JP5509037B2 - 軸シール装置、軸シール装置の間隙調整方法および蒸気タービン - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、軸シール装置、軸シール装置の間隙調整方法および軸シール装置を備えた蒸気タービンに関する。

タービン装置である、例えば、蒸気タービンは、タービンロータ、このタービンロータの周方向に植設された動翼、ダイアフラム内輪とダイアフラム外輪との間に支持され、動翼に蒸気を噴出するノズルなどを備えている。また、蒸気タービンは、これらの構成部を格納するケーシングを備えている。

上記したノズルを支持するダイアフラム内輪の内周面には、タービンロータの外周面と、半径方向の所定の間隙を維持しながらタービンロータを覆う軸シール装置が備えられている。この軸シール装置を備えることで、ノズルの上流側と下流側の差圧を維持し、かつタービンロータとダイアフラム内輪との間から漏洩する蒸気の流量を抑制している。

このような軸シール装置としては、例えば、タービンロータの外周面に対して、所定の半径方向の間隙を維持するように配置されたラビリンスフィンを備えた軸シール装置などがある。

タービンロータとラビリンスフィンとの間の半径方向の間隙は、蒸気タービンの性能に大きな影響を与える。例えば、この半径方向の間隙が設計値よりも広いと、この間隙からの蒸気の漏洩量が増加して効率が低下する。一方、半径方向の間隙が設計値よりも狭いと、タービンロータとラビリンスフィンが接触し、異常振動が発生して運転できなくなることがある。このようなことから、タービンロータとラビリンスフィンとの間の半径方向の間隙が設計値となるように組み立てることは、蒸気タービンを効率よく運用する上で、重要な作業となる。

蒸気タービンなどの構成部品は、寸法などが高精度に製作されるが、組み立ての際、各構成部品誤差の累積により、例えば、タービンロータとラビリンスフィンとの間の半径方向の間隙が設計値から外れることがある。通常、間隙は、上下左右の４方向において計測される。上下の片側の間隙が狭く、片側が大きい場合は、ノズル自体の位置を調整することが可能であるが、上下の間隙を加算した値が設計値より小さい場合には、ノズル自体の位置を調整しても、上下それぞれの間隙において設計値を満たすことはできない。一方、上下の間隙もしくは左右の間隙を加算した値が設計値より大きい場合にも、ノズル位置を調整しても、それぞれの間隙において設計値を満たすことはできない。

従来、タービンロータとラビリンスフィンとの間の半径方向の間隙が設計値よりも狭い場合には、ラビリンスフィンの先端部を削り取る修正加工を行って、間隙を広くしていた。一方、タービンロータとラビリンスフィンとの間の半径方向の間隙が設計値よりも広場合には、軸シール装置を再加工したり、または軸シール装置を別のものに交換していた。

特開２００８−２９７９８０号公報

上記した従来の方法により、例えば、タービンロータとラビリンスフィンとの間の半径方向の間隙を調整する場合、作業の時間が増大するといった問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、回転部との間の隙間調整などを容易かつ正確に行うことができる軸シール装置、軸シール装置の間隙調整方法、およびこの軸シール装置を備えた蒸気タービンを提供することである。

実施形態の軸シール装置は、回転部と、前記回転部を包囲するように、半径方向に所定の間隙をおいて前記回転部に対峙する静止部との間からの作動流体の漏洩を抑制する。この軸シール装置は、周方向に亘って環状に形成され、外径側に、軸方向に突出するセグメントフック部を有し、内径側に、前記回転部に対向して配置されるシールフィンを有するシールセグメントと、前記セグメントフック部の両側面に周方向に亘って形成され、かつ半径方向に溝幅を変形させることで、前記セグメントフック部の内径側の端面の少なくとも一部を突起可能に形成された突起形成用溝部とを備える。

さらに、前記静止部の内周側に周方向に亘って環状に形成され、前記セグメントフック部と嵌合する溝部を有し、かつ前記セグメントフック部と当接して、前記セグメントフック部の半径方向への離脱を阻止する溝フック部を有する嵌合溝と、前記嵌合溝内に設置され、前記セグメントフック部を前記溝フック部側に押圧する弾性部材とを備える。

