JP3364111B2 - 高差圧エンドロータシール - Google Patents

高差圧エンドロータシール

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JP3364111B2 JP12073697A JP12073697A JP3364111B2 JP 3364111 B2 JP3364111 B2 JP 3364111B2 JP 12073697 A JP12073697 A JP 12073697A JP 12073697 A JP12073697 A JP 12073697A JP 3364111 B2 JP3364111 B2 JP 3364111B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は主にガスタービンの
エンドロータのシールに適用される高差圧エンドロータ
シールに関する。 【0002】 【従来の技術】図5はガスタービンのロータエンド部の
シール構造の一例を示す断面図で、本出願人が蒸気冷却
方式を採用する場合に検討している構造の一例を示すも
のである。図において、11はロータであり内側ロータ
11aと外側ロータ11bからなり、内側ロータ11a
と外側ロータ11bとの間には蒸気入口14より冷却媒
体、即ち蒸気20が供給され、ロータを冷却後の蒸気は
内側ロータ11aの内部を通り、蒸気出口15から流出
して回収される。16は軸受部であり、外側ロータ11
bとステータ12との間にはラビリンスシール13が設
けられ、蒸気の外部への漏れを防止するようにシールし
ている。 【0003】上記に説明のエンドロータのシールとして
は、エンドロータが図5にも示すように軸受部16から
オーバーハングとなっており、シール部の長さ(軸方
向)は長くできない制限がある。又、ロータ側とステー
タ側との熱伸び差が大きいので、この点からも長さに制
限を受ける。これらの制限よりロータに蒸気冷却方式を
採用する場合には、シール長は270mm程度が限度であ
り、ラビリンスシールを採用するとその段数(フィン
数)は10枚程度に制限される。 【0004】図4は上記に説明のエンドロータのシール
に適用されるシール構造の一例を示し、(a)がダブル
ストリップシール、(b)がラビリンスシールをそれぞ
れ示している。(a)のダブルストリップシールにおい
ては、ステータ側31とロータ側33にそれぞれ対向し
てステータ側のフィン32とロータ側のフィン34とが
所定のクリアランスCを保ってピッチPで配置される。
エンドロータシールとして採用する場合には、前述のよ
うに長さLがL=270mm程度で、ピッチP=3mmの場
合にはフィン数は90、P=6mmではフィン数は45m
m、P=10mmではフィン数は27となる。 【0005】(b)はラビリンスシールの例で、ステー
タ側41にはフィン42、突起部43、突起部43上の
フィン44が配置され、ロータ側45にはロータ側の突
起部46が設けられ、フィン42と所定のクリアランス
C′を保って対向配置される。ラビリンスシールをガス
タービンのロータエンドに採用すると熱伸びが±20mm
程度発生するので、フィン44と突起部46との関係よ
りフィン数は10枚程度に制限される。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】現状のガスタービンに
おいては多量の冷却空気を常にロータと翼に流し、ロー
タと翼を冷却しており、そのため空気を高圧にするため
の圧縮機やクーラに相当の動力を費し、ガスタービンの
性能向上の妨げとなっていた。そこで、近年ガスタービ
ンと蒸気タービンとを組合せて発電効率を高めるコンバ
インドサイクルが実現しており、翼の冷却に空気を用い
る代りに蒸気タービンで発生する蒸気の一部を抽出し、
この蒸気をロータや翼に導き、冷却することが研究され
ているが、この蒸気冷却方式は今だ実用化されていな
い。 【0007】この蒸気冷却方式がガスタービンに採用さ
れると、高圧の冷却蒸気に対して回転シールが必要とな
り、この高圧蒸気と大気圧近くの圧力間のシールとなる
ため高差圧のシールが必要となる。このシール性能がガ
スタービンの蒸気冷却方式の成立性を左右し、又信頼性
の確保にとって重要な要素となるものである。 【0008】そこで、本発明は、ガスタービンのロータ
や翼に蒸気冷却方式を採用する場合に、エンドロータの
回転シールとして適用でき、シールフィンのピッチ、フ
ィン同志のクリアランスを熱伸びによる影響を受けるこ
とを考慮して漏れを最小限にするように実験を重ね、最
適に設定した高差圧エンドロータシールを提供すること
を課題としてなされたものである。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために次の手段を提供する。 【0010】タービンのロータエンド部に用いられるシ
ールであって、同シールはロータ側とステータ側にそれ
ぞれフィンを所定ピッチで配置すると共に、同フィンの
先端を所定クリアランスを保って対向配置したダブルス
トリップシールとし、かつ前記のピッチ/クリアランス
比を6とし、前記ピッチを2〜6mmの範囲とすると共に
前記クリアランス0.3〜1.0mmの範囲に設定する
ことを特徴とする高差圧エンドロータシール。 【0011】本発明は、上記のようにダブルストリップ
シールのフィンをピッチ/クリアランス比を6とし、
ッチを2〜6mmの範囲とし、クリアランスを0.3〜
1.0mmの範囲とすることにより、蒸気冷却方式の数1
0kg/cm2 の高差圧のロータエンドの回転シールとし
て用いても熱伸びによるズレの影響を受けることなく蒸
気の漏れを小さくすることが試験により確認されてい
