JP2008297980A - Shaft seal device - Google Patents

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JP2008297980A JP2007145309A JP2007145309A JP2008297980A JP 2008297980 A JP2008297980 A JP 2008297980A JP 2007145309 A JP2007145309 A JP 2007145309A JP 2007145309 A JP2007145309 A JP 2007145309A JP 2008297980 A JP2008297980 A JP 2008297980A
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Inventor
Tatsuo Yamashita
達雄 山下
Masashi Tsutsui
政司 筒井
Hitoshi Sakakida
均 榊田
Makoto Mikami
誠 三上
Masayuki Ichimonji
正幸 一文字
Toshio Hirano
俊夫 平野
Kazunori Ikeda
和徳 池田
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Toshiba Corp
Toshiba Industrial Technology Corp
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Toshiba Corp
Toshiba Industrial Technology Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shaft seal device stabilized in the flow of the main flow and further improved in heat efficiency by preventing leaked vapor from flowing out and in. <P>SOLUTION: This shaft seal device is provided with a moving blade tip upstream side vapor leak inhibition part 33 preventing a leak of working vapor in a gap between the upstream side tip of a shroud 29 and a diaphragm outer ring 24, and a moving blade root downstream side vapor leak inhibition part 34 preventing a leak of working vapor in a gap between the downstream side of a turbine disk 26 having the turbine moving blade 27 implanted thereon and a diaphragm inner ring 25 supporting an adjoining turbine nozzle 23. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、蒸気タービン、ガスタービン、空気圧縮機等の流体機械に用いられ、運転中、作動流体が静止部と回転部との隙間から作動流体通路外へ漏出することを効果的に抑制する軸シール装置に関する。   The present invention is used in fluid machines such as a steam turbine, a gas turbine, and an air compressor, and effectively suppresses the working fluid from leaking out of the working fluid passage through the gap between the stationary part and the rotating part during operation. The present invention relates to a shaft seal device.

例えば、蒸気タービンにおいては、タービンノズル等の静止部とタービン動翼等の回転部とを組み合せ、タービンノズル等から噴出する流体の速度エネルギを利用し、タービン動翼等を回転させ、その際に発生する動力(回転トルク)で、例えば発電機等の被駆動機を駆動するようになっている。   For example, in a steam turbine, a stationary part such as a turbine nozzle and a rotating part such as a turbine blade are combined, and the speed energy of the fluid ejected from the turbine nozzle or the like is used to rotate the turbine blade and the like. For example, a driven machine such as a generator is driven by the generated power (rotational torque).

このような構成を有する蒸気タービンにおいては、起動時、停止時および負荷遮断時の温度変化に対し、回転部は静止部に比べ、質量が小さいので熱容量が小さく、回転しているときの熱伝達率が大きいため、敏感に伸縮するので、静止部は回転部より遅れて伸縮する。   In a steam turbine having such a configuration, the rotating part has a smaller mass than the stationary part, so that the heat capacity is small and the heat transfer when it is rotating with respect to temperature changes during start-up, stop, and load interruption. Since the rate is large, it expands and contracts sensitively, so the stationary part expands and contracts behind the rotating part.

このため、静止部と回転部とは熱伸縮中に接触することがあり、この接触を回避する必要上、回転部と静止部の伸び差を計算によって割り出し、割り出した値に経験に基づくマージンを加えて静止部と回転部との隙間を設定していた。   For this reason, the stationary part and the rotating part may come into contact during thermal expansion and contraction.To avoid this contact, the difference in elongation between the rotating part and the stationary part is calculated, and a margin based on experience is added to the calculated value. In addition, a gap between the stationary part and the rotating part has been set.

すなわち、静止部と回転部との隙間が大きいと、作動流体の作動流体通路外への漏出が多くなり、動力の発生が寄与しなくなり、熱効率の低下を招く。逆に、隙間を小さくすると、作動流体の通路外への漏出が少なくなって熱が有効に活用され熱効率が高くなるものの、接触事故の心配が出る。   That is, if the gap between the stationary part and the rotating part is large, the working fluid leaks out of the working fluid passage, and the generation of power does not contribute, resulting in a decrease in thermal efficiency. On the other hand, if the gap is reduced, the leakage of the working fluid to the outside of the passage is reduced and the heat is effectively utilized to increase the thermal efficiency, but there is a concern of a contact accident.

このような事象を考慮して、静止部と回転部との隙間が設定されており、その構成として図14に示すものがある。   Considering such an event, a gap between the stationary part and the rotating part is set, and there is a structure shown in FIG.

なお、図14は、蒸気タービンの一部を抜き出したタービン段落の縦断面図である。   FIG. 14 is a longitudinal sectional view of a turbine stage in which a part of the steam turbine is extracted.

主流(作動蒸気)4の流れに沿い、上流側に配置するタービンノズル3と下流側に配置するタービン動翼5とを組み合せたタービン段落11のうち、タービンノズル3は、外周側をタービン動翼5まで延びるダイアフラム外輪1で支持、固定されるとともに、内周側をダイアフラム内輪2の周方向に沿って環状列に支持、固定させた静止部12になっている。   Of the turbine stage 11 in which the turbine nozzle 3 disposed on the upstream side and the turbine blade 5 disposed on the downstream side are combined along the flow of the main flow (working steam) 4, the turbine nozzle 3 has the turbine blade on the outer peripheral side. A stationary portion 12 is supported and fixed by a diaphragm outer ring 1 extending to 5 and is supported and fixed in an annular row along the circumferential direction of the diaphragm inner ring 2 on the inner peripheral side.

また、タービン動翼5は、先端部側をダイアフラム外輪1に固定されたラビリンスフィン9に臨むシュラウド6を備えるとともに、根元部側をタービンロータ(図示せず)と一体に成形加工されたタービンディスク10の周方向に沿って環状列に植設される回転部13になっている。   Further, the turbine rotor blade 5 includes a shroud 6 facing the labyrinth fin 9 fixed to the diaphragm outer ring 1 on the tip side, and a turbine disk formed and processed integrally with a turbine rotor (not shown) on the root side. The rotating part 13 is planted in an annular row along the circumferential direction.

そして、運転中、タービンノズル3で速度エネルギを得るとともに流れを転向した主流4は、タービン動翼5を回転させるとともに動力(回転トルク)を発生させている。   During operation, the main flow 4 that obtains velocity energy at the turbine nozzle 3 and turns the flow rotates the turbine blades 5 and generates power (rotational torque).

タービンノズル3から転向力が与えられる主流4は、大部分がタービン動翼5の翼面に沿って流れるものの、一部が漏出蒸気7となってラビリンスフィン9とシュラウド6との隙間を流れるとともに、ダイアフラム内輪2とタービンディスク10との隙間から流出してくる漏出蒸気8によって流れが乱されたことがあった。この主流4の一部漏出と、漏出蒸気の流入による主流4の流れの乱れは、蒸気タービンの熱効率低下の要因の一部になっていた。   Most of the main flow 4 to which turning force is applied from the turbine nozzle 3 flows along the blade surface of the turbine rotor blade 5, but a part of the main flow 4 becomes leakage steam 7 and flows through the gap between the labyrinth fin 9 and the shroud 6. In some cases, the flow was disturbed by the leaked steam 8 flowing out from the gap between the diaphragm inner ring 2 and the turbine disk 10. The partial leakage of the main flow 4 and the turbulence of the flow of the main flow 4 due to the inflow of the leaked steam are part of the factors of the reduction in the thermal efficiency of the steam turbine.

他方、運転中の熱伸びを考慮して、タービン動翼5は、組立て時、シュラウド6とダイアフラム外輪1との動翼上流側隙間寸法C1およびタービンディスク10と隣り(下流側)のダイアフラム内輪2との動翼下流側隙間寸法Cのそれぞれを次のように設定していた。 On the other hand, in consideration of thermal expansion during operation, the turbine rotor blade 5 is, when assembled, the rotor blade upstream clearance dimension C1 between the shroud 6 and the diaphragm outer ring 1 and the diaphragm inner ring 2 adjacent to the turbine disk 10 (downstream side). each of the moving blade downstream gap dimension C 2 and were set as follows.

