JP2000510214A - 漏れ止め装置および蒸気タービン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、それぞれ流体（１７）によって貫流され異なった圧力に保たれている第１の範囲（１９）から第２の範囲（２０）への漏れを止めるための漏れ止め装置（１８）に関する。この漏れ止め装置は主軸（１４）を中心として回転される構成要素（１２、１０）と固定構成要素（１１、１３）とを備え、一方の構成要素（１２、１３）が円周方向に延びる窪み（窪み、１６ａ、１６ｂ）を有し、他方の構成要素（１１、１０）は構成要素端（５）を有している。この構成要素端（５）にシールウェブ（６）が隣接して位置し、このシールウェブ（６）が主軸（１４）に対して平行に延び構成要素端（５）から間隔を隔てられているクロス部位（８）を有し、窪み（窪み、１６ａ、１６ｂ）の中に半径方向に突出し、その窪み（窪み、１６ａ、１６ｂ）の幾何学形状はシールウェブ（６）のそれに類似している。

Description

【発明の詳細な説明】 漏れ止め装置および蒸気タービン 本発明は、特にそれぞれタービン軸に沿って延びているロータと内部車室とを 備えた蒸気タービンにおけるそれぞれ流体によって貫流され異なった圧力に保た れている第１の範囲から第２の範囲への漏れを止めるための装置に関する。本発 明は更にこの漏れ止め装置を備えた蒸気タービンに関する。 ヨーロッパ特許出願公開第０６１１９０５号明細書には、特に異なった圧力の 空間間の軸貫通部が適当なシールを備えていなければならないような流体機械に おける異なった圧力の空間間を無接触式に漏れ止めするための装置が記載されて いる。この装置は回転部分と固定部分との間に段階状のラビリンス間隙が形成さ れているようなラビリンスパッキンから成っている。ラビリンス間隙の中にそれ ぞれ回転部分および固定部分にシールフィンが配置され、これによって貫流する 媒体の大きなうずを生じさせようとしている。固定部分と回転部分との間のシー ルフィンは、僅かな軸方向間隙しか存在しないようにできるだけ互いに接近して 配置されている。シールフィンは二つの隣接する段のシールフィンが重なり合う ように半径方向に延長されている。シールフィン群は対応する溝の中にかしめワ イヤによって固定される。 文献「ファウ・ゲー・ベー・クラフトヴェルクステヒニク」７１、１９９１年 、第２号、第１１６〜１２２頁に掲載のデー・ベルクマン、エム・ヤンセン、ハ ー・エインハウゼン共著の論文「蒸気タービン構成要素の近代化と寿命延長対策 」には、蒸気タービンのタービン翼に対する種々の漏れ止め装置が提案されてい る。この論文の図１３には静翼とタービンロータとの間の相対漏洩蒸気流が示さ れている。そこでは幾つかの実施形態において静翼に窪みが設けられている。軸 方向に交互にタービンロータおよび静翼にシールフィンが配置されているような いわゆるフィン・フィン形漏れ止め装置において相対漏洩蒸気流を最低にするこ とができる。タービンロータと静翼との間の間隙の漏れ止め装置を改良すること によって、蒸気タービン設備の効率損失を減少させることができる。 旧東ドイツ特許第５４３８０号明細書には、対向して位置して共働するシール 部材による特にタービンあるいは遠心圧縮機に対するラビリンスパッキンが記載 されている。可撓性のシール部材は固有の遠心力によってあるいは高圧媒体の供 給によって窪みの肩部に接している薄い帯板板金から成っている。隣接する窪み 間に平らなオリフィス板が突出している。日本特許抄録Ｍ−１３３、１９８２年 ５月２９日発行、第６巻、第９３号における特開昭５７−２８８１０号には、動 翼とそれに隣接し互いに間隔を隔てられている２つの静翼との間における漏れ止 め装置が提案されている。動翼は羽根部位の両端にそれぞれリング状突起を有し ている。静翼の軸方向延長部には動翼に向けられ動翼に隣接するシール要素が設 けられている。