JPH09133004A

JPH09133004A - タービン・アクティブクリアランス制御装置

Info

Publication number: JPH09133004A
Application number: JP29091795A
Authority: JP
Inventors: Toshio Sugitani; 敏夫杉谷
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-11-09
Filing date: 1995-11-09
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】タービンの回転部と静止部との間に設けられ
るシールセグメントを有するアクティブクリアランス制
御装置に関し、セグメントの動きを良くし、シール効果
を高める。【解決手段】タービンの回転軸の周囲に分割して設け
られるシールセグメント１は、従来は均等分割されてい
るが、本発明では（１），（２），（３），（４），
（５），（６）の複数個に分割し、上，下のセグメント
（２），（５）は各両端が鉛直に切断され、上下方向へ
移動しやすくする。その他の（１），（３），（４），
（６）の作動は期待せず、（２），（５）のみを移動さ
せる。切断角度は±１０度の範囲とし、（２），（５）
の弧長は他より長くする。上下セグメント（２），
（５）を確実に作動させ、起動、回転上昇時は回転部と
静止部の間隙を大、安定運転時には小とし、シール効果
を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は蒸気タービン及びガ
スタービンの翼、等の回転部と静止部との間に設けたシ
ールセグメントを有するタービン・アクティブクリアラ
ンス制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の蒸気又はガスタービンの回
転部と静止部の間に用いられるシールセグメントの断面
図である。図において、静止部１０と回転部１１との間
にはシールセグメント２１が設けられており、負荷の増
大に伴い、上流側１２と下流側１３との圧力差も高まる
ことにより、半径方向の力２６、ばね反力２４の差圧力
でシール面摩擦力２５に抗してシールセグメント２１を
内径側に移動させる。

【０００３】このようにタービン起動時、停止時には静
止部１０と回転部１１との間隙を大きくし、接触による
振動の発生や、シール部摩耗を防ぎ、負荷運転時にはシ
ールセグメント２１を内径側１４へ移動させて両者の間
隙を小さくして蒸気又はガスの漏洩を減少させている。

【０００４】上記のセグメント２１は通常は６〜８個に
円周方向に均等分割されている。図５は６等分に分割さ
れた従来のセグメントの断面図であり、シールセグメン
ト２１は図では６０°で６等分され、（１）〜（６）の
セグメントからなっている。各セグメント（１）〜
（６）は図示省略のバネ等で柔支持されており、蒸気圧
力差等により半径方向に移動できる構造であり、回転軸
部との間隙を調整する。

【０００５】図６は図５と同様の断面図であり、各シー
ルセグメント２１が（１）〜（６）の６個に均等分割さ
れており、各セグメントが中心方向へ移動する状態を示
している。図において、理想的には各セグメント（１）
〜（６）は中心Ｏに向ってＲ１方向に正確に移動する
が、各セグメントの支持状態は完全には同一でなく、セ
グメントの動きは半径方向Ｒ１からＲ２のようにずれ
る。又、その移動量も各セグメントによって同一では無
い。従って、各セグメントの動きが干渉して、期待通り
に動作しない場合が生じてくる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように従来の蒸
気又はガスタービンの起動、停止時はシールセグメント
２１により静止部１０と回転部１１の間隙を大きくし、
接触による振動発生やシール部摩耗を防ぎ、負荷運転時
にはシールセグメント２１を移動させて間隙を小さくし
て、蒸気あるいはガスの漏洩を減少させる為に、負荷増
に伴って蒸気あるいはガスの作動流体の圧力が高まり、
従って差圧も高まる事を利用してシールセグメントを動
かし半径方向の間隙を調整している。

【０００７】しかしながら、従来の技術で説明したよう
に、このシールセグメント２１の動作が不安定となる場
合が多く、普及するに至っていない。このシールセグメ
ント２１の動作不安定の原因は、静止部１０の側面との
シール面摩擦力２５が大き過ぎる事によっている。すな
わち半径方向にシールセグメント２５を動かす力となる
差圧力は同時に軸方向の力ｆ₁も作用するため軸方向力
ｆ₁によるシールセグメント２１と側壁との摩擦も大き
くなる。製造直後はこの接触面もなめらかであり摩擦力
も大きくないが、使用するにともなって接触面の肌荒れ
等により摩耗力２５が増大するため、作用力が相対的に
減少する。

