JPH1150807A - 蒸気タービンのシールフィン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 静翼の内側シュラウド内周面とロータ外周面
との間のシールフィン装置において、シールフィン装置
のフィン先端が内側シュラウドに接触し焼損するような
事故を防止する。 【解決手段】 蒸気タービンのシールフィン装置２０
は、周方向に任意の長さに分割され、フィン３と基端部
２が一体成形型にされたシールフィン１にして、ロータ
１０外周面の周方向に削設したシールフィン溝５に挿入
して列設し、固定手段でロータ１に固着する。シールフ
ィン溝５底には、板バネ６を配設し、シールフィン１の
径方向には、若干の遊動ができるようにし、また、シー
ルフィン溝５内に列設されたシールフィン１のロータ１
０外周面開口から突出するフィン３の先端と対向するシ
ュラウド７内周面には、予め任意の深さのフィン溝８を
削設する構成にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービンの可動部
と静止部と間に形成される隙間に配設され、当該隙間か
ら蒸気又は燃焼ガス等の作動流体が漏洩するのを低減
し、タービン効率を向上させるシールフィン装置に係
り、特に、静翼の内周側とロータ外周面との間からの作
動流体の漏洩を低減でき、さらには、接触による損傷を
軽微にし、また、定期的な取替えが容易にできる蒸気タ
ービンのシールフィン装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般的に使用されている蒸気ター
ビンの高圧ロータシールフィン部は、図６及び図７に示
す構造にされている。図６に示すように、ロータ０１に
は、ロータ０１の外周面に設けられたディスクの周方向
に植設され、ディスクにかん合させた、多数の動翼０２
から形成される動翼段がロータ０１の軸方向に複数段配
設されるとともに、この動翼段と噛合うように、動翼段
の上流側および下流側にそれぞれ配設され、動翼段の外
周を包囲して設けた翼環０３の内周面に嵌合させた外側
シュラウドと、外側シュラウドの内周側に配設される内
側シュラウド０７とに、基端部と先端部とをそれぞれ嵌
合させて、配設された多数の静翼０４から形成される静
翼段を複数段設けるようにしている。

【０００３】そして、高圧の蒸気Ｓは、先ず蒸気ノズル
０５を介して、第１段の静翼段、第１段の動翼段、第２
段の静翼段、第２段の動翼段の順に、複数段の静翼段お
よび動翼段のそれぞれを形成する静翼０４と動翼０２と
の間を流れ、高圧蒸気Ｓの流力と膨張力でロータ０１を
回転させ、動力を発生させて、出力するようにしてい
る。

【０００４】また、静翼段を形成する静翼０４の先端部
を嵌合して、保持する内周側に設けられる内側シュラウ
ドの内周面とロータ０１の外周面との間に形成される隙
間、および動翼０２の外周側に設けられる外側シュラウ
ドの外周面と翼環０３の内周面との間に形成される隙
間、換言すれば、蒸気タービンの可動部と静止部との間
に形成される隙間には、この隙間からの蒸気Ｓの漏洩を
防止して、蒸気タービンの内部効率が低下するのを防止
するために、図７に図示するシールフィン装置０６を設
けるようにしている。

【０００５】すなわち、図７に示すように、ロータ０１
の外周面から、静翼０４の内周側を保持するように設け
た、内側シュラウド０７の内周面に向けてフィンの先端
を突出させたシールフィン装置０６をロータ０１の全周
に設けて、ロータ０１の外周面と内側シュラウド０７の
内周面との間に形成される隙間を、フィンによって小さ
くして、静翼段を構成する周方向に列設された静翼０４
の間を通過せず、この隙間を通って高圧段から低圧段へ
漏洩する高圧蒸気の量を低減し、後流側の動翼段に作用
する蒸気力の低下を防止するようにしている。

【０００６】また、このようなシールフィン装置０６と
同様の構造の動翼シールフィン装置が、図示省略してい
るが、動翼０２の外周に設けられる外側シュラウドの外
周面と翼環０３の内周面との間に形成される隙間にも設
置され、この隙間を流れる蒸気Ｓの漏洩を低減するよう
にしている。

