JP2877827B2 - ラビリンス・シール - Google Patents
ラビリンス・シールInfo
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- JP2877827B2 JP2877827B2 JP1038118A JP3811889A JP2877827B2 JP 2877827 B2 JP2877827 B2 JP 2877827B2 JP 1038118 A JP1038118 A JP 1038118A JP 3811889 A JP3811889 A JP 3811889A JP 2877827 B2 JP2877827 B2 JP 2877827B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- seal
- flow
- turbine
- shaft
- teeth
- 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.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/44—Free-space packings
- F16J15/441—Free-space packings with floating ring
- F16J15/442—Free-space packings with floating ring segmented
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は一般に、蒸気タービンに用いられて、タービ
ンのロータが貫通する圧力の異なる領域の間の蒸気漏洩
を最少限に抑えるラビリンス・シール装置に関し、より
詳細には、かかるラビリンス・シール装置にフロー・ダ
ムを付設することにより上記タービン内における蒸気の
施回による影響を最少限に抑える装置に関する。
ンのロータが貫通する圧力の異なる領域の間の蒸気漏洩
を最少限に抑えるラビリンス・シール装置に関し、より
詳細には、かかるラビリンス・シール装置にフロー・ダ
ムを付設することにより上記タービン内における蒸気の
施回による影響を最少限に抑える装置に関する。
周知のように、蒸気タービンでは、圧力の異なる領域
の間での蒸気漏洩を最少限に抑えるため、非接触式パッ
キンリング形ラビリンス・シールが、タービン・ロータ
の長さに沿って選択された軸方向位置に従来通り用いら
れている。一般的に、かかるパッキンリング形ラビリン
ス・シールは、シール支持体から吊り下げられた状態で
タービンケーシングから半径方向内方へ延びる複数の離
隔した環状の歯（これらの歯はシールストリップ又はシ
ール脚と呼ばれている）を有する。かかるシールストリ
ップのそれぞれの末端は、漏洩を最少限に抑えるシール
を得る目的で、ロータの回転面に、これとの間に非常に
僅かな間隙しか空けない状態で、密接して配置される。
この種のシールは非常に効果的であり、タービンシャフ
トのまわりからの蒸気漏洩の防止だけでなく、シャフト
が仕切板を貫通するタービン段の間での蒸気漏洩の防止
にも利用される。
の間での蒸気漏洩を最少限に抑えるため、非接触式パッ
キンリング形ラビリンス・シールが、タービン・ロータ
の長さに沿って選択された軸方向位置に従来通り用いら
れている。一般的に、かかるパッキンリング形ラビリン
ス・シールは、シール支持体から吊り下げられた状態で
タービンケーシングから半径方向内方へ延びる複数の離
隔した環状の歯（これらの歯はシールストリップ又はシ
ール脚と呼ばれている）を有する。かかるシールストリ
ップのそれぞれの末端は、漏洩を最少限に抑えるシール
を得る目的で、ロータの回転面に、これとの間に非常に
僅かな間隙しか空けない状態で、密接して配置される。
この種のシールは非常に効果的であり、タービンシャフ
トのまわりからの蒸気漏洩の防止だけでなく、シャフト
が仕切板を貫通するタービン段の間での蒸気漏洩の防止
にも利用される。
また、周知のように、或る量の蒸気がパッキンリング
構造体に連続的に流入してこれから流出するが、その
際、シャフトに沿って全体的に軸方向に向かう流れの成
分が生じる。しかしながら、パッキンリング構造体に流
入流出する蒸気の流れは、円周方向における流れの成分
（この成分は通常、「スワール」と呼ばれる）も有す
る。
構造体に連続的に流入してこれから流出するが、その
際、シャフトに沿って全体的に軸方向に向かう流れの成
分が生じる。しかしながら、パッキンリング構造体に流
入流出する蒸気の流れは、円周方向における流れの成分
（この成分は通常、「スワール」と呼ばれる）も有す
る。
一般的な見解によれば、スワールは、以下に述べる２
つの主要な原因によって生じる。一つは、最も近い上流
側タービン段により生じる施回流成分、即ち円周方向の
流れ成分であり、もう一つは、回転シャフトの抗力によ
り生じる円周方向の流れ成分である。後に述べた回転シ
ャフトの抗力により生じる円周方向の流れ成分は常にロ
ータの回転方向に働くが、先に述べた施回流成分は、最
も近い上流側タービン段の作動パラメータに応じて何れ
の方向にも働くことがある。たとえば、複流形の第１段
を備えたタービンの端部パッキンシールに蒸気を供給す
るタービン段は、高負荷状態では前向きの（即ち、シャ
フトの回転方向における）スワールを生ぜしめることが
知られている。
つの主要な原因によって生じる。一つは、最も近い上流
側タービン段により生じる施回流成分、即ち円周方向の
