JP4940186B2 - Sealing device and steam turbine - Google Patents
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Description
本発明は、蒸気タービン等の軸流ターボ機械に使用されるシール装置およびこのシール装置を備える蒸気タービンに関する。 The present invention relates to a seal device used in an axial-flow turbomachine such as a steam turbine, and a steam turbine including the seal device.
発電プラントに用いられる蒸気タービンにおいて、地球温暖化等の環境問題や省エネルギの観点から、さらなる高効率化が要請されている。 In steam turbines used in power plants, higher efficiency is required from the viewpoint of environmental problems such as global warming and energy saving.
蒸気タービンの性能を向上させるには、通路部の内部効率を向上させることが重要となる。内部効率を向上させる方法として、翼列の損失低減、吸排気部の圧力損失の低減、並びに通路部より蒸気が漏洩し動力を減ずるために発生する漏洩損失の低減等が挙げられる。 In order to improve the performance of the steam turbine, it is important to improve the internal efficiency of the passage portion. Examples of methods for improving the internal efficiency include reduction in blade row loss, reduction in pressure loss in the intake / exhaust section, and reduction in leakage loss that occurs because steam leaks from the passage section to reduce power.
例えば、漏洩損失の低減が図られたシール装置が開示されている(例えば、特許文献1−2参照。)。これらの発明は、周方向に複数分割されたシールリング部をバネまたは板バネによりケーシングに押し付ける構造を備えている。また、これらの発明では、回転体と対向するシールリング内周面にアブレダブルシール材を設け、静止部と回転体との接触による構成部材の損傷や変形、静止部と回転体とが接触した際の摩擦熱による回転体の曲がり等を抑制し、回転部端面とシールリング内周面との間隙を小さくし、漏洩流体を低減して、タービン効率の向上を図っている。 For example, a sealing device in which leakage loss is reduced is disclosed (see, for example, Patent Document 1-2). These inventions have a structure in which a plurality of seal ring portions divided in the circumferential direction are pressed against a casing by a spring or a leaf spring. Further, in these inventions, an abradable seal material is provided on the inner peripheral surface of the seal ring that faces the rotating body, and damage and deformation of components due to contact between the stationary portion and the rotating body, and the stationary portion and the rotating body contact each other. The bending of the rotating body due to the frictional heat at the time is suppressed, the gap between the end face of the rotating part and the inner peripheral surface of the seal ring is reduced, the leakage fluid is reduced, and the turbine efficiency is improved.
図14は、アブレダブルシール材を用いたシール装置を備えた従来の軸流タービンにおけるシール部の断面を示した図である。 FIG. 14 is a view showing a cross section of a seal portion in a conventional axial flow turbine provided with a seal device using an abradable seal material.
図14に示すように、静翼外輪310と静翼内輪311との間に固設された複数枚の静翼312と、タービンロータ320に植設された複数枚の動翼321とにより段落が形成されている。動翼321と対向する静翼外輪310に形成された溝部313にシールリング330が嵌合され、シールリング330の嵌合部331は、板バネ340によりシールリング330の半径方向に力が加えられ、溝部313の半径方向接触面314に押し付けられている。動翼321に対向するシールリング330の内周面には、アブレダブルシール材332が設けられている。また、アブレダブルシール材332と動翼321の先端部に設けられた動翼フィン322との間には間隙CTが設けられている。
As shown in FIG. 14, a paragraph is formed by a plurality of
一方、タービンロータ320と対向する静翼内輪311に形成された溝部315にシールリング333が嵌合され、シールリング333の嵌合部334は、板バネ341によりシールリング333の半径方向に力が加えられ、溝部315の半径方向接触面316に押し付けられている。タービンロータ320と対向するシールリング333の内周面には、アブレダブルシール材335が設けられている。また、アブレダブルシール材335とタービンロータ320の外周面に設けられたロータフィン323との間には間隙CNが設けられている。
On the other hand, the
このように、静翼312および動翼321からなる段落をタービンロータ軸方向に単段落または複数段落構成することで蒸気タービンは構成される。
Thus, a steam turbine is comprised by comprising the stage which consists of the
通常、上記したような軸流タービンにおいて、静翼外輪310や静翼内輪311等の静止部と、タービンロータ320や動翼321等の回転体との接触は、タービンの起動時および停止時に発生するのが一般的である。機器の温度が安定している定常運転時(発電状態)とは相違して、起動時および停止時には急激な温度変化、回転昇速、回転降速が生じる。そのため、過渡的なケーシングや動翼321等の熱伸び、熱変形、遠心力による動翼321等の伸び、さらには、危険速度域を通過する際の振動変位の増加に伴う、静止部と回転体との接触が発生しやすい。
Usually, in the axial turbine as described above, the contact between the stationary parts such as the stationary blade
軸流タービン内部における静止部と回転体の接触は、回転体と静止部との間隙CT、CNが小さいために発生するものであるが、この間隙CT、CNが大きいと通路部を流れる作動流体の流量が減少するためにタービンおいて発生する動力が小さくなり、タービン性能が低下する。そのために、機器の損傷を発生させることなく運転することができる最小の間隙に設定することが要求される。 The contact between the stationary part and the rotating body inside the axial flow turbine occurs because the gaps CT and CN between the rotating body and the stationary part are small, but when the gaps CT and CN are large, the working fluid flows through the passage part. Therefore, the power generated in the turbine is reduced and the turbine performance is deteriorated. Therefore, it is required to set a minimum gap that can be operated without causing damage to the equipment.
