JP5087147B2 - 蒸気タービン - Google Patents
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このような発電プラントを構成する蒸気タービンは、ケーシングの内側に固定される静翼が、ロータと一体に回転する動翼と動翼の間に配置され、動翼と静翼とからなる段落が形成される。
図1は、本実施形態に係る蒸気タービンを備える発電プラントの概略系統図である。図1に示すように、発電プラント1は、ボイラ10と、蒸気タービン2(高圧タービン12、中圧タービン14、及び低圧タービン16)、発電機18、復水器20などを備えている。そして、低圧タービン16のロータ2aは発電機18の駆動軸22に連結され、低圧タービン16の回転によって発電機18が駆動され発電される構成である。
なお、図1に示す高圧タービン12、中圧タービン14、及び低圧タービン16は蒸気タービン2で構成されることから、本発明は、高圧タービン12、中圧タービン14、及び低圧タービン16に適用できる。
図2の(a)に示すように、蒸気タービン2には、複数の動翼2bが周方向に固定されるロータ2aが備わる。さらに、ロータ2a及び動翼2bを内包するケーシング2dと、ケーシング2dにノズルダイヤフラム外輪側3bを介して設けられる静翼2cが備わる。動翼2bと静翼2cは、ロータ2aの軸方向に対して交互に配置され、段落が形成される。
ボイラ10(図1参照)で発生した蒸気Stはケーシング2dに流入すると、静翼2cと動翼2bの間を交互に通りながら膨張し、ロータ2aを回転させる。そして、ロータ2aの最も下流に備わる動翼2b、すなわち最終段の動翼2bを通過した蒸気Stはケーシング2dの外部に排気されるように構成される。
このようにして、シール静止体3c1、シールフィン3c2及びシールフィン2a1からなるラビリンスシール装置3cが形成される。
そこで、本実施形態においては、シールフィン3c2とロータ2aの間に、通気性金属からなる通気性スペーサ(スペーサ)4を備えることを特徴とする。
なお、ロータ2aに備わるシールフィン2a1とシール静止体3c1の間にも通気性金属からなる通気性スペーサ4を備える構成としてもよい。
この構成によって、シールフィン3c2に対向するロータ2a(回転部)、及びケーシング2dのノズルダイヤフラム内輪側3aに嵌合固定され、シールフィン2a1に対向するシール静止体3c1(固定部)の両方に、通気性金属からなる通気性スペーサ4が備わるシール構造になる。
なお、通気性スペーサ4をロータ2a、及びシール静止体3c1に備える方法は限定されるものではなく、例えばロウ付けなどによって固定して備えればよい。
また、ロータ2aにおいては通気性スペーサ4を、シールフィン3c2の先端に対向するロータ2aの外周に沿って備える。
そして、通気性スペーサ4の内部を通気する蒸気Stによって、通気性スペーサ4は均一に、蒸気Stと同等の温度に保たれる。すなわち、通気性スペーサ4は、蒸気Stより高温になることがない。
通気性スペーサ4の通気量は、シール性に影響がない程度の通気量であって、かつ通気性スペーサ4が均一に、蒸気Stと同等の温度に保たれる通気量とすればよい。通気性スペーサ4を形成する通気性金属の通気量は極微量であり、ポアの配置密度や大きさによって決まる通気性金属の特性値であることから、シール性に影響がなく、かつ通気性スペーサ4を蒸気Stと同等の温度に均一に保つ効果が期待できる通気量が確保できる通気性金属を使用して、通気性スペーサ4を形成すればよい。
このように通気性スペーサ4の温度を蒸気Stと同等に均一に保つことで、ロータ2aが長時間連続して回転し、例えばシールフィン3c2と、ロータ2aと一体に回転する通気性スペーサ4とが長時間接触する場合であっても、通気性スペーサ4の温度が蒸気Stより高温にならない。したがって、ロータ2aの温度が蒸気Stより高温になることを抑制できるという優れた効果を奏する。ロータ2aは、蒸気Stの温度に対して耐熱性をもって設計されることから、ロータ2aの温度が蒸気Stの温度に保たれていれば、例えば過大な熱応力や熱曲がりなどの熱変形が発生することはなく、蒸気タービン2(図1参照)の運転に支障をきたすことはない。
そして、図4の(a)に示すように、シールフィン3c4に対向してロータ2aに形成される凸部2a3、及び凹部2a4に通気性スペーサ4が備わる構成とする。このように通気性スペーサ4を備えることで、シールフィン3c4とロータ2aの間のシール性能を向上することができる。