【０００７】また、このように、蒸気Ｓの漏洩を防止す
るようにしたシールフィン装置は、動翼０２の外周端に
設ける外側シュラウドの外周面又は翼環０３の内周面並
びにロータ０１外周面の平滑部に、全周に亘り削設され
たシールフィン溝０８内にその基端部が挿入され、この
基端部をかしめワイヤー０９でかしめることにより、シ
ールフィン装置をシールフィン溝０８内に、固設するよ
うにしている。

【０００８】しかしながら、このようにタービンの可動
部と静止部との隙間に設けられ、隙間からの蒸気Ｓの漏
洩を低減するシールフィン装置では、軸受損傷や浸水ト
ラブル等によるロータ０１の撓み、変形、又は翼環０３
の熱変形等が生じたとき、シールフィン装置のフィン先
端が対向する面、すなわちシールフィン装置０６におい
ては、内側シュラウド０７の内周面、動翼シールフィン
装置においては、動翼シールフィン装置を外側シュラウ
ドの外周面に固定する場合には、翼環の内周面、また動
翼シールフィン装置を翼環の内周面に固定する場合に
は、外側シュラウドの外周面と、フィン先端とがそれぞ
れ接触を生じ、しかも接触の程度を軽減するようにして
ないため、大規模な摩滅と接触過熱による焼損事故が発
生する恐れがある。

【０００９】このために、フィン先端とフィン先端の対
向する面との隙間については、高頻度の保守、点検を必
要とし、またこのような保守、点検において、隙間が設
計値から外れるような事態が生じる等の不具合が発生さ
れた場合には、直ちに取替え、又は手直し工事等を行う
必要がある。しかしながら、前述したようにワイヤー０
９でシールフィン溝０８内の基端部をかしめるようにし
た従来のシールフィン装置の固定では、かしめワイヤー
０９でロータ０１外周面、又は動翼０２の外側シュラウ
ド外周面、又は翼環０３内周面の全周に亘りシールフィ
ン装置を固定するようにしているため、これらの取替
え、又は手直し工事等が難しく、工事期間が長期化する
不具合が発生する。

【００１０】特に、図７に示すように、ロータ０１の外
周面に設ける静翼シールフィン装置０６の保守、点検並
びに取替え作業又は手直し作業は、困難を極め、多大な
労力と時間を要するものになるととに、これらの作業に
よる蒸気タービンの長期間停止に伴う不具合が発生す
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のシー
ルフィン装置、特に、ロータ０１の外周面から、静翼０
４の内周側に設けた内側シュラウド０７の内周面に向け
てフィンの先端を突出させて、ロータ０１の外周面と内
側シュラウド０７の内周面との間に形成される隙間を小
さくして、この隙間を通って漏洩する高圧蒸気の量を低
減するようにしたシールフィン装置における、上述した
不具合を解消するため、シールフィン自体がスプリング
効果を有し、隙間を小さくするフィンと一体型にするこ
とにより、フィン先端と対向する内側シュラウド内周面
との隙間を小さくできるとともに、接触による損傷が生
じる場合でも、損傷の程度を軽減でき、しかも、経年的
な理由等によりシールフィンの取替えを必要とするとき
でも、取替作業等のメンテナンスが容易になり、蒸気タ
ービン等の停止期間を短くして、運転効率を向上させる
ことのできるシールフィン装置を提供することを課題と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の蒸気
タービンのシールフィン装置は、次の手段とした。

【００１３】（１）静翼の内周側に設けられるシュラウ
ドの内周面との間に隙間を形成するロータ外周面を、周
方向に配置され、ロータ外周面側に向けて幅が小さくな
るような凸形の横断面形状にされ、ロータ外周面の全周
に亘って穿掘されたシールフィン溝を設けた。なお、横
断面形状の凸形とは、ロータ外周面側に向けて幅が不連
続的に小さくなる、いわゆる凸状のものの外に、ロータ
外周面側に向けて幅が連続的に小さくなる台状のものに
したものも含むものである。また、シールフィン溝の底
部には、後述するようにシールフィン溝にシールフィン
を挿入したとき、シールフィンの底面に配設され、シー
ルフィンをロータ外周面側に向けて押圧するようにした
板バネを、収容する区画を凸形横断面の下方に設けるよ
うにすることが好ましい。

