JP2888655B2 - Shaft sealing device for axial flow turbine - Google Patents
Shaft sealing device for axial flow turbineInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は軸流タービンの軸封装置
に係り、特に軸封装置を軸方向に移動させる駆動手段を
備えた軸流タービンの軸封装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shaft sealing device for an axial turbine, and more particularly to a shaft sealing device for an axial turbine provided with a driving means for moving the shaft sealing device in the axial direction.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般にガスタービンや蒸気タービン等の
高温媒体を使用するターボ機械の軸封装置には図１に示
したように複数歯数のラビリンスパッキンを車軸と対向
するようにパッキンセグメントに配設し、パッキンセグ
メントと車軸との間に微小間隙を形成した非接触式軸封
装置が使用されている。これは接触式軸封装置に使用さ
れるカーボンパッキン等の材料の使用限界が通常２５０
℃から３００℃であるのに対して、非接触式軸封装置の
ラビリンスパッキンの材料である洋白またはクローム合
金鋼は最高６００℃近くまで耐えられるからである。と
ころで、これらの非接触式軸封装置はその軸封性能がパ
ッキンの歯数、歯形状及び車軸との間隙によって大きく
左右され、一般にラビリンスパッキン形式の軸封装置の
漏洩量は次のマーチンの式（式１）で表わされる。2. Description of the Related Art Generally, a labyrinth packing having a plurality of teeth is provided on a packing segment of a turbomachine shaft using a high-temperature medium such as a gas turbine or a steam turbine, as shown in FIG. A non-contact type shaft sealing device in which a minute gap is formed between a packing segment and an axle is used. This is because the use limit of materials such as carbon packing used for the contact type shaft sealing device is usually 250.
This is because the temperature is from 300 ° C. to 300 ° C., whereas nickel or chrome alloy steel, which is the material of the labyrinth packing of the non-contact type shaft sealing device, can withstand up to nearly 600 ° C. By the way, in these non-contact type shaft sealing devices, the shaft sealing performance is greatly influenced by the number of teeth of the packing, the tooth shape and the clearance with the axle, and generally, the leakage amount of the labyrinth packing type shaft sealing device is expressed by the following Martin formula. It is represented by (Equation 1).
【０００３】[0003]
【数１】 ここで、Ｇは漏洩量、Ｋは定数、ｋはパッキン形状によ
る流量係数、Ｐ1 は入口圧力、Ｖ1 は入口比容積、δe
は等価間隙、Ｄはパッキン内径、δa は軸方向間隙、δ
r は半径方向間隙、Ｚn はパッキン歯数、Ｐ2 は出力圧
力を示す。(Equation 1) Here, G is the amount of leakage, K is a constant, k is the flow coefficient depending on the packing shape, P 1 is the inlet pressure, V 1 is the specific volume of the inlet, δ e
Equivalent gap, D is the inside diameter of the packing is, [delta] a is axial gap, [delta]
r is the radial clearance, Z n is the packing teeth, P 2 indicates the output pressure.
【０００４】また、一般にパッキンの歯数、歯形状はタ
ーボ機械の設計構造によって決定されるもので、経時的
に変化はしない。一方、車軸との間隙には半径方向間隙
と軸方向間隙があり、いずれも回転部と静止部の相対す
る部品の加工寸法及び据え付け位置によって決定される
が、ターボ機械の軸振動や熱膨張を考慮して所定の間隙
値に設定される。また、この設定間隙は以下の原因によ
り経時的に増大することが知られている。 （１）侵食 （２）腐食 （３）軸振動による接触摩耗 （４）温度変化による接触摩耗 このうち（１）及び（２）は比較的長期間にわたる変化
であるため定期的な点検により致命的な状態を回避でき
るのに対して（３）及び（４）は運転中の瞬間的な間隙
変化であるためその発生を未然に防止するために常時、
運転監視が必要である。In general, the number and shape of teeth of the packing are determined by the design structure of the turbomachine, and do not change with time. On the other hand, there are a radial gap and an axial gap in the gap with the axle, both of which are determined by the processing dimensions and the installation position of the opposite parts of the rotating part and the stationary part. The predetermined gap value is set in consideration of this. It is known that the set gap increases with time due to the following reasons. (1) Erosion (2) Corrosion (3) Contact wear due to shaft vibration (4) Contact wear due to temperature change Among these, (1) and (2) are relatively long-term changes, so fatal due to periodic inspection (3) and (4) are instantaneous gap changes during operation, so that in order to prevent occurrence thereof,
Operation monitoring is required.
