JP2004245187A - Non-contact seal device for turbo machine and steam turbine equipment using this device - Google Patents

Non-contact seal device for turbo machine and steam turbine equipment using this device Download PDF

Info

Publication number
JP2004245187A
JP2004245187A JP2003038317A JP2003038317A JP2004245187A JP 2004245187 A JP2004245187 A JP 2004245187A JP 2003038317 A JP2003038317 A JP 2003038317A JP 2003038317 A JP2003038317 A JP 2003038317A JP 2004245187 A JP2004245187 A JP 2004245187A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
turbine
pressure
low
seal
stationary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003038317A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masataka Kikuchi
正孝 菊地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2003038317A priority Critical patent/JP2004245187A/en
Publication of JP2004245187A publication Critical patent/JP2004245187A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a non-contact seal device for a turbo machine, capable of improving sealability at the time of a steady motion operation, and reducing risk of a contact between a rotating structure and a stationary structure at the time of a low load accompanying start and stop, and reducing damage occurring on the rotating structure side even if a contact occurs and to provide a steam turbine plant provided with the non-contact seal. <P>SOLUTION: This device includes seal fins 4, 6 which are provided at a gap between the rotating structure 5 and the stationary structure 2 in the turbo machine and of which the axial pitch is set at and less than a fluctuation in a thermal expansion difference of the turbo machine, and a radial clearance control system which includes a clearance between the front end of the rotating side seal fin 6 and the front end of the stationary side seal fin 4 in the radial direction at the time of starting or stopping the turbo machine, and which moves the seal fin on the stationary side in the radial direction so as to form a dislocation between the front end of the rotating side seal fin 6 and the front end of the stationary side seal fin 4 in the radial direction at the time of the steady motion operation. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボ機械における回転構造物と静止構造物の間隙から流体が漏洩しないように非接触でシールする非接触シール装置および前記非接触シール装置を備えた蒸気タービン設備に関する。
【0002】
【従来の技術】
ターボ機械の代表的なものである蒸気タービンを例にとり説明する。
蒸気タービンは、主に回転するロータ、このロータに植設された動翼、この動翼の間に配設され静止している静翼(ノズルとも言う)、およびこれらを内包するケーシングから構成されている。さらに詳しくは、この動翼は、ロータの集方向に数十枚から百枚以上翼列をなすように植設されるとともに、その軸方向にもそこを流通する蒸気の圧力、温度の条件に合わせて翼長さが順に異なる翼列が5〜10列程度並んでいる。一方、静翼(ノズル)はノズルダイアフラムと呼ばれるリング状の部材に挟持され、その外側リングがケーシングに固定されている。また静翼は、前記動翼の各翼列の間に配設され、動翼と静翼の1対の組合せで段落を構成する。さらに、この段落が数段から10段程度で高圧、中圧あるいは低圧タービンが構成されている。そして、この段落に高温高圧の蒸気が流通することにより、蒸気の熱エネルギが各段落間でロータの回転エネルギに変換され、ロータにより結合された発電機を回転させる。
【0003】
従って静翼とロータの間にはロータの回転を可能にするために間隙が設けられているが、静翼に流入する蒸気はこの間隙から静翼をバイパスする漏れ蒸気となって流れてタービンの性能低下の一因となるので、この漏れ蒸気量を小さくするため、静翼内輪がロータに近接する部分に非接触のシールフィンを備えたラビリンスシールが設けられている。
【0004】
このようなラビリンスシールとして従来から食違い型あるいは櫛型のラビリンスシールが知られている。蒸気タービンは高温蒸気を使用し高速でロータが回転する回転機械であり、タービンの性能を向上させるためには作動流体である蒸気が少しでも多く静翼および動翼に流入するように、ロータと静翼内輪の間の間隙や、動翼先端と静翼外輪の間の間隙、または動翼先端とケーシングの間の間隙を通って漏洩する蒸気の量をできるだけ少なくする必要がある。蒸気タービンは高速回転機械であり接触式のシール装置の適用は困難であるので、蒸気タービンの回転構造物と静止構造物との間のシールには上述のような非接触式のラビリンスシールが適用されてきている。
【0005】
図22(a),(b),(c)および(d)は従来のラビリンスシールを示している。図中符号9は図示しないケーシングに嵌合して取り付けられた静翼翼環8(静翼翼環はノズルダイアフラムと称することもある)の内輪、すなわち、静翼内輪であり、静翼内輪9の内周に通常は板ばね等の弾性体11を介してパッキンリング2が取り付けられ、パッキンリング2からパッキンリング2と一体または別体に形成された加工されたシールフィン4が内径側に向かって伸びている。
【0006】
図22(c)において、符号5aは回転構造物の一部分であるタービンシャフトであり、タービンシャフト5aの表面に複数条の円盤状の凸部6aを形成し、タービンシャフト5aに相対する静止構造物であるパッキンリング2にはタービンシャフト5aの凸部6aに対応した低いシールフィン44と、タービンシャフト5の凹部60に対応した高いシールフィン45が形成されている。
【0007】
このような基本構造を有する非接触型の軸封装置を一般にラビリンスシール15と称しており、シールフィン44,45の先端の半径方向間隙7を微小に設定し、静翼をバイパスしてこの半径方向間隙7を通って漏れ出る蒸気3を少なくして漏洩損失を小さくしている。
【0008】
以上、静翼内輪とタービンシャフト間の間隙の非接触シール装置について説明したが、動翼先端と静翼外輪またはケーシングとの間の間隙についても類似の問題がある。図23(a),(b),(c)および(d)に従来から適用されてきた蒸気タービンの動翼先端と静翼外輪の間の間隙の非接触シール装置を示す。すなわち、動翼14の先端16に設けられたシュラウドカバー21と静翼12の外輪17との間または図示しないケーシングとの間には、動翼14の回転を可能にするために半径方向間隙18が設けられている。このため、動翼14に流入する蒸気の一部はこの半径方向間隙18から動翼14をバイパスする漏れ蒸気3となって流れ、タービン性能を低下させる一因となっている。この漏れ蒸気3を少なくするために、動翼先端16に設けられたシュラウドカバー21に近接する静翼外輪17(またはケーシング)にシールフィン19が設けられる。
【0009】
図24は従来の食違い型ラビリンスシール装置の代表例を示している。図中符号9は図示しないケーシングに嵌合して取り付けられた静翼翼環8(静翼翼環はノズルダイアフラムと称することもある)の内輪、すなわち、静翼内輪であり、静翼内輪9の内周に通常は板ばね等の弾性体11を介してパッキンリング2が取り付けられ、パッキンリング2からパッキンリング2と一体または別体に形成された複数列のシールフィン4が内径側に向かって伸びている。図中符号5は回転構造物の一部分であるロータであり、食違い型ラビリンスにおいてはロータ5の表面に複数列のシールフィン6がロータ5と一体または別体に形成されている。
【0010】
このような構造を有する非接触型のシール装置もラビリンスシールと称しており、シールフィン4の先端の半径方向間隙7を微小に設定し、静翼をバイパスしてこの半径方向間隙7を通って漏れ出る蒸気3を少なくして漏洩損失を小さくしている。食違い型ラビリンスにおいては、ロータ5に相対する静止構造物であるパッキンリング2のシールフィン4はロータのシールフィン6と互いに食違うように入り組んで組み合わさるように形成されていて、シールフィン4および6の先端の半径方向間隙7および10を微小に設定し、静翼をバイパスしてこの半径方向間隙7、10を通って漏れ出る蒸気3を少なくして漏洩損失を小さくしている。
【0011】
以上、静翼内輪とロータ間の間隙のシール装置について説明したが、動翼先端と静翼外輪またはケーシングとの間の間隙についても同様の問題がある。図25(a)および(b)に従来から適用されてきた蒸気タービンの動翼先端16と静翼外輪17の間に設けられた食違い型ラビリンスシール装置の代表例を示している。すなわち、動翼14の先端16に設けられたシュラウドカバー21と静翼12の外輪17との間または図示しないケーシングとの間には、動翼14の回転を可能にするために間隙が設けられている。このため、動翼14に流入する蒸気の一部はこの間隙から動翼14をバイパスする漏れ蒸気となって流れ、タービン性能を低下させる一因となっている。
【0012】
この漏れ蒸気を少なくするために、動翼先端部分の食違い型ラビリンスシール装置においては、動翼先端16に設けられたシュラウドカバー21に近接する静翼外輪17(またはケーシング)に複数列のシールフィン19が設けられ、シュラウドカバー21の外表面には静翼外輪に設けられたシールフィン19と互いに食違うように入り組んで組み合わさるように形成されたシールフィン24が設けられて、シールフィン19,24の先端の半径方向間隙18および23を微小に設定し、静翼12をバイパスしてこの半径方向間隙18、23を通って漏れ出る蒸気3を少なくして漏洩損失を小さくしている。
【0013】
また、図26に示す櫛型ラビリンスと呼ばれる複合直通形ラビリンスシール装置も食違い型ラビリンスシール装置と同様に蒸気タービンの回転構造物と静止構造物の間の漏れ蒸気量低減のための非接触シール装置として適用されてきている。
【0014】
ところで、図22から図26に示したようなラビリンスシール装置のシール性能は一般にシールフィン先端の半径方向間隙を小さくすれば向上する。他方、ラビリンスシール装置のシールフィン先端の半径方向間隙が小さすぎて何らかの要因、例えばケーシングの過大な熱変形などにより回転構造物と静止構造物が接触するいわゆるラビング現象が発生すると、タービンの軸振動が激変してタービンの運転の継続が困難なほどの過大な軸振動を引き起こすことがある。
【0015】
このように、ラビリンスシール装置のシール性能を更に向上させる一つの方法はその半径方向間隙を狭めることであるが、蒸気タービンには起動停止に伴うケーシングの不均一温度分布に起因する猫背現象や逆猫背現象、ケーシングや静翼とロータや動翼の熱膨張量の差異、回転構造物の遠心力による変形、軸受油膜によるロータ軸心の移動、アライメント変化、軸振動などの現象が発生することから、現状の半径方向間隙設定がハードなラビング現象を発生させないための最小限の間隙設定であるということができ、従来のラビリンスシールのままでは大幅なシール性能の向上は望めない。
【0016】
これに対して、近年、ラビリンスシール装置の半径方向間隙制御手法が発明され、非接触ラビリンスシール装置のシール性能の向上を目指すクリアランスコントロールシステムが蒸気タービンに適用される場合がある(例えば特許文献1,2)。
【0017】
【特許文献1】
特公昭49−29975号公報
【特許文献2】
米国特許4,436,311号明細書
【0018】
このクリアランスコントロールシステムは、食違い型ラビリンスシール装置に適用した図27(a)及び(b)に示すように、ラビングの発生が最も懸念される起動停止時(a)にはシールフィン先端の半径方向間隙を広く設定してラビングを回避するとともに、高いシール性能が要求されるタービン高負荷時(b)においては静止側のラビリンスを内径方向に押し出すことによってシールフィン先端間隙をクリアランスコントロールシステムを用いていない場合よりも狭く設定してタービン高負荷時のシール性能を向上させようとするものである。
【0019】
近年、蒸気タービンの高性能化が従来に増して要求されてきており、蒸気タービンの性能向上のためには静翼および動翼における性能向上や排気損失低減など種々の改善が講じられるなど日々進歩してきている。このような改善の中において、ロータと静翼内輪の間隙や動翼先端と静翼外輪の間隙を通って漏洩する蒸気の量をできるだけ少なくするというシール性能の向上はタービンの性能向上に大きく貢献するものである。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、図22から図26に示したようなラビリンスシール装置においては、一般にシールフィン先端の半径方向間隙を小さくすればシール部の間隙の環状面積が小さくなるのでシール性能は向上する。また、ラビリンスシール装置のシール性能は、一般にシールフィンの列数を増やすことにより向上する。
【0021】
他方、ラビリンスシール装置のシールフィン先端の半径方向間隙が小さすぎて何らかの要因、例えばケーシングの過大な熱変形などにより回転構造物と静止構造物が接触するいわゆるラビング現象が発生するとタービンの軸振動が激変してタービンの運転の継続が困難なほどの過大な軸振動を引き起こすことがある。
【0022】
このように、ラビリンスシール装置のシール性能を更に向上させるにはその半径方向間隙を狭めることが要求される。しかしながら、蒸気タービンには起動停止に伴うケーシングの不均一温度分布に起因する猫背現象や逆猫背現象、ケーシングや静翼とロータや動翼の熱膨張量の差異、回転構造物の遠心力による変形、軸受油膜によるロータ軸心の移動、アライメント変化、軸振動などの現象が発生することから、現状の半径方向間隙設定がハードなラビング現象を発生させないための最小限の間隙設定であるということができ、従来のラビリンスシールのままでは大幅なシール性能の向上は望めない。
【0023】
ロータ5の円周上の一部分とシールフィン4が接触した場合、ロータ5の接触部位の温度が上昇し、ロータ5の接触部分近傍に温度分布が発生し接触部位が高温によって熱膨張するためにロータ5に若干の変形が生じる。そのため、ラビング現象が一旦発生すると、ロータ5の接触部位の温度上昇により接触部位が大きく熱膨張してロータ5のしかも特に強く接触する円周上の一部分が凸になるようにロータ5が弓なりに変形する。その場合、更に接触が強くなってハードなラビング現象に至り、過大な振動を生じてタービンの運転の停止を余儀なくされたり、ロータ5の接触部に熱応力による永久ひずみが発生したり、ロータ接触部の溶融などによる残留ひずみが永久ひずみとして発生したりしてロータ5に永久曲りを生じさせてしまうという問題がある。
【0024】
また、図25に示した動翼14の先端部分に設けられたラビリンスシール装置は、ロータ5のラビリンスシール装置と同様にその半径方向間隙18が変化し、その変化の程度によっては静翼外輪17のシールフィン19が動翼先端16に設けられたシュラウドカバー21に接触することがある。その場合、ロータ5のラビリンスシール装置と同様にタービン軸振動が発生して蒸気タービンの信頼性に影響を与える。また、接触すると摩擦熱の発生によって接触部の温度が上昇するが、動翼14は回転運動をしている物体であり回転による強大な遠心力が作用する物体であることから、シュラウドカバー21の温度が接触による摩擦熱によって高温となる。高温により材料強度が低下したシュラウドカバー21は遠心力により変形して半径方向に膨らみ、更に接触が強くなってハードなラビング現象に至り、過大な振動を生じてタービンの運転の停止を余儀なくされたり、シュラウドカバー21に永久ひずみが発生したりする事態を引き起こすという問題がある。
【0025】
このような問題の解決手段の一つとしてクリアランスコントロールシステムが適用されることがあり、その場合、タービン高負荷時の半径方向間隙を狭くすることが可能になることから、タービン高負荷時のシール性能向上に効果がある。しかしながら、タービン高負荷時においても蒸気タービンは幾ばくかのロータ軸振動や偏心あるいはケーシングの熱変形を有しており、クリアランスコントロールシステムを適用した場合においてもタービン高負荷時における半径方向間隙を確保しておく必要があり、それ以上の性能向上は望める状況にない。
【0026】
ラビリンスシール装置の半径方向間隙が最小限の設定となっていてそれ以上狭くすることができない場合、ラビリンスシール装置の性能向上策としてシールフィンの列数を増やすことが考えられる。しかしながら、蒸気タービンなどの高温流体を扱うターボ機械においてはロータの温度分布とケーシングの温度分布との違いによってロータとケーシングの熱伸び量に差異が生じることから、シールフィンの列数を大幅に増やすことは困難な状況にある。
【0027】
蒸気タービンは一般に500℃ないし600℃程度、さらに最近では600℃以上の高温の水蒸気を導入して蒸気の熱エネルギをタービンロータの回転という機械エネルギに変換するための機械装置であるために、高温にさらされる機械である。蒸気タービンの回転構造物であるロータは静止構造物のケーシングに比べて大きさ、重量ともに小さく、熱容量的にもケーシングに比べて小さいものとなっている。また、回転構造物であるロータは熱伝達率もケーシングに比べて大きい。そのために、蒸気タービンの起動時に高温の蒸気がタービンに流入してくるとロータの方がケーシングよりも速やかに高温になる。その結果、冷機状態における起動前に図28(a)に示すような位置関係にあった回転側のシールフィン6と静止側のシールフィン4は、起動運転時には図28(b)に示すようにロータ5の熱膨張量がケーシングの熱膨張量よりも大きくなってタービン軸方向の相対位置が変化する。この状態をロータロング状態と称する。一般にこの相対変位量は伸び差と称され、ロータの変位拘束位置であるスラスト軸受(図示しない)から離れるほど大きくなり、また蒸気温度が高いほど大きくなる。
【0028】
タービンの負荷が大きくなって定常運転になると図28(c)に示すように、ロータとケーシングの温度差が小さくなるので、タービン軸方向の相対変位量(伸び差)も小さくなってある一定値に近づく。この状態をステディ状態と称する。他方、タービン停止に向けて負荷が減少するとタービンに温度の低い蒸気が流入するようになってロータは速やかに温度低下するのに対してケーシングの温度低下は緩やかであり、ロータの熱膨張量がケーシングの熱膨張量よりも小さくなって伸び差が小さくなり図28(d)に示すように反対方向の伸び差が生じることになる。この状態をロータショート状態と称する。
【0029】
従来用いられてきた食違い型ラビリンスシール装置においては、タービン起動時あるいはタービン停止時のようにロータロング状態あるいはロータショート状態で大きな伸び差が生じるような状況下において、図28(b)あるいは(d)に示すように回転側のシールフィン6と静止側のシールフィン4が軸方向に接触することがないように、設計誤差等も十分に考慮した上でシールフィン4,6の軸方向間隙を設定しており、従って、シールフィン4,6のピッチは、ロータロング状態における最大伸び差とロータショート状態における最大伸び差の和すなわち伸び差の変動幅よりも大きい値に設定されている。このように、従来の食違い型ラビリンスシール装置においてシールフィンのピッチは、タービンの軸方向の伸び差によって最小値が制限されており、シール性能確保の観点から通常は最小のシールフィンピッチが採用されており、それ故に、シールフィンの列数を大幅に増加させてシール性能の向上を図ることは困難な状況となっている。
【0030】
なお、従来適用されているクリアランスコントロールシステムにおいてはラビリンスのシールフィンピッチは従来のままであり、半径方向間隙の変化によるシール性能向上しか念頭に置かれていない。すなわち、従来技術のままでは蒸気タービンに適用されたラビリンスシール装置におけるシール性能の向上は限界にあり、更なるシール性能向上は困難な状況である。
【0031】
そこで本発明は、定常運転時のシール性能が高く、起動停止に伴う低負荷時における回転構造物と静止構造物との接触の危険性が低く、万一接触に至った場合における回転構造物側に発生する損傷の少ないターボ機械の非接触シール装置および前記非接触シール装置を備えた蒸気タービン設備を提供することを目的とする。
【0032】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明のターボ機械の非接触シール装置は、ターボ機械の回転構造物と静止構造物の間隙において前記回転構造物と前記静止構造物に設けられ軸方向のピッチがターボ機械の軸方向熱伸び差の変動幅と同等またはそれ以下の寸法に設定されたシールフィンと、ターボ機械の起動時又は停止時に回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に間隙を有しかつ定常運転時に回転側シールフィンの先端と静止側のシールフィンの先端とが半径方向に食違いを形成するように前記静止側シールフィンを半径方向に移動させる半径方向クリアランスコントロールシステムとを備えた構成とする。
【0033】
本発明によれば、定常運転時のシール性能が高く、起動停止に伴う低負荷時における回転構造物と静止構造物との接触の危険性が低く、万一接触に至った場合における回転構造物側に発生する損傷の少ないターボ機械の非接触シール装置を提供することができる。
【0034】
請求項2に係る発明は、請求項1の発明において、回転側シールフィンと静止側シールフィンは食違い型ラビリンスを形成し、前記回転側シールフィンの高さが前記静止側シールフィンの高さに比べて高くなるように構成されていることを特徴とする。
【0035】
本発明によれば、静止側シールフィンが回転構造物に接触して回転構造物が過熱されるという危険の少ないターボ機械の非接触シール装置を提供することができる。
【0036】
請求項3に係る発明は、請求項1の発明において、静止側シールフィンと回転側シールフィンは軸方向ピッチが同一もしくはほぼ同等な櫛型ラビリンスを形成し、前記回転側シールフィンの高さをタービン高負荷運転時における前記静止側シールフィンの先端の平均間隙の3倍以上とするとともに、前記回転側シールフィンの高さが前記静止側シールフィンの高さに比べて低くなるように構成されていることを特徴とする。
【0037】
本発明によれば、静止側シールフィンが回転構造物に接触して回転構造物が過熱されるという危険の少ないターボ機械の非接触シール装置を提供することができる。
【0038】
請求項4に係る発明は、請求項2または3の発明において、ターボ機械の高負荷運転時に静止側シールフィンが回転側シールフィンピッチの中央よりも上流側に位置するように構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、シールフィンの枚数を増大させたりシールフィン先端の半径方向間隙を小さくすることなくシール性を向上させることができる。
【0039】
請求項5に係る発明は、80MW以上の定格出力を有し、主蒸気が10MPa以上の蒸気圧力と500℃以上の蒸気温度を有し、高圧タービンから低圧タービンまでのロータが分解不可能に一体に形成された高低圧ロータからなるか、または互いに別体で製作された高圧タービンまたは高中圧タービンのロータと低圧タービンのロータとを機械的に接合して一本にした高低圧ロータからなり、このロータの高圧部から低圧部までのタービン段落が一つのタービンケーシングに格納され、それらタービン段落が単流構造の蒸気通路を形成する高低圧一体の蒸気タービン設備において、タービン段落に請求項1ないし5のいずれかに記載のターボ機械の非接触シール装置を備え、前記非接触シール装置に備えられた半径方向クリアランスコントロールシステムによってターボ機械の起動停止時及び極低負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に間隙を有しかつ高負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に食違いを形成するように制御し、スラスト軸受が高圧タービン側の軸端近傍に位置する場合に、高圧段落のラビリンスの回転側もしくは静止側のシールフィンピッチを8mm以下とし、かつ低圧段落のラビリンスのシールフィンピッチを14mm以下とした構成とする。
【0040】
本発明によれば、蒸気タービンのシール部においてラビングの発生を引き起こすことなくシール部の漏洩流量を低減することが可能となって、高性能かつ安全で信頼性の高い蒸気タービン設備を提供することができる。
【0041】
請求項6に係る発明は、100MW以上の定格出力を有し、主蒸気が10MPa以上の蒸気圧力と520℃以上の蒸気温度を有し、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンを有し、中圧タービンと低圧タービンのロータが分解不可能に一体に形成された中低圧ロータからなるか、または互いに別体で製作された中圧タービンのロータと低圧タービンのロータとを機械的に接合して1本にした中低圧ロータからなり、この中低圧ロータと別体で製作された高圧タービンのロータを前記中低圧ロータに機械的に接合して1本のロータを構成し、高圧部のタービン段落が高圧タービンケーシングに格納され中低圧部のタービン段落が前記高圧タービンケーシングとは別体の中低圧タービンケーシングに格納され、それらタービン段落が単流構造の蒸気通路を形成する蒸気タービン設備において、タービン段落に請求項1ないし5のいずれかに記載のターボ機械の非接触シール装置を備え、前記非接触シール装置に備えられた半径方向クリアランスコントロールシステムによってターボ機械の起動停止時及び極低負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に間隙を有しかつ高負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に食違いを形成するように制御し、スラスト軸受が高圧タービン側の軸端近傍に位置する場合に高圧段落のラビリンスの回転側もしくは静止側のシールフィンピッチを8mm以下とし、かつ低圧段落のラビリンスのシールフィンピッチを14mm以下とした構成とする。
【0042】
本発明によれば、蒸気タービンのシール部においてラビングの発生を引き起こすことなくシール部の漏洩流量を低減することが可能となって、高性能かつ安全で信頼性の高い蒸気タービン設備を提供することができる。
【0043】
請求項7に係る発明は、100MW以上の定格出力を有し、主蒸気が10MPa以上の蒸気圧力と520℃以上の蒸気温度を有し、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンを有し、中圧タービンと低圧タービンのロータが分解不可能に一体に形成された中低圧ロータからなるか、または互いに別体で製作された中圧タービンのロータと低圧タービンのロータとを機械的に接合して1本にした中低圧ロータからなり、この中低圧ロータと別体で製作された高圧タービンのロータを前記中低圧ロータに機械的に接合して1本のロータを構成し、高圧部のタービン段落が高圧タービンケーシングに格納され中低圧部のタービン段落が前記高圧タービンケーシングとは別体の中低圧タービンケーシングに格納され、それらタービン段落が単流構造の蒸気通路を形成する蒸気タービン設備において、タービン段落に請求項1ないし5のいずれかに記載のターボ機械の非接触シール装置を備え、前記非接触シール装置に備えられた半径方向クリアランスコントロールシステムによってターボ機械の起動停止時及び極低負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に間隙を有しかつ高負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に食違いを形成するように制御し、スラスト軸受が高圧タービンと中圧タービンとの間に位置する場合に高圧段落および中圧段落のラビリンスの回転側もしくは静止側のシールフィンピッチを8mm以下とし、かつ低圧段落のラビリンスのシールフィンのピッチを12mm以下とした構成とする。
【0044】
本発明によれば、蒸気タービンのシール部においてラビングの発生を引き起こすことなくシール部の漏洩流量を低減することが可能となって、高性能かつ安全で信頼性の高い蒸気タービン設備を提供することができる。
【0045】
請求項8に係る発明は、120MW以上の定格出力を有し、主蒸気が10MPa以上の蒸気圧力と520℃以上の蒸気温度を有し、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンを有し、高圧タービンと中圧タービンのロータが分解不可能に一体に形成された高中圧ロータからなり、この高中圧ロータと別体で製作された低圧タービンのロータを前記高中圧ロータに機械的に接合して1本のロータを構成し、高中圧部のタービン段落が高中圧タービンケーシングに格納され低圧部のタービン段落が前記高中圧タービンケーシングとは別体の低圧タービンケーシングに格納され、低圧タービン段落が複流構造の蒸気通路を形成する蒸気タービン設備において、タービン段落に請求項1ないし5のいずれかに記載のターボ機械の非接触シール装置を備え、前記非接触シール装置に備えられた半径方向クリアランスコントロールシステムによってターボ機械の起動停止時及び極低負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に間隙を有しかつ高負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に食違いを形成するように制御し、スラスト軸受が高圧タービン側の軸端近傍に位置する場合に高圧段落のラビリンスの回転側もしくは静止側のシールフィンピッチを8mm以下とし、かつスラスト軸受に近い第一低圧タービンケーシングの中に格納された低圧段落のラビリンスのシールフィンピッチを16mm以下とした構成とする。
【0046】
本発明によれば、蒸気タービンのシール部においてラビングの発生を引き起こすことなくシール部の漏洩流量を低減することが可能となって、高性能かつ安全で信頼性の高い蒸気タービン設備を提供することができる。
【0047】
請求項9に係る発明は、120MW以上の定格出力を有し、主蒸気が10MPa以上の蒸気圧力と520℃以上の蒸気温度を有し、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンを有し、高圧タービンと中圧タービンのロータが分解不可能に一体に形成された高中圧ロータからなり、この高中圧ロータと別体で製作された低圧タービンのロータを前記高中圧ロータに機械的に接合して1本のロータを構成し、高中圧部のタービン段落が高中圧タービンケーシングに格納され低圧部のタービン段落が前記高中圧タービンケーシングとは別体の低圧タービンケーシングに格納され、低圧タービン段落が複流構造の蒸気通路を形成する蒸気タービン設備において、タービン段落に請求項1ないし5のいずれかに記載のターボ機械の非接触シール装置を備え、前記非接触シール装置に備えられた半径方向クリアランスコントロールシステムによってターボ機械の起動停止時及び極低負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に間隙を有しかつ高負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に食違いを形成するように制御し、スラスト軸受が高中圧タービンと低圧タービンの間に位置する場合に高圧段落のラビリンスの回転側もしくは静止側のシールフィンピッチを12mm以下とし、かつスラスト軸受に近い第一低圧タービンケーシングの中に格納された低圧段落のラビリンスのシールフィンピッチを10mm以下とした構成とする。
【0048】
本発明によれば、蒸気タービンのシール部においてラビングの発生を引き起こすことなくシール部の漏洩流量を低減することが可能となって、高性能かつ安全で信頼性の高い蒸気タービン設備を提供することができる。
【0049】
請求項10に係る発明のターボ機械の非接触シール装置は、ターボ機械の回転構造物と静止構造物の間隙において回転構造物の表面に回転構造物の回転軸に沿って交互に設けられた円盤状の高い凸部および低い凸部と、前記高い凸部および低い凸部に対向して静止構造物側に設けられた低いシールフィンおよび高いシールフィンを備えた構成とする。
【0050】
本発明によれば、定常運転時のシール性能が高く、起動停止に伴う低負荷時における回転構造物と静止構造物との接触の危険性が低く、万一接触に至った場合における回転構造物側に発生する損傷の少ないターボ機械の非接触シール装置を提供することができる。
【0051】
請求項11に係る発明は、請求項10の発明において、回転構造物に設けられた高い凸部と静止構造物に設けられた低いシールフィンによって形成される半径方向間隙は回転構造物に設けられた低い凸部と静止構造物に設けられた高いシールフィンによって形成される半径方向間隙よりも小さく設定されている構成とする。
本発明によれば、ターボ機械の高負荷運転時に高いシール性能を得ることができる。
【0052】
請求項12に係る発明のターボ機械の非接触シール装置は、ターボ機械の回転構造物と静止構造物の間隙において回転構造物の表面に回転構造物の回転軸に沿って複数設けられた円盤状の凸部および前記凸部以外の凹部と、前記凸部および凹部に対向して静止構造物側に設けられた低いシールフィンおよび高いシールフィンを備え、回転構造物に設けられた前記凸部と静止構造物に設けられた前記低いシールフィンによって形成される半径方向間隙は回転構造物の前記凹部と静止構造物の前記高いシールフィンによって形成される半径方向間隙よりも小さく設定されている構成とする。
【0053】
本発明によれば、定常運転時のシール性能が高く、起動停止に伴う低負荷時における回転構造物と静止構造物との接触の危険性が低く、万一接触に至った場合における回転構造物側に発生する損傷の少ないターボ機械の非接触シール装置を提供することができる。
【0054】
請求項13に係る発明は、請求項10から12のいずれかの発明において、回転構造物に設けられた凸部の頂部に回転構造物の回転の向きに対して鋭角をなす溝が設けられている構成とする。
本発明によれば、ターボ機械の回転数が高いほど良好なシール性能を得ることができる。
【0055】
請求項14に係る発明は、請求項10から13のいずれかの発明において、静止構造物側に設けられるシールフィンの材料の熱伝導率は回転構造物のシール部分の材料の熱伝導率よりも小さい構成とする。
本発明によれば、静止側シールフィンと回転構造物が接触した場合においても回転構造物の損傷を軽微に抑えることができる。
【0056】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。ターボ機械の一つである蒸気タービンを例にとり、その中でも、ロータと静翼内輪の間に設けられる非接触シール装置を例にとって説明するが、以下の説明は、動翼の先端のシュラウドカバーと静翼外輪またはケーシングの間に設けられるシール装置または、一般にグランドと称されるところのロータとケーシングとの間に設けられる非接触シール装置についてもあてはまる。
【0057】
まず、本発明の第1の実施の形態を図1〜図6を参照して説明する。
図1(a),(b),(c)および(d)は、本発明の第1の実施の形態の非接触シール装置である食違い型ラビリンスシール装置を示す断面図である。図1において、9は静翼内輪、2はパッキンリング、4は静止側のシールフィン、6は回転側のシールフィン、5はロータである。(a)は、蒸気タービン起動前の冷機状態を示し、(b)は、蒸気タービンの起動後の無負荷状態から負荷上昇の際の極低負荷までの非定常運転状態であって、いわゆるロータロング状態を示している。(c)は、蒸気タービンの定常運転状態であって、いわゆるステディ状態を示し、(d)は、タービン短時間停止後の急速暖機起動時の極低負荷運転状態、あるいは負荷遮断直後の無負荷運転時などにおける非定常運転状態であって、いわゆるロータショート状態を示している。
【0058】
本実施の形態の非接触シール装置においては、ラビリンスのシールフィン4,6のピッチを蒸気タービンの軸方向熱伸び差の変動幅と同等またはそれ以下の寸法に設定してフィンを密に配置している。また、起動停止時には静止側のシールフィン4の先端の半径方向間隙を広く設定してラビングを回避するとともに、高いシール性能が要求されるタービン高負荷時においては内径方向に押し出してシールフィン4の先端の半径方向間隙を狭く設定することによりシール性能を向上させるクリアランスコントロールシステムが適用されている。
【0059】
図1(a)の冷機状態からタービン起動後にロータ5の熱伸びによって回転側のシールフィン6の軸方向位置が静止側のシールフィン4の軸方向位置を乗り越えるまでは、静止側のシールフィン4の先端と回転側のシールフィン6の先端の間に半径方向間隙を有するように構成されている。
【0060】
また、好ましくは、図2に示すように、回転側のシールフィン6の高さが静止側のシールフィン4の高さに比べて高くなるように構成されている。さらに好ましくは、回転側のシールフィン6の高さが静止側のシールフィン4の高さに比べて0.25mm以上高くなるように構成されている。
【0061】
また、好ましくは、図3に示すように、蒸気タービンの高負荷運転時に静止側のシールフィン4が回転側のシールフィンピッチの中央よりも上流側に位置するように構成されている。
【0062】
また、好ましくは、図4に示すように、蒸気タービン設備の起動過程において、蒸気タービンの負荷が定格出力の5%から50%の範囲内にあるとき(F)に、半径方向クリアランスコントロールシステムの作動が完了し、かつそれ以上の蒸気タービン負荷においては静止構造物側に付設されたシールフィン4が常に最小の半径位置に保たれる(A)。さらに好ましくは、蒸気タービン設備の起動過程において、蒸気タービンの負荷が定格出力の約25%の状態にあるときに、半径方向クリアランスコントロールシステムの作動が完了するように構成されている。
【0063】
なお、図4において、Aはクリアランスコントロールシステム適用シールフィンの半径位置、Bはシールフィンを支持する静止構造物(静翼内輪など)と回転構造物との半径方向の相対変位、Cは2〜5%負荷位置、Dは5〜20%負荷位置、Eはクリアランスコントロールシステム適用シールフィンの作動量、Fは5〜50%負荷位置、Gはクリアランスコントロールシステム適用シールフィンのシール先端の半径方向間隙、Hはクリアランスコントロールシステム非適用シールフィンの半径位置である。
【0064】
このようにこの第1の実施の形態の非接触シール装置は、図24に示した従来の食違い型ラビリンスシール装置や図27に示した従来行われていた食違い型ラビリンスとクリアランスコントロール手法の組み合わせによるシール装置に比べて、シールフィンのピッチを小さく設定することが可能でありシールフィンが密に配設されている。
【0065】
ラビリンスシール装置のシール性能は一般にシールフィンの列数を増やすことにより向上するが、本実施の形態の非接触シール装置においては、シールフィン4,6のピッチはタービン起動時(ロータロング状態)の軸方向の伸び差の最大値とタービン停止時(ロータショート状態)の軸方向の伸び差の最大値との和すなわち伸び差の変動幅より小さい値に設定してある。従って回転側のシールフィン6と静止側のシールフィン4の軸方向の間隙は少なくともロータロング状態かあるいはロータショート状態のいずれかの状態において負となって干渉することになる。図1(b)がこの状態を示しており、軸方向の位置関係のみに注目してみれば図1(a)から図1(b)に変化する途中に回転側のシールフィン6は静止側のシールフィン4と干渉し、図1(b)に至っては静止側のシールフィン4を乗り越えた軸方向位置に達している。この時、もし回転側シールフィン6と静止側シールフィン4との半径方向位置関係に大きな変化がなければ、これらシールフィン4,6が接触して過大な軸振動を引き起こし、タービンの運転に支障をきたすことになる。また、たとえ運転を継続することができたとしても、接触したシールフィン4,6の損傷によって半径方向の食違いがほとんど形成できなくなるのでシール性能の低下は免れない。
【0066】
このような現象に対して本実施の形態においては、シールフィン4,6のピッチを小さく設定してシールフィン4,6を密に配設するとともに、クリアランスコントロールを適用して起動停止時には静止側のシールフィン4の先端の半径方向間隙を広く設定してラビングを回避している。高いシール性能が要求されるタービン高負荷時においてはクリアランスコントロールによって静止側のパッキンリング2を内径方向に押し出してシールフィン4の先端とロータ5のあいだの間隙7を狭くすることによりタービン高負荷時のシール性能を向上させている。
【0067】
このように、本実施の形態の非接触シール装置は、蒸気タービンに用いられる食違い型ラビリンスシール装置において、従来不可能だったシールフィンの列数の大幅な増加を、ラビング等の不都合な事象を誘発することなく安全に実現することができる。その結果、食違い型ラビリンスシール装置のシール性能が向上し、蒸気タービンの性能向上に貢献する。
【0068】
また、図2に示したように、回転側のシールフィン6の高さが静止側のシールフィン4の高さに比べて高くなるように構成することにより、タービン高負荷時にシールフィン4,6先端の半径方向間隙7,10が小さくなって仮にシールフィン先端が相手側に接触した場合においても、接触するのは回転構造物側のシールフィン6と静止構造物側のパッキンまたはシールフィンホルダー(静翼内輪、静翼外輪、ケーシングあるいはケーシング付属物)の内周面の部分であって、ロータ5のシャフトや動翼先端のシュラウドカバーの表面ではないことから、摩擦熱によるロータ5の熱曲がりやシュラウドカバーの変形を生じることがなく、タービンの運転継続の支障にはならない。
【0069】
回転構造物側のシールフィン6の先端が静止構造物と接触してシールフィン6の先端に摩擦熱が発生した場合、シールフィンは冷却フィンの役割をも果たすことから、シールフィン6の先端に発生した熱はシールフィン6の根元に伝導していく間に高速流体中におかれたシールフィン6の冷却効果によって冷却されるので、シールフィン6の根元の温度が大きく上昇することはない。従って、この場合、ロータ5の著しい熱曲がりやシュラウドカバーの著しい変形を引き起こすことがなく、過大な軸振動の発生に至ることがない。
さらに、回転側のシールフィン6の高さが静止側のシールフィン4の高さに比べて高くなるように構成された食違い型ラビリンスにおいては、図3に示したように、ターボ機械の高負荷運転時に静止側のシールフィン4が回転側のシールフィン6のフィンピッチの中央よりも下流側に位置するように構成することにより、シール性能の向上が期待できる。このようなシールフィンの高さが異なったラビリンスの組合せによる食違い型ラビリンスシール装置においては、狭い半径方向間隙を有する回転側のシールフィン6と広い半径方向間隙を有する静止側シールフィン4の軸方向の相対位置によってシール性能が変化する。
【0070】
その一例を図5に示す。図5において、Sはフィンピッチ、aはシールフィンの軸方向間隙である。従って、この場合は、ターボ機械の高負荷運転時に静止側のシールフィンが回転側のシールフィンピッチの中央よりも下流側に位置するように構成することにより、このような食違い型ラビリンスシール装置のシール性能を向上することができる。
【0071】
蒸気タービンにおいて、半径方向間隙の変化が生じるのは主に起動時、停止時あるいは低負荷における大きな負荷変化時等の非定常運転時である。クリアランスコントロールシステムを使用していない従来型の蒸気タービンにおけるタービン起動から定格負荷までの半径方向間隙の変化量を図6に示す。図6においてB,C,D,Hの意味するところは図4におけると同じであり、Jはクリアランスコントロールシステム非適用シールフィンのシール先端の半径方向間隙である。
【0072】
蒸気タービンにおいては、シールフィンの半径方向間隙変化量は一般的に2%から5%のタービン負荷で最大になり、一般的に5%から20%のタービン負荷において極小値となる。また、例えば蒸気タービンの高圧部において、軸方向の伸び差がロータロング状態で最大になるのは完全冷機起動時の低負荷状態であり、他方、ロータショート状態で軸方向伸び差が最大になるのはタービン短時間停止後の急速暖機起動時の極低負荷運転状態、あるいは負荷遮断直後の無負荷運転時などである。また、蒸気タービンの性能が重視されるのは一般的に言ってタービン負荷が定格出力の50%以上となる高負荷の状態においてである。
【0073】
従って、蒸気タービン設備の起動過程において、半径方向間隙の変化量が最大値となるタービン負荷を越えた負荷状態で、かつ、少なくともロータショート状態での最大伸び差が発生するタービン負荷を越えた負荷状態であるところの、蒸気タービンの負荷が定格出力の5%から50%の範囲内において半径方向クリアランスコントロールシステムの作動が完了するように構成することにより、シールフィンピッチを小さくしてシール性能の向上を図ると同時に半径方向ならびに軸方向の接触を回避することが可能な非接触シール装置を提供することができる。
【0074】
この第1の実施の形態の非接触シール装置の適用により、ラビングの発生を引き起こすことなくシール部の漏洩流量を低減することが可能となって、高性能かつ安全で信頼性の高い蒸気タービン設備を提供することができる。
【0075】
つぎに本発明の第2の実施の形態を図7,8,9を参照して説明する。
図7は本発明の第2の実施の形態の非接触シール装置である櫛型ラビリンスの断面図である。櫛型ラビリンスは静止側のシールフィンのピッチは回転側のシールフィンのピッチと異なっているのが一般的であるが、本実施形態における櫛型ラビリンスは、静止側のシールフィン4のピッチと回転側のシールフィン6のピッチを同一もしくはほぼ同等の値とし、かつそれらのピッチをターボ機械の軸方向熱伸び差の変動幅と同等またはそれ以下の寸法に設定してフィンを密に配置したラビリンスである。
【0076】
本実施の形態の櫛型ラビリンスシール装置は、冷機状態からタービン起動後にロータの熱伸びによって回転側のシールフィン6の軸方向位置が静止側のシールフィン4の軸方向位置を乗り越えるまでは、静止側のシールフィン4の先端と回転側のシールフィン6の先端の間に半径方向間隙7を有するように構成されている。そして起動停止時にはシールフィン4,6先端の半径方向間隙7を広く設定してラビングを回避するとともに、高いシール性能が要求されるタービン高負荷時においては静止側のラビリンスパッキンリング2を内径方向に押し出してシールフィン4,6先端の半径方向間隙を狭く設定することによりシール性能を向上させるクリアランスコントロールシステムが適用されている。
【0077】
また、好ましくは、回転側のシールフィン6の高さをタービン高負荷運転時における静止側シールフィン4の先端の平均間隙の3倍以上とするとともに回転側のシールフィン6の高さが静止側のシールフィン4の高さに比べて低くなるように構成されている。
【0078】
また、好ましくは、図8に示すように、ターボ機械の高負荷運転時に静止側のシールフィン4が回転側のシールフィン6のフィンピッチの中央よりも上流側に位置するように構成されている。
【0079】
また、好ましくは、蒸気タービン設備の起動過程において、蒸気タービンの負荷が定格出力の5%から50%の範囲内にあるときに、半径方向クリアランスコントロールシステムの作動が完了し、かつそれ以上の蒸気タービン負荷においては静止構造物側に付設されたシールフィン4が常に最小の半径位置に保たれるように構成されている。さらに好ましくは、蒸気タービン設備の起動過程において、蒸気タービンの負荷が定格出力の約25%の状態にあるときに、半径方向クリアランスコントロールシステムの作動が完了するように構成されている。
【0080】
図7に示したように、シールフィン4,6のピッチはタービン起動時(ロータロング状態)の軸方向の伸び差の最大値とタービン停止時(ロータショート状態)の軸方向の伸び差の最大値との和すなわち伸び差の変動幅より小さい値に設定してある。従って回転側のシールフィン6と静止側のシールフィン4の軸方向の間隙は少なくともロータロング状態かあるいはロータショート状態のいずれかの状態において負となって干渉することになる。
【0081】
蒸気タービンの起動後の無負荷状態からの負荷上昇の際の極低負荷までの非定常運転においてこの状態が現われ、軸方向の位置関係のみに注目してみれば、蒸気タービン起動前の冷機状態から蒸気タービンの起動後の無負荷状態からの負荷上昇の際の極低負荷までの非定常運転に変化する途中に回転側のシールフィン6は静止側のシールフィン4と干渉し、蒸気タービンの起動後の無負荷状態からの負荷上昇の際の極低負荷までの非定常運転に至っては静止側のシールフィン4を乗り越えた軸方向位置に達している。
【0082】
この時、もし回転側シールフィン6と静止側シールフィン4の半径方向位置関係に大きな変化がなければ、これらシールフィン4,6が接触して過大な軸振動を引き起こし、タービンの運転に支障をきたすことになる。また、たとえ運転を継続することができたとしても、接触したシールフィン4,6の損傷によって半径方向の食違いがほとんど形成できなくなるのでシール性能の低下は免れない。
【0083】
このような現象に対して本実施の形態においては、静止側のシールフィン4のピッチと回転側のシールフィン6のピッチを同一もしくはほぼ同等の値とし、シールフィンのピッチを小さく設定してシールフィンを密に配設するとともに、クリアランスコントロールを適用して起動停止時にはシールフィン先端の半径方向間隙を広く設定してラビングを回避している。高いシール性能が要求されるタービン高負荷時においてはクリアランスコントロールによって静止側のラビリンスを内径方向に押し出してシールフィン先端間隙7を狭くすることによりタービン高負荷時のシール性能を向上させている。
【0084】
また、図9に示すように、回転側のシールフィン6の高さh2をタービン高負荷運転時における静止側シールフィン4の先端の平均間隙ε1の3倍以上とすることにより十分なシール効果が得られる。従ってシール性能上からはこの範囲内で回転側のシールフィン6の高さが静止側のシールフィン4の高さに比べて低くなるように設計することが可能となるので、ロータシャフトまたはシュラウドカバーから一体に形成していて損傷時の再生に困難を伴う回転側シールフィン6のフィン高さを低くして剛にすることが好ましい。
【0085】
さらに、回転側のシールフィン6の高さが静止側のシールフィン4の高さに比べて低くなるように構成されたラビリンスにおいては、前述の図3からわかるように、ターボ機械の高負荷運転時に静止側のシールフィン4が回転側のシールフィン6のフィンピッチの中央よりも上流側に位置するように構成することにより、シール性能の向上が期待できる。
【0086】
本実施の形態においても、蒸気タービン設備の起動過程において、シールフィンの半径方向間隙の変化量が最大値となるタービン負荷を越えた負荷状態で、かつ、少なくともロータショート状態での最大伸び差が発生するタービン負荷を越えた負荷状態であるところの、蒸気タービンの負荷が定格出力の5%から50%の範囲内においてシールフィンの半径方向クリアランスコントロールシステムの作動が完了するように構成することにより、シールフィンピッチを小さくしてシール性能の向上を図ると同時に半径方向ならびに軸方向の接触を回避することが可能な非接触シール装置を提供することができる。
【0087】
この第2の実施の形態の非接触シール装置の適用により、ラビングの発生を引き起こすことなくシール部の漏洩流量を低減することが可能となって、高性能かつ安全で信頼性の高い蒸気タービン設備を提供することができる。
【0088】
つぎに本発明の第3の実施の形態を説明する。本発明の第3の実施の形態は蒸気タービン設備に係り、高圧タービンから低圧タービンまでのロータが分解不可能に一体に形成されたタービンロータが使用され、このロータの高圧部から低圧部までのタービン段落が一つのタービンケーシングに格納される構造を有し、それらタービン段落が単流構造の蒸気通路を形成している高低圧一体型の蒸気タービン設備である。
【0089】
本実施の形態の蒸気タービン設備は、80MW以上の定格出力を有し、主蒸気が10MPa以上の蒸気圧力と500℃以上の蒸気温度を有し、タービン段落に用いるシール装置として前記第1または第2の実施の形態の非接触シール装置を適用し、この非接触シール装置において半径方向クリアランスコントロールの手法を用いてターボ機械の起動停止時及び極低負荷運転時には回転側のシールフィン先端と静止側のシールフィン先端とが半径方向に間隙を有しかつ、高負荷運転時には回転側のシールフィン先端と静止側のシールフィン先端とが半径方向に食違いを形成するように構成し、スラスト軸受が高圧タービン側の軸端近傍に位置する場合に、高圧段落のラビリンスの回転側もしくは静止側のシールフィンピッチを従来の蒸気タービンで考えられていた食違い型ラビリンスの8mm以下、好ましくは6mm以下とし、低圧段落のラビリンスのシールフィンピッチを14mm以下、好ましくは10mm以下としている。
【0090】
なお、ここで言う静止側とは回転側に対する用語であり非回転側を意味する。また、ここで言うシールフィンピッチとはクリアランスコントロール装置によって静止側ラビリンスが内径方向に作動して静止側シールフィンが回転側シールフィンと食違いを形成するシールフィンのフィンピッチを意味する。食違いを形成する高いシールフィンの間に食違いを形成しない低いシールフィンがある場合にはその低いシールフィンを無視したときのフィンピッチである。これら用語は以降の実施形態においてもその意味するところは同様である。
【0091】
この第3の実施の形態によれば、蒸気タービンのシール部においてラビングの発生を引き起こすことなくシール部の漏洩流量を低減することが可能となって、高性能かつ安全で信頼性の高い蒸気タービン設備を提供することができる。
【0092】
本発明の第4の実施の形態は蒸気タービン設備に係り、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンを有し、中圧タービンと低圧タービンのロータが分解不可能に一体に形成された中低圧ロータからなり、この中低圧ロータと別体で製作された高圧タービンのロータを機械的に接合して1本のロータを構成し、高圧部のタービン段落が高圧タービンケーシングに格納され、中低圧部のタービン段落が高圧タービンケーシングとは別体の中低圧タービンケーシングに格納される構造を有し、それらタービン段落が単流構造の蒸気通路を形成し、スラスト軸受が高圧タービン側の軸端近傍に位置している蒸気タービン設備である。
【0093】
