JP2006152954A - シールフィン、ラビリンスシール装置およびラビリンスシール装置を備えた蒸気タービン - Google Patents

Abstract

【課題】シールフィンの取り付けあるいは取り外しを容易に行うことのでき、作業時間を短縮することが可能なラビリンスシール装置を提供する。
【解決手段】蒸気タービンの回転部または静止部のいずれか一方、あるいはその双方に設けたフィン固定溝６に植込まれるシールフィン５であって、シールフィン５を、フィン固定溝６に植込まれる植込み部５_−２およびこの植込み部に接合されフィン固定溝から突出するシールフィン本体部分５_−１とから構成し、植込み部にフィン固定溝と係合する係合部を設けるとともに、この係合状態を維持するバネ機能を備えさせることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気タービンのタービン軸のケーシング貫通部や動翼先端部からの蒸気漏れを防ぐために用いられるラビリンスシール装置に関する。

蒸気タービンにおいては、通常、タービン軸がケーシングあるいはダイヤフラム内輪を貫通する部分の間隙部、もしくはダイヤフラム外輪と動翼先端のシュラウドとが対向する間隙部にラビリンスシール装置を設け、蒸気の漏れを減らしてタービン効率向上を図るようにしている（例えば、特許文献１，２，３参照）。

このラビリンスシール装置は、蒸気タービンの静止部または回転部の一方、あるいは静止部および回転部の両方に薄い金属板で形成された環状のシールフィンを複数列植設して間隙部すなわち蒸気漏れ通路に狭部と拡大部とを設けるように構成したものである。シールフィンの固定方法としては、シールフィンホルダ等に設けたフィン固定溝にシールフィンの植込み部を挿入した後、柔らかな材質のコーキングワイヤーをかしめて固定する方法とか、コーキングワイヤーを用いる代わりに、柔らかな材質でできたフィン固定溝周辺部をかしめて固定する方法等が知られている（例えば、特許文献４参照）。
特開2003-161108号公報 特開平11-200810号公報 特開2002-285802号公報 特開平10-317911号公報

上記の特許文献４に開示されたシールフィン固定方法においては、かしめによるシールフィン取り付け作業に多大な労力を必要とし、しかも、シールフィンの設置列数が多い場合には作業時間も膨大なものとなる。

蒸気タービンのメンテナンス時にシールフィン取替え作業が長期化すると、プラントの停止期間も長期化することになるので、取替え作業期間を短くすることのできるシールフィンの固定方法の出現が望まれている。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、シールフィンの取り付けあるいは取り外しを容易に行うことのできるラビリンスシール装置およびラビリンスシール装置を採用した蒸気タービンを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するため、請求項１に係るシールフィンの発明は、蒸気タービンの回転部およびこれを囲繞する静止部間に設置されるラビリンスシール装置を構成し、当該回転部または静止部のいずれか一方、あるいはその双方に設けたフィン固定溝に植込まれるシールフィンであって、前記シールフィンを、前記フィン固定溝に植込まれる植込み部およびこの植込み部に接合されフィン固定溝から突出するシールフィン本体とから構成し、前記植込み部に前記フィン固定溝と係合する係合部を設けるとともに、この係合状態を維持するバネ機能を備えさせることを特徴とする。

また、請求項４に係るシールフィンの発明は、蒸気タービンの回転部およびこれを囲繞する静止部間に設置されるラビリンスシール装置を構成し、当該回転部または静止部のいずれか一方、あるいはその双方に設けたフィン固定溝に植込まれるシールフィンであって、前記シールフィンを、前記フィン固定溝に植込まれる植込み部およびこの植込み部に接合され、フィン固定溝から突出するシールフィン本体とから構成し、前記植込み部を所定の温度以上でフィン固定溝に係合する形状となるように予め形状を記憶させた形状記憶合金により構成したことを特徴とする。

