JP2014125986A - Seal device, and rotary machine using the same - Google Patents

Seal device, and rotary machine using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2014125986A
JP2014125986A JP2012283853A JP2012283853A JP2014125986A JP 2014125986 A JP2014125986 A JP 2014125986A JP 2012283853 A JP2012283853 A JP 2012283853A JP 2012283853 A JP2012283853 A JP 2012283853A JP 2014125986 A JP2014125986 A JP 2014125986A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
seal
seal ring
segment
fins
segment body
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
JP2012283853A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shunsuke Mizumi
俊介 水見
Takeshi Kudo
健 工藤
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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 Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2012283853A priority Critical patent/JP2014125986A/en
Publication of JP2014125986A publication Critical patent/JP2014125986A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a seal ring of a rotary machine capable of reducing unnecessary leakage and improving turbine plant efficiency by minimizing reduction of the number of sheets of effective seal fins to a seal ring capable of preventing a blowing-through state of working fluid due to existence of a clearance gap of the entire butting faces while having an allowance in dimensional tolerance in manufacturing.SOLUTION: In a seal device of a rotary machine which includes an annular seal ring 10, and a plurality of seal fins 12 axially disposed on an inner peripheral face of the seal ring, and in which the seal ring is composed of a plurality of segment bodies 7a, 7b annularly connected, peripheral end portions opposed to the adjacent segment body, of the segment bodies 7a 7b are provided with segment body joining structures composed of continuous steps formed into the stair shape when observed from the radial direction.

Description

本発明は、回転機械における作動流体の漏洩を防止するためのシール装置に関する。   The present invention relates to a seal device for preventing leakage of working fluid in a rotating machine.

蒸気タービンやガスタービンなどの大型回転機械では、作動流体を密封するために、一般に回転体の周囲をケーシングで取り囲んだ構造をとる。ただし、組み立て上の都合により、通常ケーシングは上下半割り状態で製造され、回転体を内部に挟み込んだ後、組み上げられる。またその際、上下半ケーシングの合わせ面部分は、通常、一部分が外側に突き出たフランジ構造を成しており、そのフランジ部を貫通して締め付けられたボルトにより、内部の気密性が保持される。   A large rotating machine such as a steam turbine or a gas turbine generally has a structure in which a rotating body is surrounded by a casing in order to seal a working fluid. However, for the convenience of assembly, the casing is usually manufactured in a vertically split state, and is assembled after the rotating body is sandwiched inside. At that time, the mating surface portions of the upper and lower half casings usually have a flange structure in which a part protrudes to the outside, and the internal airtightness is maintained by a bolt tightened through the flange portion. .

ところで、一般的に回転体と静止体との間には隙間が存在するが、この隙間から作動流体が漏れるとエネルギーの損失に繋がるため、漏れを最小限にするためのシール機構が用いられる。このシール機構も組み上げられた状態ではリング状をしているが、組み上げ前は2分割や4分割などされたセグメント体からなるセグメント構造となっている。しかしながらケーシングの場合とは異なり、内部スペースやコスト上の問題から、それらをボルト締結することなく平滑な合わせ面を付き合わせただけで組み上げられることが一般的である。   By the way, generally there is a gap between the rotating body and the stationary body, but if the working fluid leaks from this gap, it leads to energy loss, and therefore a seal mechanism for minimizing the leakage is used. This seal mechanism also has a ring shape in the assembled state, but has a segment structure composed of segment bodies divided into two or four before assembly. However, unlike the case of the casing, it is common to assemble them simply by attaching smooth mating surfaces without fastening them by bolts because of problems with internal space and cost.

ところが、蒸気タービンやガスタービンなどで高温の作動流体下で使用された場合、運転時には製造・組立て時とは異なる大きな熱変形を受けるため、この変形量を考慮した寸法で個々のセグメント体を製造する必要が生じる。しかし、運転時の熱分布を正確に予測し、かつ予測値から求めた通りの寸法で分割された個々のシールリングを製作することは非常に困難であるため、通常はある程度の公差を許容した設計としている。したがって実際には隣り合うセグメント体の接合部には隙間が存在しており、隙間からの吹き抜けによる漏れによりエネルギーの損失を生じさせていると考えられる。   However, when used under high-temperature working fluid in steam turbines, gas turbines, etc., individual segment bodies are manufactured with dimensions that take into account this amount of deformation because they undergo large thermal deformation that differs from that during manufacture and assembly during operation. Need to do. However, since it is very difficult to accurately predict the heat distribution during operation and to produce individual seal rings divided in dimensions as determined from the predicted values, usually some tolerance was allowed. Designed. Therefore, there is actually a gap at the joint between adjacent segment bodies, and it is considered that energy is lost due to leakage due to blow-through from the gap.