る。 【0012】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明の実
施の一形態に係るガスタービンにおけるエンドロータシ
ールのフィンの配置図である。図において、(a)はダ
ブルストリップシールで、ステータ側1とロータ側2に
それぞれフィン3,4を対向(突合せ)したシール構造
を示し、(b)はフィン5,6をそれぞれ交互に配置し
た構造である。(c)はフィンの形状を示している。 【0013】これらのダブルストリップシールについ
て、フィン間のクリアランスCを、C=0.5mmに設定
し、ピッチPを、P=3mm(フィン数90)、P=6mm
(フィン数45)、P=10mm(フィン数27)の各ケ
ースと、ラビリンスシール(フィン数10)についてそ
れぞれシール性の試験を行った。 【0014】図2は上記の各ケースの試験結果であり、
入口圧力(ata)に対するリーク流量(kg/cm)を
測定したものである。図において、(A−1)はP=3
mmで突合せ、(A−2)はP=3mmで交互、(B−1)
はP=6mmで突合せ、(B−2)はP=6mmで交互、
(C−1)はP=10mmで突合せ、(C−2)はP=1
0mmで交互、(D)はラビリンスシールの結果をそれぞ
れ示しており、この結果よりリーク流量が最も少ないの
は(B−1)のP=6mmで突合せ状態としたものであ
る。 【0015】上記の図2の結果よりP=6mmでは突合せ
状態がリーク量の最少となったが、図3においては、突
合せ状態と交互の両方のダブルストリップシールについ
て、ピッチ/クリアランスに対するリーク流量比の関係
をまとめて示したものである。 【0016】図3において、はP=6mmの突合せ状
態、はの突合せ状態から熱伸びにより伸びてフィン
が交互の状態となったものを示し、はラビリンスシー
ルである。図3に示すようにB点におけるピッチ/クリ
アランスにおいて最少リーク点となるが、この点Bは軸
伸びが発生し、フィン状態が突合せ状態から交互の状態
になるとB′点までリーク量が増加することになる。 【0017】従って、B点よりもむしろ軸伸びの影響が
小さく、かつリーク量もB′点よりも少ないC点(ピッ
チ/クリアランス=6;ピッチ3mmとすれば、クリアラ
ンスは0.5mm)を採用した方が良いことになる。 【0018】上記のC点のリーク流量とするには、ピッ
チ/クリアランスの値を6にする必要があり、ピッチP
=2mmであり、クリアランスC=0.3mm、P=3mmで
は、C=0.5mm、P=6mmではC=1.0mmと設定す
れば良い。従って、これらの値から、エンドロータシー
ルとしてリーク流量を少なくするには、ピッチPを2mm
〜6mmとし、これに対するクリアランスを0.3mm〜
1.0mmの範囲にすれば良い。このような範囲にフィン
を選定したダブルストリップシールを採用すれば、数1
0kg/cm2 の高差圧の回転シールに対してロータ側と
ステータ側の熱伸びによるズレの影響を考慮してもこの
影響は受けずに蒸気の漏れを最小にすることができ、安
定したシールが得られる。 【0019】なお、本発明の実施の形態においては、本
発明の高差圧エンドロータシールをガスタービンの例で
説明したが、本発明はガスタービンのみに限定するもの
ではなく、蒸気タービンのシールとしても適用できるも
のであり、同様の効果を奏するものである。 【0020】 【発明の効果】本発明は、タービンのロータエンド部に
用いられるシールであって、同シールはロータ側とステ
ータ側にそれぞれフィンを所定ピッチで配置すると共
に、同フィンの先端を所定クリアランスを保って対向配
置したダブルストリップシールとし、かつ前記のピッチ
/クリアランス比を6とし、前記ピッチを2〜6mmの範
囲とすると共に前記クリアランス0.3〜1.0mmの
範囲に設定することを特徴としているので、蒸気冷却方
式を採用した場合において、高差圧のロータエンド部の
回転シールとして適用しても、熱伸びに影響されずに漏
れが最小となる安定したシールとすることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施の一形態に係る高差圧エンドロー
タシールのフィン配置図で、(a)は突合せ、(b)は
交互のフィン配置を、(c)はフィンの形状をそれぞれ
示している。 【図2】本発明の実施の一形態に係る高差圧エンドロー
タシールの試験結果を示す図で、入口圧力とリーク流量
の関係を示す。 【図3】本発明の実施の一形態に係る高差圧エンドロー
タシールのダブルストリップシールのリーク流量特性図
である。 【図4】エンドロータシールとして適用されるシールの
構成図で、(a)はダブルストリップシール、(b)は
ラビリンスシールをそれぞれ示す。 【図5】ガスタービンのエンドロータ部の断面図で、蒸
気冷却方式を用いる場合のシール構造を示す。 【符号の説明】 1 ステータ側 2 ロータ側 3,4,5,6 フィン P ピッチ C クリアランス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭58−127258(JP,U) 実公 昭36−3216(JP,Y1) 火原協会講座3 タービン発電機,日 本,(社)火力原子力発電技術協会,P 97−98,27ラビリンスパッキンの章 火力原子力発電必携,日本,(社)火 力原子力発電技術協会,1996年3月15 日,改訂版第5版第3刷,P286−287, 14−17タービン各部の隙間と軸心調整の 例の章 機械設計ハンドブック,日本,機械設 計ハンドブック編集委員会,1957年12月 15日,初版第4刷,P6−151−153, 6.4.3ラビリンスパッキンの章 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01D 11/02 F02C 7/28 F16J 15/447