この実施の形態の蒸気タービン設備は、100MW以上の定格出力を有し、主蒸気が10MPa以上の蒸気圧力と520℃以上の蒸気温度を有し、タービン段落に用いるシール装置として前記第1または第2の実施の形態の非接触シール装置を適用し、この非接触シール装置において半径方向クリアランスコントロールの手法を用いてターボ機械の起動停止時及び極低負荷運転時には回転側のシールフィン先端と静止側のシールフィン先端とが半径方向に間隙を有しかつ、高負荷運転時には回転側のシールフィン先端と静止側のシールフィン先端とが半径方向に食違いを形成するように構成し、高圧段落のラビリンスの回転側もしくは静止側のシールフィンピッチを従来の蒸気タービンで考えられていた食違い型ラビリンスのシールフィンピッチよりも小さい8mm以下、好ましくは6mm以下とし、かつ低圧段落のラビリンスのシールフィンピッチを14mm以下、好ましくは10mm以下としている。
【0094】
この第4の実施の形態によれば、蒸気タービンのシール部において、ラビングの発生を引き起こすことなくシール部の漏洩流量を低減することが可能となって、高性能かつ安全で信頼性の高い蒸気タービン設備を提供することができる。
【0095】
本発明の第5の実施の形態は蒸気タービン設備に係り、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンを有し、中圧タービンと低圧タービンのロータが分解不可能に一体に形成された中低圧ロータからなり、この中低圧ロータと別体で製作された高圧タービンのロータを機械的に接合して1本のロータを構成し、高圧部のタービン段落が高圧タービンケーシングに格納され、中低圧部のタービン段落が高圧タービンケーシングとは別体の中低圧タービンケーシングに格納される構造を有し、それらタービン段落が単流構造の蒸気通路を形成し、スラスト軸受が高圧タービンと中圧タービンとの間に位置している蒸気タービン設備である。
【0096】
この実施の形態の蒸気タービン設備は、100MW以上の定格出力を有し、主蒸気が10MPa以上の蒸気圧力と520℃以上の蒸気温度を有し、タービン段落に用いるシール装置として前記第1または第2の実施の形態の非接触シール装置を適用し、この非接触シール装置において半径方向クリアランスコントロールの手法を用いてターボ機械の起動停止時及び極低負荷運転時には回転側のシールフィン先端と静止側のシールフィン先端とが半径方向に間隙を有しかつ、高負荷運転時には回転側のシールフィン先端と静止側のシールフィン先端とが半径方向に食違いを形成するように構成し、高圧段落のラビリンスの回転側もしくは静止側のシールフィンピッチを従来の蒸気タービンで考えられていた食違い型ラビリンスのシールフィンピッチよりも小さい8mm以下、好ましくは6mm以下とし、かつ低圧段落のラビリンスのシールフィンピッチを12mm以下、好ましくは9mm以下としている。
【0097】
この第5の実施の形態によれば、蒸気タービンのシール部において、ラビングの発生を引き起こすことなくシール部の漏洩流量を低減することが可能となって、高性能かつ安全で信頼性の高い蒸気タービン設備を提供することができる。
【0098】
本発明の第6の実施の形態は蒸気タービン設備に係り、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンを有し、高圧タービンと中圧タービンのロータが分解不可能に一体に形成された高中圧ロータからなり、この高中圧ロータと別体で製作された低圧タービンのロータを機械的に接合して1本のロータを構成し、高中圧部のタービン段落が高中圧タービンケーシングに格納され、低圧部のタービン段落が高中圧タービンケーシングとは別体の低圧タービンケーシングに格納される構造を有し、低圧タービン段落が複流構造の蒸気通路を形成し、スラスト軸受が高圧タービン側の軸端近傍に位置している蒸気タービン設備である。
【0099】
この実施の形態の蒸気タービン設備は、120MW以上の定格出力を有し、主蒸気が10MPa以上の蒸気圧力と520℃以上の蒸気温度を有し、タービン段落に用いるシール装置として前記第1または第2の実施の形態の非接触シール装置を適用し、この非接触シール装置において半径方向クリアランスコントロールの手法を用いてターボ機械の起動停止時及び極低負荷運転時には回転側のシールフィン先端と静止側のシールフィン先端とが半径方向に間隙を有しかつ、高負荷運転時には回転側のシールフィン先端と静止側のシールフィン先端とが半径方向に食違いを形成するように構成し、高圧段落のラビリンスの回転側もしくは静止側のシールフィンピッチを従来の蒸気タービンで考えられていた食違い型ラビリンスのシールフィンピッチよりも小さい8mm以下、好ましくは6mm以下とし、かつ低圧段落のラビリンスのシールフィンピッチを16mm以下、好ましくは12mm以下としている。
【0100】
この第6の実施の形態によれば、蒸気タービンのシール部において、ラビングの発生を引き起こすことなくシール部の漏洩流量を低減することが可能となって、高性能かつ安全で信頼性の高い蒸気タービン設備を提供することができる。
【0101】
本発明の第7の実施の形態は蒸気タービン設備に係り、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンを有し、高圧タービンと中圧タービンのロータが分解不可能に一体に形成された高中圧ロータからなり、この高中圧ロータと別体で製作された低圧タービンのロータを機械的に接合して1本のロータを構成し、高中圧部のタービン段落が高中圧タービンケーシングに格納され低圧部のタービン段落が高中圧タービンケーシングとは別体の低圧タービンケーシングに格納される構造を有し、低圧タービン段落が複流構造の蒸気通路を形成し、スラスト軸受が高中圧タービンと低圧タービンの間に位置している蒸気タービン設備である。
【0102】
この実施の形態の蒸気タービン設備は、120MW以上の定格出力を有し、主蒸気が10MPa以上の蒸気圧力と520℃以上の蒸気温度を有し、タービン段落に用いるシール装置として前記第1または第2の実施の形態の非接触シール装置を適用し、この非接触シール装置において半径方向クリアランスコントロールの手法を用いてターボ機械の起動停止時及び極低負荷運転時には回転側のシールフィン先端と静止側のシールフィン先端とが半径方向に間隙を有しかつ高負荷運転時には回転側のシールフィン先端と静止側のシールフィン先端とが半径方向に食違いを形成するように構成し、高圧段落のラビリンスの回転側もしくは静止側のシールフィンピッチを従来の蒸気タービンで考えられていた食違い型ラビリンスのシールフィンピッチよりも小さい12mm以下、好ましくは9mm以下とし、かつ低圧段落のラビリンスのシールフィンピッチを10mm以下、好ましくは8mm以下としている。
【0103】
この第7の実施の形態によれば、蒸気タービンのシール部において、ラビングの発生を引き起こすことなくシール部の漏洩流量を低減することが可能となって、高性能かつ安全で信頼性の高い蒸気タービン設備を提供することができる。
【0104】
以上説明したように、本発明の第1から第7の実施の形態においては、シールフィンのピッチを小さく設定してシールフィンを密に配設するとともに、クリアランスコントロールを適用して起動停止時にはシールフィン先端の半径方向間隙を広く設定してラビングを回避している。また、高いシール性能が要求されるタービン高負荷時においてはクリアランスコントロールによって静止側のラビリンスを内径方向に押し出してシールフィン先端間隙を狭くすることによりタービン高負荷時のシール性能を向上させている。
【0105】
従って、静止側のラビリンスと回転側のラビリンスとが食違いを形成する構造のラビリンスシール装置において、従来不可能だったシールフィンの列数の大幅な増加をラビング等の不都合な事象を誘発することなく安全に実現することができるという効果を有する。その結果、食違い型ラビリンスシール装置のシール性能を大幅に向上させるという効果を発揮し、ターボ機械の性能向上に大きく貢献する。
【0106】
また、上記第1,第2の実施の形態の非接触シール装置を蒸気タービンに適用することにより、ラビングの発生を引き起こすことなくシール部の漏洩流量を低減することが可能となって、高性能かつ安全で信頼性の高い蒸気タービン設備を提供することができる。
【0107】
つぎに本発明の第8の実施の形態を説明する。
図10は本実施の形態の非接触シール装置の断面図であり、(a)は蒸気タービンの定常運転状態における図であり、(b)は蒸気タービンの起動後の極低負荷から負荷上昇の際の低負荷における非定常運転状態における図であり、(c)は蒸気タービンの負荷降下時の低負荷における非定常運転状態における図である。
【0108】
本実施の形態における蒸気タービンは、タービンシャフト5aとタービンシャフト5aに設けられた動翼とを含む回転構造物を備え、また、静翼と静翼翼環の内径側に設けられた静翼内輪と静翼翼環の外径側に設けられた静翼外輪とそれらを覆うケーシングと回転構造物を支承する軸受とを含む静止構造物を備えている。静翼内輪にはパッキンリング2が保持されている。
【0109】
そして、本実施の形態における非接触シール装置では、回転構造物であるタービンシャフト5aの表面に円盤状の凸部66を二条以上形成させ、当該タービンシャフト5aに相対する静止構造物である静翼内輪のパッキンリング2にはタービンシャフト5aの凸部66に対応した低いシールフィン44を形成させ、これら低いシールフィン44の間にはタービンシャフト5aの凹部60に対応した高いシールフィン45を形成させてある。そしてタービン組立時の間隙設定として、タービンシャフト5aの凸部66とパッキンリング2側に設けられた低いシールフィン44によって形成される半径方向の間隙77をタービンシャフト5aの凹部60とパッキンリング2側に設けられた高いシールフィン45によって形成される半径方向の間隙78よりも小さく設定している。
【0110】
また、好ましくは、タービンシャフト5aの凹部60とパッキンリング2側に設けられた高いシールフィン45によって形成される半径方向の間隙78を従来のラビリンスシールの間隙と同等の間隙に設定するとともに、タービンシャフト5aの凸部66とパッキンリング2側に設けられた低いシールフィン44によって形成される半径方向の間隙77を従来のラビリンスシールの間隙よりも小さく、好ましくは従来の間隙の1/2程度に設定している。
【0111】
なお、パッキンリング2側に設けられた低いシールフィン44は、タービン負荷が定格負荷近傍あって定常負荷状態で運転されているときにタービンシャフト5aの凸部66とほぼ同じ軸方向位置となるように設定され、小さな間隙77を形成するように設定されている。
【0112】
以上のような構成の第8の実施の形態の非接触シール装置の作用を従来のものと比較して以下に説明する。図11は従来のハイロー型と称されるラビリンスシールの例を示した断面図であり、タービンシャフト5aの凸部66とパッキンリング2側に設けられた低いシールフィン44によって形成される半径方向の間隙77をタービンシャフト5aの凹部60とパッキンリング2側に設けられた高いシールフィン45によって形成される半径方向の間隙78と同じ間隙に設定している。
【0113】
先に説明したとおり、ラビリンスシールにおいて、蒸気の漏洩防止効果を決定する最大の要因は、静止構造物である静翼内輪のパッキンリング2側に設けられたシールフィン44,45の先端と回転構造物であるタービンシャフト5aの表面との半径方向の間隙77,78の大きさであり、この間隙が小さいほど蒸気の漏洩量は少なくなってタービンの性能が向上するが、この間隙をあまり小さくすると運転中にシールフィン44,45とタービンシャフト5aが接触し、タービンシャフト5aやシールフィン44,45が損傷したり、接触によって軸振動が増加して運転の続行が不可能になったり、接触による発熱で回転構造物であるタービンシャフト5aに曲りを生じたりする等の問題がる。
【0114】
このような接触が発生するのは、タービンの運転状態によって間隙77,78の値が変化するためであり、そのような変化は、ケーシングの不均一な熱変形、圧力による変形、あるいはタービンシャフトを支承する軸受の支持特性等の種々の要因により生じ、特に、タービンの起動時や停止時および起動停止に伴う低負荷時での負荷変化時に集中して間隙の変化が発生する。
【0115】
図12の実線で示された曲線Yは、起動時にケーシングの不均一な温度分布の発生によって逆猫背状のケーシング熱変形を生じるような特性を有する蒸気タービンにおいて、タービンシャフトのシール部分とケーシングに支持されている静翼内輪に設けられたシールフィンとの間の半径方向(鉛直方向上方)の相対変位差を、タービン組立時を原点として、蒸気タービンの起動から定格負荷までについて表わしたものである。また、図10の破線で示された直線Xはシールフィンとタービンシャフトの間のタービン組立時における半径方向の間隙設定値を表わしている。
【0116】
図12の縦軸においてX−Yの値(Xの値からYの値を減算した値)がそのタービン負荷におけるラビリンスシールの半径方向の間隙であり、図からわかるように、この間隙は起動直後の低負荷において最も小さくなる。その後タービン負荷が増加してくるとこの間隙X−Yは一旦大きくなった後、更なる負荷上昇につれて微減するが、タービン負荷が100%に近づくにつれてその変化量が小さくなって一定値に落ち着くというような傾向を有している。
【0117】
もしも、タービン組立時における半径方向の間隙設定値Xが小さくて間隙X−Yの値が運転中に負になった場合にはシールフィンがタービンシャフトに接触することを意味し、過大な軸振動を引き起こしたり、タービンシャフトに曲りを生じたりという不都合が発生することになる。また、このようなタービンでは停止時にはケーシングは起動時とは反対に猫背状の変形を生じるのが一般的であり、鉛直方向下側の間隙が小さくなって接触の危険性を有している。
【0118】
また、上述のように、定常運転時には変形量や変化量が時間とともに一定値に落ち着くために、間隙の変化量は極めて小さい。従って、起動停止時や低負荷での負荷変化時の間隙状態を考慮して、いかなる運転状態においてもラビングが発生しないようにタービン組立時における半径方向の間隙設定値Xを大きく取り過ぎると、長時間に亘る定常運転状態においては不必要に大きな間隙となり、蒸気の漏洩量は増大しタービンとして良い性能が得られない。
このような不具合を解消するために、この第8の実施の形態では、タービン組立時の間隙を、タービンシャフト5aの凸部66と静翼内輪のパッキンリング2側に設けられた低いシールフィン44によって形成される半径方向の間隙77を、タービンシャフト5aの凹部60と静翼内輪のパッキンリング2側に設けられた高いシールフィン45によって形成される半径方向の間隙78よりも小さく設定している。また、好ましくは、タービンシャフト5aの凹部60と静翼内輪側に設けられた高いシールフィン45によって形成される半径方向の間隙78を従来のラビリンスシールの間隙と同等の間隙に設定するとともに、タービンシャフト5aの凸部66と静翼内輪側に設けられた低いシールフィン44によって形成される半径方向の間隙77を従来のラビリンスシールの間隙よりも小さく設定している。
【0119】
タービン組立時の間隙が上述のように設定されることによって、タービンシャフト5aの凹部60と静翼内輪側に設けられた高いシールフィン45によって形成される半径方向の間隙78において接触することはないといえる。他方、タービン組立時におけるタービンシャフト5aの凸部66と静翼内輪側に設けられた低いシールフィン44によって形成される半径方向の間隙77は小さく設定され、好ましくは従来の1/2程度に設定されているために接触の危険性が懸念されるが、実際には、蒸気タービンの起動停止または負荷変化に伴う回転構造物と静止構造物との熱伸び量の違いによってタービンシャフト5aの凸部66と静翼内輪側に設けられた低いシールフィン44はタービン軸方向の位置が異なることになるので接触を回避することが可能である。
【0120】
一般に蒸気タービンは定常状態の運転が行われる高負荷、特に、100%負荷で高い性能が要求さるので、高負荷での定常運転状態ではシール間隙を狭くすることが強く要求される。他方、極低負荷の状態は起動停止時に通過するだけであり、この状態においては特に高い性能は要求されないので極低負荷の状態においてはシール間隙が広くても性能上特に大きな問題となることはない。
【0121】
すなわち、図10(a)は蒸気タービンの定常運転状態における本実施の形態のラビリンスシールの状態を示す断面図であり、接触が回避されるような間隙設定となっている。このとき、タービンシャフト5aの凸部66と静翼内輪側のパッキンリング2に設けられた低いシールフィン44によって形成される半径方向間隙77は従来のラビリンスシールよりも小さくなっており、従って漏洩蒸気量も従来のラビリンスシールよりも少なくなってタービンの性能向上に貢献する。
【0122】
図10(b)は蒸気タービンの起動後の極低負荷からの負荷上昇の際の低負荷における非定常運転状態における本実施の形態のラビリンスシールの状態を示す断面図であるが、図10(b)において、タービンシャフト5aの凸部66と静翼内輪側のパッキンリング2に設けられた低いシールフィン44によって形成される上半側の半径方向間隙77は負の値となってオーバーラップすることになるが、回転構造物と静止構造物との熱伸び量の違いによる伸び差の発生によってタービンシャフト5aの凸部66と静翼内輪側のパッキンリング2に設けられた低いシールフィン44とはタービン軸方向位置がずれてくるために、タービンシャフト5aの凸部66と静翼内輪側のパッキンリング2に設けられた低いシールフィン44とは接触が回避され、過大な軸振動等を発生することはない。
【0123】
図10(c)は蒸気タービンの負荷降下時の低負荷における非定常運転状態における本実施の形態のラビリンスシールの状態を示す断面図であるが、図10(c)において、タービンシャフト5aの凸部66と静翼内輪側のパッキンリング2に設けられた低いシールフィン44によって形成される下半側の半径方向間隙77は負の値となってオーバーラップすることになるが、回転構造物と静止構造物との熱伸び量の違いによる起動時とは反対方向の伸び差の発生によってタービンシャフト5aの凸部66と静翼内輪側のパッキンリング2に設けられた低いシールフィン44とはタービン軸方向位置がずれてくるために、タービンシャフト5aの凸部66と静翼内輪側のパッキンリング2に設けられた低いシールフィン44とは接触が回避され、過大な軸振動の発生はない。
【0124】
このように、この第8の実施の形態の非接触シール装置の適用によって、定常運転時のシール性能を従来よりも向上させることが可能になってタービンの性能向上に貢献すると同時に、起動停止に伴う低負荷時におけるタービンシャフト5aとシールフィン44,45との接触を回避することができ、信頼性の高い蒸気タービンを提供することが可能となる。
【0125】
つぎに本発明の第9の実施の形態を説明する。
図13は本実施の形態の非接触シール装置の断面図であり、(a)は蒸気タービンの定常運転状態における図であり、(b)は蒸気タービンの起動後の極低負荷から負荷上昇の際の低負荷における非定常運転状態における図であり、(c)は蒸気タービンの負荷降下時の低負荷における図である。
【0126】
本実施の形態の非接触シール装置では、回転構造物であるタービンシャフト5aの表面に円盤状に突き出た高い凸部66と低い凸部67をタービンシャフト5aの軸方向に交互に並べて形成させ、タービンシャフト5aに相対する静止構造物であるところの静翼内輪に保持されたパッキンリング2にはタービンシャフト5aの高い凸部66と低い凸部67に対応した低いシールフィン44と高いシールフィン45を交互に形成させて構成している。また、好ましくは、図14に示すように、タービンシャフト5aの高い凸部66と静翼内輪に保持されたパッキンリング2の低いシールフィン44によって形成される半径方向間隙77をタービンシャフト5の低い凸部67と静翼内輪側の高いシールフィン45によって形成される半径方向間隙78よりも小さく設定している。
【0127】
上記のように、この第9の実施の形態の非接触シール装置では、ターボ機械の一つである蒸気タービンの軸封装置として使用されるラビリンスシールにおいて、回転構造物であるタービンシャフト5aの表面に円盤状に突き出た高い凸部66と低い凸部67をタービンシャフト5aの軸方向に交互に並べて形成させ、タービンシャフト5aに相対する静止構造物であるところの静翼内輪に保持されたパッキンリング2にはタービンシャフト5aの高い凸部66と低い凸部67に対応した低いシールフィン44と高いシールフィン45を交互に形成させて構成している。
【0128】
本実施の形態においては、タービン組立時におけるラビリンスシールの半径方向の間隙を従来の半径方向間隙よりも小さくすることが可能であり、従来に比べて半径方向間隙を1/2程度に設定することが好ましい。
【0129】
このような間隙設定がなされている場合、タービンシャフト5aの凸部66、67と静翼内輪に保持されたパッキンリング2に設けられたシールフィン44,45によって形成される半径方向の間隙77,78はタービン高負荷域での定常運転状態において小さい間隙となっている。図13(a)はタービン高負荷域での定常運転状態における本実施の形態のラビリンスシールの状態を示す断面図であるが、タービンシャフト5aとシールフィン44,45は接触せず、かつ、間隙77,78は極めて小さな値となっている。従って漏洩蒸気量も従来のラビリンスシールよりも少なくなってタービンの性能向上に大きく貢献する。
【0130】
また、ケーシングに顕著な逆猫背状の変形が発生するタービン起動時や、猫背状の変形が発生するタービン停止時においては、ケーシングの変形などがタービン定常運転状態のラビリンスの間隙よりも大きくなることがあるので接触が懸念されるが、実際には、蒸気タービンの起動停止または負荷変化に伴う回転構造物と静止構造物との熱伸び量の違い(伸び差)によってタービンシャフト5aの凸部66,67と静翼内輪側に設けられたシールフィン44,45はタービン軸方向の位置が異なることになるので、図13(b)に示すような状態となって、タービンシャフト5aの凸部66、67と静翼内輪側のシールフィン44,45とが半径方向にはオーバーラップするものの、タービンシャフト5aの凸部66,67と静翼内輪側のシールフィン44,45の軸方向位置が伸び差の変化によって異なってくるので、接触を回避することが可能な構造となっている。従って、このような場合においても接触することはなく、過大な軸振動が発生することはない。
【0131】
また、図13(c)は蒸気タービンの負荷降下時の低負荷における非定常運転状態における本実施の形態のラビリンスシールの状態を示す断面図であるが、図示のように、タービンシャフト5aの凸部66と静翼内輪側に設けられた低いシールフィン44によって形成される下半側の半径方向の間隙77は負の値となってオーバーラップすることになる。しかし、回転構造物と静止構造物との熱伸び量の違いによる起動時とは反対方向の伸び差の発生によってタービンシャフト5aの凸部66,67と静翼内輪側に設けられたシールフィン44,45とはタービン軸方向位置がずれてくるために、やはり接触が回避され、過大な軸振動等を発生することはない。
【0132】
このように、本発明の第9の実施の形態の非接触シール装置の適用によって、定常運転時のシール性能を従来よりも向上させることが可能になってタービンの性能向上に貢献すると同時に、起動停止に伴う低負荷時におけるタービンシャフト5aとシールフィン44,45との接触を回避でき、信頼性の高い蒸気タービンを提供することが可能となる。
【0133】
また本実施の形態は、図14に示すように好ましくは、タービンシャフト5aの高い凸部66と静翼内輪側の低いシールフィン44によって形成される半径方向間隙77をタービンシャフト5aの低い凸部67と静翼内輪側の高いシールフィン45によって形成される半径方向間隙78よりも小さく設定しているが、このような半径方向間隙の設定によって非定常時におけるタービンシャフト5aの凹部61と高いシールフィン45との接触の危険性が更に改善されるので、安全で信頼性の高い非接触シール装置である。
【0134】
つぎに本発明の第10の実施の形態を説明する。この実施の形態の非接触シール装置は、図15,16に示すように、回転構造物であるタービンシャフト5aの凸部6aの頂部に少なくとも一条の溝30を回転の向きに対して鋭角に形成したことを特徴としている。
【0135】
図15(a)および(b)は軸封装置としての本実施の形態におけるラビリンスシールの部分を示した断面図である。図16は本実施の形態におけるラビリンスシールの部分のタービンシャフト部分を図15(a)および(b)に記載のXVI矢視で示す方向から見たタービンシャフト表面の一部分を示す図であって、タービンシャフト5aの凸部6aの頂部に少なくとも一条の溝30が回転の向きに対して鋭角に形成されていることを示しており、また、タービンシャフト表面に対する相対的な漏れ蒸気の流れVrとタービンシャフト5aの凸部6aの頂部に形成された溝30の中の蒸気の流れVgを示している。
【0136】
この実施の形態の非接触シール装置においては、図16に示すように、タービンシャフト5aの凸部6aの頂部に回転の向きに対して鋭角に形成された溝30の内部を流れる蒸気流Vgが漏れ蒸気の流れVrに対して大きな角度を持って交わるので、漏れ蒸気の流れVrを乱すことになり、漏れ蒸気量が減少しシール性能が向上するという効果がある。
【0137】
つぎに本発明の第11の実施の形態を説明する。この実施の形態の非接触シール装置は、図17(a),(b)に示すように、回転構造物であるタービンシャフト5aの表面に形成した低い凸部67の突出高さをおおよそ0.5mm以上2mm以下としている。また、高い凸部66および低い凸部67の頂部の幅Wを、6mm以下とする。
【0138】
この実施の形態の非接触シール装置では、静止構造物である静翼内輪側に形成されるシールフィン44,45の材料として、その熱伝導率が回転構造物であるタービンシャフト5aのシール部分の材料の熱伝導率よりも小さい材料を使用する。
【0139】
あるいは本実施の形態の非接触シール装置では、回転構造物であるタービンシャフト5aの表面に形成した凸部66、67の頂部の断面形状を、図18(a),(b),(c)に示すような、山形とする
さらに、本実施の形態の非接触シール装置の変形例は、図19に示すように、回転構造物であるタービンシャフト5aの表面に形成した高い凸部66に対応して静止構造物に形成される低いシールフィン44を、高い凸部66の1条に対して、2枚以上とする。
【0140】
さらに、本実施の形態における上述の、回転構造物であるタービンシャフト5aの表面に形成した高い凸部66に対応して静止構造物に形成される低いシールフィン44を高い凸部66の1条に対して2枚以上とした非接触シール装置の変形例としては、タービンシャフト5aの1条の高い凸部66に対して2枚以上形成される低いシールフィン44に関し、そのシールフィン44の突出高さが最初の1枚目のシールフィンと中央または最後のシールフィンとで若干量の差異を有する構成としてもよい。図20は、1条の高い凸部66に対して3枚形成された低いシールフィン44に関し、そのシールフィン44の突出高さが最初の1枚目のシールフィンと中央のシールフィンとで若干量の差異80を有している構成を示している。
【0141】
また、上述の、1条の高い凸部66に対して2枚以上形成された低いシールフィン44を有し、その低いシールフィン44の突出高さが最初の1枚目のシールフィンと中央のシールフィンとで若干量の差異80を有している非接触シール装置においては、低いシールフィン44の突出高さの最初の一条目のシールフィンと中央または最後のシールフィンとの差異80がおおよそ0.5mm以上2mm以下であることが好ましい。
【0142】
蒸気タービンの起動停止に伴って生じるケーシングの逆猫背変形や猫背変形の変形量はおおよそ0.3mmないし1mm程度であることが多く、従って起動停止に伴う非定常運転時における回転構造物と静止構造物との接触を回避するには、回転構造物であるタービンシャフト5aの表面に形成した低い凸部67の突出し高さをケーシングの変形量に応じておおよそ0.5mm以上2mm以下とすることが好ましく、それによって定常運転時の漏洩蒸気量を低減し、かつ、起動停止に伴う非定常運転時の接触不具合を回避することができる。
【0143】
また、蒸気タービンの構成部品の熱膨張によって生じるタービンシャフトとケーシングとの伸び差の変化幅は、高いシール性能が要求される蒸気タービンの高圧部や中圧部ではおおよそ10mmないし20mmであることが多く、従って、非定常時のケーシングの熱変形などによってタービンシャフト5aの表面に形成した凸部66、67とシールフィン44,45の接触を極力回避するには、タービンシャフト5の表面に形成した凸部66、67の頂部の幅W(図17(a),(b))を6mm以下とすることが好ましい。このように凸部66、67の頂部の幅Wを、6mm以下とすることによって、定常運転時の漏洩蒸気量を低減し、かつ、起動停止に伴う非定常運転時の接触不具合を回避することができる。
【0144】
また、静止構造物である静翼内輪9側に形成されるシールフィン44,45の材料として、その熱伝導率が回転構造物であるタービンシャフト5aのシール部分の材料の熱伝導率よりも小さい材料を使用することにより、万一、接触という事態が発生した場合においても、接触によって発生する大量の摩擦熱は、熱伝導率が大きい材料で形成されたタービンシャフト5aでは速やかに拡散して高温によるタービンシャフト5aの接触部の損傷の程度を小さくできるのに対して、熱伝導率の低い材料で形成されたシールフィン44,45では大量の摩擦熱の拡散が遅くシールフィン44,45の接触部が高温になって強度が低下し速やかに変形するのでかえって回転構造物であるタービンシャフト5aに与える損傷が軽減できるという効果がある。
【0145】
また、回転構造物であるタービンシャフト5aの表面に形成した凸部66、67の頂部の断面形状を、図18(a),(b),(c)に示したような山形とすることにより、タービンシャフト5aの表面に形成した凸部66、67とシールフィン44,45との間の間隙を更に小さくしても運転中におけるタービンシャフト5aの表面に形成した凸部66、67とシールフィン44,45との接触を回避することが可能になることから、漏洩蒸気量が少なくタービン性能の向上に貢献でき、かつ、接触を回避できる安全で信頼性の高いシール装置を提供できる。
【0146】
さらに、変形例として、回転構造物であるタービンシャフト5aの表面に形成した高い凸部66に対応して静止構造物に形成される低いシールフィン44を、高い凸部66の1条に対して、2枚以上とすることにより、低負荷運転時や非定常運転時のような伸び差の大きい状態においても、低いシールフィン44の少なくとも一つがタービンシャフト5aの高い凸部66に対して狭い間隙を形成することが可能となって、高負荷での定常運転時のみならず低負荷運転時や非定常運転時においても比較的高いシール性能を確保することができ、部分負荷時のタービン性能の向上にも貢献することができる。
【0147】
さらに、タービンシャフト5aの1条の高い凸部66に対して2枚以上形成される低いシールフィン44に関し、図20に示したように、シールフィン44の突出高さが最初の1枚目のシールフィンと中央または最後のシールフィンとに若干量の差異を持たせることによって、図21に示す起動後の低負荷時の非定常運転状態におけるシール装置の部分断面図に描かれているように、低負荷運転時や非定常運転時のような伸び差の大きい状態においても、低いシールフィン44の少なくとも一つがタービンシャフト5aの高い凸部66に対して狭い間隙を形成することが可能となって、低負荷運転時や非定常運転時においても比較的高いシール性能を確保することができ、部分負荷時のタービン性能の向上に貢献することができる。しかも、高負荷での定常運転時には、低いシールフィン44とタービンシャフト5aの高い凸部66との間の間隙を従来に増して狭くすることが可能になることから、高負荷における定常運転状態での漏洩蒸気量を大幅に低減することが可能となって蒸気タービンの性能向上に大きく貢献する。
【0148】
なお、ケーシングの熱変形量を考慮すると、上述の、1条の高い凸部66に対して2枚以上形成された低いシールフィン44を有し、その低いシールフィン44の突出高さが最初の1枚目のシールフィンと中央のシールフィンとで若干量の差異を有しているシール装置においては、低いシールフィン44の突出高さの最初の1枚目のシールフィンと中央または最後のシールフィンとの差異がおおよそ0.5mm以上2mm以下であることが好ましい。
【0149】
【発明の効果】
本発明によれば、定常運転時のシール性能が高く、起動停止に伴う低負荷時における回転構造物と静止構造物との接触の危険性が低く、万一接触に至った場合における回転構造物側に発生する損傷の少ないターボ機械の非接触シール装置および前記非接触シール装置を備えた蒸気タービン設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置を示す断面図であり、(a)はターボ機械起動前の冷機状態、(b)はターボ機械の起動後の無負荷状態から負荷上昇の際の極低負荷までの非定常運転状態(ロータロング状態)、(c)はターボ機械の定常運転状態(ステディ状態)、(d)はターボ機械の短時間停止後の急速暖機起動時の極低負荷運転状態あるいは負荷遮断直後の無負荷運転時などの非定常運転状態(ロータショート状態)を示す図。
【図2】本発明の第1の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置において、回転側のシールフィンの高さが静止側のシールフィンの高さに比べて高くなるように構成されている変形例を示す図。
【図3】本発明の第1の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置において、ターボ機械の高負荷運転時に静止側のシールフィンが回転側のシールフィンピッチの中央よりも上流側に位置するように構成されている変形例を示す図。
【図4】本発明の第1の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置に備えられるクリアランスコントロールシステムの動作について説明する曲線図。
【図5】狭い半径方向間隙を有する回転側のシールフィンと広い半径方向間隙を有する静止側シールフィンの軸方向の相対位置によってシール性能が変化することを示し、本発明の第1の実施の形態の効果を説明する曲線図。
【図6】クリアランスコトンロールシステムを使用していない従来の非接触シール装置におけるタービン起動から定格負荷までの半径方向間隙の変化を示し、本発明の第1の実施の形態の効果を説明する曲線図。
【図7】本発明の第2の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置を示す断面図。
【図8】本発明の第2の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置において、ターボ機械の高負荷運転時に静止側のシールフィンが回転側のシールフィンピッチの中央よりも上流側に位置するように構成されている変形例を示す図。
【図9】回転側のシールフィンの高さをタービン高負荷運転時における静止側シールフィン先端の平均間隙の3倍以上とすることにより十分なシール効果が得られることを示し、本発明の第2の実施の形態の効果を説明する曲線図。
【図10】本発明の第8の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置を示す断面図であり、(a)はターボ機械の定常運転状態、(b)はターボ機械の起動後の極低負荷から負荷上昇の際の低負荷における非定常運転状態、(c)はターボ機械の負荷降下時の低負荷における非定常運転状態を示す図。
【図11】本発明の第8の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置の作用を説明する断面図。
【図12】本発明の第8の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置の作用を説明する曲線図。
【図13】本発明の第9の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置を示す断面図であり、(a)はターボ機械の定常運転状態、(b)はターボ機械の起動後の極低負荷から負荷上昇の際の低負荷における非定常運転状態、(c)はターボ機械の負荷降下時の低負荷における非定常運転状態を示す図。
【図14】本発明の第9の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置の変形例を示し、定常運転状態を示す図。
【図15】本発明の第10の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置を示し、(a),(b)はそれぞれ異なる変形例を示す断面図。
【図16】図15のXVI矢視方向から見た平面図であり、本発明の第10の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置の作用を説明する図。
【図17】本発明の第11の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置を示し、(a),(b)はそれぞれ異なる変形例の要部を示す断面図。
【図18】本発明の第11の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置を示し、(a),(b),(c)はそれぞれ異なる変形例の要部を示す断面図。
【図19】本発明の第11の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置のさらに異なる変形例を示す断面図。
【図20】本発明の第11の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置のさらに異なる変形例を示す断面図。
【図21】本発明の第11の実施の形態のターボ機械の非接触シール装置の作用を説明し、起動後の低負荷時の非定常運転状態を示す図。
【図22】従来のターボ機械のタービンシャフト部分における非接触シール装置を示し、(a),(b),(c),(d)はそれぞれ異なる例を示す断面図。
【図23】従来のターボ機械の翼部分における非接触シール装置を示し、(a),(b),(c),(d)はそれぞれ異なる例を示す断面図。
【図24】静翼内輪とロータ間の間隙のシールに用いられてきた従来の食違い型ラビリンスシール装置を示す断面図。
【図25】動翼先端と静翼外輪またはケーシングとの間の間隙のシールに用いられてきた従来の食違い型ラビリンスシール装置を示し、(a),(b)はそれぞれ異なる例を示す断面図。
【図26】櫛型ラビリンスと呼ばれる従来の複合直通形ラビリンスシール装置の断面図。
【図27】クリアランスコントロールシステムを適用した従来の食違い型ラビリンスシール装置を示し、(a)は起動・停止時、(b)はタービン高負荷時を示す図。
【図28】タービン運転状態変化に伴う従来の食違い型ラビリンスシール装置の静止側ラビリンスと回転側ラビリンスの位置関係を示し、(a)は起動前の冷機状態、(b)は起動運転状態、(c)は定常運転状態、(d)は停止時を示す図。
【符号の説明】
2…パッキンリング、3…漏れ蒸気、4…シールフィン、5…ロータ、5a…タービンシャフト、6…シールフィン、6a…凸部、7…半径方向間隙、8…静翼翼環、9…静翼内輪、10…半径方向間隙、11…弾性体、12…静翼、14…動翼、15…ラビリンスシール、16…動翼先端、17…静翼外輪、18…半径方向間隙、19…シールフィン、20…ラビリンスシール、21…シュラウドカバー、23…半径方向間隙、24…シールフィン、30…溝、44…低いシールフィン、45…高いシールフィン、60,61…凹部、66…高い凸部、67…低い凸部、77,78…間隙、80…差異。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-contact sealing device that seals in a non-contact manner so that fluid does not leak from a gap between a rotating structure and a stationary structure in a turbomachine, and a steam turbine facility including the non-contact sealing device.
[0002]
[Prior art]
A description will be given taking a steam turbine, which is a typical example of a turbomachine, as an example.
The steam turbine is mainly composed of a rotating rotor, moving blades implanted in the rotor, stationary vanes (also referred to as nozzles) disposed between the moving blades, and a casing containing these. ing. More specifically, the rotor blades are implanted so as to form a cascade of several tens to hundreds or more blades in the collecting direction of the rotor, and are also subjected to pressure and temperature conditions of steam flowing therethrough in the axial direction. In total, about 5 to 10 rows of cascades having different wing lengths are arranged. On the other hand, the stationary blade (nozzle) is sandwiched by a ring-shaped member called a nozzle diaphragm, and an outer ring thereof is fixed to a casing. The stationary blades are disposed between the blade rows of the moving blades, and form a paragraph by a pair of the moving blades and the stationary blades. Furthermore, this paragraph is composed of several stages to about ten stages to constitute a high-pressure, medium-pressure or low-pressure turbine. Then, when high-temperature and high-pressure steam flows through this stage, the heat energy of the steam is converted into rotational energy of the rotor between each stage, and the generator connected by the rotor is rotated.
[0003]
Therefore, a gap is provided between the stator vane and the rotor to enable rotation of the rotor, but steam flowing into the stator vane flows from this gap as leakage steam that bypasses the stator vane and flows into the turbine. In order to reduce the amount of leaked steam, a labyrinth seal having a non-contacting seal fin is provided at a portion where the inner ring of the stationary blade is close to the rotor because the leakage steam amount is reduced.
[0004]
As such a labyrinth seal, a staggered type or comb type labyrinth seal is conventionally known. A steam turbine is a rotating machine that uses high-temperature steam and rotates the rotor at high speed.In order to improve the performance of the turbine, the steam turbine, which is a working fluid, flows into the stationary blades and the moving blades as much as possible. It is necessary to minimize the amount of steam leaking through the gap between the stator blade inner ring, the gap between the rotor blade tip and the stator blade outer ring, or the gap between the rotor blade tip and the casing. Since the steam turbine is a high-speed rotating machine and it is difficult to apply a contact-type sealing device, the non-contact labyrinth seal as described above is applied to the seal between the rotating structure and the stationary structure of the steam turbine. Have been.
[0005]
FIGS. 22A, 22B, 22C and 22D show a conventional labyrinth seal. In the figure, reference numeral 9 denotes an inner ring of a stator vane ring 8 (the stator vane ring is sometimes referred to as a nozzle diaphragm) fitted to and attached to a casing (not shown), that is, a stator vane inner ring. A packing ring 2 is usually attached to the periphery via an elastic body 11 such as a leaf spring, and a processed seal fin 4 formed integrally with or separately from the packing ring 2 extends toward the inner diameter side. ing.
[0006]
In FIG. 22 (c), reference numeral 5a denotes a turbine shaft which is a part of a rotary structure. A plurality of disk-shaped convex portions 6a are formed on the surface of the turbine shaft 5a, and the stationary structure faces the turbine shaft 5a. In the packing ring 2, a low seal fin 44 corresponding to the convex portion 6 a of the turbine shaft 5 a and a high seal fin 45 corresponding to the concave portion 60 of the turbine shaft 5 are formed.
[0007]
A non-contact type shaft sealing device having such a basic structure is generally called a labyrinth seal 15, in which the radial gap 7 at the tips of the seal fins 44, 45 is minutely set, and this radius is bypassed to the stator vane. The steam 3 leaking through the directional gap 7 is reduced to reduce the leakage loss.
[0008]
As described above, the non-contact sealing device for the gap between the inner ring of the stationary blade and the turbine shaft has been described. However, the gap between the tip of the moving blade and the outer ring of the stationary blade or the casing has a similar problem. FIGS. 23 (a), 23 (b), 23 (c) and 23 (d) show a non-contact sealing device for a gap between a moving blade tip and a stationary blade outer ring of a steam turbine conventionally applied. That is, a radial gap 18 is provided between the shroud cover 21 provided at the tip 16 of the moving blade 14 and the outer ring 17 of the stationary blade 12 or between the casing and a casing (not shown) in order to allow the rotating blade 14 to rotate. Is provided. For this reason, a part of the steam flowing into the moving blade 14 flows from the radial gap 18 as the leaking steam 3 that bypasses the moving blade 14, which is one of the causes of lowering the turbine performance. In order to reduce the leaked steam 3, a seal fin 19 is provided on a stationary blade outer ring 17 (or casing) close to a shroud cover 21 provided on the moving blade tip 16.
[0009]
FIG. 24 shows a typical example of a conventional staggered labyrinth seal device. In the figure, reference numeral 9 denotes an inner ring of a stator vane ring 8 (the stator vane ring is sometimes referred to as a nozzle diaphragm) fitted to and attached to a casing (not shown), that is, a stator vane inner ring. A packing ring 2 is usually attached to the circumference via an elastic body 11 such as a leaf spring, and a plurality of rows of seal fins 4 formed integrally with or separately from the packing ring 2 extend from the packing ring 2 toward the inner diameter side. ing. In the figure, reference numeral 5 denotes a rotor which is a part of a rotating structure. In a staggered labyrinth, a plurality of rows of seal fins 6 are formed on the surface of the rotor 5 integrally or separately therefrom.
[0010]
The non-contact type sealing device having such a structure is also called a labyrinth seal, in which the radial gap 7 at the tip of the seal fin 4 is set minutely, bypasses the vane, and passes through the radial gap 7. The amount of leaking steam 3 is reduced to reduce the leakage loss. In the staggered labyrinth, the seal fins 4 of the packing ring 2, which is a stationary structure facing the rotor 5, are formed so as to be staggered and combined with the seal fins 6 of the rotor. The radial gaps 7 and 10 at the tips of and 6 are minutely set, and the steam 3 that leaks through the radial gaps 7 and 10 by bypassing the stationary blades is reduced to reduce the leakage loss.
[0011]
The sealing device for the gap between the inner ring of the stator vane and the rotor has been described above. However, the gap between the tip of the rotor blade and the outer ring of the stator blade or the casing has the same problem. FIGS. 25A and 25B show a typical example of a staggered labyrinth seal device provided between a moving blade tip 16 and a stationary blade outer ring 17 of a steam turbine conventionally applied. That is, a gap is provided between the shroud cover 21 provided at the tip 16 of the moving blade 14 and the outer ring 17 of the stationary blade 12 or a casing (not shown) in order to allow the rotating blade 14 to rotate. ing. For this reason, a part of the steam flowing into the moving blades 14 flows as leaked steam that bypasses the moving blades 14 from this gap, which is one of the causes of lowering the turbine performance.