動翼上流側隙間寸法Cは、起動時、停止時、または負荷遮断時において、破線で示すように、タービン動翼5が上流側のタービンノズル3に最も近づく位置の寸法を、計算によって割り出した予測値としての伸び寸法Dに、経験に基づくマージン値Mを加えた(D+M)として設定していた。 The moving blade upstream side clearance dimension C 1 is calculated by calculating the dimension of the position where the turbine moving blade 5 is closest to the upstream turbine nozzle 3 at the time of starting, stopping, or when the load is interrupted, as indicated by a broken line. It was set as (D 1 + M 1 ) obtained by adding a margin value M 1 based on experience to the elongation dimension D 1 as a predicted value.

また、動翼下流側隙間寸法Cは、起動時、停止時、あるいは負荷遮断時において、二点鎖線で示すように、タービン動翼5が下流側のダイアフラム内輪2に最も近づく位置の寸法を、計算によって割り出した予測値とする伸び寸法Dに、経験に基づくマージン値Mを加えた(D+M)として設定していた。 Further, the moving blade downstream side clearance dimension C 2 is the dimension at which the turbine moving blade 5 is closest to the downstream diaphragm inner ring 2 as shown by a two-dot chain line at the time of starting, stopping, or load interruption. The margin value M 2 based on experience is added to the elongation dimension D 2 that is the predicted value calculated by calculation, and is set as (D 2 + M 2 ).

このように、従来の蒸気タービンは、タービン動翼5の動翼上流側隙間寸法Cおよび動翼下流側隙間寸法Cのそれぞれに、マージン値M,Mのそれぞれを加えて設定し、ダイアフラム外輪1とシュラウド6との隙間からの漏出蒸気7の吹き抜けおよびダイアフラム内輪2とタービンディスク10との隙間から流出する漏出蒸気8による主流4の乱れに基づく熱効率の低下防止に対処していた。 As described above, the conventional steam turbine is set by adding the margin values M 1 and M 2 to the moving blade upstream clearance C 1 and the moving blade downstream clearance C 2 of the turbine moving blade 5. In addition, it was possible to prevent the leakage of the steam 7 from the gap between the diaphragm outer ring 1 and the shroud 6 and to prevent the thermal efficiency from being lowered due to the disturbance of the main flow 4 caused by the leaked steam 8 flowing out from the gap between the diaphragm inner ring 2 and the turbine disk 10. .

なお、タービン動翼の先端部側におけるラビリンスフィンとシュラウドとの隙間から漏出する蒸気をより少なくさせる技術には、例えば特許文献1に記載されているように、シュラウドの上流側に位置するダイアフラム外輪に設けた円筒リングに突起を形成し、この突起の先端径をシュラウドに接触しないように大きく設定したものや、例えば特許文献2に記載されているように、ラビリンスフィンに臨むシュラウドに切欠を設け、切欠が回転方向に向うに従って浅くし、切欠に沿って流れる漏出蒸気に渦を発生させて漏出蒸気の吹抜けの防止を図ったものが提案されている。
特公平4−35601号公報 特開2001−32948号公報
As a technique for reducing the amount of steam leaking from the gap between the labyrinth fin and the shroud on the tip side of the turbine rotor blade, for example, as described in Patent Document 1, a diaphragm outer ring located on the upstream side of the shroud Protrusions are formed on the cylindrical ring provided on the surface, and the diameter of the tip of the protrusion is set large so as not to contact the shroud. For example, as described in Patent Document 2, a notch is provided in the shroud facing the labyrinth fin. In this proposal, the notch is made shallower as it goes in the direction of rotation, and vortexes are generated in the leaked steam flowing along the notch to prevent the leaked steam from being blown out.
Japanese Patent Publication No. 4-35601 JP 2001-32948 A

図14に示した蒸気タービンに適用される軸シール装置は、タービン動翼の動翼上流側隙間寸法Cおよび動翼下流側隙間寸法Cのそれぞれを設定する際、マージン値M,Mのそれぞれが加えられているが、これらマージン値M,Mの判断は経験に委ねられていた。 The shaft seal device applied to the steam turbine shown in FIG. 14 has margin values M 1 and M when setting the moving blade upstream gap size C 1 and the moving blade downstream clearance size C 2 of the turbine moving blade. Each of 2 is added, but the judgment of these margin values M 1 and M 2 is left to experience.

しかしながら、マージン値M,Mが経験によるので、最適値となっていないことがあるため、従来の軸シール装置においては、ダイアフラム外輪1とシュラウド6との隙間からの漏出蒸気7の吹抜け、あるいはダイアフラム内輪2とタービンディスク10との隙間から流出する漏出蒸気8による主流4の乱れに基づく熱効率の低下等、一抹の不安を抱えていた。 However, since the margin values M 1 and M 2 are based on experience and may not be the optimum values, in the conventional shaft seal device, the leakage steam 7 blows out from the gap between the diaphragm outer ring 1 and the shroud 6, Or, there was some concern, such as a decrease in thermal efficiency due to the disturbance of the main flow 4 due to the leaked steam 8 flowing out from the gap between the diaphragm inner ring 2 and the turbine disk 10.

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、タービン動翼の動翼上流側隙間寸法および動翼下流側隙間寸法を設定する際、マージン値を加えなくとも漏出蒸気の流出入をより一層防止することにより、主流の流れの安定化と熱効率のより一層の向上を図った軸シール装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made based on such a situation, and when setting the moving blade upstream side clearance dimension and the moving blade downstream side clearance dimension of the turbine rotor blade, the inflow and outflow of the leaked steam can be performed without adding a margin value. An object of the present invention is to provide a shaft seal device that further stabilizes the mainstream flow and further improves the thermal efficiency.

本発明は、上述の目的を達成するために、タービンノズルの外周側と内周側とをダイアフラム外輪およびダイアフラム内輪とで挟設する静止部と、前記タービンノズルの下流側に位置するタービン動翼をタービンディスクに植設する回転部とを備え、前記タービン動翼の先端部側に設けたシュラウドに対設し、前記ダイアフラム外輪に設けたラビリンスフィンを備えた軸シール装置において、前記シュラウドの上流側先端と前記ダイアフラム外輪との隙間に作動蒸気の漏出を防止する動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部と、前記タービン動翼を植設する前記タービンディスクの下流側と隣設するタービンノズルを支持するダイアフラム内輪との隙間に作動蒸気の漏出を防止する動翼根元部下流側蒸気漏出抑制部とを設けたものである。   In order to achieve the above-described object, the present invention provides a stationary portion that sandwiches an outer peripheral side and an inner peripheral side of a turbine nozzle between a diaphragm outer ring and a diaphragm inner ring, and a turbine rotor blade positioned downstream of the turbine nozzle. A shaft seal device provided with a labyrinth fin provided on the outer ring of the diaphragm, and provided on a front end side of the turbine rotor blade. A turbine blade adjacent to the downstream side of the turbine disk on which the turbine rotor blade is implanted, and a turbine blade tip upstream steam leakage suppression portion for preventing leakage of working steam in a gap between the side tip and the diaphragm outer ring A moving blade root portion downstream side steam leakage suppressing portion for preventing leakage of working steam is provided in a gap with the supporting inner ring of the diaphragm.

また、本発明は、上述の目的を達成するために、前記動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部は、シュラウドの上流側先端に突出して設けたシュラウド片と、ダイアフラム外輪に設けたダイアフラム外輪用被快削部とで構成し、さらに、前記動翼根元部下流側蒸気漏出抑制部は、タービンディスクの下流側に設けたシールフィンと、隣接するダイアフラム内輪に設けたダイアフラム内輪用被快削部とで構成するものである。   Further, in order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a rotor blade upstream side steam leakage suppressing portion for a shroud piece protruding from the upstream end of the shroud and a diaphragm outer ring provided on the diaphragm outer ring. And further comprising a seal fin provided on the downstream side of the turbine disk and a diaphragm inner ring free cutting part provided on an adjacent diaphragm inner ring. It consists of.