この対策として、例えば特開2008−298286号公報(特許文献1)では、シールリング付き合わせ面の一方を凸形状に、またもう一方を凹形状にして、嵌め合わせる構造を提案している。この構造により、製造時の寸法公差に余裕を持たせながら、突合せ面全体が隙間を持つことによる作動流体の吹き抜け状態の回避を実現している。さらに特開2012−92829号公報(特許文献2)では同様の機構をシールリング突合せ面の半径方向にも適用した構造を提案している。   As a countermeasure, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-298286 (Patent Document 1) proposes a fitting structure in which one of the mating surfaces with a seal ring has a convex shape and the other has a concave shape. With this structure, it is possible to avoid a state where the working fluid is blown out due to a gap in the entire abutting surface while allowing a margin in dimensional tolerance during manufacturing. Furthermore, Japanese Patent Laying-Open No. 2012-92829 (Patent Document 2) proposes a structure in which the same mechanism is applied also in the radial direction of the seal ring butting surface.

特開2008−298286号公報JP 2008-298286 A 特開2012−92829号公報JP 2012-92829 A

確かに、前記特許文献1または2を用いることにより、作動流体の吹き抜け状態を回避できるが、突き合わせ面の隙間部分ではオーバラップする軸方向の有効シールフィン枚数が最大で設計値の1/3程度まで低下する箇所が生じうる。そしてこの低下量は、凹凸の段数を増加させても改善しない。   Certainly, the use of Patent Document 1 or 2 can avoid the working fluid blow-through state, but the number of effective seal fins in the axial direction that overlap in the gap portion of the abutting surface is at most about 1/3 of the design value. The point which falls to may occur. And this fall amount does not improve even if the number of steps of unevenness is increased.

ところで、通常シール装置には複数のシールフィンが備え付けられており、それらフィンの間で作られた空間とフィンの先端部の極狭い隙間との間を作動流体が通過する間に断熱膨張・圧縮を繰り返し、適度に損失を発生させながら徐々に圧力を低下させることにより通過流量の低減を図っている。有効シールフィンの枚数の低下は直接的な漏れ量の増加を招くだけではなく、局所的に大きな圧力低下が起こる箇所が生じる。大きな圧力の低下があると、作動流体が過剰に断熱膨張して大きな静温低下が起き、熱ひずみの原因となる不均一な温度分布を生じさせる可能性が高くなる。   By the way, the normal seal device is provided with a plurality of seal fins, and adiabatic expansion / compression is performed while the working fluid passes between the space created between the fins and the extremely narrow gap at the tip of the fin. Is repeated, and the passage flow rate is reduced by gradually reducing the pressure while generating a moderate loss. A decrease in the number of effective seal fins not only causes a direct increase in the amount of leakage, but also places where a large pressure drop occurs locally. When there is a large pressure drop, the working fluid excessively adiabatically expands and a large static temperature drop occurs, which increases the possibility of causing an uneven temperature distribution that causes thermal strain.

そこで本発明の目的は、製造時の寸法公差に余裕を持たせながら、セグメント体の接合部全体が隙間を持つことによる作動流体の吹き抜け状態を回避できるシールリングに対して、有効シールフィンの枚数の低下を極力小さくすることにより、不要な漏れを低減し、タービンプラント効率を向上させることができる回転機械のシール装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to increase the number of effective seal fins for a seal ring that can avoid a state where the working fluid is blown out due to a gap in the entire joint portion of the segment body while allowing a margin for dimensional tolerance during manufacture. An object of the present invention is to provide a sealing device for a rotary machine that can reduce unnecessary leakage and improve turbine plant efficiency by minimizing the decrease in the above.

上記目的は、環状のシールリングと、該シールリングの内周面に軸方向に複数設けられたシールフィンとを備え、シールリングは環状に連なる複数のセグメント体で構成される、回転機器のシール装置において、セグメント体の隣り合うシールセグメント体と接合する周方向端部に、半径方向から見て階段状に形成された連続する段差からなる接合構造を設けることにより達成される。   An object of the present invention is to provide a rotary device seal comprising an annular seal ring and a plurality of axially provided seal fins on the inner peripheral surface of the seal ring, wherein the seal ring is composed of a plurality of annularly connected segment bodies. In the apparatus, this is achieved by providing a joining structure composed of continuous steps formed in a step shape when viewed from the radial direction at the circumferential end portion joining the adjacent seal segment bodies of the segment body.

本発明によれば、製造時の寸法公差に余裕を持たせながら、セグメント体の接合部全体が隙間を持つことによる作動流体の吹き抜け状態を回避するだけでなく、シールフィンのオーバーラップを全領域に渡って設計値に近づけることができるので、計画値に限りなく近い高いシール性能を発揮させることができ、不要な漏れを低減し、タービンプラント効率を向上させることができる。   According to the present invention, not only the working fluid is blown out due to a gap in the entire joint portion of the segment body while allowing a margin for dimensional tolerance at the time of manufacture, but also the overlap of the seal fins over the entire region. Therefore, it is possible to bring the seal value close to the planned value, so that a high sealing performance as close as possible can be exhibited, unnecessary leakage can be reduced, and the turbine plant efficiency can be improved.

