JP2017008730A - Steam turbine seal device and steam turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、蒸気タービンの回転部と静止部との隙間に設けられ、蒸気の漏れを
抑制するための蒸気タービンシール装置およびそのシール装置を適用する蒸気タービンに
関する。
Embodiments of the present invention relate to a steam turbine seal device that is provided in a gap between a rotating portion and a stationary portion of a steam turbine and suppresses steam leakage, and a steam turbine to which the seal device is applied.
蒸気タービン内部で発生する損失の約20%は、回転部である動翼先端部からの蒸気漏
洩による損失である。
About 20% of the loss generated inside the steam turbine is loss due to steam leakage from the tip of the rotor blade, which is a rotating part.
従来の技術では、Ni基合金、Co基合金またはMCrAlY合金系の粉末を用いて溶
射を行い、蒸気タービンの静止部にコーティングしてシールを形成させることが検討され
ている。
In the prior art, it has been studied to perform thermal spraying using a powder of a Ni-base alloy, a Co-base alloy, or a MCrAlY alloy system, and coat a stationary portion of a steam turbine to form a seal.
また、Ni、CrおよびAlに粘土を混合してプレス加工、焼結、ろう付け又は溶射に
より蒸気タービンの静止部にシールを形成させることも検討されている。
In addition, it has been studied to mix clay in Ni, Cr and Al and form a seal on the stationary part of the steam turbine by pressing, sintering, brazing or spraying.
しかしながらNi基合金、Co基合金またはMCrAlY合金系の粉末を用いて溶射を
行い、蒸気タービンの静止部にコーティングしてシールを形成させる方法において、コー
ティング自身は多孔質の材質であり、動翼の先端に取り付けられているフィンに対する被
削性は有しているが、蒸気タービンの回転部と静止部との隙間に流れて来る蒸気に対する
耐エロージョン性は劣っている。そのため、シールは流れ蒸気によるエロージョン現象が
生じ、短期間で消失する場合が考えられている。
However, in the method of spraying using Ni-based alloy, Co-based alloy or MCrAlY alloy-based powder and coating the stationary part of the steam turbine to form a seal, the coating itself is a porous material, Although it has machinability with respect to the fin attached to the tip, the erosion resistance against the steam flowing in the gap between the rotating part and the stationary part of the steam turbine is inferior. Therefore, it is considered that the erosion phenomenon caused by the flowing steam occurs and the seal disappears in a short period of time.
本発明が解決しようとする課題は、動翼または静翼の先端に取り付けているフィンに対
する被削性と、流れ蒸気に対する耐エロージョン性を兼備する蒸気タービンシール装置お
よび蒸気タービンを提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to provide a steam turbine seal device and a steam turbine that have both machinability for fins attached to the tips of moving blades or stationary blades and erosion resistance against flowing steam. .
本実施形態に係る蒸気タービンシール装置は、隙間を設けて配置された回転部と静止部
のうち、いずれか一方にその本体に複数のシールフィンを備えて、前記隙間からの蒸気の
漏出を封止する蒸気タービンシール装置において、このシールフィンを金属製のシールフ
ィンとしたことを特徴とする。
The steam turbine seal device according to the present embodiment includes a plurality of sealing fins in the main body of either the rotating part or the stationary part arranged with a gap, and seals the leakage of steam from the gap. In the steam turbine seal device to be stopped, the seal fin is a metal seal fin.
また、本実施形態に係る蒸気タービンは、その蒸気タービンの高圧部、中圧部および低圧
部の静翼または動翼の外輪シールおよび内輪シールのいずれかに上記蒸気タービンシール
装置を適用することを特徴とする。
In the steam turbine according to the present embodiment, the steam turbine seal device is applied to any one of the outer ring seal and the inner ring seal of the stationary blade or the moving blade of the high pressure portion, the intermediate pressure portion, and the low pressure portion of the steam turbine. Features.
