JPH1181911A - 軸流式タービンの静翼におけるシール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、羽根を支持する外側リング板のス
リットにおける高温ガス等の作動流体の漏れを防止する
軸流式タービンの静翼におけるシール装置に関し、外側
リング板のスリットにおける作動流体のシール性を向上
させるとともにコストダウンを図ることを目的とする。 【解決手段】 内側リング板と、内側リング板の外側に
配置された外側リング板と、内端側を内側リング板に固
定するとともに外端側を外側リング板に固定した複数の
羽根を円周状に配列してなる静翼本体とを備え、外側リ
ング板に、該外側リング板の一端面から他端面にかけて
直線状のスリットが２つの隣接する羽根の間に形成さ
れ、スリットの壁面に、該スリットの長手方向に沿って
凹部が形成され、スリットの凹部に、該筒状凹部を貫通
して該スリットの幅寸法よりサイズが大きいシール材が
遊挿されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、羽根を支持する外
側リング板のスリットにおける高温の燃焼ガス等の作動
流体の漏れを防止する軸流式タービンの静翼におけるシ
ール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、軸流式タービンの静翼は、内側
リング板と、外側リング板と、円周状に配列した複数の
羽根とで構成されており、羽根の内側リング板，外側リ
ング板に対する組立構造として、一体型や分割型のもの
が知られている。

【０００３】静翼の羽根の間を軸方向に沿って通過する
燃焼ガス等の作動流体は、場所により摂氏９００℃を超
える高温になっており、羽根は、高温の作動流体に晒さ
れ、高温になる。このため、特に、一体型の静翼におい
ては、羽根とこの羽根を支持する外側リング板，内側リ
ング板の間に大きな温度差が発生し、外側リング板，内
側リング板，羽根には過大な熱応力が発生し、変形や亀
裂が発生して損傷を引き起こす虞がある。

【０００４】かかる損傷を防止するため、内側リング板
や外側リング板には、数か所に亘ってスリットを設ける
ことによりそれらの熱変形を吸収し、スリットを外側リ
ング板，内側リング板，羽根に作用する熱応力の逃げ場
所としている。ところが、羽根の間を通過する作動流体
は、外側リング板におけるスリットを介して、該外側リ
ング板の内側空間から外側空間に漏れることになる。作
動流体は、高温の燃焼ガス，水蒸気等であるため、機械
部品等の周辺部品の耐久性を損ねたり、人体その他の環
境に悪影響を及ぼすことになる。

【０００５】また、作動流体の漏れによりタービンの効
率が低下する。そこで、作動流体のスリットにおける漏
れ量を少なくすることが要求され、例えば、図９ないし
図１３に示す軸流式タービンの静翼が知られている。図
において、タービン１０１は、回転軸１０２と、回転軸
１０２の回りに配置されケーシング１０３に固定された
静翼１０４，１０４，１０４と、静翼１０４，１０４，
１０４に交互に配置され回転軸１０２に固定された動翼
１０５とを備え、多段式（３段式）となっている。

【０００６】静翼１０４は、内側リング板１０６と、外
側リング板１０７と、内側リング板１０６から外側リン
グ板１０７にかけて円周状に配列した複数の断面翼型の
羽根１０８とで構成されている。内側リング板１０６は
回転軸１０２の回りに配置され、回転軸１０２の軸線に
同心状になっている。内側リング板１０６の材料は作動
流体の物性，温度により選定され、例えば、ステンレス
鋼，特殊耐熱鋼が用いられる。

【０００７】内側リング板１０６の外側に外側リング板
１０７が配置され、回転軸１０２の軸線に同心状になっ
ている。外側リング板１０７の材料は作動流体の物性，
温度により選定され、例えば、ステンレス鋼，特殊耐熱
鋼が用いられる。外側リング板１０７はケーシング１０
３に形成された環状溝部１０３Ａに埋め込まれて固定さ
れている。

【０００８】羽根１０８の材料は作動流体の物性，温度
により選定され、例えば、ステンレス鋼，特殊耐熱鋼が
用いられる。静翼１０４は、ろう付けにより羽根１０８
の内端側１０８Ｂが内側リング板１０６に固定されると
ともに外端側１０８Ａが外側リング板１０７に固定され
ている。図１０に示すように、各羽根１０８は、断面翼
型の湾曲形状に構成され、燃焼ガスの流れ方向（回転軸
２の軸線方向）に対して傾角αで平行に配置されてい
る。