１９７３年、ファウ・エー・ベー・フェルラーク・テヒニク社（ ベルリン）出版のデイクおよびトロヤノフスキーの著書「アキシャルタービン段 の研究と計算」第７．６．４．３章「翼オーバーヘッド形囲いと囲い輪の影響」 に、静翼格子とタービンロータとの間の種々の漏れ止め装置が示されている。一 つの実施形態においては静翼格子は断面Ｔ形のシール要素を有し、このシール要 素は対応したロータの断面矩形の溝の中に突出している。 本発明の課題は、異なった流体圧力の二つの範囲を分離する回転部分と固定部 分との間の漏洩流体量を少なくするための漏れ止め装置を提供することにある。 本発明のもう一つの課題はそのような漏れ止め装置を備えた蒸気タービンを提供 することにある。 それぞれ流体によって貫流され異なった圧力に保たれている第１の範囲から第 ２の範囲への漏れを止めるための装置に関する課題は、本発明に基づいて、主軸 を中心として回転可能な構成要素と固定構成要素とを備え、一方の構成要素が円 周方向に延びる窪みを有し、他方の構成要素がシールウェブが接している端部を 有していることによって解決される。このシールウェブは主軸に対してほぼ平行 に延び構成要素端部から間隔を隔てられたクロス部位を有し、窪みの中に半径方 向に突出し、その窪みの形状はシールウェブのそれに対応している。 シールウェブは好適には、構成要素の長手軸線と流体の流れ方向とから形成さ れる平面内において断面が例えばＴ形あるいはＬ形をしている。構成要素の長手 軸線に対してほぼ横方向に流れ方向に延びるクロス部位は、シールウェブが任意 の断面形状、特に矩形あるいは半円形の溝の中に入れられることによって形成さ れる。これは、構成要素特にタービン翼に設けられたシールウェブが流体の流入 方向に窪みを有し、従ってタービン翼に流体が流入する際にこの窪みによって従 ってシールウェブによって強いうずが生ずるか逆流が生じて、流れ抵抗が高めら れるという利点を有する。好適には固定構成要素および／又は回転構成要素は長 手軸線に沿って延びるタービン翼である。このタービン翼の場合、羽根部位にシ ールウェブが続いており、このシールウェブはタービン翼への流体の流入方向に 応じて領域的に長手軸線の方向におよび長手軸線に対して横方向に延び、その際 クロス部位はシールウェブが配置されている羽根部位の端部から間隔を隔てられ ている。 タ−ビン翼はその翼脚部位と反対側端に場合によって僅かに湾曲した囲い板を 有し、この囲い板の上にシールウェブが配置され、特に溶接されているか囲い板 から切削加工されている。タービン特に蒸気タービンのロータに円周方向に並べ て配置されたタービン翼の場合、タービン翼の囲い板は円環状の囲い輪を形成し 、円周方向に延びるシールウェブはロータの主軸に対して垂直な面内において円 環リングを形成する断面円形のシールベルトを形成する。円周方向に対して垂直 に延びるシールウェブのクロス部位によって、形成されたシールベルトは流れ抵 抗を高め、これによってタービン翼間即ち静翼と動翼との間および内部車室とタ ービンロータとの間の漏洩流を減少する。クロス部位が軸方向に深くされた円環 状の溝を形成し、この溝が流体流の転向およびうずを生じさせるので、このクロ ス部位によって流れ抵抗が一層増大される。 シールウェブに対向して、構成要素の長手軸線に対して平行に延びる少なくと も一つのシールフィン、好適には複数のシールフィンが設けられている。これに よってシールウェブに加えて、ヨーロッパ特許出願公開第０６１１９０５号明細 書あるいは上述の論文に提案されているようなラビリンスパッキンが形成される 。 タービン翼は好適には蒸気タービン特に中圧部分タービンおよび／又は低圧部 分タービンに対する動翼あるいは静翼である。本発明に基づくシールウェブを備 えた静翼および動翼を使用することによって、蒸気タービンにおける漏洩蒸気流 は減少され、これによって特に低圧部分タービンにおける効率が高められる。 