JP2015055186A - Seal apparatus, method for manufacturing seal apparatus, and fluid machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、シール装置及びシール装置の製造方法、流体機械に関する。 Embodiments described herein relate generally to a sealing device, a manufacturing method of the sealing device, and a fluid machine.
発電プラントに使用される蒸気タービンやガスタービンの仕事効率は、タービン動翼を回転させて動力(回転トルク)を発生させる流体量に影響している。つまり、タービンの静止部と回転部との隙間から漏出する流体を如何に低減させるかのシール技術がタービン性能を左右する。このため、動力発生に寄与しない流体の漏出を抑制するシール技術は、タービンの性能を向上させる重要な技術として位置付けられている。 The work efficiency of a steam turbine or a gas turbine used in a power plant affects the amount of fluid that generates power (rotational torque) by rotating turbine blades. In other words, the turbine technology affects the performance of the sealing technique for reducing the fluid leaking from the gap between the stationary part and the rotating part of the turbine. For this reason, the sealing technique which suppresses the leakage of the fluid which does not contribute to power generation is positioned as an important technique for improving the performance of the turbine.
このように、仕事効率向上にとって重要な技術として位置付けられているシール技術を組み込んだ蒸気タービンには、例えば図6に示すものがある。 As described above, for example, a steam turbine incorporating a sealing technique positioned as an important technique for improving work efficiency is shown in FIG.
この蒸気タービン100は、タービンロータ101に複数枚のタービン動翼102が周方向に設けられて構成された回転部103と、タービン動翼102へ蒸気を案内するタービンノズル104がダイアフラム内輪105及びダイアフラム外輪106に支持されて構成された静止部107と、を有している。
The
タービン動翼102とタービンノズル104とは対をなしてタービン段落を構成し、このタービン段落がタービンロータ101の軸方向に複数段に亘って配列されている。尚、ダイアフラム外輪106はタービンケーシング108に係合されている。
The
上述の回転部103と静止部107とは隙間109を設けて配置され、この隙間109からの蒸気の漏出が、シールフィン111を備えたシール装置110によって封止される。つまり、タービン動翼102のシュラウド112に設けられたシールフィン111が、タービン動翼102のシュラウド112とダイアフラム外輪106との隙間109からの蒸気の漏出を封止している。また、ダイアフラム内輪105に設けられたシールフィン111が、ダイアフラム内輪105とタービンロータ101との隙間109からの蒸気の漏出を封止している。
The rotating
尚、静止部107と回転部103との隙間109にシール装置110を設けた技術については、数多くの発明が開示されている。
In addition, many inventions are disclosed about the technique which provided the
図6に示すシール装置110は、蒸気タービンやガスタービン等の流体機械に従来から数多く使用されてきたが、運転中に発生する振動等によって、静止部107としてのタービンノズル104、及びこのタービンノズル104を支持するダイアフラム内外輪105、106と、回転部103としてのタービンロータ101、タービン動翼102及びシュラウド112とが接触し、シールフィン111の一部が折損もしくは減耗し、蒸気等の漏出を確実に封止することに限界があった。
The
このような状況の下、最近のシール装置110では、回転部103または静止部107のうち、シールフィン111に対峙するいずれか一方の基材に、被削性に富むアブレイダブル層(不図示)を被覆させた技術が提案されている。
Under such circumstances, in the
ところで、前記アブレイダブル層は、コーティング材中にプラスチックやグラファイトなどの強度の低い物質を分散させてあたかもスポンジのような層になっているものや、BN(ベントナイト)のような固体潤滑剤を分散させたものがあり、いずれも被削性を確保している。 By the way, the abradable layer is formed by dispersing a low-strength material such as plastic or graphite in a coating material as if it is a layer like a sponge, or a solid lubricant such as BN (bentonite). There are dispersed ones, all of which ensure machinability.