流れ成分であり、もう一つは、回転シャフトの抗力によ
り生じる円周方向の流れ成分である。後に述べた回転シ
ャフトの抗力により生じる円周方向の流れ成分は常にロ
ータの回転方向に働くが、先に述べた施回流成分は、最
も近い上流側タービン段の作動パラメータに応じて何れ
の方向にも働くことがある。たとえば、複流形の第１段
を備えたタービンの端部パッキンシールに蒸気を供給す
るタービン段は、高負荷状態では前向きの（即ち、シャ
フトの回転方向における）スワールを生ぜしめることが
知られている。
低負荷状態の場合、つまりロータが全速よりも低い速
度で動作している場合は、試験結果によると、ロータ上
方に位置したシール脚の間のシール空間又はシール室内
において円周方向に流れる蒸気は、流れ方向がロータの
回転方向と同一であると、ロータのふれまわりを非常に
不安定にさせることが分かっている。これに対し、シー
ル空間内をロータ回転方向と逆の方向に流れる蒸気はロ
ータのふれまわりを安定化させる。したがって容易に分
かるように、ロータのふれまわりを上述のように不安定
にさせる主因はスワールに起因して生じる回転の不安定
性である。
度で動作している場合は、試験結果によると、ロータ上
方に位置したシール脚の間のシール空間又はシール室内
において円周方向に流れる蒸気は、流れ方向がロータの
回転方向と同一であると、ロータのふれまわりを非常に
不安定にさせることが分かっている。これに対し、シー
ル空間内をロータ回転方向と逆の方向に流れる蒸気はロ
ータのふれまわりを安定化させる。したがって容易に分
かるように、ロータのふれまわりを上述のように不安定
にさせる主因はスワールに起因して生じる回転の不安定
性である。
シール構造体内における蒸気流は、シール室内に生じ
る圧力勾配の非対称性によりタービンロータに加わる横
方向の力を生ぜしめることが知られている。シャフト端
部のシール内の前向きのスワールが強力であることが分
かっているような場合、タービンロータは蒸気の施回状
態に関連して回転状態が次第に不安定になる。特に、例
えば上述の複流タービンの場合、負荷レベルが一層高い
状態では、シール内に生じる前向きのスワールに関連し
て上述のように回転状態が不安定になりやすい。しかし
ながら、大抵の場合、回転状態が不安定になったことが
発見されるのは、タービンの据え付けが完了し、通常は
スワールを発生させやすい状態の下で全負荷に到達させ
ようとしている時に経験する振動レベルの大きさに起因
して全負荷が得られないことが分かってからである。し
たがって、既存の装置へのレトロフィットとして現場で
の取付けが可能であって、タービン内の蒸気の施回を最
少限に抑える方法及び装置を提供することが望まれる。
このようにすると、上記装置の取付けに要する運転停止
時間が最少限に抑えられると共に、スワールにより引き
起こされるロータの回転状態の不安定性に関連のある問
題の原因分析及び解決に要する運転停止時間が一層短く
なる。
る圧力勾配の非対称性によりタービンロータに加わる横
方向の力を生ぜしめることが知られている。シャフト端
部のシール内の前向きのスワールが強力であることが分
かっているような場合、タービンロータは蒸気の施回状
態に関連して回転状態が次第に不安定になる。特に、例
えば上述の複流タービンの場合、負荷レベルが一層高い
状態では、シール内に生じる前向きのスワールに関連し
て上述のように回転状態が不安定になりやすい。しかし
ながら、大抵の場合、回転状態が不安定になったことが
発見されるのは、タービンの据え付けが完了し、通常は
スワールを発生させやすい状態の下で全負荷に到達させ
ようとしている時に経験する振動レベルの大きさに起因
して全負荷が得られないことが分かってからである。し
たがって、既存の装置へのレトロフィットとして現場で
の取付けが可能であって、タービン内の蒸気の施回を最
少限に抑える方法及び装置を提供することが望まれる。
このようにすると、上記装置の取付けに要する運転停止
時間が最少限に抑えられると共に、スワールにより引き
起こされるロータの回転状態の不安定性に関連のある問
題の原因分析及び解決に要する運転停止時間が一層短く
なる。
上記の問題の解決のための一方法は、必ずしも、レト
ロフィットとして取付け可能であるかどうかという観点
からではないが）、1981年６月16日アムブロッシュ（Am
brosch）氏等に付与された米国特許第4,273,510号に開
示されている。かかるアムブロッシュ氏の米国特許で
は、回転要素と非回転要素との間の間隙に非接触形シー
ルが設けられた回転流体機械、例えばタービンや圧縮機
のダイナミックパワーリミットを増大させるためロータ
の不安定性を避ける方法及び装置が開示されているが、
かかる従来法では、間隙内に軸方向バッフルを設ける
か、或いは流動媒体を間隙内に注入するかの何れかの方
法により間隙内の流体の回転流の方向を変更し、それに
よって、回転要素の回転方向における振動撓み位置から
90°先の位置で回転要素に作用する力の成分を減少させ
たり無くしたり、或いは逆方向に作用させたりする。し
かしながら、かかる構成に関する一つの問題は、このよ
うな構成は手が込んでいるので据付け後のタービン内に
容易にはレトロフィットできないということにある。特
に、アムブロッシュ氏の米国特許の方法及び装置では、
回転要素に作用する力の成分を減少させたり除去した
り、或いは逆方向に作用させるため、流動媒体を間隙内
に別途注入する必要がある場合、このように別途注入さ
