CN102713165A - 使用折皱状波纹管构成的密封机构及具备该密封机构的汽轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，不需要多余的工夫和成本，容易调整具备包围被密封轴体的折皱状波纹管的密封机构的固有频率，容易避免与被密封轴体的共振。低压汽轮机（10）的转子轴（26）上，设有对外部机室（12）和密封压盖部（32）之间进行密封的密封机构（40A）。密封机构（40A）中，外侧折皱状波纹管（46）和内侧折皱状波纹管（48）以相互不接触状态保持气密状态而与端板（42及44）连接。外侧折皱状波纹管（46）与端板（42、44）的外缘端连接，内侧折皱状波纹管（48）与端板（42、44）的内缘端连接，因此容易进行两折皱状波纹管的定位。

Description

使用折皱状波纹管构成的密封机构及具备该密封机构的汽轮机
技术领域
本发明涉及一种密封机构及具备该密封机构的汽轮机，所述密封机构适宜应用于汽轮机的转子轴等，容易设定固有频率，且能够容易避免与转子轴系的共振。
背景技术
汽轮机中，在外部机室的内部设有内部机室，在中心部旋转自如地支承转子。在该转子上多个动叶片以设定的间隔固定，在固定于内部机室的叶片环上固定有多个静叶片。这样，形成动叶片和静叶片交替且多级地配置的蒸气通路。在外部机室及内部机室设有蒸气入口部，从该蒸气入口部进入内部机室内的蒸气通过该蒸气通路，使转子旋转，驱动与该转子连结的发电机。
转子由位于外部机室的外侧的轴承部旋转自如地支承，该轴承部固定于由混凝土等制造的基础台上。在该轴承部和外部机室之间的转子轴上设有防止蒸气泄漏的密封压盖部（轴封部），该密封压盖部经由连结部被支承于所述轴承部。向密封压盖部供给通常供转子的旋转后从内部机室排出的低压的密封蒸气。
另外，为了防止蒸气从外部机室与密封压盖部之间泄漏，在外部机室与密封压盖部之间，以包围转子轴的方式架设有圆筒状的折皱状波纹管。该折皱状波纹管能够吸收由热膨胀、压力引起的外部机室与密封压盖部之间的相对位移。
专利文献1中公开了在外部机室与密封压盖部之间配置有折皱状波纹管的密封机构。以下，利用图4及图5说明专利文献1中公开的密封机构。图4所示的密封机构100A中，双层结构的圆筒状的折皱状波纹管102以在图示省略的转子轴的周围包围该转子轴的方式配置。该折皱状波纹管102架设于与图示省略的外部机室连结的环状的端板112和与图示省略的密封压盖部连结的环状的端板114之间，将外部机室和密封压盖部之间气密密封，防止蒸气泄漏。
在装入核电厂的汽轮机中，从安全性的观点出发，采用前述的双层结构的折皱状波纹管。
折皱状波纹管102为将两个圆筒重叠并从内侧施加压力而成形，构成包括除去平面部104以外成为折皱状的内层波纹管102a和外层波纹管102b。在平面部104的外表面固定有环状的肋106，向设于肋106的外壁的孔插入固定砝码108。由该肋106及砝码108构成振动调整单元。通过调整砝码108的数量或质量，调整折皱状波纹管102的固有频率，避免折皱状波纹管102和转子的共振。
图5是专利文献1中公开的折皱状波纹管的另一构成例。在图5中，该密封机构100B由不具备所述振动调整单元的双层结构的折皱状波纹管102和在该折皱状波纹管102的外侧配置的波纹管116构成。波纹管116的两端经由支承构件118与端板112连结或经由支承构件118端板114连结。通过设置该波纹管116，能够调整密封机构100B的固有频率。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开2009-235971号公报
发明内容
在汽轮机的密封压盖部设置的折皱状波纹管，通过具有柔软性的折皱部决定固有频率。专利文献1中公开的密封机构100A及100B几乎没有内层波纹管102a和外层波纹管102b之间的间隙，为紧贴的结构。因此，由于制造时的紧贴程度的差异，固有频率变动，不容易设定为所要求的固有频率，存在用于避免与涡轮转子的共振的固有频率的设定变得困难的问题。
因此，在设置了折皱状波纹管之后，需要对每1台进行用于确认固有频率的振动试验。另外，根据情况不同，需要再调整固有频率，或产生不得不再制造折皱状波纹管的情形，因此，存在折皱状波纹管的设置中耗费多余的工夫和时间的问题。