[0012]
In order to reduce the leakage steam, in the staggered labyrinth seal device at the blade tip portion, a plurality of rows of seals are provided on the stationary blade outer ring 17 (or casing) near the shroud cover 21 provided at the blade tip 16. Fins 19 are provided, and seal fins 24 formed on the outer surface of the shroud cover 21 so as to be staggered and interdigitated with seal fins 19 provided on the stator vane outer ring. , 24, the radial gaps 18 and 23 at the tips are set to be minute, and the steam 3 leaking through the radial gaps 18 and 23 bypassing the vane 12 is reduced to reduce the leakage loss.
[0013]
A combined direct labyrinth seal device called a comb labyrinth shown in FIG. 26 is also a non-contact seal for reducing the amount of leaked steam between the rotating structure and the stationary structure of the steam turbine, similarly to the staggered labyrinth seal device. It has been applied as a device.
[0014]
Incidentally, the sealing performance of the labyrinth seal device as shown in FIGS. 22 to 26 is generally improved by reducing the radial gap at the tip of the seal fin. On the other hand, when a so-called rubbing phenomenon in which a rotating structure comes into contact with a stationary structure due to an excessively small radial gap at the tip of the seal fin of the labyrinth seal device due to, for example, excessive thermal deformation of the casing, the axial vibration of the turbine occurs. May cause excessive shaft vibration that makes it difficult to continue the operation of the turbine.
[0015]
As described above, one method of further improving the sealing performance of the labyrinth seal device is to narrow its radial gap. The cat back phenomenon, the difference in the amount of thermal expansion between the casing and stator blades and the rotor and rotor blades, the deformation of the rotating structure due to centrifugal force, the movement of the rotor shaft center due to the bearing oil film, the alignment change, and the occurrence of shaft vibration It can be said that the current radial gap setting is a minimum gap setting for preventing a hard rubbing phenomenon from occurring, and a significant improvement in sealing performance cannot be expected with a conventional labyrinth seal.
[0016]
On the other hand, in recent years, a radial gap control method of a labyrinth seal device has been invented, and a clearance control system aiming at improving the sealing performance of a non-contact labyrinth seal device may be applied to a steam turbine (for example, Patent Document 1). , 2).
[0017]
[Patent Document 1]
JP-B-49-29975
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 4,436,311
[0018]
As shown in FIGS. 27 (a) and (b) applied to a staggered labyrinth seal device, this clearance control system has a radius at the tip of the seal fin at the start and stop (a) where rubbing is most concerned. The directional gap is set wide to avoid rubbing, and at high turbine load (b), where high sealing performance is required, the labyrinth on the stationary side is extruded in the radial direction to use the clearance gap between the seal fin tip and the clearance control system. It is intended to improve the sealing performance when the turbine is under a high load by setting a smaller value than when the turbine is not loaded.
[0019]
In recent years, higher performance of steam turbines has been demanded more than ever, and daily improvements have been made to improve the performance of steam turbines, such as various improvements such as performance improvement of stator vanes and moving blades and reduction of exhaust loss. Have been. Among these improvements, improved sealing performance, which minimizes the amount of steam leaking through the gap between the rotor and stator inner ring and the gap between the rotor blade tip and stator outer ring, greatly contributes to the improvement of turbine performance. Is what you do.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the labyrinth seal device as shown in FIGS. 22 to 26, generally, if the radial gap at the tip of the seal fin is reduced, the annular area of the gap of the seal portion is reduced, so that the sealing performance is improved. Further, the sealing performance of the labyrinth sealing device is generally improved by increasing the number of rows of seal fins.
[0021]
On the other hand, if the so-called rubbing phenomenon in which the rotating structure comes into contact with the stationary structure due to excessive thermal deformation of the casing occurs due to the radial gap at the tip of the seal fin of the labyrinth seal device being too small, the axial vibration of the turbine is reduced. This may cause a drastic change and cause excessive shaft vibration that makes it difficult to continue the operation of the turbine.
[0022]
As described above, in order to further improve the sealing performance of the labyrinth seal device, it is required to reduce the radial gap. However, for steam turbines, the cattle phenomena and reverse cattle phenomena caused by uneven temperature distribution of the casing due to startup and shutdown, differences in the amount of thermal expansion between the casing and stationary blades and the rotor and rotor blades, and deformation of the rotating structure due to centrifugal force Since the rotor oil axis causes movement of the rotor shaft center, changes in alignment, and shaft vibration due to the bearing oil film, the current radial gap setting is the minimum gap setting to prevent a hard rubbing phenomenon. A significant improvement in sealing performance cannot be expected with conventional labyrinth seals.
[0023]
When the seal fin 4 comes into contact with a part of the circumference of the rotor 5, the temperature of the contact portion of the rotor 5 rises, a temperature distribution is generated near the contact portion of the rotor 5, and the contact portion thermally expands due to high temperature. The rotor 5 is slightly deformed. Therefore, once the rubbing phenomenon occurs, the contact portion greatly expands due to a rise in the temperature of the contact portion of the rotor 5, and the rotor 5 is bowed such that a part of the circumference of the rotor 5 that contacts particularly strongly is convex. Deform. In this case, the contact is further strengthened, leading to a hard rubbing phenomenon, causing excessive vibration to stop the operation of the turbine, causing permanent contact due to thermal stress at the contact portion of the rotor 5, causing rotor contact, There is a problem that the residual strain due to the melting of the portion or the like is generated as a permanent strain, and the rotor 5 is permanently bent.
[0024]
The labyrinth seal device provided at the tip of the rotor blade 14 shown in FIG. 25 changes the radial gap 18 similarly to the labyrinth seal device of the rotor 5, and depending on the degree of the change, the stator blade outer ring 17 May come into contact with the shroud cover 21 provided on the blade tip 16. In this case, similarly to the labyrinth seal device of the rotor 5, turbine shaft vibration is generated, which affects the reliability of the steam turbine. Further, when contact occurs, the temperature of the contact portion rises due to the generation of frictional heat. However, since the rotor blade 14 is a rotating object and a strong centrifugal force acts on the rotating blade 14, the shroud cover 21 The temperature becomes high due to frictional heat caused by contact. The shroud cover 21 whose material strength has been reduced due to high temperature is deformed by centrifugal force and swells in the radial direction, and the contact is further strengthened, leading to a hard rubbing phenomenon, causing excessive vibration and causing the turbine operation to be stopped. There is a problem that permanent shrinkage may occur in the shroud cover 21.
[0025]
As one of the solutions to such a problem, a clearance control system is sometimes applied. In this case, it is possible to reduce a radial gap at a high turbine load. Effective for improving performance. However, even when the turbine is under high load, the steam turbine has some rotor shaft vibration, eccentricity, or thermal deformation of the casing, and even if the clearance control system is applied, the radial gap at the time of high turbine load is secured. It is necessary to keep it, and further improvement of performance is not expected.
[0026]
If the radial gap of the labyrinth seal device is set to the minimum and cannot be further reduced, it is conceivable to increase the number of rows of seal fins as a measure for improving the performance of the labyrinth seal device. However, in a turbomachine that handles a high-temperature fluid such as a steam turbine, the difference between the temperature distribution of the rotor and the temperature distribution of the casing causes a difference in thermal expansion between the rotor and the casing. It is a difficult situation.
[0027]
Since a steam turbine is a mechanical device for converting steam heat energy into mechanical energy such as rotation of a turbine rotor by introducing high-temperature steam of about 500 ° C. to 600 ° C., more recently 600 ° C. or more, Machine exposed to A rotor, which is a rotating structure of a steam turbine, is smaller in size and weight than a casing of a stationary structure, and has a smaller heat capacity than the casing. Further, the rotor, which is a rotating structure, also has a higher heat transfer coefficient than the casing. Therefore, when high-temperature steam flows into the turbine when the steam turbine is started, the temperature of the rotor becomes faster than that of the casing. As a result, during the start-up operation, the rotating seal fins 6 and the stationary seal fins 4 which have the positional relationship as shown in FIG. The amount of thermal expansion of the rotor 5 becomes larger than the amount of thermal expansion of the casing, and the relative position in the turbine axial direction changes. This state is called a rotor long state. Generally, this relative displacement is referred to as a differential elongation, and increases as the distance from a thrust bearing (not shown), which is a displacement constraint position of the rotor, increases, and as the steam temperature increases.
[0028]
When the load on the turbine increases and the operation becomes steady, the temperature difference between the rotor and the casing becomes smaller as shown in FIG. Approach. This state is called a steady state. On the other hand, when the load decreases toward the stop of the turbine, low-temperature steam flows into the turbine and the temperature of the rotor decreases rapidly, whereas the temperature of the casing decreases slowly, and the amount of thermal expansion of the rotor decreases. As the thermal expansion of the casing becomes smaller, the difference in elongation becomes smaller, and a difference in elongation in the opposite direction occurs as shown in FIG. This state is called a rotor short state.
[0029]
In the staggered labyrinth seal device conventionally used, in a situation where a large difference in elongation occurs in a rotor long state or a rotor short state such as when starting or stopping the turbine, FIG. In order to prevent the seal fins 6 on the rotating side and the seal fins 4 on the stationary side from coming into contact in the axial direction as shown in FIG. Therefore, the pitch of the seal fins 4 and 6 is set to a value larger than the sum of the maximum difference in extension in the rotor long state and the maximum difference in extension in the rotor short state, that is, the fluctuation range of the difference in extension. As described above, in the conventional staggered labyrinth sealing device, the minimum value of the seal fin pitch is limited by the difference in the axial elongation of the turbine, and the minimum seal fin pitch is usually adopted from the viewpoint of ensuring the sealing performance. Therefore, it is difficult to improve the sealing performance by greatly increasing the number of rows of seal fins.
[0030]
In the conventionally applied clearance control system, the seal fin pitch of the labyrinth remains the same, and only the improvement of the sealing performance by changing the radial gap is considered. That is, the improvement of the sealing performance in the labyrinth sealing device applied to the steam turbine is limited, and the further improvement of the sealing performance is difficult.
[0031]
Therefore, the present invention provides a high sealing performance during steady operation, a low risk of contact between the rotating structure and the stationary structure at low load due to startup and shutdown, and a reduction in the rotating structure side in the event of contact. It is an object of the present invention to provide a non-contact seal device for a turbomachine which causes less damage to a steam turbine and a steam turbine facility provided with the non-contact seal device.
[0032]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a non-contact sealing device for a turbo machine according to the invention according to claim 1 is provided in the rotating structure and the stationary structure in a gap between the rotating structure and the stationary structure of the turbo machine in an axial direction. Seal fins whose pitch is set to be equal to or smaller than the fluctuation width of the thermal expansion difference in the axial direction of the turbomachine, the tip of the rotating seal fin and the tip of the stationary seal fin when the turbomachine starts or stops. Have a gap in the radial direction, and move the stationary-side seal fins in the radial direction so that the tip of the rotary-side seal fin and the distal end of the stationary-side seal fin form a stagger in the radial direction during steady operation. The system is provided with a radial clearance control system.
[0033]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sealing performance at the time of a steady operation is high, the danger of the contact between a rotating structure and a stationary structure at the time of low load accompanying a start / stop is low, and the rotating structure in the event of contact It is possible to provide a non-contact sealing device for a turbomachine with little damage on the side.
[0034]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the rotating side seal fin and the stationary side seal fin form a staggered labyrinth, and the height of the rotating side seal fin is equal to the height of the stationary side seal fin. It is characterized in that it is configured to be higher than.
[0035]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the non-contact sealing apparatus of a turbo machine with little danger that a stationary side seal fin contacts a rotary structure and a rotary structure is overheated can be provided.
[0036]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the stationary side seal fin and the rotary side seal fin form a comb labyrinth having the same or substantially the same axial pitch, and the height of the rotary side seal fin is reduced. It is configured such that the height of the rotating side seal fin is lower than the height of the stationary side seal fin while the average gap at the tip of the stationary side seal fin is three times or more during the turbine high load operation. It is characterized by having.
[0037]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the non-contact sealing apparatus of a turbo machine with little danger that a stationary side seal fin contacts a rotary structure and a rotary structure is overheated can be provided.
[0038]
According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect of the present invention, the stationary seal fin is located upstream of the center of the rotary seal fin pitch during a high load operation of the turbomachine. It is characterized by.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, sealability can be improved, without increasing the number of seal fins and reducing the radial gap of the seal fin tip.
[0039]
The invention according to claim 5 has a rated output of 80 MW or more, the main steam has a steam pressure of 10 MPa or more and a steam temperature of 500 ° C. or more, and the rotor from the high-pressure turbine to the low-pressure turbine is inseparably integrated. It consists of a high-low pressure rotor formed in, or a high-low pressure rotor made by mechanically joining a high-pressure turbine or a high-medium-pressure turbine rotor and a low-pressure turbine rotor manufactured separately from each other, In a high- and low-pressure integrated steam turbine facility in which a turbine stage from a high-pressure portion to a low-pressure portion of the rotor is housed in one turbine casing, and the turbine stages form a steam passage having a single-flow structure, the turbine stage has a structure in which 5. A radial clearance controller provided with the non-contact sealing device for a turbomachine according to any one of claims 5 to 7. When the turbomachine is started and stopped or when operating at extremely low load, there is a gap in the radial direction between the tip of the rotating seal fin and the tip of the stationary seal fin. When the thrust bearing is located near the shaft end on the high pressure turbine side, the seal fin pitch on the rotating side or stationary side of the labyrinth of the high pressure stage is controlled so that the tip of the side seal fin and the tip of the side seal fin form a stagger in the radial direction. Is set to 8 mm or less, and the seal fin pitch of the labyrinth of the low-pressure paragraph is set to 14 mm or less.
[0040]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to reduce the leakage flow rate of a seal part without causing generation | occurrence | production of rubbing in the seal part of a steam turbine, and to provide a high-performance, safe and highly reliable steam turbine equipment. Can be.
[0041]
The invention according to claim 6 has a rated output of 100 MW or more, the main steam has a steam pressure of 10 MPa or more and a steam temperature of 520 ° C. or more, and has a high-pressure turbine, an intermediate-pressure turbine, and a low-pressure turbine. The low-pressure turbine rotor and the low-pressure turbine rotor are composed of a medium-to-low pressure rotor integrally formed so as not to be disassembled, or the medium-pressure turbine rotor and the low-pressure turbine rotor manufactured separately from each other are mechanically joined. A high-pressure turbine rotor made of a single medium-to-low pressure rotor, and a rotor of a high-pressure turbine manufactured separately from the medium-to-low pressure rotor is mechanically joined to the medium-to-low pressure rotor to form a single rotor; Are stored in a high-pressure turbine casing, and the turbine stages of the middle and low pressure parts are stored in a medium- and low-pressure turbine casing separate from the high-pressure turbine casing. In a steam turbine facility for forming a steam passage, a turbine stage is provided with a non-contact seal device for a turbomachine according to any one of claims 1 to 5, and a turbo clearance is provided by a radial clearance control system provided in the non-contact seal device. At the start and stop of the machine and at extremely low load operation, there is a gap in the radial direction between the tip of the rotating seal fin and the tip of the stationary seal fin. The tip and the tip are controlled to form a stagger in the radial direction, and when the thrust bearing is located near the shaft end on the high-pressure turbine side, the seal fin pitch on the rotating side or stationary side of the labyrinth of the high-pressure stage is set to 8 mm or less, In addition, the seal fin pitch of the labyrinth in the low-pressure paragraph is set to 14 mm or less.
[0042]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to reduce the leakage flow rate of a seal part without causing generation | occurrence | production of rubbing in the seal part of a steam turbine, and to provide a high-performance, safe and highly reliable steam turbine equipment. Can be.
[0043]
The invention according to claim 7 has a rated output of 100 MW or more, the main steam has a steam pressure of 10 MPa or more and a steam temperature of 520 ° C. or more, and has a high-pressure turbine, an intermediate-pressure turbine, and a low-pressure turbine. The low-pressure turbine rotor and the low-pressure turbine rotor are composed of a medium-to-low pressure rotor integrally formed so as not to be disassembled, or the medium-pressure turbine rotor and the low-pressure turbine rotor manufactured separately from each other are mechanically joined. A high-pressure turbine rotor made of a single medium-to-low pressure rotor, and a rotor of a high-pressure turbine manufactured separately from the medium-to-low pressure rotor is mechanically joined to the medium-to-low pressure rotor to form a single rotor; Are stored in a high-pressure turbine casing, and the turbine stages of the middle and low pressure parts are stored in a medium- and low-pressure turbine casing separate from the high-pressure turbine casing. In a steam turbine facility for forming a steam passage, a turbine stage is provided with a non-contact seal device for a turbomachine according to any one of claims 1 to 5, and a turbo clearance is provided by a radial clearance control system provided in the non-contact seal device. At the start and stop of the machine and at extremely low load operation, there is a gap in the radial direction between the tip of the rotating seal fin and the tip of the stationary seal fin. When the thrust bearing is located between the high-pressure turbine and the intermediate-pressure turbine, the seal fins on the rotating side or stationary side of the labyrinth of the high-pressure stage and the intermediate-pressure stage are controlled so that the tip and the tip form a stagger in the radial direction. The pitch is 8 mm or less, and the pitch of the labyrinth seal fins in the low-pressure stage is 12 mm or less. To.
[0044]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to reduce the leakage flow rate of a seal part without causing generation | occurrence | production of rubbing in the seal part of a steam turbine, and to provide a high-performance, safe and highly reliable steam turbine equipment. Can be.
[0045]
The invention according to claim 8 has a rated output of 120 MW or more, the main steam has a steam pressure of 10 MPa or more and a steam temperature of 520 ° C. or more, and has a high-pressure turbine, a medium-pressure turbine, and a low-pressure turbine. The rotor of the turbine and the medium pressure turbine is composed of a high and medium pressure rotor integrally formed so as not to be disassembled, and the rotor of the low pressure turbine manufactured separately from the high and medium pressure rotor is mechanically joined to the high and medium pressure rotor. One rotor is constituted, a turbine stage of a high-to-medium pressure part is stored in a high-to-medium-pressure turbine casing, a turbine stage of a low-pressure part is stored in a low-pressure turbine casing separate from the high-to-medium-pressure turbine casing, and a low-pressure turbine In a steam turbine facility forming a steam passage having a structure, a non-contact seal device for a turbomachine according to any one of claims 1 to 5 is provided in a turbine stage. In addition, the radial clearance control system provided in the non-contact seal device has a gap between the tip of the rotating seal fin and the tip of the stationary seal fin in the radial direction when the turbomachine starts and stops or operates at a very low load. During high-load operation, the tip of the rotating-side seal fin and the tip of the stationary-side seal fin are controlled so as to form a stagger in the radial direction. When the thrust bearing is located near the shaft end on the high-pressure turbine side, The seal fin pitch of the rotating side or stationary side of the labyrinth of the paragraph is set to 8 mm or less, and the seal fin pitch of the labyrinth of the low-pressure paragraph stored in the first low-pressure turbine casing close to the thrust bearing is set to 16 mm or less. .
[0046]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to reduce the leakage flow rate of a seal part without causing generation | occurrence | production of rubbing in the seal part of a steam turbine, and to provide a high-performance, safe and highly reliable steam turbine equipment. Can be.
[0047]