れる流動媒体の流れが正しく機能するようにさせること
は非常に困難である。
ロフィットとして取付け可能であるかどうかという観点
からではないが）、1981年６月16日アムブロッシュ（Am
brosch）氏等に付与された米国特許第4,273,510号に開
示されている。かかるアムブロッシュ氏の米国特許で
は、回転要素と非回転要素との間の間隙に非接触形シー
ルが設けられた回転流体機械、例えばタービンや圧縮機
のダイナミックパワーリミットを増大させるためロータ
の不安定性を避ける方法及び装置が開示されているが、
かかる従来法では、間隙内に軸方向バッフルを設ける
か、或いは流動媒体を間隙内に注入するかの何れかの方
法により間隙内の流体の回転流の方向を変更し、それに
よって、回転要素の回転方向における振動撓み位置から
90°先の位置で回転要素に作用する力の成分を減少させ
たり無くしたり、或いは逆方向に作用させたりする。し
かしながら、かかる構成に関する一つの問題は、このよ
うな構成は手が込んでいるので据付け後のタービン内に
容易にはレトロフィットできないということにある。特
に、アムブロッシュ氏の米国特許の方法及び装置では、
回転要素に作用する力の成分を減少させたり除去した
り、或いは逆方向に作用させるため、流動媒体を間隙内
に別途注入する必要がある場合、このように別途注入さ
れる流動媒体の流れが正しく機能するようにさせること
は非常に困難である。
上記の施回が生じるタービンロータを、そのラビリン
ス・シールに設計変更を施すことにより安定化させるも
う一つの従来法が、1983年12月13日にミラー（Miller）
氏に付与された米国特許第4,420,161号に開示されてい
る。かかるミラー氏の米国特許では、固定状態で円周方
向に列状に互いに離隔した流れ配向羽根をロータを包囲
した状態で、タービンシャフトを包囲している複数の固
定され互いに離隔した環状の歯の上流側に設け、歯のそ
れぞれの半径方向内縁をロータの表面のごく近傍に位置
させることが記載されている。列を構成する羽根はそれ
ぞれ、その羽根列と真向かいのシャフトの表面に設けら
れた隆起環状ランドのごく近傍まで半径方向内方へ延び
る。さらにミラー氏の米国特許では、流れ配向羽根の列
及び隆起ランドによりシールに流入する蒸気の全流量を
流れ配向羽根を通過させ、それによりシール内の蒸気流
がシャフトの回転方向と逆方向に流れる成分を持つよう
にし、この逆方向の成分によりロータを安定化させる力
を生ぜしめてスワールにより生じる、ロータを不安定に
する力を相殺することが記載されている。
ス・シールに設計変更を施すことにより安定化させるも
う一つの従来法が、1983年12月13日にミラー（Miller）
氏に付与された米国特許第4,420,161号に開示されてい
る。かかるミラー氏の米国特許では、固定状態で円周方
向に列状に互いに離隔した流れ配向羽根をロータを包囲
した状態で、タービンシャフトを包囲している複数の固
定され互いに離隔した環状の歯の上流側に設け、歯のそ
れぞれの半径方向内縁をロータの表面のごく近傍に位置
させることが記載されている。列を構成する羽根はそれ
ぞれ、その羽根列と真向かいのシャフトの表面に設けら
れた隆起環状ランドのごく近傍まで半径方向内方へ延び
る。さらにミラー氏の米国特許では、流れ配向羽根の列
及び隆起ランドによりシールに流入する蒸気の全流量を
流れ配向羽根を通過させ、それによりシール内の蒸気流
がシャフトの回転方向と逆方向に流れる成分を持つよう
にし、この逆方向の成分によりロータを安定化させる力
を生ぜしめてスワールにより生じる、ロータを不安定に
する力を相殺することが記載されている。
しかしながら、上記のような流れ配向羽根又は「プリ
・スワール」羽根を用いる装置には２つの主要な欠点が
ある。先ず最初に、流れ配向羽根により前もってスワー
ルを発生させてもこのスワールは、蒸気がロータとシー
ルとの間の狭い間隙を通過するときに生じる流体に対す
るロータの粘性抵抗により消滅しやすい。さらに、プリ
・スワール羽根を通過する蒸気の速度は必然的に小さ
い。その理由は、ラビリンス・シールはシール脚とロー
タとの間の半径方向間隙を狭くして軸方向の流れを最少
限に抑えるよう設計されているからであり、また、プリ
・スワール羽根の半径方向高さは比較的大きいからであ
る。したがって、シール脚の間の空所内を円周方向に流
れる流体の流量をごく少量まで減少させる方法及び装置
を提供することが望ましい。
・スワール」羽根を用いる装置には２つの主要な欠点が
ある。先ず最初に、流れ配向羽根により前もってスワー
ルを発生させてもこのスワールは、蒸気がロータとシー
ルとの間の狭い間隙を通過するときに生じる流体に対す
るロータの粘性抵抗により消滅しやすい。さらに、プリ
・スワール羽根を通過する蒸気の速度は必然的に小さ
い。その理由は、ラビリンス・シールはシール脚とロー
タとの間の半径方向間隙を狭くして軸方向の流れを最少
限に抑えるよう設計されているからであり、また、プリ
・スワール羽根の半径方向高さは比較的大きいからであ
る。したがって、シール脚の間の空所内を円周方向に流
れる流体の流量をごく少量まで減少させる方法及び装置
を提供することが望ましい。
かかる目的に鑑みて、1983年１月23日にアムブロッシ
ュ（Ambrosch）氏等に付与された米国特許第4,370,094
号は、シールの前、又はシール内の間隙領域内に配置さ
れた偏向板、バッフル、フィン、形材、通路等の形態の
流れ案内用構造部材を開示している。かかる流れ案内用