【００１４】（２）次の構成にしたシールフィンを設け
た。 ａ．基端部がシールフィン溝に挿入されたとき、ロータ
外周面に設けたシールフィン溝の開口からシュラウドの
内周面に向けて突出し、シュラウドの内周面とロータ外
周面との間に形成される隙間を小さくして、隙間を通過
する蒸気等の作動流体の漏洩を低減するフィン、 ｂ．フィンと一体形成され、シールフィン溝に挿入でき
るように、横断面形状がシールフィン溝の横断面形状よ
り若干小さくされ、しかも、ロータの周方向の遊動が生
じないように、シールフィン溝の横断面形状と略同形状
にされるとともに、挿入されるシールフィン溝の周方向
に複数体に分割され、ロータの周方向に形成されるシー
ルフィン溝の一部に設けられた大きい幅の開口にされた
挿入口からシールフィン溝の周方向に順次挿入され、シ
ールフィン溝が開口するロータ外周面の全周にフィンを
配置する基端部、なお、フィンと基端部とを一体成形し
て形成されるシールフィンは、従来使用されているシー
ルフィン装置０６と同様に、１２Ｃｒ鋼で製作すること
が好ましい。

【００１５】（３）シールフィン溝の底部に配置され、
シールフィン溝のロータ外周面開口に向けてシールフィ
ンを押圧するように、基端部の底面に配置された板バネ
を設けた。なお、板バネは前述したシールフィン溝底部
に作成された区画に撓ませた状態で収容され、撓み状態
の外周面の一部がシールフィンの基端部底面に当接する
ように配設することが好ましい。また、板バネ材はＮｉ
基合金で製作することが好ましい。

【００１６】（４）シールフィン溝の周方向に順次挿入
されるシールフィンのうち、少なくとも、シールフィン
溝内に最終的に挿入されるシールフィンをロータに固着
する固定手段を設けた。なお、固定手段はロータの撓
み、変形等でシールフィン溝内をロータ径側に移動する
シールフィンの動きは、若干許容するとともに、シール
フィン溝内をロータ周方向に移動するシールフィンの動
きは、規制するようにしてシールフィンをロータに固着
するようにすることが好ましい。

【００１７】（５）シールフィン溝のロータ外周面開口
から、シュラウドの内周面に向けて突出させて設けられ
るフィンの先端が対向する部分のシュラウドの内周面側
に穿掘され、フィンの先端の微動時に生じることのある
衝突を回避するフィン溝を設けた。

【００１８】本発明の蒸気タービンのシールフィン装置
によれば、周方向に任意の長さに分割され、フィンと基
端部が一体成形型にされたシールフィンにして、ロータ
外周面の周方向に削設したシールフィン溝に任意の数挿
入して、ロータ外周面全周に亘って列設し、固定手段で
ロータに固着するとともに、シールフィン溝底には板バ
ネを配設し、シールフィンの径方向には若干の遊動がで
きるようにした。また、シールフィン溝内に列設された
シールフィンのロータ外周面開口から突出するフィンの
先端と対向するシュラウド内周面には、予め任意の深さ
のフィン溝を削設するようにした。

【００１９】ａ．本発明の蒸気タービンのシールフィン
装置は、上述（１）〜（５）の手段により、シールフィ
ンのフィン先端が静翼のシュラウド内周面と接触し難
く、また、最悪接触するようなことがあっても、板バネ
のスプリング効果で接触によるフィンの損傷程度を軽減
出来る。