一般的なタービン段落の基本構造を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which represents typically the basic structure of a general turbine paragraph. 一般的な2分割型シールリングを軸方向から見た場合の模式図である。It is a schematic diagram at the time of seeing a general two division type seal ring from an axial direction. 一般的な4分割型シールリングを軸方向から見た場合の模式図である。It is a schematic diagram at the time of seeing a general 4 division type seal ring from an axial direction. 本発明の第1の実施例を模式的に示した斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a first embodiment of the present invention. 従来のシールリング端部を半径方向外側から見た模式図である。It is the schematic diagram which looked at the conventional seal ring edge part from the radial direction outer side. 本発明の第1の実施例に係るシールリングの周方向端部を半径方向外側から見た模式図である。FIG. 3 is a schematic view of the end portion in the circumferential direction of the seal ring according to the first embodiment of the present invention as viewed from the outside in the radial direction. 本発明の第1の実施例に係るシールリングの周方向端部を半径方向外側から見た模式図である。FIG. 3 is a schematic view of the end portion in the circumferential direction of the seal ring according to the first embodiment of the present invention as viewed from the outside in the radial direction. 本発明の第2の実施例に係るシールリングの周方向端部を半径方向外側から見た模式図である。It is the schematic diagram which looked at the circumferential direction edge part of the seal ring which concerns on 2nd Example of this invention from the radial direction outer side.

以下、本発明のシール装置を実施するための形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, the form for implementing the sealing apparatus of this invention is demonstrated in detail with reference to figures suitably.

本発明の第1の実施例について説明する。本発明の理解を容易にするため、最初に一般的な回転機械(蒸気タービンの例)とシール装置の基本構造について図1から図3を用いて説明した後、本実施例に係るシール装置の構造について図4を用いて説明する。そして更に、図5と図6を用いてシールリング構造に関する従来技術と本発明との差異を詳細に説明する。   A first embodiment of the present invention will be described. In order to facilitate understanding of the present invention, first, a basic structure of a general rotary machine (example of a steam turbine) and a sealing device will be described with reference to FIGS. 1 to 3, and then the sealing device according to the present embodiment will be described. The structure will be described with reference to FIG. Further, differences between the related art relating to the seal ring structure and the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

図1は一般的な蒸気タービン段落の基本構造を模式的に表した断面図である。ここで、ロータ1に連結された動翼2と、ダイヤフラム外輪4bおよび内輪4aとの間に取り付けられた静翼3とで成る一組の構成要素を段落と呼び、通常は、その段落をロータ1の軸方向に複数組備えてタービン段落全体を構成する。そしてタービン段落の周囲を1重あるいは多重のケーシングで取り囲む構造にすることにより、タービン内部の機密性を保持している。
また、ロータと静止体との間の隙間からの作動流体の漏洩防止のために、通常、ラビリンスシール等のシール装置9が用いられる。図1の例では、シール装置9は、ダイヤフラム内輪4aの内周側と、ロータ1の軸端部のシールホルダ6の内周側に用いられている。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a basic structure of a general steam turbine stage. Here, a set of components composed of the moving blade 2 connected to the rotor 1 and the stationary blade 3 attached between the diaphragm outer ring 4b and the inner ring 4a is called a paragraph, and usually the paragraph is a rotor. A plurality of sets are provided in one axial direction to constitute the entire turbine stage. And the confidentiality inside a turbine is maintained by making it the structure which surrounds the circumference | surroundings of a turbine stage with a single or multiple casing.
In order to prevent leakage of the working fluid from the gap between the rotor and the stationary body, a sealing device 9 such as a labyrinth seal is usually used. In the example of FIG. 1, the sealing device 9 is used on the inner peripheral side of the diaphragm inner ring 4 a and the inner peripheral side of the seal holder 6 at the shaft end portion of the rotor 1.

回転体であるロータの周囲に配置されるシール装置9は環状のシールリング10からなる。そしてシールリング10は通常セグメント体を環状に連ねて配置して構成される。   A sealing device 9 disposed around a rotor that is a rotating body includes an annular seal ring 10. The seal ring 10 is generally configured by arranging segment bodies in a ring shape.

図2は、一般的な2分割型シールリングをロータ1の回転軸方向から見た場合の模式図である。シールリング10は、二つの半環状のセグメント体7a、7bからなる。各セグメント体7a、7bの軸方向側面は、通常凹凸形状を有しており、この凹凸をダイヤフラム内輪4aや軸端部のシールホルダ6に嵌め合わせてシールリング10が保持される。また、各セグメント体7a、7bの周方向端部は、一般的には平滑な平面に形成されており、セグメント体7a、7bの接合部11で対向する周方向端部同士をつき合わせることにより環状のシールリング10を成す。   FIG. 2 is a schematic view of a general two-divided seal ring as viewed from the rotation axis direction of the rotor 1. The seal ring 10 includes two semi-annular segment bodies 7a and 7b. The side surfaces in the axial direction of the segment bodies 7a and 7b usually have a concavo-convex shape, and the concavo-convex shape is fitted to the diaphragm inner ring 4a and the seal holder 6 at the shaft end to hold the seal ring 10. Moreover, generally the circumferential direction edge part of each segment body 7a, 7b is formed in the smooth plane, and the circumferential direction edge part which opposes in the junction part 11 of segment body 7a, 7b is put together. An annular seal ring 10 is formed.

