JP3100301B2

JP3100301B2 - 蒸気タービン静翼

Info

Publication number: JP3100301B2
Application number: JP07004831A
Authority: JP
Inventors: 康智金子
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-01-17
Filing date: 1995-01-17
Publication date: 2000-10-16
Anticipated expiration: 2015-10-16
Also published as: JPH08193501A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータ外周面との間に
形成されるクリアランスを常時適正に設定でき、蒸気タ
ービン効率を向上させることのできる蒸気タービン静翼
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来蒸気タービンでは、図２に示すよう
に、動翼２の前部に設置され、動翼２に作用する蒸気を
加速する静翼０１を適正な位置に保持するため、タービ
ン段落間に蒸気タービン静翼０１０を設置している。蒸
気タービン静翼０１０は、その外周面を車室に固着する
翼根リング０８と、動翼０２に作用する蒸気の加速を行
うノズルを形成する静翼０１と、翼根リング０８ととも
に、静翼０１を動翼０２の前方の、適正な位置に保持す
る内輪０３とからなる。

【０００３】また、蒸気タービン静翼０１０は、前記し
た静翼０１を、動翼０２を作動させるために適正な位置
に保持する役目のほか、タービン段落間の圧力差を維持
する役目を負っている。このため、内輪０３の内周面に
は、動翼０２をディスク０６を介して外周面に設けた、
ロータ０５外周面との間の蒸気の漏れを防止し、性能の
向上を図る、ローダイヤシール０４が設けられている。

【０００４】このように、従来の蒸気タービン静翼０１
０では、静翼０１を適正な位置に保持して、動翼０２に
効率的な回転力を発生させ性能を向上させるほか、ロー
ダイヤシール０４を利用して、タービン段落間の圧力差
を維持するために、ロータ０５外周面からの蒸気の漏れ
を防止している。しかし、ローダイヤシール０４とロー
タ０５間に形成されるクリアランスは、動翼０２，ロー
タ０５等を被包する、図示しない車室やロータ０５の熱
伸びにより、静止時のセッティング状態から、負荷運転
状態においては変化するため、運転中にクリアランスが
小さくなりすぎて、ローダイヤシール０４と、ロータ０
５が接触して振動が発生したり、又は逆に、セッティン
グにおいて余裕を大きくとりすぎて、クリアランスが大
きくなり、蒸気の漏洩量が増大して、タービン段落間の
圧力差が保持できなくなり、タービン性能が低下するこ
とがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したロ
ーダイヤシール０４と、ロータ０５外周面との間のクリ
アランスが、静止状態から負荷運転時において大きく変
動することに伴う不具合を解消するため、ローダイヤシ
ール０４の内周面と、ロータ０５の外周面との間のクリ
アランスを、常時接触の生じない最小クリアランスの最
適状態に保持できる、蒸気タービン静翼を提供すること
を課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の蒸気
タービン静翼は、次の手段を採用した。

【０００７】（１）上流段から抽気した蒸気を、蒸気タ
ービン静翼の内周面に設けたローダイヤシール近傍まで
循環させることのできる中空孔を、蒸気タービン静翼の
内部に設けた。（２）蒸気タービン静翼に発生することのある、振動を
検出しその信号を制御装置に出力する加速度計を設け
た。（３）蒸気タービン静翼に発生する振動を検出した加速
度計からの信号により、蒸気タービン静翼の内部に設け
た中空孔へ流入する高温蒸気の流量を制御する制御装置
を設けた。

【０００８】

【０００９】

【作用】本発明の蒸気タービン静翼は、上記（１）〜
（３）の手段の採用により、蒸気タービン静翼の内部に
中空孔を設け、中空孔内に上流段から抽気した高温蒸気
を流すようにし、しかも、蒸気タービン静翼にローダイ
ヤシール内周面とロータとの接触により発生することの
ある接触振動を検出した加速度計からの入力信号に基づ
き、制御装置で中空孔に流入させる高温蒸気の流量を調
整し、蒸気タービン静翼の温度をコントロールすること
により、蒸気タービン静翼の温度を最適状態に調節する
ことができる。