構造部材は、間隙内の流れの平均円周方向成分を非常に
減少させて、ロータの振動の振動撓み位置から90°先に
生じている圧力分布の力の成分を減少させたり除去した
り、或いはその方向において逆に作用させるよう配置さ
れている。特に、間隙内におけるそれぞれの半径方向内
方の長さがシール脚の半径方向長さよりも僅かに短い流
れ案内用構造部材6a（これについてはアムブロッシュ氏
の米国特許第4,370,094号の第４図を参照されたい）を
シール脚の間に配置し表向きは間隙の周りの流体圧力差
を減少させ、それによりロータの自励振動を減少させて
タービンのブレードに付与される動力を増大させること
ができるとしている。しかしながら、アムブロッシュ氏
の米国特許4,370,094号に教示されているような流れ案
内用構造部材6aは依然として、スワールと呼ばれる円周
方向の流れを十分に減少させることができないという欠
点を有する。というのは、これら流れ案内用構造部材6a
はシール脚の間の空所を十分には覆わないからである。
したがって、シール脚の間の空所を実質的に覆い、それ
によりスワール発生の原因となる円周方向の流体流れを
最少限に抑えて蒸気タービンのロータを安定させる方法
及び装置を提供することが強く望まれる。
ュ（Ambrosch）氏等に付与された米国特許第4,370,094
号は、シールの前、又はシール内の間隙領域内に配置さ
れた偏向板、バッフル、フィン、形材、通路等の形態の
流れ案内用構造部材を開示している。かかる流れ案内用
構造部材は、間隙内の流れの平均円周方向成分を非常に
減少させて、ロータの振動の振動撓み位置から90°先に
生じている圧力分布の力の成分を減少させたり除去した
り、或いはその方向において逆に作用させるよう配置さ
れている。特に、間隙内におけるそれぞれの半径方向内
方の長さがシール脚の半径方向長さよりも僅かに短い流
れ案内用構造部材6a（これについてはアムブロッシュ氏
の米国特許第4,370,094号の第４図を参照されたい）を
シール脚の間に配置し表向きは間隙の周りの流体圧力差
を減少させ、それによりロータの自励振動を減少させて
タービンのブレードに付与される動力を増大させること
ができるとしている。しかしながら、アムブロッシュ氏
の米国特許4,370,094号に教示されているような流れ案
内用構造部材6aは依然として、スワールと呼ばれる円周
方向の流れを十分に減少させることができないという欠
点を有する。というのは、これら流れ案内用構造部材6a
はシール脚の間の空所を十分には覆わないからである。
したがって、シール脚の間の空所を実質的に覆い、それ
によりスワール発生の原因となる円周方向の流体流れを
最少限に抑えて蒸気タービンのロータを安定させる方法
及び装置を提供することが強く望まれる。
したがって、本発明の目的は、ロータが貫通する圧力
の異なる領域の間の蒸気漏洩を最少限に抑えるラビリン
ス・シールを用いる蒸気タービンのロータを、かかるラ
ビリンス・シールのシール脚の間の円周方向の流体流れ
を最少限に抑えることにより安定させるシール構造体を
提供することにある。
の異なる領域の間の蒸気漏洩を最少限に抑えるラビリン
ス・シールを用いる蒸気タービンのロータを、かかるラ
ビリンス・シールのシール脚の間の円周方向の流体流れ
を最少限に抑えることにより安定させるシール構造体を
提供することにある。
この目的に鑑みて、本発明の要旨は、蒸気タービンの
高圧部と低圧部との間に延びるシャフトに沿う蒸気漏洩
を最少限に抑えるラビリンス・シールであって、複数の
離隔した環状の歯が、シャフトと実質的に同軸状にこれ
を包囲するよう高圧部と低圧部との間のタービンの静止
部分に取り付けられた複数の弧状のシール支持体に取付
けられ、空所が離隔した歯の間に画定され、歯はシャフ
トのごく近傍までシャフトに向かって半径方向内方へ延
びており、少なくとも一つのフロー・ダムが歯に対して
垂直に位置した状態でタービンの静止部分に取付けら
れ、少なくとも一つのフロー・ダムは空所のそれぞれを
横切って延びると共にタービンの静止部分からシャフト
に向かって半径方向内方へ、歯のそれぞれと実質的に同
一の範囲にわたって延び、フロー・ダムは、回転方向で
見て弧状シール支持体の前縁だけでなく後縁にも取付け
られたストリップであり、それにより空所内における円
周方向の蒸気の流れを実質的に遮断することを特徴とす
るラビリンス・シールにある。
高圧部と低圧部との間に延びるシャフトに沿う蒸気漏洩
を最少限に抑えるラビリンス・シールであって、複数の
離隔した環状の歯が、シャフトと実質的に同軸状にこれ
を包囲するよう高圧部と低圧部との間のタービンの静止
部分に取り付けられた複数の弧状のシール支持体に取付
けられ、空所が離隔した歯の間に画定され、歯はシャフ
トのごく近傍までシャフトに向かって半径方向内方へ延
びており、少なくとも一つのフロー・ダムが歯に対して
垂直に位置した状態でタービンの静止部分に取付けら
れ、少なくとも一つのフロー・ダムは空所のそれぞれを
横切って延びると共にタービンの静止部分からシャフト
に向かって半径方向内方へ、歯のそれぞれと実質的に同
一の範囲にわたって延び、フロー・ダムは、回転方向で
見て弧状シール支持体の前縁だけでなく後縁にも取付け
られたストリップであり、それにより空所内における円
周方向の蒸気の流れを実質的に遮断することを特徴とす
るラビリンス・シールにある。
本発明は、添付の図面に例示的に示すに過ぎない好ま
しい実施例についての以下の説明から容易に理解されよ