図3は、一般的な4分割型シールリングをロータ1の回転軸方向から見た場合の模式図である。4分割型シールリングは、図2に示した2分割型シールリングをさらに2分割したものである。4分割型シールリングは、セグメント体7a、7b、7c、7dの4つからなり、これらを円環状に配置して環状のシールリング10を構成する。   FIG. 3 is a schematic view of a general four-divided seal ring as viewed from the rotation axis direction of the rotor 1. The four-part seal ring is obtained by further dividing the two-part seal ring shown in FIG. 2 into two parts. The four-part seal ring includes four segment bodies 7 a, 7 b, 7 c, and 7 d, and these are arranged in an annular shape to constitute an annular seal ring 10.

ところで背景技術で述べたように、このようなシール装置を高温の作動流体下で使用した場合は、運転時の熱ひずみ量を考慮した寸法でシールリングを製造する必要が生じる。しかし、運転時の熱分布を正確に予測し、かつ予測値から求めた通りの寸法でシールリングを製作することは非常に困難であるため、通常はある程度の公差を許容した設計としている。したがって実際には隣り合うセグメント体の間、例えば図2において、セグメント体7aとセグメント体7bの対向する周方向端部の突合せ面間には隙間が存在し、その隙間を吹き抜けた漏れによりエネルギーの損失を生じさせていると考えられる。   By the way, as described in the background art, when such a sealing device is used under a high-temperature working fluid, it is necessary to manufacture a seal ring with a dimension that takes into account the amount of thermal strain during operation. However, since it is very difficult to accurately predict the heat distribution during operation and to produce a seal ring with the dimensions obtained from the predicted values, the design is usually tolerated by some tolerance. Therefore, in practice, there is a gap between adjacent segment bodies, for example, in FIG. 2, between the butted surfaces of the opposed circumferential ends of the segment bodies 7a and 7b. This is considered to cause a loss.

特に図1で例示しているように、ロータ1の軸端部ではシール装置9を多段に配置して徐々に減圧し、外部との大きな圧力差を解消することにより漏れ量を低減している。しかし多段に設けたシール装置9おいて、シールリング10をなすセグメント体間の接合部位置は各シールリングで通常揃っている。そのため、セグメント体の平面形状をした突合せ面で隙間流れが生じた場合、シール装置の複数段に渡って吹き抜けが生じ、その両端で生じる大きな圧力差(または圧力比)により漏れ量が想定以上に増加する恐れが生じる。   In particular, as illustrated in FIG. 1, the sealing device 9 is arranged in multiple stages at the shaft end portion of the rotor 1 to gradually reduce the pressure, thereby reducing the amount of leakage by eliminating a large pressure difference from the outside. . However, in the sealing devices 9 provided in multiple stages, the positions of the joint portions between the segment bodies forming the seal ring 10 are usually aligned in each seal ring. For this reason, when a gap flow occurs at the abutting surface having a planar shape of the segment body, a blow-out occurs over a plurality of stages of the sealing device, and the leakage amount is larger than expected due to a large pressure difference (or pressure ratio) generated at both ends. There is a risk of an increase.

更にこの大きな圧力差(または圧力比)により作動流体が大きく断熱膨張・静温降下した場合は、局所的な熱ひずみも助長されるため、より一層漏れ量が増加する恐れが生じる。   Furthermore, when the working fluid is greatly adiabatic expansion / static temperature drop due to this large pressure difference (or pressure ratio), local thermal strain is also promoted, which may further increase the amount of leakage.

この対策として、周方向に隣り合うセグメント体の対向する突合せ面の一方を凸形状に、またもう一方を凹形状にして嵌め合わせる構造が提案されている。確かにこの構造により、製造時の寸法公差に余裕を持たせながら、接合部全体が隙間を持つことによる作動流体の吹き抜け状態を回避できる。しかしこれでもなお接合部の隙間部分では、軸方向の有効シールフィン枚数が最大で設計値の1/3程度まで低下する箇所が生じうる。そしてこの低下量は、凹凸の段数を増加させても改善しない。   As a countermeasure against this, a structure has been proposed in which one of the facing butting surfaces of the segment bodies adjacent in the circumferential direction is fitted in a convex shape and the other in a concave shape. Certainly, with this structure, it is possible to avoid a state in which the working fluid is blown out due to a gap in the entire joint, while allowing a margin for dimensional tolerance during manufacture. However, even in this case, in the gap portion of the joint portion, there may occur a portion where the number of effective seal fins in the axial direction is reduced to about 1/3 of the design value at the maximum. And this fall amount does not improve even if the number of steps of unevenness is increased.