このため、アブレイダブル層は、蒸気タービン100の運転中に、振動等によってシールフィン111と静止部107または回転部108とが接触しても、シールフィン111の折損を防止できるものの、蒸気中に含まれる酸化スケール等の異物で侵食・減肉する挙動が発生する恐れがある。
For this reason, the abradable layer can prevent breakage of the seal fin 111 even if the
本発明が解決しようとする課題は、流体の漏出封止に関する信頼性を向上できるシール装置及びシール装置の製造方法、流体機械を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a sealing device, a manufacturing method of the sealing device, and a fluid machine that can improve the reliability related to fluid leakage sealing.
本実施形態に係るシール装置は、隙間を設けて配置された回転部と静止部のうち、いずれか一方にシールフィンを備えて、前記隙間からの流体の漏出を封止するシール装置において、前記シールフィンに対峙する前記回転部または前記静止部の基材にアブレイダブル層が設けられ、このアブレイダブル層は、未溶融母材の内部に固体潤滑剤を内包させて構成されたものである。 The sealing device according to the present embodiment includes a sealing fin provided in any one of a rotating unit and a stationary unit arranged with a gap, and seals leakage of fluid from the gap. An abradable layer is provided on the base of the rotating part or the stationary part facing the seal fin, and this abradable layer is configured by enclosing a solid lubricant inside an unmelted base material. is there.
以下、実施形態のシール装置及びシール装置の製造方法、流体機械を図面を参照して説明する。 Hereinafter, a sealing device, a manufacturing method of the sealing device, and a fluid machine according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は第1の実施形態のシール装置を示す図である。シール装置は、図示しないシールフィンに対峙する回転部と静止部のうち、いずれか一方の基材30にアブレイダブル層31が設けられている。アブレイダブル層31は、未溶融母材34の内部に固体潤滑剤33を内包させる構成である。未溶融母材34は、固体潤滑剤33よりも強度の高い金属材料であればよく、例えば、リン青銅などの銅系合金、アルミやCuAlなどのアルミ系合金、ホワイトメタルなどのすず系合金などの軟質な金属であってもよいし、(ニッケル基合金、コバルト基合金、高クロム系合金)などの硬質な金属であってもよい。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a sealing device according to a first embodiment. In the sealing device, an
被削性と、耐食性の双方に優れたアブレイダブル層31を形成するために、コールドスプレー法と呼ばれる成膜技術を適用する。本手法は空気、窒素またはヘリウム等の圧縮気体により、数10μmオーダーの金属微粒子を亜音速から超音速レベルにまで加速し、固相状態のまま基材に衝突させることにより皮膜を形成させる技術である。本手法は、粒子を溶融させることなく固相状態のまま成膜する点で、従来のガス炎・プラズマ溶射と決定的に異なる。
In order to form the
コールドスプレー法で施工することにより、アブレイダブル層31は、未溶融母材34の内部に固体潤滑剤33を内包させる構成となる。
By applying the cold spray method, the
図2は第1の実施形態のシール装置を静止部32に適用した具体例を示す図である。回転部35を、タービン動翼の先端に設置されたシュラウド37とし、このシュラウド37に設けられたシールフィン36に対峙する静止部32をダイアフラム外輪とし、このダイアフラム外輪の基材30にアブレイダブル層31が設けられている。
FIG. 2 is a view showing a specific example in which the sealing device of the first embodiment is applied to the
図3は本実施形態のシール装置を回転部35に適用した具体例を示す図である。静止部32をタービンノズルを支持するダイアフラム内輪とし、このダイアフラム内輪に設けられたシールフィン36に対峙する回転部35をタービンロータまたは低圧タービンロータとし、このタービンロータまたは低圧タービンロータの基材30にアブレイダブル層31が設けられている。
FIG. 3 is a view showing a specific example in which the sealing device of the present embodiment is applied to the rotating
図4は本実施形態のシール装置をシュラウド37およびシールフィン36に適用した具体例を示す図である。回転部35であるタービン動翼のシュラウド37をアブレイダブル層で形成し、このシュラウド37に設けたシールフィン36に対峙する静止部32をダイアフラム外輪としている。
FIG. 4 is a view showing a specific example in which the sealing device of the present embodiment is applied to the
ここで、静止部32又は回転部35の基材30は、マルテンサイトまたはベイナイト組成の鉄基合金である。
Here, the
また、アブレイダブル層31の固体潤滑剤33は、未溶融母材より高度が低い材料が選択され、被削性に優れる。例えば、NiCrAl合金及びBNからなる組成物、またはNiCrFeAl合金及びBNからなる組成物である。
Further, as the
アブレイダブル層31の固体潤滑剤33の割合を任意に調整し、アブレイダブル層31中の固体潤滑剤33の分散率を調整することにより、アブレイダブル層31の強度を特徴付ける未溶融母材34同士の結合率を変化させ、被削性を調整することができる。
