JP5427798B2 - Steam turbine seal structure - Google Patents
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Description
本発明は、蒸気タービンのシール構造に関する。 The present invention relates to a seal structure for a steam turbine.
ボイラ等が発生する蒸気でタービン(蒸気タービン)を回転して発電する発電プラントの場合、蒸気タービンは蒸気の流れの上流側から、高圧タービン,中圧タービン、及び低圧タービンを備え、低圧タービンを回転させた蒸気は、排気室を経由して復水器に導入され、復水器で凝縮されて給水となり蒸気発生器に還流する。 In the case of a power plant that generates electricity by rotating a turbine (steam turbine) with steam generated by a boiler, the steam turbine includes a high-pressure turbine, an intermediate-pressure turbine, and a low-pressure turbine from the upstream side of the steam flow. The rotated steam is introduced into the condenser via the exhaust chamber, is condensed in the condenser, becomes feed water, and returns to the steam generator.
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、静翼と動翼とからなる段落が形成される。 In a steam turbine constituting such a power plant, a stationary blade fixed to the inside of a casing is arranged between a moving blade and a moving blade that rotate integrally with a rotor, and a paragraph composed of the stationary blade and the moving blade is provided. It is formed.
ケーシングの内部に導入された蒸気は、蒸気タービンのケーシングの内部を流れ、静翼と、ケーシングに回転自在に支持されるロータに固定される動翼との間を交互に通りながら膨張し、ロータを回転させる。ロータの最も下流に備わる動翼、すなわち最終段の動翼を通過した蒸気は、ケーシングの外に排気されるように構成される。 The steam introduced into the casing flows inside the casing of the steam turbine, and expands while alternately passing between the stationary blade and the moving blade fixed to the rotor that is rotatably supported by the casing. Rotate. The moving blade provided on the most downstream side of the rotor, that is, the steam that has passed through the moving blade in the final stage is configured to be discharged out of the casing.
より詳細には、静翼はケーシングの内側に設置されるダイアフラム内に固定されることが多く、動翼はロータ外面上に設置固定されてロータと一体に回転する構造となる。保守容易性の観点からケーシングとダイアフラムは上下二分割とする構造が多く用いられる。 More specifically, the stationary blade is often fixed in a diaphragm installed inside the casing, and the moving blade is installed and fixed on the outer surface of the rotor so as to rotate integrally with the rotor. From the viewpoint of ease of maintenance, the casing and the diaphragm are often divided into two parts.
このような蒸気タービンにおいては、蒸気が動翼を回転させることでロータを回転させることから、蒸気を効率よく使用するために、例えば静翼を含有してケーシング内に保持されるダイアフラムとロータとの間や、動翼先端とケーシングとの間など、固定部と回転部との間のクリアランスからの蒸気の漏れをできるだけ少なくするように、固定部と回転部の間にシール構造を設けてシール性能を向上することが要求される。 In such a steam turbine, the steam rotates the rotor blades to rotate the rotor. Therefore, in order to use the steam efficiently, for example, a diaphragm and a rotor that contain a stationary blade and are held in a casing In order to minimize the leakage of steam from the clearance between the fixed part and the rotating part, such as between the rotor blade tip and the casing, the seal is provided between the fixed part and the rotating part. It is required to improve performance.
しかしながら、シール性能向上のために、回転部と固定部の間のクリアランスが小さくなるようにすると、シール構造を構成するシールフィンとロータが接触し、フィンが破損するという問題が生じ易くなる。これにより蒸気の漏れが増加するという問題が生じる。 However, if the clearance between the rotating part and the fixed part is made small in order to improve the sealing performance, the problem that the fins are damaged due to contact between the seal fins and the rotor constituting the seal structure is likely to occur. This causes the problem of increased steam leakage.
回転部と固定部との間でフィンが接触する原因としては、ケーシングやダイアフラムなどの熱変形が考えられている。運転時にケーシングの上下の保温状態が異なるため温度差が生じ下側に対し上側の方がより大きく伸び猫背とよばれる熱曲げ変形が生じることは良く知られている。これにより、ロータ(回転部)に対してケーシング(固定部)位置が相対的に上昇し、フィンが接触する一因となる。 As a cause of contact of the fins between the rotating part and the fixed part, thermal deformation of a casing, a diaphragm or the like is considered. It is well known that a thermal difference occurs between the top and bottom of the casing during operation, so that a temperature difference occurs and the upper side is larger than the lower side, and the thermal bending deformation called the dorsum is generated. Thereby, a casing (fixed part) position raises relatively with respect to a rotor (rotating part), and becomes a cause which a fin contacts.
ダイアフラムの半径方向に温度差を生じ内周温度が外周温度より高くなることにより、ダイアフラム外周より内周が伸びる。この熱伸びによりダイアフラムは曲げ変形を起こし、下側のダイアフラム内周面位置は外周分割面の端部位置に対し相対的に上昇する。下側のダイアフラムは外周分割面の端部がケーシング内側に固定されており、下側のダイアフラム内周位置はケーシング位置に対し相対的に上昇する。結局ロータ(回転部)に対してダイアフラム(固定部)が相対的に上昇し、フィンが接触する一因となる。 A temperature difference is generated in the radial direction of the diaphragm, and the inner peripheral temperature becomes higher than the outer peripheral temperature, so that the inner periphery extends from the outer periphery of the diaphragm. Due to this thermal elongation, the diaphragm undergoes bending deformation, and the position of the inner peripheral surface of the lower diaphragm rises relative to the end position of the outer peripheral dividing surface. In the lower diaphragm, the end of the outer peripheral dividing surface is fixed to the inside of the casing, and the inner peripheral position of the lower diaphragm rises relative to the casing position. Eventually, the diaphragm (fixed part) rises relative to the rotor (rotating part), which contributes to the contact of the fins.
近年の蒸気タービン運転では立ち上げ時間の短縮化が要求されており、従来より短時間で蒸気温度を高め、流量を増やすことが行われるようになってきている。特にこの場合にはダイアフラムの半径方向に温度差が発生しやすく熱変形が起こりやすくなる。 In recent years, steam turbine operation has been required to shorten the start-up time, and the steam temperature is increased and the flow rate is increased in a shorter time than before. Particularly in this case, a temperature difference tends to occur in the radial direction of the diaphragm, and thermal deformation easily occurs.
この熱変形によりロータ(回転部)に対してケーシング(固定部)位置が相対的に上昇し、フィンが接触する一因となる。 This thermal deformation raises the position of the casing (fixed part) relative to the rotor (rotating part), which contributes to contact of the fins.
かかる問題に対応するため、従来、ロータなどの回転部とダイアフラムなどの固定部との間に、フィン(シールフィン)を有するラビリンスシール装置を備え、さらにフィンと対向する位置に切削性に優れる快削性金属による部材(アブレイダブル材)を用いたシール装置の技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示される技術によると、フィンとアブレイダブル材とが接触しても、フィンによってアブレイダブル材が切削されるため、フィンの損傷を防止し、蒸気の漏れ増加量を少なくできるなどの効果がある。 In order to cope with such a problem, a labyrinth seal device having fins (seal fins) is conventionally provided between a rotating part such as a rotor and a fixed part such as a diaphragm, and a comfortable cutting performance is provided at a position facing the fins. A technology of a sealing device using a machinable metal member (abradable material) is disclosed (for example, see Patent Document 1). According to the technique disclosed in Patent Document 1, even if the fin and the abradable material come into contact with each other, the abradable material is cut by the fin, so that the fin is prevented from being damaged and the increase in steam leakage is reduced. There are effects such as being able to.
しかしながら、シール性能向上のために、回転部と固定部との間のクリアランスが極力小さくなるようにフィンとアブレイダブル材を配置すると、フィンとアブレイダブル材の接触が多くなってアブレイダブル材が快削されるため、快削された分のクリアランスが増加する。快削によりクリアランスが増加するため、増加したクリアランスからの蒸気の漏れ量が増加することとなる。上記特許文献1では、アブレイダブル材が快削されることにより増加したクリアランスからの蒸気の漏れ量の増加については考慮されていない。 However, if the fin and the abradable material are arranged so that the clearance between the rotating part and the fixed part becomes as small as possible to improve the sealing performance, the contact between the fin and the abradable material increases and the abradable material Since the material is free-cutting, the clearance for the free-cutting increases. Since the clearance increases due to free cutting, the amount of steam leakage from the increased clearance increases. In Patent Document 1, an increase in the amount of steam leakage from the clearance that is increased by free-cutting the abradable material is not considered.
また、フィンとアブレイダブル材の接触を防止するため、フィンとアブレイダブル材の間のクリアランスを大きくすると、回転部と固定部の間のクリアランスが大きくなり蒸気の漏れが大きくなるため、蒸気タービンのタービン効率の向上が望めなくなる。そこで、本発明は、さらにアブレイダブル材が快削されて、増加したクリアランスからの蒸気の漏れ量増加を防止でき、シール性能を向上することができ、蒸気タービンのタービン効率を向上できるシール構造を提供することを課題とする。 Also, if the clearance between the fin and the abradable material is increased in order to prevent contact between the fin and the abradable material, the clearance between the rotating part and the fixed part will increase and steam leakage will increase. Improve turbine efficiency of the turbine. Accordingly, the present invention further provides a seal structure in which the abradable material is further machined to prevent an increase in the amount of steam leakage from the increased clearance, to improve the sealing performance, and to improve the turbine efficiency of the steam turbine. It is an issue to provide.
前記課題を解決するため、本発明は蒸気タービンの回転部と固定部の両方またはいずれか一方にシールフィンを備え、シールフィンと対向する回転部または固定部に快削性金属を用いたスペーサを備えるシール構造であって、固定部に設けられ、ロータ軸方向に移動可能なシール基板と、ロータ径方向に働く蒸気の圧力をロータ軸方向の力へ変換して、シール基板をロータ軸方向に駆動する駆動装置とを備え、固定部にシールフィンが備わる場合、該固定部に備わるシールフィンは、シール基板に固定され回転部に対してロータ軸方向に移動可能であり、固定部にスペーサが備わる場合、該固定部に備わるスペーサは、シール基板に固定され回転部に対してロータ軸方向に移動可能としたことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is provided with a seal fin in a rotating part and / or a fixed part of a steam turbine, and a spacer using free-cutting metal in the rotating part or the fixed part facing the seal fin. A seal substrate that is provided in a fixed portion and is movable in the rotor axial direction, and converts the pressure of steam acting in the rotor radial direction into a force in the rotor axial direction, so that the seal substrate is moved in the rotor axial direction. When the fixed portion is provided with a seal fin, the seal fin provided in the fixed portion is fixed to the seal substrate and is movable in the rotor axial direction with respect to the rotating portion, and a spacer is provided in the fixed portion. When provided, the spacer provided in the fixed portion is fixed to the seal substrate and is movable in the rotor axial direction with respect to the rotating portion.
本発明によると、アブレイダブル材が快削されてもクリアランスの増加が無く、クリアランスからの蒸気漏れ量増加を防止し、シール性能を向上でき、蒸気タービンのタービン効率を向上できる。 According to the present invention, even if the abradable material is free-cutting, there is no increase in clearance, an increase in the amount of steam leakage from the clearance can be prevented, the sealing performance can be improved, and the turbine efficiency of the steam turbine can be improved.