また、有効シールフィンの枚数の低下は直接的な漏れ量の増加を招くだけではなく、局所的に大きな圧力低下が起こる箇所が生じる。大きな圧力の低下があると、作動流体が過剰に断熱膨張して大きな静温低下が起き、更なる熱ひずみの原因となる不均一な温度分布を生じさせる可能性が高くなる。   Further, the reduction in the number of effective seal fins not only directly increases the leakage amount, but also causes a location where a large pressure drop occurs locally. When there is a large pressure drop, the working fluid excessively adiabatically expands and a large static temperature drop occurs, which increases the possibility of generating a non-uniform temperature distribution that causes further thermal strain.

本発明は、上記したような問題点を解決するものでる。   The present invention solves the above-described problems.

本発明の第1の実施例を、図4を用いて説明する。図4は、本発明に係る第1の実施例を模式的に示した斜視図であり、シールリング10の任意の接合部11の近傍(部分表示)をリング内周側から見た斜視図である。なお符号11で示した円形の点線は、図4の構造が図2で示した2分割型のシールリングの接合部11または、図3に示した4分割型シールリングに適用した例であることを示している。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a perspective view schematically showing a first embodiment according to the present invention, and is a perspective view of the vicinity (partial display) of an arbitrary joint 11 of the seal ring 10 as seen from the inner peripheral side of the ring. is there. 4 is an example in which the structure of FIG. 4 is applied to the joint portion 11 of the two-part seal ring shown in FIG. 2 or the four-part seal ring shown in FIG. Is shown.

セグメント体7a、7bの内周面には半径方向に突起するシールフィン12がロータの回転軸方向に複数設けられており、フィンとフィンの間には半径方向にやや広い空間が形成されている。この複数のシールフィン12とその間の空間によりシール装置としての効果を発揮している。   A plurality of seal fins 12 projecting in the radial direction are provided on the inner peripheral surfaces of the segment bodies 7a and 7b in the rotational axis direction of the rotor, and a slightly wider space is formed between the fins and the fins in the radial direction. . The plurality of seal fins 12 and the space therebetween provide an effect as a sealing device.

本実施例のシールリング10では、組立て時に嵌合するように、対向するセグメント体7a、7bの周方向端部が階段状の段差を有するように形成されている。セグメント体7bの周方向端部には、隣り合うセグメント体7aと接合する接合構造が形成されている。そして接合構造として回転軸方向に平行な軸方向面8aと軸方向に対して垂直な周方向面8bを回転軸方向に交互に設けてなる階段状の段差が形成されている。階段状の段差は、セグメント体の回転軸方向の一端から他方の端まで連続して形成されている。   In the seal ring 10 of the present embodiment, the end portions in the circumferential direction of the opposing segment bodies 7a and 7b are formed to have stepped steps so as to be fitted during assembly. A joining structure that joins the adjacent segment body 7a is formed at the circumferential end of the segment body 7b. As a joining structure, stepped steps are formed by alternately providing axial surfaces 8a parallel to the rotational axis direction and circumferential surfaces 8b perpendicular to the axial direction in the rotational axis direction. The step-like step is continuously formed from one end of the segment body in the rotation axis direction to the other end.

一方、対向するセグメント体7aの周方向端部にも、セグメント体7bの周方向端部と噛み合うように接合構造が形成されている。この接合構造も軸方向に平行な軸方向面と軸方向に垂直な周方向面を軸方向に交互に設けてなる階段状の段差が形成されている。   On the other hand, a joining structure is also formed at the circumferential end portion of the opposing segment body 7a so as to mesh with the circumferential end portion of the segment body 7b. This joint structure also has stepped steps formed by alternately providing axial surfaces parallel to the axial direction and circumferential surfaces perpendicular to the axial direction in the axial direction.

図4の例では段差が3段の場合を示したが、実際の製造に当たってはこの限りではない。また、軸方向あるいは周方向の段差の切り込み長さも同一である必要はなく、熱歪みや製造時公差を考慮しても、嵌合した際に軸方向にシールフィンの重なりが得られる程度の寸法であれば良い。そしてこのような構成にすることにより、製造時の寸法公差に余裕を持たせながら、突合せ面全体が隙間を持つことによる作動流体の吹き抜け状態を回避できることが分かるが、これについては次に説明する。   In the example of FIG. 4, a case where there are three steps is shown, but this is not the case in actual manufacturing. In addition, the cut lengths of the steps in the axial direction or the circumferential direction do not need to be the same, and even if thermal distortion and manufacturing tolerances are taken into account, the dimensions are such that the seal fins overlap in the axial direction when fitted. If it is good. And it can be seen that such a configuration can avoid a state where the working fluid is blown out due to a gap in the entire abutting surface while allowing a margin in dimensional tolerance at the time of manufacture. This will be described next. .