【０００５】このため、一般的なターボ機械では振動監
視装置が備えられており、これにより車軸等の回転体の
アンバランスに起因したラビングが発生するのを未然に
防止することができる。しかし、起動時を含めた運転過
渡期では、ターボ機械の温度分布が非定常状態を示すの
で、車室と車軸各部の温度が経時的に変化し、軸封装置
部分の熱膨張量が定常状態を基準に考慮された設計状態
と相違し、その差が著しい場合には設計裕度を逸脱して
ラビングが発生するという問題がある。従来、この熱膨
張の監視計器として車室の伸び計及び車室と車軸間の伸
び差計が設置されることがあるが、軸流ターボ機械では
計測点が軸受部または軸端部のように限られており、タ
ーボ機械内部のすべての部分の軸方向間隙の裕度を精度
良く監視することが困難であった。そこで、この問題を
解決する手段として、半径方向間隙については従来より
特開昭６２−２４８８０４号公報等に示された間隙調整
装置が提案されている。この間隙調整装置はパッキンセ
グメントを半径方向に移動させる構造であるため隔板の
軸封装置のように、軸受け部より遠く離れていて軸の振
れ回りや車室の変形が大きくなるため運転中の半径間隙
の増減が著しい部位には有効である。For this reason, a general turbo machine is provided with a vibration monitoring device, which can prevent rubbing caused by imbalance of a rotating body such as an axle. However, during the operation transitional period including the start-up, the temperature distribution of the turbomachine shows an unsteady state, so that the temperatures of the vehicle compartment and each part of the axle change with time, and the amount of thermal expansion of the shaft sealing device part is in a steady state. However, there is a problem that rubbing occurs outside the design margin when the difference is remarkable. Conventionally, a cabin extensometer and an extensometer between the cabin and the axle may be installed as monitoring instruments for this thermal expansion. It is limited, and it has been difficult to accurately monitor the tolerance of the axial gap in all parts inside the turbomachine. Therefore, as a means for solving this problem, a gap adjusting device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-248804 has been proposed for the radial gap. Since this gap adjusting device has a structure in which the packing segment is moved in the radial direction, like a shaft sealing device for a partition plate, it is far away from the bearing portion, and the whirling of the shaft and the deformation of the cabin become large, so during operation, This is effective for a portion where the radial gap is significantly increased or decreased.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
グランドパッキン軸封装置は軸受部に近く配置されてい
るので、その半径方向の間隙変化は比較的小さいが、軸
封装置の前後差圧が大きいので限られた軸方向スペース
の中で多数のシールフィンを設置して高い軸封機能を確
保する必要がある。このため軸方向の間隙に対する設計
余裕が相対的に小さくなり、特に運転中において半径方
向移動より軸方向移動に注意しないとラビングが生じ、
シールフィンが摩耗し、軸封性能が低下するという問題
がある。However, since the above-mentioned gland packing shaft sealing device is disposed close to the bearing portion, the change in the gap in the radial direction is relatively small, but the differential pressure across the shaft sealing device is large. Therefore, it is necessary to install a large number of seal fins in a limited axial space to ensure a high shaft sealing function. For this reason, the design margin for the axial gap becomes relatively small, and rubbing occurs unless attention is paid to the axial movement rather than the radial movement, particularly during operation,
There is a problem that the seal fins wear and the shaft sealing performance decreases.
【０００７】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、ラビリンスパッキンの軸方
向間隙をターボ機械の熱膨張の過渡状態にあわせて変化
させ、常に所定の軸方向間隙を確保して軸封性能を維持
するとともに、ラビングの発生を防止する軸封装置を提
供することにある。Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to change the axial gap of the labyrinth packing in accordance with the transient state of thermal expansion of the turbomachine, so that the predetermined axial gap is always maintained. Another object of the present invention is to provide a shaft sealing device that secures the shaft sealing performance and maintains the shaft sealing performance and prevents the occurrence of rubbing.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本願請求項１の軸流タービンの軸封装置は、ラビリン
スパッキンが内面に配設されたパッキンセグメントを車
軸の軸方向に移動可能に車室の一部に収容した軸流ター
ビンの軸封装置において、上記車室の各部の温度および
車軸の表面温度を計測する温度計測手段と、上記温度計
測手段が計測した温度から、上記車室および上記車軸の
熱伸縮と、上記ラビリンスパッキンの軸方向間隙とを算
出する演算器と、上記演算器が算出した上記ラビリンス
パッキンの軸方向間隙と所定の間隙許容値とを比較し、
アクチュエータを介して上記パッキンセグメントを上記
車軸の軸方向に移動させる制御手段と、を備えたことを
特徴とするものである。また、本願請求項２の軸流ター
ビンの軸封装置は、ラビリンスパッキンが内面に配設さ
れたパッキンセグメントを車室の一部に収容し、車軸パ
ッキンが車軸に垂直に配設された円盤の表裏面に設けら
れた軸流タービンの軸封装置において、上記パッキンセ
グメントを車室内に軸方向に配置されたバネで保持する
とともに、上記パッキンセグメントの一部にシール部材
を介装してパッキンセグメント収容部を２個の圧力室に
分離し、上記圧力室の１つと車軸高圧室と、及び他の圧
力室と上記円盤周縁のパッキン部中間室とをそれぞれ連
通する導孔をパッキンセグメント内に穿設し、上記パッ
キンセグメント収容部の圧力室間の差圧により上記パッ
キンセグメントを上記車軸の軸方向に移動させるように
したことを特徴とするものである。In order to achieve the above object, a shaft sealing device for an axial flow turbine according to the present invention has a labyrinth packing capable of moving a packing segment disposed on an inner surface thereof in the axial direction of an axle. In the shaft sealing device of the axial flow turbine housed in a part of the cabin, a temperature measuring means for measuring a temperature of each part of the cabin and a surface temperature of the axle; And the thermal expansion and contraction of the axle, a calculator for calculating the axial gap of the labyrinth packing, and comparing the axial gap of the labyrinth packing calculated by the calculator with a predetermined gap allowable value,
Control means for moving the packing segment in the axial direction of the axle via an actuator. Further, the shaft sealing device for an axial flow turbine according to claim 2 of the present application includes a packing segment in which a labyrinth packing is provided on an inner surface thereof is housed in a part of a vehicle compartment, and the axle packing is provided on a disk provided vertically to the axle. In the shaft sealing device for an axial turbine provided on the front and back surfaces, the packing segment is held by a spring disposed in the vehicle interior in the axial direction, and a sealing member is interposed in a part of the packing segment to form a packing segment. The accommodating portion is separated into two pressure chambers, and guide holes for communicating one of the pressure chambers with the axle high-pressure chamber and the other pressure chamber with the packing portion intermediate chamber on the periphery of the disk are formed in the packing segment. Wherein the packing segment is moved in the axial direction of the axle by a pressure difference between the pressure chambers of the packing segment accommodating portion.