また、本発明は、上述の目的を達成するために、前記動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部は、ダイアフラム外輪用被快削部を収容する収容容器をダイアフラム外輪に対し、着脱自在にできる構成にし、さらに、前記動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部は、ダイアフラム外輪用被快削部を収容する収容容器に設けられ、ダイアフラム外輪に形成された空間室を摺動するピストンと、このピストンに押圧力を与えるばねとで構成するものである。   Further, in order to achieve the above-described object, the present invention can make the container tip upstream side steam leakage suppression portion detachable from the diaphragm outer ring with respect to the diaphragm outer ring. Further, the moving blade tip upstream steam leakage suppression portion is provided in a storage container for storing the diaphragm outer ring free cutting portion, and a piston sliding in a space chamber formed in the diaphragm outer ring, And a spring that applies a pressing force to the piston.

本発明は、上述の目的を達成するために、前記ピストンは、先端に突出し部を備えたものである。   In the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, the piston has a protruding portion at the tip.

本発明は、上述の目的を達成するために、前記動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部は、収容容器に収容されるダイアフラム外輪用被快削部に、周方向に沿って離散的に配置するくぼみを設けたものであり、さらに、前記動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部は、収容容器に収容されるダイアフラム外輪用被快削部に、周方向に沿って周方向溝を設けたものである。   In order to achieve the above-described object, the present invention provides that the steam blade tip upstream side steam leakage suppression portion is discretely arranged along the circumferential direction on the free cutting portion for the diaphragm outer ring accommodated in the accommodating container. Further, the moving blade tip upstream steam leakage suppression portion is provided with a circumferential groove along the circumferential direction in the diaphragm outer ring free cutting portion accommodated in the accommodating container. Is.

本発明は、上述の目的を達成するために、前記周方向溝は、ダイアフラム外輪用被快削部の表面から内部に向って延びる平坦状の辺と、この辺の端部から前記ダイアフラム外輪用被快削部の表面に向う傾斜状に形成する傾斜辺とで構成するものである。   In the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, the circumferential groove includes a flat side extending inward from the surface of the free-cutting portion for the diaphragm outer ring, and the diaphragm outer ring cover from an end of the side. It is comprised with the inclined side formed in the inclined shape which faces the surface of a free-cutting part.

本発明は、上述の目的を達成するために、前記動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部は、ダイアフラム外輪用被快削部に、半径方向に沿って半径方向溝を設けたものであり、さらに、前記半径方向溝は、ダイアフラム外輪用被快削部の表面から直角に内部に向って延びる平坦状の辺と、この辺の端部から前記ダイアフラム外輪用被快削部の表面に向う傾斜状に形成する傾斜辺とで構成するものである。   In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides the above-described moving blade tip upstream steam leakage suppression portion, in which a free-cutting portion for a diaphragm outer ring is provided with a radial groove along the radial direction, Further, the radial groove has a flat side extending from the surface of the diaphragm outer ring free-cutting portion at a right angle toward the inside, and an inclined shape extending from an end of the side toward the surface of the diaphragm outer ring free-cutting portion. And the inclined side to be formed.

本発明は、上述の目的を達成するために、前記半径方向溝は、タービンロータの中心を通る半径方向線に沿って設けるものであり、さらに、前記半径方向溝は、タービンロータの回転方向と逆方向で、かつ半径方向線に対して傾斜させる構成にしたものである。   In the present invention, in order to achieve the above-mentioned object, the radial groove is provided along a radial line passing through the center of the turbine rotor, and further, the radial groove has a rotational direction of the turbine rotor. It is configured to be inclined in the reverse direction and with respect to the radial line.

本発明は、上述の目的を達成するために、前記動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部は、ダイアフラム外輪用被快削部に、周方向溝と半径方向溝とを組み合せて設けたものである。   In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides the steam blade tip upstream side steam leakage suppression portion in which a circumferential groove and a radial groove are combined in a free cutting portion for a diaphragm outer ring. is there.

本発明は、上述の目的を達成するために、前記ダイアフラム外輪用被快削部は、Ni,Cr,Al,ベントナイトおよび、Ni,Cr,Fe,Al,窒化ホウ素のうち、いずれかの部材を選択する一方、前記ダイアフラム内輪用被快削部も、Ni,Cr,Al,ベントナイトおよびNi,Cr,Fe,Al,窒化ホウ素のうち、いずれかの部材を選択したものである。   In order to achieve the above-mentioned object, the free-cutting portion for the diaphragm outer ring is made of any member of Ni, Cr, Al, bentonite and Ni, Cr, Fe, Al, boron nitride. On the other hand, the free-cutting portion for the inner ring of the diaphragm is a member selected from Ni, Cr, Al, bentonite, Ni, Cr, Fe, Al, and boron nitride.

本発明は、上述の目的を達成するために、請求項1〜16記載のもののうち、いずれか1項記載のものを蒸気タービンに適用したものである。   In order to achieve the above-mentioned object, the present invention applies any one of claims 1 to 16 to a steam turbine.

本発明に係る軸シール装置は、タービン動翼の先端部上流側とダイアフラム外輪との隙間およびタービン動翼の根元部下流側と隣接するタービンノズルを支持固定するダイアフラム内輪との隙間に、動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部と動翼根元部下流側蒸気漏出抑制部とのそれぞれを設けたので、作動蒸気の通路外への漏出をより一層防止することができ、主流の熱エネルギの有効活用を図ることができる。   The shaft seal device according to the present invention includes a rotor blade in a gap between the upstream side of the tip of the turbine blade and the diaphragm outer ring and a gap between the downstream side of the turbine blade and the turbine nozzle adjacent to and supporting the adjacent turbine nozzle. Since each of the tip upstream steam leakage suppression part and the rotor blade root downstream steam leakage suppression part is provided, leakage of working steam to the outside of the passage can be further prevented, and the mainstream thermal energy is effective. Can be used.

本発明に係る軸シール装置の実施形態を添付図面を引用して説明する。   An embodiment of a shaft seal device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、例示としての蒸気タービンに組み込まれ、その一部を抜き出した本発明に係る軸シール装置の第1実施形態を示す縦断面図である。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a shaft seal device according to the present invention, which is incorporated in an exemplary steam turbine and extracted from a part thereof.

蒸気タービンは、大別して主流(作動蒸気)31の流れに沿って、交互に配置する静止部21と回転部22とを備えている。   The steam turbine is roughly divided and includes stationary portions 21 and rotating portions 22 that are alternately arranged along the flow of the main flow (working steam) 31.

静止部21は、図示していないタービンロータ(回転軸)の周方向に沿って環状列に配置されたタービンノズル23と、環状列配置のタービンノズル23の外周側および内周部側のそれぞれを挟設して固定支持するダイアフラム外輪24およびダイアフラム内輪25とを備えている。そして、ダイアフラム外輪24は、タービンケーシング(図示せず)に固定支持されている。   The stationary portion 21 includes a turbine nozzle 23 arranged in an annular row along a circumferential direction of a turbine rotor (rotating shaft) (not shown), and an outer peripheral side and an inner peripheral portion side of the turbine nozzle 23 arranged in an annular row. A diaphragm outer ring 24 and a diaphragm inner ring 25 are provided which are sandwiched and fixedly supported. The diaphragm outer ring 24 is fixedly supported by a turbine casing (not shown).

また、回転部22は、タービンロータと一体に成形加工されたタービンディスク26に環状列に植設されたタービン動翼27と、環状列配置のタービン動翼27の先端部側に設けられ、タービンノズル23から延びたダイアフラム外輪24に固定支持するラビリンスフィン28に臨むシュラウド29とを備えている。   The rotating portion 22 is provided on the turbine rotor blade 27 planted in an annular row on a turbine disk 26 molded integrally with the turbine rotor, and on the tip side of the turbine rotor blade 27 arranged in the annular row. A shroud 29 facing a labyrinth fin 28 fixed to and supported by a diaphragm outer ring 24 extending from the nozzle 23 is provided.

このような構成を備える蒸気タービンは、静止部21のタービンノズル23と回転部22のタービン動翼27とを組み合せてタービン段落30とし、タービン段落30を軸方向に向って複数配置し、タービン段落30を流れる主流(作動蒸気)31に膨張仕事をさせ、その際に発生する動力を採り出している。   In the steam turbine having such a configuration, the turbine nozzle 23 of the stationary part 21 and the turbine rotor blades 27 of the rotating part 22 are combined to form a turbine stage 30, and a plurality of turbine stages 30 are arranged in the axial direction. The main flow (working steam) 31 flowing through 30 is caused to perform expansion work, and the power generated at that time is taken out.