また、請求項７に係るラビリンスシール装置の発明は、蒸気タービンの回転部およびこれを囲繞する静止部間に設置されるとともに、当該回転部または静止部のいずれか一方、あるいはその双方に設けたフィン固定溝にシールフィンを植込むようにして構成したラビリンスシール装置において、前記シールフィンを、前記フィン固定溝に植込まれるとともにバネ機能を備えた植込み部とこの植込み部に接合されフィン固定溝から突出するシールフィン本体とから構成し、前記フィン固定溝を、導入溝と当該導入溝よりも幅が広く、かつ導入溝との接合部に係合部を備えた係合溝とから構成し、前記シールフィンの取り付け時は植込み部の幅を固定時の幅よりも狭めた状態で前記導入溝に挿入し、シールフィンの固定状態ではバネの復元力により前記植込み部の幅を広げて植込み部の一部が前記係合部と係合するようにしたことを特徴とする。

さらに、請求項１１に係るラビリンスシール装置の発明は、蒸気タービンの回転部およびこれを囲繞する静止部間に設置されるとともに、当該回転部または静止部のいずれか一方、あるいはその双方に設けたフィン固定溝にシールフィンを植込むようにして構成したラビリンスシール装置において、前記シールフィンを、前記フィン固定溝に植込まれる植込み部とこの植込み部に接合されフィン固定溝から突出するシールフィン本体とから構成し、かつ前記植込み部を所定の温度以上で変形させてフィン固定溝に係合する形状となるように予め形状を記憶させた形状記憶合金により構成し、前記フィン固定溝を、導入溝と当該導入溝よりも幅が広く、かつ導入溝との接合部に係合部を有する係合溝とから構成し、シールフィンの取り付け時は植込み部の形状をほぼ直線状にして前記導入溝に挿入し、シールフィンの固定状態ではシールフィンを所定の温度以上にして当該植込み部の形状を変形させて植込み部の一部が前記係合部と係合するようにしたことを特徴とする。

第１の発明によれば、シールフィンの植込み部にバネ機能を持たせるとともに、その先端部にフックを突設させ、一方、フィン固定溝を導入溝と固定位置でフックと係合する段差部を有する係合溝とから形成したので、植込み部の挿入時は植込み部の変形により挿入し、固定位置に達したときは植込み部が元の形状に復元することによってフックが係合溝の段差部に係合して固定されるので、シールフィンの取り付けを短時間で容易に行うことができる。また、シールフィン取り外しの際にはシールフィン本体と植込み部との接合部を切断することによって容易に取り外しが可能である。

また、第２の発明によれば、シールフィンを形状記憶合金により構成し、シールフィンの植込み部をタービンの最低使用温度よりも低い温度で直線形状にするとともに、タービンの最低使用温度以上で、先端部を折り曲げてフィン固定溝の段差部に係合させるようにしたので、シールフィンの取り付けおよび取り外しに際し、温度を適切に制御することによって取り付けおよび取り外しを容易に行うことができ、その作業時間も極めて短時間に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、各図を通して同一部分（要素）には同一または関連する符号を付けることにより、説明は適宜省略するものとする。

（実施例１）
本発明の実施例１について、図１、２および図３を参照して説明する。
蒸気タービンのラビリンスシール装置としては、タービン軸がケーシングあるいはダイヤフラム内輪を貫通する部分の間隙部、もしくはダイヤフラム外輪と動翼先端のシュラウドとが対向する間隙部に設置されるが、本実施例は、タービン軸がケーシングを貫通する部分に設置したラビリンスシール装置を例に挙げて説明する。

図１はタービン軸のタービンケーシング貫通部に設けたラビリンスシール装置の一例を示す断面図である。
図１において、１はラビリンスシール装置であり、２は静止部であるタービンケーシング、３はタービンケーシング２に固定されたシールフィンホルダ３である。このシールフィンホルダ３のタービン軸４の外周面に対向した面に薄い金属板で形成された環状のシールフィン５を軸方向に複数列（図１では７列）固定して設けている。

図２は図１に示したラビリンスシール装置の任意１列に注目して、シールフィンの取り付け過程を示すための断面図であり、特に、図２（ａ）はシールフィンの植設前の状態を示す断面図、図２（ｂ）は植設途中の状態を示す断面図、そして図２（ｃ）は植設完了後の状態を示す断面図である。