以下、本発明を実施するための形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
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一例を示す概略系統図である。図1に示すように、発電プラント1は、ボイラ2と、蒸気タービン3(高圧タービン11,中圧タービン12、及び低圧タービン13),発電機4,復水器5などを備えている。そして、蒸気タービン3のロータ18は発電機4の駆動軸7に連結され、低圧タービン13の回転によって発電機4が駆動され発電される構成である。
FIG. 1 is a schematic system diagram illustrating an example of a power plant including a steam turbine according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the power plant 1 includes a
ボイラ2は蒸気発生器であって、再熱器8が収納されており、配管9を介して高圧タービン11の入口側に接続されている。高圧タービン11の出口側は配管10を介してボイラ2の再熱器8に接続される。再熱器8は配管14を介して中圧タービン12の入口側に接続され、中圧タービン12の出口側は配管49を介して低圧タービン13の入口側に接続されている。
The
配管9には調節弁Bが備わり、それぞれ、高圧タービン11に流入する蒸気Stの量を制御するための制御弁として機能する。調節弁Bは、制御装置15によって制御され、高圧タービン11に流入する蒸気Stの量が制御される。
The
ボイラ2で発生した蒸気Stは、高圧タービン11,中圧タービン12を介して低圧タービン13に流入し、ロータ18を回転させる。ロータ18を回転して低圧タービン13から排気された蒸気Stは、排気室48を介して復水器5で凝縮されて水(給水)となった後、給水加熱器16に送り込まれて、給水加熱器16で加熱され、更に図示しない他の給水加熱器や高圧給水ポンプなどを経由して蒸気発生器であるボイラ2に再度導入される。
The steam St generated in the
図2は本実施形態に係る蒸気タービンの一部を拡大した図である。図2に示すように、蒸気タービン3には、ロータ18の外周に沿った方向に固定される複数の動翼17が、軸方向に複数列配置されている。
FIG. 2 is an enlarged view of a part of the steam turbine according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, in the
さらに、ロータ18及び動翼17を内包するケーシング19と、ケーシング19にノズルダイヤフラム外輪20を介して固定される複数の静翼21が備わる。そして、静翼21と動翼17は、ロータ18の軸方向に交互に配置され、段落が形成される。ロータ18は、周方向に回転する。
Furthermore, a
ボイラ2で発生した蒸気Stは蒸気タービン3のケーシング19の内部に流入すると、減圧及び膨張しながら静翼21と動翼17の間を交互に通るように流通し、ロータ18を回転させる。
When the steam St generated in the
そして、ロータ18の最も下流に備わる動翼17、すなわち最終段の動翼17を通過した蒸気Stはケーシング19の外部に排気されるように構成される。
The moving
このように構成される蒸気タービン3においては、ケーシング19の内部を流通する蒸気Stで効率よくロータ18を回転するため、回転部であるロータ18及び動翼17と、固定部であるケーシング19及び静翼21(ノズルダイヤフラム外輪20,ノズルダイヤフラム内輪22を含む)の間のシール性能を向上し、回転部と固定部の間のクリアランスから漏れる蒸気St(漏れ蒸気)の量を抑制することが要求される。
In the
例えば、ロータ18の回転に対する回転抵抗を軽減するために、静翼21の先端に備わるノズルダイヤフラム内輪22とロータ18の間にクリアランスを設ける場合があるが、このクリアランスは静翼21に流入する蒸気Stの漏れ蒸気の原因となる。
For example, in order to reduce the rotational resistance against the rotation of the
そして、漏れ蒸気となる蒸気Stは、ロータ18の回転に寄与しないことから、漏れ蒸気の量が多くなると、蒸気タービン3のタービン効率が低下することになる。したがって、蒸気タービン3のタービン効率を向上するためには、漏れ蒸気の量を少なくすることが好適である。
Since the steam St that becomes the leaked steam does not contribute to the rotation of the
このため、ノズルダイヤフラム内輪22とロータ18の間に、ラビリンスシール装置23などのシール装置を組み込んでロータ18と静翼21の間のクリアランスを小さくする構成が一般的である。この構成によってロータ18と静翼21の間のシール性能を向上し、漏れ蒸気の量を少なくできる。
For this reason, a configuration in which a clearance between the
図3は、図2に示したラビリンスシール装置23の拡大図である。図3に示すように、本実施形態に係るハイロー型のラビリンスシール装置23のロータ18側には、固定した複数のシールフィン24が備わっている。
FIG. 3 is an enlarged view of the
ノズルダイヤフラム内輪22のシール基板25には、ロータ18の周方向に形成される複数のハイ部26,ロー部27を軸方向に所定間隔で交互に設けている。
A plurality of
そして、シール基板25側のハイ部26,ロー部27とロータ18側のシールフィン24を、ロータ18の軸方向に向き合うように配置する。
The
このように、複数のシールフィン24が備わるラビリンスシール装置23が構成される。
Thus, the
従来、シール基板25側のハイ部26,ロー部27、及びロータ18側のシールフィン24は非接触に構成される。この構成によって、シールフィン24とシール基板25の間には微小なクリアランスが生じ、ロータ18の回転に対する回転抵抗が軽減される。
Conventionally, the
しかしながら、これらのクリアランスを通過する蒸気Stは、ロータ18の回転に寄与することなく漏れ蒸気となる。そして、漏れ蒸気によって蒸気漏洩損失が発生し、蒸気タービン3のタービン効率が低下する。
However, the steam St passing through these clearances becomes leaked steam without contributing to the rotation of the
そこで、本実施形態においては、ロータ18側のシールフィン24とシール基板25の間に、快削性金属からなる快削性スペーサ28(スペーサ)が取り付けられる。
Therefore, in this embodiment, a free-cutting spacer 28 (spacer) made of a free-cutting metal is attached between the
さらに、快削性スペーサ28が備わるシール基板25が、ロータ18の軸方向に移動可能な移動サポート40に備わることを特徴とする。
Further, the sealing
この構成によって、固定部である静翼21のノズルダイヤフラム内輪22(図2参照)に備わる快削性スペーサ28は、回転部であるロータ18に対して軸方向に移動可能となる。
With this configuration, the free-cutting
なお、シール基板25に、快削性スペーサ28を取り付け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すればよい。
The method for attaching the free-cutting
本実施形態に係る快削性スペーサ28を形成する快削性金属は、切削性に優れている素材(アブレイダブル材)であり、例えば、シール基板25側の快削性スペーサ28とロータ18側のシールフィン24の先端とが接触した状態(接触状態)でロータ18が回転した場合、例えば、図4に示すように快削性スペーサ28が削られてシールフィン24は損傷しない。
The free-cutting metal forming the free-cutting
ここで、本実施例の理解を容易にするため、従来の技術及びその問題点について図面を用いて説明する。 Here, in order to facilitate understanding of the present embodiment, a conventional technique and its problems will be described with reference to the drawings.
シールフィン24に対向する位置に、例えばアブレイダブル材など切削性に優れた素材からなるスペーサを備える従来技術では、図4(a)に示すように快削性スペーサ28とシールフィン24との接触により、快削性スペーサ28が削られシールフィン24上に初期設定より大きなクリアランスを生じることとなる。このように接触によりクリアランスが増大した場合には、このクリアランスの増加分に応じてシール部に蒸気の漏れ量が増加するため、漏れ量の増加により蒸気タービンのタービン効率が低下するという問題が発生する。
In the prior art provided with a spacer made of a material having excellent machinability, such as an abradable material, at a position facing the
すなわち、以下のような問題を生じる。タービン組み立て時の初期の状態(1)に対して、蒸気を少量蒸気タービン内に流入させると、ダイアフラムの熱変形,ケーシング熱変形やロータ熱伸びなどにより快削性スペーサ28とシールフィン24が接触を開始し(2)、時間経過して熱的に安定した後に接触終了し(3)、定常負荷位置に至る(4)という快削性スペーサ28とシールフィン24との接触のプロセスが想定される。熱的に安定した状態になり定常運転を実施すべく高温・高圧の蒸気Stを蒸気タービン内に流入させて安定的な発電を実施することが可能となる。この場合の隙間は図4(a)に示すようにタービン組み立て時の初期の状態(1)の隙間に対して著しく増加することとなる。
That is, the following problems occur. When steam is introduced into the steam turbine in a small amount with respect to the initial state (1) when the turbine is assembled, the free-cutting
これにより、定常運転時のシールの漏れ量が増加し、タービン効率が低下するという問題が発生することとなる。 As a result, there is a problem that the amount of seal leakage during steady operation increases and the turbine efficiency decreases.
以上が、従来技術の問題点である。再度、本実施形態の説明に戻る。 The above is the problem of the prior art. Returning to the description of the present embodiment again.