一方、動力を採り出す際、タービンノズル23を出た主流31のうち、大部分は、タービン動翼27の翼面に沿って流れて転向し、次の(下流側)タービン段落に案内されるが、その一部は遠心力の影響を受けてタービン動翼27のシュラウド29とダイアフラム外輪24のラビリンスフィン28との隙間を漏出蒸気32aとなって流れる。   On the other hand, when the power is extracted, most of the main flow 31 exiting the turbine nozzle 23 flows along the blade surface of the turbine rotor blade 27 and turns, and is guided to the next (downstream) turbine stage. However, a part thereof is affected by the centrifugal force and flows as a leaked steam 32 a through a gap between the shroud 29 of the turbine rotor blade 27 and the labyrinth fin 28 of the diaphragm outer ring 24.

また、タービンノズル23を固定支持するダイアフラム内輪25とタービン動翼27を支持するタービンディスク26との隙間から流出する漏出蒸気32bは、タービン動翼27の底部(根元部)を流れる主流31の流れを乱した後、再び下流側のタービンディスク26と次段落のダイアフラム内輪25との隙間に流れる。   The leaked steam 32 b flowing out from the gap between the diaphragm inner ring 25 that fixes and supports the turbine nozzle 23 and the turbine disk 26 that supports the turbine rotor blade 27 flows in the main flow 31 that flows through the bottom (base) of the turbine rotor blade 27. Then, the gas again flows into the gap between the turbine disk 26 on the downstream side and the diaphragm inner ring 25 in the next paragraph.

これらの漏出蒸気32a,32bは、膨張仕事に寄与しないため、熱効率の低下の要因の一つになっていた。   Since these leaked steams 32a and 32b do not contribute to the expansion work, they have been one of the causes of a decrease in thermal efficiency.

また、蒸気タービンは、例えば250kg/cm、538℃の高圧、高温の主流31を作動蒸気としているため、熱による伸縮が出る。特に、起動、停止時または負荷遮断時、温度差や熱衝撃等の影響を受け、タービン動翼27は、破線で示すように、上流側のタービンノズル23側に移動したり、あるいは二点鎖線で示すように、下流側のタービンノズル(図示せず)に移動したりすることが著しい。このときの移動によって、シュラウド29とダイアフラム外輪24とは接触事故が発生することがあった。 Further, since the steam turbine uses, for example, a mainstream 31 having a high pressure and a high temperature of 250 kg / cm 2 and 538 ° C. as the working steam, expansion and contraction due to heat occurs. In particular, at the time of starting, stopping or shutting off the load, the turbine rotor blade 27 is moved to the upstream turbine nozzle 23 side as indicated by a broken line, or is indicated by a two-dot chain line, as shown by a broken line. It is remarkable that it moves to a downstream turbine nozzle (not shown). Due to the movement at this time, a contact accident may occur between the shroud 29 and the diaphragm outer ring 24.

本実施形態に係る軸シール装置は、このような事象に対処するためになされたものであり、図1に示すように、タービン動翼27の先端部側に備えたシュラウド29の上流側に向う先端部で、かつタービンノズル23を支持固定するダイアフラム外輪24に臨む側に、動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33を設けるとともに、タービン動翼27の根元部側を支持するタービンディスク26の下流側と隣接するタービンノズルを支持固定するダイアフラム内輪25との間で、かつ隣接するダイアフラム内輪25に臨むタービンディスク26に、動翼根元部下流側蒸気漏出抑制部34を設けたものである。   The shaft seal device according to the present embodiment is made to cope with such an event, and as shown in FIG. 1, faces the upstream side of the shroud 29 provided on the tip side of the turbine rotor blade 27. The tip of the turbine disk 26 is provided on the side facing the diaphragm outer ring 24 that supports and fixes the turbine nozzle 23, and the turbine blade 26 upstream side steam leakage suppression part 33 is provided, and the turbine disk 26 that supports the root side of the turbine rotor blade 27 is provided. A turbine blade 26 facing the diaphragm inner ring 25 that supports and fixes the adjacent turbine nozzle on the downstream side and the turbine disk 26 facing the adjacent diaphragm inner ring 25 is provided with a steam blade downstream downstream steam leakage suppressing portion 34.

動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33は、図2に示すように、シュラウド29の上流先端部で、かつダイアフラム外輪24に臨む側に設けた突出したシュラウド片35と、この突出しシュラウド片35に臨むダイアフラム外輪24に設けたダイアフラム外輪用被快削部(アブレイダブル部材)36とで構成される。   As shown in FIG. 2, the moving blade tip upstream side steam leakage suppression portion 33 includes a protruding shroud piece 35 provided on the upstream tip portion of the shroud 29 and on the side facing the diaphragm outer ring 24, and the protruding shroud piece 35. The diaphragm outer ring free-cutting portion (abradable member) 36 provided on the diaphragm outer ring 24 facing the front.

また、動翼根元部下流側蒸気漏出抑制部34は、図3に示すように、タービン動翼27を支持するタービンディスク26の下流側と隣接タービンノズルを支持固定するダイアフラム内輪25との間で、かつタービンディスク26の下流側に設けたシールフィン37と、このシールフィン37に臨み隣接するダイアフラム内輪25に設けたダイアフラム内輪用被快削部38とで構成される。   Further, as shown in FIG. 3, the moving blade root downstream side steam leakage suppression unit 34 is provided between the downstream side of the turbine disk 26 that supports the turbine moving blade 27 and the diaphragm inner ring 25 that supports and fixes the adjacent turbine nozzle. And a seal fin 37 provided on the downstream side of the turbine disk 26 and a diaphragm inner ring free cutting portion 38 provided on the diaphragm inner ring 25 facing and adjacent to the seal fin 37.

そして、動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33および動翼根元部下流側蒸気漏出抑制部34として設けたダイアフラム外輪用被快削部36およびダイアフラム内輪用被快削部38のそれぞれは、ともに、Ni,Cr,Al,ベントナイトおよびNi,Cr,Alで組成され、シュラウド29の上流側に向って突出したシュラウド片35およびシールフィン37のそれぞれが蒸気の熱によって実線の位置から破線または二点鎖線で示す位置に移動し、接触し、食い込むとき、折損または磨耗することなく凹部39a,39bを形成する切削性に富む部材で作製されている。   Each of the diaphragm outer ring free cutting part 36 and the diaphragm inner ring free cutting part 38 provided as the moving blade tip upstream steam leakage suppression part 33 and the rotor blade root downstream steam leakage suppression part 34 is both , Ni, Cr, Al, bentonite and Ni, Cr, Al, and each of the shroud pieces 35 and the seal fins 37 projecting toward the upstream side of the shroud 29 is broken or double-pointed from the position of the solid line by the heat of steam. When moving, contacting, and biting into the position indicated by the chain line, it is made of a member having high machinability that forms the recesses 39a and 39b without breaking or wearing.

このような構成を備える軸シール装置において、起動時、停止時、または負荷遮断時、主流31の熱による伸びが発生し、タービン動翼27が、例えば上流側のタービンノズル23に向って図2に示すように、実線の位置から破線で示す位置に移動するとき、突出したシュラウド片35は、ダイアフラム外輪用被快削部36に接触して突き進み、ダイアフラム外輪用被快削部36を磨耗させ、やがて凹部39aが形成される。   In the shaft seal device having such a configuration, when starting, stopping, or when the load is interrupted, the main flow 31 is stretched by heat, and the turbine rotor blade 27 is directed toward, for example, the upstream turbine nozzle 23 in FIG. As shown in FIG. 4, when the movable shroud 35 moves from the position indicated by the solid line to the position indicated by the broken line, the protruding shroud piece 35 contacts and advances the diaphragm outer ring free-cutting portion 36 and wears the diaphragm outer ring free-cutting portion 36. Eventually, the recess 39a is formed.

突出したシュラウド片は35がダイアフラム外輪用被快削部36に接触しているとき。タービン動翼27のシュラウド29とダイアフラム外輪24との間の隙間は塞がれるので、漏出蒸気32aの流れを封止させる。   When the protruding shroud piece 35 is in contact with the free-cutting portion 36 for the diaphragm outer ring. Since the gap between the shroud 29 of the turbine blade 27 and the diaphragm outer ring 24 is closed, the flow of the leaked steam 32a is sealed.