シールフィン５は、フィン固定溝６から突出して蒸気等の作動流体に晒されるシールフィン本体部分５_−１とフィン固定溝６に植込まれる植込み部５_−２とから構成されており、５_−３はシールフィン本体部分５_−１と植込み部５_−２とを接合する接合部である。なお、シールフィン本体部分５_−１から植込み部５_−２にかけての厚みはｔ_０である。植込み部５_−２は、先端部の両側に張出す形状のフック５_−２１を設けるとともに、厚み方向のほぼ中心部に先端部からの深さＬ１、幅ｔ１のスリット５_−２２を設けて二つ割れ構造とすることによって、バネ機能を備えるようにしている。なお、フック５_−２１相互間の幅はｔ_２（ｔ_２＞ｔ０）であり、長さはＬ_２である。

一方、このシールフィン５を植込むフィン固定溝６は次のように形成されている。すなわち、フィン固定溝６は入口からフィン固定位置に至る導入溝６_−１と、前記フック５_−２１と係合して（引っ掛かって）シールフィン５を固定する係合部としての段差部６_−３を備えた係合溝６_−２とから構成されている。そして、フィン固定溝６全体の深さＤ_１はシールフィン５を所定位置に固定した状態で、シールフィン本体部分５_−１と植込み部５_−２との接合部５_−３がフィン固定溝６の入口よりも若干内部に植込まれるような寸法になっている。具体的にはスリット５_−２２の底部がフィン固定溝６の入口よりも僅か内部に位置するような寸法（Ｄ_１＞Ｌ_１）に管理されている。導入溝６_１の幅寸法ｔ_３は、フック５_−２１外側の厚み寸法ｔ_２よりも狭く、かつシールフィン５の厚み寸法ｔ_０よりも嵌め代分だけ僅かに大きく開けてある。また、係合溝６_−２の幅ｔ_４は導入溝６_−１の幅寸法ｔ_３よりも大きくかつ、フック５_−２１外側の幅寸法ｔ_２よりも嵌め代分だけ僅かに大きく開けてあり、深さＤ_２ はフック５_−２１の長さＬ_２と同じにしてある。

シールフィン５をフィン固定溝６に植込む場合は、図示しない治具を用いて図２（ｂ）で示すように、植込み部５_−２を両側から押圧することによりフック５_−２１が導入溝６_−１の側壁に当たる状態以上に幅が狭まるように変形させた状態で導入溝６_−１に挿入する。植込み部５_−２がさらに挿入され、フック５_−２１の後段が係合溝６_−２に達すると、植込み部５_−２は自身の持つバネによる復元作用により元の形状に戻る。この結果、フック５_−２１の後段が係合溝６_−２の段差部６_−３に係合する（引っ掛かる）ことによりシールフィン５がフィン溝６内で固定される（図２（ｃ））。

この固定状態では、シールフィン本体部分５_−１と植込み部５_−２との接合部５_−３はフィン固定溝６の入口よりも内部に位置した状態になるので、シールフィン５の厚さ方向に力が作用しても、その接合部５_−３には力が作用しないようになっている。なお、図中７はシールフィン５を取り外す際の切断部を表す。

次に、図３を参照してシールフィン５の取り外し過程を説明する。図３（ａ）はシールフィン本体と植込み部とを切断分離した過程を示す断面図、図３（ｂ）は植込み部をフィン固定溝から取り出す過程を示す断面図である。

図３（ａ）で示すように、スリット５_−２２底部の切断部７に例えばレーザ光線を当てて、シールフィン本体部分５_−１と植込み部５_−２とを切断分離する。その後、図３（ｂ）で示すように、フィン固定溝６中に残された植込み部５_−２を図示しない治具により挟んで矢印方向に取り出す。

なお、以上述べた実施例１では植込み部５_−２に先端から適宜な深さＬ_１まで１個のスリットを設けるようにしたが、スリットの数は１個に限定されるものではない。要は植込み部５_−２にバネ機能を持たせることができればよい。