蒸気タービンに向けられた課題は、それぞれタービン軸に沿って延びるロータ および／又は内部車室が円周方向に延び特にタービン翼のシールウェブが非接触 ではまり込むための環状の窪みを有していることによって解決される。この窪み の中におけるシールウェブの非接触的なはまり込みによって、蒸気タービン内を 導かれる蒸気に対して大きな流れ抵抗が得られ、これによって漏洩蒸気量はかな り減少される。これは静翼とロータとの間、動翼と内部車室との間および軸封装 置としてのロータと内部車室との間の漏れ止めに対しても当てはまる。 流れ抵抗を一層高めるためおよび追加的なうず領域および逆流領域を発生する ために、窪みが領域的に半径方向においてタービン軸に対して垂直に且つ軸方向 においてタービン軸に対して平行に拡大されている。この窪みは従って円周方向 に対して垂直な断面において断面Ｔ形、Ｌ形あるいは類似の形状をし、これはシ ールウェブの断面形状に幾何学的に類似している。 窪みの中には少なくとも一つの半径方向に延びるシールフィン、好適には多数 の半径方向に延びるシールフィンが設けられている。これによって追加的なラビ リンスパッキンが形成され、従って流れ抵抗が一層増大される。この場合各シー ルフィンは円周方向に延びるシールフィンベルトを形成する。 窪みの中には好適には円周方向に延びるタービン翼のシールウェブが突出して いる。このシールウェブは好適には断面Ｔ形あるいはＬ形に形成されている。従 って窪みの範囲において流れ方向が２回から４回にわたって１８０°転向され、 これによって流れ抵抗が著しく増大され、従って蒸気漏洩流が大幅に減少される 。これは特に中圧部分タービンあるいは低圧部分タービンにおいてその効率を高 める。 以下図示した実施例を参照して漏れ止め装置およびそれを備えた蒸気タービン を詳細に説明する。 図１は蒸気タービンの一部縦断面図、 図２は図１の実施例に類似した漏れ止め装置の拡大断面図である。 図１は、内部車室１３とこの内部車室１３の中に配置されたロータ１２とを備 えた詳細には図示しない蒸気タービンの一部を縦断面図で示している。内部車室 １３およびロータ１２はタービン軸１４に沿って延び、その内周面ないし外周面 に円周方向にそれぞれ環状に延びる窪み１６ａ、１６ｂを有している。蒸気ター ビンには多数のタービン翼１が配置され、ここでは図を分かり易くするために内 部車室１３に取り付けられた一つの静翼１１およびロータ１２に結合された一つ の動翼１０だけが示されている。各タービン翼１は翼脚部位３を有し、タービン 翼１はこの翼脚部位３で内部車室１３ないしロータ１２に係止されている。ター ビン翼１はその長手軸線２に沿って延びている。長手軸線２の方向において翼脚 部位３に、蒸気流１７を転向するための羽根部位４が続いている。この羽根部位 ４は翼脚部位３と反対側にタービン翼端５を有し、このタービン翼端５に囲い板 ７が設けられている。ロータ１２あるいは内部車室１３の円周方向に並べて取り 付けられたタービン翼１０、１１は円環状の翼格子を形成し、その囲い板７は円 環状の囲い輪を形成している。タービン翼端５の長手軸線２の方向にシールウェ ブ６が設けられている。このシールウェブ６は囲い板７上に円周方向に延びてい る。シールウェブ６はタービン翼端５から間隔を隔てて長手軸線２に対して直角 に延びるクロス部位８を有している。これによってクロス部位８とタービン翼端 ５特に囲い板７との間に円周方向に延びる溝２１が形成される。この溝はこの場 合シールウェブ６の断面のＴ形に合わせられて断面が矩形をしているが、クロス 部位８の製造様式に応じて例えば断面を半円形にすることもできる。シールウェ ブ６の断面がＴ形であることによって、長手軸線２の両側にそれぞれ円周方向に 延びる溝２１が形成されている。シールウェブ６はそれに対応した窪み１６ａ、 １６ｂの中に無接触で突出している。そのクロス部位８の横方向の幅は、それぞ れの窪み１６ａ、１６ｂにシールウェブ６を追加的に挿入したりそこから取り出 したりすることができるように寸法づけられている。