JP3686119B2 - タービン・アクティブクリアランス制御装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は蒸気タービン及びガスタービンの翼、等の回転部と静止部との間に設けたシールセグメントを有するタービン・アクティブクリアランス制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図5は従来の蒸気又はガスタービンの回転部と静止部の間に用いられるシールセグメントの断面図である。図において、静止部10と回転部11との間にはシールセグメント21が設けられており、負荷の増大に伴い、上流側12と下流側13との圧力差も高まることにより、半径方向の力26、ばね反力24の差圧力でシール面摩擦力25に抗してシールセグメント21を内径側に移動させる。
【0003】
このようにタービン起動時、停止時には静止部10と回転部11との間隙を大きくし、接触による振動の発生や、シール部摩耗を防ぎ、負荷運転時にはシールセグメント21を内径側14へ移動させて両者の間隙を小さくして蒸気又はガスの漏洩を減少させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように従来の蒸気又はガスタービンの起動、停止時はシールセグメント21により静止部10を回転部11の間隙を大きくし、接触による振動発生やシール部摩耗を防ぎ、負荷運転時にはシールセグメント21を移動させて間隙を小さくして、蒸気あるいはガスの漏洩を減少させる為に、負荷増に伴って蒸気あるいはガスの作動流体の圧力が高まり、従って差圧も高まる事を利用してシールセグメントを動かし半径方向の間隙を調整している。
【0005】
しかしながら、従来の技術においてはこのシールセグメント21の動作が不安定となる場合が多く、普及するに至っていない。このシールセグメント21の動作不安定の原因は、静止部10の側面とのシール面摩擦力25が大き過ぎる事によっている。すなわち半径方向にシールセグメント25を動かす力となる差圧力は同時に軸方向の力f1 も作用するため軸方向力f1 によるシールセグメント21と側壁との摩擦も大きくなる。製造直後はこの接触面もなめらかであり摩擦力も大きくないが、使用するにともなって接触面の肌荒れ等により摩耗力25が増大する。
【0006】
そのため、この摩擦力に打ち勝ってセグメントを半径方向に動かす為に、半径方向の作用力を大きくする工夫がなされているが、今の所、摩擦力に対して充分な作動力となるようなものはなく、作動不安定が生じるため普及に至っていない。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような課題を解決するために、タービンの回転軸と静止部との間に設けられるシールセグメントに軸方向に貫通する通路部を設け、この通路部に弁機構を設け、この弁機構により低負荷時にはシールセグメントの移動を可能とし、シールセグメントと回転軸との間隙を大きく、負荷運転時にはその間隙を小さくすることを可能にする構成とする。
【0008】
即ち、本発明は、タービンの回転軸と静止部との間に設けられ、同静止部の前記回転軸の軸方向に沿った溝内で移動可能で、かつ前記回転軸を流体上流側と下流側との間で軸シールするシールセグメントと;同シールセグメントを前記軸方向に貫通し、前記流体を上流側から下流側へ流入可能とする通路部と;同通路部の途中に設けられ、起動、停止の低負荷時にはバネ力により上流側に移動して前記流体を前記通路部の下流側に流入させ、その流体圧力で前記シールセグメントを前記溝内で上流側に移動させて同溝内の下流側壁面と非接触状態にさせ、負荷運転時には流体圧力により前記バネ力に抗して下流側に移動して前記通路を閉じると共にその流体圧力で前記シールセグメントを下流側に移動させ、前記溝内の前記下流側壁面と接触させる弁機構とを具備してなり、低負荷時には前記回転軸と前記シールセグメントとの間隙を大きく、負荷運転時は同間隙を小さくし、蒸気又はガスの漏洩量を低減させることを特徴とするタービン・アクティブクリアランス制御装置を提供する。
【0009】
【作用】
本発明はこのような手段により、タービンの起動や停止時には、上流、下流の圧力差が小さく、弁機構は通路部内でバネ力により上流側へ押し出されているので流体は通路部で上流から下流側へ通じ、下流側の圧力は上流側にほとんど同じであり、シールセグメントの溝内下流側壁面への押し付け力は極めて小さく、シールセグメントが容易に半径方向に作動する。従って、タービン起動時はシールセグメントは外径側に移動でき、回転軸と静止部との間隙を大きくして接触による振動やシール部摩耗を低減できる。
【0010】
