JP2018053813A - 蒸気タービンのシール装置および蒸気タービン - Google Patents

Abstract

【課題】シールフィンの損傷や摩擦熱による変形を抑制し、タービン回転部とシールフィンとの間隙を制御することが可能な蒸気タービンのシール装置および蒸気タービンを提供すること。
【解決手段】
本発明の実施形態によれば、蒸気タービンに設けられ、タービンロータと静止部との間隙および動翼と前記静止部との間隙の少なくとも一方からの蒸気の漏洩を抑制するシール装置において、前記凹部に嵌合され、前記タービンロータと対向する面に伸びる複数の突起部を有し前記タービンロータの半径方向に可動するパッキンリングと、前記タービンロータの半径方向に孔部を有するシールフィンと、前記孔部を介して前記シールフィンと前記パッキンリングとを結合する結合部材と、を具備し、前記シールフィンは、前記タービンロータと接触した場合に半径方向に反力を受け、前記反力により可動して前記間隙を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、蒸気タービンのシール装置および蒸気タービンに関する。

蒸気タービンは、タービン回転部、タービン回転部の周方向に設置された動翼、動翼へ蒸気を噴出するノズル、ノズルを支持するダイヤフラムなどから構成される。ダイヤフラムは、動翼やタービン回転部を覆うようにパッキンリングと呼ばれるシール部材を設けており、動翼以外の箇所から漏洩する蒸気の流量を抑制している。また、パッキンリングは、先端にシールフィンと呼ばれる突起部を有しており、タービン回転部の外周面とダイヤフラム内輪の内周面との半径方向の間隙や、ダイヤフラム外輪の内周面と動翼の外周面との半径方向の間隙を維持している。一方、タービン起動時または停止時といった過渡運転状態における圧力や温度の変化によって、半径方向の間隙が変化する場合がある。半径方向の間隙の変化によって、タービン回転部や動翼とシールフィンが接触し、タービン回転部およびシールフィンの損傷、軸振動の増大、摩擦熱によるタービン回転部の変形が懸念される。

上記の懸念に対して、従来のシール構造は、例えばダイヤフラム内面の周方向にパッキンリングを嵌合するための凹部を設け、パッキンリングとダイヤフラムの凹部とを弾性部材で接続してパッキンリングを可動させる。しかしながら、タービン回転部とシールフィンとが接触した場合において、弾性部材に生じる弾性力によってパッキンリングがタービン回転部中心から離れる方向に可動するものの、パッキンリングとタービン回転部は常に接触している。このため、シールフィンに大きな反力がかかり、タービン回転部およびシールフィンの損傷や摩擦熱の発生を引き起こす。従って、タービン回転部とシールフィンとが接触しても、摩擦熱の発生を抑制し、タービン回転部とシールフィンとの間隙を制御することが可能なシール装置が求められている。

特開２００７−３０３４６３号公報 特開２０１２−０６７８７８号公報 特許第５５０９０３７号

本発明が解決しようとする課題は、タービン回転部とシールフィンとが接触しても、摩擦熱による変形を抑制し、タービン回転部とシールフィンとの間隙を制御することが可能なシール装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の実施形態によれば、タービンロータと、前記タービンロータの回転周方向に設けられ、蒸気によって回転する動翼と、前記動翼に前記蒸気を導入するノズルを備え、前記タービンロータと対向する面に凹部を有する静止部と、を備える蒸気タービンに設けられ、前記タービンロータと前記静止部との間および前記動翼と前記静止部との間の少なくとも一方の間隙を制御することにより前記蒸気の漏洩を抑制する蒸気タービンのシール装置において、前記凹部に嵌合され、前記タービンロータと対向する面に前記タービンロータ側に伸びる複数の突起部を有し前記タービンロータの半径方向に可動するパッキンリングと、前記突起部に結合され、前記タービンロータの半径方向に孔部を有するシールフィンと、前記孔部を介して前記シールフィンと前記パッキンリングとを結合する結合部材と、を具備し、前記シールフィンは、前記タービンロータと接触した場合に前記タービンロータから前記タービンロータの半径方向に反力を受け、前記反力により可動して前記間隙を制御する。

第一の実施形態に係るシール装置を備えた蒸気タービンの一段落の子午断面図である。 第一の実施形態に係るシール装置のタービンロータを含む子午断面拡大図である。 第一の実施形態に係るシール装置を備えた蒸気タービンの軸方向から見たＡ−Ａ断面図である。 第一の実施形態に係るシール装置が可動する様子を表す図であり、（ａ）はタービンロータとの非接触時の状態を、（ｂ）は蒸気タービンが起動・停止時の場合においてタービンロータとの接触後にシールフィンが可動した状態を示している。 第二の実施形態に係るシール装置の子午断面拡大図である。

以下、実施形態に係るシール装置および蒸気タービンについて説明する。

（第一の実施形態）
図１は、第一の実施形態に係るシール装置を備えた蒸気タービンの一段落の子午断面図である。第一の実施形態に係る蒸気タービンは、ノズルダイヤフラム外輪１０と、ノズルダイヤフラム内輪１１と、ノズル１２と、タービンロータ１３と、動翼１４と、シール装置１００から構成される。

