タービン軸方向変位：定義、異常の原因および対策
Time: 2025-12-12
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軸方向変位の基本定義
タービンの軸方向変位とは、ローターがその軸に沿って固定子に対して相対的に移動する量を指します。スラストコラーとスラスト軸受の作動面および非作動面との間の設計上 clearance をゼロ点として、正の値はローターが発電機側へ移動したことを示し、負の値はローターがタービンの高圧側へ移動したことを示します。このパラメータは主にスラスト軸受の負荷状態およびローターの軸方向のバランス安定性を反映しており、ユニット内の流動部品同士が衝突したり摩耗したりしないようにするために重要な監視パラメータです。
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軸方向変位の異常変化の原因
(1) 前方変位の増加（ローターが発電機側へ移動）
1. スラスト軸受の故障：スラストパッドの摩耗や焼け、スラスト間隙の過大、潤滑油圧の不足、または油温の過剰上昇によるオイルフィルムの破壊が発生し、軸方向位置決め支持を失う。
2. 蒸気システムの異常：主蒸気／再熱蒸気温度の急激な低下（ローターの熱収縮がステーターより遅れる）により、蒸気に水分が混入してウォーターハンマーが発生し、瞬間的な前方軸方向推力が発生する。
3. 負荷および蒸気抽出の乱れ：ユニット負荷の急増（蒸気流量の急上昇、軸方向推力は流量に比例して増加）、高圧 heater の停止時に適切な負荷低減が行われない、高圧シリンダーへの蒸気吸入量が異常に増加する。
4. 流路部品の故障：低圧シリンダー羽根の破損または脱落、高圧シリンダー隔板の変形またはシール摩耗、段階的漏れおよび流路面積の変化により、軸方向推力の分布バランスが崩れる。 (2) 負の軸方向変位の増加（ローターが高圧側へシフト）
1. スチーム温度の急上昇：主蒸気／再熱蒸気温度が急激に上昇すると、ローターが固定子よりも速く熱膨張し、負の軸方向推力が発生する。
2. 負荷および抽気の異常：タービン負荷の急低下（蒸気流量の急減、軸方向推力の急激な減少）や低圧抽気弁の閉止／固着により、低圧側で逆方向の軸方向推力が増加する可能性がある。
3. サスティナーベアリングへの異常な逆方向力：スラストパッドの非作動面の摩耗や逆方向のスラストクリアランスの過大が原因で、ローターの軸方向位置が高圧側にずれる。
4. 高圧シリンダーへの蒸気導入の不均一：高圧主蒸気弁または制御弁の開度における固着やズレにより、高圧側での蒸気分布が不均等になり、逆方向推力の割合が増加する。
- 軸方向変位異常対応措置（現場操作可能）
1. 初期の監視および評価
- 直ちに軸方向変位計を確認し（主・予備計の比較）、同時にタービン軸受温度（正常 ≤85℃、警報 ≤90℃）、潤滑油圧／温度、熱膨張差、蒸気パラメータ、および機器の振動や異常音を監視して、計器故障の可能性を除外する。
- 変位の変化傾向（急変／徐増）を把握し、運転状態（負荷調整、パラメータ変動、設備操作など）と照らし合わせて、故障の根本原因を特定する。
2. 段階的な対応操作
（1）警報値未満（徐々に増加）
- パラメータ調整：主蒸気・再熱蒸気の温度および圧力を安定させ、関連するドレントラップ弁を開いて水分の巻き込みを防止する。潤滑システムを調整し、油圧を≥0.15MPa、油温を40–55℃の範囲内に維持する。
- 運転条件の最適化：負荷を段階的に調整する（急激な増加または減少を避ける）。高圧加熱器が運転停止している場合は、手順に従って負荷を20～30％削減し、軸方向推力のバランスを取る。
- 状態の追跡：5分ごとに軸変位および軸受温度のデータを記録する。傾向が改善しない場合は、負荷を安全な範囲まで段階的に低下させる。
(2) アラーム値を超える（トリップ値未満）
- 軸方向前進変位が限界を超えた場合：直ちに定格負荷の50％未満まで負荷を低下させ、高圧加熱器を停止する。タービン推力軸受温度が上昇を続ける場合は、予備潤滑油ポンプを起動する。それでも効果がない場合は、負荷低減による停止を実施する。
- 軸方向後退変位が限界を超えた場合：蒸気温度を安定させる（さらに上昇させない）とともに、低圧抽気弁の状態を確認する。故障が即座に処置できない場合は、負荷を定格の30％まで低下させ、故障のある抽気部を遮断する。
(3) トリップ値を超える／緊急状態
- 軸方向変位がトリップ設定値に達した場合（通常前進方向で1.2～1.5mm、逆方向で-0.8～-1.0mm。ユニット手順に従って実施）や、ウォーターハンマーが発生した場合、またはスラスト軸受温度が95℃を超えた場合は、直ちに手動緊急停止を行う。主蒸気・再熱蒸気の供給を遮断し、すべての段階のドレントラップ弁を完全に開く。
- 停止後は、スラスト軸受を冷却するため、潤滑システムの運転を30分以上維持する。その後、スラスト軸受、スラストクリアランス、流路部品および蒸気弁の状態を分解点検する。故障が解消され、その確認が取れるまでは再起動を行わない。
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