次に図5と図6を用いて、シールリング10の接合部11の構造に関する従来技術と本実施例との差異を詳細に説明する。図5は、従来技術である凹凸形状を持つシールリングの接合部を半径方向外側から見た図である。また図6は、本発明に係る第1の実施例を示すシールリングの接合部を半径方向外側から見た図である。ここで図5および図6の実線はシールフィン12の頭頂部を、また符合20を付した矢印は作動流体の流れの一部を表している。図5では、セグメント体7aの周方向端部とセグメント体7bの周方向端部との間に形成された間隙部13において、オーバーラップするシールフィンからなる有効シール枚数が計画(全シールフィン枚数)の1/3に低下した部分を作動流体が通過している様子を示している。そしてこの低下量は、凹凸の段数を増加させても改善しない。   Next, with reference to FIGS. 5 and 6, the difference between the related art relating to the structure of the joint portion 11 of the seal ring 10 and the present embodiment will be described in detail. FIG. 5 is a view of a joint portion of a seal ring having a concavo-convex shape according to the prior art as viewed from the outside in the radial direction. FIG. 6 is a view of the joint portion of the seal ring showing the first embodiment according to the present invention as seen from the outside in the radial direction. Here, the solid line in FIGS. 5 and 6 represents the top of the seal fin 12, and the arrow with reference numeral 20 represents a part of the flow of the working fluid. In FIG. 5, the number of effective seals composed of overlapping seal fins in the gap 13 formed between the circumferential end of the segment body 7a and the circumferential end of the segment body 7b is planned (total number of seal fins). ) Shows a state in which the working fluid passes through a portion that is reduced to 1/3. And this fall amount does not improve even if the number of steps of unevenness is increased.

一方で本発明のシールリングでは、セグメント体7aとセグメント体7bの間の間隙部13において、図6に示すように、例えば軸方向3段等分割の階段形状の時でオーバーラップする有効シール枚数は計画(全シールフィン)の2/3までにしか低下しない。そして原理的には、段数の増加と共に有効シール枚数の低下量も小さくなる。例えば4段等分割では、有効シール枚数は計画の3/4、5段等分割では計画の4/5、N段では計画のN−1/Nの有効シール枚数を確保できることになる。   On the other hand, in the seal ring of the present invention, as shown in FIG. 6, the number of effective seals that overlap when the gap portion 13 between the segment body 7a and the segment body 7b has, for example, a three-stage axially divided step shape. Falls only to 2/3 of the planned (all seal fins). In principle, the amount of reduction in the number of effective seals decreases as the number of stages increases. For example, in the four-stage equal division, the number of effective seals can be ensured to be 3/4 of the plan, 4/5 of the plan in the case of five-stage division, and N-1 / N in the N-stage.

以上、本実施例のシールリング構造によれば、製造時の寸法公差に余裕を持たせながら、突合せ面全体が隙間を持つことによる作動流体の吹き抜け状態を回避するだけでなく、シールフィンのオーバーラップを全領域に渡って設計値に近づけることができるので、計画値に限りなく近い高いシール性能を発揮させることができる。それにより不要な漏れを低減し、タービンプラント効率を向上させることができる。   As described above, according to the seal ring structure of the present embodiment, not only does the working fluid blown out due to the clearance between the entire butted surfaces, while allowing a margin in dimensional tolerance during manufacturing, the overfilling of the seal fins can be avoided. Since the wrap can be brought close to the design value over the entire region, it is possible to exhibit high sealing performance as close as possible to the planned value. Thereby, unnecessary leakage can be reduced and turbine plant efficiency can be improved.

なお、本実施例は、図2または3に示した2分割型もしくは4分割型シールリングに限定されるものではなく、複数分割されているシールリングに適用可能である。   The present embodiment is not limited to the two-part or four-part seal ring shown in FIG. 2 or 3, but can be applied to a seal ring that is divided into a plurality of parts.

また、蒸気タービンのみならず、ガスタービン等のその他の回転機械にも適用可能である。   Moreover, it is applicable not only to a steam turbine but also to other rotating machines such as a gas turbine.

次に、本発明の第2の実施例について図7および図8を用いて説明する。説明を容易にするため、図7により実施例1における課題を指摘し、その上で改良構造(第2の実施例)を、図8を用いて説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. For ease of explanation, the problems in the first embodiment are pointed out with reference to FIG. 7, and the improved structure (second embodiment) is described with reference to FIG.