【０００９】また、第２の発明はラビリンスパッキンが
内面に配設されたパッキンセグメントを車室の一部に収
容した軸流タービンの軸封装置において、上記パッキン
セグメントを車室内に軸方向に配置されたバネで保持す
るとともに、上記パッキンセグメントの一部にシール部
材を介装してパッキンセグメント収容部を２個の圧力室
に分離し、これらの圧力室と車軸高圧室及び車軸パッキ
ン部とを連通する導孔をパッキンセグメント内に穿設
し、上記パッキンセグメント収容部の圧力室間の差圧に
より生じた車軸の軸方向作用力で上記パッキンセグメン
トを軸方向に移動させるようにしたことを特徴とするも
のである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a shaft sealing device for an axial flow turbine in which a packing segment having a labyrinth packing disposed on an inner surface thereof is accommodated in a part of a vehicle compartment. The packing segment is separated into two pressure chambers by interposing a seal member in a part of the packing segment, and these pressure chambers, the axle high-pressure chamber and the axle packing part are separated from each other. A communicating hole is formed in the packing segment, and the packing segment is moved in the axial direction by an axial acting force of the axle generated by a pressure difference between the pressure chambers of the packing segment housing. It is assumed that.
【００１０】[0010]
【作用】第１の発明によれば、パッキンセグメントの軸
方向位置を検出する検出器を車室の一部に設けるととも
に、この検出器による軸方向位置と軸方向間隙許容値と
を比較し、この比較信号に応じてアクチュエータを作動
させて上記パッキンセグメントを軸方向に移動させるよ
うにしたので、アクチュエータの動作により正確にパッ
キンセグメントの軸方向間隙を制御することができる。According to the first aspect of the present invention, a detector for detecting the axial position of the packing segment is provided in a part of the vehicle compartment, and the axial position by the detector is compared with an allowable axial gap. Since the actuator is operated in response to the comparison signal to move the packing segment in the axial direction, the axial gap of the packing segment can be accurately controlled by the operation of the actuator.
【００１１】また、第２の発明によれば、パッキンセグ
メントを車室内に軸方向に配置されたバネで保持すると
ともに、上記パッキンセグメントの一部にシール部材を
介装してパッキンセグメント収容部を２個の圧力室に分
離し、これらの圧力室と車軸高圧室及び車軸パッキン部
とを連通する導孔をパッキンセグメント内に穿設し、上
記パッキンセグメント収容部の圧力室間の差圧により生
じた車軸の軸方向作用力で上記パッキンセグメントを軸
方向に移動させるようにしたので、車室内蒸気の差圧を
利用するのみで正確にパッキンセグメントの軸方向間隙
を制御することができる。According to the second aspect of the present invention, the packing segment is held by the spring disposed in the vehicle interior in the axial direction, and the packing segment accommodating portion is provided with a seal member interposed in a part of the packing segment. Separated into two pressure chambers, a guide hole communicating with these pressure chambers, the axle high pressure chamber, and the axle packing part is formed in the packing segment, and is formed by a pressure difference between the pressure chambers of the packing segment housing part. Since the packing segment is moved in the axial direction by the axial acting force of the axle, the axial gap of the packing segment can be accurately controlled only by utilizing the differential pressure of the steam in the vehicle compartment.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、第１の発明による軸封装置の一実施例
を図１及び図２を参照して説明する。図１は軸封装置の
部分断面を示しており、車軸１を覆うように設けられた
車室２の端部に位置し、パッキンセグメント３及び車軸
パッキン部４とから構成されている。パッキンセグメン
ト３は一体構造または組立構造からなる略円筒形状をな
し、車室２の端部に形成されたパッキン収容部５内に収
容され、車室２の端面に固着されたリング状のパッキン
カバー６にその端部が保持されている。また、図２に示
したように車室２内の所定位置にはパッキンセグメント
３を中心方向に付勢する押えバネ７が装着され、これに
よりパッキンセグメント３は半径方向にその位置が保持
されるが、運転時は車室側の熱膨張に伴い、車室内を半
径方向及び軸方向に移動する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a shaft sealing device according to the first invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows a partial cross section of the shaft sealing device, which is located at an end of a vehicle compartment 2 provided so as to cover the axle 1 and includes a packing segment 3 and an axle packing portion 4. The packing segment 3 has a substantially cylindrical shape having an integral structure or an assembled structure, is accommodated in a packing accommodating portion 5 formed at an end of the casing 2, and is a ring-shaped packing cover fixed to an end surface of the casing 2. 6 holds its end. As shown in FIG. 2, a presser spring 7 for urging the packing segment 3 in the center direction is mounted at a predetermined position in the vehicle interior 2, whereby the position of the packing segment 3 is maintained in the radial direction. However, during operation, the vehicle moves in the radial direction and the axial direction in the vehicle interior due to thermal expansion on the vehicle interior side.
【００１３】さらにパッキンカバー６の一部には複数個
のアクチュエータ８、８…が配設されている。各アクチ
ュエータ８は伸縮自在なロッド９を有するスライダー機
構を備え、ロッド９の先端はパッキンカバー６の一部を
貫通してパッキンセグメント３の端面に固着されてい
る。また、アクチュエータ８の一部には位置検出器１０
が設けられており、この位置検出器１０はロッドの移動
量を計測し、車室内のパッキンセグメント３の軸方向位
置を検出するようになっている。そしてこの位置信号は
制御部１１に出力されるようになっている。Further, a plurality of actuators 8, 8,... Are arranged on a part of the packing cover 6. Each actuator 8 has a slider mechanism having a telescopic rod 9, and the tip of the rod 9 penetrates a part of the packing cover 6 and is fixed to the end face of the packing segment 3. A part of the actuator 8 includes a position detector 10.