これは例えば軸方向に二分 割された構造の蒸気タービンの組立に関連して簡単に組み立てることができると いう利点がある。窪み１６ａ、１６ｂはその形状がシールウェブ６に合わされ、 特に同様に断面Ｔ形をしており、タービン軸１４の方向にクロス部位８に対応し た環状の溝２１を有している。窪み１６ａ、１６ｂの中には長手軸線２の方向に 延びる二つのシールフィン９がクロス部位８に対向して配置されている。更にロ ータ１２の外周面並びに内部車室１３の内周面にもそれぞれ囲い板７に対向して 長手軸線２の方向に延びるシールフィン９が設けられている。 ロータ１２の窪み１６ａないし内部車室１３の窪み１６ｂの中にシールウェブ ６が突出していることによって、動翼１０と内部車室１３との間並びに静翼１１ とロータ１２との間に、蒸気流１７からの漏洩蒸気が貫流する半径方向に真っ直 ぐ延びる間隙が形成されることが防止される。むしろ固定部分即ち静翼１１ない し内部車室１３と回転部分即ちロータ１２ないし動翼１０との間で、窪み１６ａ 、１６ｂの中に突出するシールウェブ６によって漏洩蒸気流が少なくとも４回に わたって９０°転向される。これによって蒸気タービンの固定部分と回転部分と の間にうずおよび逆流領域が形成され、流れ抵抗が著しく増大される。クロス部 位８付きのシールウェブ６並びにこのシールウェブ６に合わされた窪み１６ａ、 １６ｂによって、漏洩蒸気流が４回にわたって１８０°転向される。これは一層 流れ抵抗を著しく高め、これによって漏洩蒸気流は減少する。この漏洩蒸気流は 窪み１６ａ、１６ｂの中においてクロス部位８に面したシールフィン９並びに囲 い板７に面したシールフィン９によって一層減少される。また、囲い板７および ／又はクロス部位８に設けられるシールフィン９から完全なラビリンスパッキン を形成することもできる。 次に図２を参照して、第１の範囲１９と第２の範囲２０との間の漏れを止める ための装置１８を説明する。図２は図１に類似して主軸１４に沿って延びる蒸気 タービンの一部を拡大縦断面図で示している。ここでは図１と同一部分には図１ と同じ符号が付されている。例として高い蒸気圧の第１の範囲１９をその下流側 に位置する低い蒸気圧の第２の範囲２０から分離する漏れ止め装置１８について 説明する。この漏れ止め装置１８は固定構成要素として内部車室１３を、回転構 成要素として動翼１０を有している。同じことは静翼１１とロータ１２との間の 漏れ止め装置１８に対しても、並びに軸封装置の枠内において内部車室１３とロ ータ１２との間の密封装置にも当てはまる。回転構成要素即ち動翼１０はシール ウェブ６を有し、このシールウェブ６は内部車室１３の円周方向に延びる窪み１ ６ｂの中に半径方向に無接触で突出している。このシールウェブ６は主軸即ちタ ービン軸１４の方向にクロス部位８を有している。クロス部位８は囲い板７と共 に円周方向に延び軸方向に深くされた溝２２を形成している。シールウェブ６が 断面Ｔ形をしていることによって、全部で二つのそのような溝２２が形成され、 その一方は第１の範囲１９に面し、他方は第２の範囲２０に面している。窪み１ ６ｂはこれらの溝２２に対応しクロス部位８に面している円環状溝２１を有して いる。羽根部位４を貫流しない蒸気流１７即ち漏洩蒸気流は第１の範囲１９と第 ２の範囲２０との間で窪み１６ｂを通って流れる。このためにこの漏洩蒸気流は 少なくとも４回、特にそれぞれ１８０°転向されるので、窪み１６ｂ内を貫流す る際に高い流れ抵抗が生ずる。これは漏洩蒸気流の流量を著しく減少し、これに よって蒸気タービンの効率は高まる。 本発明は、特に蒸気タービンにおける異なった圧力の範囲間の密封性を高める ために固定構成要素が回転構成要素にある窪みの中にあるいはその逆に回転構成 要素が固定構成要素にある窪みの中に入り込んでいることによって特徴づけられ る。従ってこれらの異なった圧力の範囲間の漏洩蒸気は窪みを通って流れなけれ ばならず、その際に数回にわたって流れが転向され、この転向は流れ抵抗を著し く高める。