負荷運転時には負荷上昇により差圧が増大するのでその差圧によりシールセグメントは溝内で内径側に移動する。その後、弁機構が通路部内で下流方向に押し付けられ、流体の通路が閉じ、シールセグメントはその流体圧力で溝内の下流側の側壁面に接し、側壁部のシールが形成されると共に回転軸と静止部との間隙を小さくでき蒸気又はガスの漏洩量を低減することができる。
【0011】
負荷降下時には弁機構が通路部内で上流側に移動し、シールセグメントの溝内下流側に流体が流入し、その圧力が上昇するので、シールセグメントは溝内の下流側側壁面へ押し付け力が低下し、作用する力により容易に半径外側方向の元の位置へ移動させる事が出来る。
【0012】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。図1は本発明の一実施例に係るタービン・アクティブクリアランス制御装置に関する断面図である。図において、10はタービンの静翼(ノズル)内側先端部、等の静止部、11は動翼外径側先端部、ロータ軸、等の回転部で、その間の静止部10にはシールセグメント1が設けられている。シールセグメント1には軸方向に通路4が上流側12から下流側13に貫通して設けられ、パイロット弁2がバネ3を介して設けられている。通路4の下流側は溝5に連通しており静止部10の側壁10aとの接触面積を小さくしている。
【0013】
このような構成において、上流側12の圧力P1 を下流側13へ導入する通路4は静止部10の側壁10aとシールセグメント1との接触面積を小さくするために設けた溝5の容積に比べて充分に大きくし、軸方向力f2 を効果的に低減させることができる。この通路4の容積は過度に大きいと側面でのシール効果が消失するので、タービン負荷の低い時、すなわち差圧の小さい時はシールセグメント1が下流側13の壁10aに接触せず、浮いたような状態となるようにし、タービン負荷が上昇し、シールセグメント1の半径方向動作が完了した段階では側面10aのシール効果を生じさせる為にパイロット弁21をセグメントに設けたものである。
【0014】
上流側12と下流側13の圧力差が小さい時は、パイロット弁2はバネ3により上流側12へ押し出されているので、下流側13の圧力は上流側12にほとんど同じであり、下流側13への押し付け力即ち、軸方向の力f2 は極めて小さく、従って、そのシール面摩擦力6も小さくなり、シールセグメント1が容易に半径方向に作動するようになる。
【0015】
従って、タービン起動時はシールセグメント1は外径側により、負荷上昇により差圧が増大するので内径側14に移動する。その後、パイロット弁2が下流側13の方向に押し付けられ、下流側13の側壁部のシールが形成される。
【0016】
負荷降下時にはパイロット弁2が上流側12に移動し、シールセグメント1の下流側の溝5内の圧力が上昇するので、シールセグメント1の下流側13の側壁10aへ押しつけ力が低下し、摩擦力6も小さくなるので容易にシールセグメント1を半径外側方向へ作用するバネ力24により、元の位置へ移動させる事が出来る。
【0017】
このように、本実施例では軸方向の力を従来と比べて減少させ、シールセグメントを半径方向に効果的に移動できるようにしたものである。この効果を式で示すと、従来の軸方向の力をf1 、シール面の接触面積をA1 (図5参照)、本実施例での軸方向の力をf2 、接触面積をA2 、上流側12と下流側13との差圧をΔPとすると、f1 =A1 ×ΔP、f2 =A2 ×ΔPとなり、A1 >A2 であるから、f1 >f2 となり、従来の軸方向の力f1 より本実施例での軸方向の力f2 を小さくすることができる。
【0018】
図2は図1におけるパイロット弁2付近の拡大図であり、圧力導入用の通路4の面積の関係を示している。図において、A0 ,A1 ,A2 〜A7 は流体通路の面積であり、セグメントが低負荷時、下流側に密着しない条件は、A0 >(A1 +A2 )>A3 >A4 >A5 >A6 >(A7 +A8 )として、バネ力により、(A1 +A2 )>A3 となるように設定する。
【0019】
図3は前述の通路4の面積とパイロット弁2前後の圧力の関係を示した図で、(a)は通路面積と流体流れ方向との関係を示し、(b)は上流側と下流側の間の差圧の分布を示している。
【0020】
図4は圧力と負荷との関係を示し、(a)は負荷上昇時にパイロット弁2が下流側に移動した時の前後の圧力を、(b)は負荷下降時にパイロット弁が上流側に移動した時の前後の圧力の関係を示している。
【0021】
このような実施例によれば、従来はシールセグメントにおける差圧力とバネによる復元力の差が小さいために、シールセグメントを側面に押し付ける軸方向の力による側面の摩擦力に打ち勝ってシールセグメントを半径方向に効果的に動かせなかったが、前述のように通路4を設け、パイロット弁2とバネ3をこの通路4内に設けたので、タービンの低負荷時にはシールセグメント1と静止部10の側面との摩擦力6を低減させ、振動の発生やシール部の摩耗を防止し、負荷時には半径方向の作用力を安定させて高いシール効果を得ることができるものである。