一方、軸流タービンの起動時および停止時には、前述したように過渡的な温度変化の発生により、通路部を構成するケーシング、動翼321、タービンロータ320、静翼外輪310、静翼内輪311の熱伸び量、熱変形量がそれぞれ変化する。これらの熱伸び、熱変形の方向は、タービンロータの、半径方向、軸方向、周方向に変化するが、接触の可能性が大きい半径方向の過渡的な伸びを予測することが特に重要となる。
On the other hand, when the axial turbine is started and stopped, the casing, the moving
しかしながら、それぞれの部位における過渡的なタービンロータ半径方向の熱伸び差の予測は、機器の運転状態、機器の構成、組立状態により変化するために正確な予測は困難である。そのため、機器の健全性を保持しつつ、より静止部と回転体との間隙を小さく設定できるように、静止部と回転部との間に、快削性を持ったアブレダブルシール材332、335を設けている。これによって、過渡的な熱変形、熱伸び等による接触が発生しても、アブレダブルシール材が磨耗し機器の損傷を防止することができる。さらに、アブレダブルシール材332、335を備えたシールリング330、333は、板バネ340、341により固定されているが、回転体との接触時には半径方向に可動できる構造であり、接触による損傷を最小限にする構造となっている。
上記した、アブレダブルシール材335を用いたシール装置を備えた従来の軸流タービンにおいて、機器組立時、動翼フィン322とアブレダブルシール材332との間には、周方向に一定の間隙CTを、ロータフィン323とアブレダブルシール材335との間には、周方向に一定の間隙CNを確保している。組立時の設計間隙設定量は、機器の性能面から要求される間隙と組立管理面から要求される間隙(精度良く計測管理できる間隙)との両方面より考慮する必要がある。
In the conventional axial flow turbine provided with the above-described sealing device using the
機器の性能面からの要求は、定常運転時に最小となる間隙に設定することである。この最小の間隙とは、過渡時に発生する静止部と回転体との変形量で決定される。一方、組立管理面から要求は、タービン組立状態を所定の精度に確保するために必要な間隙に設定することである。この間隙は、タービン組立の際に、位置ずれなどを把握するための計測を的確に行うために必要な最小限の間隙である。 The requirement from the performance aspect of the equipment is to set the gap to be the minimum during steady operation. This minimum gap is determined by the amount of deformation between the stationary part and the rotating body that occurs during the transition. On the other hand, a request from the viewpoint of assembly management is to set a gap necessary for ensuring the turbine assembly state with a predetermined accuracy. This gap is a minimum gap necessary for accurately performing measurement for grasping misalignment during turbine assembly.
上記した機器の性能面から要求される間隙と組立管理面から要求される間隙との間には相違が生じる。組立管理面から要求される間隙が、機器の性能面からの要求される間隙より小さい場合には、機器の性能上の問題とはならない。一方、組立管理面から要求される間隙が、機器の性能面からの要求される間隙より大きい場合には、機器の性能面からの要求に基づいて、運転時の間隙を最小に確保することができないため、タービン性能が低下するといった問題があった。 There is a difference between the gap required from the performance aspect of the device and the gap required from the assembly management side. If the gap required from the assembly management side is smaller than the gap required from the performance side of the device, it does not become a problem on the performance of the device. On the other hand, when the gap required from the assembly management side is larger than the gap required from the performance side of the equipment, the gap during operation can be kept to a minimum based on the demand from the performance side of the equipment. Since it was not possible, there was a problem that the turbine performance deteriorated.
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、組立管理面から要求される最小限の間隙を確保しつつ、定常運転時における間隙を小さくし、タービン性能を向上させることができるシール装置および蒸気タービンを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to improve the turbine performance by reducing the gap during steady operation while ensuring the minimum gap required from the assembly management aspect. An object of the present invention is to provide a sealing device and a steam turbine that can perform the above-described operation.
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、回転軸を中心に回転する回転構造物と、前記回転構造物の外周に配設された静止構造物との間に備えられた環状のシール装置であって、周方向に複数に分割されたそれぞれが前記静止構造物に保持されるとともに、全体として環状に形成されるシールリング部材と、前記シールリング部材の前記回転構造物側の周面に形成された快削材層と、前記回転構造物の前記シールリング部材に対向する側の周面に突出して周設された環状のシールフィンと、前記シールリング部材と前記シールフィンとの間に形成される間隙が周方向に異なる組立位置調整部とを備えることを特徴とするシール装置が提供される。 In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a rotating structure that rotates about a rotating shaft and a stationary structure that is disposed on an outer periphery of the rotating structure are provided. An annular sealing device, each of which is divided into a plurality of parts in the circumferential direction, is held by the stationary structure, and a seal ring member formed in an annular shape as a whole, and the rotating structure side of the seal ring member A free cutting material layer formed on the peripheral surface of the rotating structure, an annular seal fin projecting from the peripheral surface of the rotating structure facing the seal ring member, the seal ring member and the seal fin And an assembly position adjusting portion in which a gap formed between them differs in the circumferential direction.