ノズルダイヤフラム外輪１０とノズルダイヤフラム内輪１１は、ノズル１２を適切な位置に配置し、タービン段落間の圧力差を一定に保つ。ノズル１２により、蒸気を動翼１４に導入する。

タービンロータ１３は、外周面周方向に複数の動翼１４を設けており、ノズル１２により導入された蒸気によって動翼１４を回転駆動させ、タービンロータ１３の回転により図示していない発電機で発電を行う。

シール装置１００は、ノズル１２から動翼１４への蒸気の流路を確保するため、タービンロータ１３とノズルダイヤフラム内輪１１の内周面との間に配置され、蒸気の漏洩を抑制する。

図２は、第一の実施形態に係るシール装置のタービンロータを含む子午断面拡大図であり、図３は、第一の実施形態に係るシール装置を備えた蒸気タービンの軸方向から見たＡ−Ａ断面図である。

シール装置１００は、パッキンリング１０１と、弾性部材１０２と、シールフィン１０３と、結合部材１０４から構成される。

パッキンリング１０１は、ノズルダイヤフラム内輪１１の内周面の凹部に嵌合されている。パッキンリング１０１のタービンロータに対向する面は、タービンロータ１３の軸方向および周方向に複数の突起部１０１ｂを備える。

弾性部材１０２は、パッキンリング１０１の上端面１０１ａとノズルダイヤフラム内輪１１の凹部内側の端面１１ａとの間に設けられ、パッキンリング１０１をタービンロータ１３の中心方向に押す。

シールフィン１０３は、タービンロータ１３の中心方向と長手方向が一致するように複数の長孔を面内に備え、長孔に結合部材１０４を通してパッキンリング１０１の突起部へ設置する。突起部に設置したシールフィン１０３は、重力によっては可動しないものの、タービンロータ１３の反力を受けると可動する程度に固定される。また、シールフィン１０３を設置する場合には、反力に沿った方向にシールフィン１０３が可動するよう長孔と結合部材１０４との位置関係を設定して設置する。

なお、シールフィン１０３の長孔はタービンロータ１３の中心方向に長い形状であればよく、例えば長円形や角丸長方形などでもよい。また、結合部材１０４は、パッキンリング１０１の突起部にシールフィン１０３を設置できればよく、例えばボルトやリベットなどでもよい。

次に、タービン運転状態に即したシール装置とロータとの関係について図４を用いて説明する。（ａ）はタービンロータとの非接触時の状態を、（ｂ）は蒸気タービンが起動・停止時の場合においてタービンロータとの接触後にシールフィンが可動した状態を示している。図４（ａ）に示すように、蒸気タービンが定格運転している場合においては、タービンロータ１３とシールフィン１０３は適切な間隙を維持している。

一方、図４（ｂ）に示すように、蒸気タービンが起動・停止時の場合においては、過渡的な圧力や温度の変化によってタービンロータ１３とシールフィン１０３が接触する。接触時において、シールフィン１０３はタービンロータ１３より中心から離れる方向に反力を受ける。シールフィン１０３から見た系では、結合部材１０４がそれぞれの長孔の長手方向に動いているように見えるため、シールフィン１０３はタービンロータ１３との間隙を適切に保つよう可動する。

上述した第一の実施形態によれば、弾性力によるパッキンリングの可動だけでなく、タービンロータに対するシールフィンの反力によって、シールフィンが中心から離れる方向に可動する。シールフィンが中心から離れる方向に可動することで反力を緩和し、シールフィンとタービンロータとの接触による摩擦熱を抑制することが可能となる。シールフィンが可動するために、過渡運転状態のタービン回転部とシールフィンとの接触によるタービン回転部およびシールフィンの損傷、軸振動の増大、摩擦熱によるタービン回転部の変形を抑制することが可能となる。また、据付時にタービン回転部とシールフィンとの間隙を狭めて据付することが可能となる。さらに、シールフィンをパッキンリングに設置することで、セグメントで取り外しをした後にシールフィンを交換することが可能となる。

（第二の実施形態）
次に、第二の実施形態に係るシール装置および蒸気タービンついて説明する。なお、第一の実施形態と類似する箇所については、説明を省略する。図５は、第二の実施形態に係るシール装置の子午断面拡大図である。

本実施形態のシール装置は、シールフィン２０３と、結合部材２０４から構成される。

シールフィン２０３は、タービンロータ１３の中心方向と長手方向が一致するように複数の長孔を面内に備え、長孔に結合部材２０４を通してノズルダイヤフラム内輪の突起部１１ｂに設置される。突起部に設置したシールフィン２０３は、重力によっては可動しないものの、タービンロータ１３の反力を受けると可動する程度に固定される。