本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置を備える蒸気タービンにおけるタービン段落の１段落をタービンロータを含む子午断面で示した図である。 本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置の断面をタービンロータを含む子午断面で示した図である。 本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置におけるシールセグメントの、シールフィン側を上方としたときの斜視図である。 本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置におけるシールセグメントの突起形成用溝部に打ち込み部材を打ち込んで突起部を形成する様子を示した側面図である。 本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置におけるシールセグメントに突起部が形成された後の様子を示した側面図である。 本発明に係る第１の実施の形態の４分割された軸シール装置におけるシールセグメントに形成される突起部の形成位置を説明するための、シールセグメントを一方の側面側から見たときの図である。 本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置において、間隙調整前の状態のおける軸シール装置の断面をタービンロータを含む子午断面で示した図である。 本発明に係る第１の実施の形態の４分割された軸シール装置におけるシールセグメントを一方の側面側から見たときの図である。 本発明に係る第１の実施の形態の６分割された軸シール装置におけるシールセグメントを一方の側面側から見たときの図である。 本発明に係る第１の実施の形態の他の構成の軸シール装置におけるシールセグメントの、シールフィン側を上方としたときの斜視図である。 本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置が受ける圧力を説明するための、蒸気タービンにおけるタービン段落の１段落をタービンロータを含む子午断面で示した図である。 本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置が受ける圧力を説明するための、シールセグメントを一方の側面側から見たときの図である。 本発明に係る第２の実施の形態の４分割された軸シール装置におけるシールセグメントに形成される突起部の形成位置を説明するための、シールセグメントを一方の側面側から見たときの図である。

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。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置３０を備える蒸気タービン１００におけるタービン段落の１段落をタービンロータ１１を含む子午断面で示した図である。また、以下に示す実施の形態において、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。

図１に示すように、蒸気タービン１００において、ケーシング１０内にはタービンロータ１１が貫設されている。タービンロータ１１のホイール部１５には、周方向に複数の動翼１６が植設され、動翼翼列を構成している。動翼１６の先端には、動翼１６の振動などを抑制するためのシュラウド１７が設けられている。

また、ケーシング１０の内周面にはノズルダイアフラム外輪１２が設けられ、ノズルダイアフラム外輪１２に対応してノズルダイアフラム内輪１３が設けられている。また、ノズルダイアフラム外輪１２とノズルダイアフラム内輪１３との間には、静翼として機能するノズル１４が周方向に所定の間隔をおいて複数配設され、ノズル翼翼列を構成している。このノズル翼翼列とその直下流側に設けられた動翼翼列によってタービン段落の１段落を構成している。

ここで、タービンロータ１１や動翼１６（シュラウド１７を含む）は、回転部として機能し、ノズルダイアフラム外輪１２やノズルダイアフラム内輪１３などは静止部として機能する。例えば、ノズルダイアフラム内輪１３は、タービンロータ１１を包囲するように、半径方向に所定の間隙をおいてタービンロータ１１に対峙している。また、ノズルダイアフラム外輪１２は、動翼１６（シュラウド１７を含む）を包囲するように、半径方向に所定の間隙をおいて動翼１６に対峙している。

また、タービンロータ１１とノズルダイアフラム内輪１３との間の間隙、および動翼１６（シュラウド１７を含む）とノズルダイアフラム外輪１２との間の間隙には、作動流体である蒸気の漏洩を抑制するための軸シール装置３０が備えられている。

そして、蒸気タービン１００内に流入した蒸気は、ノズル翼翼列から動翼翼列に導かれ、膨張仕事によりタービンロータ１１を回転させる。

次に、軸シール装置３０について説明する。

なお、タービンロータ１１とノズルダイアフラム内輪１３との間の間隙、および動翼１６（シュラウド１７を含む）とノズルダイアフラム外輪１２との間の間隙に設けられる軸シール装置３０の構成は、基本的に同じであるので、ここでは、主に、タービンロータ１１とノズルダイアフラム内輪１３との間の間隙に設けられる軸シール装置３０について説明する。

図２は、本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置３０の断面をタービンロータ１１を含む子午断面で示した図である。図３は、本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置３０におけるシールセグメント３１の、シールフィン３５側を上方としたときの斜視図である。図４は、本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置３０におけるシールセグメント３１の突起形成用溝部３７に打ち込み部材１１０を打ち込んで突起部３８を形成する様子を示した側面図である。図５は、本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置３０におけるシールセグメント３１に突起部３８が形成された後の様子を示した側面図である。

軸シール装置３０は、例えば２分割、４分割または６分割された軸シール装置３０を周方向に連結して構成されている。図２に示すように、軸シール装置３０は、シールセグメント３１、嵌合溝３２、弾性部材３３を備えている。