また、本発明の一態様によれば、回転軸を中心に回転する回転構造物と、前記回転構造物の外周に配設された静止構造物との間に備えられた環状のシール装置であって、周方向に複数に分割されたそれぞれが前記静止構造物に保持されるとともに、全体として環状に形成されるシールリング部材と、前記シールリング部材の前記回転構造物側の周面に突出して周設された環状のシールフィンと、前記回転構造物の前記シールリング部材に対向する側の周面に形成された快削材層と、前記シールリング部材と前記シールフィンとの間に形成される間隙が周方向に異なる組立位置調整部とを備えることを特徴とするシール装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided an annular seal device provided between a rotating structure that rotates about a rotating shaft and a stationary structure that is disposed on an outer periphery of the rotating structure. Each of the plurality of parts divided in the circumferential direction is held by the stationary structure, and the seal ring member formed in an annular shape as a whole, and protrudes from the peripheral surface of the seal ring member on the rotating structure side. An annular seal fin provided around, a free cutting material layer formed on a peripheral surface of the rotating structure facing the seal ring member, and formed between the seal ring member and the seal fin. There is provided a sealing device comprising an assembly position adjusting portion having different gaps in the circumferential direction.
さらに、本発明の一態様によれば、タービンロータと前記タービンロータに植設された動翼とを含む回転構造物と、静翼と前記静翼の内径端縁に沿って設けられた静翼内輪と前記静翼の外径端縁に沿って設けられた静翼外輪とを含む静止構造物とを備えた蒸気タービンであって、上記したいずれかのシール装置を備えたことを特徴とする蒸気タービンが提供される。 Furthermore, according to one aspect of the present invention, a rotating structure including a turbine rotor and a moving blade implanted in the turbine rotor, and a stationary blade provided along an inner edge of the stationary blade and the stationary blade. A steam turbine including an inner ring and a stationary structure including a stationary blade outer ring provided along an outer diameter edge of the stationary blade, wherein the steam turbine includes any one of the sealing devices described above. A steam turbine is provided.
本発明のシール装置および蒸気タービンによれば、組立管理面から要求される最小限の間隙を確保しつつ、定常運転時における間隙を小さくし、タービン性能を向上させることができる。 According to the seal device and the steam turbine of the present invention, it is possible to reduce the gap during steady operation and improve the turbine performance while ensuring the minimum gap required from the assembly management aspect.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態のシール装置10を備えた蒸気タービンにおけるシール部の断面を示した図であり、後述する図3のA−A断面に相当する図でもある。図2は、本発明の第1の実施の形態のシール装置10を備えた蒸気タービンにおけるシール部の断面を示した図であり、後述する図3のB−B断面に相当する図でもある。図3は、本発明の第1の実施の形態のシール装置10を備えた蒸気タービンをタービンロータ軸方向から見たときの断面を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a view showing a cross section of a seal portion in a steam turbine provided with a
図1に示すように、本発明に係る蒸気タービンは、タービンロータ11とタービンロータ11に植設された動翼12とを含む回転構造物と、静翼20と静翼20の内径端部に沿って設けられた静翼内輪21と静翼20の外径端部に沿って設けられた静翼外輪22とを含む静止構造物とを備える。そして、静翼内輪21と静翼外輪22との間に固設された複数枚の静翼20と、タービンロータ11に植設された複数枚の動翼12とにより段落が形成される。
As shown in FIG. 1, the steam turbine according to the present invention includes a rotating structure including a
動翼12と対向する静翼外輪22に形成された溝部23にはシールリング30が嵌合されて保持されている。このシールリング30の嵌合部31は、バネ部材40によりシールリング30の半径方向に力が加えられ、溝部23の半径方向接触面24に押し付けられている。ここで、バネ部材40は、シールリング30を溝部23の半径方向接触面24に押し付けるための押圧力をシールリング30に負荷することができる弾性部材であればよく、例えば、板バネなどが使用される。なお、シールリング30は、バネ部材40により押し付けられているが、半径方向にも可動できる構造となっている。
A
また、動翼12に対向するシールリング30の内周面には、快削材で形成される快削材層32が形成されている。この快削材層32は、例えばアブレダブルシール材で構成される。また、快削材層32と動翼12の先端部に設けられた動翼フィン13との間には間隙CTが設けられている。
Further, a free
また、図3に示すように、シールリング30は、シールリング30の環状を形成する周方向に複数に分割(例えば、図3では、S1〜S10の10分割)され、それぞれが溝部23に嵌合されて保持され、バネ部材40により溝部23の半径方向接触面24に押し付けられている。
Further, as shown in FIG. 3, the
