JP3877992B2 - スチームタービン用軸封装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スチームタービン用の軸封装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スチームタービン用の軸封装置としては、従来ラビリンスシールかカーボンパッキンシールが用いられている。
ラビリンスシールは軸と接触しないようにクリアランスを設けた固定シールであり、漏れ量が多く、漏洩スチームを処理するための付帯設備が必要である。
カーボンパッキンシールは３片以上に分割したリング片をリング状に組み合わせて、ガータースプリングによりリング状に一体化したものである。従来は多数のシール室を設け、該カーボンパッキンシールを各室毎に設けてシールする構成になっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ラビリンスシールの場合には、上記したように付帯設備が必要であり、またカーボンパッキンシールの場合には多数のシール室を設ける必要があり、シールの構成が複雑化し、コストも高くなる問題がある。
また、カーボンはスチームタービン用の軸よりも熱膨張率が小さく、両者に熱膨張の相違があるため、カーボンパッキンと軸との間のクリアランスの調整が難しく、通常は高温時に合わせてクリアランスが設定されるため、低温時の漏洩が避けられない問題がある。
また多数のシール室を設けているため、カーボンパッキンをシール端面に押しつけるためのバネもシール室の数だけ必要であり、且つ該バネをバネ力の大きな大型のバネとすることが難しく、そのため、自重によりカーボンパッキンが下がり、軸と接触して偏摩耗を生ずる等の問題があった。
そのために漏れが多く、ドレーン孔より回収されず軸に沿って漏出される大気側への漏洩スチームは、ベアリングオイルに混入しベアリングの焼付を引き起こす問題があった。
本発明は上記従来技術の問題を解決することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のスチームタービン用軸封装置は、スチームタービンの軸の周囲に形成されたシール室と、該シール室内に設けられたセグメントシールと、を備え、該セグメントシールが、該軸に所定の隙間をあけて装着され、互いに端面で密着する２以上のセグメントリングを備え、該セグメントリングは前記軸とは異なる膨張係数を有し、該セグメントリングの内径が異なる、ことを特徴とする。
上記構成において、セグメントシールは１つのシール室に設けられるため、多数のシール室を形成する必要がなく、装置の簡略化を図ることができる。またセグメントシールを押しつけるためのスプリングも力の大きなものを使用できるため、セグメントリングの偏りを防止できる等の効果がある。
更に、セグメントリングの内径を異なるものとすることにより、温度環境の変化に応じて、最も適切なクリアランスを有するセグメントリングを存在させることができ、漏れを少なくすることができる。
なお、前記セグメントリングの中の少なくとも１つの内径は、前記軸が最も収縮している時に軸外周と所定の隙間を有する内径であり、前記セグメントリングの中の少なくとも他の１つの内径は、前記軸が最も膨張している時に軸外周と所定の隙間を有する内径であるように構成することにより、温度環境の上限から下限までに対応することが可能になる。
また前記大気側に近いセグメントリングの内径を最も大きくし、大気側のセグメントリングの分割面を開かないようにすることが望ましい。また前記互いに端面で密着する２つのセグメントリングの分割面が、互いに異なる位置にあるように構成することにより、軸の膨張によりセグメントの分割面が開いても、漏洩を効果的に防止することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１において、タービン車室側Ｙから大気側Ｘに延出する軸Ｊの周囲に一般的に上下分離型のケーシングＣと機内側リテーナ１０及び大気側リテーナ２０により囲まれた単一のシール室５０が形成されている。
【０００６】
機内側リテーナ１０と大気側リテーナ２０の間には、セグメントリング１、１、２、２及び３、３が軸Ｊに装着されている。
図２に示すようにセグメントリング１、２及び３は通常のクリアランス型セグメントリングであり、２つ又は３つ以上のセグメント片をリング状に組み合わせて、外周をガータスプリング４により締結してリング形状を保つようになっている。
セグメントリング１、２及び３は通常のセグメントリングと同様にカーボン等により形成されている。
【０００７】
この実施形態では、セグメントリング１、２、３は、それぞれ２つのセグメントリングを１組として用いており、該組の各リングは図２に示す分割面３０の位置をずらしてあり、分割面３０からの漏れを抑制する構造になっている。
各セグメントリング１乃至セグメントリング３はピン５により連結され、廻り止めが施されている。最もタービン車室側Ｙのセグメントリング１はピン１２により機内側リテーナ１０のコンプリング１１により廻り止めされており、これによりセグメントリング１、２、３全体が廻り止めされている。
【０００８】
セグメントリング１乃至セグメントリング３はそれぞれ隣り合うセグメントリングと端面において密着しており、シール面Ｓを形成している。大気側Ｘのセグメントリング３は大気側リテーナ２０の端面と密着してシール面Ｓ２０を形成している。
機内側リテーナ１０とコンプリング１１の間にはサイドスプリング１５が設けられており、サイドスプリング１５によりコンプリング１１を大気側Ｘ方向に押して、セグメントリング１乃至セグメントリング３全体を押しつけている。この押しつけ力はセグメントリング１乃至３が自重で落下しない様に十分な押しつけ力としてあり、セグメントリング１乃至３の内周上部が軸Ｊに接触して偏摩耗することを防止している。
１６は廻り止めピンである。
【０００９】
セグメントリング１、２、３の内周と軸Ｊの外周との間には所定の隙間が形成され、軸Ｊとセグメントリング１、２、３とは非接触に構成されている。そして、セグメントリング１、２、３の内径はそれぞれ異なる内径としてある。