The ratio of the
本実施形態によれば、コールドスプレー法で施工するアブレイダブル層31は未溶融なため、バルク金属の特性を反映したアブレイダブル層を形成でき、ニッケル基合金に代表される高温特性や酸化特性に優れた層を形成することができる。
According to this embodiment, since the
また、材料が溶融した後に形成されるアブレイダブル層は、材料および固体潤滑剤の高温溶融時の挙動が被削性に大きな影響を与え、被削性の調整が困難であったが、本実施形態のアブレイダブル層では、未溶融なアブレイダブル材で構成されているため、固体潤滑剤の配合割合を調整することで、容易な被削性を調整することができる。 In addition, the abradable layer formed after the material was melted had a large effect on the machinability due to the high temperature melting behavior of the material and solid lubricant, and it was difficult to adjust the machinability. Since the abradable layer of the embodiment is made of an unmelted abradable material, easy machinability can be adjusted by adjusting the blending ratio of the solid lubricant.
従来のアブレイダブルシール装置では、蒸気中に含まれる酸化スケール等の異物により、アブレイダブル層が侵食されることがあり、適用困難な部位があった。しかし、本実施形態のシール装置は、(被削性を容易に調整できるため、適用の範囲が広く、タービンの更なる効率向上が見込める。 In the conventional abradable seal device, the abradable layer may be eroded by foreign matters such as oxide scales contained in the vapor, and there are parts that are difficult to apply. However, the sealing device of the present embodiment is (the machinability can be easily adjusted, so the range of application is wide and further efficiency improvement of the turbine can be expected.
以上述べた実施形態によれば、流体の漏出封止に関する信頼性を向上できる。 According to the embodiment described above, it is possible to improve the reliability related to fluid leakage sealing.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
30 基材
31 アブレイダブル層
32 静止部
33 固体潤滑剤
34 未溶融母材
35 回転部
36 シールフィン
37 シュラウド
30
Claims (7)
前記シールフィンに対峙する前記回転部または前記静止部の基材にアブレイダブル層が設けられ、このアブレイダブル層は、未溶融母材の内部に固体潤滑剤を内包させて構成されたシール装置。 In a sealing device that includes a seal fin on one of the rotating part and the stationary part arranged with a gap and seals leakage of fluid from the gap,
An abradable layer is provided on the base of the rotating part or the stationary part facing the seal fin, and this abradable layer is a seal formed by enclosing a solid lubricant inside an unmelted base material. apparatus.
前記シールフィンに対峙する前記回転部または前記静止部の基材にコールドスプレー法を用いてアブレイダブル層を設けることにより、未溶融母材の内部に固体潤滑剤を内包させるシール装置の製造方法。 In the manufacturing method of the sealing device, which includes a seal fin in one of the rotating part and the stationary part arranged with a gap, and seals leakage of fluid from the gap,
A manufacturing method of a sealing device in which a solid lubricant is included in an unmelted base material by providing an abradable layer on a base material of the rotating part or the stationary part facing the seal fin using a cold spray method .
請求項1乃至4のいずれか1項に記載のシール装置を備えた流体機械。 A rotating part configured by providing a plurality of turbine rotor blades in the circumferential direction on a turbine rotor, and a stationary part configured by supporting a turbine nozzle for guiding a working fluid to the turbine rotor blades on a diaphragm inner ring and a diaphragm outer ring And a fluid machine having
A fluid machine comprising the sealing device according to claim 1.
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