本実施形態においては、快削性スペーサ28は、回転部であるロータ18に対して軸方向に移動可能に構成されている。例えば、図4(b)に示すように、熱的に安定した状態になり接触終了後に定常運転を実施すべく高温・高圧の蒸気Stを蒸気タービン内に流入させた場合、快削性スペーサ28は、回転部であるロータ18に対して軸方向に移動する。移動前の快削性スペーサ28に対するシールフィン24の相対的な位置関係を破線(4)で示し、移動後の快削性スペーサ28に対するシールフィン24の相対的な位置関係を実線(5)で示す。快削性スペーサ28の移動後における、シールフィン24位置に対向する位置にある快削性スペーサ28は未接触状態が保たれているため、シールフィン24上のクリアランスは初期状態の隙間に対して同等となる。すなわち、例え快削性スペーサ28の表面が接触により快削されても、定常運転時のシールの隙間を初期状態の隙間と同等とすることが可能になるため、漏れ量の増加は無くなりタービン効率を高いまま保つことが可能となる。
In the present embodiment, the free-cutting
このようにロータ18側のシールフィン24とシール基板25の間に、快削性スペーサ28(スペーサ)が取り付けられ、快削性スペーサ28が備わるシール基板25が、ロータ18の軸方向に移動可能に備わることで、シールフィン24と快削性スペーサ28が接触する場合であっても、定常運転時のシールの漏れ量が増加し、タービン効率が低下する問題が発生する事態にならない。したがって、快削性スペーサ28の表面が接触に快削されても、漏れ量の増加は無くなりタービン効率を高いまま保つことが可能となるという優れた効果を奏する。
Thus, the free-cutting spacer 28 (spacer) is attached between the
次に、本実施形態に係るシール装置のシール基板25を軸方向に移動させる機構について説明する。
Next, a mechanism for moving the
本実施形態に係るシール基板25は、ロータ18に対してロータ軸方向に移動可能に備わっている。図3に示すように、ノズルダイヤフラム内輪22には、中空の与圧室29が形成されている。与圧室29内には、与圧室29の内壁にサポートされてロータ側径方向に移動可能な受圧ヘッド30が備わっている。受圧ヘッド30のロータ側径方向内周側は、押し込みサポート39に接続されている。押し込みサポート39は、与圧室29内に形成されたサポートに支持されてロータ側径方向に移動可能な部材である。押し込みサポート39のロータ側径方向内周側の端部は、ロータ軸方向に傾斜する押込側傾斜接触面39aを有する。押し込みサポート39は押込側傾斜接触面39aを介して、移動サポート40と接触している。移動サポート40は、ロータ18の軸方向に移動可能な部材で、与圧室29の最内周側に設けられている。移動サポート40のロータ側径方向外周側の端部には、押し込みサポート39に係合し、押し込みサポート39の押込側傾斜接触面39aに沿って、同一の傾斜角度を有する傾斜接触面40aが形成されている。
The
受圧ヘッド30で蒸気から受けたロータ側径方向の押圧力は、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向の力へ変換され、移動サポート40は軸方向へ押し込まれる。移動サポート40は与圧室29内に設置された戻りバネ31(付勢手段)で弾性支持され、この戻りバネ31によって、蒸気圧の押し込みによる軸方向の移動方向と逆方向に、相当の付勢力で付勢されている。なお、戻りバネ31の設置位置は、移動サポート40を蒸気圧による押し込み方向と逆方向に付勢できる位置であれば良く、図3の例に限定されるものではない。
The pressing force in the rotor side radial direction received from the steam by the
与圧室29は、蒸気通路46によってノズルダイヤフラム内輪22の外側と連通し、ノズルダイヤフラム内輪22の外側を流通する蒸気Stが与圧室29に流入するように構成される。そして、与圧室29内に流入した蒸気Stの圧力が受圧ヘッド30に作用したとき、受圧ヘッド30は蒸気圧力によりロータ側径方向に押し込まれ、受圧ヘッド30と従動する押し込みサポート39の押込側傾斜接触面39aが、移動サポート40の傾斜接触面40aをロータ側径方向に押圧する。
The pressurizing
受圧ヘッド30で受けた蒸気圧によるロータ側径方向の力は、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向の力へ変換され、移動サポート40をロータ軸方向へ押し込み、ロータ軸方向に移動するように構成される。
The force in the rotor side radial direction due to the vapor pressure received by the
移動サポート40には内周側先端部にシール基板25が取り付けられる。さらに移動サポート40にはガイド32が備わっている。ガイド32は、与圧室29内に突出するガイド受け33と接触し、受圧ヘッド30とシール基板25で受ける蒸気圧のモーメントにより、移動サポート40とシール基板25が回転し不安定な姿勢となることを防ぎ、ロータ軸方向にスムーズに往復動することを可能とする。
A
受圧ヘッド30は、例えば押し込みサポート39と一体に形成すればよい。押し込みサポート39へ受圧ヘッド30を取り付ける方法は限定するものではなく、例えば、図示しないスクリューで押し込みサポート39に固定すればよい。また、ガイド32は、例えば移動サポート40と一体に形成すればよい。移動サポート40へシール基板25を取り付ける方法は限定するものではなく、例えば、図示しないスクリューでシール基板25を移動サポート40に固定すればよい。
The
そして、受圧ヘッド30,押し込みサポート39,移動サポート40,ガイド32、及びシール基板25を含んで駆動装置の可動部が構成される。
そして、移動サポート40が、戻りバネ31の付勢力で蒸気圧の押し込みによる軸方向の移動方向と逆側の位置で支持されているとき、シール基板25は蒸気圧の押し込みによる軸方向の移動方向と逆側の位置に移動した状態にある。
The movable portion of the driving device is configured to include the
When the
本実施形態におけるラビリンスシール装置23は、シール基板25に加え、与圧室29,蒸気通路46,受圧ヘッド30,傾斜接触面を持つ押し込みサポート39,傾斜接触面を持つ移動サポート40,ガイド32、及び戻りバネ31を含んで構成される。
In addition to the
図5は、図3のX1−X1断面図である。ラビリンスシール装置23は、図5に示すように、複数のセグメント体で構成されている。このセグメント体は、それぞれ、与圧室29,蒸気通路46,受圧ヘッド30,押し込みサポート39,移動サポート40,ガイド32,ガイド受け33,戻りバネ31を有する。このセグメント体を固定部に、周方向に一定間隔で複数個配置して、ラビリンスシール装置23は構成されている。
5 is a cross-sectional view taken along line X1-X1 of FIG. As shown in FIG. 5, the
そして、ラビリンスシール装置23,シール基板25側の快削性スペーサ28を含んだシール構造が蒸気タービン3に組み込まれることになる。
ボイラ2で発生する蒸気Stが蒸気タービン3に流入すると、蒸気Stが静翼21と動翼17の間を通るときに、蒸気Stの一部が蒸気通路46を流通して与圧室29に流入する。
Then, the seal structure including the
When the steam St generated in the
与圧室29に流入する蒸気Stの圧力が受圧ヘッド30をロータ側径方向に押し込み、ロータ側径方向の力は、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向の力へ変換される。しかしながら、移動サポート40を軸方向へ移動させる力(押圧力)が、戻りバネ31の付勢力より小さければ、戻りバネ31は、移動サポート40を蒸気圧の押し込みによる軸方向の移動方向の逆側の位置で支持している。
The pressure of the steam St flowing into the pressurizing
例えば、蒸気タービン3(図1参照)に接続される負荷が増大して、蒸気タービン3を流通する蒸気Stの圧力が高くなると、与圧室29に流入する蒸気Stの圧力も高くなる。そして、蒸気Stの圧力による受圧ヘッド30をロータ側径方向に押し込み、ロータ側径方向の力は、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向の力へ変換される。移動サポート40をロータ18の軸方向に移動させる押圧力が、戻りバネ31の付勢力以上になると、移動サポート40は蒸気Stの圧力でロータ18の軸方向に移動し、移動サポート40と接続されるシール基板25が、軸方向に従動して移動する。
For example, when the load connected to the steam turbine 3 (see FIG. 1) increases and the pressure of the steam St flowing through the
移動サポート40が、蒸気圧の押圧方向の停止位置まで移動したときに、ロータ18側シールフィン24上にシール基板25側の未接触状態の快削性スペーサ28の表面を対向させるように構成すると、与圧室29に流入する蒸気Stの圧力が高くなると、互いに対向するシールフィン24と快削性スペーサ28の隙間を初期設定状態にすることができる。そして、シールフィン24と快削性スペーサ28の間のクリアランスが最小となり、静翼21とロータ18の間のシール性能が向上する。
When the
なお、蒸気タービン3内を流通する蒸気Stは、上流から下流に向って膨張して減圧することから、蒸気Stの流れの下流ほど、静翼21のラビリンスシール装置23に備わる戻りバネ31の付勢力を弱くする構成であってもよい。
Note that the steam St flowing through the
そして、このように構成されるシール構造が組み込まれた蒸気タービン3は、蒸気Stの圧力が低い立ち上げ時には、シール基板25側の快削性スペーサ28がロータ18側のシールフィン24に対し蒸気圧の押し込みによる軸方向と逆方向位置になる。
In the
したがって、立ち上げ時の熱的不安定状態においてはシール基板25側の快削性スペーサ28がロータ18側のシールフィン24に対し蒸気圧の押し込みによる軸方向と逆方向の位置となり、この位置において、熱変形によりシールフィン24と快削性スペーサ28が接触することがある。
Therefore, in the thermally unstable state at the time of start-up, the free-cutting
このとき快削性スペーサ28には接触による凹みを生じるが、快削性スペーサ28と接触するためシールフィン24に損傷は生じない。
At this time, although the free-cutting
蒸気タービン3の負荷が増大して蒸気Stの圧力が高くなると、快削性スペーサ28が蒸気圧による押圧軸方向の停止位置まで移動し、シールフィン24と快削性スペーサ28の間のクリアランスが最小状態になって、静翼21とロータ18の間のシール性能が向上する。したがって、蒸気タービン3のタービン効率が向上する。
When the load of the
ところで、蒸気タービン3の負荷を利用する方法として、ラビリンスシール装置を構成するシール基板を周方向に分割し、ロータに対し半径方向に移動可能な構成とすることも考えられる。すなわち、立ち上げ時の熱的不安定状態においては、バネの付勢力を用いてシール基板をロータから半径方向に離反する位置へ押し付け、蒸気タービン3の負荷が増大して蒸気Stの圧力が高くなると蒸気圧の押圧によりシール基板はロータと近接する位置へ移動するように構成する。これにより、立ち上げ時の熱的不安定状態においてはシール基板をロータから離反させてロータとの接触を防止し、蒸気Stの圧力が高まると基板はロータと近接し、シール隙間からの漏れ量を少なくすることができる。
By the way, as a method of using the load of the
しかし、この構成の場合には、シール基板が半径方向に大きく離反するとシール基板の周方向分割面が大きく開き、多量の蒸気が漏れ、十分な蒸気押圧が得られなくなるという問題を生じ、シール基板の半径方向の移動量をあまり大きくできない。 However, in the case of this configuration, if the seal substrate is greatly separated in the radial direction, the circumferentially divided surface of the seal substrate opens widely, a large amount of steam leaks, and sufficient steam pressure cannot be obtained. The amount of movement in the radial direction cannot be increased too much.
前述したケーシングやダイアフラムなどの熱変形では変形量が大きくなる場合があり、この場合にはロータとの接触を生じ、フィンと対向する位置に快削性スペーサを設置していれば快削性スペーサは快削されてしまう。このため、蒸気Stの圧力が高まりシール基板がロータと近接する位置へ移動してもフィン対向位置の快削性スペーサには快削凹みが生じており、フィン先端部の隙間は結局大きくなり、漏れ量を少なくできなくなる。 The amount of deformation may increase due to the above-described thermal deformation of the casing or diaphragm. In this case, contact with the rotor occurs, and if a free-cutting spacer is installed at a position facing the fin, the free-cutting spacer Will be free-cut. For this reason, even if the pressure of the steam St increases and the seal substrate moves to a position close to the rotor, a free-cutting recess is generated in the free-cutting spacer at the fin-facing position, and the gap at the fin tip portion eventually becomes large, The amount of leakage cannot be reduced.
本発明の場合には移動サポート40とシール基板25の軸方向の移動量に特に制限は存在しないため、ロータとケーシング間の伸び差が大きく1cm以上あるような場合でも容易に対応できる。
In the case of the present invention, there is no particular limitation on the amount of movement of the
上記快削性スペーサ28として通気性金属を用いた快削性スペーサ28とすることもできる。通気性金属は、多孔質金属の空間部(ポア)が連結した構造で、内部を気体(蒸気St)が通気できる金属素材である。通気性金属は、切削性に優れている素材であるため、快削性スペーサ28を構成できる。通気性金属を用いた快削性スペーサ28を用いることにより、シールフィン24の破損を防止できるのみならず、シールフィン24と快削性スペーサ28の接触により生じる接触発熱を除去でき、接触発熱による熱変形を防止できる。
The free-cutting
図3の説明では、蒸気Stが与圧室29に流入する蒸気通路46の位置と蒸気圧の押し込みによる軸方向移動方向が逆側に備えられる一構成例について説明したが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。本発明では、蒸気Stを与圧室29に集め、径方向に移動可能な押し込みサポート39を介して、一旦径方向に蒸気圧力を作用させた後、移動サポート40で再度軸方向への力として変換する。この構造によれば、シール基板25の移動方向と、蒸気通路46を介した蒸気の回収方向を自由に決めることができる。例えば図6に示すように蒸気Stが与圧室29に流入する蒸気通路46の位置と蒸気圧の押し込みによる軸方向移動方向が同じ側であっても、前述の図3に示した実施例と同様に説明することが可能で、全く同じ効果が得られる。よって、本発明の効果は蒸気通路46の位置と蒸気圧の押し込みによる軸方向移動位置の相対関係に影響を受けず、設計の自由度を上げることができる。
In the description of FIG. 3, the configuration example in which the position of the
例えば、高圧蒸気タービン(HP)と中圧蒸気タービン(IP)が一体として構成され、両者のロータが連結される場合などにおいては、蒸気配管の取り回し設置の関係から、両者の蒸気取り入れ配管が高圧蒸気タービンと中圧蒸気タービン境目中央付近に設置されることがある。このような場合には、ロータが連結されているため、ロータ熱伸びによるケーシングに対するロータの相対移動は、スラスト軸受けの位置によるが、高圧と中圧タービンのうち一方のタービンでは、図4(c)に示すように高蒸気圧側(HP)から低蒸気圧側(IP)に向かう移動となる。これに対し、他方のタービンでは、ロータの相対移動は、図4(d)に示すように低蒸気圧側(IP)から高蒸気圧側(HP)に向かう移動となる。 For example, in a case where a high-pressure steam turbine (HP) and an intermediate-pressure steam turbine (IP) are configured as a single unit and the rotors of both are connected, the steam intake pipes of both are high pressures due to the arrangement of the steam pipes. It may be installed near the center of the boundary between the steam turbine and the medium pressure steam turbine. In such a case, since the rotor is connected, the relative movement of the rotor with respect to the casing due to the thermal elongation of the rotor depends on the position of the thrust bearing, but in one of the high-pressure and intermediate-pressure turbines, FIG. ), The movement proceeds from the high vapor pressure side (HP) toward the low vapor pressure side (IP). On the other hand, in the other turbine, the relative movement of the rotor is a movement from the low steam pressure side (IP) toward the high steam pressure side (HP) as shown in FIG.