う。
しい実施例についての以下の説明から容易に理解されよ
う。
今、図面を参照すると（なお、図面中、同一の参照番
号は同一の又は対応する構成要素を指示している）、第
１図には、圧力の異なる領域、即ち、より高い流体圧力
及びより低い流体圧力の領域を従来の態様で貫通してい
る回転シャフト10を含む蒸気タービンのロータが示され
ている。タービンのロータの全体は示していないが、シ
ャフト10は作動流体から回転動力を取り出す流れ配向構
成要素（例えば、回転翼）の全てを含むロータのほんの
一部に過ぎないことは理解されよう。
号は同一の又は対応する構成要素を指示している）、第
１図には、圧力の異なる領域、即ち、より高い流体圧力
及びより低い流体圧力の領域を従来の態様で貫通してい
る回転シャフト10を含む蒸気タービンのロータが示され
ている。タービンのロータの全体は示していないが、シ
ャフト10は作動流体から回転動力を取り出す流れ配向構
成要素（例えば、回転翼）の全てを含むロータのほんの
一部に過ぎないことは理解されよう。
第２図に一層詳細に示すように、複数のシール・リン
グ12がシャフト10に沿って軸方向に離隔した状態で配置
されている。使用するシール・リングの正確な数は、シ
ールされるべき圧力及び所望の密封効率を含む多くの要
因で決まる。しかしながら、シール・リングの使用個数
は本発明の完全な理解にとって重要ではないので、かか
るリール・リング12は２つしか示しておらず、以下これ
らにつき説明する。
グ12がシャフト10に沿って軸方向に離隔した状態で配置
されている。使用するシール・リングの正確な数は、シ
ールされるべき圧力及び所望の密封効率を含む多くの要
因で決まる。しかしながら、シール・リングの使用個数
は本発明の完全な理解にとって重要ではないので、かか
るリール・リング12は２つしか示しておらず、以下これ
らにつき説明する。
シール・リング12はそれぞれ、シャフト10を円周方向
に包囲してシャフト10が貫通する圧力の異なる領域の間
での流体漏洩を最少限に抑えるため、タービンの静止部
分18に形成された溝16に対応して嵌め込まれている複数
のシール支持体14を含む。たとえば、シール・リング12
は、従来型蒸気タービンの高圧端に用いられるシャフト
端部シールを構成することができる。
に包囲してシャフト10が貫通する圧力の異なる領域の間
での流体漏洩を最少限に抑えるため、タービンの静止部
分18に形成された溝16に対応して嵌め込まれている複数
のシール支持体14を含む。たとえば、シール・リング12
は、従来型蒸気タービンの高圧端に用いられるシャフト
端部シールを構成することができる。
シール支持体14はそれぞれ、シール支持体14をシャフ
ト10に向かって半径方向内方へ押圧するばね支持体（図
示せず）を有するが、これも従来と同様の態様である。
したがって、シール支持体14は、内方へのその移動を制
限する肩部14aをさらに有する。
ト10に向かって半径方向内方へ押圧するばね支持体（図
示せず）を有するが、これも従来と同様の態様である。
したがって、シール支持体14は、内方へのその移動を制
限する肩部14aをさらに有する。
シール支持体14のそれぞれの半径方向内方の側部14b
には、シャフト10を包囲した状態で複数の互いに離隔し
た環状の歯20（これは「シール脚」とも呼ばれている）
が取付けられている。かかるラビリンス・シールでは従
来と同様に、シール全体の密封効率の向上のため、歯20
を隆起ランド（図示せず）と対向した状態でそれに対応
して取付けりのが良い。さらに、歯20は、シャフト10の
表面に接触していないが、それにもかかわらず、シャフ
ト10との間に僅かな有効間隙を保つようシャフト表面の
ごく近傍まで半径方向内方へ延びており、それにより効
果的なシールを構成して蒸気の流れを遮断する。歯20の
それぞれの対の間には環状の空間22が画定されている
（この空間は、室とも空所とも様々に呼ばれる）。
には、シャフト10を包囲した状態で複数の互いに離隔し
た環状の歯20（これは「シール脚」とも呼ばれている）
が取付けられている。かかるラビリンス・シールでは従
来と同様に、シール全体の密封効率の向上のため、歯20
を隆起ランド（図示せず）と対向した状態でそれに対応
して取付けりのが良い。さらに、歯20は、シャフト10の
表面に接触していないが、それにもかかわらず、シャフ
ト10との間に僅かな有効間隙を保つようシャフト表面の
ごく近傍まで半径方向内方へ延びており、それにより効
果的なシールを構成して蒸気の流れを遮断する。歯20の
それぞれの対の間には環状の空間22が画定されている
（この空間は、室とも空所とも様々に呼ばれる）。
周知のように、空所22内をシャフト10の円周方向に流
れる蒸気は、その流れの方向がロータ回転方向（これは
第１図において矢印で示されている）と同一であるとロ
ータのふれまわりを非常に不安定にさせる。これに対し
て、シール空間である空所22内をロータの回転方向と逆
の方向に流れる蒸気はロータのふれまわりを安定化させ
る。蒸気が空所22内をシャフトの円周方向に流れるモー
ドでは、ロータの回転が不安定になる場合があり、この
状態はスワールと呼ばれるが、かかるスワールを以下に
説明する方法及び装置により回避するのが望ましい。
れる蒸気は、その流れの方向がロータ回転方向（これは
第１図において矢印で示されている）と同一であるとロ
ータのふれまわりを非常に不安定にさせる。これに対し
て、シール空間である空所22内をロータの回転方向と逆