【０００８】シールセグメントの動作が不安定となる別
の原因として、従来の技術で説明のようにセグメント間
の干渉がある。通常６個に分割された各セグメントは図
５，図６に示すように各々が動作する構造となっている
が、その動く方向はバネ等の柔支持的に拘束されてお
り、そのために、各セグメントが接触等干渉し、動作が
不安定となる。

【０００９】このようにセグメント同士が干渉する一因
は、図６にも示すように、６〜８に分割した各々のセグ
メントの全てを半径方向に動作させて、静止部と回転部
の間隙を略同程度に作動させようとするためである。水
平部以外のセグメントはバネ等で柔に支持、または拘束
されており、それが為に、セグメントの動く方向が図６
のＲ２で示すように一定にならず、セグメント同士が接
触したり、接触しない場合でもバネを介して意図せぬ方
向にセグメントを動かそうとする力が作用する。

【００１０】セグメントと静止部の接触面がなめらかな
場合は蒸気の差圧による作用力が勝って、セグメントが
意図したように動作するが、接触面の肌荒れがあった場
合、蒸気による作用力は十分でなく、更にセグメント間
の干渉力が付加されるとセグメントを正規の方向に動か
す事ができず、固着したりしてセグメントの動作不安定
を引き起こす。従って、セグメント間の干渉を防ぐセグ
メント構造とする必要がある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明はこのようなセグ
メント間の干渉をなくし、セグメントの動作不安定を解
決するために次の手段を提供する。即ち、本発明は、
（１）タービンの回転軸と静止部との間で、同回転軸の
全周を囲み、複数個に分割されると共に同回転軸中心方
向へ移動可能に同静止部に設けられた複数のシールセグ
メントを有し、前記タービンの起動停止時には前記回転
軸と前記シールセグメントとの間隙を大きく、負荷運転
時には同間隙を小さくし、蒸気又はガスの漏洩量を低減
させるタービン・アクティブクリアランス制御装置にお
いて、前記複数のシールセグメントのうち上下のシール
セグメント両端はほぼ鉛直に切断され、分割されている
ことを特徴とするタービン・アクティブクリアランス制
御装置を提供する。

【００１２】（２）又、上記（１）において、前記上下
のシールセグメントの弧長は他のシールセグメントより
長いことを特徴とするタービン・アクティブクリアラン
ス制御装置も提供する。

【００１３】本発明はこのような手段により、（１）に
おいては、上下のシールセグメントの両端はほぼ垂直方
向に切断されているので、回転軸に対して上下動がしや
すい構成となっている。この場合の左右のセグメントは
作動は期待せず、上下のシールセグメントのみでシール
効果を得る。上下のセグメントが上下に作動しやすいよ
うにするために、上下のシールセグメントの両側の切り
口の垂直方向に対する偏差を−１０度〜＋１０度の間と
なるようにするのが効果的である。

【００１４】タービンの回転軸においては、回転軸と静
止部のシール部の間隙の初期設定は通常均一にはなって
おらず、上下方向が大きく、横方向（水平方向）は小さ
く設定される事が多い。従って横方向の間隙はセグメン
トの動作により大きく減少させる程度は小さい。一方、
上下方向の間隙は、起動前の設定が横方向に比べ大き
く、その分、タービン負荷上昇後に間隙減少させる事に
よる蒸気またはガスの漏れ減少効果が大きい。

【００１５】（２）においては、上記（１）と同様の作
用、効果を奏すると共に、更に上下のセグメントの円弧
方向長さを大きくする事により、間隙の変化する領域が
増大するので、負荷運転時の漏れ減少効果が大きくな
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の
実施の一形態に係るタービン・アクティブクリアランス
制御装置の図で、シールセグメントの断面図である。図
においてシールセグメント１は（１），（２），
（３），（４），（５），（６）の６個に分割されてい
る。従来は図５に示すように６個に均等分割されていた
が、本発明においては、上下のセグメント（２）と
（５）の分割の切断線は両端共ほぼ鉛直方向とし、図示
のように６個に分割する。

【００１７】このように分割することにより、上方のシ
ールセグメント（２）は両側のセグメント（１）と
（３）に、又、下方のシールセグメント（５）は両側の
セグメント（４）と（６）に、それぞれ干渉することな
く滑らかに上下に、かつ半径方向Ｏに作動させることが
できる。