以上述べたように、本実施例１によれば、シールフィン５の植込み部５_−２にタービン軸４の軸方向と直交する円周方向のスリット５_−２２を設けてバネ機能を持たせるとともに、その先端部両側にフック５_−２１を張出すように設け、一方、フィン固定溝６をシールフィンの厚みにほぼ等しい幅の導入溝６_−１と、固定位置でフック３と係合する段差部を有する係合溝６_−２とから形成したので、植込み部５_−２の挿入時は植込み部の変形により挿入し、固定位置に達したときは植込み部がバネの機能で元の形状に復元することによってフック５_−２１が係合溝６_−２の段差部６_−３に引っ掛かって固定されるので、従来のように、シールフィン５取り付けの際かしめ作業を行う必要がなく、短時間で容易に取り付けが可能となる。また、シールフィン５取り外しの際にはシールフィン本体部分５_−１と植込み部５_−２との接合部５_−３を切断部７で切断することによって容易に取り外すことが可能である。

なお、シールフィン本体部分５_−１と植込み部５_−２との接合部５_−３は、フィン固定溝６の入口よりも内部に位置するような寸法に管理されているので、タービン運転中にシールフィン５の前後に差圧が加わっても接合部５_−３に無理な力が作用することなく、シールフィン５の厚さ方向に強固な固定が可能となる。

（実施例２）
本発明の実施例２について、図４を参照して説明する。
本実施例２は、実施例１と比較してかなりの部分が類似しているが、異なる点はシールフィン５を所定位置に固定した状態で植込み部２に設けたスリット５_−２２の底部をフィン固定溝６の入口よりも外部に位置するように高さ寸法を定めた点と、係合溝６_−２内部にバネ状の中子８を収納している点の２点である。なお、係合溝６_−２内部にバネ状の中子８を収納しているために、係合溝６_−２の深さは当然実施例１の場合よりも深くなっている。

シールフィン５の植込み部５_−２をフィン固定溝６の所定の固定位置まで挿入すると、中子８はフック５_−２１の先端部により圧縮される。この結果、中子８はバネの復元力により植込み部５_−２に対して挿入方向と反対方向の力を作用させるので、フック５_−２１の後段がフィン固定溝６の段差部６_−３に強く押し当てられ、挿入方向の位置が固定される。挿入後は、シールフィン本体部分５_−１と植込み部５_−２との接合部５_−３をフィン固定溝６の入口よりも外部に露出するようにし、バネ力を解放するための切断部７がフィン固定溝６の入口より外部に位置するようにする。

以上述べたように本実施の形態によれば、実施例１と同様な作用効果を奏することに加えて、係合溝６_−２にバネ状の中子８を収納してその復元力により植込み部を挿入方向と反対側に押し上げるようにしたので、実施例１の場合よりもフック５_−２１と段差部６_−３との接触圧力が強くなり、シールフィン５取り付け後の挿入方向の位置を強固に固定することが可能である。また、植込み部５_−２のバネ力を解放する切断部７がフィン固定溝６の入口よりも外部に位置するように設定したので、シールフィン５取り出し作業の際、シールフィン本体部分５_−１と植込み部５_−２との切断作業が容易になり、より一層短時間にシールフィン取り外し作業を行うことができる。

（実施例３）
次に、本発明の実施例３について、図５を参照して説明する。
図５（ａ）はフィン取り付け作業時の状況を示す断面図、図５（ｂ）はフィン固定時の状況を示す断面図である。

本実施例３はシールフィン５を形状記憶合金により構成したもので、特に、植込み部５_−２の形状はタービンの最低使用温度よりも十分低い温度下で直線形状となるようにし、タービンの最低使用温度以上の温度下では先端が曲折する形状となるように予め形状を記憶させるようにしたものである。

本実施例３の場合、シールフィン５の厚み寸法は前述の実施例同様ｔ_０であるが、植込み部５_−２の寸法ｔ_５は、シールフィン５の厚み寸法ｔ_０よりも薄い寸法に形成され、シールフィン本体部分５_−１との接合部５_−３に段差部を形成している。

