JPH0441902A - 動翼先端部のシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、動翼先端部に傾斜角をもつ動翼先端部と、そ
の動翼先端部に対向して位置する静翼のダイヤフラム外
周部に配置したシールフィンとの。

間隙より漏洩する蒸気を減少させるシール構造に関する
。

〔従来の技術〕

蒸気タービンでは、第５図に示すように蒸気の持ってい
るエネルギを速度エネルギに変換する静翼１と、この速
度エネルギを軸回転に変換する動翼２を、軸方向に交互
に設けである。また、蒸気の圧力は静翼及び動翼を通過
する度にその圧力が低くなるため、動翼先端部と静翼を
固定しているダイヤフラム外周部に配置したシールフィ
ンとの間隙より有効なエネルギをもつ蒸気が漏洩する。

この漏洩する蒸気量は、タービンの性能を左右する大き
な要因になるため、漏洩蒸気量を減少させる高性能なシ
ール構造が要求されている。

そこで、従来の動翼先端部に採用されているシール構造
は、第５図に示されているように、動翼２の先端部に傾
斜がない場合、矢印Ａで蒸気方向を示した蒸気上流側に
一個、蒸気下流側に一個のシールフィン５をダイヤフラ
ム外周部３に設けることにより形成されている。

一方、動翼２の先端部に傾斜がある場合、タービンの起
動、停止、負荷変動時などに蒸気温度が急速に変化する
ため、回転部と静止部の熱膨張に時間的なずれが生じる
場合があることや、ロータの回転数上昇時の共振点を通
過する際の過大振動に対して動翼先端部とシールフィン
が接触しないように、動翼先端部とダイヤフラム外周部
３に設けたフィン５の間隙を第６図に示したように大き
くし、しかも、蒸気下流側に一個のシールフィン５で形
成されているにすぎない。

そこで、動翼先端部でのシールフィンの数を多くして、
動翼先端部からの漏洩蒸気量を低減する方法が考案され
ている。

例えば、特開昭５３−３８８０６号公報は、ダイヤフラ
ム外周部を階段状に形成するとともに、動翼先端部に複
数のシールフィンを形成して動翼先端部から漏洩蒸気量
を低減する方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、動翼先端部からの漏洩蒸気量を低減す
ることが可能である。しかし、本従来技術では高速で回
転する動翼先端部に複数のフィンを形成するため、動翼
先端部の遠心力が過大になり、このため、動翼が破損す
る可能性がある。

本発明の目的は、動翼先端部からの漏洩蒸気量を低減し
、しかも信頼性にも優れた蒸気タービンを提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、動翼先端部に傾斜角をもつ
動翼の先端部と、この回転する動翼の先端部を覆う静止
部に固定したシールフィンにより、動翼先端部と、シー
ルフィンとの間隙から漏洩する蒸気を抑制する構造にお
いて、動翼の先端部の対向する静止部に、軸方向に伸縮
自在なベローズを配置するとともに、ベローズにシール
フィンを植え込み、ベローズを軸方向に伸縮させること
により、動翼の先端部とシールフィンの間隙を調整する
ように構成したものである。

〔作用〕

蒸気タービンの低圧段は、前述のように回転側と静止側
の熱膨張量に時間的な相違が発生するため、タービンの
定常回転時に動翼の先端部とシールフィンの間隙を大き
く形成しなしつればならない。

本発明ではタービンの静止時に、ベローズの内側の圧力
を、ベローズの外側の圧力より低く保持することにより
、ベローズを蒸気入口側、すなわち、静翼側に収縮させ
、動翼の先端部とシールフィンの間隙を大きく形成し、
動翼先端部とシールフィンの接触を回避することができ
る。その後、タービン内部の温度が設定し定常運転状態
になった時、ベローズの内側に圧縮空気を送入しベロー
ズ内側の圧力を、ベローズの外側の圧力より高くし、ベ
ローズを蒸気下流側に伸長させベローズに植え込まれた
シールフィンをタービンの軸方向に移動させる。動翼先
端部には傾斜が形成されているため、シールフィンがタ
ービンの軸方向に移動すると動翼先端部とシールフィン
のタービン半径方向の間隙は狭くなる。