【００２０】さらに、固定手段、より好ましくは、シー
ルフィン溝内に順次挿入されるシールフィンのうち、最
終的にシールフィン溝内に挿入され、分割体からなるシ
ールフィンのシールフィン溝周方向の結合力を強める、
最終シールフィンをロータに固定する固定手段を解放す
ることにより、シールフィン溝内に列設されたシールフ
ィンが容易にシールフィン溝内から取り出せるようにな
り、また、固定手段の固定によりシールフィン溝内に列
設されるシールフィンの固定が容易にできるようにな
り、経年的な理由等によりシールフィンの取替える作業
等が容易になるとともに、シールフィンのメンテナンス
作業が容易になり、これらの作業期間を短縮でき、ひい
ては、蒸気タービンの運転効率を向上させることができ
る。

【００２１】また、第２番目の本発明の蒸気タービンの
シールフィン装置は、上述（１）ないし（５）の手段に
加え、次の手段とした。

【００２２】（６）シールフィンを構成し、挿入された
シールフィン溝のロータ外周面開口からシュラウドの内
周面に向けて突出させて設けられるフィンが、翼高さ方
向に湾曲した形状にされたフィンとした。

【００２３】ｂ．本発明の蒸気タービンのシールフィン
装置は、上述（６）の手段により、上述ａ．に加え、板
バネのスプリング効果に加え、翼高さ方向に彎曲させた
形状にすることにより、特に、フィンのスプリング性
が、さらに高められ、フィン先端が静翼のシュラウド内
周面と接触するようなことがあっても、接触による損傷
程度を大幅に軽減できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の蒸気タービンのシ
ールフィン装置の実施の一形態を図面にもとづき説明す
る。図１は、本発明の蒸気タービンのシールフィン装置
の実施の第１形態を示す横断面図、図２は図１に示す矢
視Ａ−Ａにおける周方向断面図である。

【００２５】図に示すように、本実施の形態のシールフ
ィン装置２０は、図７に示す従来のシールフィン装置０
６と同様に、１２Ｃｒ鋼材を用いて製作され、片端面側
である上面側から、静翼０４の内周側に設けられる（内
側）シュラウド７の内周面に向けて突設される２本のフ
ィン３と、フィン３と一体成形され、フィン３が成形さ
れた上面と反対側の底面側は平面にされた基端部２とを
設けたシールフィン１、シュラウド７の配設位置に対向
するロータ１０外周部全周に亘って削設されたシールフ
ィン溝５、シールフィン１の基端部２の底面に一部分が
当接するようにしてシールフィン溝５内に収容された板
バネ６、シールフィン溝５内に挿入されるシールフィン
１をロータ１０に固定する、図３，図４に示す固定手段
９、およびフィン３先端の対向する部分のシュラウド７
内周面に削設されたフィン溝とからなる。

【００２６】フィン溝８は、シュラウド７の内周面を全
周に亘って、２条削設され、シュラウド７内周面に向け
て突出されるフィン３先端が、径方向に多少移動するこ
とがあっても、接触しないようにするとともに、フィン
３先端とシュラウド７内周面との間に形成される小さな
隙間を漏洩する蒸気Ｓの流れを偏向させて、この隙間か
らの漏洩量を少なくするようにしている。

【００２７】また、フィン３と一体成形される基端部２
は、側面部につば付き形状を設けた凸形の横断面形状に
されるとともに、周方向に切断した断面形状は、ロータ
１０の外周部全周に削設されたシールフィン溝５の周方
向に形成される円弧と同形状され、周方向に任意の長さ
毎に設けた分割部１９で分割されており、基端部２の上
面に立設されるフィン１を、ロータ１０のシールフィン
溝５全周に隙間無く配設出来るように製作されている。

【００２８】また、ロータ１０外周部全周に亘って削設
されたシールフィン溝５は、シールフィン１４の基端部
２の厚みよりも１ｍｍ以上深く削設されており、さら
に、凸形の横断面形状にされ、挿入される基端部２の上
半部が挿入されるロータ１０の外周面開口部近傍の幅
は、基端部２の幅と略同じ幅にされるとともに、基端部
２の下半部が挿入される底面近傍は、基端部３のつば付
き形状部の幅よりも１ｍｍ以上広く削設されている。