タービン起動時の熱的に不安定な時、シールフィン24と快削性スペーサ28が接触し、快削性スペーサ28上に凹みを生じ、その後に熱的に安定となり定常運転を開始するものとする。定常運転開始時におけるシールフィン24の位置は快削性スペーサ28上凹みの中央ではなく、接触開始位置に近いと考えられている。この時、蒸気圧によりシール基板25を高蒸気圧側(HP)から低蒸気圧側(IP)に向かって移動させる構成を用いれば、一方のターンビンではシール基板25を軸方向へ少し移動することにより隙間を最小にできる。これに対し、他方のタービンでは伸び差による快削性スペーサ28上凹みの軸方向長さ程度以上の移動量が必要となる。
When the heat is unstable when the turbine is started, the
このように大きな移動量が必要となるタービンのシール部分では、シールフィン24とハイ部26の接触を防止するため、シールフィン24間のピッチを大きくとる必要を生じ、軸方向に粗いシールフィン24の配置となる。このためシールフィン24による絞り数が少なくなり蒸気の漏れ量が増加するという問題を生じる。逆に、無理にシールフィン24による絞り数を増やせばロータ長が増大しコストが著しく増加するといった問題を生じる。
In such a seal portion of the turbine that requires a large amount of movement, it is necessary to increase the pitch between the
しかしながら、本発明の構造によれば、図3と図6に示したように、シール基板25の移動方向と、蒸気通路46を介した蒸気の回収方向を自由に決めることができる。例えば、蒸気通路46を介して与圧室29に供給する蒸気stを高蒸気圧側(HP)から取り入れる構成を用いた場合、蒸気通路46の位置は高蒸気圧側(HP)に決まってしまう。しかし、本発明の構造によれば、シール基板25を高蒸気圧側(HP)から低蒸気圧側(IP),低蒸気圧側(IP)から高蒸気圧側(HP)のどちらにも移動可能に自由に設計できる。
However, according to the structure of the present invention, as shown in FIGS. 3 and 6, the moving direction of the sealing
従って、本発明では蒸気通路46の位置と蒸気圧の押し込みによる軸方向移動位置の相対関係に影響を受けないため、上述したいずれのタービンでもシール基板25を軸方向へ少し移動することにより隙間を最小にする構成とできるため、コンパクトで高性能な蒸気タービンを供給することができる。また高圧タービンと低圧タービンが連結した場合や中央に蒸気取り入れ配管が設置される低圧タービンにおいても同様な効果が得られる。
Therefore, in the present invention, since it is not affected by the relative relationship between the position of the
以上、ラビリンスシール装置23に快削性スペーサ28を取り付ける一構成例、及び、ラビリンスシール装置23を構成するシール基板25が、ロータ18に対し軸方向に移動可能に、ノズルダイヤフラム内輪側22に備えられる一構成例について説明したが、本発明の構成は、これに限定されるものではない。
As described above, the configuration example in which the free-cutting
例えば、ラビリンスシール装置23には、図3,図6に示す形状のほか、図7に示すハイロー型のラビリンスシール装置もある。そして、図9に示すハイロー型のラビリンスシール装置にも本発明を適用できる。
For example, the
次に本発明の第2の実施形態について説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図7に示す本実施形態においては、シール基板25側のシールフィン34とロータ18のハイ部35,ロー部36上間に、快削性金属からなる快削性スペーサ28(スペーサ)が取り付けられる。
さらに、シールフィン34が備わるシール基板25が、ロータ軸方向に移動可能に備わることを特徴とする。
本実施形態に係る快削性スペーサ28を形成する快削性金属は、切削性に優れている素材(アブレイダブル材)であり、例えば、シール基板25側のシールフィン34の先端とロータ18側の快削性スペーサ28とが接触した状態でロータ18が回転した場合、例えば、図8に示すように快削性スペーサ28が削られてシールフィン34は損傷しない。
In the present embodiment shown in FIG. 7, a free-cutting spacer 28 (spacer) made of a free-cutting metal is attached between the
Further, the
The free-cutting metal forming the free-cutting
ここで、本実施例の理解を容易にするため、従来の技術及びその問題点について図面を用いて説明する。
シールフィン34に対向する位置に、例えばアブレイダブル材など切削性に優れた素材からなるスペーサを備える従来の技術では、図8(a)に示すように快削性スペーサ28とシールフィン34との接触により、快削性スペーサ28が削られシールフィン34上に初期設定より大きなクリアランスを生じることとなる。このクリアランスの増加分に応じてシール部に蒸気の漏れ量が増加するため、漏れ量の増加により蒸気タービンのタービン効率が低下するという問題が発生する。
Here, in order to facilitate understanding of the present embodiment, a conventional technique and its problems will be described with reference to the drawings.
In the conventional technique in which a spacer made of a material excellent in machinability such as an abradable material is provided at a position facing the
前述したように、以下のような問題を生じる。タービン組み立て時の初期の状態(1)に対して、蒸気を少量蒸気タービン内に流入させると、ダイアフラムの熱変形,ケーシング熱変形やロータ熱伸びなどにより快削性スペーサ28とシールフィン34が接触を開始(2)し、時間経過して熱的に安定した後に接触終了(3)し、定常負荷位置(4)に至るという快削性スペーサ28とシールフィン34との接触のプロセスが想定される。熱的に安定した状態になり定常運転を実施すべく高温・高圧の蒸気Stを蒸気タービン内に流入させて安定的な発電を実施することが可能となる。この場合の隙間は図8(a)に示すようにタービン組み立て時の(1)初期の状態の隙間に対して著しく増加することとなる。
As described above, the following problems occur. When steam is introduced into the steam turbine in a small amount with respect to the initial state (1) when the turbine is assembled, the free-cutting
これにより、定常運転時のシールの漏れ量が増加し、タービン効率が低下するという問題が発生することとなる。以上が、従来技術の問題点である。再度、本実施形態の説明に戻る。 As a result, there is a problem that the amount of seal leakage during steady operation increases and the turbine efficiency decreases. The above is the problem of the prior art. Returning to the description of the present embodiment again.
本実施形態においては、シールフィン34は、ロータ18に対して軸方向に移動可能に構成されている。例えば、図8(b)に示すように、熱的に安定した状態になり接触終了後(3)に定常運転を実施すべく高温・高圧の蒸気Stを蒸気タービン内に流入させた場合シールフィン34は、回転部であるロータ18上の快削性スペーサ28に対して軸方向に移動する(4)。移動後のシールフィン34位置に対向する位置にある快削性スペーサ28は未接触状態が保たれているため、シールフィン34上のクリアランスは初期状態の隙間に対して同等となる。すなわち、例え快削性スペーサ28の表面が接触により快削されても、定常運転時のシールの隙間を初期状態の隙間と同等とすることが可能になるため、漏れ量の増加は無くなりタービン効率を高いまま保つことが可能となる。
In the present embodiment, the
このようにシールフィン34が備わるシール基板25が、ロータ18の軸方向に移動可能に備わることで、シールフィン34と快削性スペーサ28が接触する場合であっても、定常運転時のシールの漏れ量が増加し、タービン効率が低下する問題が発生する事態にならない。したがって、快削性スペーサ28の表面が接触に快削されても、漏れ量の増加は無くなりタービン効率を高いまま保つことが可能となるという優れた効果を奏する。
As described above, the
さらに、本実施形態に係るシール基板25は、ロータ18に対して軸方向に移動可能に備わっている。図7に示すように、ノズルダイヤフラム内輪22には、中空の与圧室29が形成されている。与圧室29内には、与圧室29の内壁にサポートされてロータ側径方向に移動可能な受圧ヘッド30が備わっている。受圧ヘッド30のロータ側径方向内周側は、与圧室29内に形成されたサポートに支持されてロータ側径方向に移動可能な押し込みサポート39に接続されている。押し込みサポート39のロータ側径方向内周側の端部は、ロータ軸方向に傾斜する押込側傾斜接触面39aを有し、この押込側傾斜接触面39aを介して、ロータ18の軸方向に移動可能な移動サポート40と接触している。移動サポート40は、与圧室29の最内周側に設けられており、移動サポート40のロータ側径方向外周側の端部は、押し込みサポート39の押込側傾斜接触面39aに沿うようにロータ軸方向に傾斜する傾斜接触面40aが形成されている。
Furthermore, the
受圧ヘッド30で受けたロータ側径方向の力は、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向の力へ変換され、移動サポート40は軸方向へ押し込まれる。移動サポート40は戻りバネ31(付勢手段)で弾性支持され、戻りバネ31によって、蒸気圧の押し込みによる軸方向の移動方向と逆方向に、相当の付勢力で付勢されている。
The force in the rotor side radial direction received by the
与圧室29は、蒸気通路46によってノズルダイヤフラム内輪22の外側と連通し、ノズルダイヤフラム内輪22の外側を流通する蒸気Stが与圧室29に流入するように構成される。そして、蒸気Stの圧力が受圧ヘッド30に作用したとき、受圧ヘッド30は蒸気圧力により押し込まれ、受圧ヘッド30で受けたロータ側径方向の力は、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向の力へ変換され、移動サポート40を軸方向へ押し込み、ロータ軸方向に移動するように構成される。
The pressurizing
移動サポート40には内周側先端部にシール基板25が取り付けられる。さらに移動サポート40にはガイド32が備わっている。ガイド32は、ノズルダイヤフラム内輪22の与圧室29内部に突出するガイド受け33と接触し、受圧ヘッド30とシール基板25で受ける蒸気圧のモーメントにより、移動サポート40とシール基板25が回転し不安定な姿勢となることを防ぎ、ロータ軸方向にスムーズに往復動することを可能とする。
A
そして、受圧ヘッド30,押し込みサポート39,移動サポート40,ガイド32、及びシール基板25を含んで駆動装置(可動部)が構成される。
A driving device (movable part) is configured including the
そして、移動サポート40が、戻りバネ31の付勢力で蒸気圧の押し込みによる軸方向の移動方向と逆側の位置で支持されているとき、シール基板25は蒸気圧の押し込みによる軸方向の移動方向と逆側の位置に移動した状態にある。
When the
本実施形態におけるラビリンスシール装置23は、シール基板25に加え、与圧室29,蒸気通路46,受圧ヘッド30,傾斜接触面を持つ押し込みサポート39,傾斜接触面を持つ移動サポート40,ガイド32、及び戻りバネ31を含んで構成される。
In addition to the
