JP5511561B2 - 蒸気タービンのシール構造、およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、蒸気タービンのシール構造に関する。

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。

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。

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。

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。

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のシール性能を向上することが要求される。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００２−２２８０１３号公報

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。

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。

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、ロータ半径方向に突出した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、固定部に備えられたシールフィンまたはスペーサは駆動装置により回転部に対してロータ軸方向に移動可能なシール装置としたことを特徴とする。

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。

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。 本実施形態に係る蒸気タービンの一部拡大図である。 図２のラビリンスシール拡大図である。 図３に示した本実施形態の効果を説明する図である。 その他のラビリンスシール拡大図である。 図５に示した本実施形態の効果を説明する図である。 その他のラビリンスシール拡大図である。 動翼の先端を示す概略図である。 駆動用蒸気を高圧蒸気供給源から与圧室に流入して受圧ヘッドを移動するラビリンスシール装置の一構成例を示す概略図である。

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。

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、低圧タービン１３のロータ６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。

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４７を介して低圧タービン１３の入口側に接続されている。

配管９と配管１４には調節弁Ｂが備わり、それぞれ、高圧タービン１１及び中圧タービン１２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。これらの調節弁Ｂは、制御装置１５によって制御され、高圧タービン１１及び中圧タービン１２に流入する蒸気Ｓｔの量が制御される。

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、低圧タービン１３に備わるロータ６を回転させる。ロータ６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。

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１７，１７，・・・が、軸方向に複数列配置されている。

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２１，２１，・・・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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の軸方向に並んで周方向に形成される複数のハイ部２６，ロー部２７を所定間隔で設けている。

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。

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。

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。

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。

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。

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に備わることを特徴とする。

この構成によって、固定部である静翼２１（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。

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。

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。

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を図面を用いて説明する。

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。

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（１）初期の状態に対して、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（２）接触を開始し、時間経過して熱的に安定した後に（３）接触終了し、（４）定常負荷位置に至る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（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。

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。

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。

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。

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、与圧室２９内には、ロータ１８に対してロータ軸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、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、蒸気圧の押し込み方向と逆方向に、相当の付勢力で付勢されている。

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ロータ軸方向に移動するように構成される。

受圧ヘッド３０には内周側先端部にシール基板２５が取り付けられる。さらに受圧ヘッド３０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、受圧ヘッド３０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。

ガイド３２は、例えば受圧ヘッド３０と一体に形成すればよい。また、受圧ヘッド３０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を受圧ヘッド３０に固定すればよい。

そして、受圧ヘッド３０，ガイド３２、及びシール基板２５を含んで可動部が構成される。

そして、受圧ヘッド３０が、戻りバネ３１の付勢力で蒸気圧の押し込み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方向と逆側の位置に移動した状態にある。

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，ガイド３２、及び戻りバネ３１を含んで構成される。

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。

与圧室２９に流入する蒸気Ｓｔの圧力が受圧ヘッド３０を移動させる力（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、受圧ヘッド３０を蒸気圧の押し込み方向と逆側の位置で支持している。

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、受圧ヘッド３０は蒸気Ｓｔの圧力でロータ１８の軸方向に移動し、受圧ヘッド３０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。

受圧ヘッド３０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。

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。

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方向と逆方向位置になる。

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。

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。

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が蒸気圧の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。

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。

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。

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。

本発明の場合には受圧ヘッド３０とシール基板２５の軸方向の移動量に特に問題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。

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の破損の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。

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。

例えば、ラビリンスシール装置２３には、図３に示す形状のほか、図５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５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。

図５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６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。

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を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６（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。

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（１）初期の状態に対して、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（２）接触を開始し、時間経過して熱的に安定した後に（３）接触終了し、（４）定常負荷位置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４（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。

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。

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６（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。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。

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。

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５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、与圧室２９内には、ロータ１８に対してロータ軸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、戻りバネ３１で弾性支持され、蒸気圧の押し込み方向と逆方向に、相当の付勢力で付勢されている。

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側２２の外側と連通し、ノズルダイヤフラム内輪側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ロータ軸方向に移動するように構成される。

受圧ヘッド３０には先端部にシール基板２５が取り付けられる。さらに受圧ヘッド３０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側２２の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、受圧ヘッド３０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。

そして、受圧ヘッド３０，ガイド３２、及びシール基板２５を含んで可動部が構成される。

そして、受圧ヘッド３０が、戻りバネ３１の付勢力で蒸気圧の押し込み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方向と逆側の位置に移動した状態にある。