一方、タービンロータ11と対向する静翼内輪21に形成された溝部25にはシールリング33が嵌合されて保持されている。このシールリング33の嵌合部34は、バネ部材41によりシールリング33の半径方向に力が加えられ、溝部25の半径方向接触面26に押し付けられている。なお、バネ部材41は、上記したバネ部材40と同様の構成である。なお、シールリング33は、バネ部材41により押し付けられているが、半径方向にも可動できる構造となっている。
On the other hand, a
タービンロータ11と対向するシールリング33の内周面には、快削材で形成される快削材層35が形成されている。この快削材層35は、例えばアブレダブルシール材で構成される。また、快削材層35とタービンロータ11の外周面に設けられたロータフィン14との間には間隙CNが設けられている。
A free
また、図3に示したシールリング30と同様に、シールリング33は、シールリング33の環状を形成する周方向に複数に分割され、それぞれが溝部25に嵌合され、バネ部材41により溝部25の半径方向接触面26に押し付けられている。
Similarly to the
このように、静翼20および動翼12からなる段落をタービンロータ軸方向に単段落または複数段落構成することで蒸気タービンは構成される。
Thus, a steam turbine is comprised by comprising the paragraph which consists of the
ここで、図1〜図3に示すように、上半部と下半部との境界に面する下半部側、上半部の最上部および下半部の最下部における4個所の、快削材層32と動翼フィン13との間隙CTを所定の周方角度(例えば、2〜3度程度)に亘って、他の部分の快削材層32と動翼フィン13との間隙CTよりも大きくしている。また、上半部と下半部との境界に面する下半部側、上半部の最上部および下半部の最下部における、快削材層35とロータフィン14との間隙CNを所定の周方角度(例えば、2〜3度程度)に亘って、他の部分の快削材層35とロータフィン14との間隙CNよりも大きくしている。ここで、本実施の形態においては、これらの、他の部分の間隙CT、CNよりも間隙CT、CNを大きく取る部分において、間隙CT、CNが円方向にステップ状となるように設定している。すなわち、静止構造物側であるシールリング30、33の、上半部と下半部との境界に面する下半部側、上半部の最上部および下半部の最下部における4個所に、ステップ状の溝部が設けられている。そして、この溝部における動翼フィン13あるいはロータフィン14までの間隙CTあるいはCNが、他の部分における快削材層32、35と動翼フィン13あるいはロータフィン14の間隙CTあるいはCNよりも大きくなるように構成されている。
Here, as shown in FIG. 1 to FIG. 3, there are four places on the lower half side facing the boundary between the upper half and the lower half, the uppermost part of the upper half, and the lowermost part of the lower half. The gap CT between the cutting
また、図3に示すこれらの周方向に4個所設けられた間隙CT、CNをステップ状に大きく構成した部分(溝部)は、タービン組立状態を所定の精度に確保するために必要な間隙、すなわち組立位置調整部である。すなわち、この組立位置調整部における間隙CT、CNの水平方向(図3では左右方向)および垂直方向(図3では上下方向)の寸法に基づいて、回転構造物と静止構造物とが所定の適正な位置に配置されているかを判断する。 Further, the portions (grooves) in which the gaps CT and CN provided at four places in the circumferential direction shown in FIG. 3 are configured in a step shape are the gaps necessary for ensuring the turbine assembly state with a predetermined accuracy, that is, An assembly position adjusting unit. That is, based on the horizontal (left and right in FIG. 3) and vertical (up and down in FIG. 3) dimensions of the gaps CT and CN in the assembly position adjusting unit, the rotating structure and the stationary structure are determined to have a predetermined appropriateness. Judgment is made at a proper position.
具体的には、水平方向(図3では左右方向)の設置位置が適正であるか否かは、例えば、上半部と下半部との境界に面する下半部側における間隙CT、CNに、所定のサイズに構成されたスケールを挿入することで判定する。一方、垂直方向(図3では上下方向)の設置位置が適正であるか否かは、例えば、タービン組立の際において、上半部の最上部および下半部の最下部における間隙CT、CNに、動翼フィン13、ロータフィン14および快削材層32、35を構成する材料よりも軟性の金属材料等からなる、所定のサイズに構成された棒状の柱体を挿入し、動翼フィン13、ロータフィン14によってこの柱体が押圧され変形した量に基づいて判定する。この場合、上記の柱体を組立位置調整部における間隙CT、CNに挿入した状態で実際にタービンロータ11や動翼12を含む回転構造物を静止構造物内に据え付け、次いでこれを取り外すことによって柱体の変形量を計測する。柱体の変形量が予め定めた範囲内に入らない場合には、静翼20、静翼内輪21および静翼外輪22を含む静止構造物の位置を調整し、再び回転構造物の設置位置が適正か否かの判定を行う。
Specifically, whether or not the installation position in the horizontal direction (left-right direction in FIG. 3) is appropriate depends on, for example, the gaps CT and CN on the lower half side facing the boundary between the upper half and the lower half The determination is made by inserting a scale having a predetermined size. On the other hand, whether or not the installation position in the vertical direction (vertical direction in FIG. 3) is appropriate is determined by, for example, the gaps CT and CN at the uppermost part of the upper half and the lowermost part of the lower half during turbine assembly. A rod-like columnar body having a predetermined size and made of a metal material softer than the material constituting the