The position detector 10 measures the amount of movement of the rod, and detects the axial position of the packing segment 3 in the vehicle interior. The position signal is output to the control unit 11.
【００１４】一方、車室２には温度計１２、１２…が取
り付けられており、複数の計測点での車室温度を連続的
に計測できるようになっており、その情報は逐次、演算
器１３に出力される。この演算器１３では車室温度情報
をもとに車軸１の軸方向間隙を算出し、この軸方向間隙
信号は比較器１４に出力される。この比較器１４では定
値発生器１５からの間隙許容値との比較がなされ、その
偏差信号は制御部１１に出力されてアクチュエータ８の
作動信号としてアクチュエータ８に出力され、ロッド９
の作動によりパッキンセグメント３を軸方向に所定量だ
け移動させることができる。On the other hand, thermometers 12, 12,... Are attached to the cabin 2 so that the cabin temperatures at a plurality of measurement points can be continuously measured. 13 is output. The computing unit 13 calculates the axial clearance of the axle 1 based on the vehicle interior temperature information, and outputs the axial clearance signal to the comparator 14. In the comparator 14, a comparison is made with the clearance allowance value from the constant value generator 15, and a deviation signal thereof is output to the control unit 11, output to the actuator 8 as an operation signal of the actuator 8, and output from the rod 9.
Can move the packing segment 3 in the axial direction by a predetermined amount.
【００１５】これに対し、車軸パッキン部４は車軸１の
一部に形成され、車軸本体から削り出すかあるいはリン
グ部材を嵌装させることにより角歯状の凹凸形状に形成
され、車軸側の熱膨張に伴ってその相対位置は移動す
る。また、車軸１は、軸受台１６の中に設置されたスラ
スト軸受１７によって軸方向位置が固定されている。し
たがって、車軸パッキン部４の軸方向間隙はスラスト軸
受１７を基準点とした車軸の軸方向距離と車室の軸方向
距離との相対差として（式２）で求まる。 δa ＝Σ（Ｌr ×αr ×（ｔr −２０）） −Σ（Ｌc ×αc ×（ｔc −２０）） ……（式２） ここで、δa はパッキン部の軸方向間隙、Ｌは各部の軸
方向距離、αは材料によって決まる線膨張係数、ｔは各
部の温度、各記号添字ｒは車軸、ｃは車室を示す。車軸
の温度ｔr は回転体であるため表面温度の計測値ｔs を
もとに（式４）の差分方程式を解いて得られる体積平均
温度が用いられる。すなわち、車軸の内部温度分布は過
渡状態において半径方向に熱流れが支配的であるので、
伝熱の式より（式３）が近似的に成立する。On the other hand, the axle packing portion 4 is formed on a part of the axle 1 and is formed into a square tooth-like uneven shape by being cut out from the axle body or fitted with a ring member. The relative position moves with expansion. The axial position of the axle 1 is fixed by a thrust bearing 17 installed in a bearing base 16. Therefore, the axial gap of the axle packing part 4 is obtained by (Equation 2) as a relative difference between the axial distance of the axle and the axial distance of the cabin with the thrust bearing 17 as a reference point. δ a = Σ (L r × α r × (t r -20)) -Σ (L c × α c × (t c -20)) ...... ( Equation 2) where, [delta] a is the axis of the packing unit L is the axial distance of each part, α is the coefficient of linear expansion determined by the material, t is the temperature of each part, each symbol suffix r is the axle, and c is the cabin. Since the axle temperature tr is a rotating body, the volume average temperature obtained by solving the difference equation (Equation 4) based on the measured surface temperature value t s is used. In other words, the internal temperature distribution of the axle is dominated by heat flow in the radial direction in the transient state,
(Equation 3) is approximately established from the heat transfer equation.
【００１６】[0016]
【数２】 ここで、Ｔは初期状態（一様均一温度状態）からの経過
時間、ａは温度伝播率、ｒは半径位置を示す。(Equation 2) Here, T indicates the elapsed time from the initial state (uniform and uniform temperature state), a indicates the temperature propagation rate, and r indicates the radial position.
【００１７】上式により、経過時間Ｐにおける温度分布
をもとに、更にそれから微小な時間ΔＴ経過した後の時
間Ｐ＋１における温度分布ｔn (P+1) は次の様に表わさ
れる。 ｔn (P+1) ＝φ0 （ｔn+1 (P) −ｔn-1 (P) ） ＋φ1 （ｔn+1 (P) ＋ｔn+1 (P) ）＋（１−２φ1 ）ｔn (P) ＝Ｃn ＋ｔn+1 (P) ＋Ｄn ×ｔn-1 (P) ＋Ｅn ×ｔn (P) ……（式４） ここで、ｔn-1 ，ｔn ，ｔn+1 はロータをｎ等分した円
環の隣あう温度、 φ0 ＝ａ×ΔＴ／２ｒΔｒ φ1 ＝ａ×ΔＴ／Δｒ2 Δｒはロータ半径Ｒ0 の１／ｎ また、体積平均温度ｔa (P) は次式のように示される。According to the above equation, based on the temperature distribution at the elapsed time P, the temperature distribution t n (P + 1) at the time P + 1 after the elapse of a minute time ΔT is expressed as follows. t n (P + 1) = φ 0 (t n + 1 (P) −t n−1 (P) ) + φ 1 (t n + 1 (P) + t n + 1 (P) ) + (1-2φ 1) t n (P) = C n + t n + 1 (P) + D n × t n-1 (P) + E n × t n (P) ...... ( equation 4) where, t n-1, t n and t n + 1 are the temperatures adjacent to the ring that divides the rotor into n equal parts, φ 0 = a × ΔT / 2rΔr φ 1 = a × ΔT / Δr 2 Δr is 1 / n of the radius R 0 of the rotor. The average temperature t a (P) is represented by the following equation.