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，ガイド３２、及び戻りバネ３１を含んで構成される。

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。

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。

与圧室２９に流入する蒸気Ｓｔの圧力が受圧ヘッド３０を移動させる力（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、受圧ヘッド３０を蒸気圧の押し込み方向と逆側の位置で支持している。

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。そして、蒸気Ｓｔの圧力による受圧ヘッド３０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、受圧ヘッド３０は蒸気Ｓｔの圧力でロータ１８の軸方向に移動し、受圧ヘッド３０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。

受圧ヘッド３０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。

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。

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。

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。

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。

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６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。

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できる、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。

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。

例えば、ラビリンスシール装置２３には、図３，図５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７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。

図７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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

このように構成すれば図３，図５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。

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，ガイド３２、及び戻りバネ３１を含んで構成される。

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。

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。

与圧室２９に流入する蒸気Ｓｔの圧力が受圧ヘッド３０を移動させる力（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、受圧ヘッド３０を蒸気圧の押し込み方向と逆側の位置で支持している。

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。

そして、蒸気Ｓｔの圧力が、受圧ヘッド３０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、受圧ヘッド３０は蒸気Ｓｔの圧力でロータ１８の軸方向に移動し、受圧ヘッド３０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。

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。

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。

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、受圧ヘッド３０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、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。

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。

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。

図８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の軸方向に並んで形成される。

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。

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。

また、動翼１７のカバー３９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４０・・・が、周方向に沿って立設して備わっている。

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に対してロータ軸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、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、蒸気圧の押し込み方向と逆方向に付勢されている。

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ロータ軸方向に移動するように構成される。

受圧ヘッド３０には先端部にシール基板２５が取り付けられる。さらに受圧ヘッド３０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４１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、受圧ヘッド３０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。

ガイド３２は、例えば受圧ヘッド３０と一体に形成すればよい。また、受圧ヘッド３０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を受圧ヘッド３０に固定すればよい。

そして、受圧ヘッド３０，ガイド３２、及びシール基板２５を含んで可動部が構成される。

また、シール基板２５，受圧ヘッド３０，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。

そして、蒸気タービン３（図１参照）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４０を含んだシール構造が組み込まれることになる。

ラビリンスシール装置２３の受圧ヘッド３０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。

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。

与圧室２９に流入する蒸気Ｓｔの圧力が受圧ヘッド３０を蒸気の押圧軸方向に移動させる押圧力が、戻りバネ３１の付勢力より小さければ、戻りバネ３１は、受圧ヘッド３０を蒸気圧の押し込み方向と逆方向の位置で支持している。

そして、受圧ヘッド３０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３９側のシールフィン４０に対し蒸気圧の押し込み方向と逆方向の位置へ移動している。

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３９側のシールフィン４０が接触し得る。

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４０に損傷は生じない。

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を蒸気押圧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、受圧ヘッド３０は蒸気Ｓｔの圧力で軸方向に移動し、受圧ヘッド３０と接続されるシール基板２５が、蒸気押圧軸方向に移動する。

蒸気Ｓｔの圧力が高くなり、受圧ヘッド３０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３９側のシールフィン４０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４０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。

動翼１７のカバー３９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。

これにより蒸気タービンのタービン効率が向上する。

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。

なお、図８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３９にシールフィン４０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３９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。

または、シール基板２５とカバー３９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３９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３９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。

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。

また、図７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９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を蒸気の負荷軸方向に移動させる構成であってもよい。

図９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、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。

シール基板２５は、図７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。

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。

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。

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。

この構成によると、弁制御装置４２は、受圧ヘッド３０、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。

そして、与圧室２９，弁制御装置４２，高圧蒸気供給源４５、及び電磁弁４３を含んで駆動装置が構成される。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

与圧室２９に駆動用蒸気が流入しないとき、受圧ヘッド３０は、戻りバネ３１の付勢力によって受圧ヘッド３０を蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動する。

受圧ヘッド３０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。

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。

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。

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。

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蒸気圧の押圧軸方向に移動する。

受圧ヘッド３０が蒸気圧の押圧軸方向に移動すると、シール基板２５が蒸気圧の押圧軸方向に移動し、受圧ヘッド３０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、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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

与圧室２９に駆動用蒸気が流入しないとき、受圧ヘッド３０は、戻りバネ３１の付勢力によって受圧ヘッド３０を蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動する。