【００２９】更に、同シールフィン溝５の底部には、基
端部２の底面の下方に凸型形状を呈した、Ｎｉ基の超合
金製の板バネをシールフィン溝５の底部全周に亘って列
設するための板バネ溝１１が削設されている。板バネ溝
１１内に撓わませた状態で収容された板バネ６は、板バ
ネ溝１１の深さより、撓み部分の凸部が突出し、これが
シールフィン１の底面部と接触し、シールフィン１底部
を押し上げる高さになる形状にされている。

【００３０】一方、分割部１９で周方向に任意の長さに
分割されたシールフィン１は、シールフィン溝５の周方
向へ順次挿入されることにより装着される。図３は、シ
ールフィン１をシールフィン溝５の内部に挿入するため
に、ロータ１０の外周部全周に削設されるシールフィン
溝５の一部に設けられる挿入口１２の設置部分の横断面
図、図４は、図３に示す矢視Ｂ−Ｂにおける平面図であ
る。

【００３１】図に示すように、シールフィン溝５内にシ
ールフィン１を挿入する場合は、シールフィン１の基端
部２の上半部が挿入されるロータ外周面開口部近傍の幅
が通常部分よりも広くされた挿入口１２より、シールフ
ィン１は、順次シールフィン溝５内に挿入されていく。
そして、挿入口１２が設けられた部分以外のシールフィ
ン溝５内全体にシールフィン１が挿入された時点で、最
終シールフィン１３が挿入口１２を設けた部分のシール
フィン溝５に嵌入される。

【００３２】そして、固定手段としての、最終シールフ
ィン１３の長手方向の中央部の基端部６下方の両側つば
付き形状部に設けられた、ねじ切り無しの止めボルト穴
１４、および最終シールフィン１の基端部６の上半部に
設けられたねじ切りボルト穴１５とを設けた止め蓋１
６、および止めボルト１７とによって、最終シールフィ
ン１３は、挿入口１２を設けた部分に固設される。

【００３３】本実施の形態の蒸気タービンのシールフィ
ン装置は、以上述べたように、ロータ１０外周面とシュ
ラウド７内周面との間に形成される隙間をシールするシ
ールフィンを、スプリング効果を有し、シールを行うフ
ィンとシールフィン溝５内に挿入され、ロータ１０に固
着される基端部２とを一体型のカセットタイプにすると
ともに、また、フィン３先端が対向する部分のシュラウ
ド７にフィン溝８を設けたことにより、フィン３先端と
シュラウド内周面との接触が低減し、また接触すること
があっても接触による損傷が軽減出来るようになる。ま
た、経年等によりシールフィン１を取替える場合には、
固定手段の止めボルト１７を取外し、止め蓋１６を挿入
口１２より取り外すことにより、シールフィン溝５内に
挿入された最終シールフィン１３を含むシールフィン１
は、外部に容易に取り出すことができ、シールフィン１
の取替え作業等のメンテナンス作業が容易となる。

【００３４】次に、図５は、本発明の蒸気タービンのシ
ールフィン装置の実施の第２形態を示す横断面図であ
る。本実施の形態におけるシールフィン１は、基本的構
造は、実施の第１形態と同じにされているが、よりシー
ルフィン１′、特に、シュラウド７内周面に向けて突設
されるフィン１８のスプリング性を高めるため、基端部
２と一体成形され、基端部上面からシュラウド７の内周
面に設けたフィン溝８に突出するように立設されるフィ
ン１８には、翼高さ方向に湾曲を設けるようにしてい
る。

【００３５】これにより、シールフィン１′のスプリン
グ性は更に高められ、フィン１８先端がシュラウド７の
内周面に接触するようなことがあっても、フィン１８の
大きな可撓性により、シールフィン１′の接触による損
傷は大幅に軽減出来る。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の蒸気ター
ビンのシールフィン装置によれば、周方向に任意の長さ
に分割され、フィンと基端部が一体成形型にされたシー
ルフィンにして、ロータ外周面の周方向に削設したシー
ルフィン溝に任意の数に分割されて挿入して、シールフ
ィン溝全周に亘って列設し、固定手段でロータに固着す
るとともに、シールフィン溝底には板バネを配設し、シ
ールフィンの径方向には、若干の遊動ができるように
し、また、シールフィン溝内に列設されたシールフィン
のロータ外周面開口から突出するフィンの先端と対向す
るシュラウド内周面には、予め任意の深さのフィン溝を
削設する構成にした。