これにより、タービンの定常運転状態で、動翼の先端部
とシールフィンの間隙を適正値に設定することが可能と
なる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図及び第２図を用いて詳細
に説明する。

第１図は典型的な蒸気タービンの一段落に本発明を適用
した例で、静翼１とこれを複数枚支持するダイヤフラム
３及び回転する動翼２等の主要構成部品は従来例と同様
である。本実施例では傾斜をもつ動翼２の先端部２ａと
対向するダイヤフラム外周部３にタービン軸方向に伸縮
自在なベローズ４を配置し、さらに、ベローズ４の外周
部に複数のシールフィン５を植え込み、ベローズ４と高
圧圧力源６を連絡する連絡孔７、及び、ベローズ４と低
圧圧力源８を連絡する連絡孔９を形成し、さらに、この
連終孔７，９に圧力調整弁、１０゜１１を設けたもので
ある。

また、ベローズ４の外周部に植え込むシールフィン５は
、それぞれのシールフィン５の先端部を結ぶ直線が軸方
向に対して傾斜を形成し、且つ、この直線がタービン定
常運転状態で動翼２の先端部２ａと略平行となるように
形成する。

本実施例のような蒸気タービンの段落構造では、前述の
ようにタービンの起動、停止、負荷変動時などに蒸気温
度が急速に変化するため、回転部と静止部の熱膨張に時
間的なずれが生じる場合があることや、ロータの回転数
上昇時の共振点を通過する際の過大振動に対しても動翼
先端部２ａとシールフィン５の接触を回避するため両者
の間隙を大きく設定する必要がある。

ところが、本発明の実施例によれば、タービンの起動、
停止、負荷変動時などは、圧力調整弁１０を閉鎖し、圧
力調整弁１１を開放させベローズ４と低圧圧力源８を連
絡し、ベローズ４の内部４ａの圧力をベローズ４の外部
圧力、すなわち、流路１２の圧力より低圧にし、両者の
差圧によりベローズ４を蒸気上流側、すなわち、静翼１
側に収縮させることによって、動翼先端部２ａとシール
フィン５の間隙を大きく形成することができるため、動
翼先端部２ａとシールフィン５の接触を回避することが
可能になる。

一方、タービン内部の温度が安定し定常運転状態になっ
た時、圧力調整弁１１を閉鎖し、圧力調整弁１０を開放
させベローズ４と高圧圧力源６を連絡し、ベローズ４の
内部４ａの圧力をベローズ４の外部圧力、すなわち、流
路１２の圧力より高圧にし、両者の差圧によりベローズ
４を蒸気下流側に伸長させる。動翼先端部２ａにはター
ビン軸方向に対して傾斜が形成されているため、シール
フィン５がタービンの軸方向に移動すると動翼先端部２
ａとそれぞれのシールフィン５のタービン半径方向の間
隙が狭くなるため、この間隙から漏洩する蒸気量を減少
することができる。

また、前述のように、シールフィン５は、軸方向に多数
形成されているため蒸気の漏洩防止効果が高い。さらに
１本実施例では、ベローズ４が伸長した状態で、シール
フィン５の先端部を結ぶ直線と動翼先端部２ａが略平行
となり、しかも、適正間隙となるように形成されている
ため、蒸気の漏洩防止効果が非常に高くなる。

また、本実施例の動翼先端部２ａの半径方向外周側の面
形状は、凹凸のない平面がよく、その形成方法は、例え
ば、動翼２と一体に形成しても良い。また、動翼２とリ
ング状の動翼先端部２ａはテノンで連結する場合、テノ
ンがリング状の動翼先端部２ａの面上に突出しないよう
に動翼先端部２ａにざぐり孔を設けその内部にテノンを
配置する方法などが採用できる。

次に、第３図を用いて本発明による第二の実施例につい
て説明する。第一の実施例では、ベローズ４の支点を蒸
気上流側、すなわち、静翼１側に設置してあったが、第
二の実施例では、この支点を蒸気下流側に設けたもので
ある。タービンの起動、停止、負荷変動時などは、圧力
調整弁１１を閉鎖し、圧力調整弁１０を開放させベロー
ズ４と高圧圧力源６を連絡し、ベローズ４の内部４ａの
圧力をベローズ４の外部圧力、すなわち、流路１２の圧
力より高圧にし、両者の差圧によりベローズ４を蒸気上
流側すなわち静翼１側に伸長させることによって、動翼
先端部２ａとシールフィン５の間隙を大きく形成するこ
とができるため、動翼先端部２ａとシールフィン５の接
触を回避することが可能になる。