上述した第二の実施形態によれば、シール装置を直接ノズルダイヤフラム内輪に設置してシールフィンのみを可動させることで、弾性部材を保持しない構造においても、シールフィンとタービンロータとの接触による損傷や摩擦熱による変形を抑制することが可能となる。また、シールフィンが可動するため、第一の実施形態と同様の効果を有する。

なお、第一および第二の実施形態に係るシール装置は、ノズルダイヤフラム外輪の内周面と動翼の外周面との間に設置してもよい。

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、発明の趣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。

１０．ノズルダイヤフラム外輪
１１．ノズルダイヤフラム内輪
１２．ノズル
１３．タービンロータ
１４．動翼
１００．シール装置
１０１．パッキンリング
１０２．弾性体
１０３．シールフィン
１０４．接合部材
２０３．シールフィン
２０４．接合部材

Claims (5)

1. タービンロータと、
   前記タービンロータの回転周方向に設けられ、蒸気によって回転する動翼と、
   前記動翼に前記蒸気を導入するノズルを備え、前記タービンロータと対向する面に凹部を有する静止部と、
   を備える蒸気タービンに設けられ、前記タービンロータと前記静止部との間および前記動翼と前記静止部との間の少なくとも一方の間隙を制御することにより前記蒸気の漏洩を抑制する蒸気タービンのシール装置において、
   前記凹部に嵌合され、前記タービンロータと対向する面に前記タービンロータ側に伸びる複数の突起部を有し前記タービンロータの半径方向に可動するパッキンリングと、
   前記突起部に結合され、前記タービンロータの半径方向に孔部を有するシールフィンと、
   前記孔部を介して前記シールフィンと前記パッキンリングとを結合する結合部材と、
   を具備し、
   前記シールフィンは、前記タービンロータと接触した場合に前記タービンロータから前記タービンロータの半径方向に反力を受け、前記反力により可動して前記間隙を制御する蒸気タービンのシール装置。
2. タービンロータと、
   前記タービンロータの回転周方向に設けられ、蒸気によって前記タービンロータとともに回転する動翼と、
   前記動翼に前記蒸気を導入するノズルを備え、前記タービンロータと対向する面に前記タービンロータ側に伸びる複数の突起部を有する静止部と、
   を備える蒸気タービンに設けられ、前記タービンロータと前記静止部との間および前記動翼と前記静止部との間の少なくとも一方の間隙を制御することにより前記蒸気の漏洩を抑制する蒸気タービンのシール装置において、
   前記突起部に結合され、前記タービンロータの半径方向に孔部を有するシールフィンと、
   前記孔部を介して前記シールフィンと前記静止部とを結合する結合部材と、
   を具備し、
   前記シールフィンは、前記タービンロータと接触した場合に前記タービンロータから前記タービンロータの半径方向に反力を受け、前記反力により可動して前記間隙を制御する蒸気タービンのシール装置。
3. 前記シールフィンの前記孔部は、前記タービンロータの中心方向と長手方向が一致するような方向に長手形状を有する請求項１または２のいずれかに記載の蒸気タービンのシール装置。
4. タービンロータと、
   前記タービンロータの回転周方向に設けられ、蒸気によって回転する動翼と、
   前記動翼に前記蒸気を導入するノズルを備え、前記タービンロータと対向する面に凹部を有する静止部と、
   前記タービンロータと前記静止部との間および前記動翼と前記静止部との間の少なくとも一方の間隙を制御することにより前記蒸気の漏洩を抑制するシール装置と、
   を備える蒸気タービンにおいて、
   前記蒸気タービンの少なくとも一つのタービン段落に搭載されるシール装置は、前記凹部に嵌合され、前記タービンロータと対向する面に前記タービンロータ側に伸びる複数の突起部を有し前記タービンロータの半径方向に可動するパッキンリングと、
   前記突起部に結合され、前記タービンロータの半径方向に孔部を有するシールフィンと、
   前記孔部を介して前記シールフィンと前記パッキンリングとを結合する結合部材と、
   を具備し、
   前記シールフィンは、前記タービンロータと接触した場合に前記タービンロータから前記タービンロータの半径方向に反力を受け、前記反力により可動して前記間隙を制御する蒸気タービン。
5. タービンロータと、
   前記タービンロータの回転周方向に設けられ、蒸気によって回転する動翼と、
   前記動翼に前記蒸気を導入するノズルを備え、前記タービンロータと対向する面に前記タービンロータ側に伸びる複数の突起部を有する静止部と、
   前記タービンロータと前記静止部との間および前記動翼と前記静止部との間の少なくとも一方の間隙を制御することにより前記蒸気の漏洩を抑制するシール装置と、
   を備える蒸気タービンにおいて、
   前記蒸気タービンの少なくとも一つのタービン段落に搭載されるシール装置は、前記突起部に結合され、前記タービンロータの半径方向に孔部を有するシールフィンと、
   前記孔部を介して前記シールフィンと前記静止部とを結合する結合部材と、
   を具備し、
   前記シールフィンは、前記タービンロータと接触した場合に前記タービンロータから前記タービンロータの半径方向に反力を受け、前記反力により可動して前記間隙を制御する蒸気タービン。

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