これに対して植込み部５_−２を植込むフィン固定溝６は、植込み部５_−２の幅寸法ｔ_５と同じ幅寸法の導入溝６_−１とこの導入溝６_−１の幅寸法ｔ_５よりも幅が広く、シールフィン５の一側面（図示右側面で作動流体の上流側となる面）には段差部がなく、他側面にのみに段差部６_−３を有する係合溝６_−２とから構成されている。

シールフィン５取り付けの際にはまず、シールフィン５をタービンの最低使用温度よりも十分に低い温度まで冷却して植込み部５_−２を直線形状にした状態で、フィン固定溝６に挿入する（図５（ａ））。植込み部５_−２を所定位置（シールフィンホルダ３の外周面に接合部５_−３の段差部が当接した状態）まで挿入した後、シールフィン５の温度をタービンの最低使用温度以上に加熱する。すると、形状記憶作用によりフィン植込み部５_−２の先端部が係合溝６_−２幅にほぼ等しい長さ分まで折れ曲がってフィン固定溝６の段差部６_−３に係合する（引っ掛かる）ようになり、この状態でシールフィン５がフィン固定溝６に固定される（図５（ｂ））。

シールフィン５の取り外し時には、シールフィン５をタービンの最低使用温度よりも十分低い温度まで冷却してフィン先端を直線形状にしたのち、フィン固定溝６から取り外す。

以上述べたように、本実施例３によれば、シールフィンを形状記憶合金により構成し、しかもタービンの最低使用温度以上で植込み部を折り曲げてフィン固定溝に係合するようにしたので、シールフィンの温度を適宜制御することによって、シールフィンの取り付けあるいは取り外しを容易に行うことが可能である。

（実施例４）
本実施例４は特に図示はしないが、シールフィン取り付け時に実施例１のように植込み部５_−２に外力を加えて幅を狭めて導入溝６−１に挿入する替わりに、植込み部５_−２を形状記憶合金で構成し、タービンの最低使用温度よりも十分低い温度下で図２（ｂ）のように幅を狭めた状態に記憶させておき、所定の固定位置に到達したら、シールフィン５をタービンの最低使用温度以上にして植込み部５_−２の幅を２（ｃ）のように広げさせ、フック５_−２１をフィン固定溝６の段差部６_−３に係合させるようにしてもよい。

本発明で採用するラビリンスシール装置の一例を示す断面図。 本発明の実施例１に係るラビリンスシール装置の構造および組立て過程を示す図であり、図２（ａ）はシールフィンおよびフィン固定溝の関係を示す断面図、図２（ｂ）はシールフィンの挿入過程を示す断面図、図２（ｃ）はシールフィンをフィン固定溝に固定した状態を示す断面図。 本発明の実施例１に係るシールフィンの取り外し過程を示す断面図であり、図３（ａ）はシールフィン本体と植込み部とを切断分離した過程を示す断面図、図３（ｂ）は植込み部をフィン固定溝から取り出す過程を示す断面図。 本発明の実施例２に係るラビリンスシール装置の一部を示す断面図。 本発明の実施例３に係るラビリンスシール装置の一部を示す断面図であり、図５（ａ）はシールフィン取り付け、取り外し時の状態を示す断面図、図５（ｂ）はシールフィンをフィン固定溝に固定した状態を示す断面図。

符号の説明

１…ラビリンスシール装置、２…タービンケーシング、３…シールフィンホルダ、４…タービン軸、５…シールフィン、５_−１…シールフィン本体部分、５_−２…植込み部、５_−２１…フック、５_−２２…スリット、５_−３…接合部、６…フィン固定溝、６_−１…導入溝、６_−２…係合溝、６_−３…段差部、７…切断部、８…中子。

Claims (12)