【０００９】図９，図１０，図１３に示すように、外側
リング板１０７に、６つのスリット１０９が円周方向に
沿って等間隔（円周方向６０度ピッチ）で形成されてい
る。スリット１０９は外側リング板１０７の一端面１０
７Ａから他端面１０７Ｂにかけて直線状になっており、
隣接する羽根１０８，１０８の間に位置しており、従っ
て、燃焼ガスの流れ方向（回転軸２の軸線方向）に対し
て傾角βとなっている。

【００１０】また、内側リング板１０６に、６つの内側
リング板用スリット１１０が円周方向に沿って等間隔
（円周方向６０度ピッチ）で形成されている。スリット
１１０は内側リング板１０６の一端面から他端面にかけ
て直線状になっており、隣接する羽根１０８，１０８の
間に位置しており、従って、スリット１０９と同様に燃
焼ガスの流れ方向（回転軸２の軸線方向）に対して傾角
βとなっている。

【００１１】そして、スリット１０９の対向する一対の
壁面１１１，１１２の一方の側に、該スリット１０９を
介して外側リング板１０７の内側空間と外側空間が連通
するように帯状板材１１３が溶接で固定され、帯状板材
１１３は外側リング板１０７の外周面１０７Ｃに平行に
なっており、外周面１０７Ｃに対して隙間Ｙだけ離れて
いる。なお、帯状板材１１３の材料はステンレス鋼，特
殊耐熱鋼が用いられる。

【００１２】帯状板材１１３により、外側リング板１０
７の内側空間から外側空間に作動流体が漏れないように
している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、スリット１
０９の幅寸法，帯状板材１１３内の隙間Ｙを狭くすれ
ば、燃焼ガスの漏れ量は少なくなるが、外側リング板１
０７におけるスリット１０９の幅寸法，帯状板材１１３
内の隙間Ｙが熱応力により変化することから、スリット
１０９の幅寸法，帯状板材１１３内の隙間Ｙを零寸法に
することはできず、余裕代を見込むことが必要になり、
スリット１０９から帯状板材１１３内の隙間１１４を通
って燃焼ガスが外側リング板１０７の内側空間から外側
空間に漏れ、帯状板材１１３によるシール性が依然とし
て不足しているという問題がある。

【００１４】また、帯状板材１１３を外側リング板１０
７の外周面１０７Ｃに固定する作業は溶接作業なので、
面倒でコストが高いという問題があった。本発明は、上
述の問題点を解決するためになされたもので、その目的
は、外側リング板のスリットにおける作動流体のシール
性を向上させるとともにコストダウンを図ることができ
る軸流式タービンの静翼におけるシール装置を提供する
ことである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
回転軸の回りに、該回転軸の軸線に同心状に配置された
内側リング板と、内側リング板の外側に、回転軸の軸線
に同心状に配置された外側リング板と、内端側を内側リ
ング板に固定するとともに外端側を外側リング板に固定
した複数の羽根を円周状に配列してなる静翼とを備え、
外側リング板に、該外側リング板の一端面から他端面に
かけて直線状のスリットが２つの隣接する羽根の間に形
成され、スリットの壁面に、該スリットの長手方向に沿
って凹部が形成され、スリットの凹部に、該凹部を貫通
して該スリットの幅寸法よりサイズが大きいシール材が
遊挿されていることを特徴とする。

【００１６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の軸
流式タービンの静翼におけるシール装置において、該凹
部は、スリットの両側の壁面に亘って断面円形とされた
筒状凹部に形成され、シール材は断面円形に構成されて
いるシール用ピンであることを特徴とする。請求項３記
載の発明は、請求項１記載の軸流式タービンの静翼にお
けるシール装置において、該凹部は、スリットの両側の
壁面に亘って着座面を有してなり、シール材は該凹部の
着座面に接触する押圧面を有しているシール用プレート
であることを特徴とする。

【００１７】（作用）請求項１記載の発明においては、
シール材によりスリットの凹部が閉じられる。従って、
外側リング板の内側空間の作動流体がシール材を介して
外側リング板の外側空間に漏れることが防止されてい
る。同時に、外側リング板のスリットにより外側リング
板の円周方向における熱変形を吸収し、外側リング板，
内側リング板，羽根に発生する熱応力が小さくなる。