シールセグメント３１は、図２に示すように、周方向に亘って環状に形成され、タービンロータ軸方向に水平な断面形状がエ字状に構成されている。このシールセグメント３１の外径側には、タービンロータ軸方向（上流側および下流側の双方のタービンロータ軸方向）に突出するセグメントフック部３４を備え、内径側には、タービンロータ１１に対向して配置されるシールフィン３５を備えている。このシールフィン３５は、シールフィンホルダ３６に設けられている。

また、シールセグメント３１のセグメントフック部３４の両側面３４ａには、周方向に亘って突起形成用溝部３７が形成されている。この突起形成用溝部３７は、タービンロータ半径方向に溝幅を変形可能に構成され、図２に示すように、タービンロータ半径方向に溝幅を変形することで、セグメントフック部３４の内径側の端面である内径面３４ｂの一部を突起させることができる。ここで、この突起した部分を突起部３８という。

ここで、突起形成用溝部３７の溝幅は、例えば、鏨のような、先端から徐々に厚さが増加する打ち込み部材１１０を、図４に示すように、突起形成用溝部３７に打ち込むことで、図５に示すように、タービンロータ半径方向に変形させることができる。なお、突起形成用溝部３７の溝幅を変形させて突起部３８を形成した後には、打ち込み部材１１０は取り外される。

また、突起形成用溝部３７は、セグメントフック部３４の外径側の端面である外径面３４ｃから突起形成用溝部３７の中央までの半径方向の距離Ｌ１（図３参照）が、セグメントフック部３４の内径面３４ｂから突起形成用溝部３７の中央までの半径方向の距離Ｌ２の１．５〜２．５倍となるように形成されることが好ましい。この範囲が好ましいのは、距離Ｌ１が距離Ｌ２（図３参照）の１．５倍よりも短い場合には、突起形成の際に、突起部３８が内径面３４ｂばかりでなく、外径面３４ｃ側にも張り出すからである。また、距離Ｌ１が距離Ｌ２の２．５倍よりも長い場合には、距離Ｌ２が不足し、突起部３８を形成した際に、突起部３８またはその周囲にクラックの発生するリスクが高まるからであるからである。

なお、図３に示すように、セグメントフック部３４の、側面３４ａと外径面３４ｃとで構成される周方向に亘る角部は、セグメントフック部３４の安定性を確保する観点から、面取りされることが好ましい。

突起形成用溝部３７は、図２および図３に示すように、タービンロータ軸方向に水平な断面形状が半円形状で構成されることが好ましい。なお、突起形成用溝部３７の断面形状を、例えば、半楕円形、三角形、矩形で構成してもよい。

嵌合溝３２は、静止部であるノズルダイアフラム内輪１３の内周側に周方向に亘って環状に形成されている。また、嵌合溝３２は、シールセグメント３１のセグメントフック部３４と嵌合する溝部３９を備え、かつセグメントフック部３４と当接して、セグメントフック部３４のタービンロータ半径方向への離脱を阻止する溝フック部４０を備えている。この溝フック部４０は、周方向に形成された開口４１を挟んで上流側および下流側に形成され、セグメントフック部３４を嵌合し、かつセグメントフック部３４と当接できるように構成されている。

図２に示すように、溝フック部４０の外径側の端面である外径面４０ａは、セグメントフック部３４の内径面３４ｂに形成された突起部３８と当接し、シールセグメント３１を支持している。

なお、嵌合溝３２の溝部３９および開口４１は、セグメントフック部３４が若干タービンロータ軸方向に移動できるように寸法が調整されている。例えば、蒸気タービンの運転の際、シールセグメント３１の上流側の圧力は、シールセグメント３１の下流側の圧力よりも高くなるため、シールセグメント３１の上流側と下流側で差圧が生じ、シールセグメント３１は下流側へ押圧される。この際、セグメントフック部３４が若干下流側へ移動することで、図２に示すように、シールセグメント３１の半径方向に延びる胴体部４２の下流側の端面４２ａと、下流側に位置する溝フック部４０の上流側の端面４３とが当接して、シール面を構成する。これによって、溝部３９内に流入した蒸気の下流側への漏洩を防止することができる。

弾性部材３３は、嵌合溝３２内である、例えば、溝フック部４０に対向する嵌合溝３２内の壁面に設置され、セグメントフック部３４を溝フック部４０側に押圧している。これにより、セグメントフック部３４の内径面３４ｂに形成された突起部３８は、溝フック部４０に常に当接する。ここで、弾性部材３３は、特に限定されるものではないが、例えば、板ばねやコイルスプリングなどで構成することができる。