受圧ヘッド３０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。

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。

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。

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。

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蒸気圧の押圧軸方向に移動する。

受圧ヘッド３０が蒸気圧の押圧軸方向に移動すると、シール基板２５が蒸気圧の押圧軸方向に移動し、受圧ヘッド３０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、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。

（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。

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。

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。

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。

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。

与圧室２９に駆動用蒸気が流入しないとき、受圧ヘッド３０は、戻りバネ３１の付勢力によって受圧ヘッド３０を蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動する。

受圧ヘッド３０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６１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。

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。

また、弁制御装置４２は、算出した蒸気圧力値が、予め設定される所定蒸気圧力値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。

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。

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蒸気圧の押圧軸方向に移動する。

受圧ヘッド３０が蒸気圧の押圧軸方向に移動すると、シール基板２５が蒸気圧の押圧軸方向に移動し、受圧ヘッド３０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、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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

与圧室２９に駆動用蒸気が流入しないとき、受圧ヘッド３０は、戻りバネ３１の付勢力によって受圧ヘッド３０を蒸気圧の押し込み方向と逆方向に移動する。

受圧ヘッド３０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。

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。

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。

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。

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蒸気圧の押圧軸方向に移動する。

受圧ヘッド３０が蒸気圧の押圧軸方向に移動すると、シール基板２５が蒸気圧の押圧軸方向に移動し、受圧ヘッド３０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、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。

なお、図９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。
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。

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できる、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。

また、図９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に流入して受圧ヘッド３０を方向に移動させる構成としたが、例えば図示しないアクチュエータで、受圧ヘッド３０を方向に移動させる構成であってもよい。

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９に示すシール構造と同じ構成にしてもよい。

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。

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１８の蒸気の負荷圧軸方向に移動し、受圧ヘッド３０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。
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。

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。

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。

１ 発電プラント
３ 蒸気タービン
６ ロータ
１７ 動翼
１９ ケーシング
２１ 静翼
２３ ラビリンスシール装置
２４，３４，４０ 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
３３，４１ ガイド受け
３９ カバー
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
Ｓｔ 蒸気

Claims (16)

