材を複数組み合わせてなる架台本体を固定することを特徴とするタービン用架台の組立方法。

Images