の方向に流れる蒸気はロータのふれまわりを安定化させ
る。蒸気が空所22内をシャフトの円周方向に流れるモー
ドでは、ロータの回転が不安定になる場合があり、この
状態はスワールと呼ばれるが、かかるスワールを以下に
説明する方法及び装置により回避するのが望ましい。
本発明の一実施例によれば、各シール支持体、14には
その前縁14c（第１図参照）に沿って、フロー・ダム26
をシール支持体に取付けるためのスロット24が形成され
ている。シール支持体14はさらに複数のねじ穴28を有す
るのが良く、これらねじ穴28は対応するねじ部品、例え
ば第１図及び第２図に示す皿小ねじ30と螺合する。フロ
ー・ダム26はそれぞれ、シール脚20に対して垂直方向に
それぞれのスロット24内に嵌め込まれているが、これを
シール支持体14に締結するには、ねじ30をフロー・ダム
26に形成されたさら穴26aねじ込む。次に、ねじ30を締
め付けてフロー・ダム26を定位置に保持し、それによっ
て、望ましくないスワール状態をもたらすことが多い空
所22内における流体の円周方向の流れを最少限に抑え
る。
その前縁14c（第１図参照）に沿って、フロー・ダム26
をシール支持体に取付けるためのスロット24が形成され
ている。シール支持体14はさらに複数のねじ穴28を有す
るのが良く、これらねじ穴28は対応するねじ部品、例え
ば第１図及び第２図に示す皿小ねじ30と螺合する。フロ
ー・ダム26はそれぞれ、シール脚20に対して垂直方向に
それぞれのスロット24内に嵌め込まれているが、これを
シール支持体14に締結するには、ねじ30をフロー・ダム
26に形成されたさら穴26aねじ込む。次に、ねじ30を締
め付けてフロー・ダム26を定位置に保持し、それによっ
て、望ましくないスワール状態をもたらすことが多い空
所22内における流体の円周方向の流れを最少限に抑え
る。
次に、第３図を参照して、本発明によるフロー・ダム
26の第２の実施例を説明する。第３図に示すフロー・ダ
ム26は第１図及び第２図に示すフロー・ダムと同様、シ
ール支持体14のそれぞれの前縁14cに（所望ならば他の
円周方向位置にも）取付けられるが、シール脚20の取付
けに用いた態様と同様な態様で溝32にプレス嵌め状態で
取付けられる。
26の第２の実施例を説明する。第３図に示すフロー・ダ
ム26は第１図及び第２図に示すフロー・ダムと同様、シ
ール支持体14のそれぞれの前縁14cに（所望ならば他の
円周方向位置にも）取付けられるが、シール脚20の取付
けに用いた態様と同様な態様で溝32にプレス嵌め状態で
取付けられる。
容易に理解できるように、第１図及び第２図に示す装
置は現場で容易に取付けることができ、それにより、レ
トロフィットとしての取付けが可能であるが、これに対
して第３図に示す装置はシール脚20の組立時点における
シール支持体14内への取付けに一層適している。しかし
ながら、何れの場合でも、フロー・ダム26は、シール脚
20に用いられた材料と類似した材料（例えば、ステンレ
ス鋼）で適当に形成されるが、その厚さは同様に約2mm
程度にする。むろん、フロー・ダム26のそれぞれの長さ
はシール支持体14の幅で決まる。
置は現場で容易に取付けることができ、それにより、レ
トロフィットとしての取付けが可能であるが、これに対
して第３図に示す装置はシール脚20の組立時点における
シール支持体14内への取付けに一層適している。しかし
ながら、何れの場合でも、フロー・ダム26は、シール脚
20に用いられた材料と類似した材料（例えば、ステンレ
ス鋼）で適当に形成されるが、その厚さは同様に約2mm
程度にする。むろん、フロー・ダム26のそれぞれの長さ
はシール支持体14の幅で決まる。
当業者であれば上記の説明から明らかに本発明の多く
の設計変更及び変形例を想到できる。たとえば、フロー
・ダム26を各シール支持体14の前縁14cに沿って取付け
ても良いばかりか、もう一つのフロー・ダム26をかかる
シール支持体14の後縁に沿って、或いは所望ならば前縁
と後縁との間の任意の箇所に取付けても良い。このよう
にすると、シール脚20の間の空所22内における蒸気の円
周方向の流れは実質的に最少限に抑えられ、それにより
スワールに起因してロータの回転状態が不安定になると
いう事態は避けられる。
の設計変更及び変形例を想到できる。たとえば、フロー
・ダム26を各シール支持体14の前縁14cに沿って取付け
ても良いばかりか、もう一つのフロー・ダム26をかかる
シール支持体14の後縁に沿って、或いは所望ならば前縁
と後縁との間の任意の箇所に取付けても良い。このよう
にすると、シール脚20の間の空所22内における蒸気の円
周方向の流れは実質的に最少限に抑えられ、それにより
スワールに起因してロータの回転状態が不安定になると
いう事態は避けられる。
第１図は、本発明によるフロー・ダムの一つを有するタ
ービンの回転軸線と垂直方向における断面図である。 第２図は、２−２線における第１図に示すフロー・ダム
の幾分簡略化した部分端断面拡大図である。 第３図は、本発明の第２の実施例による別のフロー・ダ
ムの断面図である。 〔主要な参照番号の説明〕 10……回転シャフト、12……シールリング、14……シー
ル支持体、16,32……溝、18……タービンの静止部分、2
0……環状の歯又はシール脚、24……スロット、26……
フロー・ダム。
ービンの回転軸線と垂直方向における断面図である。 第２図は、２−２線における第１図に示すフロー・ダム