本発明の実施形態に係る蒸気タービンシール装置および蒸気タービンによれば、動翼の
先端に取り付けているフィンに対する被削性と、流れ蒸気に対する耐エロージョン性を兼
備させて、蒸気漏れによる性能低下を抑制することができ、かつ使用寿命を向上させるこ
とができる。
According to the steam turbine seal device and the steam turbine according to the embodiment of the present invention, the machinability with respect to the fin attached to the tip of the moving blade and the erosion resistance with respect to the flowing steam are combined, and the performance degradation due to steam leakage is reduced. It can be suppressed and the service life can be improved.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、本発明の実施形態を示す蒸気タービンシール装置の要部拡大断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a steam turbine seal device showing an embodiment of the present invention.
図1において、蒸気タービンシール装置1は金属製のシールフィン2を有している。この
金属製のシールフィン2は、その材質として蒸気タービンシール装置1本体を含め炭素鋼
、低合金鋼、ステンレス鋼、高クロム(Cr)鋼、ニッケル(Ni)基合金鋼、コバルト
(Co)基合金鋼、チタン(Ti)またはチタン合金、銅(Cu)または銅合金、アルミ
(Al)またはアルミ合金のいずれかによって構成されている。
In FIG. 1, a steam
この蒸気タービンシール装置1は、シールフィン」および本体を含めて一定の密度を持つ
金属単体または合金によって構成されるため、流れ蒸気に対する一定の耐エロージョン性
を有している。
The steam
蒸気タービンシール装置1において、流れ蒸気に対する耐エロージョン性を向上させるた
め、蒸気タービンシール装置1の表面は、拡散処理またはコーティング処理により、表面
硬さが1500Hv以上を有し、耐エロージョン性と耐高温酸化性を兼備している。
In order to improve the erosion resistance to the flowing steam in the steam
表面硬さが1500Hvにする理由において、従来の蒸気タービン内部のエロージョン対
策として表面処理や肉盛溶接により対象物の表面硬さを約500Hv〜1500Hvにす
る実績があることである。
The reason why the surface hardness is 1500 Hv is that the surface hardness of the object is about 500 Hv to 1500 Hv by surface treatment or overlay welding as a countermeasure against erosion inside the conventional steam turbine.
本実施形態における蒸気タービンシール装置1の表面拡散処理は窒化処理、ホウ化処理な
どの技術を用いて行う。また、本実施形態における蒸気タービンシール装置1の表面コー
ティング処理はPVD(物理蒸着法)またはCVD(化学蒸着法)コーティング技術を用
いてTiN、TiAlNなどのコーティングを行う。
The surface diffusion treatment of the steam
一方、蒸気タービンシール装置1のシールフィン2とシールフィン2との間には、このシ
ールフィン2よりも被削性が良い充填物3を用いた充填部3が形成されている。この充填
部3は、例えば、Co、Ni、Cr、Al、Yまたはそれらの合金粉末を用いて溶射する
ことによって形成することが可能である。
On the other hand, between the
図2は、蒸気タービンシール装置1を用いて、蒸気タービン静止部4に取り付けた実施形
態を示す要部拡大断面図である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing an embodiment attached to the steam turbine
蒸気タービンシール装置1は、蒸気タービン静止部4に溶接、接着または機械的に取り付
けられている。
The steam
図3は、蒸気タービン静止部4に取り付けた蒸気タービンシール装置1と蒸気タービン回
転部5のフィン6との位置関係の概略を示す。蒸気タービン静止部4に蒸気タービンシー
ル装置1を取り付けることにより、蒸気の漏れを最小限に抑制することができる。
FIG. 3 schematically shows the positional relationship between the steam
なお、蒸気タービンシール装置1を蒸気タービン回転部5に配置し、蒸気タービン静止部
4にフィン6を設置しても同様の効果を得ることができる。
The same effect can be obtained even if the steam
以上説明したとおり、本実施形態では、蒸気タービンの回転部5の先端に取り付けてい
るフィン6に対する被削性と、蒸気に対する耐エロージョン性を兼備する蒸気タービンシ
ール装置1を、蒸気タービンの静止部4に適用することによって、蒸気の漏れを最小限に
抑制することと同時に、万が一回転部5の先端に取り付けているフィン6が、蒸気タービ
ンシール装置1に接触しても、フィン6の損傷は最小限に抑えられる。