【００１８】[0018]
【数３】 上式は車軸の一様均一温度状態（例えば、長期間停止
後）のにおける表面温度とその後の表面温度の連続計測
により車軸の軸方向距離が精度良く算出できることを示
している。(Equation 3) The above equation shows that the axial distance of the axle can be calculated with high accuracy by continuous measurement of the surface temperature and the subsequent surface temperature when the axle is in a uniform and uniform temperature state (for example, after a long-term stop).
【００１９】一方、一般的に中小容量のターボ機械は１
本の車軸とこの車軸を覆う車室とから構成されており、
大容量機に比べてケーシングの構造が簡単で軸線に直角
な平面に対してほぼ対称な円環状をなしている。このた
め車軸と同じく（式３）から（式５）までが比較的精度
良く成立し、内面温度の連続的な計測により軸方向距離
が算出できる。また、中小容量のターボ機械は軸方向の
長さも比較的に短く、（式２）で求めた集合和に起因す
る誤差も少ない。したがって、図１に示したようにター
ボ機械各部に設置した温度計１２とその計測値を基に上
記の演算を行なう演算器１３によって各軸封装置におけ
る軸方向間隙δa を算出することができる。On the other hand, turbo machines of medium and small capacity generally have one
It consists of two axles and a cabin covering this axle,
The structure of the casing is simpler than that of a large-capacity machine, and the casing has an annular shape that is substantially symmetric with respect to a plane perpendicular to the axis. Therefore, similarly to the axle, (Equation 3) to (Equation 5) hold relatively accurately, and the axial distance can be calculated by continuous measurement of the inner surface temperature. Further, the medium and small capacity turbo machines have a relatively short length in the axial direction, and have a small error due to the union obtained by (Equation 2). Therefore, as shown in FIG. 1, the axial gap δ a in each shaft sealing device can be calculated by the thermometer 12 installed in each part of the turbomachine and the calculator 13 performing the above calculation based on the measured values. .
【００２０】さらにこの演算結果をパッキンの据え付け
時設定間隙と比較する比較器１４によって求められる偏
差信号を、パッキンセグメント３に連結したアクチュエ
ータ８に出力し、偏差量に相当する距離だけパッキンセ
グメント３を軸方向に移動させることができる。上述の
ようにアクチュエータ８は油圧、空圧、蒸気圧、または
電力１８等の外部駆動源によって作動するピストンまた
はスライダーと変位検出器とから構成されており、比較
器１４からの偏差信号に対してパッキンセグメント３の
移動量が一致するようにアクチュエータを制御する制御
器１１にフィードバック信号を与えることができる。以
上のように構成された軸封装置においては軸封装置の位
置における車室と車軸の軸方向距離が常に一定に保た
れ、運転状態に影響されずに必要な軸方向間隙を確保す
ることができる。Further, a deviation signal obtained by a comparator 14 for comparing the calculation result with a gap set at the time of installation of the packing is output to an actuator 8 connected to the packing segment 3, and the packing segment 3 is moved by a distance corresponding to the amount of deviation. It can be moved axially. As described above, the actuator 8 includes a piston or a slider operated by an external drive source such as hydraulic pressure, pneumatic pressure, vapor pressure, or electric power 18 and a displacement detector. A feedback signal can be given to the controller 11 that controls the actuator so that the amount of movement of the packing segment 3 matches. In the shaft sealing device configured as described above, the axial distance between the cabin and the axle at the position of the shaft sealing device is always kept constant, and a necessary axial gap can be secured without being affected by the driving state. it can.
【００２１】次に第２の発明についての一実施例を図３
を参照して説明する。本実施例において車軸パッキン部
２０は車軸１に直交し、すなわち車軸中心に対して半径
方向に設置されており、この軸方向パッキンと対向する
ように微小間隙ａ，ｂをあけて構成された複数の歯数を
有するパッキンセグメント２１とセグメントカバー２２
とが静止部の車室内に収容されている。セグメントカバ
ー２２はパッキンセグメント２１の一部を構成する組立
て部品でその一面にはラビリンスパッキン２３が配設さ
れており、取付けボルト２４によりパッキンセグメント
２１の一部にシム２５を介在させて固着するようになっ
ている。パッキンセグメント２１は外周円筒部２６の内
側に円板部２７が一体的に形成された断面形状が略Ｔ字
形をなしており、円板部２７には複数歯数のラビリンス
パッキン２３が配設されている。このパッキンセグメン
ト２１は、一端が車室２の一部に形成された係止部に係
止される一方、他端はパッキンカバー２８を被着してパ
ッキンセグメント収容部２９内に収容されている。この
とき、パッキンセグメント２１の左右の係止部の内径Ｄ
1 、Ｄ2 は異なるように設定されている。また、パッキ
ンセグメント２１の軸方向の両端には所定のバネ定数を
有するバランスバネ３０、３０が装着され、これにより
パッキンセグメント２１は両方のバネのつりあい位置で
静止保持されている。Next, an embodiment of the second invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. In this embodiment, the axle packing portion 20 is provided orthogonal to the axle 1, that is, is installed in the radial direction with respect to the axle center, and has a plurality of small gaps a and b opposed to the axial packing. Packing segment 21 having a number of teeth and segment cover 22
Are housed in the vehicle compartment of the stationary part. The segment cover 22 is an assembled part constituting a part of the packing segment 21 and has a labyrinth packing 23 disposed on one surface thereof. The segment cover 22 is fixed to a part of the packing segment 21 with a shim 25 interposed by mounting bolts 24. It has become. The packing segment 21 has a substantially T-shaped cross section in which a disk portion 27 is integrally formed inside an outer peripheral cylindrical portion 26, and a labyrinth packing 23 having a plurality of teeth is disposed on the disk portion 27. ing. One end of the packing segment 21 is locked by a locking portion formed in a part of the vehicle compartment 2, and the other end is covered with a packing cover 28 and is housed in a packing segment housing portion 29. . At this time, the inner diameter D of the left and right locking portions of the packing segment 21
1, D 2 are set to be different. Further, balance springs 30, 30 having a predetermined spring constant are attached to both ends in the axial direction of the packing segment 21, so that the packing segment 21 is held stationary at a balanced position of both springs.