ここで、セグメントフック部３４の内径面３４ｂに形成される突起部３８の形成位置について説明する。

前述したように、軸シール装置３０は、複数に分割された軸シール装置３０を周方向に連結して構成されている。そのため、シールセグメント３１も、軸シール装置３０に対応して周方向に複数に分割されて構成される。図６は、本発明に係る第１の実施の形態の４分割された軸シール装置３０におけるシールセグメント３１に形成される突起部３８の形成位置を説明するための、シールセグメント３１を一方の側面３４ａ側から見たときの図である。なお、図６においてタービンロータ１１の図示は省略している。

図６に示すように、分割されたシールセグメント３１の一方の側面３４ａ側における、セグメントフック部３４の周方向の両端側の２箇所に突起部３８が形成されている。すなわち、他方の側面３４ａ側にも、セグメントフック部３４の周方向の同じ位置の２箇所に突起部３８が形成されているため、このシールセグメント３１全体では、４箇所に突起部３８が形成されていることとなる。

図６に示すように、タービンロータ１１の中心軸を中心Ｏとする、セグメントフック部３４の円周方向の端面と、その端面側に形成された突起部３８の円周方向の中心とのなす角θは、分割されたセグメントフック部３４の中心角αの０．１８〜０．３倍であることが好ましい。例えば、図６に示すように、軸シール装置３０が４分割された場合、分割されたセグメントフック部３４の中心角αは９０度であるため、セグメントフック部３４の円周方向の端面と、その端面側に形成された突起部３８の円周方向の中心とのなす角θは、１７〜２７度となる。ここで、角θが分割されたセグメントフック部３４の中心角αの０．３倍よりも大きい場合には、突起部３８間の周方向の間隔が狭くなるため、両突起部３８の高さに差がある場合、間隙の調整が困難となる。一方、角θが分割されたセグメントフック部３４の中心角αの０．１８倍よりも小さい場合には、突起部３８がセグメントフック部３４の端部に近設されるため、適正な形状の突起部３８を形成することが困難となる。

なお、軸シール装置３０が４分割以外の場合においても、上記した理由から、セグメントフック部３４の円周方向の端面と、その端面側に形成された突起部３８の円周方向の中心とのなす角θは、分割されたセグメントフック部３４の中心角αの０．１８〜０．３倍であることが好ましい。

なお、セグメントフック部３４の円周方向の端面と、その端面側に形成された突起部３８の端面側の端部との距離Ｌ３は、突起部３８がセグメントフック部３４の端部に近設されることによって、適正な形状の突起部３８を形成することが困難となることを回避するため、１０ｍｍ以上であることが好ましい。

次に、軸シール装置３０の間隙調整方法について説明する。

ここでは、４分割された軸シール装置３０を例示して説明する。図７は、本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置３０において、間隙調整前の状態のおける軸シール装置３０の断面をタービンロータ１１を含む子午断面で示した図である。

まず、セグメントフック部３４の突起形成用溝部３７の所定の位置に、打ち込み部材１１０を打ち込み、分割されたシールセグメント３１の両側面３４ａ側における、セグメントフック部３４の周方向の両端側の４箇所に突起部３８を形成する。なお、セグメントフック部３４の円周方向の端面と、その端面側に形成された突起部３８の円周方向の中心とのなす角θが、分割されたセグメントフック部３４の中心角αの０．１８〜０．３倍の範囲内となるように、突起部３８は形成される。

ここで、図７に示すように、突起部３８は、シールセグメント３１のセグメントフック部３４を嵌合溝３２の溝部３９に嵌合した際、シールセグメント３１のシールフィン３５の先端が、予め設定された基準範囲（Ｍ１〜Ｍ２）よりも、タービンロータ半径方向の外側に位置するように形成されている。すなわち、セグメントフック部３４を嵌合溝３２の溝部３９に嵌合する前の突起部３８の高さは、シールフィン３５の先端が、予め設定された基準範囲内に位置するときの突起部３８の高さよりも高く形成されている。

なお、予め設定された基準範囲（Ｍ１とＭ２との間の範囲）とは、最終的に調整される、シールフィン３５の先端が位置する範囲であり、Ｍ１は、タービンロータ１１の外周面と、シールフィン３５の先端との間の間隙の許容最小値であり、Ｍ２は、タービンロータ１１の外周面と、シールフィン３５の先端との間の間隙の許容最大値である。そして、シールフィン３５の先端が、このＭ１とＭ２との間の範囲内に位置するように調整される。