なお、組立位置調整部における間隙CT、CNの寸法の測定方法は、上記した方法に限られるものではなく、組立位置調整部における間隙CT、CNの寸法を精度よく測定できる方法であればよい。また、動翼フィン13、ロータフィン14、静翼内輪21、静翼外輪22、シールリング30、33等の各部位は機械加工にて所定の寸法精度を確保して作製されているため、タービン組立状態を周方向の所定位置に設けられた4個の間隙CT、CNで管理することが可能となる。また、寸法測定用の4つの間隙CT、CNは、蒸気タービンの起動停止時(過渡期)に発生する回転構造物と静止構造物とにおける半径方向の熱伸び差δよりも大きくすることが好ましい。
Note that the method of measuring the dimensions of the gaps CT and CN in the assembly position adjustment unit is not limited to the above-described method, and any method can be used as long as the dimensions of the gaps CT and CN in the assembly position adjustment unit can be accurately measured. Further, each part of the
また、間隙CT、CNを大きく構成している部分以外の部分の間隙CT、CNは、例えば、タービンの回転数上昇の際におけるタービンロータ11の危険速度通過時における振動量や、温度上昇時における回転構造物および静止構造物の熱変形量に基づいて設定される。
Further, the gaps CT and CN of the portions other than the portion that configures the gaps CT and CN large are, for example, the amount of vibration when the
図4は、本発明に係るシール装置10における、周方向の間隙CTおよび間隙CNの一例を示す図である。また、図5は、図4に示した周方向の間隙CTおよび間隙CNを備えた場合における作動流体の漏洩流量を示す図である。なお、図4および図5において、横軸は、シールリングの周方向における位置を示す周方向角度(図3に周方向角度0度、90度、180度、270度および360度を併記)である。また、図4には、従来の蒸気タービンにおいて設定されていた、快削材層32と動翼フィン13との間隙CT、快削材層35とロータフィン14との間隙CN、および蒸気タービンの起動停止時(過渡期)に発生する回転構造物と静止構造物とにおける半径方向の熱伸び差δも示している。また、図5には、図4に示した従来の蒸気タービンにおいて設定される間隙CTおよび間隙CNを備えた場合における作動流体の漏洩流量、および蒸気タービンの起動停止時(過渡期)に発生する回転構造物と静止構造物とにおける半径方向の熱伸び差δが生じた際の作動流体の漏洩流量も示している。
FIG. 4 is a view showing an example of the circumferential gap CT and the gap CN in the
図4に示すように、上半部と下半部との境界に面する下半部側(S6の一部およびS10の一部)、上半部の最上部(S3の一部)および下半部の最下部(S8の一部)における、間隙CT、CNを他の部分の間隙CT、CNよりも大きくし、周方向の間隙を一定とせずに、ステップ状に変化させている。また、これらの、間隙が大きく形成される寸法測定用の4つの間隙CT、CNは、蒸気タービンの起動停止時(過渡期)に発生する回転構造物と静止構造物とにおける半径方向の熱伸び差δよりも大きく構成されている。この半径方向の熱伸び差δは、回転構造物および静止構造物が温度上昇時に熱や遠心力等によって変形した際の回転構造物と静止構造物とにおける半径方向の変形量の差である。 As shown in FIG. 4, the lower half side (a part of S6 and a part of S10) facing the boundary between the upper half and the lower half, the uppermost part of the upper half (a part of S3) and the lower side The gaps CT and CN in the lowermost part of the half (a part of S8) are made larger than the gaps CT and CN in the other parts, and the circumferential gaps are not made constant, but are changed stepwise. In addition, these four gaps CT and CN for dimension measurement where gaps are formed largely are the thermal expansion in the radial direction between the rotating structure and the stationary structure that are generated when the steam turbine is started and stopped (transitional period). It is configured to be larger than the difference δ. The difference in thermal expansion δ in the radial direction is a difference in the amount of deformation in the radial direction between the rotating structure and the stationary structure when the rotating structure and the stationary structure are deformed by heat, centrifugal force, or the like when the temperature rises.
一方、上記した4つの間隙CT、CN以外は、上記した半径方向の熱伸び差δよりも小さく構成されている。このため、上記した4つの間隙CT、CN以外の間隙CT、CNは、蒸気タービンの起動停止時(過渡期)において、回転構造物および静止構造物が熱や遠心力で変形したときに、回転構造物の動翼フィン13やロータフィン14が、静止構造物に設けられた快削材層32、35に接触し、快削材層32、35を削り取ることによって、最終的には上記した半径方向の熱伸び差δと同程度の隙間となるように構成されている。したがって、本実施の形態においては、快削材層32、35の厚さは、上記した4つの間隙CT、CN以外の間隙CT、CNと半径方向の熱伸び差δの大きさに基づいて決定することが可能である。
On the other hand, except for the above-described four gaps CT and CN, they are configured to be smaller than the above-described radial thermal expansion difference δ. For this reason, the gaps CT and CN other than the above-described four gaps CT and CN rotate when the rotating structure and the stationary structure are deformed by heat or centrifugal force when the steam turbine starts and stops (transitional period). The moving