【００２２】一方、パッキンセグメント２１の外周円筒
部２６の外周面のほぼ中央部には凹部２６ａが形成され
ており、この凹部２６ａにはシールリング３１が装着さ
れており、パッキンセグメント収容部２８をＤ室とＥ室
とに分離している。また、パッキンセグメント２１は、
このシールリング３１または同じく外周部に設置された
図示しない板バネにより中心方向に押圧されており、Ｄ
室とＥ室とはともに密閉状態が保持されている。パッキ
ンセグメント２１の内部にはパッキンが遮蔽すべき高圧
側Ａ室と低圧側Ｃ室の中間に位置するＢ室からＥ室へ連
通するＬ字形をなす導孔３２とＡ室からＤ室へ連通する
直線形をなす導孔３３とが穿設されている。On the other hand, a concave portion 26a is formed substantially at the center of the outer peripheral surface of the outer cylindrical portion 26 of the packing segment 21, and a seal ring 31 is mounted in the concave portion 26a. The room D and the room E are separated. In addition, the packing segment 21
Pressed in the center direction by the seal ring 31 or a leaf spring (not shown) installed on the outer periphery,
The chamber and the chamber E are kept in a sealed state. Inside the packing segment 21, an L-shaped conducting hole 32 communicating from the chamber B to the chamber E located between the high-pressure side A chamber and the low-pressure side C chamber to be shielded by the packing, and communicates from the A chamber to the D chamber. A linear guide hole 33 is formed.
【００２３】このように構成されたパッキンセグメント
２１の効果を以下に示す。図４は車軸１がパッキンセグ
メント２１に対して、熱膨張差等によって軸方向に相対
的に移動した場合のＢ室の圧力変化を示したものであ
る。パッキン部の高圧側Ａ室の圧力をＰA 、低圧側Ｃ室
の圧力をＰC とするとパッキン部中間のＢ室の圧力ＰB
は、上述の（式１）のＰ1 ，Ｐ2 に各々ＰA ，ＰB を代
入して求められる車軸パッキン部右側の漏洩量とＰ1 ，
Ｐ2 にＰB ，ＰC を代入して求められる車軸パッキン部
左側の漏洩量とが等しいことから両者を逐次計算して求
めることができる。すなわち、車軸が図上で右方にａあ
るいは左方にｂだけパッキンセグメント２１に対して相
対的に移動すると、パッキンセグメント２１がパッキン
部の右側または左側位置で接触し、漏洩蒸気が閉塞さ
れ、ＰB は、ＰA またはＰC に等しくなる。また、車軸
の軸方向移動のない状態におけるＰB をＰBOとすると、
ＰBOはＰA とＰC の平均値となる。このとき、上述のよ
うにパッキンセグメント２１にはＡ室とＤ室及びＢ室と
Ｅ室とを連通する導孔３２，３３が設置されているの
で、連通した各室の圧力は等しくなる。すなわち、パッ
キンセグメント２１の左右は異なる圧力であるためパッ
キンセグメント２１には下記に示す軸方向の推力が作用
する。パッキンセグメント２１の右方から作用する力Ｆ
R は ＦR ＝π／４×（Ｄ2 2 −Ｄ0 2 ）×ＰA ＋π／４×（Ｄ3 2 −Ｄ2 2 ）×ＰB ……（式６） パッキンセグメント２１の左方から作用する力ＦL は ＦL ＝π／４×（Ｄ1 2 −Ｄ0 2 ）＋ＰC ＋π／４×（Ｄ3 2 −Ｄ1 2 ）×ＰA ……（式７） ここで、Ｄ0 はパッキンセグメント内径、Ｄ1 は左側係
止部内径、Ｄ2 は右側係止部内径、Ｄ3 はパッキンセグ
メント外径を示す。パッキンセグメント２１を移動させ
る力をＦとすると、 Ｆ＝ＦR −ＦL また、ＰB ＝ＰB0＋ΔＰB とすると ＰB0＝（ＰA ＋ＰC ）／２ であり、以上より Ｆ＝（Ｄ3 2 −Ｄ2 2 ）×ΔＰB −（Ｄ0 2 −Ｄ1 2 −
Ｄ2 2 ／２＋Ｄ3 2 ／２）×（ＰA ＋ＰC ） となる。ここで、上述のパッキンセグメントの内径を Ｄ0 2 −Ｄ1 2 ＝Ｄ2 2 ／２−Ｄ3 2 ／２ となるように決めておくとＦ式の第２項は消えて Ｆ＝（Ｄ3 2 −Ｄ2 2 ）×ΔＰB ……（式８） となる。The effects of the packing segment 21 configured as described above will be described below. FIG. 4 shows the pressure change in the chamber B when the axle 1 moves relative to the packing segment 21 in the axial direction due to a difference in thermal expansion or the like. Assuming that the pressure in the high pressure side A chamber of the packing part is P A and the pressure in the low pressure side C chamber is P C , the pressure P B in the middle of the packing part B is P B.