【００３７】これにより、シールフィンのフィン先端が
静翼のシュラウド内周面と接触し難く、また、最悪接触
するようなことがあっても、板バネのスプリング効果で
損傷程度を軽減出来る。さらに、固定手段を解放するこ
とにより、シールフィン溝内に列設されたシールフィン
が、容易にシールフィン溝内から取り出せるようにな
り、また、固定手段の固定によりシールフィン溝内に列
設されるシールフィンの固定が容易にできるようにな
り、経年的な理由等により、シールフィンの取替える作
業等が容易になるとともに、シールフィンのメンテナン
ス作業が容易になり、これらの作業期間を短縮でき、ひ
いては、蒸気タービンの運転効率を向上させることがで
きる。

【００３８】また、本発明の蒸気タービンのシールフィ
ン装置は、シールフィンを構成し、挿入されたシールフ
ィン溝のロータ外周面開口からシュラウドの内周面に向
けて突出させて設けられるフィンが、翼高さ方向に湾曲
した形状にされたフィンにされたものとした。

【００３９】これにより、シールフィン、特にフィンの
スプリング性は、さらに高められ、フィン先端が静翼の
シュラウド内周面と接触するようなことがあっても、接
触による損傷程度を大幅に軽減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蒸気タービンのシールフィン装置の実
施の第１形態を示す横断面図，

【図２】図１に示す矢視Ａ−Ａにおける周方向に切断し
た縦断面図，

【図３】シールフィンをシールフィン溝の内部に挿入す
るために、シールフィン溝の一部に設けられる挿入口設
置部分の横断面図，

【図４】図３に示す矢視Ｂ−Ｂにおける平面図，

【図５】本発明の蒸気タービンのシールフィン装置の実
施の第２形態を示す横断面図，

【図６】一般的に使用されている蒸気タービンの高圧ロ
ータシールフィン部の縦断面図，

【図７】図６のＡ部を示す従来のシールフィン装置の横
断面図である。

【符号の説明】

１，１′ シールフィン ２ 基端部 ３ フィン ４，０４ 静翼 ５ シールフィン溝 ６ 板バネ ７ （内側）シュラウド ８ フィン溝 ９ 固定手段 １０ ロータ １１ 板バネ溝 １２ 挿入口 １３ 最終シールフィン １４ ねじ切り無し止めボルト穴 １５ ねじ切りボルト穴 １６ 止め蓋 １７ 止めボルト １８ フィン １９ 分割部 ２０，２０′ シールフィン装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静翼の内周側に設けられるシュラウドと
   ロータ外周前との間に形成される隙間に配設され、前記
   隙間を通過する作動流体の漏洩を防止する蒸気タービン
   のシールフィン装置において、断面形状が凸形にされ、
   前記ロータ外周面の全周に亘って穿設されたシールフィ
   ン溝と、前記シールフィン溝の開口部から前記シュラウ
   ドの内周面に向けて配設されるフィンと基端部とが一体
   成形され、周方向に複数個に分割されて、前記シールフ
   ィン溝の周方向に順次挿入され、シールフィン溝の全周
   に配設されたシールフィンと、前記基端部下方の前記シ
   ールフィン溝内に配設され、シールフィンを前記開口部
   に向けて押圧する板バネと、前記シールフィン溝に挿入
   される最終の前記シールフィンを前記ロータに固着する
   固定手段と、前記フィンの先端と対向する部分の前記シ
   ュラウドの内周面に穿設されたフィン溝とを設けたこと
   を特徴とする蒸気タービンのシールフィン装置。
2. 【請求項２】 前記フィンが翼高さ方向に湾曲した形状
   にされていることを特徴とする請求項１の蒸気タービン
   のシールフィン装置。