The invention according to claim 9 has a rated output of 120 MW or more, the main steam has a steam pressure of 10 MPa or more and a steam temperature of 520 ° C. or more, and has a high-pressure turbine, a medium-pressure turbine, and a low-pressure turbine. The rotor of the turbine and the medium pressure turbine is composed of a high and medium pressure rotor integrally formed so as not to be disassembled, and the rotor of the low pressure turbine manufactured separately from the high and medium pressure rotor is mechanically joined to the high and medium pressure rotor. One rotor is constituted, a turbine stage of a high-to-medium pressure part is stored in a high-to-medium-pressure turbine casing, a turbine stage of a low-pressure part is stored in a low-pressure turbine casing separate from the high-to-medium-pressure turbine casing, and a low-pressure turbine In a steam turbine facility forming a steam passage having a structure, a non-contact seal device for a turbomachine according to any one of claims 1 to 5 is provided in a turbine stage. In addition, the radial clearance control system provided in the non-contact seal device has a gap between the tip of the rotating seal fin and the tip of the stationary seal fin in the radial direction when the turbomachine starts and stops or operates at a very low load. During high-load operation, the tip of the rotating-side seal fin and the tip of the stationary-side seal fin are controlled to form a stagger in the radial direction, and when the thrust bearing is located between the high-medium pressure turbine and the low pressure turbine, A configuration in which the seal fin pitch of the rotating side or the stationary side of the labyrinth of the high-pressure stage is 12 mm or less, and the seal fin pitch of the labyrinth of the low-pressure stage stored in the first low-pressure turbine casing close to the thrust bearing is 10 mm or less. I do.
[0048]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to reduce the leakage flow rate of a seal part without causing generation | occurrence | production of rubbing in the seal part of a steam turbine, and to provide a high-performance, safe and highly reliable steam turbine equipment. Can be.
[0049]
A non-contact seal device for a turbomachine according to the invention according to claim 10, wherein a disc is provided alternately along the rotation axis of the rotary structure on the surface of the rotary structure in a gap between the rotary structure and the stationary structure of the turbomachine. A high convex portion and a low convex portion, and a low seal fin and a high seal fin provided on the stationary structure side facing the high convex portion and the low convex portion.
[0050]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sealing performance at the time of a steady operation is high, the danger of the contact between a rotating structure and a stationary structure at the time of low load accompanying a start / stop is low, and the rotating structure in the event of contact It is possible to provide a non-contact sealing device for a turbomachine with little damage on the side.
[0051]
According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention of the tenth aspect, the radial gap formed by the high convex portion provided on the rotating structure and the low seal fin provided on the stationary structure is provided on the rotating structure. The clearance is set to be smaller than the radial gap formed by the low convex portion and the high seal fin provided on the stationary structure.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, high sealing performance can be obtained at the time of high load operation of a turbomachine.
[0052]
A non-contact sealing device for a turbomachine according to a twelfth aspect of the present invention is a non-contact sealing device for a turbomachine, wherein a plurality of disc-shaped seals are provided along a rotation axis of the rotary structure on a surface of the rotary structure in a gap between the rotary structure and the stationary structure of the turbomachine. A convex portion and a concave portion other than the convex portion, and a low seal fin and a high seal fin provided on the stationary structure side facing the convex portion and the concave portion, and the convex portion provided on the rotating structure. A configuration in which a radial gap formed by the low seal fin provided in the stationary structure is set smaller than a radial gap formed by the concave portion of the rotating structure and the high seal fin of the stationary structure. I do.
[0053]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sealing performance at the time of a steady operation is high, the danger of the contact between a rotating structure and a stationary structure at the time of low load accompanying a start / stop is low, and the rotating structure in the event of contact It is possible to provide a non-contact sealing device for a turbomachine with little damage on the side.
[0054]
According to a thirteenth aspect of the present invention, in any one of the tenth to twelfth aspects, a groove which forms an acute angle with respect to the direction of rotation of the rotating structure is provided at the top of the convex portion provided on the rotating structure. Configuration.
According to the present invention, the higher the rotation speed of the turbomachine, the better the sealing performance can be obtained.
[0055]
According to a fourteenth aspect of the present invention, in any one of the tenth to thirteenth aspects, the heat conductivity of the material of the seal fin provided on the stationary structure side is higher than the heat conductivity of the material of the seal portion of the rotating structure. Small configuration.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when a stationary side seal fin and a rotating structure contact, damage of a rotating structure can be suppressed to a small extent.
[0056]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Taking a steam turbine which is one of turbo machines as an example, among them, a non-contact seal device provided between a rotor and a stationary blade inner ring will be described as an example, but the following description is based on a shroud cover at a tip of a moving blade. The same applies to a sealing device provided between the stator vane outer ring or the casing or a non-contact sealing device provided between the rotor and the casing, which is generally called a gland.
[0057]
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIGS. 1A, 1B, 1C and 1D are cross-sectional views showing a staggered labyrinth sealing device which is a non-contact sealing device according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 9 denotes an inner ring of a stationary blade, 2 denotes a packing ring, 4 denotes a seal fin on a stationary side, 6 denotes a seal fin on a rotary side, and 5 denotes a rotor. (A) shows a cold state before the start of the steam turbine, and (b) shows an unsteady operation state from a no-load state after the start of the steam turbine to an extremely low load at the time of increasing the load. This indicates a long state. (C) shows a steady operation state of the steam turbine, which is a so-called steady state, and (d) shows an extremely low load operation state at the time of rapid warm-up start-up after a short stop of the turbine or no operation immediately after load interruption. This is an unsteady operation state such as during a load operation, and indicates a so-called rotor short state.
[0058]
In the non-contact seal device of the present embodiment, the pitch of the seal fins 4 and 6 of the labyrinth is set to be equal to or smaller than the fluctuation width of the axial thermal expansion difference of the steam turbine, and the fins are densely arranged. ing. Further, at the time of starting and stopping, the radial gap at the tip of the stationary side seal fin 4 is set wide to avoid rubbing, and at the time of high turbine load where high sealing performance is required, the seal fin 4 is pushed out in the inner diameter direction. A clearance control system that improves the sealing performance by setting the radial gap at the tip narrow is applied.
[0059]
After the turbine is started from the cold state in FIG. 1A, the stationary seal fins 4 are not moved until the axial position of the rotating seal fins 6 exceeds the axial position of the stationary seal fins 4 due to thermal expansion of the rotor 5. Is formed so as to have a radial gap between the tip of the seal fin 6 on the rotating side and the tip of the rotating fin 6.
[0060]
Preferably, as shown in FIG. 2, the height of the seal fins 6 on the rotating side is higher than the height of the seal fins 4 on the stationary side. More preferably, the configuration is such that the height of the seal fin 6 on the rotating side is higher than the height of the seal fin 4 on the stationary side by 0.25 mm or more.
[0061]
Preferably, as shown in FIG. 3, the stationary-side seal fins 4 are located upstream of the center of the rotating-side seal fin pitch during a high-load operation of the steam turbine.
[0062]
Preferably, as shown in FIG. 4, when the load of the steam turbine is within the range of 5% to 50% of the rated output (F) in the start-up process of the steam turbine facility, the radial clearance control system is activated. When the operation is completed and the steam turbine load is further increased, the seal fins 4 attached to the stationary structure side are always kept at the minimum radial position (A). More preferably, during the start-up process of the steam turbine facility, the operation of the radial clearance control system is completed when the load on the steam turbine is at about 25% of the rated output.
[0063]
In FIG. 4, A is the radial position of the seal fin to which the clearance control system is applied, B is the relative displacement in the radial direction between the stationary structure (such as the inner ring of the stationary vane) supporting the seal fin and the rotating structure, and C is 2 to 2. 5% load position, D is 5-20% load position, E is the operation amount of the seal fin applied to the clearance control system, F is 5-50% load position, G is the radial gap at the seal tip of the seal fin applied to the clearance control system. , H are the radial positions of the seal fins without the clearance control system.
[0064]
As described above, the non-contact sealing device according to the first embodiment is different from the conventional staggered labyrinth sealing device shown in FIG. 24 and the staggered labyrinth and clearance control method conventionally performed as shown in FIG. It is possible to set the pitch of the seal fins smaller than the seal device by the combination, and the seal fins are densely arranged.
[0065]
Although the sealing performance of the labyrinth seal device is generally improved by increasing the number of rows of the seal fins, in the non-contact seal device of the present embodiment, the pitch of the seal fins 4 and 6 at the time of starting the turbine (rotor long state). The sum of the maximum value of the differential expansion in the axial direction and the maximum value of the differential expansion in the axial direction when the turbine is stopped (rotor short state), that is, a value smaller than the fluctuation range of the differential expansion. Therefore, the axial gap between the rotating side seal fins 6 and the stationary side seal fins 4 becomes negative in at least one of the rotor long state and the rotor short state, causing interference. FIG. 1B shows this state, and if attention is paid only to the positional relationship in the axial direction, during the change from FIG. 1A to FIG. 1B, and reaches an axial position beyond the stationary side seal fin 4 as shown in FIG. 1B. At this time, if there is no significant change in the radial positional relationship between the rotating seal fins 6 and the stationary seal fins 4, these seal fins 4 and 6 come into contact with each other, causing excessive shaft vibration and hindering the operation of the turbine. Will be caused. Further, even if the operation can be continued, the seal fins 4 and 6 that have come into contact with each other can hardly form a stagger in the radial direction due to damage to the seal fins 4 and 6, so that a decrease in sealing performance is inevitable.
[0066]
In this embodiment, the pitch of the seal fins 4 and 6 is set to be small, and the seal fins 4 and 6 are densely arranged. The rubbing is avoided by setting the radial gap at the tip of the seal fin 4 wide. At the time of high turbine load where high sealing performance is required, the packing ring 2 on the stationary side is pushed out in the radial direction by the clearance control to narrow the gap 7 between the tip of the seal fin 4 and the rotor 5 so that the high turbine load is achieved. The sealing performance has been improved.
[0067]
As described above, the non-contact seal device according to the present embodiment is a staggered type labyrinth seal device used for a steam turbine. Can be safely realized without inducing. As a result, the sealing performance of the staggered labyrinth sealing device is improved, which contributes to the performance improvement of the steam turbine.
[0068]
Further, as shown in FIG. 2, by configuring the height of the seal fins 6 on the rotating side to be higher than the height of the seal fins 4 on the stationary side, the seal fins 4 Even if the radial gaps 7 and 10 at the tips become small and the tips of the seal fins make contact with the mating side, the contact is made only between the seal fins 6 on the rotating structure side and the packing or seal fin holder (stationary structure side). (The inner surface of the stator vane inner ring, stator vane outer ring, casing or casing accessory) and not the surface of the rotor 5 shaft or the shroud cover at the tip of the rotor blade. The shroud cover and the shroud cover are not deformed, and the operation of the turbine is not hindered.
[0069]
When the tip of the seal fin 6 on the rotating structure side comes into contact with the stationary structure and frictional heat is generated at the tip of the seal fin 6, the seal fin also functions as a cooling fin. The generated heat is cooled by the cooling effect of the seal fins 6 placed in the high-speed fluid while being transmitted to the roots of the seal fins 6, so that the temperature of the roots of the seal fins 6 does not greatly increase. Therefore, in this case, no significant thermal bending of the rotor 5 and no significant deformation of the shroud cover are caused, and no excessive shaft vibration is generated.
Further, in a staggered labyrinth configured such that the height of the rotating side seal fins 6 is higher than the height of the stationary side seal fins 4, as shown in FIG. By configuring the stationary-side seal fins 4 to be located downstream of the center of the fin pitch of the rotating-side seal fins 6 during the load operation, an improvement in sealing performance can be expected. In such a staggered labyrinth seal device using a combination of labyrinths having different heights of the seal fins, the shafts of the rotating side seal fins 6 having a narrow radial gap and the stationary seal fins 4 having a wide radial gap are provided. The sealing performance changes depending on the relative position in the direction.
[0070]
An example is shown in FIG. In FIG. 5, S is the fin pitch, and a is the axial clearance of the seal fin. Therefore, in this case, such a staggered type labyrinth seal device is configured such that the stationary-side seal fin is located downstream of the center of the rotary-side seal fin pitch during the high-load operation of the turbomachine. Sealing performance can be improved.
[0071]
In the steam turbine, the change in the radial gap mainly occurs during an unsteady operation such as a start-up, a stop, or a large load change at a low load. FIG. 6 shows the amount of change in the radial gap from the start of the turbine to the rated load in a conventional steam turbine not using the clearance control system. In FIG. 6, B, C, D and H have the same meaning as in FIG. 4, and J is the radial gap at the seal tip of the seal fin without the clearance control system.
[0072]
In steam turbines, the amount of radial gap change of the seal fins is generally maximum at turbine loads of 2% to 5%, and generally minimal at turbine loads of 5% to 20%. Also, for example, in a high-pressure part of a steam turbine, the difference in the axial extension becomes maximum in the rotor long state during a low load state at the time of complete cold start, and on the other hand, the difference in the axial extension becomes maximum in the rotor short state. This is a very low load operation state at the time of rapid warm-up after a short stop of the turbine, or a no-load operation immediately after load interruption. Generally, the performance of the steam turbine is emphasized in a high load state where the turbine load is 50% or more of the rated output.
[0073]
Therefore, during the start-up process of the steam turbine equipment, the load exceeds the turbine load at which the amount of change in the radial gap becomes the maximum value, and at least the load exceeds the turbine load at which the maximum difference in elongation occurs in the rotor short state. By reducing the seal fin pitch and improving the sealing performance by configuring the operation of the radial clearance control system to be completed when the load of the steam turbine is in the range of 5% to 50% of the rated output in the state. It is possible to provide a non-contact sealing device that can improve contact and avoid contact in the radial and axial directions.
[0074]
By applying the non-contact seal device of the first embodiment, it is possible to reduce the leakage flow rate of the seal portion without causing rubbing, and high-performance, safe and highly reliable steam turbine equipment. Can be provided.
[0075]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a sectional view of a comb labyrinth which is a non-contact sealing device according to a second embodiment of the present invention. In general, the pitch of the seal fins on the stationary side of the comb labyrinth is different from the pitch of the seal fins on the rotating side. A labyrinth in which fins are densely arranged by setting the pitch of the seal fins 6 on the side to the same or substantially the same value, and setting those pitches to be equal to or smaller than the fluctuation width of the thermal expansion difference in the axial direction of the turbomachine. It is.
[0076]
The comb-type labyrinth sealing device of the present embodiment is stationary until the axial position of the rotating seal fins 6 exceeds the axial position of the stationary seal fins 4 due to thermal expansion of the rotor after the turbine is started from the cold state. A radial gap 7 is provided between the tip of the seal fin 4 on the side and the tip of the seal fin 6 on the rotation side. At the start and stop, the radial gaps 7 at the tips of the seal fins 4 and 6 are set wide to avoid rubbing, and at the time of turbine high load requiring high sealing performance, the stationary labyrinth packing ring 2 is moved in the radial direction. A clearance control system that improves the sealing performance by extruding the seal fins 4 and 6 so as to narrow the radial gaps at the tips is applied.
[0077]
Preferably, the height of the rotating side seal fins 6 is at least three times the average gap at the tip of the stationary side sealing fins 4 at the time of turbine high load operation, and the height of the rotating side seal fins 6 is set at the stationary side. Is configured to be lower than the height of the seal fin 4.
[0078]
Preferably, as shown in FIG. 8, the stationary seal fins 4 are located upstream of the center of the fin pitch of the rotating seal fins 6 during a high-load operation of the turbomachine. .
[0079]
Preferably, in the start-up process of the steam turbine facility, when the load on the steam turbine is within the range of 5% to 50% of the rated output, the operation of the radial clearance control system is completed, and the steam is further increased. When a turbine load is applied, the seal fins 4 provided on the stationary structure side are configured to be always kept at the minimum radial position. More preferably, during the start-up process of the steam turbine facility, the operation of the radial clearance control system is completed when the load on the steam turbine is at about 25% of the rated output.
[0080]
As shown in FIG. 7, the pitch of the seal fins 4 and 6 is the maximum value of the axial expansion difference when the turbine is started (rotor long state) and the maximum axial expansion difference when the turbine is stopped (rotor short state). It is set to a value smaller than the sum of the values, that is, the fluctuation range of the elongation difference. Therefore, the axial gap between the rotating side seal fins 6 and the stationary side seal fins 4 becomes negative in at least one of the rotor long state and the rotor short state, causing interference.
[0081]
This state appears in the unsteady operation from the no-load state after the start of the steam turbine to the extremely low load at the time of load increase, and if only attention is paid to the axial positional relationship, the cold state before the start of the steam turbine During the transition from the no-load state after the start of the steam turbine to the unsteady operation from the no-load state to the extremely low load when the load increases, the rotating-side seal fins 6 interfere with the stationary-side seal fins 4, and In the unsteady operation from the no-load state after the start-up to the extremely low load at the time of the load increase, the axial position has reached the stationary seal fin 4.
[0082]
At this time, if there is no significant change in the radial positional relationship between the rotating side seal fins 6 and the stationary side seal fins 4, these seal fins 4 and 6 come into contact with each other, causing excessive shaft vibration and hindering the operation of the turbine. Will come. Further, even if the operation can be continued, the seal fins 4 and 6 that have come into contact with each other can hardly form a stagger in the radial direction due to damage to the seal fins 4 and 6, so that a decrease in sealing performance is inevitable.
[0083]
In this embodiment, the pitch of the seal fins 4 on the stationary side and the pitch of the seal fins 6 on the rotary side are set to the same or almost the same value, and the pitch of the seal fins is set to be small. The fins are densely arranged, and a clearance control is applied to prevent the rubbing by setting the radial gap at the tip of the seal fin wide at the time of starting and stopping. At the time of high load of the turbine that requires high sealing performance, the labyrinth on the stationary side is pushed out in the radial direction by the clearance control to narrow the gap 7 at the seal fin tip, thereby improving the sealing performance at the time of high load of the turbine.
[0084]
As shown in FIG. 9, a sufficient sealing effect can be obtained by setting the height h2 of the rotating-side seal fins 6 to be at least three times the average gap ε1 at the tip of the stationary-side seal fins 4 at the time of high-load operation of the turbine. can get. Therefore, from the viewpoint of sealing performance, it is possible to design the height of the seal fin 6 on the rotating side to be lower than the height of the seal fin 4 on the stationary side within this range, so that the rotor shaft or the shroud cover can be designed. It is preferable to reduce the fin height of the rotating side seal fins 6 which are integrally formed from each other and have difficulty in regeneration in the event of damage, thereby making them rigid.
[0085]
Further, in the labyrinth configured such that the height of the rotating-side seal fins 6 is lower than the height of the stationary-side seal fins 4, as can be seen from FIG. At times, the stationary seal fins 4 are arranged upstream of the center of the fin pitch of the rotary seal fins 6, thereby improving the sealing performance.
[0086]
Also in the present embodiment, in the start-up process of the steam turbine facility, the load difference exceeds the turbine load at which the amount of change in the radial gap of the seal fin becomes the maximum value, and at least the maximum difference in elongation in the rotor short-circuit state is reduced The configuration is such that the operation of the radial clearance control system of the seal fins is completed when the load on the steam turbine is in the range of 5% to 50% of the rated output, where the load condition exceeds the generated turbine load. In addition, it is possible to provide a non-contact seal device capable of improving the sealing performance by reducing the seal fin pitch and avoiding contact in the radial and axial directions.
[0087]
By applying the non-contact seal device of the second embodiment, it is possible to reduce the leakage flow rate of the seal portion without causing the occurrence of rubbing, and high-performance, safe and highly reliable steam turbine equipment. Can be provided.
[0088]