この実勢形態では、図３に示すように、セグメントリング１と軸Ｊの外周との隙間Ｇ１とセグメントリング２と軸Ｊの外周との隙間Ｇ２及びセグメントリング３と軸Ｊの外周との隙間Ｇ３は、Ｇ３＞Ｇ２＞Ｇ１となるように設定してある。
【００１０】
軸Ｊはタービンの運転状態により温度変動が大きく、該温度に応じた熱膨張を起こしている。そのため、上記Ｇ１乃至Ｇ３を、常用運転時の温度からタービン入り口スチーム温度までの軸Ｊの熱膨張度に応じた値に設定しておけば、複数のセグメントリング１乃至３の中のどれか１つが常に軸Ｊの熱膨張に対応して適切な隙間を維持できる。
【００１１】
機内側リテーナ１０側のセグメントリング１の内周と軸Ｊとの隙間Ｇ１は最も小さく設定してあり、軸Ｊの膨張度が最も小さいときに、セグメントリング１、１で最も効果的なシールが行われる。
軸Ｊの膨張が大きくなると、セグメントリング２、２の隙間Ｇ２が最も適正な隙間となり、このセグメントリング２、２により効果的なシールが行われる。軸Ｊの膨張が大きくなると、軸Ｊの外周がセグメントリング１、１の内周と接触して、図２の分割面３０を押し広げることになり、ここから漏れが生ずるが、セグメントリング１とセグメントリング２の端面は接触してシール面Ｓを形成しているので、このシール面でシールされる。
【００１２】
更に軸Ｊの膨張が大きくなると、セグメントリング３、３の隙間Ｇ３が最も適正な隙間となり、このセグメントリング３、３により効果的なシールが行われる。この軸Ｊの膨張により、軸Ｊの外周がセグメントリング２、２の内周と接触し、分割面３０が開いても、同様にセグメントリング２とセグメントリング３の端面が接触してシール面Ｓを形成しているので、このシール面でシールされる。
【００１３】
以上のように、セグメントリング１乃至セグメントリング３の内径を異なるものとし、軸Ｊの外周との隙間Ｇを変えてあるため、軸Ｊの熱膨張に応じて、セグメントリング１乃至セグメントリング３の中のどれかが適切にシールを実行する。また、分割面３０が開いて１つのセグメントリング１、２、３から漏れが生じても、セグメントリング１乃至３の端面は互い密着してシール面Ｓを形成しているため、このシール面Ｓにより効果的に該漏れがシールされる。
【００１４】
なお、隙間Ｇ３が最も大きいセグメントリング３は大気側Ｘに装着するのが望ましい。軸Ｊが膨張していても隙間Ｇ３を維持するから分割面３０が開いて漏れが生ずることがない。
また、内径の大きさに対応するマーク４０をセグメントリング２、３の内周面などの付しておくのが望ましい。組み立ての際に、内径の相違がわかり、間違いが少なくなる利点がある。
【００１５】
なお、上記実施形態では、一対のセグメントリングを３組用いているが、このような構成に限定されるものではない。セグメントリング数の増減は状況に応じて変えればよい。また２個のセグメントリングで１組せずに、各セグメントリング毎に内径を変えても良い。
【００１６】
この実施形態では、大気側リテーナ２０の大気側Ｘに更にセグメントリング６、７を装着してある。セグメントリング６、７はピン８により大気側リテーナ２０に係止され、サイドスプリング２２によりセグメントリング押さえ２１に押しつけられ、シール面Ｓ２１を形成している。そして、セグメントリング６と７の内径は異なるものとされており、セグメントリング６の内径は小さく、運転中は常に軸Ｊの外周と接触するように軸Ｊとの隙間を小さくしてある。一方セグメントリング７の内径は大きく、軸Ｊが最大に膨張しても、所定の隙間を確保するように構成されている。
このセグメントリング６とセグメントリング７により全ての運転温度範囲で高いシール性を維持するようになっていて、軸に沿った大気側へのスチーム漏洩による潤滑油の劣化がなくなり、ベアリングの焼付を防止している。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のスチームタービン用軸封装置によれば、スチームタービンの温度状況に応じて常に高いシール性能を維持できる効果がある。また、多数のシール室を設ける必要がなく、自重による軸との接触による偏摩耗等の問題がない等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略断面図。
【図２】本発明の一実施形態のセグメントリングの説明図。
【図３】本発明の一実施形態を示す部分拡大概略断面図。
【符号の説明】
１：セグメントリング、２：セグメントリング、３：セグメントリング、４：ガータスプリング、５：ピン、６：セグメントリング、７：セグメントリング、８：ピン、９：ガータスプリング、１０：機内側リテーナ、１１：コンプリング、１２：ピン、１５：サイドスプリング、１６：廻り止めピン、２０：大気側リテーナ、２１：セグメントリング押さえ、２２：サイドスプリング、３０：分割面、４０：マーク、５０：シール室。

Claims (4)

1. スチームタービンの軸の周囲に形成されたシール室と、
   該シール室内に設けられたセグメントシールと、を備え、
   該セグメントシールが、該軸に所定の隙間をあけて装着され、互いに端面で密着する２以上のセグメントリングを備え、
   該セグメントリングは前記軸より小さな膨張係数を有し、
   該セグメントリングの内径が異なる、
   ことを特徴とするスチームタービン用軸封装置。
2. 前記セグメントリングの中の少なくとも１つの内径は、前記軸が最も収縮している時に軸外周と所定の隙間を有する内径であり、
   前記セグメントリングの中の少なくとも他の１つの内径は、前記軸が最も膨張している時に軸外周と所定の隙間を有する内径である、
   請求項１に記載のスチームタービン用軸封装置。
3. 前記大気側に近いセグメントリングの内径が最も大きい、
   請求項１に記載のスチームタービン用軸封装置。
4. 前記互いに端面で密着する２つのセグメントリングの分割面が、互いに異なる位置にある、
   請求項１又は２又は３に記載のスチームタービン用軸封装置。

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