【００１８】請求項２記載の発明においては、作動流体
の圧力により、凹部にシール材が線接触する。請求項３
記載の発明においては、作動流体の圧力により、凹部の
スリットの着座面にシール用プレートの押圧面が面接触
する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施の
形態について説明する。

【００２０】図１ないし図６により、請求項１，請求項
２記載の発明の実施の形態に係わる軸流式タービンの静
翼におけるシール装置について説明する。なお、本実施
の形態においては、作動流体の例として高温の燃焼ガス
を例に挙げて説明する。図５，図６において、符号１は
軸流式タービン１で、軸流式タービン１は、回転軸２
と、回転軸２の回りに配置されケーシング３に固定され
た静翼４，４，４と、静翼４，４，４に交互に配置され
回転軸２に固定された動翼５，５，５とを備え、多段式
（３段式）となっている。

【００２１】静翼４は、内側リング板６と、外側リング
板７と、内側リング板６から外側リング板７にかけて円
周状に配列した羽根８とで構成されている。内側リング
板６は回転軸２の回りに配置され、内側リング板６は回
転軸２の軸線に同心状になっている。内側リング板６の
材料は燃焼ガスの物性，温度により選定され、例えば、
ステンレス鋼，特殊耐熱鋼が用いられる。

【００２２】内側リング板６の外側に外側リング板７が
配置され、外側リング板７は回転軸２の軸線に同心状に
なっている。外側リング板７の材料は燃焼ガスの物性，
温度により選定され、例えば、ステンレス鋼，特殊耐熱
鋼が用いられる。外側リング板７はケーシング３に形成
された環状溝部３Ａに埋め込まれて固定されている。羽
根８の材料は燃焼ガスの物性，温度により選定され、例
えば、ステンレス鋼，特殊耐熱鋼が用いられる。静翼１
０４は、ろう付けにより羽根８の内端側８Ａが内側リン
グ板６に固定されるとともに外端側８Ｂが外側リング板
７に固定されている。

【００２３】図４に示すように、各羽根８は、断面翼型
の湾曲形状に構成され、燃焼ガスの流れ方向（回転軸２
の軸線方向）に対して傾角αで平行に配置されている。
そして、図３，図４に示すように、外側リング板７に、
６つのスリット９が円周方向に沿って等間隔（円周方向
６０度ピッチ）で形成されている。スリット９は外側リ
ング板７の一端面７Ａから他端面７Ｂにかけて直線状に
なっており、隣接する羽根８，８の間に対応した状態で
位置しており、従って、燃焼ガスの流れ方向（回転軸２
の軸線方向）に対して傾角βとなっている。

【００２４】また、内側リング板６に、６つの内側リン
グ板用スリット１０が円周方向に沿って等間隔（円周方
向６０度ピッチ）で形成されている。内側リング板用ス
リット１０は内側リング板６の一端面から他端面にかけ
て直線状になっており、隣接する羽根８，８の間に位置
しており、従って、スリット９と同様に燃焼ガスの流れ
方向（回転軸２の軸線方向）に対して傾角βとなってい
る。

【００２５】６つのスリット９からなるスリット群１１
は、６つの内側リング板用スリット１０からなるスリッ
ト群１２に対して円周方向で位相が３０度ずれている。
図１，図２に示すように、スリット９の一方の壁面１３
から他方の壁面１４にかけて断面円形の筒状凹部からな
る凹部１５が形成されている。凹部１５はスリット９の
長手方向に沿っている。

【００２６】スリット９の凹部１５に、該凹部１５を貫
通して断面円形のシール用ピンからなるシール材１６が
配置され、シール材１６の外径は、凹部１５の径より細
く、スリット９の幅寸法より太くなっており、凹部１５
に遊挿されている。シール材１６は凹部１５の内周壁と
スリット９の外方の綾線部９Ａ，９Ａ，内方の綾線部９
Ｂ，９Ｂの間に位置している。スリット９の外方の綾線
部９Ａ，９Ａ，内方の綾線部９Ｂ，９Ｂは、シール材１
６のストッパとしての機能を有する。また、図６に示す
ように、シール材１６の両端１６Ａ，１６Ｂは、ケーシ
ング３の環状溝部３Ａの両端面３Ｂ，３Ｃに挟持されて
いる。