また、タービン動翼27が定常運転(定格運転)に入り、主流31との温度差が少なくなり、安定化してくると、突出したシュラウド片35は、図2に示すように、ダイアフラム外輪用被快削部36から離れ、凹部39aを残す。   When the turbine rotor blade 27 enters steady operation (rated operation) and the temperature difference from the mainstream 31 decreases and stabilizes, the projecting shroud piece 35 is subjected to a diaphragm outer ring cover as shown in FIG. It leaves | separates from the free-cutting part 36 and leaves the recessed part 39a.

この場合、漏出蒸気32aは、シュラウド29の上流側に向って突出したシュラウド片35とダイアフラム外輪用被快削部36との隙間からラビリンスフィン28に向って吹き抜けようとするものの、凹部39aに衝突する際に発生する渦の流れによってその流れが阻止される。   In this case, the leaked steam 32a tries to blow through toward the labyrinth fin 28 from the gap between the shroud piece 35 protruding toward the upstream side of the shroud 29 and the free cut portion 36 for the diaphragm outer ring, but collides with the recess 39a. The flow is blocked by the flow of vortices generated during the process.

他方、起動時等において、主流31の熱による伸びが発生し、タービン動翼27が、例えば下流側のダイアフラム内輪25側に向って図3に示すように、実線の位置から二点鎖線で示す位置に移動するとき、シールフィン37は、ダイアフラム内輪用被快削部39に接触して突き進み、ダイアフラム内輪用被快削部39を磨耗させ、やがて凹部39bが形成される。   On the other hand, at the time of startup or the like, the heat flow of the main flow 31 occurs, and the turbine rotor blade 27 is indicated by a two-dot chain line from the position of the solid line as shown in FIG. 3, for example, toward the diaphragm inner ring 25 side on the downstream side. When moving to the position, the seal fin 37 advances in contact with the diaphragm inner ring free-cutting portion 39, wears the diaphragm inner ring free-cutting portion 39, and a recess 39b is formed.

シールフィン37がダイアフラム内輪用被快削部39に接触しているとき、上述と同様に漏出蒸気32bの流れを封止させ、さらに定常運転に入って、図3に示すように、ダイアフラム内輪用被快削部39に凹部39bができると、この凹部39bから発生する渦の流れによって漏出蒸気32bの流れが阻止される。   When the seal fin 37 is in contact with the diaphragm inner ring free cutting portion 39, the flow of the leaked steam 32b is sealed in the same manner as described above, and the steady operation is started. As shown in FIG. When the recess 39b is formed in the free-cutting portion 39, the flow of the leaked steam 32b is blocked by the vortex flow generated from the recess 39b.

このように、本実施形態は、タービン動翼27のシュラウド29とダイアフラム外輪24との間の隙間に動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33を設けるとともに、タービン動翼27の根元部側を支持するタービンディスク26と次(下流側)に隣接するダイアフラム内輪25との間の隙間に動翼根元部下流側蒸気漏出抑制部34を設け、各隙間の寸法をマージンを含めることなくより狭い寸法値に設定できる構成にしたので、主流31がタービン動翼27のシュラウド29側からの漏出蒸気32aになることをより一層少なくさせることができるとともに、タービン動翼27の動翼根元部上流側から流入する漏出蒸気32bに基づく主流31の不安定な流れをより一層少なくさせることができる。   As described above, in the present embodiment, the steam blade tip upstream side steam leakage suppression portion 33 is provided in the gap between the shroud 29 of the turbine rotor blade 27 and the diaphragm outer ring 24, and the root portion side of the turbine rotor blade 27 is disposed on the root side. A moving blade root downstream steam leakage suppressing portion 34 is provided in a gap between the turbine disk 26 to be supported and the diaphragm inner ring 25 adjacent to the next (downstream side), and the size of each gap is narrower without including a margin. Since the configuration can be set to a value, it is possible to further reduce the leakage of the main flow 31 from the shroud 29 side of the turbine blade 27 to the shroud 29 side, and from the upstream side of the blade root portion of the turbine blade 27. The unstable flow of the main flow 31 based on the leaked steam 32b that flows in can be further reduced.

また、本実施形態は、動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33としてダイアフラム外輪用被快削部36を備えるとともに、動翼根元部下流側蒸気漏出抑制部34としてダイアフラム内輪用被快削部38を備えているので、シュラウド29から上流側に向って突出したシュラウド片35がダイアフラム外輪24に接触し、あるいはタービンディスク26のシールフィン37が隣接するダイアフラム内輪25に接触しても各被快削部36,38がその衝撃力等を吸収し、折損や磨耗等を引き起こすことがない。   Further, the present embodiment includes a diaphragm outer ring free-cutting portion 36 as the moving blade tip upstream steam leakage suppressing portion 33 and a diaphragm inner ring free-cutting portion as the moving blade root downstream downstream steam leakage suppressing portion 34. 38, the shroud piece 35 protruding upstream from the shroud 29 contacts the diaphragm outer ring 24, or even if the seal fin 37 of the turbine disk 26 contacts the adjacent diaphragm inner ring 25, The cutting portions 36 and 38 absorb the impact force and the like, and do not cause breakage or wear.

したがって、本実施形態によれば、主流31により一層多くの仕事をさせ、熱効率の向上を高めることと相俟って、折損等の事故の少ない安定運転を長く行わせることができる。   Therefore, according to the present embodiment, coupled with increasing the work efficiency of the mainstream 31 and improving the thermal efficiency, it is possible to perform a stable operation with few accidents such as breakage for a long time.

図4は、本発明に係る軸シール装置の第2実施形態を示す縦断面図である。   FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the shaft sealing device according to the present invention.

なお、第1実施形態の構成と同一構成または対応する部分には、同一符号を付し、重複説明を省略する。   In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure as the structure of 1st Embodiment, or a corresponding part, and duplication description is abbreviate | omitted.

本実施形態に係る軸シール装置は、タービン動翼27の先端部側に備えたシュラウド29の上流側とダイアフラム外輪24との間に設けた動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33をダイアフラム外輪24に対し、着脱自在にできる構成にしたものである。   In the shaft seal device according to the present embodiment, the steam blade tip upstream side steam leakage suppression portion 33 provided between the upstream side of the shroud 29 provided on the tip side of the turbine rotor blade 27 and the diaphragm outer ring 24 is provided with a diaphragm outer ring. 24 is configured to be detachable.

この動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33は、三側面を開口状にする収容容器40と、この収容容器40にダイアフラム外輪用被快削部36を収容するとともに、ダイアフラム外輪24に対し、着脱自在に構成する、例えばボルト等の接続具41とを備えたものである。   The moving blade tip upstream side steam leakage suppression portion 33 accommodates a housing container 40 having an open side on the three side surfaces, and the diaphragm outer ring free-cutting portion 36 in the housing container 40, and against the diaphragm outer ring 24, It is provided with a connection tool 41 such as a bolt that is detachable.

このように、本実施形態は、動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33をダイアフラム外輪用被快削部36を収容する三側面開口状の収容容器40として構成し、かつこの収容容器40をダイアフラム外輪24に対し、着脱自在にできる構成にしたので、収容容器40をダイアフラム外輪24から取り外すことにより被快削部材の溶射作業をどの位置からでも容易に行うことができ、製造上の作業性をより一層向上させることができ、さらに、またダイアフラム外輪用被快削部36に形成される凹部39aが大きくなり過ぎ交換を余儀なくされても、メンテナンス作業を容易に行うことができる。   As described above, in the present embodiment, the moving blade tip upstream steam leakage suppression portion 33 is configured as a three-sided opening-shaped storage container 40 for storing the diaphragm outer ring free-cutting portion 36, and the storage container 40 is Since it is configured to be detachable with respect to the diaphragm outer ring 24, the thermal spraying work of the free-cutting member can be easily performed from any position by removing the container 40 from the diaphragm outer ring 24, and the workability in manufacturing. Further, the maintenance work can be easily performed even if the concave portion 39a formed in the diaphragm outer ring free cut portion 36 becomes too large to be replaced.