続いて、シールセグメント３１のセグメントフック部３４を嵌合溝３２の溝部３９に嵌合する。この際、上記したように、シールフィン３５の先端が、予め設定された基準範囲（Ｍ１とＭ２との間の範囲）よりもタービンロータ半径方向の外側に位置するように、突起部３８の高さが設定されている。

続いて、タービンロータ１１の外周面と、シールフィン３５の先端との間の上下左右の４方向における間隙Ｌ４を計測する。計測は、例えば、隙間ゲージや鉛線などを使用して行う。

続いて、計測された間隙Ｌ４の結果に基づいて、突起部３８の先端部を削り、シールフィン３５の先端が、予め設定された基準範囲（Ｍ１とＭ２との間の範囲）内に位置するように調整する。なお、突起部３８の先端部を削る際、シールセグメント３１は、嵌合溝３２から取り外される。また、突起部３８の先端部は、グラインダなどによって削られる。このように、突起部３８の高さを調整することで、タービンロータ１１の外周面と、シールフィン３５の先端との間の間隙を調整することができるため、例えば、シールフィン３５の先端を削るなどの高度の技術を必要とする調整は不要となる。

突起部３８の先端部が削られ、突起部３８の高さが調整されたセグメントフック部３４は、再び嵌合溝３２の溝部３９に嵌合される。そして、タービンロータ１１の外周面と、シールフィン３５の先端との間の上下左右の４方向における間隙Ｌ４を計測し、シールフィン３５の先端が、予め設定された基準範囲（Ｍ１とＭ２との間の範囲）内に位置する場合には、調整を終了する。一方、シールフィン３５の先端が、予め設定された基準範囲（Ｍ１とＭ２との間の範囲）内に位置しない場合には、再度、突起部３８の先端部を削り、調整を行う。

ここで、図８は、本発明に係る第１の実施の形態の４分割された軸シール装置３０におけるシールセグメント３１を一方の側面３４ａ側から見たときの図である。なお、図８において、タービンロータ１１の図示を省略している。例えば、図８に示すように、４分割された軸シール装置３０の、上側の間隙を狭くする場合には、上半側の左右のセグメントフック部３４の上方側のそれぞれの突起部３８ａ、３８ｂの先端部を削る。

また、図９は、本発明に係る第１の実施の形態の６分割された軸シール装置３０におけるシールセグメント３１を一方の側面３４ａ側から見たときの図である。なお、図９において、タービンロータ１１の図示を省略している。例えば、図９に示すように、６分割された軸シール装置３０の、上側の間隙を狭くする場合には、頂部のセグメントフック部３４の両端の突起部３８ｃ、３８ｄの先端部を削る。さらに、頂部のセグメントフック部３４に隣接するセグメントフック部３４の上方側のそれぞれの突起部３８ｅ、３８ｆの先端部を削る。

このように間隙を調整することで、４方向のいずれの方向の調整も複数個所同時に調整することが可能となる。

なお、間隙調整の際、シールフィン３５の先端が、予め設定された基準範囲（Ｍ１とＭ２との間の範囲）よりも、タービンロータ半径方向の内側に位置する場合には、セグメントフック部３４の突起形成用溝部３７の所定の位置に、打ち込み部材１１０を打ち込み、突起部３８の高さ高くする調整をすることもできる。

このようにして、軸シール装置３０とタービンロータ１１との間隙が調整される。

本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置３０によれば、シールセグメント３１のセグメントフック部３４の両側面３４ａに、周方向に亘って形成された突起形成用溝部３７の溝幅を、タービンロータ半径方向に変形させることで、セグメントフック部３４の内径面３４ｂの一部を突起させることができる。そして、この突起部３８の高さを調整することで、タービンロータ１１の外周面と、シールフィン３５の先端との間の間隙を調整することができる。換言すれば、突起部３８の高さを調整することで、シールフィン３５の先端が、予め設定された基準範囲（Ｍ１とＭ２との間の範囲）内に位置するように調整することができる。