そして、ラビリンスシール装置23,ロータ18側の快削性スペーサ28を含んだシール構造が蒸気タービン3に組み込まれることになる。
A seal structure including the
ボイラ2で発生する蒸気Stが蒸気タービン3に流入すると、蒸気Stが静翼21と動翼17の間を通るときに、蒸気Stの一部が蒸気通路46を流通して与圧室29に流入する。
When the steam St generated in the
与圧室29に流入する蒸気Stの圧力が受圧ヘッド30をロータ側径方向に押し込み、ロータ側径方向の力は、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向の力へ変換される。移動サポート40を軸方向へ移動させる力(押圧力)が、戻りバネ31の付勢力より小さければ、戻りバネ31は、移動サポート40を蒸気圧の押し込みによる軸方向の移動方向の逆側の位置で支持している。
The pressure of the steam St flowing into the pressurizing
例えば、蒸気タービン3(図1参照)に接続される負荷が増大して、蒸気タービン3を流通する蒸気Stの圧力が高くなると、与圧室29に流入する蒸気Stの圧力も高くなる。そして、蒸気Stの圧力により受圧ヘッド30をロータ側径方向に押し込み、ロータ側径方向の力は、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向の力へ変換される。移動サポート40をロータ18の軸方向に移動させる押圧力が、戻りバネ31の付勢力以上になると、移動サポート40は蒸気Stの圧力でロータ18の軸方向に移動し、移動サポート40と接続されるシール基板25が、蒸気圧の押圧による軸方向に移動する。
For example, when the load connected to the steam turbine 3 (see FIG. 1) increases and the pressure of the steam St flowing through the
移動サポート40が、蒸気圧の押圧方向の停止位置まで移動したときに、シール基板25側シールフィン34上にロータ18側の未接触状態の快削性スペーサ28の表面を対向させるように構成すると、与圧室29に流入する蒸気Stの圧力が高くなると、互いに対向するシールフィン34と快削性スペーサ28の隙間を初期設定状態にすることができる。そして、シールフィン34と快削性スペーサ28の間のクリアランスが最小となり、静翼21とロータ18の間のシール性能が向上する。
When the
なお、蒸気タービン3内を流通する蒸気Stは、上流から下流に向って膨張して減圧することから、蒸気Stの流れの下流ほど、静翼21のラビリンスシール装置23に備わる戻りバネ31の付勢力を弱くする構成であってもよい。
Note that the steam St flowing through the
そして、このように構成されるシール構造が組み込まれた蒸気タービン3は、蒸気Stの圧力が低い立ち上げ時には、シール基板25側のシールフィン34がロータ18側の快削性スペーサ28に対し蒸気圧の押し込み方向と逆方向位置になる。
In the
したがって、立ち上げ時の熱的不安定状態においてはシール基板25側のシールフィン34とロータ18側の快削性スペーサ28に対し蒸気圧の押し込み方向と逆方向位置となり、この位置において、熱変形によりシールフィン34と快削性スペーサ28が接触することがある。
Therefore, in the thermally unstable state at the time of start-up, the
このとき快削性スペーサ28には接触による凹みを生じるが、快削性スペーサ28と接触するためシールフィン34に損傷は生じない。
At this time, although the free-cutting
蒸気タービン3の負荷が増大して蒸気Stの圧力が高くなると、シールフィン34が蒸気圧の押圧軸方向の停止位置まで移動しシールフィン34と快削性スペーサ28の間のクリアランスが最小状態になって、静翼21とロータ18の間のシール性能が向上する。したがって、蒸気タービン3のタービン効率が向上する。
When the load of the
上記快削性スペーサ28として通気性金属を用いた快削性スペーサ28とすることができる。通気性金属は、切削性に優れている素材であるため、快削性スペーサ28を構成できる。通気性金属を用いた快削性スペーサ28を用いることにより、シールフィン34の破損の防止のみならず、シールフィン34と快削性スペーサ28の接触により生じる接触発熱を除去でき、接触発熱による熱変形を防止できる。本実施形態では蒸気通路46の位置と蒸気圧の押し込みによる軸方向移動位置の相対関係に影響を受けないため、実施例1と同様にシール基板25を軸方向へ少し移動することにより隙間を最小にする構成とできるため、コンパクトで高性能な蒸気タービンを供給することができる。また高圧タービンと低圧タービンが連結した場合や中央に蒸気取り入れ配管が設置される低圧タービンにおいても同様な効果が得られる。
As the free-cutting
以上、ロータ18に快削性スペーサ28を取り付ける一構成例、及び、ラビリンスシール装置23を構成するシール基板25が、ロータ18に対し軸方向に移動可能に、ノズルダイヤフラム内輪22に備えられる一構成例について説明したが、本発明の構成は、これに限定されるものではない。
As described above, one configuration example in which the free-cutting
例えば、ラビリンスシール装置23には、図3,図6,図7に示す形状のほか、図9に示すハイロー型のラビリンスシール装置もある。そして、図9に示すハイロー型のラビリンスシール装置にも本発明を適用できる。
For example, the
次に本発明の第3の実施形態について説明する。 Next, a third embodiment of the present invention will be described.
図9に示すように、本実施形態に係るノズルダイヤフラム内輪22には、複数のシールフィン34を備えたシール基板25が備わっている。
As shown in FIG. 9, the nozzle diaphragm
シール基板25には、ロータ18の軸方向に並んで周方向に形成される複数の溝37を所定間隔で設け、この複数の溝37のそれぞれにシールフィン34をコーキングして固定する。
The
さらに、ロータ18にもロータ18の軸方向に並んで周方向に形成される複数の溝38を所定間隔で設け、この複数の溝38のそれぞれに、シールフィン24をコーキングして固定する。
Further, the
そして、シール基板25側のシールフィン34とロータ18側のシールフィン24が、ロータ18の軸方向に交互に重なり合うように配置する。
The
このように、複数のシールフィン34が備わるシール基板25を含んでラビリンスシール装置23が構成される。
Thus, the
シール基板25側のシールフィン34とロータ18の間、及びロータ18側のシールフィン24とシール基板25の間に、快削性金属からなる快削性スペーサ28(スペーサ)が取り付けられる。
A free-cutting spacer 28 (spacer) made of a free-cutting metal is attached between the
さらに、シールフィン34と快削性スペーサ28が備わるシール基板25が、ロータ軸方向に移動可能に備わることを特徴とする。
Further, the
このように構成すれば図3,図7に示した本発明の実施形態にて説明したいずれの効果も得られる。 With this configuration, any of the effects described in the embodiment of the present invention shown in FIGS. 3 and 7 can be obtained.
すなわち、本実施形態におけるラビリンスシール装置23は、シール基板25に加え、与圧室29,蒸気通路46,受圧ヘッド30,押し込みサポート39,移動サポート40,ガイド32、及び戻りバネ31を含んで構成される。
That is, the
そして、ラビリンスシール装置23,ロータ18側の快削性スペーサ28を含んだシール構造が蒸気タービン3(図1参照)に組み込まれることになる。
Then, the seal structure including the
ボイラ2で発生する蒸気Stが蒸気タービン3に流入すると、蒸気Stが静翼21と動翼17の間を通るときに、蒸気Stの一部が蒸気通路46を流通して与圧室29に流入する。
When the steam St generated in the
与圧室29に流入する蒸気Stの圧力が受圧ヘッド30をロータ側径方向に押し込み、ロータ側径方向の力は、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向の力へ変換される。移動サポート40を軸方向へ移動させる力(押圧力)が、戻りバネ31の付勢力より小さければ、戻りバネ31は、移動サポート40を蒸気圧の押し込みによる軸方向の移動方向の逆側の位置で支持している。
The pressure of the steam St flowing into the pressurizing
この位置においては熱変形によりシール基板25上のシールフィン34、およびロータ18上のシールフィン24と対向する快削性スペーサ28が接触し得る。
At this position, the heat-
このとき快削性スペーサ28には接触による凹みを生じるが、快削性スペーサ28と接触するためシールフィン34、およびシールフィン24に損傷は生じない。
At this time, although the free-cutting
例えば、蒸気タービン3に接続される負荷が増大して、蒸気タービン3を流通する蒸気Stの圧力が高くなると、与圧室29に流入する蒸気Stの圧力も高くなる。
For example, when the load connected to the
そして、蒸気Stの圧力により受圧ヘッド30をロータ側径方向に押し込み、ロータ側径方向の力は、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向の力へ変換される。移動サポート40をロータ18の軸方向に移動させる押圧力が、戻りバネ31の付勢力以上になると、移動サポート40はロータ18の軸方向に移動し、移動サポート40と接続されるシール基板25が、蒸気圧の押圧による軸方向に移動する。
The
熱的に安定状態となった後、蒸気タービン3の負荷を増大させるべく、蒸気Stの圧力を高くする。蒸気Stの圧力が高くなり、移動サポート40が、蒸気の押し込みによる軸方向の移動方向まで移動したときに、シール基板25側のシールフィン34上にロータ18側の未接触状態の快削性スペーサ28の表面、ロータ18側のシールフィン24上にシール基板25側の未接触状態の快削性スペーサ28の表面を対向させるように構成すると、与圧室29に流入する蒸気Stの圧力が高くなると、互いに対向するシールフィン34、およびシールフィン24とそれぞれに対向する快削性スペーサ28の隙間を初期設定状態にすることができる。そして、シールフィン34と快削性スペーサ28の隙間を初期設定状態にすることができる。それぞれシールフィン24とそれぞれに対向する快削性スペーサ28とシールフィン34と快削性スペーサ28の間のクリアランスが最小となり、静翼21とロータ18の間のシール性能が向上する。
After becoming thermally stable, the pressure of the steam St is increased to increase the load of the
上記快削性スペーサ28として通気性金属を用いた快削性スペーサ28とすることができる。通気性金属を用いた快削性スペーサ28を用いることにより、シールフィン34,シールフィン24の破損の防止のみならず、シールフィン34,シールフィン24と快削性スペーサ28の接触により生じる接触発熱を除去でき、接触発熱による熱変形を防止できる。本実施形態では蒸気通路46の位置と蒸気圧の押し込みによる軸方向移動位置の相対関係に影響を受けないため、実施例1と同様にシール基板25を軸方向へ少し移動することにより隙間を最小にする構成とできるため、コンパクトで高性能な蒸気タービンを供給することができる。また高圧タービンと低圧タービンが連結した場合や中央に蒸気取り入れ配管が設置される低圧タービンにおいても同様な効果が得られる。
As the free-cutting
また、本実施形態は、ノズルダイヤフラム外輪20(図2参照)と動翼17(図2参照)の間に備わるラビリンスシール装置にも適用できる。 The present embodiment can also be applied to a labyrinth seal device provided between the nozzle diaphragm outer ring 20 (see FIG. 2) and the moving blade 17 (see FIG. 2).