なお、本実施形態は、動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33をダイアフラム外輪用被快削部36を収容する三側面開口状の収容容器40として構成し、この収容容器40がダイアフラム外輪24に対し、着脱自在にできるように構成したが、この例に限らず、例えば、第3実施形態の図5に示すように、収容容器40の閉塞面に先端が突出し部42を備えたピストン43を一体として形成し、このピストン43がダイアフラム外輪24に設けた空間室44内を摺動するとき、弾性力を利用して押圧力を与えるばね45を設けてもよい。   In the present embodiment, the moving blade tip upstream steam leakage suppressing portion 33 is configured as a three-sided opening-shaped storage container 40 for storing the diaphragm outer ring free-cutting portion 36, and the storage container 40 is configured as the diaphragm outer ring 24. However, the present invention is not limited to this example. For example, as shown in FIG. 5 of the third embodiment, the piston 43 having a protruding portion 42 on the closed surface of the storage container 40 is provided. And a spring 45 that applies a pressing force using elastic force when the piston 43 slides in the space 44 provided in the diaphragm outer ring 24.

本実施形態は、ばね45の弾性力を利用してピストン43を押圧しているので、シュラウド29から上流側に向って突出したシュラウド片35がダイアフラム外輪用被快削部36に接触して突き進んでもその衝撃を少なくさせて損傷を抑えることができ、さらにシュラウド29から上流側に向って突出したシュラウド片35がダイアフラム外輪用被快削部36から離れようとしても、その隙間をより一層少なくし、漏出蒸気32aの漏れを少なくさせて主流31の熱エネルギのより一層の有効活用を図ることができる。   In the present embodiment, since the piston 43 is pressed using the elastic force of the spring 45, the shroud piece 35 protruding toward the upstream side from the shroud 29 comes into contact with the free cutting portion 36 for the diaphragm outer ring and advances. However, the impact can be reduced and damage can be suppressed. Furthermore, even if the shroud piece 35 protruding upstream from the shroud 29 is about to be separated from the free cutting portion 36 for the diaphragm outer ring, the gap is further reduced. Further, it is possible to reduce the leakage of the leaked steam 32a and to further effectively use the heat energy of the main stream 31.

図6は、本発明に係る軸シール装置の第4実施形態を示す縦断面図である。   FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a fourth embodiment of the shaft seal device according to the present invention.

なお、第1実施形態の構成と同一構成または対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。   In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure as the structure of 1st Embodiment, or a corresponding part, and duplication description is abbreviate | omitted.

本実施形態に係る軸シール装置は、動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33としての三側面開口状の収容容器40に収容するダイアフラム外輪用被快削部36に離散的に配置されたくぼみ46を設けたものである。   The shaft seal device according to the present embodiment includes indentations discretely arranged in a diaphragm outer ring free cutting portion 36 housed in a three-side-opening containing container 40 as a moving blade tip upstream steam leakage suppression portion 33. 46 is provided.

ダイアフラム外輪用被快削部36にくぼみ46を設けた場合、動翼頂部上流側蒸気漏出抑制部33を通過しようとする漏出蒸気32aは、シュラウド29から上流側に向って突出したシュラウド片(図示せず)で形成された凹部39aに衝突して渦を生成し、さらにくぼみ46でも渦を生成し、数多くの渦が生成される。   When the recess 46 is provided in the diaphragm outer ring free-cutting portion 36, the leaked steam 32a attempting to pass through the moving blade top upstream steam leakage suppressing portion 33 is shroud pieces protruding from the shroud 29 toward the upstream side (see FIG. A vortex is generated by colliding with the concave portion 39a formed by (not shown), and a vortex is also generated in the recess 46, and a large number of vortices are generated.

このように、本実施形態は、動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33を通過しようとする漏出蒸気32aに数多くの渦を生成させるくぼみ46をダイアフラム外輪用被快削部36に設けたので、数多くの渦がバリアとなって漏出蒸気32aの漏れを少なくさせ、主流31の熱エネルギのより一層の有効活用を図ることができる。   As described above, in this embodiment, since the hollow 46 for generating a large number of vortices in the leaked steam 32a that attempts to pass through the upstream-side steam leak suppressing part 33 of the rotor blade is provided in the free cutting part 36 for the diaphragm outer ring. A large number of vortices can serve as barriers to reduce leakage of the leaked steam 32a, and further effective utilization of the heat energy of the mainstream 31 can be achieved.

図7は、本発明に係る軸シール装置の第5実施形態を示す縦断面図である。   FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a fifth embodiment of the shaft seal device according to the present invention.

なお、第1実施形態の構成と同一構成または対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。   In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure as the structure of 1st Embodiment, or a corresponding part, and duplication description is abbreviate | omitted.

本実施形態に係る軸シール装置は、動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33としての三側面開口状の収容容器40に収容するダイアフラム外輪用被快削部36に、その周方向に沿って周方向溝47を設けたものである。   The shaft seal device according to the present embodiment has a diaphragm outer ring free cutting portion 36 housed in a three-side-opening containing container 40 as a moving blade tip upstream steam leakage suppressing portion 33 along the circumferential direction thereof. A circumferential groove 47 is provided.

この周方向溝47は、図8に示すように、ダイアフラム外輪用被快削部36の端縁(表面)48に対して直角に内部に向って延びる平坦状の辺49と、この辺49の端部から端縁(表面)48に向って傾斜状に延びる斜辺50とで構成し、漏出蒸気32aがここを通過するとき、タービンロータ(図示せず)の中心を通る半径方向の内周側の傾斜辺50に沿って流れ、やがて平坦状の辺49に衝突させて渦を生成し、この生成された渦によって漏出蒸気32aの流れをせき止めるようにしている。   As shown in FIG. 8, the circumferential groove 47 includes a flat side 49 extending inward at a right angle to the end edge (surface) 48 of the diaphragm outer ring free-cutting portion 36, and an end of the side 49. And an oblique side 50 extending in an inclined manner from the section toward the edge (surface) 48, and when the leaked steam 32a passes through this, the radial inner peripheral side passing through the center of the turbine rotor (not shown). A vortex is generated by flowing along the inclined side 50 and eventually colliding with the flat side 49, and the flow of the leaked steam 32a is stopped by the generated vortex.

このように、本実施形態は、動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33としてのダイアフラム外輪用被快削部36に、その周方向に沿って設けられた平坦状の辺49と傾斜辺50とで構成する周方向溝47を設け、傾斜辺50に沿って流れる漏出蒸気32aを辺49に衝突させ、渦を生成させ、生成された渦によって漏出蒸気32aの流れをせき止める構成にしたので、漏出蒸気32aの漏れを少なくさせ、主流31の熱エネルギのより一層の有効活用を図ることができる。   As described above, in this embodiment, the flat outer edge 49 and the inclined edge 50 provided along the circumferential direction of the diaphragm outer ring free-cutting portion 36 as the moving blade tip upstream steam leakage suppressing portion 33. And the leakage steam 32a flowing along the inclined side 50 is caused to collide with the side 49 to generate a vortex, and the flow of the leakage steam 32a is blocked by the generated vortex. Leakage of the leaked steam 32a can be reduced, and more effective utilization of the heat energy of the mainstream 31 can be achieved.

図9は、本発明に係る軸シール装置の第6実施形態を示す縦断面図である。   FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a sixth embodiment of the shaft seal device according to the present invention.

なお、第1実施形態の構成と同一構成または対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。   In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure as the structure of 1st Embodiment, or a corresponding part, and duplication description is abbreviate | omitted.

本実施形態に係る軸シール装置は、動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33としての三側面開口状の収容容器40に収容するダイアフラム外輪用被快削部36に、半径方向溝51を設けたものである。   The shaft seal device according to the present embodiment is provided with a radial groove 51 in the diaphragm outer ring free-cutting portion 36 housed in the three-side-opening containing container 40 as the moving blade tip upstream steam leakage suppressing portion 33. It is a thing.

この半径方向溝51は、図10に示すように、ダイアフラム外輪用被快削部36の端縁(表面)48に対して直角に内部に向って延びる平坦状の辺49と、この辺49の端部から端縁(表面)に向って傾斜状に延びる傾斜辺50とで構成される。   As shown in FIG. 10, the radial groove 51 includes a flat side 49 extending inward at a right angle to the end edge (surface) 48 of the diaphragm outer ring free cut portion 36, and an end of the side 49. And an inclined side 50 extending in an inclined manner from the portion toward the edge (surface).