为了避免上述问题，专利文献1的密封机构100A中，设置由肋106和砝码108构成的振动调整单元，调整密封机构100A的固有频率，但会多余地耗费用于设置该振动调整单元的工夫和时间。
另外，在密封机构100B中，在双层结构的折皱状波纹管102的外侧设置第三波纹管116，调整固有频率，但需要将波纹管116和支承构件118分成两个而安装在折皱状波纹管102的外侧，因此存在耗费多余的工夫和时间的问题。
本发明鉴于该现有技术的课题，其目的在于提供不需要多余的工夫和成本而容易调整设置成包围被密封轴体的折皱状波纹管的固有频率的密封机构，具体而言使用折皱状波纹管构成的密封机构及具备该密封机构的汽轮机。
为了实现该目的，本发明的使用折皱状波纹管构成的密封机构，由包围被密封轴体的筒状的折皱状波纹管构成，该折皱状波纹管的两端与在该被密封轴体的周围配置的支承构件连接，允许该支承构件间的相对位移并将被密封轴体的周围气密密封，其中，所述折皱状波纹管包括外侧折皱状波纹管和内侧折皱状波纹管，该内侧折皱状波纹管嵌套状地设置在外侧折皱状波纹管的内侧，以被密封轴体为中心与该外侧折皱状波纹管形成同心状，外侧折皱状波纹管及内侧折皱状波纹管分别通过将单一的板状体弯折而构成，外侧折皱状波纹管和内侧折皱状波纹管以相互不接触的状态配置。
本发明的密封机构中，外侧折皱状波纹管和内侧折皱状波纹管以非接触状态配置，不需要考虑两折皱状波纹管的紧贴程度，因此容易算出密封机构的固有频率。因此，密封机构的固有频率的设定变得容易，因而不需要在固有频率的调整中花费多余的工夫和成本。因此，不需要对每1台进行用于确认固有频率的振动试验，能够减少试验所需要的成本，并且能够消除再制造折皱状波纹管的工夫和成本。
另外，不需要如专利文献1所公开的密封机构那样用于振动调整的特别的单元，就具有与专利文献1的双层结构的折皱状波纹管等同的密封性能。
另外，由于在外侧折皱状波纹管的内侧嵌套状地设置内侧折皱状波纹管，因此与如图5所示在折皱状波纹管102的外侧安装分成两个的折皱状波纹管的情况相比，制造容易。
本发明的密封机构中，在支承构件的彼此相对的端部设有包围被密封轴体的间隔形成用环构件，外侧折皱状波纹管与该间隔形成用环构件的外缘端连接，并且内侧折皱状波纹管与该间隔形成用环构件的内缘端连接。
这样，通过经由该间隔形成用环构件将外侧折皱状波纹管及内侧折皱状波纹管安装于支承构件，使两折皱状波纹管空出相互的间隔，容易以非接触状态安装于支承构件。
另外，可将本发明的密封机构应用于汽轮机的密封压盖部。即，被密封轴体为汽轮机的转子轴，支承构件为外部机室及密封压盖部，外侧折皱状波纹管及内侧折皱状波纹管保持气密而架设于外部机室和密封压盖部之间，对外部机室和密封压盖部间的转子轴的周围进行气密密封。由此，简单且低成本地使密封机构的固有频率的调整变得容易，因此容易避免与转子轴的共振。
另外，本发明的密封机构中，外侧折皱状波纹管及内侧折皱状波纹管以适合于它们所要求的固有频率及环境条件的方式选择板厚、折皱数、间距宽度或材质。
这样，通过选择板厚、折皱数、间距宽度或材质，设定成所要求的固有频率变得更加容易，另外，能够赋予符合环境条件的强度、耐久性能等。
另外，本发明的汽轮机具备外部机室、设于该外部机室的内部的内部机室、在该内部机室的内部配置的转子、沿轴向以设定间隔固定于该转子的多个动叶片、以位于各动叶片间的方式固定在内部机室的内部的多个静叶片、设于外部机室的外侧并旋转自如地支承转子轴的轴承部、及设于该转子轴贯通外部机室的部位并防止蒸气泄漏的密封压盖部，其中，在外部机室和密封压盖部之间设有具有所述任一种构成的密封机构。
通过将本发明的密封机构应用于汽轮机的转子轴，能够可靠地防止蒸气从外部机室与密封压盖部之间泄漏，并且能够以简单且低成本的结构避免密封机构与转子轴的共振。
【发明效果】
根据本发明的密封机构，其由包围被密封轴体的筒状的折皱状波纹管构成，该折皱状波纹管的两端与配置于该被密封轴体的周围的支承构件连接，允许该支承构件间的相对位移并对被密封轴体的周围进行气密密封，其中，所述折皱状波纹管包括外侧折皱状波纹管和内侧折皱状波纹管，该内侧折皱状波纹管以被密封轴体为中心与该外侧折皱状波纹管同心状地在外侧折皱状波纹管的内侧嵌套状地设置，外侧折皱状波纹管及内侧折皱状波纹管分别通过将单一的板状体弯折而构成，外侧折皱状波纹管和内侧折皱状波纹管以相互不接触的状态配置，因此能够以简单且低成本的单元调整固有频率，能够避免与被密封轴体的共振。另外，能够具有与现有的双层结构的折皱状波纹管等同的耐久性，从而实现长寿命化。