1. ロータ及び前記ロータと一体に回転す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、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、ロータ半径方向に突出して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、
   前記固定部に前記シールフィンが備わる場合、前記固定部に備わる前記シールフィンは、駆動装置により前記回転部に対してロータ軸方向に、前記スペーサの被快削部位に対向する位置から未接触状態の前記スペーサ表面に対向する位置まで移動可能であり、
   前記固定部に前記スペーサが備わる場合、前記駆動装置により前記固定部に備わる前記スペーサが、前記回転部に対してロータ軸方向に移動することにより、前記シールフィンが前記スペーサの被快削部位に対向する位置から前記スペーサの未接触状態の表面に対向する位置まで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。
2. ロータ及び前記ロータと一体に回転す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、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、ロータ半径方向に突出して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、
   前記固定部に前記シールフィンが備わる場合、駆動装置により前記固定部に備わる前記シールフィンは、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、前記駆動装置により前記固定部に備わる前記スペーサは、前記回転部に対してロータ軸方向に移動可能であり、
   前記駆動装置として、
   前記固定部には、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軸方向に移動するとともに、付勢手段によって前記蒸気の圧力の作用方向と逆向きの方向に付勢されて移動可能な可動部が備わり、
   前記固定部に前記シールフィンが備わる場合、前記固定部に備わる前記シールフィンは前記可動部に取り付けられ、
   前記固定部に前記スペーサが備わる場合、前記固定部に備わる前記スペーサは前記可動部に取り付けられており、
   前記蒸気の圧力が前記可動部をロータ軸方向に移動させる押圧力が、前記付勢手段が前記可動部を前記逆向きの方向に付勢する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、
   前記押圧力が前記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移動することを特徴とする蒸気タービンのシール構造。
3. 前記駆動装置として、
   前記可動部は、前記シールフィンまたは前記スペーサが固定されるシール基板と、該シール基板が固定され、前記押圧力を受ける受圧ヘッドと、前記受圧ヘッドに設けられたガイド部とを備え、
   前記固定部は、前記受圧ヘッドを内部に保持する与圧室と、該与圧室内に設けられ、
   前記ガイド部を支持し、前記受圧ヘッド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、前記受圧ヘッドに付勢力を与えるバネとを備え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。
4. ロータ及び前記ロータと一体に回転す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、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、ロータ半径方向に突出して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、
   前記固定部に前記シールフィンが備わる場合、駆動装置により前記固定部に備わる前記シールフィンは、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、前記駆動装置により前記固定部に備わる前記スペーサは、前記回転部に対してロータ軸方向に移動可能であり、
   前記駆動装置として、
   前記固定部には、蒸気の圧力によってロータ軸方向に移動するとともに、付勢手段によって前記蒸気の圧力の作用方向と逆向きの方向に付勢されて移動可能な可動部が備わり、 前記固定部に前記シールフィンが備わる場合、前記固定部に備わる前記シールフィンは前記可動部に取り付けられ、
   前記固定部に前記スペーサが備わる場合、前記固定部に備わる前記スペーサは前記可動部に取り付けられ、
   前記可動部を移動させる前記蒸気の流路に設けられ、前記蒸気の供給量を制御する弁と、
   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、前記可動部の移動量を制御する制御装置とを備え、
   前記蒸気の圧力が前記可動部をロータ軸方向に移動させる押圧力が、前記付勢手段が前記可動部を前記逆向きの方向に付勢する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、
   前記押圧力が前記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移動することを特徴とする蒸気タービンのシール構造。
5. 前記運転状態検出装置は、前記ロータの振動を検出するロータ振動検出装置であって、前記蒸気タービンの運転状態を前記ロータの振動によって検出し、
   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に記載の蒸気タービンのシール構造。
6. 前記運転状態検出装置は、前記蒸気の温度を検出する温度検出装置であって、前記蒸気タービンの運転状態を前記蒸気の温度で検出し、
   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に記載の蒸気タービンのシール構造。
7. 前記運転状態検出装置は、前記蒸気の圧力を検出する圧力検出装置であって、前記蒸気タービンの運転状態を前記蒸気の圧力で検出し、
   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に記載の蒸気タービンのシール構造。
8. 前記運転状態検出装置は、前記ロータと前記ケーシングの軸方向の熱伸び差を検出する熱伸び差検出装置であって、前記蒸気タービンの運転状態を前記熱伸び差で検出し、
   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に記載の蒸気タービンのシール構造。
9. 前記可動部は、前記シールフィンまたは前記スペーサが固定されるシールリング部と、該シールリングが固定され、前記押圧力を受ける受圧ヘッドと、前記受圧ヘッドに設け
   られたガイド部とを備え、
   前記固定部は、前記受圧ヘッドを内部に保持する与圧室と、該与圧室内に設けられ、前記受圧ヘッドのガイド部を支持し、前記受圧ヘッド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を導く蒸気流路と、前記受圧ヘッドに付勢力を与えるバネとを備え、
   前記弁は前記蒸気流路に設けられていることを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の蒸気タービンのシール構造。
10. 前記快削性金属は通気性金属であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の蒸気タービンのシール構造。
11. ロータ及び前記ロータと一体に回転す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、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ロータ半径方向に突出して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た快削性金属を用いたスペーサと、前記固定部に設けられ、駆動装置によって移動可能な可動部とを有し、
    前記固定部に前記シールフィンが備わる場合、前記固定部に備わる前記シールフィンは前記可動部に取り付けられ、
    前記固定部に前記スペーサが備わる場合、前記固定部に備わる前記スペーサは前記可動部に取り付けられてなるシール構造の制御方法であって、
    前記蒸気タービンの定常負荷運転の実施と共に、前記可動部をロータ軸方向に移動させ、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移動させる手順を備えることを特徴とするシール構造の制御方法。
12. 前記ロータの振動を検出する手順と、
    前記ロータの振動が所定のロータの振動以下のときに、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手順と、を備えることを特徴とする請求項１１に記載のシール構造の制御方法。
13. 前記蒸気タービンの蒸気の温度を検出する手順と、
    前記蒸気の温度が所定の蒸気の温度以上のときに、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手順と、を備えることを特徴とする請求項１１に記載のシール構造の制御方法。
14. 前記蒸気タービンを流通する蒸気の圧力を検出する手順と、
    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手順と、を備えることを特徴とする請求項１１に記載のシール構造の制御方法。
15. 前記ロータと前記ケーシングの軸方向の熱伸び差を検出する手順と、
    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手順と、を備えることを特徴とする請求項１１に記載のシール構造の制御方法。
16. 前記快削性金属は通気性金属であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれか１項に記載のシール構造の制御方法。

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