図7は、本発明に係る第1の実施例を示すシールリング端部を半径方向外側から見た図である。実線はシールフィン12の頭頂部を、点線はシールリングの周方向端部でフィン同士の間の低い部分を、また符合20aを付した矢印は作動流体の流れの一部を表す。各セグメント体7a、7bの側面には軸方向圧力差によるスラスト力が加わっている。そのため周方向端部14の階段状に形成された段差の周方向面の何れかでセグメント体7a、7bが接触する。その位置を図7では符号30で示した。図7に示すように、階段状端部の段差の周方向面の何れかでセグメント体7a、7bが接触する実施例1の構造により、隙間部13からの作動流体の吹き抜けを回避でき、更に有効フィン枚数を高い状態に保つことが可能である。しかしながら周方向端部14では、フィンとフィンとの間はフィンの有る部分に比べ半径方向にやや広い空間が存在する。そのやや広い空間を通って作動流体が漏洩する可能性が僅かながら存在する。その様子を矢印20aで示した。   FIG. 7 is a view of the seal ring end portion according to the first embodiment of the present invention as viewed from the outside in the radial direction. The solid line represents the top of the seal fin 12, the dotted line represents the lower portion between the fins at the circumferential end of the seal ring, and the arrow with reference numeral 20a represents part of the flow of the working fluid. A thrust force due to an axial pressure difference is applied to the side surfaces of the segment bodies 7a and 7b. Therefore, the segment bodies 7a and 7b come into contact with any one of the circumferential surfaces of the steps formed in a stepped shape at the circumferential end 14. The position is indicated by reference numeral 30 in FIG. As shown in FIG. 7, the structure of Example 1 in which the segment bodies 7a and 7b are in contact with any one of the circumferential surfaces of the stepped end portion can prevent the working fluid from being blown out from the gap portion 13. It is possible to keep the number of effective fins high. However, at the circumferential end 14, there is a slightly larger space in the radial direction between the fins than the portion where the fins are present. There is a slight possibility of the working fluid leaking through that rather large space. This is indicated by the arrow 20a.

図8は、本発明に係る第2の実施例を示すシールリング端部を半径方向外側から見た図である。実線はシールフィン12の頭頂部を表している。また本実施例では、各セグメント体7a、7bの周方向端部において、フィンとフィンとの間をシールフィン先端部と同程度の半径高さ位置になるように加工し、漏洩流体がフィン間を周方向に流れるのを塞ぐ
堰15を設けている。これにより周方向端部でフィン間に半径方向に広い空間は存在しなくなり、不用な漏洩は確実に低減できる。ここで符号20を付した矢印は作動流体の流れの一部を表しており、作動流体が簡単に素通りできる広い流路が無い様子を示している。なお、階段状接合部の軸方向寸法を調整すれば比較的簡単に接地側面位置30をあらかじめ決めることができるので、図7の20aで示した漏洩ルートもある程度事前予測が可能である。そのため、実際には接合部全体の端部高さを調整する必要はなく、想定ルート上で半径方向の空間が広い箇所のみ加工して堰15を設けても良い。
FIG. 8 is a view of the seal ring end portion according to the second embodiment of the present invention as viewed from the outside in the radial direction. The solid line represents the top of the seal fin 12. Further, in this embodiment, at the circumferential ends of the segment bodies 7a and 7b, the gap between the fins is processed so as to have the same radial height as the tip of the seal fin, and the leakage fluid flows between the fins. A weir 15 is provided to block the flow in the circumferential direction. Thereby, there is no wide space in the radial direction between the fins at the end in the circumferential direction, and unnecessary leakage can be reliably reduced. Here, an arrow with a reference numeral 20 represents a part of the flow of the working fluid, and shows that there is no wide flow path through which the working fluid can be easily passed. In addition, since the ground contact side surface position 30 can be determined in advance relatively easily by adjusting the axial dimension of the stepped joint, the leakage route indicated by 20a in FIG. 7 can be predicted to some extent. Therefore, in practice, it is not necessary to adjust the height of the end of the entire joint, and the weir 15 may be provided by processing only a portion having a large radial space on the assumed route.

したがって、本実施例のシールリング構造によれば、製造時の寸法公差に余裕を持たせながら、突合せ面全体が隙間を持つことによる作動流体の吹き抜け状態を回避するだけでなく、より一層、計画値に近い高いシール性能を発揮させることができる。それにより不要な漏れを低減し、タービンプラント効率を向上させることができる。   Therefore, according to the seal ring structure of the present embodiment, not only does the working fluid blow-through state due to the gap between the entire butted surfaces not only avoiding the dimensional tolerance at the time of manufacture, but also planning. High sealing performance close to the value can be exhibited. Thereby, unnecessary leakage can be reduced and turbine plant efficiency can be improved.

1 ロータ
2 動翼
3 静翼
4a ダイヤフラム内輪
4b ダイヤフラム外輪
5 内部ケーシング
6 シールホルダ
7a,b,c,d セグメント体
9 シール装置
10 シールリング
12 シールフィン
15 堰
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor 2 Rotor blade 3 Stator blade 4a Diaphragm inner ring 4b Diaphragm outer ring 5 Inner casing 6 Seal holder 7a, b, c, d Segment body 9 Sealing device 10 Seal ring 12 Seal fin 15 Weir

Claims (4)