また、従来の蒸気タービンにおいて設定されていた間隙CT、CNは、周方向に亘って、タービン組立状態を所定の精度に確保するために必要な間隙、すなわち上記した、間隙が大きく形成された4つの間隙CT、CNと同じ間隙で一定に設定されている。
Further, the gaps CT and CN set in the conventional steam turbine are the gaps necessary for ensuring the turbine assembly state with a predetermined accuracy in the circumferential direction, that is, the above-described
このような間隙CT、CNを備えた際の漏洩流量は、図5に示すように、従来の蒸気タービンにおいては、間隙CT、CNが、周方向に亘って、蒸気タービンの起動停止時(過渡期)に発生する回転構造物と静止構造物とにおける半径方向の熱伸び差δよりも大きく形成されているため、間隙CT、CNにおける漏洩流量は、間隙が熱伸び差δで構成されるときの作動流体の漏洩流量より多くなる。そのため、タービン性能が低下する。一方、本発明に係るシール装置10では、タービン組立管理上設けられた4個所の間隙CT、CN以外の間隙CT、CNは、上記した熱伸び差δと同程度の隙間となるように構成されているので、漏洩流量は、間隙が熱伸び差δで構成されるときの漏洩流量とほぼ同流量となる。このように、本発明に係るシール装置10では、蒸気タービンの運転時における漏洩流量を抑制し、タービン性能を向上させることができる。
As shown in FIG. 5, in the conventional steam turbine, the leakage flow rate when such gaps CT and CN are provided is such that the gaps CT and CN are in the circumferential direction when the steam turbine is started and stopped (transient. The leakage flow rate in the gaps CT and CN is such that the gap is constituted by the thermal expansion difference δ. More than the leakage flow rate of the working fluid. Therefore, turbine performance is reduced. On the other hand, in the
ここで、上記した第1の実施の形態のシール装置10では、静止構造物に快削材層を形成し、回転構造物にシールフィンを設けたシール装置10の一例を示したが、静止構造物にシールフィンを設け、回転構造物に快削材層を形成してシール装置10を構成してもよい。なお、この場合、回転構造物に快削材層を固定するための周方向溝部を形成し、この周方向溝部に快削材層を配設することが好ましい。これによって、回転構造物が回転した場合においても、遠心力等によって快削材層が飛散することを防止することができる。
Here, in the
上記したように、第1の実施の形態のシール装置10では、タービン組立状態を所定の精度に確保するために必要な間隙を有する個所を、上半部と下半部との境界に面する下半部側(S6の一部およびS10の一部)、上半部の最上部(S3の一部)および下半部の最下部(S8の一部)の4個所の最小限個所とし、それ以外の間隙CT、CNを、蒸気タービンの起動停止時(過渡期)に発生する回転構造物と静止構造物とにおける半径方向の熱伸び差δよりも小さく構成している。これによって、蒸気タービンの運転時における漏洩流量を抑制し、タービン性能を向上させることができる。
As described above, in the
(第2の実施の形態)
上記した第1の実施の形態のシール装置10では、タービン組立管理上設けられた4個所の間隙CT、CN以外の間隙CT、CNを、蒸気タービンの起動停止時(過渡期)に発生する回転構造物と静止構造物とにおける半径方向の熱伸び差δより小さな所定の隙間で構成した一例を示したが、この間隙CT、CNを「0」、すなわち動翼フィン13およびロータフィン14が快削材層32、35に接触した構成とすることもできる。
(Second Embodiment)
In the
そこで、第2の実施の形態のシール装置50では、タービン組立管理上設けられた4個所の間隙CT、CN以外の間隙CT、CNを「0」、すなわち動翼フィン13およびロータフィン14が快削材層32、35に接触した構成の一例について説明する。
Therefore, in the
図6は、本発明の第2の実施の形態のシール装置50を備えた蒸気タービンにおけるシール部の断面を示した図であり、後述する図7のC−C断面に相当する図でもある。図7は、本発明の第2の実施の形態のシール装置50を備えた蒸気タービンをタービンロータ軸方向から見たときの断面を示す図である。なお、図7のA−A断面に相当する図は、図1に示した図と同じである。また、第1の実施の形態のシール装置10と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
FIG. 6 is a view showing a cross section of a seal portion in a steam turbine provided with the
図6に示すように、動翼12と対向する静翼外輪22に形成された溝部23にはシールリング30が嵌合されて保持されている。このシールリング30の嵌合部31は、バネ部材40によりシールリング30の半径方向に力が加えられ、溝部23の半径方向接触面24に押し付けられている。ここで、バネ部材40は、シールリング30を溝部23の半径方向接触面24に押し付けるための押圧力をシールリング30に負荷することができる弾性部材であればよく、例えば、板バネなどが使用される。なお、シールリング30は、バネ部材40により押し付けられているが、半径方向にも可動できる構造となっている。
As shown in FIG. 6, a
また、動翼12に対向するシールリング30の内周面には、快削材で形成される快削材層32が形成されている。この快削材層32は、例えばアブレダブルシール材で構成される。また、快削材層32と動翼12の先端部に設けられた動翼フィン13とは接触するように配設されている。なお、快削材層32と動翼フィン13とが接触しても、快削材層32が変形できるため、動翼フィン13の先端部が快削材層32に食い込むように構成することもできる。また、タービン組立管理上、周方向の所定の4個所には、上記した図1に示す構成と同様に、蒸気タービンの起動停止時(過渡期)に発生する回転構造物と静止構造物とにおける半径方向の熱伸び差δよりも大きな間隙CTが構成されている。
Further, a free
また、図7に示すように、シールリング30は、シールリング30の環状を形成する周方向に複数に分割(例えば、図3では、S1〜S10の10分割)され、それぞれが溝部23に嵌合され、バネ部材40により溝部23の半径方向接触面24に押し付けられている。
Further, as shown in FIG. 7, the
一方、タービンロータ11と対向する静翼内輪21に形成された溝部25にはシールリング33が嵌合されて保持されている。このシールリング33の嵌合部34は、バネ部材41によりシールリング33の半径方向に力が加えられ、溝部25の半径方向接触面26に押し付けられている。なお、バネ部材41は、上記したバネ部材40と同様の構成である。なお、シールリング33は、バネ部材41により押し付けられているが、半径方向にも可動できる構造となっている。