このように、第１の実施の形態の軸シール装置３０によれば、例えば、シールフィン３５の先端を円弧状に削るなどの高度な技術を必要とせず、突起部３８の高さを調整することで、容易に、タービンロータ１１の外周面と、シールフィン３５の先端との間の間隙を調整することができる。さらに、間隙を調整するための時間を削減することができる。さらに、タービンロータ１１の外周面と、シールフィン３５の先端との間の間隙を、広くする場合または狭くする場合の双方に対応することができ、高精度な間隙の調整を行うことができる。

なお、ここでは、セグメントフック部３４を嵌合溝３２の溝部３９に嵌合した際、シールフィン３５の先端が、予め設定された基準範囲（Ｍ１〜Ｍ２）よりも、タービンロータ半径方向の外側に位置するように突起部３８を形成してから、セグメントフック部３４を嵌合溝３２の溝部３９に嵌合して、間隙を調整する一例を示したが、この方法に限られるものではない。

例えば、突起部３８が形成されていないセグメントフック部３４を嵌合溝３２の溝部３９に嵌合し、タービンロータ１１の外周面と、シールフィン３５の先端との間の上下左右の４方向における間隙Ｌ４を計測し、計測された間隙Ｌ４の結果に基づいて、突起部３８を形成して間隙を調整することもできる。

さらに、図１０は、本発明に係る第１の実施の形態の他の構成の軸シール装置３０におけるシールセグメント３１の、シールフィン３５側を上方としたときの斜視図である。

図１０に示すように、セグメントフック部３４の内径面３４ｂに、予め突起部３８を形成する代わりに、突起部３８が形成される位置に対応させて、セグメントフック部３４の内径面３４ｂから突出する突状部４５を形成してもよい。なお、この突状部４５は、突起部３８が形成される４箇所の位置に対応されて形成されている。

この場合、突起部３８が形成されたセグメントフック部３４を嵌合溝３２の溝部３９に嵌合し、タービンロータ１１の外周面と、シールフィン３５の先端との間の上下左右の４方向における間隙Ｌ４を計測する。そして、計測された間隙Ｌ４の結果に基づいて、シールフィン３５の先端が、予め設定された基準範囲（Ｍ１〜Ｍ２）よりも、タービンロータ半径方向の外側に位置する場合には、突状部４５の表面（先端）を削って間隙を調整する。一方、計測された間隙Ｌ４の結果に基づいて、シールフィン３５の先端が、予め設定された基準範囲（Ｍ１〜Ｍ２）よりも、タービンロータ半径方向の内側に位置する場合には、突起部３８を形成して間隙を調整する。

また、ここでは、回転部として機能するタービンロータ１１と、静止部として機能するノズルダイアフラム内輪１３との間からの作動流体の漏洩を抑制するための軸シール装置３０の一例を示したが、上記した軸シール装置３０は、回転部として機能する動翼１６（シュラウド１７を含む）と、静止部として機能するノズルダイアフラム外輪１２との間からの作動流体の漏洩を抑制するための軸シール装置としても適用することができる。この場合、軸シール装置３０は、ノズルダイアフラム外輪１２に形成された嵌合溝３２に嵌合され、動翼１６（シュラウド１７を含む）の先端面と、軸シール装置３０のシールフィン３５の先端との間の間隙が所定の間隙となるように構成される。換言すれば、突起部３８の高さを調整することで、シールフィン３５の先端が、予め設定された基準範囲（Ｍ１とＭ２との間の範囲）内に位置するように構成される。

（第２の実施の形態）
図１１は、上記した、本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置３０が受ける圧力を説明するための、蒸気タービン１００におけるタービン段落の１段落をタービンロータ１１を含む子午断面で示した図である。また、図１２は、本発明に係る第１の実施の形態の軸シール装置３０が受ける圧力を説明するための、シールセグメント３１を一方の側面３４ａ側から見たときの図である。

図１１に示すように、軸シール装置３０の上流側および嵌合溝３２の溝部３９ではノズル入口圧力Ｐ１を受け、軸シール装置３０の下流側ではノズル出口圧力Ｐ２を受ける。ここで、ノズル入口圧力Ｐ１は、ノズル出口圧力Ｐ２よりも高く、軸シール装置３０の上流側および嵌合溝３２の溝部３９と、軸シール装置３０の下流側とで差圧を生じる。

嵌合溝３２の溝部３９内では、図１２に示すように、セグメントフック部３４の外径面３４ｃには、外部側から内部側に押し付ける力が作用する。そのため、突起部３８によって支持されたセグメントフック部３４の中央部に撓みが発生し、その撓みにより、タービンロータ１１の外周面と、シールフィン３５の先端との間の間隙が狭くなることがある。