の幾分簡略化した部分端断面拡大図である。 第３図は、本発明の第２の実施例による別のフロー・ダ
ムの断面図である。 〔主要な参照番号の説明〕 10……回転シャフト、12……シールリング、14……シー
ル支持体、16,32……溝、18……タービンの静止部分、2
0……環状の歯又はシール脚、24……スロット、26……
フロー・ダム。
Claims (5)
- 【請求項１】蒸気タービンの高圧部と低圧部との間に延
びるシャフトに沿う蒸気漏洩を最少限に抑えるラビリン
ス・シールであって、複数の離隔した環状の歯が、シャ
フトと実質的に同軸状にこれを包囲するよう高圧部と低
圧部との間のタービンの静止部分に取り付けられた複数
の弧状のシール支持体に取付けられ、空所が離隔した歯
の間に画定され、歯はシャフトのごく近傍までシャフト
に向かって半径方向内方へ延びており、少なくとも一つ
のフロー・ダムが歯に対して垂直に位置した状態でター
ビンの静止部分に取付けられ、少なくとも一つのフロー
・ダムは空所のそれぞれを横切って延びると共にタービ
ンの静止部分からシャフトに向かって半径方向内方へ、
歯のそれぞれと実質的に同一の範囲にわたって延び、フ
ロー・ダム、回転方向で見て弧状シール支持体の前縁だ
けでなく後縁にも取付けられたストリップであり、それ
により空所内における円周方向の蒸気の流れを実質的に
遮断することを特徴とするラビリンス・シール。 - 【請求項２】シール支持体は、タービンの静止部分に形
成されている複数の軸方向に離隔した溝に嵌入され、シ
ール支持体はそれぞれ、その半径方向内方の表面に、歯
が嵌入する複数の軸方向に離隔した溝を有することを特
徴とする請求項第（１）項記載のラビリンス・シール。 - 【請求項３】シールの支持体のそれぞれの前縁にはスロ
ットが形成され、フロー・ダムは、シールの歯に対し垂
直に位置した状態でスロット内に差し込まれていること
を特徴とする請求項第（１）項記載のラビリンス・シー
ル。 - 【請求項４】フロー・ダムはねじ部品でスロット内に取
付けられていることを特徴とする請求項第（３）項記載
のラビリンス・シール。 - 【請求項５】フロー・ダムは、支持体に、それらの前縁
近傍に形成された構内にプレス嵌めされていることを特
徴とする請求項第（３）項記載のラビリンス・シール。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/157,552 US4979755A (en) | 1988-02-18 | 1988-02-18 | Flow dams in labyrinth seals to improve rotor stability |
| US157552 | 1988-02-18 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01247702A JPH01247702A (ja) | 1989-10-03 |
| JP2877827B2 true JP2877827B2 (ja) | 1999-04-05 |
Family
ID=22564235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1038118A Expired - Lifetime JP2877827B2 (ja) | 1988-02-18 | 1989-02-17 | ラビリンス・シール |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4979755A (ja) |
| JP (1) | JP2877827B2 (ja) |
| KR (1) | KR960004212B1 (ja) |
| CN (1) | CN1015484B (ja) |
| CA (1) | CA1317613C (ja) |
| ES (1) | ES2012654A6 (ja) |
| IT (1) | IT1233535B (ja) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5197281A (en) * | 1990-04-03 | 1993-03-30 | General Electric Company | Interstage seal arrangement for airfoil stages of turbine engine counterrotating rotors |
| US5080556A (en) * | 1990-09-28 | 1992-01-14 | General Electric Company | Thermal seal for a gas turbine spacer disc |
| US5211535A (en) * | 1991-12-30 | 1993-05-18 | General Electric Company | Labyrinth seals for gas turbine engine |
| EP0689650A1 (en) * | 1993-01-08 | 1996-01-03 | THE TEXAS A&M UNIVERSITY SYSTEM | Pressure damper seals |
| US5794942A (en) * | 1993-01-08 | 1998-08-18 | The Texas A&M University System | Modulated pressure damper seals |