On the other hand, a
タービンロータ11と対向するシールリング33の内周面には、快削材で形成される快削材層35が形成されている。この快削材層35は、例えばアブレダブルシール材で構成される。また、快削材層35とタービンロータ11の外周面に設けられたロータフィン14とは接触するように配設されている。なお、快削材層35とロータフィン14とが接触しても、快削材層32が変形できるため、ロータフィン14の先端部が快削材層32に食い込むように構成することもできる。また、タービン組立管理上、周方向の所定の4個所には、上記した図1に示す構成と同様に、蒸気タービンの起動停止時(過渡期)に発生する回転構造物と静止構造物とにおける半径方向の熱伸び差δよりも大きな間隙CNが構成されている。
A free
また、図7に示したシールリング30と同様に、シールリング33は、シールリング33の環状を形成する周方向に複数に分割され、それぞれが溝部25に嵌合され、バネ部材41により溝部25の半径方向接触面26に押し付けられている。
Further, like the
図8は、第2の実施の形態のシール装置50における、周方向の間隙CTおよび間隙CNの一例を示す図である。なお、図8において、横軸は、シールリングの位置を示す周方向角度(図7に周方向角度0度、90度、180度、270度および360度を併記)である。また、図8には、従来の蒸気タービンにおいて設定されていた、快削材層32と動翼フィン13との間隙CT、快削材層35とロータフィン14との間隙CN、および蒸気タービンの起動停止時(過渡期)に発生する回転構造物と静止構造物とにおける半径方向の熱伸び差δも示している。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the circumferential gap CT and the gap CN in the
図8に示すように、上半部と下半部との境界に面する下半部側(S6の一部およびS10の一部)、上半部の最上部(S3の一部)および下半部の最下部(S8の一部)における、間隙CT、CNは、蒸気タービンの起動停止時(過渡期)に発生する回転構造物と静止構造物とにおける半径方向の熱伸び差δよりも大きく構成されている。一方、これらの4つの間隙CT、CN以外は、上記したように、回転構造物および静止構造物を接触させて配設しているため、間隙CT、CNは「0」である。なお、従来の蒸気タービンにおいて設定されていた間隙CT、CNは、周方向に亘って、タービン組立状態を所定の精度に確保するために必要な間隙、すなわち上記した、間隙が大きく形成された4つの間隙CT、CNと同じ間隙で一定に設定されている。また、快削材層32、35の厚さは、蒸気タービンの起動停止時(過渡期)に発生する回転構造物と静止構造物とにおける半径方向の熱伸び差δの大きさよりも大きくなるように設定されている。
As shown in FIG. 8, the lower half side (a part of S6 and a part of S10) facing the boundary between the upper half and the lower half, the uppermost part of the upper half (a part of S3) and the lower side The gaps CT and CN at the lowermost part of the half (a part of S8) are larger than the radial thermal expansion difference δ between the rotating structure and the stationary structure generated when the steam turbine starts and stops (transition period). It is composed largely. On the other hand, except for these four gaps CT and CN, as described above, since the rotating structure and the stationary structure are arranged in contact with each other, the gaps CT and CN are “0”. Note that the gaps CT and CN set in the conventional steam turbine are the gaps necessary to ensure the turbine assembly state with a predetermined accuracy over the circumferential direction, that is, the above-described
このように構成されたシール装置50では、上記した第1の実施の形態のシール装置10と同様に、タービン組立管理上設けられる4個所の間隙CT、CN以外の間隙CT、CNは、蒸気タービンの起動停止時(過渡期)に、上記した熱伸び差δと同程度の隙間となるように構成されているので、漏洩流量は、間隙が熱伸び差δで構成されるときの漏洩流量とほぼ同流量となる。このように、シール装置50では、蒸気タービンの運転時における漏洩流量を抑制し、タービン性能を向上させることができる。
In the
上記したように、第2の実施の形態のシール装置50では、タービン組立状態を所定の精度に確保するために必要な間隙を有する個所を、上半部と下半部との境界に面する下半部側(S6の一部およびS10の一部)、上半部の最上部(S3の一部)および下半部の最下部(S8の一部)の4個所の最小限個所とし、それ以外の回転構造物と静止構造物との間は接触させて構成している。これによって、蒸気タービンの運転時における漏洩流量を抑制し、タービン性能を向上させることができる。
As described above, in the
なお、上記した第2の実施の形態のシール装置50では、図6に示すように、快削材層32、35に、すべての動翼フィン13およびロータフィン14が接触する構成の一例を示したが、この構成に限られるものではない。図9〜図11は、本発明に係る第2の実施の形態の他の構成のシール装置50を備えた蒸気タービンにおけるシール部の断面を示した図であり、図7のC−C断面に相当する図である。
In the
例えば、図9に示すように、動翼フィン13およびロータフィン14のいずれか1つを快削材層32、35に接触させて構成してもよい。また、図10および図11に示すように、動翼フィン13およびロータフィン14のいずれか2つを快削材層32、35に接触させて構成してもよい。すなわち、動翼フィン13およびロータフィン14の少なくともいずれか1つを快削材層32、35に接触させて構成すればよい。なお、快削材層32、35と接触させる動翼フィン13およびロータフィン14は、組立条件や設計条件などによって適宜選択される。
For example, as shown in FIG. 9, any one of the moving
また、シール装置50の構成は、さらに他の構成とすることもできる。図12および図13は、本発明に係る第2の実施の形態の他の構成のシール装置50を備えた蒸気タービンにおけるシール部の断面を示した図であり、図7のC−C断面に相当する図である。
Further, the configuration of the sealing
図12および図13に示すように、動翼フィン13と快削材層32、およびロータフィン14と快削材層35のいずれか一方のみを接触させるように構成してもよい。なお、この場合においても、動翼フィン13またはロータフィン14の少なくともいずれか1つが快削材層32、35に接触されていればよい。