另外，本发明的汽轮机具备外部机室、设于该外部机室的内部的内部机室、在该内部机室的内部配置的转子、沿轴向以设定间隔固定于该转子的多个动叶片、以位于各动叶片间的方式固定在内部机室的内部的多个静叶片、设于外部机室的外侧并旋转自如地支承转子轴的轴承部、设于该转子轴贯通外部机室的部位并防止蒸气泄漏的密封压盖部，其中，由于具备所述构成的密封机构，因此能够可靠地防止外部机室与密封压盖部之间的蒸气泄漏，并且能够以简单且低成本的单元避免转子轴与密封机构的共振。
附图说明
图1是将本发明的密封机构应用于汽轮机的第1实施方式的汽轮机转子周边的剖视图。
图2是表示所述实施方式的密封机构的剖视图。
图3是表示本发明的密封机构的第2实施方式的剖视图。
图4是现有的密封机构的剖视图。
图5是表示现有的另一密封机构的剖视图。
具体实施方式
以下，使用图示的实施方式详细说明本发明。但是，该实施方式所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特别特定的记载，就不会将该方案的范围仅限于此。
（实施方式1）
基于图1及图2说明将本发明的密封机构应用于低压汽轮机的第1实施方式。首先，根据图1，说明低压汽轮机10的蒸气排气侧的构成。图1中，以包围转子20的方式设置外部机室12。在外部机室12中，导流件16形成将使转子20旋转后的低压蒸气s排气的排气室14。导流件16安装于支承构件18。
转子20中，构成最终段的动叶片的盘片22和叶片24一体地形成于转子20。在该最终段动叶片的紧上游侧设有固定于内部机室（图示省略）的图示省略的最终静叶片。从转子20一体地延伸设置的转子轴26在外部机室12的外侧由设于轴承箱28的内部的轴瓦（图示省略）而旋转自如地被支承。轴承箱28固定于由混凝土等制成的基础台30上。
在外部机室12和轴承箱28之间，设有用于防止蒸气从转子轴26和外部机室12的间隙泄漏的密封压盖部（轴封部）32。通常，在密封压盖部32中，流过排气室14的低压的排气蒸气的一部分作为密封蒸气供给，防止在密封压盖部的蒸气泄漏。密封压盖部32的壳体34经由连结部36与轴承箱28连结。在密封压盖部32的内部，在与转子轴26相接的部分设有迷宫式密封件38，防止蒸气从与转子轴26的间隙泄漏。
为了将与外部机室12的支承构件18连结的遮蔽壁19和密封压盖部32的壳体34之间的区域密闭而防止蒸气从该区域泄漏，设有本实施方式的密封机构40A。以下，通过图2说明该密封机构40A的构成。
图2中，在遮蔽壁19的面向密封压盖部32侧的面上，通过焊接或螺栓结合保持气密而固定设置有环状的端板42。另外，在密封压盖部32的壳体34的面向遮蔽壁19侧的面上，通过焊接或螺栓结合而固定设置有环状的端板44。如图2所示，这些端板具有长方形的截面。
在这些端板之间安装有外侧折皱状波纹管46和内侧折皱状波纹管48。这2个折皱状波纹管分别是将由金属构成的单一的板状体弯折成形成折皱状的构件。外侧折皱状波纹管46的两端分别气密地焊接于端板42或端板44的外缘端。另外，内侧折皱状波纹管48的两端分别气密地焊接于端板42或端板44的内缘端。并且，外侧折皱状波纹管46的内侧端和内侧折皱状波纹管48的外侧端在高度方向上设有间隔C1，以避免相互接触。间隔C1具有0.1mm以上的间隔，以实现即使密封机构40A振动也不会接触。
根据本实施方式，外侧折皱状波纹管46和内侧折皱状波纹管48具备始终不接触的间隔而配置，因此不会像现有技术那样产生因紧贴程度的差异引起的固有频率的变动。因此，容易设定安装于转子轴26后的密封机构40A的固有频率。因此，能够容易地避免密封机构40A和转子轴26的共振。另外，由于不需要如专利文献1所公开的密封机构那样用于调整固有频率的特别的单元，因此不会增加制造成本。
另外，外侧折皱状波纹管46及内侧折皱状波纹管48保持气密状态而与端板42及44连接，因此能够取得与现有的双层结构的折皱状波纹管同等的蒸气泄漏防止效果。