次の本発明の第4の実施形態について説明する。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
図10に示すように、シール基板25は、例えば、ハイロー型であって、シール基板25には、動翼17の回転方向、すなわち周方向に沿った形状の複数のハイ部26及びロー部27が、ロータ18の軸方向に交互に並んで形成される。
As shown in FIG. 10, the
そして、ハイ部26及びロー部27のそれぞれには、周方向に沿った形状に快削性スペーサ28が取り付けられる。
A free-cutting
固定部であるケーシング19(図2参照)に備わる快削性スペーサ28は、回転部である動翼17に対してロータ軸方向に移動可能に構成する。
The free-cutting
また、動翼17のカバー47には、シール基板25のハイ部26及びロー部27と対向する位置に、複数のシールフィン41が、周方向に沿って立設して備わっている。
The
ノズルダイヤフラム外輪20には、与圧室29が形成され、与圧室29の内部には、動翼17に対してロータ側径方向に往復動する受圧ヘッド30が備わっている。受圧ヘッド30は、押し込みサポート39に接続され、押し込みサポート39は傾斜接触面39aを介して、ロータ18の軸方向に移動可能な移動サポート40と接触している。移動サポート40は、与圧室29の最内周側に設けられており、移動サポート40のロータ側径方向外周側の端部は、押し込みサポート39の押込側傾斜接触面39aに沿うようにロータ軸方向に傾斜する傾斜接触面40aが形成されている。
A
受圧ヘッド30で受けたロータ側径方向の力は、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向の力へ変換され、移動サポート40は軸方向へ押し込まれる。移動サポート40は、戻りバネ31(付勢手段)で弾性支持され、戻りバネ31によって、移動サポート40を蒸気圧の押し込みによる軸方向の移動方向と逆方向に付勢されている。
The force in the rotor side radial direction received by the
与圧室29は、蒸気通路46によってノズルダイヤフラム外輪20の外側と連通し、ノズルダイヤフラム外輪20の外側を流通する蒸気Stが与圧室29に流入するように構成される。そして、蒸気Stの圧力が受圧ヘッド30に作用したとき、受圧ヘッド30が蒸気圧力により押し込まれ、受圧ヘッド30で受けたロータ側径方向の力は、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向の力へ変換され、移動サポート40を軸方向へ押し込み、ロータ軸方向に移動するように構成される。
The pressurizing
移動サポート40には先端部にシール基板25が取り付けられる。さらに移動サポート40にはガイド32が備わっている。ガイド32は、ノズルダイヤフラム外輪20の内部に突出するガイド受け33と接触し、移動サポート40とシール基板25で受ける蒸気圧のモーメントにより、移動サポート40とシール基板25が回転し不安定な姿勢となることを防ぎ、ロータ軸方向にスムーズに往復動することを可能とする。
A
ガイド32は、例えば移動サポート40と一体に形成すればよい。また移動サポート40へシール基板25を取り付ける方法は限定するものではなく、例えば、図示しないスクリューでシール基板25を移動サポート40に固定すればよい。
What is necessary is just to form the
そして、受圧ヘッド30,押し込みサポート39,移動サポート40,ガイド32、及びシール基板25を含んで駆動装置の可動部が構成される。
The movable portion of the driving device is configured to include the
また、シール基板25,受圧ヘッド30,押し込みサポート39,移動サポート40,ガイド32,戻りバネ31,与圧室29、及び蒸気通路46を含んでラビリンスシール装置23が構成される。
The
そして、蒸気タービン3には、ラビリンスシール装置23と、動翼17側のシールフィン41を含んだシール構造が組み込まれることになる。
The
ラビリンスシール装置23の移動サポート40が、戻りバネ31の付勢力で蒸気圧の押し込み方向と逆方向の位置で支持されているとき、シール基板25は動翼17から蒸気圧の押し込み方向と逆方向の位置に移動した状態にある。
When the
ボイラ2(図1参照)で発生した蒸気Stが蒸気タービン3(図1参照)に流入すると、蒸気Stがノズルダイヤフラム外輪20の外部を通るときに、蒸気Stの一部が蒸気通路46を流通して与圧室29に流入する。
When the steam St generated in the boiler 2 (see FIG. 1) flows into the steam turbine 3 (see FIG. 1), a part of the steam St flows through the
与圧室29に流入する蒸気Stの圧力が受圧ヘッド30をロータ側径方向に押し込み、ロータ側径方向の力は、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向の力へ変換される。移動サポート40を軸方向へ移動させる力(押圧力)が、戻りバネ31の付勢力より小さければ、戻りバネ31は、移動サポート40を蒸気圧の押し込みによる軸方向の移動方向の逆側の位置で支持している。
The pressure of the steam St flowing into the pressurizing
そして、移動サポート40が、戻りバネ31の付勢力で蒸気圧の押し込みによる軸方向の移動方向と逆方向の位置で支持されているとき、シール基板25は蒸気圧の押し込み方向と逆方向の位置に移動した状態にあり、互いに対向するシール基板25側の快削性スペーサ28は動翼17のカバー47側のシールフィン41に対し蒸気圧の押し込み方向と逆方向へ移動している。
When the
この位置においては熱変形によりシール基板25上の快削性スペーサ28と対向する動翼17のカバー47側のシールフィン41が接触し得る。
In this position, the
このとき快削性スペーサ28には接触による凹みを生じるが、快削性スペーサ28と接触するためシールフィン41に損傷は生じない。
At this time, although the free-cutting
蒸気タービン3(図1参照)に流入する蒸気Stの圧力が高くなると、与圧室29に流入する蒸気Stの圧力も高くなる。そして、蒸気Stの圧力が受圧ヘッド30を、ロータ側径方向に押し込み、ロータ側径方向の力は、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向の力へ変換される。移動サポート40を軸方向へ移動させる力(押圧力)が、戻りバネ31の付勢力以上になると、移動サポート40は軸方向に移動し、移動サポート40と接続されるシール基板25が軸方向に移動する。
When the pressure of the steam St flowing into the steam turbine 3 (see FIG. 1) increases, the pressure of the steam St flowing into the pressurizing
蒸気Stの圧力が高くなり、移動サポート40が、蒸気圧の押圧方向の停止位置まで移動したときに、動翼17のカバー47側のシールフィン41上に、シール基板25側の未接触状態の快削性スペーサ28の表面と対向させるように構成すると、与圧室29に流入する蒸気Stの圧力が高くなると、対向するシールフィン41と対向する快削性スペーサ28の隙間を初期設定状態にすることができる。
When the pressure of the steam St increases and the moving
動翼17のカバー47とシール基板25の間のクリアランスが最小となり、ノズルダイヤフラム外輪20と動翼17の間のシール性能が向上する。
The clearance between the
これにより蒸気タービンのタービン効率が向上する。 This improves the turbine efficiency of the steam turbine.
また、蒸気通路46の位置と蒸気圧の押し込みによる軸方向移動位置の相対関係に影響を受けず、設計の自由度を上げることができる。
Further, the degree of freedom in design can be increased without being affected by the relative relationship between the position of the
また、蒸気タービン3(図1参照)内を流通する蒸気Stは、上流から下流に向って膨張して減圧することから、図3に示すラビリンスシール装置23と同様に、蒸気Stの流れの下流ほど、戻りバネ31の付勢力を弱くする構成としてもよい。
Further, since the steam St flowing in the steam turbine 3 (see FIG. 1) expands and depressurizes from the upstream to the downstream, the downstream of the flow of the steam St as in the
なお、図9に示すラビリンスシール装置23は、シール基板25に快削性スペーサ28が取り付けられ、カバー47にシールフィン41が備わる構成となっているが、シール基板25にシールフィンが備わり、カバー47に快削性スペーサが取り付けられる構成であってもよい。
The
または、シール基板25とカバー47の両方にシールフィンが備わる構成であってもよい。この場合、カバー47の、シール基板25側のシールフィンと対向する位置、及びシール基板25の、カバー47側のシールフィンと対向する位置に快削性スペーサを取り付ける構成とすればよい。
Alternatively, both the sealing
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前記の実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜設計変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and appropriate design changes can be made without departing from the spirit of the invention.
次に本発明の第5の実施形態について説明する。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
図9に示すラビリンスシール装置23において、受圧ヘッド30は、蒸気タービン3を流通する蒸気Stの圧力によって駆動する構成であるが、例えば、図11に示すように、高圧蒸気供給源45から与圧室29に流入する受圧ヘッド30を駆動するための高圧の蒸気(駆動用蒸気)の圧力で受圧ヘッド30をロータ側径方向に移動させ、ロータ側径方向の力は、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向の力へ変換させ、移動サポート40をロータ18の軸方向に移動させる構成であってもよい。
In the
図10に示すラビリンスシール装置23は、与圧室29,受圧ヘッド30,押し込みサポート39,移動サポート40、例えば戻りバネ31,シール基板25,弁制御装置42,運転状態検出装置44,高圧蒸気供給源45、及び電磁弁43を含んで構成される。
The
シール基板25は、図9に示すラビリンスシール装置23のシール基板25と同じ構成とする。
The
そして、蒸気タービン3には、ラビリンスシール装置23と、ロータ18側のシールフィン24及び快削性スペーサ28を含んだシール構造が組み込まれることになる。
The
与圧室29には、高圧蒸気供給源45が電磁弁43を介して接続される。さらに、電磁弁43の開閉を制御する弁制御装置42が備わっている。
A high pressure
また、弁制御装置42は、蒸気タービン3の運転状態に基づいて電磁弁43の開閉を制御する構成が好適であり、蒸気タービン3の運転状態を検出する運転状態検出装置44が備わっている。
The
この構成によると、弁制御装置42は、受圧ヘッド30,押し込みサポート39,移動サポート40、及びシール基板25を含んでなる可動部を、蒸気タービン3の運転状態に基づいて、ロータ18の軸方向に移動させることができる。例えばケーシング熱変形,ダイアフラム熱変形などにより不安定となる運転状態の判別のため蒸気圧力のみならず、蒸気温度,ロータ18の振動などを利用することができる。さらにはケーシング熱変形,ダイアフラム熱変形のみならず、ロータ軸方向熱伸び量からケーシング軸方向熱伸び量を引いた熱伸び差量もまた不安定となる運転状態の判別のため利用することができるようになる。
According to this configuration, the
そして、駆動装置は与圧室29,弁制御装置42,高圧蒸気供給源45、及び電磁弁43を含んで構成される。
The driving device includes a pressurizing
蒸気タービン3の運転状態は、例えば、蒸気タービン3のロータ18の振動や、蒸気タービン3の蒸気温度,蒸気圧力,ロータ軸方向熱伸び量からケーシング軸方向熱伸び量を引いた熱伸び差量によって検出する構成が好適である。以下、検出対象毎に説明する。
The operating state of the
(第1形態)
蒸気タービン3の運転状態は、例えば、蒸気タービン3のロータ18の振動によって検出することが好適であり、運転状態検出装置44は、蒸気タービン3のロータ18の振動(振動振幅,振動位相もしくはその両方)を検出するロータ振動検出装置になる。
(First form)
The operation state of the
ロータ振動検出装置である運転状態検出装置44は、蒸気タービン3のロータ振動(振動振幅,振動位相もしくはその両方)を検出して検出信号に変換し、弁制御装置42に入力する。
The operating
弁制御装置42は、運転状態検出装置44(ロータ振動検出装置)から入力される検出信号に基づいてロータ振動を算出する。
The
そして、弁制御装置42は、算出したロータ振動が、予め設定されるロータ振動より大きい場合は電磁弁43を閉弁する制御信号を電磁弁43に送信する。
When the calculated rotor vibration is larger than the preset rotor vibration, the
このときの所定ロータ振動は、蒸気タービン3の性能等に基づいて、適宜設定すればよい。
The predetermined rotor vibration at this time may be appropriately set based on the performance of the
電磁弁43は、弁制御装置42から送信される制御信号に基づいて閉弁し、高圧蒸気供給源45からの与圧室29への駆動用蒸気の流入を遮断する。
The
与圧室29に駆動用蒸気が流入しないとき、戻りバネ31の付勢力によって移動サポート40は蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動する。
When the driving steam does not flow into the pressurizing
移動サポート40が蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動すると、シール基板25が蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動する。この位置においては熱変形によりシール基板25上のシールフィン34、およびロータ18上のシールフィン24と対向する快削性スペーサ28が接触し得る。
When the moving
このとき快削性スペーサ28には接触による凹みを生じるが、快削性スペーサ28と接触するためシールフィン34、およびシールフィン24に損傷は生じない。
At this time, although the free-cutting
また、弁制御装置42は、算出したロータ振動が、予め設定される所定ロータ振動以下の場合は電磁弁43を開弁する制御信号を電磁弁43に送信する。
Further, the
電磁弁43は、弁制御装置42から送信される制御信号に基づいて開弁し、高圧蒸気供給源45から与圧室29に、駆動用蒸気が流入する。
The
受圧ヘッド30は、高圧蒸気供給源45から与圧室29に流入する駆動用蒸気の圧力によってロータ側径方向に移動する。
The
受圧ヘッド30がロータ側径方向に移動すると、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面において移動動作が移動サポート40の軸方向移動へ変換され、移動サポート40は蒸気Stの圧力でロータ18の軸方向に移動し、移動サポート40と接続されるシール基板25が蒸気圧の押圧軸方向に移動する。シール基板25が、蒸気圧の押圧方向の停止位置まで移動したときに、シール基板25側のシールフィン34上にロータ18側の未接触状態の快削性スペーサ28の表面、ロータ18側のシールフィン24上にシール基板25側の未接触状態の快削性スペーサ28の表面を対向させるように構成すると、与圧室29に流入する蒸気Stの圧力が高くなると、互いに対向するシールフィン34、およびシールフィン24とそれぞれに対向する快削性スペーサ28の隙間を初期設定状態にすることができる。そして、互いに対向するシールフィン34、シールフィン34と快削性スペーサ28の間のクリアランスが最小となり、静翼21とロータ18の間のシール性能が向上する。