The above P 1, each P A, the leakage amount and P 1 of the axle packing part right obtained by substituting P B to P 2 (Formula 1),
Since the leakage amount on the left side of the axle packing part obtained by substituting P B and P C for P 2 is equal, both can be calculated sequentially. That is, when the axle moves relative to the packing segment 21 by a to the right or b to the left in the figure, the packing segment 21 comes into contact at the right or left position of the packing portion, and the leaked steam is blocked, P B will be equal to P A or P C. Also, if P B in the state where there is no axial movement of the axle is P BO ,
P BO is the average value of P A and P C. At this time, since the packing segments 21 are provided with the guide holes 32 and 33 that connect the chambers A and D and the chambers B and E as described above, the pressures of the connected chambers become equal. That is, since the left and right sides of the packing segment 21 have different pressures, the following axial thrust acts on the packing segment 21. Force F acting from right side of packing segment 21
R is F R = π / 4 × (D 2 2 −D 0 2 ) × P A + π / 4 × (D 3 2 −D 2 2 ) × P B (Equation 6) From the left side of the packing segment 21 here the force F L acting is F L = π / 4 × ( D 1 2 -D 0 2) + P C + π / 4 × (D 3 2 -D 1 2) × P A ...... ( equation 7), D 0 packing segment inside diameter, D 1 is the left side locking portion inner diameter, D 2 is the right side locking portion inner diameter, D 3 denotes a packing segment outer diameter. If the force for moving the packing segment 21 is F, then F = F R -F L , and if P B = P B0 + ΔP B , then P B0 = (P A + P C ) / 2, and F = (D 3 2 -D 2 2) × ΔP B - (D 0 2 -D 1 2 -
D 2 2/2 + D 3 2/2) a × (P A + P C) . Here, disappears the second term of the inner diameter of the packing segments above D 0 2 -D 1 2 = D 2 2/2-D 3 2/2 become as determined keep the F-type F = (D 3 2 −D 2 2 ) × ΔP B (Equation 8)
【００２４】このパッキンセグメント２１に作用する差
圧による力Ｆを図５に示す。これは車軸１が右方または
左方に移動した場合、パッキンセグメント２１に右方ま
たは左方に移動させようとする力Ｆが発生することを示
している。車軸が軸方向にａまたはｂ移動してパッキン
と接触した位置における作用力Ｆa ，Ｆb は ΔＰB ＝（ＰA −ＰC ）／２ であるから、（式８）より Ｆa ＝Ｆb ＝（Ｄ3 2 −Ｄ2 2 ）×（ＰA −ＰC ）／２ となる。FIG. 5 shows a force F caused by the differential pressure acting on the packing segment 21. This indicates that when the axle 1 moves to the right or left, a force F for moving the packing segment 21 to the right or left is generated. Axle acting force F a at the position moved a or b in contact with the packing in the axial direction, since F b is the ΔP B = (P A -P C ) / 2, F a = F than (Equation 8) b = a (D 3 2 -D 2 2) × (P a -P C) / 2.
【００２５】ここで、パッキンセグメント収容部の左右
に装着されたバランスバネ３０のバネ定数κを下式のよ
うに設定すると、パッキンセグメント２１は車軸の移動
にともなって発生する（式８）の作用力Ｆによって図６
に示すように左右に摺動する。 κ＝２Ｆa ／ａ このとき、パッキンセグメント２１を外周方向から押し
つけてＤ室及びＥ室の気密性を保持する力のために摺動
時に摩擦力によって、下式のような軸方向移動量の微少
なヒステリシスΔＭが生じる。 ΔＭ＝ＦP ×μ／κ ここで、ＦP はパッキンセグメント２１を外周部からの
押圧力、μは摺動部の静摩擦係数を示している。上記Δ
Ｍはパッキンセグメント２１の軸方向形状や、外周部に
設置されたシールリングの設置位置及びパッキンセグメ
ント２１押えバネの押圧力を適正に設定することにより
パッキン部の間隙ａ，ｂに対して十分小さな値とするこ
とができる。この結果、図７に示すように車軸がパッキ
ンセグメント２１に対して軸方向に移動した場合には、
パッキンセグメント２１自身も上述の移動を伴い、パッ
キン軸方向間隙は車軸の移動量よりも極めて少なく抑え
られる。Here, if the spring constant κ of the balance springs 30 mounted on the left and right sides of the packing segment accommodating portion is set as in the following formula, the packing segment 21 is generated by the movement of the axle (formula 8). FIG. 6 by force F
Slide left and right as shown. κ = 2F a / a At this time, the packing segment 21 is pressed from the outer peripheral direction to maintain the airtightness of the chamber D and chamber E, so that the frictional force at the time of sliding causes the axial movement amount as shown in the following equation. A slight hysteresis ΔM occurs. ΔM = F P × μ / κ where, F P is the pressing force from the outer peripheral portion of the packing segments 21, mu denotes a coefficient of static friction of the sliding portion. The above Δ
M is sufficiently small with respect to the gaps a and b of the packing portion by appropriately setting the axial shape of the packing segment 21, the installation position of the seal ring installed on the outer peripheral portion, and the pressing force of the packing segment 21 pressing spring. It can be a value. As a result, when the axle moves in the axial direction with respect to the packing segment 21 as shown in FIG.
The packing segment 21 itself also moves as described above, and the gap in the packing axial direction is suppressed to be extremely smaller than the movement amount of the axle.