1. 蒸気タービンの回転部およびこれを囲繞する静止部間に設置されるラビリンスシール装置を構成し、当該回転部または静止部のいずれか一方、あるいはその双方に設けたフィン固定溝に植込まれるシールフィンであって、
   前記シールフィンを、前記フィン固定溝に植込まれる植込み部およびこの植込み部に接合されフィン固定溝から突出するシールフィン本体とから構成し、前記植込み部に前記フィン固定溝と係合する係合部を設けるとともに、この係合状態を維持するバネ機能を備えさせることを特徴とするシールフィン。
2. 前記植込み部に設けた係合部は、前記フィン固定溝側に張出す形状のフックであることを特徴とする請求項１記載のシールフィン。
3. 前記植込み部は、厚み方向に対して先端部から適宜深さのスリットを設けることによって先端部にバネ機能を備えるようにしたことを特徴とする請求項１記載のシールフィン。
4. 蒸気タービンの回転部およびこれを囲繞する静止部間に設置されるラビリンスシール装置を構成し、当該回転部または静止部のいずれか一方、あるいはその双方に設けたフィン固定溝に植込まれるシールフィンであって、
   前記シールフィンを、前記フィン固定溝に植込まれる植込み部およびこの植込み部に接合され、フィン固定溝から突出するシールフィン本体とから構成し、前記植込み部を所定の温度以上でフィン固定溝に係合する形状となるように予め形状を記憶させた形状記憶合金により構成したことを特徴とするシールフィン。
5. 前記形状記憶合金により構成された植込み部は、蒸気タービンの使用温度域では先端が曲折して前記フィン固定溝と係合する形状に変形し、蒸気タービンの使用温度域以下では、フィン固定溝より取り外し可能な形状に戻るように形状記憶されていることを特徴とする請求項４記載のシールフィン。
6. 前記シールフィン本体と植込み部との接合部をフィン切断箇所としたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のシールフィン。
7. 蒸気タービンの回転部およびこれを囲繞する静止部間に設置されるとともに、当該回転部または静止部のいずれか一方、あるいはその双方に設けたフィン固定溝にシールフィンを植込むようにして構成したラビリンスシール装置において、
   前記シールフィンを、前記フィン固定溝に植込まれるとともにバネ機能を備えた植込み部とこの植込み部に接合されフィン固定溝から突出するシールフィン本体とから構成し、
   前記フィン固定溝を、導入溝と当該導入溝よりも幅が広く、かつ導入溝との接合部に係合部を備えた係合溝とから構成し、
   前記シールフィンの取り付け時は植込み部の幅を固定時の幅よりも狭めた状態で前記導入溝に挿入し、シールフィンの固定状態ではバネの復元力により前記植込み部の幅を広げて植込み部の一部が前記係合部と係合するようにしたことを特徴とするラビリンスシール装置。
8. 前記シールフィン本体と植込み部との接合部をフィン切断箇所とし、このフィン切断箇所をフィン固定溝の入口よりも溝内部に位置するように植込んだことを特徴とする請求項７記載のラビリンスシール装置。
9. 前記シールフィン本体と植込み部との接合部をフィン切断箇所とし、このフィン切断箇所をフィン固定溝の入口よりも外部に位置するように植込んだことを特徴とする請求項７記載のラビリンスシール装置。
10. 前記フィン固定溝の内部にフィン挿入後の挿入方向の位置を固定するバネ機能を備えた中子を設けたことを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載のラビリンスシール装置。
11. 蒸気タービンの回転部およびこれを囲繞する静止部間に設置されるとともに、当該回転部または静止部のいずれか一方、あるいはその双方に設けたフィン固定溝にシールフィンを植込むようにして構成したラビリンスシール装置において、
    前記シールフィンを、前記フィン固定溝に植込まれる植込み部とこの植込み部に接合されフィン固定溝から突出するシールフィン本体とから構成し、かつ前記植込み部を所定の温度以上で変形させてフィン固定溝に係合する形状となるように予め形状を記憶させた形状記憶合金により構成し、
    前記フィン固定溝を、導入溝と当該導入溝よりも幅が広く、かつ導入溝との接合部に係合部を有する係合溝とから構成し、
    シールフィンの取り付け時は植込み部の形状をほぼ直線状にして前記導入溝に挿入し、シールフィンの固定状態ではシールフィンを所定の温度以上にして当該植込み部の形状を変形させて植込み部の一部が前記係合部と係合するようにしたことを特徴とするラビリンスシール装置。
12. 請求項７〜１１のいずれか１項に記載のラビリンスシール装置を備えた蒸気タービン。
    
    

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