Next, a third embodiment of the present invention will be described. The third embodiment of the present invention relates to a steam turbine facility, in which a rotor from a high-pressure turbine to a low-pressure turbine is integrally formed so as not to be disassembled, and a rotor from a high-pressure portion to a low-pressure portion of the rotor is used. This is a high-low pressure integrated steam turbine facility having a structure in which turbine stages are housed in a single turbine casing, and the turbine stages form a single-flow structure steam passage.
[0089]
The steam turbine equipment of the present embodiment has a rated output of 80 MW or more, the main steam has a steam pressure of 10 MPa or more and a steam temperature of 500 ° C. or more, and the first or second sealing device used as a turbine stage is used as a sealing device. The non-contact sealing device according to the second embodiment is applied. In the non-contact sealing device, the tip of the rotating seal fin and the stationary side are used at the time of starting and stopping of the turbomachine and at the time of extremely low load operation by using a radial clearance control method. The seal fin tip has a gap in the radial direction, and during high load operation, the rotating seal fin tip and the stationary seal fin tip are staggered in the radial direction. When located near the shaft end on the high pressure turbine side, the seal fin pitch on the rotating side or stationary side of the labyrinth of the high pressure stage is Hereinafter discrepancy type labyrinth of 8mm was considered by, preferably a 6mm or less, 14mm labyrinth seal fin pitch of the low-pressure paragraph, preferably a 10mm or less.
[0090]
Here, the stationary side is a term for the rotating side and means the non-rotating side. Further, the seal fin pitch referred to herein means a fin pitch of the seal fins in which the stationary side labyrinth is operated in the radial direction by the clearance control device and the stationary side seal fins are different from the rotating side seal fins. When there is a low seal fin that does not form a stagger between the high seal fins that form a stagger, the fin pitch when the low seal fin is ignored. These terms have the same meaning in the following embodiments.
[0091]
According to the third embodiment, it is possible to reduce the leakage flow rate of the seal portion without causing the occurrence of rubbing in the seal portion of the steam turbine. Equipment can be provided.
[0092]
A fourth embodiment of the present invention relates to a steam turbine facility, which includes a high-pressure turbine, an intermediate-pressure turbine, and a low-pressure turbine, and an intermediate-low-pressure rotor in which the rotors of the intermediate-pressure turbine and the low-pressure turbine are integrally formed so as not to be disassembled. The rotor of the high-pressure turbine manufactured separately from the middle-low pressure rotor is mechanically joined to form one rotor, and the turbine stage of the high-pressure part is stored in the high-pressure turbine casing, The turbine stage has a structure that is housed in a medium- and low-pressure turbine casing separate from the high-pressure turbine casing.The turbine stages form a single-flow structure steam passage, and the thrust bearing is located near the shaft end on the high-pressure turbine side. Steam turbine equipment.
[0093]
The steam turbine equipment of this embodiment has a rated output of 100 MW or more, the main steam has a steam pressure of 10 MPa or more and a steam temperature of 520 ° C. or more, and the first or second seal device used as a turbine stage is used as a seal device. The non-contact sealing device according to the second embodiment is applied. In the non-contact sealing device, the tip of the rotating seal fin and the stationary side are used at the time of starting and stopping of the turbomachine and at the time of extremely low load operation by using a radial clearance control method. The seal fin tip has a gap in the radial direction, and at the time of high load operation, the rotating seal fin tip and the stationary seal fin tip are staggered in the radial direction. The pitch of the seal fins on the rotating side or stationary side of the labyrinth is different from the seal fin pitch of the labyrinth that was considered in the conventional steam turbine. Chiyori hereinafter also small 8 mm, preferably between 6mm or less, and 14mm below the labyrinth seal fin pitch of the low-pressure paragraph, preferably a 10mm or less.
[0094]
According to the fourth embodiment, in the seal portion of the steam turbine, it is possible to reduce the leakage flow rate of the seal portion without causing the occurrence of rubbing. Turbine equipment can be provided.
[0095]
A fifth embodiment of the present invention relates to a steam turbine facility, which includes a high-pressure turbine, an intermediate-pressure turbine, and a low-pressure turbine, and a medium-pressure low-pressure rotor in which the rotors of the medium-pressure turbine and the low-pressure turbine are integrally formed so as not to be disassembled. The rotor of the high-pressure turbine manufactured separately from the middle-low pressure rotor is mechanically joined to form one rotor, and the turbine stage of the high-pressure part is stored in the high-pressure turbine casing, The turbine stage has a structure that is housed in a medium-to-low pressure turbine casing separate from the high-pressure turbine casing, the turbine stages form a steam passage having a single-flow structure, and a thrust bearing is provided between the high-pressure turbine and the medium-pressure turbine. The steam turbine facility is located in
[0096]
The steam turbine equipment of this embodiment has a rated output of 100 MW or more, the main steam has a steam pressure of 10 MPa or more and a steam temperature of 520 ° C. or more, and the first or second seal device used as a turbine stage is used as a seal device. The non-contact sealing device according to the second embodiment is applied. In the non-contact sealing device, the tip of the rotating seal fin and the stationary side are used at the time of starting and stopping of the turbomachine and at the time of extremely low load operation by using a radial clearance control method. The seal fin tip has a gap in the radial direction, and at the time of high load operation, the rotating seal fin tip and the stationary seal fin tip are staggered in the radial direction. The pitch of the seal fins on the rotating side or stationary side of the labyrinth is different from the seal fin pitch of the labyrinth that was considered in the conventional steam turbine. Chiyori hereinafter also small 8 mm, preferably between 6mm or less, and 12mm below the labyrinth seal fin pitch of the low-pressure paragraph, preferably a 9mm or less.
[0097]
According to the fifth embodiment, in the seal portion of the steam turbine, it is possible to reduce the leakage flow rate of the seal portion without causing the occurrence of rubbing. Turbine equipment can be provided.
[0098]
A sixth embodiment of the present invention relates to a steam turbine facility, which includes a high-pressure turbine, an intermediate-pressure turbine, and a low-pressure turbine, and in which the rotors of the high-pressure turbine and the intermediate-pressure turbine are integrally formed so as not to be disassembled. A high-medium pressure rotor and a low-pressure turbine rotor manufactured separately are mechanically joined to form a single rotor, and a high-medium pressure turbine stage is housed in a high-medium pressure turbine casing; Of the turbine stage is housed in a low-pressure turbine casing separate from the high- and medium-pressure turbine casing, the low-pressure turbine stage forms a double-flow structure steam passage, and the thrust bearing is located near the shaft end on the high-pressure turbine side. Steam turbine equipment.
[0099]
The steam turbine equipment according to this embodiment has a rated output of 120 MW or more, the main steam has a steam pressure of 10 MPa or more and a steam temperature of 520 ° C. or more, and the first or second seal device used for a turbine stage. The non-contact sealing device according to the second embodiment is applied. In the non-contact sealing device, the tip of the rotating seal fin and the stationary side are used at the time of starting and stopping of the turbomachine and at the time of extremely low load operation by using a radial clearance control method. The seal fin tip has a gap in the radial direction, and at the time of high load operation, the rotating seal fin tip and the stationary seal fin tip are staggered in the radial direction. The pitch of the seal fins on the rotating side or stationary side of the labyrinth is different from the seal fin pitch of the labyrinth that was considered in the conventional steam turbine. Chiyori hereinafter also small 8 mm, preferably between 6mm or less, and a labyrinth seal fin pitch of the low-pressure paragraphs 16mm or less, preferably set to 12mm or less.
[0100]
According to the sixth embodiment, in the seal portion of the steam turbine, it is possible to reduce the leakage flow rate of the seal portion without causing the occurrence of rubbing. Turbine equipment can be provided.
[0101]
A seventh embodiment of the present invention relates to a steam turbine facility, comprising a high-pressure turbine, an intermediate-pressure turbine, and a low-pressure turbine, wherein a rotor of the high-pressure turbine and a rotor of the intermediate-pressure turbine are integrally formed so as not to be disassembled. The high-medium pressure rotor and the rotor of the low-pressure turbine manufactured separately are mechanically joined to constitute one rotor, and the turbine stage of the high-medium pressure part is stored in the high-medium-pressure turbine casing, The turbine stage has a structure that is housed in a low-pressure turbine casing separate from the high-medium-pressure turbine casing, the low-pressure turbine stage forms a steam passage of a double-flow structure, and a thrust bearing is located between the high-medium-pressure turbine and the low-pressure turbine. Steam turbine equipment.
[0102]
The steam turbine equipment according to this embodiment has a rated output of 120 MW or more, the main steam has a steam pressure of 10 MPa or more and a steam temperature of 520 ° C. or more, and the first or second seal device used for a turbine stage. The non-contact sealing device according to the second embodiment is applied. In the non-contact sealing device, the tip of the rotating seal fin and the stationary side are used at the time of starting and stopping of the turbomachine and at the time of extremely low load operation by using a radial clearance control method. The high-pressure stage labyrinth is configured so that the tip of the seal fin has a radial gap and the tip of the rotating seal fin and the tip of the stationary seal fin form a stagger in the radial direction during high-load operation. The seal fin pitch on the rotating side or stationary side of the seal labyrinth of the staggered labyrinth considered in the conventional steam turbine Small 12mm or less than, preferably a 9mm or less, and 10mm below the labyrinth seal fin pitch of the low-pressure paragraph, preferably not more than 8 mm.
[0103]
According to the seventh embodiment, in the seal portion of the steam turbine, it is possible to reduce the leakage flow rate of the seal portion without causing the occurrence of rubbing. Turbine equipment can be provided.
[0104]
As described above, in the first to seventh embodiments of the present invention, the seal fins are arranged densely by setting the pitch of the seal fins small, and the seal is applied at the time of starting and stopping by applying the clearance control. Rubbing is avoided by setting the radial gap at the fin tip wide. In addition, when the turbine is under high load where high sealing performance is required, the labyrinth on the stationary side is pushed out in the radial direction by the clearance control to narrow the gap at the tip of the seal fin, thereby improving the sealing performance under high turbine load.
[0105]
Therefore, in a labyrinth sealing device having a structure in which the labyrinth on the stationary side and the labyrinth on the rotating side are staggered, an unusual event such as rubbing may be caused by a large increase in the number of rows of seal fins, which was impossible in the past. And can be realized safely without any problem. As a result, the effect of greatly improving the sealing performance of the staggered labyrinth sealing device is exhibited, which greatly contributes to the improvement of the performance of the turbo machine.
[0106]
In addition, by applying the non-contact seal device of the first and second embodiments to a steam turbine, it is possible to reduce the leakage flow rate of the seal portion without causing the occurrence of rubbing. In addition, safe and reliable steam turbine equipment can be provided.
[0107]
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described.
10A and 10B are cross-sectional views of the non-contact seal device of the present embodiment, in which FIG. 10A is a diagram in a steady operation state of the steam turbine, and FIG. FIG. 7C is a diagram in an unsteady operation state at a low load at the time, and FIG. 7C is a diagram in an unsteady operation state at a low load when the load of the steam turbine is reduced.
[0108]
The steam turbine according to the present embodiment includes a rotating structure including a turbine shaft 5a and a moving blade provided on turbine shaft 5a, and further includes a stationary blade and a stationary blade inner ring disposed on the inner diameter side of the stationary blade ring. The stationary structure includes a stationary blade outer ring provided on an outer diameter side of the stationary blade ring, a casing covering the outer ring, and a bearing for supporting a rotating structure. A packing ring 2 is held on the inner ring of the stationary blade.
[0109]
In the non-contact sealing device according to the present embodiment, two or more disk-shaped convex portions 66 are formed on the surface of the turbine shaft 5a, which is a rotating structure, and the stationary blade is a stationary structure facing the turbine shaft 5a. The lower seal fins 44 corresponding to the convex portions 66 of the turbine shaft 5a are formed on the inner ring packing ring 2, and the high seal fins 45 corresponding to the concave portions 60 of the turbine shaft 5a are formed between the low seal fins 44. It is. As a gap setting at the time of assembling the turbine, a radial gap 77 formed by the convex portion 66 of the turbine shaft 5a and the low seal fin 44 provided on the packing ring 2 side is set to the concave portion 60 of the turbine shaft 5a and the packing ring 2 side. Is set smaller than the radial gap 78 formed by the high seal fins 45 provided in the first and second fins.
[0110]
Preferably, the radial gap 78 formed by the concave portion 60 of the turbine shaft 5a and the high seal fin 45 provided on the packing ring 2 side is set to a gap equivalent to that of a conventional labyrinth seal, and The radial gap 77 formed by the convex portion 66 of the shaft 5a and the low seal fin 44 provided on the packing ring 2 side is smaller than the gap of the conventional labyrinth seal, and preferably about 1 / of the conventional gap. You have set.
[0111]
The low seal fins 44 provided on the side of the packing ring 2 are located at substantially the same axial position as the convex portions 66 of the turbine shaft 5a when the turbine load is near the rated load and is operated in a steady load state. And a small gap 77 is formed.
[0112]
The operation of the non-contact sealing device according to the eighth embodiment having the above-described configuration will be described below in comparison with a conventional device. FIG. 11 is a sectional view showing an example of a conventional labyrinth seal called a high-low type, and shows a radial direction formed by a convex portion 66 of the turbine shaft 5a and a low seal fin 44 provided on the packing ring 2 side. The gap 77 is set to be the same as the radial gap 78 formed by the concave portion 60 of the turbine shaft 5a and the high seal fin 45 provided on the packing ring 2 side.
[0113]
As described above, in the labyrinth seal, the biggest factor that determines the effect of preventing steam leakage is that the tip of the seal fins 44 and 45 provided on the packing ring 2 side of the stationary vane inner ring, which is a stationary structure, and the rotating structure The size of the gaps 77 and 78 in the radial direction with respect to the surface of the turbine shaft 5a, which is an object, is smaller. The smaller the gap is, the smaller the amount of steam leakage is and the performance of the turbine is improved. During operation, the turbine shaft 5a comes into contact with the seal fins 44, 45, and the turbine shaft 5a and the seal fins 44, 45 are damaged, the shaft vibration increases due to the contact, and the operation cannot be continued. There is a problem that the heat is generated so that the turbine shaft 5a, which is a rotating structure, is bent.
[0114]
Such contact occurs because the values of the gaps 77 and 78 change depending on the operating state of the turbine, and such changes may be caused by uneven thermal deformation of the casing, deformation by pressure, or damage to the turbine shaft. This is caused by various factors such as the support characteristics of the bearing to be supported, and particularly, the change in the clearance occurs when the turbine starts and stops and when the load changes at a low load due to the start and stop.
[0115]
A curve Y shown by a solid line in FIG. 12 indicates that the steam turbine having a characteristic that an inverted temperature-like casing thermal deformation is caused by the occurrence of an uneven temperature distribution of the casing at the time of start-up. The relative displacement difference in the radial direction (upward in the vertical direction) between the fin and the seal fins provided on the supported stationary vane inner ring is expressed from the start of the steam turbine to the rated load with the origin at the time of turbine assembly. is there. A straight line X indicated by a broken line in FIG. 10 represents a radial gap setting value between the seal fin and the turbine shaft when the turbine is assembled.
[0116]
On the vertical axis of FIG. 12, the value of XY (the value obtained by subtracting the value of Y from the value of X) is the radial gap of the labyrinth seal at the turbine load. At the lowest load. After that, when the turbine load increases, the gap XY once increases and then slightly decreases as the load further increases. However, as the turbine load approaches 100%, the amount of the change decreases and settles to a constant value. It has such a tendency.
[0117]
If the gap value X in the radial direction at the time of turbine assembly is small and the value of the gap XY becomes negative during operation, it means that the seal fins are in contact with the turbine shaft, and excessive shaft vibration is caused. And the turbine shaft bends. In addition, in such a turbine, when the casing is stopped, the casing generally deforms like a cat on the contrary to that at the time of starting, and the gap on the lower side in the vertical direction becomes small, and there is a risk of contact.
[0118]
Further, as described above, the amount of change in the gap is extremely small because the amount of deformation and the amount of change settle to a constant value over time during steady operation. Therefore, in consideration of the gap state at the time of starting and stopping or at the time of load change at a low load, if the radial gap setting value X at the time of turbine assembly is set too large so that rubbing does not occur in any operating state, a long time is required. In a steady state operation over time, the gap becomes unnecessarily large, the amount of steam leakage increases, and good performance as a turbine cannot be obtained.
In order to solve such a problem, in the eighth embodiment, the gap at the time of assembling the turbine is formed by removing the low seal fins 44 provided on the convex portion 66 of the turbine shaft 5a and the packing ring 2 side of the inner ring of the stationary blade. Is set smaller than the radial gap 78 formed by the concave portion 60 of the turbine shaft 5a and the high seal fin 45 provided on the packing ring 2 side of the stationary blade inner ring. . Preferably, the radial gap 78 formed by the concave portion 60 of the turbine shaft 5a and the high seal fin 45 provided on the inner side of the stator vane is set to a gap equivalent to the gap of the conventional labyrinth seal. A radial gap 77 formed by the convex portion 66 of the shaft 5a and the low seal fin 44 provided on the inner side of the stationary blade is set smaller than the gap of the conventional labyrinth seal.
[0119]
By setting the gap at the time of assembling the turbine as described above, there is no contact in the radial gap 78 formed by the concave portion 60 of the turbine shaft 5a and the high seal fin 45 provided on the stationary blade inner ring side. It can be said that. On the other hand, the radial gap 77 formed by the convex portion 66 of the turbine shaft 5a and the low seal fin 44 provided on the inner side of the stationary blade at the time of assembling the turbine is set to be small, and preferably set to about 1/2 of the conventional size. However, in actuality, the convex portion of the turbine shaft 5a is caused by the difference in the thermal elongation between the rotating structure and the stationary structure due to the start / stop of the steam turbine or a change in load due to the change in load. 66 and the lower seal fins 44 provided on the inner side of the stator vane have different positions in the turbine axial direction, so that it is possible to avoid contact.
[0120]
Generally, a steam turbine requires high performance at a high load at which steady-state operation is performed, particularly, high performance at a 100% load. Therefore, in a steady operation state at a high load, it is strongly required to narrow the seal gap. On the other hand, the extremely low load state only passes when starting and stopping, and in this state, particularly high performance is not required.In the extremely low load state, even if the seal gap is wide, there is no particular problem in performance. Absent.
[0121]
That is, FIG. 10A is a cross-sectional view showing a state of the labyrinth seal of the present embodiment in a steady operation state of the steam turbine, and the gap is set so as to avoid contact. At this time, the radial gap 77 formed by the convex portion 66 of the turbine shaft 5a and the low seal fin 44 provided in the packing ring 2 on the inner ring side of the stationary blade is smaller than that of the conventional labyrinth seal, and The volume is smaller than that of the conventional labyrinth seal, which contributes to improving the performance of the turbine.
[0122]
FIG. 10B is a cross-sectional view showing a state of the labyrinth seal of the present embodiment in an unsteady operation state at a low load when the load is increased from an extremely low load after the start of the steam turbine. In b), the radial gap 77 on the upper half side formed by the convex portion 66 of the turbine shaft 5a and the low seal fin 44 provided on the packing ring 2 on the inner ring side of the stationary blade has a negative value and overlaps. In other words, due to the difference in thermal expansion between the rotating structure and the stationary structure, a difference in thermal expansion occurs between the convex portion 66 of the turbine shaft 5a and the low seal fin 44 provided on the packing ring 2 on the inner side of the stationary blade. The contact between the convex portion 66 of the turbine shaft 5a and the low seal fin 44 provided on the packing ring 2 on the inner side of the stationary blade is caused by the shift of the position in the turbine axial direction. It is, does not occur an excessive axial vibration.
[0123]
FIG. 10C is a cross-sectional view showing a state of the labyrinth seal of the present embodiment in an unsteady operation state at a low load when the load of the steam turbine drops, and in FIG. 10C, the convexity of the turbine shaft 5a is shown. The lower half-side radial gap 77 formed by the lower seal fins 44 provided in the packing ring 2 on the inner ring side on the stator blade inner ring side has a negative value and overlaps with each other. The protrusion 66 of the turbine shaft 5a and the low seal fins 44 provided on the packing ring 2 on the inner side of the stationary blade due to the difference in expansion in the direction opposite to that at the time of startup due to the difference in thermal expansion between the stationary structure and the turbine. Since the axial position shifts, contact between the convex portion 66 of the turbine shaft 5a and the low seal fin 44 provided on the packing ring 2 on the inner side of the stationary blade is avoided. , Is not the occurrence of excessive shaft vibration.