【００２６】[0026]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、第１の
発明によればパッキンセグメントの軸方向位置の検出結
果に応じてアクチュエータを作動させて上記パッキンセ
グメントを軸方向に移動させるようにすることにより、
また、第２の発明によれば、パッキンセグメント収容部
の圧力室間の差圧により生じた車軸の軸方向作用力で上
記パッキンセグメントを軸方向に移動させるようにした
ことにより正確にパッキンセグメントの軸方向間隙を制
御することができるので、パッキン部での接触による車
軸の振動や熱発生、漏洩蒸気の増大を防止し、高い軸封
性能を実現するという効果を奏する。As is apparent from the above description, according to the first aspect, the packing segment is moved in the axial direction by operating the actuator according to the detection result of the axial position of the packing segment. By doing
According to the second invention, the packing segment is moved in the axial direction by the axial acting force of the axle generated by the pressure difference between the pressure chambers of the packing segment accommodating portion, so that the packing segment can be accurately positioned. Since the gap in the axial direction can be controlled, vibration of the axle, heat generation, and increase in leaked steam due to contact at the packing portion are prevented, and an effect of realizing high shaft sealing performance is achieved.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】第１の発明による軸封装置の一実施例の制御系
統を示した縦断面図。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a control system of an embodiment of a shaft sealing device according to the first invention.
【図２】図１に示した軸封装置のII−II線断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of the shaft sealing device shown in FIG. 1 taken along the line II-II.
【図３】第２の発明による軸封装置の一実施例を示した
縦断面図。FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing one embodiment of a shaft sealing device according to the second invention.
【図４】第２の発明における車軸相対移動量と内部圧力
との関係を示した特性図。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between an axle relative movement amount and an internal pressure in the second invention.
【図５】第２の発明における車軸相対移動量とパッキン
セグメント作用力との関係を示した特性図。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between an axle relative movement amount and a packing segment acting force in the second invention.
【図６】第２の発明における車軸相対移動量とパッキン
セグメント移動量との関係を示した特性図。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between an axle relative movement amount and a packing segment movement amount in the second invention.
【図７】第２の発明における車軸相対移動量とパッキン
セグメント間隙変化との関係を示した特性図。FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between an axle relative movement amount and a change in packing segment gap in the second invention.
１ 車軸 ２ 車室 ３，２１ パッキンセグメント ４，２０ 車軸パッキン部 ５，２８ パッキンセグメント収容部 ６，２９ パッキンカバー ８ アクチュエータ １０ 位置検出器 １１ 制御部 １２ 温度計 １３ 演算器 ３０ バネ ３１ シールリング ３２，３３ 導孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Axle 2 Chamber 3, 21 Packing segment 4, 20 Axle packing part 5, 28 Packing segment accommodation part 6, 29 Packing cover 8 Actuator 10 Position detector 11 Control part 12 Thermometer 13 Computing device 30 Spring 31 Seal ring 32, 33 Guide hole
Claims (2)
ッキンセグメントを車軸の軸方向に移動可能に車室の一
部に収容した軸流タービンの軸封装置において、 上記車室の各部の温度および車軸の表面温度を計測する
温度計測手段と、 上記温度計測手段が計測した温度から、上記車室および
上記車軸の熱伸縮と、上記ラビリンスパッキンの軸方向
間隙とを算出する演算器と、 上記演算器が算出した上記ラビリンスパッキンの軸方向
間隙と所定の間隙許容値とを比較し、アクチュエータを
介して上記パッキンセグメントを上記車軸の軸方向に移
動させる制御手段と、 を備えたことを特徴とする軸流タービンの軸封装置。1. A shaft sealing device for an axial turbine in which a packing segment having a labyrinth packing disposed on an inner surface is movably accommodated in a part of a vehicle room in an axial direction of an axle, wherein a temperature and a temperature of each part of the vehicle room are determined. Temperature measuring means for measuring the surface temperature of the axle; and
Thermal expansion and contraction of the axle and axial direction of the labyrinth packing
An arithmetic unit for calculating the gap, and an axial direction of the labyrinth packing calculated by the arithmetic unit
Comparing the gap with a predetermined gap tolerance, the actuator
Through with shaft sealing apparatus of the axial flow turbine, characterized in that and a control means for moving said packing segments in the axial direction of the axle.
ッキンセグメントを車室の一部に収容し、車軸パッキン
が車軸に垂直に配設された円盤の表裏面に設けられた軸
流タービンの軸封装置において、 上記パッキンセグメントを車室内に軸方向に配置された
バネで保持するとともに、上記パッキンセグメントの一
部にシール部材を介装してパッキンセグメント収容部を
２個の圧力室に分離し、 上記圧力室の１つと車軸高圧室と、及び他の圧力室と上
記円盤周縁のパッキン部中間室とをそれぞれ連通する導
孔をパッキンセグメント内に穿設し、 上記パッキンセグメント収容部の圧力室間の差圧により
上記パッキンセグメントを上記車軸の軸方向に移動させ
るようにしたことを特徴とする軸流タービンの軸封装
置。2. The axle packing according to claim 2, wherein the labyrinth packing has a packing segment disposed on an inner surface thereof and accommodated in a part of a vehicle compartment.
In the shaft sealing device for an axial flow turbine provided on the front and back surfaces of a disk disposed perpendicular to the axle, the packing segment is held by a spring disposed in the vehicle interior in the axial direction, and one of the packing segments is provided. part seal member is interposed to separate the packing segment accommodating portion into two pressure chambers, the axle pressure chamber and one of the pressure chambers, and other pressure chamber and the upper
A guide hole communicating with the packing portion intermediate chamber on the periphery of the disk is formed in the packing segment, and the packing segment is moved in the axial direction of the axle by a pressure difference between the pressure chambers of the packing segment receiving portion. A shaft sealing device for an axial flow turbine, characterized in that:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3034657A JP2888655B2 (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Shaft sealing device for axial flow turbine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3034657A JP2888655B2 (en) | 1991-02-28 | 1991-02-28 | Shaft sealing device for axial flow turbine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04272405A JPH04272405A (en) | 1992-09-29 |
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Family
ID=12420516
Family Applications (1)
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| Country | Link |
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|---|---|---|---|---|
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1991
- 1991-02-28 JP JP3034657A patent/JP2888655B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH04272405A (en) | 1992-09-29 |
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