As described above, in this embodiment, the steam
また、流れ蒸気が蒸気タービンシール装置1に当たっても、表面が硬く処理されて150
0Hv以上の表面硬度を持つフィン2は耐エロージョン性に優れているため、充填物3を
保護することもできる。
Further, even if the flowing steam hits the steam
Since the
また、シールフィン2とシールフィン2の間に充填物3が充填されることにより、シール
フィン2は流れ蒸気の圧力によって押倒されることが抑制される。
Moreover, since the
本実施形態によれば、蒸気タービンシール装置1は、充填物3が多孔質のものであり、蒸
気タービンの回転部5の先端に取り付けているフィン6に対する被削性があるため、万が
一、フィン6が蒸気タービンシール装置1に接触しても、フィン6の損傷は最小限に抑え
られ、フィン6の使用期間を長くすることができる。
According to the present embodiment, the steam
一方、蒸気タービンシール装置1は流れ蒸気に対する耐エロージョン性を有するため、蒸
気エロージョンによる減肉は最小限に抑えられ、蒸気タービンシール装置1の使用期間を
長くすることができる。フィン6と蒸気タービンシール装置1の使用状態が良好であれば
、蒸気タービンの蒸気漏れによる性能低下を抑制することができる。
On the other hand, since the steam
(第2実施形態)
図4は、本発明の他の実施形態である蒸気タービンシール装置1のフィン2の形状を示
す断面図であり(a)はシールフィンの断面図、(b)は(a)のA部拡大断面図である
。
(Second Embodiment)
4A and 4B are cross-sectional views showing the shape of the
図4に示すように、シールフィン2はプレート型を有し、断面は三角形または四角形で、
先端を尖状に形成されている。蒸気タービンの回転部5のフィン6と接触することを考慮
してシールフィン2の先端を尖状に形成したことにより、フィン6と接触する際に折れや
すく、または破砕しやすくしたことを特徴とする。
As shown in FIG. 4, the
The tip has a pointed shape. Considering contact with the
図5は、本発明の他の実施形態である蒸気タービンシール装置1のシールフィン2の肉厚
の寸法を示す図であり、(a)はシールフィンの断面図、(b)は(a)のB部拡大断面
図である。
FIG. 5 is a view showing the thickness dimension of the
蒸気タービンシール装置1のシールフィン2の肉厚は、蒸気タービンの回転部5のフィン
6と接触することを考慮して2mmを超えるのは避け、なるべく薄くすることが望ましい
が、100μm未満であると横から蒸気が流れてくるため、耐エロージョン性の寿命を考
慮すると、シールフィン2の肉厚は100μm〜2mmを有することが必要である。そこ
で、蒸気タービンシール装置1のシールフィン2の材質(強度、靱性、延性、硬度、組成
)にもよるが、シールフィン2の適切な肉厚は100μmが望ましい。
The thickness of the
図6は、本発明の他の実施形態である蒸気タービンシール装置1のフィン2の高さの寸法
を示す図であり、(a)はシールフィンの断面図、(b)は(a)のC部拡大断面図であ
る。
FIG. 6 is a view showing the height dimension of the
図6に示すように、フィン2の高さは、蒸気タービンの回転部5のフィン6との距離およ
び接触による摩耗を考慮して100μm〜10mmに有することが特徴とする。
As shown in FIG. 6, the height of the
通常、蒸気タービンの静止部4と回転部5との間の距離は約100μmから5mm前後に
あることから、フィン2の高さは、蒸気タービンの回転部5のフィン6との距離を考慮し
て100μm〜10mmに設定される。さらに、この蒸気タービンシール装置1のフィン
2の高さは、上述の蒸気タービンの回転部5のフィン6との距離および接触による摩耗も
考慮して1mm〜5mmにすることがより望ましい。
Usually, the distance between the
図7は、本発明の他の実施形態である蒸気タービンシール装置1のフィン2とフィン2と
の距離の寸法を示す図であり、(a)はシールフィンの断面図、(b)は(a)のD部拡
大断面図である。
7A and 7B are diagrams showing the distance dimension between the
図7に示すように、フィン2とフィン2との距離は、充填物3の容量、流れ蒸気に対する
フィン2の耐エロージョン性効果、蒸気タービンの回転部5のフィン6との接触によるフ
ィン2自身の摩耗量と、フィン6に対する損傷、蒸気タービンの静止部4の幅寸法、蒸気
タービンシール装置1の耐久性を考慮して、0.5mm〜50mmにすることが望ましい
。
As shown in FIG. 7, the distance between the
図8(a)は、本発明に係る一実施形態である蒸気タービン20の要部概略構成を示す概
略断面図である。
Fig.8 (a) is a schematic sectional drawing which shows the principal part schematic structure of the
蒸気タービン20は、図8(a)に示すように、火力発電所用として蒸気タービン20
の高圧部21と、中圧部22と低圧部23とを具備し、一方、図示してはいないが、原子
力発電所用として高圧部21と、低圧部23とを具備し、地熱発電所用として低圧部23
を具備している。
As shown in FIG. 8A, the
The high-
It has.