As shown in FIGS. 12 and 13, only one of the
ここで、上記した第2の実施の形態のシール装置50では、静止構造物に快削材層を形成し、回転構造物にシールフィンを設けたシール装置50の一例を示したが、静止構造物にシールフィンを設け、回転構造物に快削材層を形成してシール装置50を構成してもよい。なお、この場合、回転構造物に快削材層を固定するための溝部を形成し、この溝部に快削材層を配設することが好ましい。これによって、回転構造物が回転した場合においても、遠心力等によって快削材層が飛散することを防止することができる。
Here, in the
これらの第2の実施の形態の他の構成のシール装置50においても、上記した第2の実施の形態のシール装置50と同様の作用効果を得ることができ、蒸気タービンの運転時における漏洩流量を抑制し、タービン性能を向上させることができる。
Also in the
以上、本発明を一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、バネ部材40、41により半径方向に力が加えられて溝部23、25の半径方向接触面24、26に押し付けられるシールリング30、33の内周面に、アブレダブルシール材からなる快削材層32、35を構成する一例を示しているが、この快削材層は、静翼内輪21や静翼外輪22の内周面に直接形成することもできる。すなわち、シール装置10は、上記したようなシールリングの構成を備えない場合においても適用可能である。
Although the present invention has been specifically described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the above-described embodiment, a force is applied in the radial direction by the
10…シール装置、11…タービンロータ、12…動翼、13…動翼フィン、14…ロータフィン、20…静翼、21…静翼内輪、22…静翼外輪、23…溝部、24,26…半径方向接触面、25…溝部、30,33…シールリング、31,34…嵌合部、32,35…快削材層、40,41…バネ部材、CT,CN…間隙。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
周方向に複数に分割されたそれぞれが前記静止構造物に保持されるとともに、全体として環状に形成されるシールリング部材と、
前記シールリング部材の前記回転構造物側の周面に形成された快削材層と、
前記回転構造物の前記シールリング部材に対向する側の周面に突出して周設された環状のシールフィンと、
前記シールリング部材と前記シールフィンとの間に形成される間隙が周方向に異なる組立位置調整部と
を備えることを特徴とするシール装置。 An annular sealing device provided between a rotating structure that rotates about a rotating shaft and a stationary structure disposed on an outer periphery of the rotating structure,
Each of the plurality of parts divided in the circumferential direction is held by the stationary structure, and a seal ring member formed in an annular shape as a whole,
A free cutting material layer formed on the peripheral surface of the seal ring member on the rotating structure side;
An annular seal fin projecting around the peripheral surface of the rotating structure facing the seal ring member;
An assembly position adjusting portion, wherein a gap formed between the seal ring member and the seal fin is different in the circumferential direction.
周方向に複数に分割されたそれぞれが前記静止構造物に保持されるとともに、全体として環状に形成されるシールリング部材と、
前記シールリング部材の前記回転構造物側の周面に突出して周設された環状のシールフィンと、
前記回転構造物の前記シールリング部材に対向する側の周面に形成された快削材層と、
前記シールリング部材と前記シールフィンとの間に形成される間隙が周方向に異なる組立位置調整部と
を備えることを特徴とするシール装置。 An annular sealing device provided between a rotating structure that rotates about a rotating shaft and a stationary structure disposed on an outer periphery of the rotating structure,
Each of the plurality of parts divided in the circumferential direction is held by the stationary structure, and a seal ring member formed in an annular shape as a whole,
An annular seal fin projecting from the peripheral surface of the seal ring member on the rotating structure side; and
A free cutting material layer formed on the peripheral surface of the rotating structure facing the seal ring member;
An assembly position adjusting portion, wherein a gap formed between the seal ring member and the seal fin is different in the circumferential direction.
請求項1乃至6のいずれか1項記載のシール装置を備えたことを特徴とする蒸気タービン。 A rotating structure including a turbine rotor and a moving blade implanted in the turbine rotor, a stationary blade, an inner ring of a stationary blade provided along an inner diameter edge of the stationary blade, and an outer diameter edge of the stationary blade. A steam turbine including a stationary structure including a stationary blade outer ring provided along the turbine,
A steam turbine comprising the sealing device according to claim 1.
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