[0124]
As described above, by applying the non-contact sealing device of the eighth embodiment, it is possible to improve the sealing performance at the time of steady operation as compared with the conventional one, contributing to the improvement of the performance of the turbine, and at the same time, to start and stop. Accordingly, contact between the turbine shaft 5a and the seal fins 44 and 45 at the time of low load can be avoided, and a highly reliable steam turbine can be provided.
[0125]
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described.
13A and 13B are cross-sectional views of the non-contact sealing device of the present embodiment, in which FIG. 13A is a diagram in a steady operation state of the steam turbine, and FIG. FIG. 7C is a diagram in an unsteady operation state at a low load at the time, and FIG. 7C is a diagram at a low load when the load of the steam turbine is reduced.
[0126]
In the non-contact seal device of the present embodiment, high convex portions 66 and low convex portions 67 protruding in a disk shape are formed alternately in the axial direction of the turbine shaft 5a on the surface of the turbine shaft 5a as a rotating structure. The seal ring 2 held on the inner ring of the stationary blade, which is a stationary structure opposed to the turbine shaft 5a, has a low seal fin 44 and a high seal fin 45 corresponding to the high convex portion 66 and the low convex portion 67 of the turbine shaft 5a. Are alternately formed. Preferably, as shown in FIG. 14, the radial gap 77 formed by the high convex portion 66 of the turbine shaft 5a and the low seal fin 44 of the packing ring 2 held by the inner ring of the stator vane is provided with a low gap of the turbine shaft 5. It is set smaller than the radial gap 78 formed by the convex portion 67 and the high sealing fin 45 on the inner side of the stationary blade.
[0127]
As described above, in the non-contact seal device according to the ninth embodiment, in the labyrinth seal used as a shaft sealing device of a steam turbine that is one of turbo machines, the surface of the turbine shaft 5a that is a rotating structure is provided. Disc-shaped protruding portions 66 and low protruding portions 67 are alternately formed in the axial direction of the turbine shaft 5a, and the packing is held on a stationary vane inner ring which is a stationary structure facing the turbine shaft 5a. The ring 2 is configured by alternately forming low seal fins 44 and high seal fins 45 corresponding to the high protrusions 66 and the low protrusions 67 of the turbine shaft 5a.
[0128]
In the present embodiment, the radial gap of the labyrinth seal at the time of turbine assembly can be made smaller than the conventional radial gap, and the radial gap is set to about 1/2 as compared with the conventional one. Is preferred.
[0129]
When such a gap is set, a radial gap 77, formed by the seal fins 44, 45 provided on the convex portions 66, 67 of the turbine shaft 5a and the packing ring 2 held on the stationary vane inner ring, Reference numeral 78 denotes a small gap in a steady operation state in a high load region of the turbine. FIG. 13A is a cross-sectional view showing a state of the labyrinth seal according to the present embodiment in a steady operation state in a high turbine load region. However, the turbine shaft 5a does not contact the seal fins 44 and 45, and the gap is small. 77 and 78 are extremely small values. Accordingly, the amount of leaked steam is smaller than that of the conventional labyrinth seal, which greatly contributes to the improvement of the performance of the turbine.
[0130]
Also, when starting the turbine, which causes a remarkable inverted cattle-shaped deformation in the casing, or when stopping the turbine, which causes the cattle-shaped deformation, the deformation of the casing, etc., becomes larger than the labyrinth clearance in the turbine steady operation state. However, in actuality, the convex portion 66 of the turbine shaft 5a is caused by a difference in thermal expansion between the rotating structure and the stationary structure (difference in expansion) due to the start / stop of the steam turbine or a change in load. , 67 and the seal fins 44, 45 provided on the inner side of the stationary blade are different from each other in the turbine axial direction, so that the state shown in FIG. , 67 and the seal fins 44, 45 on the stator blade inner ring side overlap in the radial direction, but the protrusions 66, 67 of the turbine shaft 5a and the stator blade inner ring side seal member. Since the axial position of luffin 44 and 45 varies by a change in the differential expansion, and has a structure capable of avoiding contact. Therefore, even in such a case, there is no contact, and excessive shaft vibration does not occur.
[0131]
FIG. 13C is a cross-sectional view showing a state of the labyrinth seal according to the present embodiment in an unsteady operation state at a low load when the load of the steam turbine is reduced. The lower half radial gap 77 formed by the portion 66 and the lower seal fins 44 provided on the inner side of the stationary blade has a negative value and overlaps. However, a difference in thermal expansion between the rotating structure and the stationary structure causes a difference in elongation in the opposite direction to that at the time of startup, so that the protrusions 66 and 67 of the turbine shaft 5a and the seal fins 44 provided on the stationary blade inner ring side. , 45 are shifted from the position in the turbine axial direction, so that contact is also avoided, and excessive shaft vibration and the like do not occur.
[0132]
As described above, by applying the non-contact sealing device of the ninth embodiment of the present invention, it is possible to improve the sealing performance at the time of steady operation as compared with the conventional one, thereby contributing to the improvement of the performance of the turbine, and at the same time, starting up. It is possible to avoid contact between the turbine shaft 5a and the seal fins 44 and 45 at the time of a low load due to the stop, and to provide a highly reliable steam turbine.
[0133]
In the present embodiment, preferably, as shown in FIG. 14, a radial gap 77 formed by the high convex portion 66 of the turbine shaft 5a and the low seal fin 44 on the inner side of the stator vane is formed with the low convex portion of the turbine shaft 5a. Although the radial gap 78 is set to be smaller than the radial gap 78 formed by the high seal fin 45 on the side of the inner ring of the stator vane, the recess 61 of the turbine shaft 5a and the high seal in the unsteady state are set by setting such a radial gap. Since the danger of contact with the fins 45 is further reduced, a safe and reliable non-contact sealing device is provided.
[0134]
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described. In the non-contact sealing device of this embodiment, as shown in FIGS. 15 and 16, at least one groove 30 is formed at the top of the projection 6a of the turbine shaft 5a, which is a rotating structure, at an acute angle to the direction of rotation. It is characterized by doing.
[0135]
FIGS. 15A and 15B are cross-sectional views showing a labyrinth seal portion in the present embodiment as a shaft sealing device. FIG. 16 is a view showing a part of the turbine shaft surface of the labyrinth seal portion according to the present embodiment viewed from the direction indicated by the arrow XVI in FIGS. 15A and 15B. It shows that at least one groove 30 is formed at the top of the convex portion 6a of the turbine shaft 5a at an acute angle to the direction of rotation. The flow Vg of steam in the groove 30 formed on the top of the convex portion 6a of the shaft 5a is shown.
[0136]
In the non-contact sealing device of this embodiment, as shown in FIG. 16, a steam flow Vg flowing inside a groove 30 formed at the top of the convex portion 6a of the turbine shaft 5a at an acute angle to the direction of rotation is formed. Since the gas flows at a large angle with respect to the flow Vr of the leaked steam, the flow Vr of the leaked steam is disturbed, and there is an effect that the amount of the leaked steam is reduced and the sealing performance is improved.
[0137]
Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described. In the non-contact sealing device of this embodiment, as shown in FIGS. 17A and 17B, the projecting height of the low convex portion 67 formed on the surface of the turbine shaft 5a, which is a rotating structure, is set to approximately 0.1. 5 mm or more and 2 mm or less. Further, the width W of the top of the high convex portion 66 and the low convex portion 67 is set to 6 mm or less.
[0138]
In the non-contact seal device of this embodiment, as a material of the seal fins 44 and 45 formed on the stationary blade inner ring side which is a stationary structure, the heat conductivity thereof is the same as that of the seal portion of the turbine shaft 5a which is a rotary structure. Use a material that is smaller than the thermal conductivity of the material.
[0139]
Alternatively, in the non-contact sealing device of the present embodiment, the cross-sectional shape of the tops of the projections 66, 67 formed on the surface of the turbine shaft 5a, which is a rotating structure, is changed according to FIGS. 18 (a), (b), (c). Yamagata as shown in
Further, as shown in FIG. 19, a modification of the non-contact sealing device of the present embodiment is formed on a stationary structure corresponding to a high convex portion 66 formed on the surface of a turbine shaft 5a which is a rotating structure. The number of the low seal fins 44 is two or more for one high protrusion 66.
[0140]
Further, the low seal fins 44 formed on the stationary structure corresponding to the high protrusions 66 formed on the surface of the turbine shaft 5a, which is a rotating structure, in the present embodiment, are formed by one step of the high protrusions 66. As a modified example of the non-contact seal device having two or more seal fins, two or more low seal fins 44 formed on one high protrusion 66 of the turbine shaft 5a, and the protrusion of the seal fins 44 The first seal fin and the center or last seal fin may be slightly different in height. FIG. 20 shows three low seal fins 44 formed with respect to one high convex portion 66. The protrusion height of the seal fins 44 is slightly different between the first seal fin and the central seal fin. A configuration having a volume difference 80 is shown.
[0141]
In addition, there are two or more low seal fins 44 formed on the above-mentioned one high convex portion 66, and the protruding height of the low seal fins 44 is different from that of the first seal fin and the center of the first seal fin. In a non-contact sealing device having a slight difference 80 from the seal fin, the difference 80 between the first first seal fin and the center or last seal fin in the projecting height of the low seal fin 44 is approximately. It is preferable that it is 0.5 mm or more and 2 mm or less.
[0142]
The amount of reverse cattle deformation or cattle deformation of the casing caused by the start / stop of the steam turbine is often about 0.3 mm to 1 mm, and therefore, the rotating structure and the stationary structure during the unsteady operation accompanying the start / stop In order to avoid contact with the object, the protruding height of the low convex portion 67 formed on the surface of the turbine shaft 5a, which is a rotating structure, should be approximately 0.5 mm or more and 2 mm or less depending on the amount of deformation of the casing. Preferably, it is thereby possible to reduce the amount of leaked steam during steady operation, and to avoid a contact failure during unsteady operation due to starting and stopping.
[0143]
In addition, the variation width of the difference in elongation between the turbine shaft and the casing caused by the thermal expansion of the components of the steam turbine may be approximately 10 mm to 20 mm in the high pressure and medium pressure portions of the steam turbine where high sealing performance is required. Therefore, in order to minimize the contact between the projections 66, 67 formed on the surface of the turbine shaft 5a and the seal fins 44, 45 due to thermal deformation of the casing in an unsteady state, the surface of the turbine shaft 5 is formed. It is preferable that the width W (FIGS. 17A and 17B) of the tops of the protrusions 66 and 67 be 6 mm or less. By setting the width W of the tops of the projections 66 and 67 to 6 mm or less in this way, the amount of leaked steam during steady operation is reduced, and the contact failure during unsteady operation due to starting and stopping is avoided. Can be.
[0144]
Further, as a material of the seal fins 44 and 45 formed on the stationary blade inner ring 9 side which is a stationary structure, the heat conductivity is smaller than that of a material of a seal portion of the turbine shaft 5a which is a rotary structure. By using a material, even in the unlikely event that a contact occurs, a large amount of frictional heat generated by the contact is quickly diffused by the turbine shaft 5a made of a material having a high thermal conductivity and becomes high temperature. Can reduce the degree of damage to the contact portion of the turbine shaft 5a, whereas the seal fins 44, 45 made of a material having low thermal conductivity cause a large amount of frictional heat to diffuse so slowly that the contact between the seal fins 44, 45 occurs. Since the temperature of the part becomes high and the strength is reduced and the part is rapidly deformed, the damage to the turbine shaft 5a which is a rotating structure can be reduced. .
[0145]
Also, the cross-sectional shape of the tops of the protrusions 66 and 67 formed on the surface of the turbine shaft 5a, which is a rotating structure, is made to be a mountain shape as shown in FIGS. 18 (a), (b) and (c). Even if the gap between the projections 66, 67 formed on the surface of the turbine shaft 5a and the seal fins 44, 45 is further reduced, the projections 66, 67 formed on the surface of the turbine shaft 5a and the seal fin during operation are reduced. Since it is possible to avoid the contact with the seals 44 and 45, it is possible to provide a safe and highly reliable sealing device which can contribute to the improvement of turbine performance with a small amount of leaked steam and can avoid the contact.
[0146]
Further, as a modified example, the low seal fins 44 formed on the stationary structure corresponding to the high protrusions 66 formed on the surface of the turbine shaft 5a which is a rotating structure are attached to one of the high protrusions 66. By using two or more sheets, at least one of the low seal fins 44 has a narrow gap with respect to the high convex portion 66 of the turbine shaft 5a even in a state where a difference in elongation is large such as during a low load operation or an unsteady operation. It is possible to secure a relatively high sealing performance not only at the time of steady operation at a high load but also at the time of low load operation and unsteady operation, and the turbine performance at a partial load is improved. It can also contribute to improvement.
[0147]
Further, as for the low seal fins 44 formed on two or more high protrusions 66 of the turbine shaft 5a, as shown in FIG. By providing a slight difference between the seal fin and the center or last seal fin, as illustrated in the partial cross-sectional view of the seal device in the unsteady operation state at the time of low load after the start shown in FIG. Even in a state where the difference in elongation is large such as during a low-load operation or an unsteady operation, at least one of the low seal fins 44 can form a narrow gap with the high protrusion 66 of the turbine shaft 5a. Thus, a relatively high sealing performance can be ensured even during a low load operation or an unsteady operation, which can contribute to an improvement in turbine performance under a partial load. In addition, at the time of steady operation under a high load, the gap between the low seal fin 44 and the high protrusion 66 of the turbine shaft 5a can be made narrower than before, so that in a steady operation state under a high load. This greatly reduces the amount of steam leaking from the steam turbine, greatly contributing to the improvement of the performance of the steam turbine.
[0148]
In consideration of the amount of thermal deformation of the casing, two or more low seal fins 44 are formed with respect to the one high protrusion 66 described above, and the low seal fins 44 have an initial projection height. In a seal device having a slight difference between the first seal fin and the center seal fin, the first seal fin having the lower projecting height of the seal fin 44 and the center or last seal fin have a smaller height. It is preferable that the difference from the fin is approximately 0.5 mm or more and 2 mm or less.
[0149]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sealing performance at the time of a steady operation is high, the danger of the contact between a rotating structure and a stationary structure at the time of low load accompanying a start / stop is low, and the rotating structure in the event of contact It is possible to provide a non-contact seal device for a turbomachine with less damage generated on the side and a steam turbine facility provided with the non-contact seal device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a non-contact sealing device for a turbo machine according to a first embodiment of the present invention, wherein (a) is a cold state before the turbo machine is started, and (b) is a state after the turbo machine is started. Unsteady operation state from no load state to extremely low load at the time of load increase (rotor long state), (c) steady operation state of turbomachine (steady state), (d) after short-time stop of turbomachine FIG. 6 is a diagram showing an unusual operation state (rotor short state) such as an extremely low load operation state at the time of rapid warm-up startup or a no-load operation immediately after load interruption.
FIG. 2 is a non-contact sealing device for a turbomachine according to a first embodiment of the present invention, wherein the height of a rotating side seal fin is higher than the height of a stationary side seal fin; FIG.
FIG. 3 is a non-contact seal device for a turbomachine according to a first embodiment of the present invention, in which a stationary seal fin is positioned upstream of a center of a rotary seal fin pitch during a high-load operation of the turbomachine. The figure which shows the modification which is comprised so that it may perform.
FIG. 4 is a curve diagram illustrating an operation of a clearance control system provided in the non-contact sealing device of the turbo machine according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows that the sealing performance changes depending on the axial relative positions of the rotating seal fin having a narrow radial gap and the stationary seal fin having a wide radial gap, and the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a curve diagram illustrating an effect of the embodiment.
FIG. 6 is a curve showing a change in a radial gap from a turbine startup to a rated load in a conventional non-contact sealing device not using a clearance cotton roll system, and illustrating an effect of the first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a sectional view showing a non-contact sealing device for a turbo machine according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a non-contact seal device for a turbomachine according to a second embodiment of the present invention, in which a stationary seal fin is located upstream of a center of a rotary seal fin pitch during a high load operation of the turbomachine. The figure which shows the modification which is comprised so that it may perform.
FIG. 9 shows that a sufficient sealing effect can be obtained by setting the height of the rotating-side seal fins to be at least three times the average gap at the tip of the stationary-side seal fin during high-load operation of the turbine. FIG. 14 is a curve diagram illustrating the effect of the second embodiment.
FIGS. 10A and 10B are cross-sectional views illustrating a non-contact sealing device for a turbo machine according to an eighth embodiment of the present invention, wherein FIG. 10A illustrates a steady operation state of the turbo machine, and FIG. FIG. 3C is a diagram illustrating an unsteady operation state at a low load when the load is increased from a low load, and FIG.
FIG. 11 is a sectional view illustrating an operation of a non-contact sealing device for a turbo machine according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a curve diagram illustrating the operation of a non-contact sealing device for a turbo machine according to an eighth embodiment of the present invention.
13A and 13B are cross-sectional views illustrating a non-contact sealing device for a turbomachine according to a ninth embodiment of the present invention, wherein FIG. 13A is a steady operation state of the turbomachine, and FIG. FIG. 3C is a diagram illustrating an unsteady operation state at a low load when the load is increased from a low load, and FIG.
FIG. 14 is a view showing a modification of the non-contact sealing device for the turbo machine according to the ninth embodiment of the present invention, showing a steady operation state.
FIGS. 15A and 15B are cross-sectional views illustrating a non-contact sealing device for a turbomachine according to a tenth embodiment of the present invention, wherein FIGS.
FIG. 16 is a plan view of the turbo machine according to the tenth embodiment of the present invention when viewed from the direction of the arrow XVI in FIG.
FIGS. 17A and 17B are cross-sectional views illustrating a non-contact sealing device for a turbomachine according to an eleventh embodiment of the present invention, wherein FIGS.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a non-contact sealing device for a turbo machine according to an eleventh embodiment of the present invention, in which (a), (b) and (c) show main parts of different modifications.
FIG. 19 is a sectional view showing still another modification of the non-contact seal device for the turbo machine according to the eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a sectional view showing still another modification of the non-contact sealing device for the turbo machine according to the eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a diagram illustrating an operation of a non-contact sealing device for a turbo machine according to an eleventh embodiment of the present invention and illustrating an unsteady operating state at a low load after startup.
FIG. 22 is a cross-sectional view showing a non-contact sealing device in a turbine shaft portion of a conventional turbomachine, wherein (a), (b), (c), and (d) show different examples.
FIG. 23 is a cross-sectional view showing a non-contact sealing device in a wing portion of a conventional turbomachine, where (a), (b), (c), and (d) show different examples.
FIG. 24 is a cross-sectional view showing a conventional staggered labyrinth seal device that has been used for sealing a gap between a stator blade inner ring and a rotor.
FIG. 25 shows a conventional staggered labyrinth sealing device used for sealing a gap between a moving blade tip and a stationary blade outer ring or a casing, wherein (a) and (b) are cross sections showing different examples, respectively. FIG.
FIG. 26 is a cross-sectional view of a conventional composite direct labyrinth sealing device called a comb labyrinth.
FIGS. 27A and 27B show a conventional staggered labyrinth seal device to which a clearance control system is applied, wherein FIG. 27A shows a start / stop state, and FIG.
FIG. 28 shows a positional relationship between a stationary labyrinth and a rotating labyrinth of a conventional staggered labyrinth seal device accompanying a change in turbine operation state, (a) showing a cold state before starting, (b) showing a starting operation state, FIG. 3C is a diagram illustrating a steady operation state, and FIG.
[Explanation of symbols]
Reference numeral 2: packing ring, 3: leakage steam, 4: seal fin, 5: rotor, 5a: turbine shaft, 6: seal fin, 6a: convex portion, 7: radial gap, 8: stationary blade ring, 9: stationary blade Inner ring, 10: radial gap, 11: elastic body, 12: stationary blade, 14: moving blade, 15: labyrinth seal, 16: moving blade tip, 17: stationary blade outer ring, 18: radial gap, 19: seal fin , 20 ... labyrinth seal, 21 ... shroud cover, 23 ... radial gap, 24 ... seal fin, 30 ... groove, 44 ... low seal fin, 45 ... high seal fin, 60, 61 ... concave part, 66 ... high convex part, 67: low projection, 77, 78: gap, 80: difference.