【００１０】このように、蒸気タービン静翼の温度が常
に最適状態に調節されることにより、蒸気タービン静翼
の半径方向の熱伸びを利用して、負荷運転時のローダイ
ヤシール内周面とロータ外周面との間に形成されるクリ
アランスを、常に接触しない最小クリアランスにでき、
高圧の上段からクリアランスを通過して下段へ漏洩する
蒸気の量を最小限にでき、タービン段落間の圧力差を維
持でき、効率の良い蒸気タービン性能を常時発揮でき
る。また、蒸気タービン静翼の半径方向の過大な熱伸び
により、ローダイヤシールとロータが接触する場合は、
加速度計により接触振動が検出され、この信号が入力さ
れた制御装置で中空孔へ流入する高温蒸気の流量を接触
振動が消滅するまで流量を絞り、蒸気タービン静翼の半
径方向の伸びをおさえ調節できるので、常に、クリアラ
ンスを最小の最適な状態にして、効率の良い蒸気タービ
ンの運転を行うことができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の蒸気タービン静翼の実施例
を、図面にもとづき説明する。図１は、本発明の蒸気タ
ービン静翼の一実施例を示す図で、図１（Ａ）は全体側
断面図と制御ブロック図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の
矢視Ａ−Ａ断面図である。

【００１２】図１（Ａ）に示すように、ロータ５の外周
面に突設したディスク１５の外周面には、動翼２，２’
が円周方向に植設されており、動翼２’，２に作用する
蒸気エネルギで、ロータ５に回転力を発生させるように
している。

【００１３】また、上段のロータ２’と下段のロータ２
の中間には、円環状の蒸気タービン静翼２０が、ロータ
５の外周面まわりに設置されている。蒸気タービン静翼
２０は、外周部を形成し、ロータ５、動翼２’２等の回
転体を被包する、図示しないケーシングに、蒸気タービ
ン静翼２０全体を固定する翼根リング８と、円周部を形
成し、ロータ５の外周面との間のクリアランスを形成す
るローダイヤシール４を、内周面に固着した内環１４
と、翼根リング８の内周面と内環１４の外周面との間に
設置され、動翼２に作用する蒸気を加速するノズルを形
成する、図１（Ｂ）に示す翼形に形成された静翼１とか
らなる。また、翼根リング８には、動翼２の外周面と、
翼根リング８内周面との間をシールする、大径シール１
６が設けられている。

【００１４】蒸気タービン静翼２０には、半径方向の中
空孔３が円周方向に等ピッチで穿設されている。この中
空孔３は、翼根リング８、静翼１、内環１４の内部にそ
れぞれ穿設した孔が連通したものであり、その外径部か
ら内径部に向う半径方向の終端は、内環１４の内周面に
固着したローダイヤシール４の近傍に配置され、その終
端から翼根リング８の外径部へ循環するように設けられ
ている。

【００１５】また、翼根リング８に穿設された中空孔３
の外部への開口には、高温、高圧の上流段と連通し、中
空孔３に上流段の高温蒸気を導入する上流側配管７と、
中空孔３を通過し、蒸気タービン静翼２０の半径方向に
循環して、蒸気タービン静翼を加熱し、温度の低下した
蒸気を、図示しない復水器へ導くドレン管１７が、それ
ぞれ連結されている。また、上流側配管７の途中には、
制御装置を構成する流量調整バルブ６が介装されてい
る。

【００１６】翼根リング８には、さらに、蒸気タービン
静翼２０の振動を検出できる加速度計９が設置されてお
り、加速度計９からの検出記号は、制御装置を構成する
信号増幅器１０、周波数分析器１１、データ処理器１２
を介して、バルブコントローラ１３に入力される。デー
タ処理器１２は、周波数分析器１１から入力された信号
に基づき、蒸気タービン静翼２０に発生している振動
が、ローダイヤシール４とロータ５外周面との接触振動
によるものかどうかを判断し、その結果をバルブコント
ローラ１３に出力するようにしている。また、バルブコ
ントローラ１３では、データ処理器１２から、加速度計
９で検出した振動が接触振動によるものとの信号を受け
たときは、ローダイヤシール４とロータ５外周面との接
触を引離すべく、中空孔３に流入する蒸気量を加減する
開度信号を、流量調整バルブ６に出力するようにしてい
る。