また、この半径方向溝51は、図11に示すように、辺49の端縁がタービンロータ52の中心Oを通る半径方向線RLに沿い、かつタービンロータ52の回転方向Rに沿って環状列に設けられる。   Further, as shown in FIG. 11, the radial groove 51 is formed in an annular row along the radial line RL in which the edge of the side 49 passes through the center O of the turbine rotor 52 and along the rotational direction R of the turbine rotor 52. Is provided.

このような構成の半径方向溝51は、図9に示すように、旋回流を伴った漏洩蒸気32aが傾斜辺50に沿って流れるとき、辺49で衝突させ、ここで旋回速度成分を少なくさせ、代って半径方向速度成分を増加させてラビリンスフィン(図示せず)により多く衝突させ、その流れをせき止める。   As shown in FIG. 9, the radial groove 51 having such a configuration causes a collision at the side 49 when the leaked steam 32 a accompanied by the swirling flow flows along the inclined side 50, thereby reducing the swirling speed component. Instead, the radial velocity component is increased to cause more collision with a labyrinth fin (not shown), and the flow is stopped.

このように、本実施形態は、動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33としてのダイアフラム外輪用被快削部36に、その半径方向に沿って設けられた平坦状の辺49と傾斜辺50とで構成する半径方向溝51を設け、傾斜辺50に沿って流れる旋回流を伴う漏出蒸気32aを辺49に衝突させ、旋回速度成分を少なくさせ半径方向速度成分を高め、ラビリンスフィンにより多く衝突させて流れをせき止める構成にしたので、漏出蒸気32aの漏れを少なくさせ、主流31の熱エネルギのより一層の有効活用を図ることができる。   Thus, in this embodiment, the flat side 49 and the inclined side 50 provided along the radial direction of the free-cutting portion 36 for the diaphragm outer ring as the upstream-side steam leakage suppression portion 33 of the rotor blade tip. And the leaked steam 32a accompanied by the swirling flow flowing along the inclined side 50 is caused to collide with the side 49, the swirling speed component is decreased and the radial speed component is increased, and the labyrinth fin is more collided. Thus, since the flow is blocked, the leakage of the leaked steam 32a can be reduced, and the thermal energy of the main flow 31 can be further effectively utilized.

なお、本実施形態は、動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33としてのダイアフラム外輪用被快削部36に、その半径方向に沿って半径方向溝51を設けたが、この例に限らず、例えば、第7実施形態の図12に示すように、半径方向溝51を、タービンロータ52の回転方向Rと逆方向で、かつ半径方向線RLに対して角度αに傾斜させて設けてもよい。   In the present embodiment, the diaphragm outer ring free-cutting portion 36 as the moving blade tip upstream side steam leakage suppression portion 33 is provided with the radial groove 51 along the radial direction, but the present invention is not limited to this example. For example, as shown in FIG. 12 of the seventh embodiment, the radial groove 51 may be provided in a direction opposite to the rotational direction R of the turbine rotor 52 and inclined at an angle α with respect to the radial line RL. Good.

半径方向溝51をタービンロータ52の回転方向Rと逆方向に設けると、漏出蒸気32aの旋回速度成分をより一層少なくさせて半径方向速度成分が高められるので、漏出蒸気32aの漏出防止には、より一層有効である。   If the radial groove 51 is provided in the direction opposite to the rotational direction R of the turbine rotor 52, the swirl speed component of the leaked steam 32a can be further reduced to increase the radial speed component. Therefore, in order to prevent the leaked steam 32a from leaking, Even more effective.

また、本実施形態は、動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部33としてのダイヤフラム外輪用被快削部36に、その半径方向に沿って半径方向溝51を設けたが、この例に限らず、例えば、第8実施形態の図13に示すように、第5実施形態で示した周方向溝47に第6実施形態で示した半径方向溝51を組み合せてもよい。   Further, in the present embodiment, the diaphragm outer ring free-cutting portion 36 as the rotor blade upstream portion steam leakage suppression portion 33 is provided with the radial groove 51 along the radial direction, but the present invention is not limited to this example. For example, as shown in FIG. 13 of the eighth embodiment, the radial groove 51 shown in the sixth embodiment may be combined with the circumferential groove 47 shown in the fifth embodiment.

周方向溝47に半径方向溝51を組み合せると、漏出蒸気32aの漏出防止により一層有効である。   Combining the circumferential groove 47 with the radial groove 51 is more effective for preventing leakage of the leaked steam 32a.

本発明に係る軸シール装置の第1実施形態を示す縦断面図。1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of a shaft sealing device according to the present invention. 図1に示すX部の部分拡大図。The elements on larger scale of the X section shown in FIG. 図1に示すY部の部分拡大図。The elements on larger scale of the Y section shown in FIG. 本発明に係る軸シール装置の第2実施形態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows 2nd Embodiment of the shaft-seal apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る軸シール装置の第3実施形態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows 3rd Embodiment of the shaft-seal apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る軸シール装置の第4実施形態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows 4th Embodiment of the shaft-seal apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る軸シール装置の第5実施形態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows 5th Embodiment of the shaft-seal apparatus which concerns on this invention. 図7に示したA−A矢視方向から切断した切断断面図。Sectional drawing cut | disconnected from the AA arrow direction shown in FIG. 本発明に係る軸シール装置の第6実施形態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows 6th Embodiment of the shaft-seal apparatus which concerns on this invention. 図9に示したB−B矢視方向から切断した切断断面図。Sectional drawing cut | disconnected from the BB arrow direction shown in FIG. 図9に示したC−C矢視方向から見た正面図。The front view seen from the CC arrow direction shown in FIG. 本発明に係る軸シール装置の第7実施形態を示す概念図。The conceptual diagram which shows 7th Embodiment of the shaft-seal apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る軸シール装置の第8実施形態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows 8th Embodiment of the shaft-seal apparatus which concerns on this invention. 従来の軸シール装置を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the conventional shaft seal apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 ダイアフラム外輪
2 ダイアフラム内輪
3 タービンノズル
4 主流
5 タービン動翼
6 シュラウド
7,8 漏出蒸気
9 ラビリンスフィン
10 タービンディスク
11 タービン段落
12 静止部
13 回転部
21 静止部
22 回転部
23 タービンノズル
24 ダイアフラム外輪
25 ダイアフラム内輪
26 タービンディスク
27 タービン動翼
28 ラビリンスフィン
29 シュラウド
30 タービン段落
31 主流
32a,32b 漏出蒸気
33 動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部
34 動翼先端部下流側蒸気漏出抑制部
35 シュラウド片
36 ダイアフラム外輪用被快削部
37 シールフィン
38 ダイアフラム内輪用被快削部
39a,39b 凹部
40 収容容器
41 接続具
42 突出し部
43 ピストン
44 空間室
45 ばね
46 くぼみ
47 周方向溝
48 端縁
49 辺
50 傾斜辺
51 半径方向溝
52 タービンロータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Diaphragm outer ring 2 Diaphragm inner ring 3 Turbine nozzle 4 Main flow 5 Turbine rotor blade 6 Shroud 7, 8 Leakage steam 9 Labyrinth fin 10 Turbine disk 11 Turbine stage 12 Stationary part 13 Rotating part 21 Stationary part 22 Rotating part 23 Turbine nozzle 24 Diaphragm outer ring 25 Diaphragm inner ring 26 Turbine disk 27 Turbine rotor blade 28 Labyrinth fin 29 Shroud 30 Turbine stage 31 Main flow 32a, 32b Leakage steam 33 Rotor blade tip upstream steam leak suppression part 34 Rotor blade tip downstream steam leak suppression part 35 Shroud piece 36 Diaphragm outer ring free-cutting portion 37 Seal fin 38 Diaphragm inner ring free-cutting portion 39a, 39b Recess 40 Storage container 41 Connector 42 Projecting portion 43 Piston 44 Space chamber 45 Spring 46 Recess 47 Circumferential groove 48 Edge 4 9 Side 50 Inclined side 51 Radial groove 52 Turbine rotor

Claims (17)