一方、タービン内部の温度が安定し定常運転状態になっ
た時、圧力調整弁１０を閉鎖し、圧力調整弁１１を開放
させベローズ４と低圧圧力源８を連絡し、ベローズ４の
内部４ａの圧力をベローズ４の外部圧力、すなわち、流
路１２の圧力より低圧にし、両者の差圧によりベローズ
４が蒸気下流側に収縮させる。動翼先端部２ａにはター
ビン軸方向に対して傾斜が形成されているため、シール
フィン５がタービンの軸方向に移動すると動翼先端部２
ａとシールフィン５のタービン半径方向の間隙を狭くす
ることができる。第二の実施例ではベローズ４の支点を
蒸気下流側に設置しため、ベローズ４が収縮することに
より半径方向の間隙が狭くなり、ベローズ４に設置した
複数のシールフィン５の間隙が狭くなるため、蒸気の漏
洩防止効果は第一の実施例と同等以上の効果を期待する
ことができる。

次に、第４図を用いて本発明による第三の実施例につい
て説明する。第三の実施例は、ベローズ４へ供給する圧
力源にタービン段落内部の圧力を利用したものである。

タービンの起動、停止、負荷変動時などは、圧力調整弁
１０を閉鎖し、圧力調整弁１１を開放させベローズ４の
内部４ａの圧力をベローズ４の外部圧力、すなわち、流
路１２の圧力より低い蒸気下流側と連終し、両者の差圧
によりベローズ４を蒸気上流側、すなわち、静翼１側に
収縮させることによって、動翼先端部２ａとシールフィ
ン５の間隙を大きく形成する。また、タービンが定常運
転状態になった時１．圧力調整弁１１を閉鎖し、圧力調
整弁１０を開放させベローズ４と低圧圧力源８を連絡し
、ベローズ４の内部４ａの圧力をベローズ４の外部圧力
、すなわち、流路１２の圧力より高い蒸気上流側と連絡
し、両者の差圧によりベローズ４を蒸気下流側に伸長さ
せる。これにより別途圧力源を設けることが不要になり
さらに効率を向上することが可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、動翼先端部に傾斜角をもつ動翼で構成
される段落をもつ蒸気タービンにおいて、シールフィン
の数を増加させ、動翼先端部から漏洩する蒸気量を減少
することにより、蒸気タービンの効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例である動翼先端部
のシール装置の説明図、第３図は本発明の第二の実施例
である動翼先端部のシール装置の説明図、第４図は本発
明の第三の実施例である動翼先端部のシール装置の説明
図、第５図は従来技術である動翼先端部に傾斜角のない
場合のシール装置の説明図、第６図は従来技術である動
翼先端部に傾斜角のある場合のシール装置の説明図を示
したものである。 １・・・静翼、２・・・動翼、３・・・ダイヤフラム外
局部、４・・・ベローズ、５・・・シールフィン、６・
・・高圧圧力源、８・・・低圧圧力源、７，９・・・連
絡孔、１０゜１１・・圧力調整弁、１２・・・流路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、動翼先端部に傾斜角をもつ動翼の先端部と、前記動
   翼先端部を覆う静止部に固定したシールフィンにより、
   前記動翼先端部と前記シールフィンとの間隙から漏洩す
   る蒸気を抑制する構造において、 前記動翼先端部の対向する前記静止部に、軸方向に伸縮
   自在なベローズを配置し、前記ベローズに前記シールフ
   ィンを植え込み、前記ベローズを軸方向に伸縮させるこ
   とにより、前記動翼先端部と前記シールフィンの間隙を
   調整することを特徴とする動翼先端部のシール構造。 ２、請求項１において、前記ベローズの軸方向に伸縮さ
   せる方向を、蒸気上流側を固定部とし蒸気下流側に伸長
   させる動翼先端部のシール構造。 ３、請求項１において、前記ベローズの軸方向に伸縮さ
   せる方向を、蒸気下流側を固定部とし蒸気上流側に伸長
   させる動翼先端部のシール構造。