【００１７】本実施例の蒸気タービン静翼２０は、上述
のように構成されているので、上流側配管７を介して、
上流段の高温蒸気が中空孔３に導入されると、半径方向
に伸張して、内環１４の内周面に固着したローダイヤシ
ール４の先端が、ロータ５外周面に接近してクリアラン
スを狹める。また、蒸気タービン静翼２０を加熱した蒸
気は、ドレン管７を介して復水器へ排出される。

【００１８】さらに、蒸気タービン静翼２０が過大な熱
伸びにより、ローダイヤシール４の先端がロータ５外周
面に接触し、蒸気タービン静翼２０に接触振動が発生し
た場合は、蒸気タービン静翼２０の振動を検出する加速
度計９からの信号を、信号増幅器１０、周波数分析器１
１を通じてデータ処理器１２へ伝送し、データ処理器１
２が加速度計９からの信号が接触振動によるものかどう
かを判断し、その結果をバルブコントローラ１３に送
る。

【００１９】バルブコントローラ１３では、データ処理
器１２からローダイヤシール４が、ロータ５外周面に接
触して、接触振動を起こしているとの信号を受けた場
合、流量調整バルブ６へ開度信号を送り、上流側配管７
から中空孔３への蒸気流量を絞り、蒸気タービン静翼２
０の熱伸びを矯正して、ローダイヤシール４の先端がロ
ータ５外周面へ接触しないようにする。

【００２０】このように、中空孔３への高温蒸気の流入
量を制御することにより、蒸気タービン静翼２０の半径
方向の熱伸びは制御され、ローダイヤシール４とロータ
５外周面との間のクリアランスは、適正に保持すること
ができる。なお、上記実施例においては、蒸気タービン
における静翼について説明したが、本発明は、このよう
な蒸気タービン静翼に限定されるものではなく、ガスタ
ービン静翼、又はコンプレッサ静翼にも適用できるもの
である。また、ガスタービン静翼、コンプレッサ静翼に
適用する場合は、中空孔３を循環させる加熱蒸気に代え
て、これらのガスタービン、又はコンプレッサで発生す
る加熱された流体を使用するようにしてもよいものであ
る。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の蒸気ター
ビン静翼によれば、請求項に示す構成により、負荷運転
時に、ローダイヤシールとロータのクリアランスを、接
触しない最小クリアランスの最適な状態に保つことがで
きるため、ローダイヤシールとロータとの間に形成され
る、クリアランスからの蒸気の漏れを効果的に防止する
ことができ、タービンの性能を大幅に向上させることが
できる。また、ローダイヤシールの内周面とロータ外周
面とのクリアランスのセッティングを、余裕をもって、
大きくしておくことにより、接触振動の発生が防止でき
る。

【００２２】また、ローダイヤシールとロータが接触し
て、接触振動を発生することがあっても、感知した振動
にもとづき、ローダイヤシールとロータのクリアランス
を接触を起さない臨界的な大きさのものにすることがで
きる。これにより、常時クリアランスを振動を起さない
限界値に近いクリアランスに設定することができ、接触
振動を引起こすことなく、タービン性能を最大限に発揮
させることができる。また、クリアランスの設定が容易
となり、タービン組立時間の短縮化が達成できる利点も
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蒸気タービン静翼の一実施例を示す図
で、図１（Ａ）は全体側断面図、および制御ブロックを
示す図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示す矢視Ａ−Ａ断面
図。

【図２】従来の蒸気タービン静翼の全体側断面図であ
る。

【符号の説明】

１静翼２’，２動翼３中空孔４ローダイヤシール５ロータ６流量調整バルブ７上流側配管８翼根リング９加速度計１０信号増幅器１１周波数分析器１２データ処理器１３バルブコントローラ１４内環１５ディスク１６大径シール１７ドレン管２０蒸気タービン静翼

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】動翼が設置されたロータ外周面との間隙
を適正に保持するローダイヤシールを内周面に設けた蒸
気タービン静翼において、前記蒸気タービン静翼内に設
けられ、上流段から抽気した蒸気を前記ローダイヤシー
ルの近傍まで循環させる中空孔と、前記蒸気タービン静
翼に発生する振動を検出する加速度計と、前記加速度計
からの信号により、前記中空孔への前記蒸気の流入量を
制御する制御装置とを設けたことを特徴とする蒸気ター
ビン静翼。