| US5707064A (en) * | 1993-01-08 | 1998-01-13 | The Texas A&M University System | Modulated pressure damper seal |
| US5439347A (en) * | 1994-08-31 | 1995-08-08 | Brandon; Ronald E. | Turbine tip seal damage protection means |
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| US6226975B1 (en) | 1999-09-14 | 2001-05-08 | Steven G. Ingistov | Turbine power plant having a floating brush seal |
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| CN1294340C (zh) * | 2002-10-30 | 2007-01-10 | 东方汽轮机厂 | 铁素体镶齿汽封圈加工方法 |
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| WO2005031197A1 (en) * | 2003-08-26 | 2005-04-07 | General Electric Company (A New York Corporation) | Seal carrier for a rotary machine and method of retrofitting |
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| CN105673862A (zh) * | 2016-03-24 | 2016-06-15 | 国家电网公司 | 周向刷式挡片气封 |
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| CN112610287A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-06 | 中国神华能源股份有限公司国华电力分公司 | 一种高压汽轮机叶顶汽封结构 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4273510A (en) * | 1974-03-21 | 1981-06-16 | Maschinenfabrik Augsburg-Nunberg Aktiengesellschaft | Method of and device for avoiding rotor instability to enhance dynamic power limit of turbines and compressors |
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| JPS59505A (ja) * | 1982-06-28 | 1984-01-05 | Toshiba Corp | 蒸気タ−ビン |
-
1988
- 1988-02-18 US US07/157,552 patent/US4979755A/en not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-01-30 CA CA000589557A patent/CA1317613C/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-02-15 IT IT8941521A patent/IT1233535B/it active
- 1989-02-16 ES ES8900557A patent/ES2012654A6/es not_active Expired - Lifetime
- 1989-02-17 CN CN89100851A patent/CN1015484B/zh not_active Expired
- 1989-02-17 JP JP1038118A patent/JP2877827B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1989-02-18 KR KR1019890001917A patent/KR960004212B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1317613C (en) | 1993-05-11 |
| JPH01247702A (ja) | 1989-10-03 |
| IT8941521A0 (it) | 1989-02-15 |
| US4979755A (en) | 1990-12-25 |
| IT1233535B (it) | 1992-04-03 |
| ES2012654A6 (es) | 1990-04-01 |
| CN1015484B (zh) | 1992-02-12 |
| KR890013311A (ko) | 1989-09-22 |
| CN1035544A (zh) | 1989-09-13 |
| KR960004212B1 (ko) | 1996-03-28 |
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