When the
(第2形態)
また、蒸気タービン3の運転状態は、例えば、蒸気タービン3の蒸気温度によって検出することが好適であり、運転状態検出装置44は、蒸気タービン3の蒸気温度を検出する蒸気温度検出装置になる。
(Second form)
Further, it is preferable to detect the operation state of the
蒸気温度検出装置である運転状態検出装置44は、蒸気タービン3の蒸気温度を検出して検出信号に変換し、弁制御装置42に入力する。
The operation
弁制御装置42は、運転状態検出装置44(蒸気温度検出装置)から入力される検出信号に基づいて蒸気温度を算出する。
The
そして、弁制御装置42は、算出した蒸気温度が、予め設定される所定蒸気温度より小さい場合は電磁弁43を閉弁する制御信号を電磁弁43に送信する。
Then, the
このときの所定蒸気温度は、蒸気タービン3の性能等に基づいて適宜設定すればよい。
The predetermined steam temperature at this time may be appropriately set based on the performance of the
電磁弁43は、弁制御装置42から送信される制御信号に基づいて閉弁し、高圧蒸気供給源45からの与圧室29への駆動用蒸気の流入を遮断する。
The
与圧室29に駆動用蒸気が流入しないとき、移動サポート40は、戻りバネ31の付勢力によって蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動する。
When the driving steam does not flow into the pressurizing
移動サポート40が蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動すると、シール基板25が蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動する。この位置においては熱変形によりシール基板25上のシールフィン34、およびロータ18上のシールフィン24と対向する快削性スペーサ28が接触し得る。
When the moving
このとき快削性スペーサ28には接触による凹みを生じるが、快削性スペーサ28と接触するためシールフィン34、およびシールフィン24に損傷は生じない。
At this time, although the free-cutting
また、弁制御装置42は、算出した蒸気温度が、予め設定される所定蒸気温度以上の場合は電磁弁43を開弁する制御信号を電磁弁43に送信する。
Further, the
電磁弁43は、弁制御装置42から送信される制御信号に基づいて開弁し、高圧蒸気供給源45から与圧室29に、駆動用蒸気が流入する。
The
受圧ヘッド30は、高圧蒸気供給源45から与圧室29に流入する駆動用蒸気の圧力によってロータ側径方向に移動する。
The
受圧ヘッド30がロータ側径方向に移動すると、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面において移動動作が移動サポート40の軸方向移動へ変換され、移動サポート40は蒸気Stの圧力でロータ18の軸方向に移動し、移動サポート40と接続されるシール基板25が蒸気圧の押圧軸方向に移動する。シール基板25が、蒸気圧の押圧方向の停止位置まで移動したときに、シール基板25側のシールフィン34上にロータ18側の未接触状態の快削性スペーサ28の表面、ロータ18側のシールフィン24上にシール基板25側の未接触状態の快削性スペーサ28の表面を対向させるように構成すると、与圧室29に流入する蒸気Stの圧力が高くなると、互いに対向するシールフィン34、およびシールフィン24とそれぞれに対向する快削性スペーサ28の隙間を初期設定状態にすることができる。そして、互いに対向するシールフィン34、シールフィン34と快削性スペーサ28の間のクリアランスが最小となり、静翼21とロータ18の間のシール性能が向上する。
When the
(第3形態)
また、蒸気タービン3の運転状態を、例えば、蒸気Stの圧力によって検出する構成であってもよい。この場合、運転状態検出装置44は、蒸気Stの圧力を検出する圧力検出装置になる。
(Third form)
Moreover, the structure which detects the driving | running state of the
圧力検出装置である運転状態検出装置44は、蒸気タービン3を流通する蒸気Stの圧力を検出して検出信号を弁制御装置42に入力し、弁制御装置42は蒸気Stの圧力を算出する。
The operation
そして、弁制御装置42は、蒸気Stの圧力が予め設定される所定圧力値より低い場合は電磁弁43を閉弁する制御信号を電磁弁43に送信する。
The
電磁弁43は、弁制御装置42から送信される制御信号に基づいて閉弁し、高圧蒸気供給源45からの与圧室29への駆動用蒸気の流入を遮断する。
The
このときの所定圧力値は、蒸気タービン3の性能等に基づいて適宜設定すればよい。
The predetermined pressure value at this time may be appropriately set based on the performance of the
与圧室29に駆動用蒸気が流入しないとき、戻りバネ31の付勢力によって移動サポート40は蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動する。
When the driving steam does not flow into the pressurizing
移動サポート40が蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動すると、シール基板25が蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動する。この位置においては熱変形によりシール基板25上のシールフィン34、およびロータ18上のシールフィン24と対向する快削性スペーサ28が接触し得る。
When the moving
このとき快削性スペーサ28には接触による凹みを生じるが、快削性スペーサ28と接触するためシールフィン34、およびシールフィン24に損傷は生じない。
At this time, although the free-cutting
また、弁制御装置42は、算出した蒸気圧力が、予め設定される所定蒸気圧力以上の場合は電磁弁43を開弁する制御信号を電磁弁43に送信する。
Further, the
電磁弁43は、弁制御装置42から送信される制御信号に基づいて開弁し、高圧蒸気供給源45から与圧室29に、駆動用蒸気が流入する。
The
受圧ヘッド30は、高圧蒸気供給源45から与圧室29に流入する駆動用蒸気の圧力によってロータ側径方向に移動する。
The
受圧ヘッド30がロータ側径方向に移動すると、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面において移動動作が移動サポート40の軸方向移動へ変換され、移動サポート40は蒸気Stの圧力でロータ18の軸方向に移動し、移動サポート40と接続されるシール基板25が蒸気圧の押圧軸方向に移動する。シール基板25が、蒸気圧の押圧方向の停止位置まで移動したときに、シール基板25側のシールフィン34上にロータ18側の未接触状態の快削性スペーサ28の表面、ロータ18側のシールフィン24上にシール基板25側の未接触状態の快削性スペーサ28の表面を対向させるように構成すると、与圧室29に流入する蒸気Stの圧力が高くなると、互いに対向するシールフィン34、およびシールフィン24とそれぞれに対向する快削性スペーサ28の隙間を初期設定状態にすることができる。そして、互いに対向するシールフィン34、シールフィン34と快削性スペーサ28の間のクリアランスが最小となり、静翼21とロータ18の間のシール性能が向上する。
When the
(第4形態)
また、蒸気タービン3の運転状態を、例えば、ロータ軸方向熱伸び量からケーシング軸方向熱伸び量を引いた熱伸び差量によって検出する構成であってもよい。この場合、運転状態検出装置44は、蒸気タービンの熱伸び差量を検出する熱伸び差検出装置になる。
(4th form)
Moreover, the structure which detects the driving | running state of the
熱伸び差検出装置である運転状態検出装置44は、蒸気タービン3の熱伸び差量を検出して検出信号を弁制御装置42に入力し、弁制御装置42は熱伸び差量を算出する。
The operating
そして、弁制御装置42は、熱伸び差量が予め設定される所定熱伸び差量より小さい場合は電磁弁43を閉弁する制御信号を電磁弁43に送信する。
And the
電磁弁43は、弁制御装置42から送信される制御信号に基づいて閉弁し、高圧蒸気供給源45からの与圧室29への駆動用蒸気の流入を遮断する。
The
このときの所定熱伸び差量は蒸気タービン3の性能等に基づいて適宜設定すればよい。
What is necessary is just to set the predetermined amount of thermal expansion difference at this time suitably based on the performance of the
電磁弁43は、弁制御装置42から送信される制御信号に基づいて閉弁し、高圧蒸気供給源45からの与圧室29への駆動用蒸気の流入を遮断する。
The
与圧室29に駆動用蒸気が流入しないとき、戻りバネ31の付勢力によって移動サポート40は蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動する。
When the driving steam does not flow into the pressurizing
移動サポート40が蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動すると、シール基板25が蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動する。この位置においては熱変形によりシール基板25上のシールフィン34、およびロータ18上のシールフィン24と対向する快削性スペーサ28が接触し得る。
When the moving
このとき快削性スペーサ28には接触による凹みを生じるが、快削性スペーサ28と接触するためシールフィン34、およびシールフィン24に損傷は生じない。
At this time, although the free-cutting
また、弁制御装置42は、算出した熱伸び差量が、予め設定される所定の熱伸び差量以上の場合は電磁弁43を開弁する制御信号を電磁弁43に送信する。
The
電磁弁43は、弁制御装置42から送信される制御信号に基づいて開弁し、高圧蒸気供給源45から与圧室29に、駆動用蒸気が流入する。
The
受圧ヘッド30は、高圧蒸気供給源45から与圧室29に流入する駆動用蒸気の圧力によってロータ側径方向に移動する。
The
受圧ヘッド30がロータ側径方向に移動すると、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面において移動動作が移動サポート40の軸方向移動へ変換され、移動サポート40は蒸気Stの圧力でロータ18の軸方向に移動し、移動サポート40と接続されるシール基板25が蒸気圧の押圧軸方向に移動する。シール基板25が、蒸気圧の押圧方向の停止位置まで移動したときに、シール基板25側のシールフィン34上にロータ18側の未接触状態の快削性スペーサ28の表面、ロータ18側のシールフィン24上にシール基板25側の未接触状態の快削性スペーサ28の表面を対向させるように構成すると、与圧室29に流入する蒸気Stの圧力が高くなると、互いに対向するシールフィン34、およびシールフィン24とそれぞれに対向する快削性スペーサ28の隙間を初期設定状態にすることができる。そして、互いに対向するシールフィン34、シールフィン34と快削性スペーサ28の間のクリアランスが最小となり、静翼21とロータ18の間のシール性能が向上する。
When the
なお、図11の説明においては運転状態検出装置44の運転状態検出例については一検出項目の例について説明したが、同時に複数項目を検出する構成とすることも可能である。
In the description of FIG. 11, an example of one detection item has been described for the operation state detection example of the operation
たとえば運転状態として蒸気温度と蒸気圧力を検出し、いずれの値も予め設定される所定蒸気温度、および所定蒸気圧力以上のときのみ、受圧ヘッド30を蒸気圧の押圧方向へ移動させる構成とすることができる。これらはいずれも本発明と発明の本質を異にするものではない。
For example, the steam temperature and the steam pressure are detected as the operation state, and the
上記快削性スペーサ28として通気性金属を用いた快削性スペーサ28とすることができる。通気性金属を用いた快削性スペーサ28を用いることにより、シールフィン34,シールフィン24の破損の防止のみならず、シールフィン34,シールフィン24と快削性スペーサ28の接触により生じる接触発熱を除去でき、接触発熱による熱変形を防止できる。
As the free-cutting
また、図11に示すラビリンスシール装置23,駆動用蒸気を高圧蒸気供給源45から与圧室29に流入させ受圧ヘッド30に負荷を与える構成としたが、例えば図示しないアクチュエータで、受圧ヘッド30に負荷を与える構成であってもよい。
Further, the
また、ノズルダイヤフラム外輪20,動翼17の間に組み込まれるシール構造を、図10に示すシール構造と同じ構成にしてもよい。
Further, the seal structure incorporated between the nozzle diaphragm
以上のように、本実施形態に係る蒸気タービン3は、図3に示すように、固定部である静翼21と、回転部であるロータ18の間に、ラビリンスシール装置23,ロータ18側のシールフィン24、及びシール基板側25の快削性スペーサ28を含んだシール構造が組み込まれている。そして、快削性スペーサ28が備わるシール基板25が、ロータ18の軸方向に移動可能に備わることを特徴とする。
As described above, the
この構成により、蒸気タービン3の負荷が増大すると、受圧ヘッド30はロータ側径方向に移動し、受圧ヘッド30がロータ側径方向に移動すると、押し込みサポート39と移動サポート40間の傾斜接触面で軸方向移動動作へ変換され、移動サポート40は蒸気Stの圧力でロータ18の軸方向に移動し、移動サポート40と接続されるシール基板25が、蒸気の負荷圧軸方向に移動する。移動後のシールフィン24位置に対向する位置にある快削性スペーサ28は未接触状態が保たれているため、シールフィン24と快削性スペーサ28の間のクリアランスが最小状態になり、静翼21とロータ18の間のシール性能が向上する。
With this configuration, when the load of the
したがって、静翼21とロータ18の間のシール性能を向上し、漏れ蒸気によるタービン効率の低下を抑制できるという優れた効果を奏する。
Therefore, the sealing performance between the
さらに、快削性スペーサ28を、切削性に優れるアブレイダブル材である快削性金属で形成する構成とした。この構成によって、シールフィン34及びシールフィン24と快削性スペーサ28が接触しても快削性スペーサ28が切削されることで、シールフィン34及びシールフィン24の破損を防止できるという優れた効果を奏する。本実施形態では蒸気通路46の位置と蒸気圧の押し込みによる軸方向移動位置の相対関係に影響を受けないため、実施例1と同様にシール基板25を軸方向へ少し移動することにより隙間を最小にする構成とできるため、コンパクトで高性能な蒸気タービンを供給することができる。また高圧タービンと低圧タービンが連結した場合や中央に蒸気取り入れ配管が設置される低圧タービンにおいても同様な効果が得られる。
Further, the free-cutting
なお、例えば、図3に示す、ラビリンスシール装置23,シールフィン24、及び快削性スペーサ28を含んだシール構造は、ノズルダイヤフラム内輪側22とロータ18の間に限定されず、ケーシング19(図2参照)とロータ18の間など、他の固定部と回転部の間に組み込むことができる。
For example, the seal structure including the
1 発電プラント
3 蒸気タービン
17 動翼
18 ロータ
19 ケーシング
21 静翼
23 ラビリンスシール装置
24,34,41 シールフィン
25 シール基板
26,35 ハイ部
27,36 ロー部
28 快削性スペーサ
29 与圧室(駆動装置)
30 受圧ヘッド(可動部)
31 戻りバネ(付勢手段)
32 ガイド
33 ガイド受け
37,38 溝
39 押し込みサポート
40 移動サポート
42 弁制御装置(駆動装置)
43 電磁弁(駆動装置)
44 運転状態検出装置
45 高圧蒸気供給源(駆動装置)
46 蒸気通路
47 カバー
St 蒸気
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