蒸気タービン20の低圧部23は、図8(a)のE部を拡大して示す図8(b)に示す
ように、蒸気タービン回転部5の動翼24およびタービンロータ25、蒸気タービン静止
部4の静翼26、ケーシング27、静翼26の外輪シール28、および静翼26の内輪シ
ール29から構成されている。なお、図中に矢印で示すように、蒸気は、同図の左側から
右側に向けて流れる構成となっている。
The
図8(b)に示すように、回転部5の動翼24の先端、およびタービンロータ25の胴体
にフィン6が設置されている。
As shown in FIG. 8B,
図8(b)に示すように、本発明に係る一実施形態である蒸気タービンシール装置1の適
用位置は、蒸気タービン20の静翼26の外輪シール28、および静翼26の内輪シール
29としている。
As shown in FIG. 8B, the application position of the steam
上述金属製の蒸気タービンシール装置1は、蒸気タービン20に適用する部位によって、
金属の材質を変えることも可能である。高圧部21、中圧部22に適用する蒸気タービン
シール装置1は、耐エロージョン性は勿論、耐高温酸化性も要求されるため、低合金鋼、
ステンレス鋼、高クロム(Cr)鋼、ニッケル(Ni)基合金鋼、コバルト(Co)基合
金鋼、チタン(Ti)またはチタン合金のいずれの使用が望ましい。一方、低圧部23に
適用する蒸気タービンシール装置1は、耐エロージョン性は勿論、耐食性が要求されるた
め、炭素鋼、銅(Cu)または銅合金、アルミ(Al)またはアルミ合金のいずれの使用
が望ましい。
The above-described metal steam
It is also possible to change the metal material. The steam
Use of any of stainless steel, high chromium (Cr) steel, nickel (Ni) base alloy steel, cobalt (Co) base alloy steel, titanium (Ti) or titanium alloy is desirable. On the other hand, the steam
以上説明したとおり、本実施形態によれば、蒸気タービンシール装置1のフィン2の形
状、肉厚、高さ、フィン間隔を適正化することにより、フィン2自身の蒸気によるエロー
ジョンの摩耗量とフィン6に与える損傷量を抑制することができる。
As described above, according to the present embodiment, by optimizing the shape, thickness, height, and fin interval of the
また、このようなフィン構造を持つ蒸気タービンシール装置1は蒸気タービン20の回
転部5の動翼24の先端である外輪シール、およびタービンロータ25の胴体である内輪
シールに適用することができる。
Further, the steam
本実施形態は、火力蒸気タービンだけでなく、原子力蒸気タービン、地熱蒸気タービンに
も適用できる。
This embodiment can be applied not only to a thermal steam turbine but also to a nuclear steam turbine and a geothermal steam turbine.
本発明によれば、上記実施形態のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨
を逸脱しない範囲で構成要素を変形してもよい。また、上記実施形態に開示されている複
数の構成要素を適宜組み合わせることにより、種々の発明を構成できる。
According to the present invention, the present invention is not limited only to the above-described embodiment, and the constituent elements may be modified without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be configured by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment.