另外，外侧折皱状波纹管46的两端与端板42及44的外缘端连接，内侧折皱状波纹管48的两端与端板42及44的内缘端连接，两折皱状波纹管经由端板42、44固定于遮蔽壁19及壳体34，因此容易进行两折皱状波纹管的定位，容易以非接触状态安装两折皱状波纹管。
这样，由于容易设定密封机构40A的固有频率，因此不需要进行再制造，并且在密封机构40A向转子轴26的安装后不需要对每1台进行振动试验，能够消除振动试验所需要的成本。
（实施方式2）
接着，通过图3说明本发明的密封机构的第2实施方式。所述第1实施方式中，外侧折皱状波纹管46和内侧折皱状波纹管48的板厚、折皱数、折皱高度、间距宽度、及材质相同，但本实施方式的密封机构40B使用相对于内侧折皱状波纹管48改变了折皱数、折皱高度、间距宽度及材质的外侧折皱状波纹管50。其他的构成，也包括两折皱状波纹管的安装方法，与第1实施方式相同，本实施方式也与第1实施方式同样地应用于低压汽轮机10的转子轴26。
即，外侧折皱状波纹管50的折皱高度H1及间距宽度P1相对于内侧折皱状波纹管48的折皱高度H2及间距宽度P2具有P2＜P1、H1＜H2的关系，外侧折皱状波纹管50的折皱高度低于内侧折皱状波纹管48的折皱高度。另外，外侧折皱状波纹管50的下端和内侧折皱状波纹管48的上端之间的间隔C2大于第1实施方式的间隔C1。此外，处于高温环境的内侧折皱状波纹管48的材质使用耐热性优良的不锈钢（SUS310或SUS410），外侧折皱状波纹管50的材质使用耐腐蚀性优良的铬钢（SCr）。
这样，本实施方式中，使外侧折皱状波纹管50和内侧折皱状波纹管48与各自的要求条件及使用环境一致，改变各自的规格，由此使固有频率的设定更加容易，并且能够实现密封机构40B的长寿命化。本实施方式中，此外，也可以改变外侧折皱状波纹管50的板厚。
【工业实用性】
根据本发明，能够维持相对于被密封轴体的密封性能，并容易地设定固有频率，能够容易地避免与被密封轴体的共振，例如能够实现适合于汽轮机的转子轴的密封压盖部的密封的密封机构。

Claims (5)

1.一种使用折皱状波纹管构成的密封机构，由包围被密封轴体的筒状的折皱状波纹管构成，该折皱状波纹管的两端与在该被密封轴体的周围配置的支承构件连接，允许该支承构件间的相对位移并将被密封轴体的周围气密密封，其特征在于，
所述折皱状波纹管包括外侧折皱状波纹管和内侧折皱状波纹管，该内侧折皱状波纹管嵌套状设置在外侧折皱状波纹管的内侧，以被密封轴体为中心与该外侧折皱状波纹管形成同心状，
外侧折皱状波纹管及内侧折皱状波纹管分别通过将单一的板状体弯折而构成，外侧折皱状波纹管和内侧折皱状波纹管以相互不接触的状态配置。
2.根据权利要求1所述的使用折皱状波纹管构成的密封机构，其特征在于，
在所述支承构件的彼此相对的端部设有包围所述被密封轴体的间隔形成用环构件，外侧折皱状波纹管与该间隔形成用环构件的外缘端连接，并且内侧折皱状波纹管与该间隔形成用环构件的内缘端连接。
3.根据权利要求1或2所述的使用折皱状波纹管构成的密封机构，其特征在于，
所述被密封轴体为汽轮机的转子轴，所述支承构件为外部机室及密封压盖部，
所述外侧折皱状波纹管及内侧折皱状波纹管保持气密而架设于外部机室和密封压盖部之间，对外部机室和密封压盖部间的转子轴的周围进行气密密封。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的使用折皱状波纹管构成的密封机构，其特征在于，
所述外侧折皱状波纹管及内侧折皱状波纹管以适合于它们所要求的固有频率及环境条件的方式选择板厚、折皱数、间距宽度或材质。
5.一种汽轮机，具备外部机室、设于该外部机室的内部的内部机室、在该内部机室的内部配置的转子、沿轴向以设定间隔固定于该转子的多个动叶片、以位于各动叶片间的方式固定在内部机室的内部的多个静叶片、设于外部机室的外侧并旋转自如地支承转子轴的轴承部、及设于该转子轴贯通外部机室的部位并防止蒸气泄漏的密封压盖部，其特征在于，
在所述外部机室和密封压盖部之间设有权利要求1～4中任一项所述的使用折皱状波纹管构成的密封机构。
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