そこで、本発明に係る第２の実施の形態の軸シール装置５０では、シールセグメント３１における両側面３４ａにおいて、それぞれ２箇所ずつ形成された突起部３８間の周方向の中央に、突起部３８の高さよりも低い突起部６０が形成され、上記した撓みを制限する構成を備えている。

図１３は、本発明に係る第２の実施の形態の４分割された軸シール装置５０におけるシールセグメント３１に形成される突起部３８の形成位置を説明するための、シールセグメント３１を一方の側面３４ａ側から見たときの図である。本発明に係る第２の実施の形態の軸シール装置５０の構成は、シールセグメント３１における両側面３４ａにおいて、それぞれ２箇所ずつ形成された突起部３８間の周方向の中央に、さらに突起部６０が形成されていること以外は、第１の実施の形態の軸シール装置３０の構成と同じである。ここでは、この異なる構成部分について主に説明する。

図１３に示すように、第２の実施の形態の４分割された軸シール装置５０では、シールセグメント３１における両側面３４ａにおいて、それぞれ２箇所ずつ形成された突起部３８間の周方向の中央に、突起部３８の高さよりも低い突起部６０が形成されている。この突起部６０は、前述した、突起部３８を形成する方法と同様の方法で形成される。

数値計算によって、蒸気タービンの運転時における、上記したセグメントフック部３４の中央部の撓みが許容撓みＸを超える結果となった場合に、突起部６０を設けることが好ましい。許容撓みＸは、例えば、運転されていない状態における設定間隙の１０％のように定められる。

突起部６０の高さＨ３は、周方向の端部側に設けられた突起部３８のそれぞれの高さ（セグメントフック部３４の内径面３４ｂから突起部３８の先端までの高さ）を、それぞれＨ１、Ｈ２としたとき、「Ｈ３＝（Ｈ１＋Ｈ２）／２−Ｘ」となるように形成される。ここで、「（Ｈ１＋Ｈ２）／２」は、突起部６０を備えないときの、突起部３８間の周方向の中央部における、セグメントフック部３４の内径面３４ｂと溝フック部４０の外径面４０ａとの間隙幅を示す。

このように、突起部６０の高さＨ３を設定することで、蒸気タービンの運転時に、中央部に撓みが発生しても、中央部は許容撓みＸを超えて撓むことはない。

なお、前述した、タービンロータ１１の中心軸を中心Ｏとする、セグメントフック部３４の円周方向の端面と、その端面側に形成された突起部３８の円周方向の中心とのなす角θの範囲で、角θを大きくすることで、中央部に発生する撓みを許容撓みＸを超えないようにできる場合には、突起部６０を設けずに構成してもよい。

本発明に係る第２の実施の形態の軸シール装置５０によれば、第１の実施の形態の軸シール装置３０と同様の効果得を得ることができるとともに、突起部３８間の周方向の中央に突起部６０を形成することで、突起部３８間の周方向の中央部が、許容撓みＸを超えて撓むことを防止することができる。

以上説明した実施形態によれば、タービンロータ１１や動翼１６（シュラウド１７を含む）などの回転部との間の隙間調整などを容易かつ正確に行うことが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

１０…ケーシング、１１…タービンロータ、１２…ノズルダイアフラム外輪、１３…ノズルダイアフラム内輪、１４…ノズル、１５…ホイール部、１６…動翼、１７…シュラウド、３０、５０…軸シール装置、３１…シールセグメント、３２…嵌合溝、３３…弾性部材、３４…セグメントフック部、３４ａ…側面、３４ｂ…内径面、３４ｃ、４０ａ…外径面、３５…シールフィン、３６…シールフィンホルダ、３７…突起形成用溝部、３８、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ、３８ｅ、３８ｆ、６０…突起部、３９…溝部、４０…溝フック部、４１…開口、４２…胴体部、４２ａ、４３…端面、４５…突状部、１００…蒸気タービン、１１０…打ち込み部材。

Claims (10)