これによって蒸気タービンのタービン翼の漏れ止め装置に対してある いは車室を貫通している軸に対する軸封装置に対して高いシール作用が供される 。窪みの中に特に円周方向に延びるシールウェブが突出しているので、漏洩蒸気 流が数回にわたって転向され、流れ抵抗が増大する。窪み並びにシールウェブは 好適には断面がＴ形に形成され、これによって漏洩蒸気流は数回にわたって１８ ０°転向される。この転向に伴う流れ抵抗の増大は漏洩蒸気流を著しく減少する 。漏洩蒸気流は追加的にシールフィンによるラビリンスパッキンを利用すること によって一層減少される。シールウェブが窪みの中に突出しているような漏れ止 め装置を利用することによって、蒸気タービン特にその中圧部分タービンあるい は低圧部分タービンにおける間隙損失を減少するための改良形間隙密封装置が得 られ、それに応じて効率が高められる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．それぞれ流体（１７）によって貫流され異なった圧力に保たれている第ｌの 範囲（１９）から第２の範囲（２０）への漏れを止めるための漏れ止め装置であ って、主軸（１４）を中心として回転される構成要素（１２、１０）と固定構成 要素（１１、１３）とを備え、一方の構成要素（１２、１３）が円周方向に延び る窪み（１６ａ、１６ｂ）を有し、他方の構成要素（１１、１０）が端部（５） を有し、この端部にシールウェブ（６）が隣接して配置され、このシールウェブ が主軸（１４）に対して平行に延び構成要素端部（５）から間隔を隔てられてい るクロス部位（８）を有し、窪み（１６ａ、１６ｂ）の中に半径方向に無接触で 突出し、その際窪み（１６ａ、１６ｂ）の形状がシールウェブ（６）のそれに対 応していることを特徴とする漏れ止め装置（１８）。 ２．シールウェブ（６）およびそれに対応した窪み（１６ａ、１６ｂ）が断面Ｔ 形あるいはＬ形に形成されていることを特徴とする請求項１記載の漏れ止め装置 （１８）。 ３．長手軸線（２）に沿って延びるタービン翼（１）を備え、このタービン翼が 翼脚部位（３）を有し、この翼脚部位に長手軸線（２）の方向に羽根部位（４） が続き、この羽根部位が翼脚部位（３）と反対側端（５）にシールウェブ（６） を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の漏れ止め装置（１８）。 ４．タービン翼（１）の端部（５）に囲い板（７）が設けられ、この囲い板上に シールウェブ（６）が配置されていることを特徴とする請求項３記載の漏れ止め 装置（１８）。 ５．タービン翼（１）が蒸気タービンの動翼（１０）あるいは静翼（１１）であ ることを特徴とする請求項３又は４記載の漏れ止め装置（１８）。 ６．窪み（１６ａ、１６ｂ）の中に主軸（１４）に対してほぼ垂直に延びるシー ルフィン（９）がシールウェブ（６）に対向して設けられていることを特徴とす る請求項１ないし５のいずれか１つに記載の漏れ止め装置（１８）。 ７．シールウェブ（６）に半径方向に延びるシールフィン（９）が設けられてい ることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の漏れ止め装置（１ ８）。 ８．それぞれタービン軸（１４）に沿って延びるロータ（１２）と車室（１３） とを備え、ロータ（１２）および／又は内部車室（１３）が円周方向（１５）に 延びる環状の窪み（１６ａ、１６ｂ）を有し、この窪みの中に特にタービン翼（ １）のシールウェブが無接触で入り込んでいることを特徴とする請求項１ないし ７のいずれか１つに記載の漏れ止め装置（１８）を備えた蒸気タービン。 ９．窪み（１６ａ、１６ｂ）が、領域的に半径方向においてはタービン軸（１４ ）に対して垂直に且つ軸方向においてはタービン軸（１４）に対して平行に延び ていることを特徴とする請求項８記載の蒸気タービン。