【００１８】図２は図１と同様のシールセグメント１の
断面図で、上方のシールセグメント（２）の切断線を示
す図であり、シールセグメント（２）の切断線Ｓは垂直
線Ｖとθの切断偏差角度を有しており、この切断偏差角
度θは−１０度から＋１０度以内とし、このような偏差
角度の範囲内で上下のシールセグメントを切断すれば上
下に滑らかに作動することができる。

【００１９】図３は図１と同様のシールセグメントの断
面図で、上下のシールセグメント（２），（５）を前述
の図２で示すように切断するが、その弧長Ｌ₂，Ｌ₅を
他のシールセグメントより長くすることにより、セグメ
ントの作動する割合を実質的に増大させてシール効果を
相対的に向上させるものである。即ち、図において、Ｌ
₂又はＬ₅の長さは、Ｌ₁，Ｌ₃，Ｌ₄，Ｌ₆のいずれ
かの１〜２倍に等しいか、これよりも大きい長さとす
る。

【００２０】このように、本発明の実施の形態によれ
ば、シールセグメントを図１に示すように数個に分割
し、分割面の切り口は略半径方向となっているが、これ
を図４，５に示すように上半部及び下半部のセグメント
（２），（５）の両側の切り口の垂直方向に対する偏差
を−１０度〜＋１０度の間となるようにし、上下のセグ
メント（２），（５）が上下に作動しやすい構造とす
る。本構造においては、左右のセグメントの作動は期待
しておらず、上下セグメント（２），（５）の動作によ
る間隙変化の効果を得るため、図３に示すように上下に
配置したセグメント（２），（５）の円弧方向長さ
Ｌ₂，Ｌ₅を左右に配置したセグメントの長さＬ₁，Ｌ
₃，Ｌ₄，Ｌ₆より長くして、間隙変化による軸部シー
ル効果を高める構造を特徴としている。

【００２１】

【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
は、複数のシールセグメントのうち、上下のシールセグ
メントの両端をほぼ鉛直に切断して分割し、上下のシー
ルセグメントをセグメント間の干渉による動作不安定が
生じないような構成、更に、この上下のシールセグメン
トの弧長は他のシールセグメントより長くした構成も提
供するので、上，下のシールセグメントが確実に動作
し、起動、回転上昇時は静止部と回転部の間隙を大きく
し、負荷上昇後の安定運転状態では間隙を小さくして、
シール効果を高める事が出来るので効率向上に寄与す
る。

【００２２】更に、上下のシールセグメントの弧長を他
のセグメントより長くすることにより、間隙の変化する
領域が増大し、負荷運転時の漏れ減少の効果が大きくな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係るタービン・アクテ
ィブクリアランス制御装置のシールセグメントの断面図
である。

【図２】本発明の実施の一形態に係るタービン・アクテ
ィブクリアランス制御装置のシールセグメントの断面図
で、セグメントの切断線を示す。

【図３】本発明の実施の一形態に係るタービン・アクテ
ィブクリアランス制御装置のシールセグメントの断面図
で、各セグメントの弧長の関係を示す。

【図４】本発明及び従来のタービン・アクティブクリア
ランス制御装置の軸方向断面図である。

【図５】従来のタービン・アクティブクリアランス制御
装置のシールセグメントの断面図である。

【図６】従来のタービン・アクティブクリアランス制御
装置のシールセグメントの断面図で、各セグメントの移
動方向を示す。

【符号の説明】

１シールセグメント１０静止部１１回転部１２上流側１３下流側２４バネ反力２５シール面摩擦力２６半径方向力

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タービンの回転軸と静止部との間で、同
回転軸の全周を囲み、複数個に分割されると共に同回転
軸中心方向へ移動可能に同静止部に設けられた複数のシ
ールセグメントを有し、前記タービンの起動停止時には
前記回転軸と前記シールセグメントとの間隙を大きく、
負荷運転時には同間隙を小さくし、蒸気又はガスの漏洩
量を低減させるタービン・アクティブクリアランス制御
装置において、前記複数のシールセグメントのうち上下
のシールセグメント両端はほぼ鉛直に切断され、分割さ
れていることを特徴とするタービン・アクティブクリア
ランス制御装置。
【請求項２】前記上下のシールセグメントの弧長は他
のシールセグメントより長いことを特徴とする請求項１
記載のタービン・アクティブクリアランス制御装置。