Claims (14)

ターボ機械の回転構造物と静止構造物の間隙において前記回転構造物と前記静止構造物に設けられ軸方向のピッチがターボ機械の軸方向熱伸び差の変動幅と同等またはそれ以下の寸法に設定されたシールフィンと、ターボ機械の起動時又は停止時に回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に間隙を有しかつ定常運転時に回転側シールフィンの先端と静止側のシールフィンの先端とが半径方向に食違いを形成するように前記静止側シールフィンを半径方向に移動させる半径方向クリアランスコントロールシステムとを備えたことを特徴とするターボ機械の非接触シール装置。In the gap between the rotating structure and the stationary structure of the turbomachine, the axial pitch provided in the rotating structure and the stationary structure is set to be equal to or less than the fluctuation width of the axial thermal expansion difference of the turbomachine. When the turbomachine is started or stopped, the leading end of the rotating seal fin and the leading end of the stationary sealing fin have a gap in the radial direction when the turbomachine starts or stops, and the leading end of the rotating sealing fin and the stationary A non-contact seal device for a turbomachine, comprising: a radial clearance control system that moves the stationary seal fin in a radial direction such that a tip of the seal fin is staggered in a radial direction. 回転側シールフィンと静止側シールフィンは食違い型ラビリンスを形成し、前記回転側シールフィンの高さが前記静止側シールフィンの高さに比べて高くなるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のターボ機械の非接触シール装置。The rotating seal fin and the stationary seal fin form a staggered labyrinth, and the height of the rotating seal fin is configured to be higher than the height of the stationary seal fin. The non-contact sealing device for a turbomachine according to claim 1. 静止側シールフィンと回転側シールフィンは軸方向ピッチが同一もしくはほぼ同等な櫛型ラビリンスを形成し、前記回転側シールフィンの高さをタービン高負荷運転時における前記静止側シールフィンの先端の平均間隙の3倍以上とするとともに、前記回転側シールフィンの高さが前記静止側シールフィンの高さに比べて低くなるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のターボ機械の非接触シール装置。The stationary-side seal fins and the rotary-side seal fins form a comb-shaped labyrinth having the same or substantially the same axial pitch, and the height of the rotary-side seal fins is an average of the tip of the stationary-side seal fins during high-load operation of the turbine. 2. The turbomachine according to claim 1, wherein the gap is at least three times as large as the gap, and the height of the rotating-side seal fin is lower than the height of the stationary-side seal fin. 3. Non-contact sealing device. ターボ機械の高負荷運転時に静止側シールフィンが回転側シールフィンピッチの中央よりも上流側に位置するように構成されていることを特徴とする請求項2または3に記載のターボ機械の非接触シール装置。The non-contact turbomachine according to claim 2 or 3, wherein the stationary seal fin is located upstream of the center of the rotary seal fin pitch during a high load operation of the turbomachine. Sealing device. 80MW以上の定格出力を有し、主蒸気が10MPa以上の蒸気圧力と500℃以上の蒸気温度を有し、高圧タービンから低圧タービンまでのロータが分解不可能に一体に形成された高低圧ロータからなるか、または互いに別体で製作された高圧タービンまたは高中圧タービンのロータと低圧タービンのロータとを機械的に接合して一本にした高低圧ロータからなり、このロータの高圧部から低圧部までのタービン段落が一つのタービンケーシングに格納され、それらタービン段落が単流構造の蒸気通路を形成する高低圧一体の蒸気タービン設備において、タービン段落に請求項1ないし5のいずれかに記載のターボ機械の非接触シール装置を備え、前記非接触シール装置に備えられた半径方向クリアランスコントロールシステムによってターボ機械の起動停止時及び極低負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に間隙を有しかつ高負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に食違いを形成するように制御し、スラスト軸受が高圧タービン側の軸端近傍に位置する場合に、高圧段落のラビリンスの回転側もしくは静止側のシールフィンピッチを8mm以下とし、かつ低圧段落のラビリンスのシールフィンピッチを14mm以下としたことを特徴とする蒸気タービン設備。It has a rated output of 80 MW or more, the main steam has a steam pressure of 10 MPa or more and a steam temperature of 500 ° C. or more, and the rotor from the high-pressure turbine to the low-pressure turbine is integrally formed so that it cannot be disassembled. Or a high-low pressure rotor in which a rotor of a high-pressure turbine or a high-medium-pressure turbine and a rotor of a low-pressure turbine manufactured separately from each other are mechanically joined to form a single high-low pressure rotor. The turbine stage according to any one of claims 1 to 5, wherein the turbine stages are housed in a single turbine casing, and the turbine stages form a steam passage having a single flow structure. A mechanical non-contact sealing device, and a radial clearance control system provided in the non-contact sealing device. At the time of starting and stopping the machine, and at the time of extremely low load operation, there is a gap in the radial direction between the tip of the rotating seal fin and the tip of the stationary seal fin, and at the time of high load operation, the tip of the rotating seal fin and the stationary seal fin. When the thrust bearing is located near the shaft end on the high pressure turbine side, the seal fin pitch on the rotating side or stationary side of the labyrinth of the high pressure stage is controlled to 8 mm or less when the thrust bearing is positioned near the shaft end on the high pressure turbine side. Steam turbine equipment characterized in that the labyrinth seal fin pitch of the low-pressure stage is 14 mm or less. 100MW以上の定格出力を有し、主蒸気が10MPa以上の蒸気圧力と520℃以上の蒸気温度を有し、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンを有し、中圧タービンと低圧タービンのロータが分解不可能に一体に形成された中低圧ロータからなるか、または互いに別体で製作された中圧タービンのロータと低圧タービンのロータとを機械的に接合して一本にした中低圧ロータからなり、この中低圧ロータと別体で製作された高圧タービンのロータを前記中低圧ロータに機械的に接合して一本のロータを構成し、高圧部のタービン段落が高圧タービンケーシングに格納され中低圧部のタービン段落が前記高圧タービンケーシングとは別体の中低圧タービンケーシングに格納され、それらタービン段落が単流構造の蒸気通路を形成する蒸気タービン設備において、タービン段落に請求項1ないし5のいずれかに記載のターボ機械の非接触シール装置を備え、前記非接触シール装置に備えられた半径方向クリアランスコントロールシステムによってターボ機械の起動停止時及び極低負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に間隙を有しかつ高負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に食違いを形成するように制御し、スラスト軸受が高圧タービン側の軸端近傍に位置する場合に高圧段落のラビリンスの回転側もしくは静止側のシールフィンピッチを8mm以下とし、かつ低圧段落のラビリンスのシールフィンピッチを14mm以下としたことを特徴とする蒸気タービン設備。It has a rated output of 100 MW or more, the main steam has a steam pressure of 10 MPa or more and a steam temperature of 520 ° C. or more, has a high-pressure turbine, a medium-pressure turbine, and a low-pressure turbine. It consists of a medium-to-low pressure rotor integrally formed inseparably, or a medium-to-low pressure rotor made by mechanically joining a rotor of a medium-pressure turbine and a rotor of a low-pressure turbine manufactured separately from each other. The rotor of the high-pressure turbine manufactured separately from the middle-low pressure rotor is mechanically joined to the middle-low pressure rotor to form one rotor, and the turbine stage of the high-pressure portion is stored in the high-pressure turbine casing. The turbine stage of the low pressure section is housed in a medium / low pressure turbine casing separate from the high pressure turbine casing, and the turbine stages form a steam passage having a single flow structure. In a turbine facility, the turbine stage is provided with a non-contact sealing device for a turbomachine according to any one of claims 1 to 5, and a radial clearance control system provided in the non-contact sealing device is used to start and stop the turbomachine and At the time of extremely low load operation, there is a gap in the radial direction between the tip of the rotating side seal fin and the tip of the stationary side seal fin, and at the time of high load operation, the tip of the rotating side seal fin and the distal end of the stationary side seal fin extend in the radial direction. When the thrust bearing is positioned near the shaft end on the high-pressure turbine side, the rotational fin or latitudinal seal fin pitch of the labyrinth of the high-pressure stage is controlled to 8 mm or less, and the labyrinth of the low-pressure stage is controlled when the thrust bearing is located near the shaft end on the high-pressure turbine side. Steam turbine equipment wherein the seal fin pitch is set to 14 mm or less. 100MW以上の定格出力を有し、主蒸気が10MPa以上の蒸気圧力と520℃以上の蒸気温度を有し、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンを有し、中圧タービンと低圧タービンのロータが分解不可能に一体に形成された中低圧ロータからなるか、または互いに別体で製作された中圧タービンのロータと低圧タービンのロータとを機械的に接合して一本にした中低圧ロータからなり、この中低圧ロータと別体で製作された高圧タービンのロータを前記中低圧ロータに機械的に接合して一本のロータを構成し、高圧部のタービン段落が高圧タービンケーシングに格納され中低圧部のタービン段落が前記高圧タービンケーシングとは別体の中低圧タービンケーシングに格納され、それらタービン段落が単流構造の蒸気通路を形成する蒸気タービン設備において、タービン段落に請求項1ないし5のいずれかに記載のターボ機械の非接触シール装置を備え、前記非接触シール装置に備えられた半径方向クリアランスコントロールシステムによってターボ機械の起動停止時及び極低負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に間隙を有しかつ高負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に食違いを形成するように制御し、スラスト軸受が高圧タービンと中圧タービンとの間に位置する場合に高圧段落および中圧段落のラビリンスの回転側もしくは静止側のシールフィンピッチを8mm以下とし、かつ低圧段落のラビリンスのシールフィンのピッチを12mm以下としたことを特徴とする蒸気タービン設備。It has a rated output of 100 MW or more, the main steam has a steam pressure of 10 MPa or more and a steam temperature of 520 ° C. or more, has a high-pressure turbine, a medium-pressure turbine, and a low-pressure turbine. It consists of a medium-to-low pressure rotor integrally formed inseparably, or a medium-to-low pressure rotor made by mechanically joining a rotor of a medium-pressure turbine and a rotor of a low-pressure turbine manufactured separately from each other. The rotor of the high-pressure turbine manufactured separately from the middle-low pressure rotor is mechanically joined to the middle-low pressure rotor to form one rotor, and the turbine stage of the high-pressure portion is stored in the high-pressure turbine casing. The turbine stage of the low pressure section is housed in a medium / low pressure turbine casing separate from the high pressure turbine casing, and the turbine stages form a steam passage having a single flow structure. In a turbine facility, the turbine stage is provided with a non-contact sealing device for a turbomachine according to any one of claims 1 to 5, and a radial clearance control system provided in the non-contact sealing device is used to start and stop the turbomachine and At the time of extremely low load operation, there is a gap in the radial direction between the tip of the rotating side seal fin and the tip of the stationary side seal fin, and at the time of high load operation, the tip of the rotating side seal fin and the distal end of the stationary side seal fin extend in the radial direction. Control to form a stagger, when the thrust bearing is located between the high-pressure turbine and the medium-pressure turbine, the rotating fin or stationary side seal fin pitch of the labyrinth of the high-pressure stage and the medium-pressure stage is 8 mm or less, And the pitch of the seal fins of the labyrinth in the low-pressure paragraph is 12 mm or less. Emissions equipment. 120MW以上の定格出力を有し、主蒸気が10MPa以上の蒸気圧力と520℃以上の蒸気温度を有し、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンを有し、高圧タービンと中圧タービンのロータが分解不可能に一体に形成された高中圧ロータからなり、この高中圧ロータと別体で製作された低圧タービンのロータを前記高中圧ロータに機械的に接合して一本のロータを構成し、高中圧部のタービン段落が高中圧タービンケーシングに格納され低圧部のタービン段落が前記高中圧タービンケーシングとは別体の低圧タービンケーシングに格納され、低圧タービン段落が複流構造の蒸気通路を形成する蒸気タービン設備において、タービン段落に請求項1ないし5のいずれかに記載のターボ機械の非接触シール装置を備え、前記非接触シール装置に備えられた半径方向クリアランスコントロールシステムによってターボ機械の起動停止時及び極低負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に間隙を有しかつ高負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に食違いを形成するように制御し、スラスト軸受が高圧タービン側の軸端近傍に位置する場合に高圧段落のラビリンスの回転側もしくは静止側のシールフィンピッチを8mm以下とし、かつスラスト軸受に近い第一低圧タービンケーシングの中に格納された低圧段落のラビリンスのシールフィンピッチを16mm以下としたことを特徴とする蒸気タービン設備。It has a rated output of 120 MW or more, the main steam has a steam pressure of 10 MPa or more and a steam temperature of 520 ° C. or more, has a high-pressure turbine, a medium-pressure turbine, and a low-pressure turbine. Consisting of a high-to-medium pressure rotor integrally formed so as not to be disassembled, a low-pressure turbine rotor manufactured separately from this high-to-medium pressure rotor is mechanically joined to the high-to-medium pressure rotor to constitute one rotor, The high-medium pressure turbine section is stored in the high-medium pressure turbine casing, the low-pressure section turbine section is stored in the low-pressure turbine casing separate from the high-medium pressure turbine casing, and the low-pressure turbine section forms a steam passage having a double flow structure. In a turbine facility, a turbine stage is provided with a non-contact seal device for a turbomachine according to any one of claims 1 to 5, wherein the non-contact seal is provided. The radial clearance control system provided at the position has a gap in the radial direction between the tip of the rotating side seal fin and the tip of the stationary side seal fin at the start and stop of the turbomachine and at the time of extremely low load operation and at the time of high load operation. The tip of the rotating-side seal fin and the tip of the stationary-side seal fin are controlled so as to form a stagger in the radial direction, and when the thrust bearing is located near the shaft end on the high-pressure turbine side, the rotating side of the labyrinth of the high-pressure stage Alternatively, the steam turbine equipment is characterized in that the seal fin pitch on the stationary side is 8 mm or less, and the seal fin pitch of the labyrinth of the low-pressure stage stored in the first low-pressure turbine casing close to the thrust bearing is 16 mm or less. 120MW以上の定格出力を有し、主蒸気が10MPa以上の蒸気圧力と520℃以上の蒸気温度を有し、高圧タービンと中圧タービンと低圧タービンを有し、高圧タービンと中圧タービンのロータが分解不可能に一体に形成された高中圧ロータからなり、この高中圧ロータと別体で製作された低圧タービンのロータを前記高中圧ロータに機械的に接合して一本のロータを構成し、高中圧部のタービン段落が高中圧タービンケーシングに格納され低圧部のタービン段落が前記高中圧タービンケーシングとは別体の低圧タービンケーシングに格納され、低圧タービン段落が複流構造の蒸気通路を形成する蒸気タービン設備において、タービン段落に請求項1ないし5のいずれかに記載のターボ機械の非接触シール装置を備え、前記非接触シール装置に備えられた半径方向クリアランスコントロールシステムによってターボ機械の起動停止時及び極低負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に間隙を有しかつ高負荷運転時には回転側シールフィンの先端と静止側シールフィンの先端とが半径方向に食違いを形成するように制御し、スラスト軸受が高中圧タービンと低圧タービンの間に位置する場合に高圧段落のラビリンスの回転側もしくは静止側のシールフィンピッチを12mm以下とし、かつスラスト軸受に近い第一低圧タービンケーシングの中に格納された低圧段落のラビリンスのシールフィンピッチを10mm以下としたことを特徴とする蒸気タービン設備。It has a rated output of 120 MW or more, the main steam has a steam pressure of 10 MPa or more and a steam temperature of 520 ° C. or more, has a high-pressure turbine, a medium-pressure turbine, and a low-pressure turbine. Consisting of a high-to-medium pressure rotor integrally formed so as not to be disassembled, a low-pressure turbine rotor manufactured separately from this high-to-medium pressure rotor is mechanically joined to the high-to-medium pressure rotor to constitute one rotor, The high-medium pressure turbine section is stored in the high-medium pressure turbine casing, the low-pressure section turbine section is stored in the low-pressure turbine casing separate from the high-medium pressure turbine casing, and the low-pressure turbine section forms a steam passage having a double flow structure. In a turbine facility, a turbine stage is provided with a non-contact seal device for a turbomachine according to any one of claims 1 to 5, wherein the non-contact seal is provided. When the turbomachine is started and stopped and at extremely low load operation, the tip of the rotating seal fin and the tip of the stationary seal fin have a gap in the radial direction when the turbomachine starts and stops at a very low load, and at the time of high load operation, The control is performed so that the tip of the rotating side seal fin and the tip of the stationary side seal fin form a stagger in the radial direction. Steam turbine equipment characterized in that the seal fin pitch of the side or stationary side is 12 mm or less, and the seal fin pitch of the labyrinth of the low pressure stage stored in the first low pressure turbine casing close to the thrust bearing is 10 mm or less. . ターボ機械の回転構造物と静止構造物の間隙において回転構造物の表面に回転構造物の回転軸に沿って交互に設けられた円盤状の高い凸部および低い凸部と、前記高い凸部および低い凸部に対向して静止構造物側に設けられた低いシールフィンおよび高いシールフィンを備えたことを特徴とするターボ機械の非接触シール装置。In the gap between the rotating structure and the stationary structure of the turbomachine, a disk-shaped high and low projections alternately provided on the surface of the rotation structure along the rotation axis of the rotation structure, and the high projection and A non-contact sealing device for a turbomachine, comprising: a low seal fin and a high seal fin provided on a stationary structure side facing a low convex portion. 回転構造物に設けられた高い凸部と静止構造物に設けられた低いシールフィンによって形成される半径方向間隙は回転構造物に設けられた低い凸部と静止構造物に設けられた高いシールフィンによって形成される半径方向間隙よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項10記載のターボ機械の非接触シール装置。The radial gap formed by the high protrusion provided on the rotating structure and the low seal fin provided on the stationary structure is reduced by the low protrusion provided on the rotating structure and the high seal fin provided on the stationary structure. The non-contact sealing device for a turbomachine according to claim 10, wherein the gap is set smaller than a radial gap formed by the seal. ターボ機械の回転構造物と静止構造物の間隙において回転構造物の表面に回転構造物の回転軸に沿って複数設けられた円盤状の凸部および前記凸部以外の凹部と、前記凸部および凹部に対向して静止構造物側に設けられた低いシールフィンおよび高いシールフィンを備え、回転構造物に設けられた前記凸部と静止構造物に設けられた前記低いシールフィンによって形成される半径方向間隙は回転構造物の前記凹部と静止構造物の前記高いシールフィンによって形成される半径方向間隙よりも小さく設定されていることを特徴とするターボ機械の非接触シール装置。In the gap between the rotating structure and the stationary structure of the turbomachine, a plurality of disc-shaped convex portions and concave portions other than the convex portions provided on the surface of the rotary structure along the rotation axis of the rotary structure, and the convex portion and A low seal fin and a high seal fin provided on the stationary structure side facing the concave portion, and a radius formed by the convex portion provided on the rotating structure and the low seal fin provided on the stationary structure A non-contact sealing device for a turbomachine, wherein a directional gap is set to be smaller than a radial gap formed by the concave portion of the rotating structure and the high sealing fin of the stationary structure. 回転構造物に設けられた凸部の頂部に回転構造物の回転の向きに対して鋭角をなす溝が設けられていることを特徴とする請求項10ないし12のいずれかに記載のターボ機械の非接触シール装置。13. The turbomachine according to claim 10, wherein a groove that forms an acute angle with respect to the direction of rotation of the rotating structure is provided at a top of the projection provided on the rotating structure. Non-contact sealing device. 静止構造物側に設けられるシールフィンの材料の熱伝導率は回転構造物のシール部分の材料の熱伝導率よりも小さいことを特徴とする請求項10ないし13のいずれかに記載のターボ機械の非接触シール装置。14. The turbomachine according to claim 10, wherein a thermal conductivity of a material of a seal fin provided on a stationary structure side is smaller than a thermal conductivity of a material of a seal portion of the rotating structure. Non-contact sealing device.
JP2003038317A 2003-02-17 2003-02-17 Non-contact seal device for turbo machine and steam turbine equipment using this device Pending JP2004245187A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003038317A JP2004245187A (en) 2003-02-17 2003-02-17 Non-contact seal device for turbo machine and steam turbine equipment using this device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003038317A JP2004245187A (en) 2003-02-17 2003-02-17 Non-contact seal device for turbo machine and steam turbine equipment using this device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004245187A true JP2004245187A (en) 2004-09-02