タービンノズルの外周側と内周側とをダイアフラム外輪およびダイアフラム内輪とで挟設する静止部と、前記タービンノズルの下流側に位置するタービン動翼をタービンディスクに植設する回転部とを備え、前記タービン動翼の先端部側に設けたシュラウドに対設し、前記ダイアフラム外輪に設けたラビリンスフィンを備えた軸シール装置において、前記シュラウドの上流側先端と前記ダイアフラム外輪との隙間に作動蒸気の漏出を防止する動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部と、前記タービン動翼を植設する前記タービンディスクの下流側と隣設するタービンノズルを支持するダイアフラム内輪との隙間に作動蒸気の漏出を防止する動翼根元部下流側蒸気漏出抑制部とを設けたことを特徴とする軸シール装置。 A stationary part that sandwiches the outer peripheral side and inner peripheral side of the turbine nozzle between the diaphragm outer ring and the diaphragm inner ring, and a rotating part that implants the turbine rotor blade located downstream of the turbine nozzle in the turbine disk, In a shaft seal device provided with a labyrinth fin provided on the outer ring of the diaphragm, facing a shroud provided on the tip side of the turbine rotor blade, working steam is introduced into a gap between the upstream end of the shroud and the outer ring of the diaphragm. Leakage of working steam is caused in a gap between the upstream-side steam leakage suppression part for preventing the leakage and the downstream side of the turbine disk for planting the turbine blade and the inner ring of the diaphragm for supporting the adjacent turbine nozzle. A shaft seal device, comprising: a rotor blade root portion downstream side steam leakage suppression portion to prevent. 前記動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部は、シュラウドの上流側先端に突出して設けたシュラウド片と、ダイアフラム外輪に設けたダイアフラム外輪用被快削部とで構成することを特徴とする請求項1記載の軸シール装置。 2. The moving blade tip upstream steam leakage suppression portion is configured by a shroud piece that protrudes from an upstream tip of a shroud, and a diaphragm outer ring free cut portion provided in a diaphragm outer ring. The shaft seal device according to 1. 前記動翼根元部下流側蒸気漏出抑制部は、タービンディスクの下流側に設けたシールフィンと、隣接するダイアフラム内輪に設けたダイアフラム内輪用被快削部とで構成することを特徴とする請求項1記載の軸シール装置。 2. The moving blade root downstream side steam leakage suppression portion is configured by a seal fin provided on the downstream side of the turbine disk and a diaphragm inner ring free cutting portion provided on an adjacent diaphragm inner ring. The shaft seal device according to 1. 前記動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部は、ダイアフラム外輪用被快削部を収容する収容容器をダイアフラム外輪に対し、着脱自在にできる構成にしたことを特徴とする請求項1または2記載の軸シール装置。 3. The structure according to claim 1, wherein the moving blade tip upstream side steam leakage suppression portion is configured such that a housing container that houses the free-cutting portion for the diaphragm outer ring can be attached to and detached from the diaphragm outer ring. Shaft seal device. 前記動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部は、ダイアフラム外輪用被快削部を収容する収容容器に設けられ、ダイアフラム外輪に形成された空間室を摺動するピストンと、このピストンに押圧力を与えるばねとで構成することを特徴とする請求項1記載の軸シール装置。 The upstream end of the moving blade tip steam leakage suppression portion is provided in a container that houses the free-cutting portion for the diaphragm outer ring, and a piston that slides in a space chamber formed in the diaphragm outer ring and a pressing force applied to the piston. 2. The shaft seal device according to claim 1, wherein the shaft seal device comprises a spring to be applied. 前記ピストンは、先端に突出し部を備えたことを特徴とする請求項5記載の軸シール装置。 The shaft sealing device according to claim 5, wherein the piston has a protruding portion at a tip. 前記動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部は、収容容器に収容されるダイアフラム外輪用被快削部に、周方向に沿って離散的に配置するくぼみを設けたことを特徴とする請求項1、4、または5記載の軸シール装置。 2. The upstream end of the moving blade tip steam leakage suppression portion is provided with recesses arranged discretely along a circumferential direction in a free-cutting portion for a diaphragm outer ring housed in a housing container. The shaft seal device according to 4, or 5. 前記動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部は、収容容器に収容されるダイアフラム外輪用被快削部に、周方向に沿って周方向溝を設けたことを特徴とする請求項1、4、または5記載の軸シール装置。 The said moving blade front-end | tip part upstream steam leak suppression part provided the circumferential groove | channel along the circumferential direction in the free-cutting part for diaphragm outer rings accommodated in a storage container, Or the shaft seal device of 5. 前記周方向溝は、ダイアフラム外輪用被快削部の表面から内部に向って延びる平坦状の辺と、この辺の端部から前記ダイアフラム外輪用被快削部の表面に向う傾斜状に形成する傾斜辺とで形成することを特徴とする請求項8記載の軸シール装置。 The circumferential groove has a flat side extending inward from the surface of the diaphragm outer ring free-cutting portion, and an inclination formed from an end portion of the side toward the surface of the diaphragm outer ring free-cutting portion. The shaft seal device according to claim 8, wherein the shaft seal device is formed by a side. 前記動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部は、ダイアフラム外輪用被快削部に、半径方向に沿って半径方向溝を設けたことを特徴とする請求項1、4、または5記載の軸シール装置。 The shaft seal according to claim 1, 4, or 5, wherein the upstream end of the moving blade tip steam leakage suppressing portion is provided with a radial groove along a radial direction in a free cutting portion for a diaphragm outer ring. apparatus. 前記半径方向溝は、ダイアフラム外輪用被快削部の表面から直角に内部に向って延びる平坦状の辺と、この辺の端部から前記ダイアフラム外輪用被快削部の表面に向う傾斜状に形成する傾斜辺とで形成することを特徴とする請求項10記載の軸シール装置。 The radial groove is formed in a flat side extending perpendicularly from the surface of the free-cutting portion for the diaphragm outer ring toward the inside, and in an inclined shape from the end of this side toward the surface of the free-cutting portion for the diaphragm outer ring. The shaft sealing device according to claim 10, wherein the shaft sealing device is formed with an inclined side. 前記半径方向溝は、タービンロータの中心を通る半径方向線に沿って設けることを特徴とする請求項10記載の軸シール装置。 The shaft sealing device according to claim 10, wherein the radial groove is provided along a radial line passing through a center of the turbine rotor. 前記半径方向溝は、タービンロータの回転方向と逆方向で、かつ半径方向線に対して傾斜させる構成にしたことを特徴とする請求項10記載の軸シール装置。 The shaft seal device according to claim 10, wherein the radial groove is configured to be inclined in a direction opposite to a rotation direction of the turbine rotor and with respect to a radial line. 前記動翼先端部上流側蒸気漏出抑制部は、ダイアフラム外輪用被快削部に、周方向溝と半径方向溝とを組み合せて設けたことを特徴とする請求項1記載の軸シール装置。 The shaft seal device according to claim 1, wherein the upstream end of the moving blade tip steam leakage suppressing portion is provided by combining a circumferential groove and a radial groove on the diaphragm outer ring free cut portion. 前記ダイアフラム外輪用被快削部は、Ni,Cr,Al,ベントナイトおよびNi,Cr,Fe,Al,窒化ホウ素のうち、いずれかの部材を選択したことを特徴とする請求項2〜5、7〜11のうち、いずれか1項記載の軸シール装置。 The free-cutting portion for the outer ring ring is selected from Ni, Cr, Al, bentonite, Ni, Cr, Fe, Al, and boron nitride. The shaft seal device according to any one of? 前記ダイアフラム内輪用被快削部は、Ni,Cr,Al,ベントナイトおよびNi,Cr,Fe,Al,窒化ホウ素のうち、いずれかの部材を選択したことを特徴とする請求項2〜5、7〜11のうち、いずれか1項記載の軸シール装置。 8. The free-cutting portion for the inner ring of the diaphragm is selected from any of Ni, Cr, Al, bentonite, Ni, Cr, Fe, Al, and boron nitride. The shaft seal device according to any one of? 請求項1〜16記載のもののうち、いずれか1項記載のものを蒸気タービンに適用することを特徴とする軸シール装置。 A shaft seal device in which any one of claims 1 to 16 is applied to a steam turbine.
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