【0022】
【発明の効果】
以上、具体的に説明したように、本発明によれば、タービンの回転軸と静止部との間に設けられるシールセグメントに軸方向に貫通する通路部を設け、この通路部に弁機構を設け、この弁機構により低負荷時にはシールセグメントの移動を可能とし、シールセグメントと回転軸との間隙を大きく、負荷運転時にはその間隙を小さくすることを可能にする構成としたので、次のような効果を奏するものである。
【0023】
(1)タービン起動時又は停止時及び低負荷時にはセグメントと回転部の半径方向間隙が大きく、軸振動によりシール部が接触し、シール部の摩耗する事を防ぎ、高負荷時は軸振動が安定しているので、間隙が小さくなっても接触する事が無く、高いシール効果が継続して得られるので、性能向上に大きく寄与する。
【0024】
(2)従来のタービンの軸シールはセグメントの動作不安定が生じ、普及されなかったが本発明においてはシールセグメントの作動が安定しているので軸シールとして有効な手段となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るタービン・アクティブクリアランス制御装置の断面図である。
【図2】図1におけるパイロット弁付近の部分拡大図である。
【図3】本発明の一実施例に係るタービン・アクティブクリアランス制御装置の通路部面積、差圧の関係を示し、(a)は流体流れ方向と通路部の面積との関係を示す図、(b)は流体流れ方向での圧力分布を示す図である。
【図4】本発明の一実施例に係るタービン・アクティブクリアランス制御装置の負荷と差圧との関係を示し、(a)は負荷上昇時、(b)は負荷下降時の負荷とパイロット弁前後の圧力をそれぞれ示す。
【図5】従来のタービンのシールセグメントの断面図を示す。
【符号の説明】
1 シールセグメント
2 パイロット弁
3 バネ
4 通路
5 溝
6 シール面摩擦力
10 静止部
11 回転部
12 上流側
13 下流側
Claims (1)
- タービンの回転軸と静止部との間に設けられ、同静止部の前記回転軸の軸方向に沿った溝内で移動可能で、かつ前記回転軸を流体上流側と下流側との間で軸シールするシールセグメントと;同シールセグメントを前記軸方向に貫通し、前記流体を上流側から下流側へ流入可能とする通路部と;同通路部の途中に設けられ、起動、停止の低負荷時にはバネ力により上流側に移動して前記流体を前記通路部の下流側に流入させ、その流体圧力で前記シールセグメントを前記溝内で上流側に移動させて同溝内の下流側壁面と非接触状態にさせ、負荷運転時には流体圧力により前記バネ力に抗して下流側に移動して前記通路を閉じると共にその流体圧力で前記シールセグメントを下流側に移動させ、前記溝内の前記下流側壁面と接触させる弁機構とを具備してなり、低負荷時には前記回転軸と前記シールセグメントとの間隙を大きく、負荷運転時は同間隙を小さくし、蒸気又はガスの漏洩量を低減させることを特徴とするタービン・アクティブクリアランス制御装置。
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP9058195A JP3686119B2 (ja) | 1995-04-17 | 1995-04-17 | タービン・アクティブクリアランス制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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Family
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JP9058195A Expired - Lifetime JP3686119B2 (ja) | 1995-04-17 | 1995-04-17 | タービン・アクティブクリアランス制御装置 |
Country Status (1)
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-
1995
- 1995-04-17 JP JP9058195A patent/JP3686119B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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JPH08284609A (ja) | 1996-10-29 |
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