Family

ID=33022875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003038317A Pending JP2004245187A (en) 2003-02-17 2003-02-17 Non-contact seal device for turbo machine and steam turbine equipment using this device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004245187A (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006283595A (en) * 2005-03-31 2006-10-19 Hitachi Ltd Steam turbine seal device
JP2011241826A (en) * 2010-05-18 2011-12-01 General Electric Co <Ge> Seal assembly including plateau and concave portion in mating surface for seal tooth in turbine
JP2012211614A (en) * 2011-03-30 2012-11-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Seal structure
JP2014043858A (en) * 2012-08-28 2014-03-13 General Electric Co <Ge> Seal design structure and active clearance control method for turbomachines
CN103696981A (en) * 2013-12-25 2014-04-02 绍兴协亨机械设备有限公司 Spray pump device of automobile
CN103827558A (en) * 2011-09-12 2014-05-28 阿尔斯通技术有限公司 Labyrinth seal
JP2017214984A (en) * 2016-05-31 2017-12-07 株式会社神戸製鋼所 Labyrinth seal
US10132325B2 (en) 2013-06-04 2018-11-20 Daikin Industries, Ltd. Sealing mechanism and turbo refrigerator
JP2021071185A (en) * 2019-11-01 2021-05-06 株式会社神戸製鋼所 Labyrinth seal
CN113944517A (en) * 2021-11-10 2022-01-18 北京动力机械研究所 Rotor sealing structure of local supercharged radial-flow turbocharging system
CN115450949A (en) * 2022-11-08 2022-12-09 中国核动力研究设计院 Supercritical carbon dioxide compressor and coaxial power generation system

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55139205U (en) * 1979-03-28 1980-10-04
JPS5842301U (en) * 1981-09-16 1983-03-22 株式会社日立製作所 steam turbine generator shaft
JPS59213903A (en) * 1983-05-20 1984-12-03 Hitachi Ltd Steam turbine rotor system
JPS6014204U (en) * 1983-07-11 1985-01-30 株式会社東芝 Steam turbine shaft sealing device
JPH01170702A (en) * 1987-12-26 1989-07-05 Hitachi Ltd Labyrinth structure for rotary fluid machine
JPH0364602A (en) * 1989-08-02 1991-03-20 Hitachi Ltd Fluid machinery with no-contact shaft seal
JPH07229403A (en) * 1994-02-21 1995-08-29 Hitachi Ltd Tip connecting device for moving blade of turbine
JPH10311204A (en) * 1997-05-12 1998-11-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd High differential pressure end rotor seal
JPH11229818A (en) * 1998-02-13 1999-08-24 Toshiba Corp Steam turbine
JPH11303607A (en) * 1998-04-21 1999-11-02 Toshiba Corp Steam turbine
JP2000008803A (en) * 1998-06-22 2000-01-11 Chubu Plant Service Co Ltd Centering adjustment support system for axle of dynamo steam turbine rotor and computer-readable media to record program of centering adjustment support system for axle of dynamo steam turbine rotor
JP2001123803A (en) * 1999-10-21 2001-05-08 Toshiba Corp Sealing device, steam turbine having the device, and power generating plant
JP2001508146A (en) * 1996-07-24 2001-06-19 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Turbine equipment
JP2001221012A (en) * 2000-02-10 2001-08-17 Toshiba Corp Steam turbine and generation equipment
JP2001317301A (en) * 1999-10-21 2001-11-16 Toshiba Corp Steam turbine rotor and its manufacturing method
JP2002285802A (en) * 2001-03-26 2002-10-03 Toshiba Corp Labyrinth seal device for rotating machine
JP2002349208A (en) * 2001-05-22 2002-12-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Turbine high pressure casing
JP2002357103A (en) * 2001-05-30 2002-12-13 Toshiba Corp Seal device for steam turbine
US20030030223A1 (en) * 2000-08-31 2003-02-13 Atlas Copco Comptec Inc. Liquid seal

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55139205U (en) * 1979-03-28 1980-10-04
JPS5842301U (en) * 1981-09-16 1983-03-22 株式会社日立製作所 steam turbine generator shaft
JPS59213903A (en) * 1983-05-20 1984-12-03 Hitachi Ltd Steam turbine rotor system
JPS6014204U (en) * 1983-07-11 1985-01-30 株式会社東芝 Steam turbine shaft sealing device
JPH01170702A (en) * 1987-12-26 1989-07-05 Hitachi Ltd Labyrinth structure for rotary fluid machine
JPH0364602A (en) * 1989-08-02 1991-03-20 Hitachi Ltd Fluid machinery with no-contact shaft seal
JPH07229403A (en) * 1994-02-21 1995-08-29 Hitachi Ltd Tip connecting device for moving blade of turbine
JP2001508146A (en) * 1996-07-24 2001-06-19 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Turbine equipment
JPH10311204A (en) * 1997-05-12 1998-11-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd High differential pressure end rotor seal
JPH11229818A (en) * 1998-02-13 1999-08-24 Toshiba Corp Steam turbine
JPH11303607A (en) * 1998-04-21 1999-11-02 Toshiba Corp Steam turbine
JP2000008803A (en) * 1998-06-22 2000-01-11 Chubu Plant Service Co Ltd Centering adjustment support system for axle of dynamo steam turbine rotor and computer-readable media to record program of centering adjustment support system for axle of dynamo steam turbine rotor
JP2001123803A (en) * 1999-10-21 2001-05-08 Toshiba Corp Sealing device, steam turbine having the device, and power generating plant
JP2001317301A (en) * 1999-10-21 2001-11-16 Toshiba Corp Steam turbine rotor and its manufacturing method
JP2001221012A (en) * 2000-02-10 2001-08-17 Toshiba Corp Steam turbine and generation equipment
US20030030223A1 (en) * 2000-08-31 2003-02-13 Atlas Copco Comptec Inc. Liquid seal
JP2002285802A (en) * 2001-03-26 2002-10-03 Toshiba Corp Labyrinth seal device for rotating machine
JP2002349208A (en) * 2001-05-22 2002-12-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Turbine high pressure casing
JP2002357103A (en) * 2001-05-30 2002-12-13 Toshiba Corp Seal device for steam turbine

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006283595A (en) * 2005-03-31 2006-10-19 Hitachi Ltd Steam turbine seal device
JP4598583B2 (en) * 2005-03-31 2010-12-15 株式会社日立製作所 Steam turbine seal equipment
JP2011241826A (en) * 2010-05-18 2011-12-01 General Electric Co <Ge> Seal assembly including plateau and concave portion in mating surface for seal tooth in turbine
JP2012211614A (en) * 2011-03-30 2012-11-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Seal structure
CN103827558A (en) * 2011-09-12 2014-05-28 阿尔斯通技术有限公司 Labyrinth seal
JP2014043858A (en) * 2012-08-28 2014-03-13 General Electric Co <Ge> Seal design structure and active clearance control method for turbomachines
US10132325B2 (en) 2013-06-04 2018-11-20 Daikin Industries, Ltd. Sealing mechanism and turbo refrigerator
CN103696981A (en) * 2013-12-25 2014-04-02 绍兴协亨机械设备有限公司 Spray pump device of automobile
JP2017214984A (en) * 2016-05-31 2017-12-07 株式会社神戸製鋼所 Labyrinth seal
WO2017209018A1 (en) * 2016-05-31 2017-12-07 株式会社神戸製鋼所 Labyrinth seal
JP2021071185A (en) * 2019-11-01 2021-05-06 株式会社神戸製鋼所 Labyrinth seal
JP7225076B2 (en) 2019-11-01 2023-02-20 株式会社神戸製鋼所 labyrinth seal
CN113944517A (en) * 2021-11-10 2022-01-18 北京动力机械研究所 Rotor sealing structure of local supercharged radial-flow turbocharging system
CN113944517B (en) * 2021-11-10 2023-12-19 北京动力机械研究所 Rotor sealing structure of local supercharged radial-flow turbocharging system
CN115450949A (en) * 2022-11-08 2022-12-09 中国核动力研究设计院 Supercritical carbon dioxide compressor and coaxial power generation system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6190149B2 (en) Aerodynamic seal for rotating machinery
US7857582B2 (en) Abradable labyrinth tooth seal
JP4926410B2 (en) Sealing apparatus and method for turbomachine
JP6470945B2 (en) Suction seal assembly for rotating machine and method for assembling the same
JP6220191B2 (en) Seal design structure for turbomachine and active clearance control method
US6406256B1 (en) Device and method for the controlled setting of the gap between the stator arrangement and rotor arrangement of a turbomachine
EP2495398B1 (en) Aerodynamic seal assemblies for turbo-machinery
EP2636853B1 (en) Sealing assembly for use in a rotary machine
US6896482B2 (en) Expanding sealing strips for steam turbines
JP6001853B2 (en) System for adjusting brush seal segments in a turbomachine
US7549835B2 (en) Leakage flow control and seal wear minimization system for a turbine engine
JP2003065076A (en) Turbine seal and rotating machine
JPS5838616B2 (en) Turbine blade centambum seal
JP2015523500A (en) Film riding seal for rotating machine
JP2003106105A (en) Shaft sealing mechanism and turbine
JP6025398B2 (en) Turbo machine
JP2004052758A (en) Shaft seal mechanism, turbine equipped with the same, and shaft seal leakage preventing system
JP2015121224A (en) Seal system for gas turbine
JPH1054205A (en) Gas turbine subassembly
JP2004245187A (en) Non-contact seal device for turbo machine and steam turbine equipment using this device
US8936247B2 (en) Seal assembly including plateau and concave portion in mating surface for seal tooth in turbine
JP2011140943A (en) Adverse pressure gradient seal mechanism
JP4371610B2 (en) Steam turbine sealing equipment
US10683769B2 (en) Centrifugally activatable seal for a rotary machine and method of assembling same
JP2003254006A (en) Seal device and steam turbine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050225

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20060829

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20070222

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071102

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080401

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080729