1…蒸気タービンシール装置
2…シールフィン
3…充填部
4…蒸気タービン静止部
5…蒸気タービン回転部
6…フィン
20…蒸気タービン
21…高圧部
22…中圧部
23…低圧部
24…動翼
25…タービンロータ
26…静翼
27…ケーシング
28…外輪シール
29…内輪シール
DESCRIPTION OF
Claims (11)
フィンを備えて、前記隙間からの蒸気の漏出を封止する蒸気タービンシール装置において
、
このシールフィンを金属製のシールフィンとしたことを特徴とする蒸気タービンシール装
置。 In the steam turbine seal device that includes a plurality of seal fins in the main body in either one of the rotating part and the stationary part arranged with a gap, and seals steam leakage from the gap,
A steam turbine seal device, wherein the seal fin is a metal seal fin.
を用いた充填部が形成されていることを特徴とする請求項1記載の蒸気タービンシール装
置。 The steam turbine seal device according to claim 1, wherein a filling portion using a filler having better machinability than the seal fin is formed between each of the plurality of seal fins.
Co基合金鋼、銅または銅合金、アルミまたはアルミ合金のいずれかによって構成されるこ
とを特徴とする請求項1または2記載の蒸気タービンシール装置。 The seal fin and the main body are carbon steel, low alloy steel, stainless steel, Ni-base alloy steel,
3. The steam turbine seal device according to claim 1, wherein the steam turbine seal device is made of any one of Co-base alloy steel, copper or copper alloy, aluminum or aluminum alloy.
表面硬さは1500Hv以上を有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか
1項記載の蒸気タービンシール装置。 The surface of the seal fin and the main body is subjected to diffusion treatment or coating treatment,
The steam turbine seal device according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface hardness is 1500 Hv or more.
ることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項記載の蒸気タービンシール装置
。 5. The steam turbine seal device according to claim 1, wherein the filling portion is formed by thermal spraying Co, Ni, Cr, Al, Y, or an alloy powder thereof.
れていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項記載の蒸気タービンシー
ル装置。 The steam turbine seal device according to any one of claims 1 to 5, wherein the seal fin has a plate shape, and has a triangular or quadrangular cross section and a pointed tip.
ら請求項6のいずれか1項記載の蒸気タービンシール装置。 The steam turbine seal device according to claim 1, wherein the seal fin has a thickness of 100 μm to 2 mm.
から請求項7のいずれか1項記載の蒸気タービンシール装置。 The height of the seal fin is 100 μm to 10 mm.
The steam turbine seal device according to claim 7.
ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項記載の蒸気タービンシール装置。 The steam turbine seal device according to any one of claims 1 to 8, wherein the seal fin has an interval between adjacent seal fins of 0.5 mm to 50 mm.
部および低圧部の静翼の外輪シールおよび内輪シールのいずれかに適用することを特徴と
する蒸気タービン。 The steam turbine seal device according to any one of claims 1 to 9, wherein the steam turbine seal device is applied to any one of an outer ring seal and an inner ring seal of a stationary blade of a high pressure part, an intermediate pressure part, and a low pressure part of the steam turbine.
部および低圧部の動翼の外輪シールおよび内輪シールのいずれかに適用することを特徴と
する蒸気タービン。 The steam turbine seal device according to any one of claims 1 to 9, wherein the steam turbine seal device is applied to any one of an outer ring seal and an inner ring seal of a moving blade of a high pressure portion, an intermediate pressure portion, and a low pressure portion of the steam turbine.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015121382A JP2017008730A (en) | 2015-06-16 | 2015-06-16 | Steam turbine seal device and steam turbine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015121382A JP2017008730A (en) | 2015-06-16 | 2015-06-16 | Steam turbine seal device and steam turbine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2017008730A true JP2017008730A (en) | 2017-01-12 |
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JP2015121382A Pending JP2017008730A (en) | 2015-06-16 | 2015-06-16 | Steam turbine seal device and steam turbine |
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Country | Link |
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