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 タービンのロータエンド部に用いられる
    シールであって、同シールはロータ側とステータ側にそ
    れぞれフィンを所定ピッチで配置すると共に、同フィン
    の先端を所定クリアランスを保って対向配置したダブル
    ストリップシールとし、かつ前記のピッチ/クリアラン
    ス比を6とし、前記ピッチを2〜6mmの範囲とすると共
    前記クリアランス0.3〜1.0mmの範囲に設定す
    ることを特徴とする高差圧エンドロータシール。
JP12073697A 1997-04-30 1997-05-12 高差圧エンドロータシール Expired - Fee Related JP3364111B2 (ja)

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US09/214,384 US6189892B1 (en) 1997-04-30 1998-04-21 High differential pressure type end rotor seal
CA002259383A CA2259383C (en) 1997-04-30 1998-04-21 High differential pressure end rotor seal
EP98914119A EP0911491B1 (en) 1997-04-30 1998-04-21 High differential pressure end rotor seal
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KR20000071290A (ko) * 1999-01-29 2000-11-25 제이 엘. 차스킨, 버나드 스나이더, 아더엠. 킹 조합된 사이클 시스템 및 가스 터빈
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火力原子力発電必携,日本,(社)火力原子力発電技術協会,1996年3月15日,改訂版第5版第3刷,P286−287,14−17タービン各部の隙間と軸心調整の例の章
火原協会講座3 タービン発電機,日本,(社)火力原子力発電技術協会,P97−98,27ラビリンスパッキンの章

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