なお、図4の(a)に示すハイロー型のラビリンスシール装置3cにおいては、ロータ2aの凸部2a3、又は凹部2a4のどちらか一方に通気性スペーサ4を備える構成としてもよい。
図5は、動翼の先端を示す概略図である。図5に示すように、動翼2bの先端には、ノズルダイヤフラム外輪側3bとのクリアランスを小さくするためのカバー2gが備わり、ノズルダイヤフラム外輪側3bには、カバー2gに対向するようにシールフィン3b1が備わる。
そして、カバー2gには、シールフィン3b1に対向するように、通気性スペーサ4が備わる構成とする。
このように構成することで、動翼2bが回転して、シールフィン3b1と通気性スペーサ4とが接触して、摩擦熱で通気性スペーサ4が高温になっても、通気性スペーサ4の内部を通気する蒸気Stによって、通気性スペーサ4は蒸気Stより高温にはならない。したがって、動翼2bも蒸気Stより高温にならないという効果を奏する。
例えば参考例として図6に示すように、シールフィン2b1は、動翼2bの先端(カバー2g)に備わる構成であってもよい。このように構成した場合、通気性スペーサ4は、ノズルダイヤフラム外輪側3bの、シールフィン2b1の先端に対向する位置に備わる。
さらに、図7に示すようにノズルダイヤフラム外輪側3bにシールフィン3b2が備わり、動翼2bの先端にシールフィン2b2が備わる構成であってもよい。このように構成した場合、通気性スペーサ4は、ノズルダイヤフラム外輪側3bと動翼2bの先端(カバー2g)の両側に備わる。
なお、ノズルダイヤフラム外輪側3bにシールフィン3b2が備わり、動翼2bの先端(カバー2g)にシールフィン2b2が備わる構成のとき、通気性スペーサ4はノズルダイヤフラム外輪側3bと動翼2bの先端(カバー2g)のどちらか一方に備わる構成であってもよい。
2 蒸気タービン
2a ロータ(回転部)
2a1、2a5、2b1、2b2、3b1、3b2、3c2、3c4 シールフィン
2b 動翼(回転部)
2c 静翼(固定部)
2d ケーシング(固定部)
2g カバー
3c ラビリンスシール装置
3c1 シール静止体
4 通気性スペーサ(スペーサ)
St 蒸気
Claims (4)
- ロータ及び前記ロータに固定される部材からなる回転部と、
前記回転部を内包するケーシング及び前記ケーシングに固定される部材からなる固定部と、
前記回転部と前記固定部の間に設けられたシール装置と、を備える蒸気タービンであって、
前記シール装置は、前記固定部と前記回転部との両方またはいずれか一方に固定された、前記ロータの軸方向に並んだ複数のシールフィンと、前記シールフィンに対向する位置に設けられ、蒸気が通気可能な通気性スペーサと、を備え、
前記ロータの軸方向に隣り合う前記シールフィンにそれぞれ対向する前記通気性スペーサが連続することなく配置され、
前記通気性スペーサは、当該通気性スペーサの温度を前記ケーシング内を流れる蒸気と同等の温度に保てる量の前記蒸気を内部に通気させるように構成されていることを特徴とする蒸気タービン。 - 前記ケーシングに固定される部材は、前記ケーシングに備わる静翼であって、
前記シールフィンは、前記静翼の先端と前記ロータの前記静翼の先端に対向する位置との両方またはいずれか一方に備わり、
前記シールフィンに対向する前記ロータと前記静翼の先端の少なくとも一方に前記シールフィンと対向するように、前記通気性スペーサが備わることを特徴とする請求項1に記載の蒸気タービン。 - 前記ロータに固定される部材は、前記ロータに備わる動翼であって、
前記シールフィンは、前記ケーシングの前記動翼の先端に対向する位置と前記動翼の先端との両方またはいずれか一方に備わり、
前記シールフィンに対向する前記動翼の先端と前記ケーシングの少なくとも一方に前記シールフィンと対向するように、前記通気性スペーサが備わることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の蒸気タービン。 - 前記通気性スペーサは、通気性金属からなることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の蒸気タービン。
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