環状のシールリングと、該シールリングの内周面に軸方向に複数設けられたシールフィンとを備え、前記シールリングは環状に連なる複数のセグメント体で構成される、回転機械のシール装置であって、
前記セグメント体の隣り合うシールセグメント体と対向する周方向端部に、半径方向から見て階段状に形成された連続する段差からなるセグメント体接合構造を有することを特徴とするシール装置。
A rotary machine seal device comprising an annular seal ring and a plurality of axially provided seal fins on the inner peripheral surface of the seal ring, wherein the seal ring is composed of a plurality of annularly linked segment bodies. And
A seal device comprising a segment body joining structure comprising continuous steps formed in a step shape when viewed from the radial direction at an end in a circumferential direction facing an adjacent seal segment body of the segment body.
前記セグメント体接合構造は、軸方向に延伸する軸方向面と、周方向に延伸する周方向面をシールリングの軸方向の一端から他端に向かって交互に設けて形成されていることを特徴とする請求項1に記載のシール装置。   The segment body joining structure is formed by alternately providing an axial surface extending in the axial direction and a circumferential surface extending in the circumferential direction from one end to the other end in the axial direction of the seal ring. The sealing device according to claim 1. 前記セグメント体の周方向端部の前記シールフィン間に、シールフィン先端部と同程度の半径高さの堰を有することを特徴とする請求項1または2に記載のシール装置。   3. The sealing device according to claim 1, wherein a weir having a radial height similar to that of a tip end portion of the seal fin is provided between the seal fins at a circumferential end portion of the segment body. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のシール装置を回転軸と静止体との間に備えることを特徴とする回転機械。   A rotary machine comprising the seal device according to any one of claims 1 to 3 between a rotary shaft and a stationary body.
JP2012283853A 2012-12-27 2012-12-27 Seal device, and rotary machine using the same Pending JP2014125986A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012283853A JP2014125986A (en) 2012-12-27 2012-12-27 Seal device, and rotary machine using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012283853A JP2014125986A (en) 2012-12-27 2012-12-27 Seal device, and rotary machine using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014125986A true JP2014125986A (en) 2014-07-07

Family

ID=51405678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012283853A Pending JP2014125986A (en) 2012-12-27 2012-12-27 Seal device, and rotary machine using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014125986A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019100436A (en) * 2017-11-30 2019-06-24 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Shaft seal device, and rotary machine
CN110219703A (en) * 2019-07-09 2019-09-10 大连保税区华鸿工业技术有限公司 Large size favourable turn hazardous gas hydraulic seal device
CN113090340A (en) * 2021-04-08 2021-07-09 沈阳航空航天大学 Active clearance control labyrinth seal based on shape memory alloy
JPWO2021246029A1 (en) * 2020-06-04 2021-12-09

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019100436A (en) * 2017-11-30 2019-06-24 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Shaft seal device, and rotary machine
CN110219703A (en) * 2019-07-09 2019-09-10 大连保税区华鸿工业技术有限公司 Large size favourable turn hazardous gas hydraulic seal device
CN110219703B (en) * 2019-07-09 2024-02-09 大连保税区华鸿工业技术有限公司 Large-scale transfer machine dangerous gas hydraulic sealing device
JPWO2021246029A1 (en) * 2020-06-04 2021-12-09
WO2021246029A1 (en) * 2020-06-04 2021-12-09 株式会社大阪送風機製作所 Blower
CN114207287A (en) * 2020-06-04 2022-03-18 株式会社大阪送风机制作所 Blower fan
JP7319636B2 (en) 2020-06-04 2023-08-02 株式会社大阪送風機製作所 Blower
CN114207287B (en) * 2020-06-04 2024-05-14 株式会社大阪送风机制作所 Blower fan
CN113090340A (en) * 2021-04-08 2021-07-09 沈阳航空航天大学 Active clearance control labyrinth seal based on shape memory alloy
CN113090340B (en) * 2021-04-08 2023-02-14 沈阳航空航天大学 Active clearance control labyrinth seal based on shape memory alloy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5038789B2 (en) Seal assembly and rotary machine with "L" shaped butt gap seal between segments
US8858166B2 (en) Rotary machine seal assembly with butt gap seal elements
WO2016021330A1 (en) Stator blade, gas turbine, split ring, method for modifying stator blade, and method for modifying split ring
JP2005320965A (en) Stationary ring assembly for gas turbine
US9759081B2 (en) Method and system to facilitate sealing in gas turbines
US9200519B2 (en) Belly band seal with underlapping ends
KR101812402B1 (en) Hybrid sealing structure of a turbine
JP2012092829A (en) Seal apparatus
JP2015110947A (en) L brush seal for turbomachinery application
JP2015094472A (en) Methods and systems for sealing rotary machine using segmented seal ring
US11319825B2 (en) Sealing device and rotary machine
EP3032149B1 (en) Sealing device, rotating machine, and method for manufacturing sealing device
JP2014125986A (en) Seal device, and rotary machine using the same
JP2009203948A (en) Seal device, seal method and gas turbine having seal device
JP2020070773A (en) Gas turbine combustor
EP3073056B1 (en) Wire seal
JP2007113458A (en) Honeycomb seal structure for turbine
KR101973313B1 (en) Sealing device and rotating machine
JP2010106778A (en) Seal structure for steam turbine and steam turbine
JP2012102872A (en) Seal assembly segment joints
KR102256876B1 (en) Axially faced seal system
JP5713937B2 (en) SEALING DEVICE, GAS TURBINE HAVING SEALING DEVICE
EP0919701B2 (en) Sealing structure for joint surfaces of flanges of gas turbine
WO2015146895A1 (en) Steam turbine
JP2014040800A (en) Steam turbine

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20140828