1. 回転部と、前記回転部を包囲するように、半径方向に所定の間隙をおいて前記回転部に対峙する静止部との間からの作動流体の漏洩を抑制するための軸シール装置において、
   周方向に亘って環状に形成され、外径側に、軸方向に突出するセグメントフック部を有し、内径側に、前記回転部に対向して配置されるシールフィンを有するシールセグメントと、
   前記セグメントフック部の両側面に周方向に亘って形成され、かつ半径方向に溝幅を変形させることで、前記セグメントフック部の内径側の端面の少なくとも一部を突起可能に形成された突起形成用溝部と、
   前記静止部の内周側に周方向に亘って環状に形成され、前記セグメントフック部と嵌合する溝部を有し、かつ前記セグメントフック部と当接して、前記セグメントフック部の半径方向への離脱を阻止する溝フック部を有する嵌合溝と、
   前記嵌合溝内に設置され、前記セグメントフック部を前記溝フック部側に押圧する弾性部材と
   を具備することを特徴とする軸シール装置。
2. 前記セグメントフック部の外径側の端面から前記突起形成用溝部の中央までの半径方向の距離が、前記セグメントフック部の内径側の端面から前記突起形成用溝部の中央までの半径方向の距離の１．５〜２．５倍であることを特徴とする請求項１記載の軸シール装置。
3. 前記セグメントフック部の内径側の端面に形成される突起は、前記突起形成用溝部に、先端から徐々に厚さが増加する打ち込み部材を打ち込むことで形成されることを特徴とする請求項１または２記載の軸シール装置。
4. 前記シールセグメントが周方向に複数に分割されて構成され、前記セグメントフック部の内径側の端面に形成される突起が、分割された各前記シールセグメントにおける、両側面の両端部側の４箇所にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の軸シール装置。
5. 各前記シールセグメントにおける両側面において、それぞれ２箇所ずつ形成された前記突起間の周方向の中央に、前記突起の高さよりも低い突起が形成されていることを特徴とする請求項４記載の軸シール装置。
6. 回転部と、前記回転部を包囲するように、半径方向に所定の間隙をおいて前記回転部に対峙する静止部との間からの作動流体の漏洩を抑制するための軸シール装置の間隙調整方法において、
   前記軸シール装置が、
   周方向に亘って環状に形成され、外径側に、軸方向に突出するセグメントフック部を有し、内径側に、前記回転部に対向して配置されるシールフィンを有するシールセグメントと、
   前記セグメントフック部の両側面に周方向に亘って形成され、かつ半径方向に溝幅を変形させることで、前記セグメントフック部の内径側の端面の少なくとも一部を突起可能に形成された突起形成用溝部と、
   前記静止部の内周側に周方向に亘って環状に形成され、前記セグメントフック部と嵌合する溝部を有し、かつ前記セグメントフック部と当接して、前記セグメントフック部の半径方向への離脱を阻止する溝フック部を有する嵌合溝と、
   前記嵌合溝内に設置され、前記セグメントフック部を前記溝フック部側に押圧する弾性部材と
   を備え、
   前記シールセグメントが周方向に複数に分割されて構成され、分割された各前記シールセグメントのセグメントフック部における、両側面の両端部側となる前記突起形成用溝部の所定位置に、先端から徐々に厚さが増加する打ち込み部材を打ち込み、それぞれ前記セグメントフック部の内径側の端面の４箇所に所定の高さの突起を形成する工程と、
   前記突起が形成された、各前記セグメントフック部を前記嵌合溝の溝部に嵌合する工程と、
   前記回転部と前記シールフィンとの間の上下左右の４方向における間隙を計測する工程と、
   前記計測された隙間に基づいて、前記突起の高さを調整して、前記回転部と前記シールフィンとの間の間隙が予め定められた基準範囲内となるように調整する工程と
   を具備することを特徴とする軸シール装置の間隙調整方法。
7. 前記突起を形成する工程において形成された前記突起は、前記シールセグメントを前記嵌合溝に挿入した際、前記シールフィンの先端部が、前記基準範囲よりも半径方向の外側に位置するように形成され、前記突起の先端を削ることで、前記突起の高さを調整を行うことを特徴とする請求項６記載の軸シール装置の間隙調整方法。
8. 前記セグメントフック部の外径側の端面から前記突起形成用溝部の中央までの半径方向の距離が、前記セグメントフック部の内径側の端面から前記突起形成用溝部の中央までの半径方向の距離の１．５〜２．５倍であることを特徴とする請求項６または７記載の軸シール装置の間隙調整方法。
9. 前記突起を形成する工程において、各前記シールセグメントにおける両側面において、それぞれ２箇所ずつ形成された前記突起間の周方向の中央に、前記突起の高さよりも低い突起をさらに形成することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項記載の軸シール装置の間隙調整方法。
10. 請求項１乃至５のいずれか１項記載の軸シール装置を備えたことを特徴とする蒸気タービン。

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