30 Pressure receiving head (movable part)
31 Return spring (biasing means)
32
43 Solenoid valve (drive device)
44 Operating
46
Claims (10)
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、を有する蒸気タービンに組み込まれ、
前記回転部と前記固定部の両方またはいずれか一方に設けられたシールフィンと、
前記シールフィンと対向する前記回転部または前記固定部に設けられ、快削性金属を用いたスペーサと、を有する蒸気タービンのシール構造であって、
前記固定部に設けられ、ロータ軸方向に移動可能なシール基板と、
ロータ径方向に働く蒸気の圧力をロータ軸方向の力へ変換して、前記シール基板をロータ軸方向に駆動する駆動装置とを備え、
前記固定部に前記シールフィンが備わる場合、該固定部に備わる前記シールフィンは、前記シール基板に固定され前記回転部に対してロータ軸方向に移動可能であり、
前記固定部に前記スペーサが備わる場合、該固定部に備わる前記スペーサは、前記シール基板に固定され前記回転部に対してロータ軸方向に移動可能であることを特徴とする蒸気タービンのシール構造。 A rotating part having a rotor and a rotor blade rotating integrally with the rotor;
Incorporated in a steam turbine having a casing containing the rotating part and a fixing part made of a member fixed to the casing;
Seal fins provided on both or one of the rotating part and the fixed part;
A seal structure of a steam turbine having a spacer using a free-cutting metal provided on the rotating part or the fixed part facing the seal fin,
A seal substrate provided in the fixed portion and movable in the rotor axial direction;
A drive device for converting the pressure of steam acting in the rotor radial direction into a force in the rotor axial direction and driving the seal substrate in the rotor axial direction;
When the fixing portion is provided with the seal fin, the seal fin provided in the fixing portion is fixed to the seal substrate and is movable in the rotor axial direction with respect to the rotating portion,
In the case where the fixing portion is provided with the spacer, the spacer provided in the fixing portion is fixed to the seal substrate and is movable in the axial direction of the rotor with respect to the rotating portion.
前記蒸気タービンを流通する蒸気の圧力によってロータ径方向に移動可能な部材と、
前記部材と係合して前記部材から伝えられた前記蒸気の押圧力の作用方向をロータ軸方向に変換する傾斜面を有し、前記シール基板を支持し、前記部材が前記傾斜面をロータ径方向に押圧することによりロータ軸方向に移動可能な可動部と、
前記可動部に作用する前記蒸気の押圧力と逆向きの付勢力を、前記可動部に加える付勢手段とを備え、
前記可動部に作用する前記蒸気の押圧力が、前記付勢手段の付勢力より小さいときは、互いに対向する前記シールフィンと前記スペーサが接触可能な状態になり、
前記可動部に作用する前記蒸気の押圧力が、前記付勢手段の付勢力以上になると、互いに対向する前記シールフィンと前記スペーサの隙間が予め定めた設定値となる位置に前記可動部がロータ軸方向に移動することを特徴とする請求項1に記載の蒸気タービンのシール構造。 The driving device includes:
A member movable in the rotor radial direction by the pressure of steam flowing through the steam turbine;
An inclined surface that engages with the member and converts an action direction of the pressing force of the steam transmitted from the member into a rotor axial direction; supports the seal substrate; and the member defines the inclined surface as a rotor diameter. A movable part movable in the rotor axial direction by pressing in the direction;
An urging means for applying an urging force opposite to the pressing force of the steam acting on the movable part to the movable part;
When the pressing force of the steam acting on the movable portion is smaller than the urging force of the urging means, the seal fin and the spacer facing each other are brought into contact with each other,
When the pressing force of the steam acting on the movable part becomes equal to or greater than the urging force of the urging means, the movable part is positioned at a position where the gap between the seal fin and the spacer facing each other becomes a predetermined set value. The steam turbine seal structure according to claim 1, wherein the seal structure moves in an axial direction.
前記可動部は、前記傾斜面を有し、前記シール基板を支持し、前記傾斜面を介して前記押し込みサポート部と係合する移動サポート部と、前記移動サポート部に設けられたガイド部とを備え、
前記固定部は、前記駆動装置を内部に保持し、前記受圧ヘッド部に蒸気圧を与える与圧室と、該与圧室内に設けられ、前記ガイド部を支持し、前記移動サポート部のロータ軸方向移動をガイドするガイド受けと、前記与圧室に連通し、前記与圧室へ前記蒸気タービンを流通する蒸気を導く蒸気流路とを備えていることを特徴とする請求項2に記載の蒸気タービンのシール構造。 The member movable in the radial direction of the rotor is connected to the pressure receiving head portion that receives the pressure of steam flowing through the steam turbine, and the pressure receiving head portion is inclined along the inclined surface and engaged with the inclined surface. A push-in support portion having a push-side inclined surface.
The movable part has the inclined surface, supports the seal substrate, engages the push-in support part via the inclined surface, and a guide part provided on the movement support part. Prepared,
The fixed portion holds the driving device inside, a pressurizing chamber that applies vapor pressure to the pressure receiving head portion, a pressurizing chamber that is provided in the pressurizing chamber, supports the guide portion, and a rotor shaft of the movement support portion The guide receiver for guiding the direction movement, and a steam flow path that communicates with the pressurizing chamber and guides the steam that flows through the steam turbine to the pressurizing chamber. Steam turbine seal structure.
前記蒸気タービンの運転状態を検出する運転状態検出装置と、
前記運転状態検出装置からの信号により前記弁の開度を制御して、前記可動部の移動量を制御する制御装置とを備えることを特徴とする請求項3に記載の蒸気タービンのシール構造。 A valve provided in the steam flow path for controlling the amount of steam supplied to the pressurizing chamber;
An operation state detection device for detecting an operation state of the steam turbine;
The steam turbine seal structure according to claim 3, further comprising: a control device that controls an opening amount of the valve by a signal from the operation state detection device to control a movement amount of the movable portion.
前記制御装置は、前記ロータ振動が所定振動値以下のときに、前記可動部を前記シールフィンと前記スペーサの隙間が予め定めた設定値となるロータ軸方向位置に移動させることを特徴とする請求項4または5に記載の蒸気タービンのシール構造。 The operation state detection device is a rotor vibration detection device that detects vibration of the rotor, and detects an operation state of the steam turbine by vibration of the rotor,
The control device, when the rotor vibration is equal to or less than a predetermined vibration value, moves the movable portion to a rotor axial position where a gap between the seal fin and the spacer becomes a predetermined set value. Item 6. A steam turbine seal structure according to Item 4 or 5.
前記制御装置は、前記蒸気の温度が所定温度値以上のときに、前記可動部を前記シールフィンと前記スペーサの隙間が予め定めた設定値となるロータ軸方向位置に移動させることを特徴とする請求項4または5に記載の蒸気タービンのシール構造。 The operation state detection device is a temperature detection device that detects the temperature of the steam, detects the operation state of the steam turbine based on the temperature of the steam,
The control device moves the movable part to a rotor axial position where a gap between the seal fin and the spacer becomes a predetermined set value when the temperature of the steam is equal to or higher than a predetermined temperature value. The seal structure of the steam turbine according to claim 4 or 5.
前記制御装置は、前記蒸気の圧力が所定圧力値以上のときに、前記可動部を前記シールフィンと前記スペーサの隙間が予め定めた設定値となるロータ軸方向位置に移動させることを特徴とする請求項4または5に記載の蒸気タービンのシール構造。 The operating state detecting device is a pressure detecting device that detects the pressure of the steam, and detects the operating state of the steam turbine based on the pressure of the steam,
The control device moves the movable part to a rotor axial direction position where a clearance between the seal fin and the spacer becomes a predetermined set value when the pressure of the steam is equal to or higher than a predetermined pressure value. The seal structure of the steam turbine according to claim 4 or 5.
前記制御装置は、前記熱伸び差が所定熱伸び差以上のときに、前記可動部を前記シールフィンと前記スペーサの隙間が予め定めた設定値となるロータ軸方向位置に移動させることを特徴とする請求項4または5に記載の蒸気タービンのシール構造。 The operating state detection device is a thermal elongation difference detection device that detects a difference in thermal expansion between the rotor and the casing in the axial direction, and detects an operating state of the steam turbine based on the difference in thermal elongation.
The control device moves the movable part to a rotor axial position where a gap between the seal fin and the spacer becomes a predetermined set value when the difference in thermal expansion is equal to or greater than a predetermined difference in thermal expansion. The steam turbine seal structure according to claim 4 or 5.
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