【００２７】ここで、スリット９の一方の壁面１３と他
方の壁面１４にかけての幅寸法Ｈは、最大温度時に０と
なるのが望ましいが、余裕代を見込んであり、最大温度
時においても、一方の壁面１３と他方の壁面１４は接触
することはない。また、シール材１６の径は、最大温度
時に凹部１５内で遊挿状態が可能な径以下の寸法になっ
ている。

【００２８】しかして、本実施の形態においては、外側
リング板７には、数か所（図では６か所）に亘って、ス
リット９により外側リング板７の円周方向における熱変
形を吸収するとともに、内側リング板６には、数か所
（図では６か所）に亘って、内側リング板用スリット１
０を設けて内側リング板６の円周方向における熱膨張変
化を許すことにより、内側リング板６，外側リング板
７，各羽根８に作用する熱応力の逃げ場所とし、内側リ
ング板６，外側リング板７，各羽根８の過大な熱応力を
防止し、変形したり，亀裂が発生したりするといった損
傷が防止されている。

【００２９】そして、凹部１５内に遊挿されているシー
ル材１６は、燃焼ガスの圧力により半径外方に押圧され
る。シール材１６の外径は、スリット９の幅寸法より太
くなっていることから、シール材１６はスリット９の外
方の綾線部９Ａ，９Ａに線接触する。そして、外側リン
グ板７の内側空間と外側空間がシール材１６を介して遮
断される。すなわち、燃焼ガスは、シール材１６によ
り、外側リング板７の内側空間から外側空間に漏れるこ
とが防止されている。

【００３０】この場合、シール材１６は凹部１５内に遊
挿されていることから、スリット９に対してストッパと
しては機能せず、熱変形に応じて、スリット９の両壁面
１３，１４間の幅寸法Ｈは変化することが可能になって
いる。また、凹部１５に、該凹部１５を貫通して、シー
ル材１６が遊挿されているので、熱変形が生じても、シ
ール材１６はスリット９に関係なく熱膨張し、スリット
９における両壁面１３，１４に力を及ぼすことはない。

【００３１】以上の如き構成によれば、外側リング板７
のスリット９により外側リング板７の円周方向における
熱変形を吸収しつつ、スリット９の凹部１５に遊挿され
たシール材１６により燃焼ガスの外側リング板７の内側
空間から外側空間に漏れることを防止し、機械部品等の
周辺部品の耐久性を確保し、また、人体その他の環境に
悪影響を及ぼすことを排除することができ、また、作動
流体の漏れ量の減少により、タービン効率を向上させる
ことができる 。

【００３２】また、凹部１５は、スリット９の両側の壁
面１３，１４に亘って断面円形に構成され、シール材１
６は断面円形に構成されているので、燃焼ガスによりシ
ール材１６はスリット９の外方の綾線部９Ａ，９Ａに着
座し、外側リング板７のスリット９における外側空間へ
の燃焼ガスの漏れの防止が確実となる。さらに、外側リ
ング板７のスリット９にドリルで穿設することにより凹
部１５を造れば良いので、凹部１５の加工が簡単であ
る。また、シール材１６は断面円形になっているので、
製作が簡単であり、コストダウンを図ることができる。

【００３３】なお、本実施の形態においては、作動流体
の例として燃焼ガスを例に挙げて説明したが、燃焼ガス
に限定されず、例えば水蒸気に適用できる。また、本実
施の形態においては、凹部１５は、スリット９の両側の
壁面１３，１４に亘って断面円形に構成されるととも
に、シール材１６は断面円形に構成されているが、図７
に示すように、スリット９の一方の壁面１３を半円形状
の断面に形成し、他方の壁面１４を直線状の断面に形成
し、シール用ピン１６を断面円形に構成することもでき
る。

【００３４】さらに、本実施の形態においては、静翼１
０４は、ろう付けにより羽根８の内端側８Ａが内側リン
グ板６に固定されるとともに外端側８Ｂが外側リング板
７に固定されているが、これに限定されることなく、例
えば、静翼１０４を、精密鋳造で一体形することもで
き、溶接により一体化することもできる。そして、本実
施の形態においては、スリット９及び内側リング板用ス
リット１０の形状は、上述した形状に限定されることな
く、ガスの状態，外側リング板，内側リング板，ケーシ
ング等の形状により任意に決定することができる。

【００３５】そして、請求項１，請求項２記載の発明の
実施の形態に係わる軸流式タービンの静翼におけるシー
ル装置を説明したが、請求項１，請求項３記載の発明の
実施の形態に係わる軸流式タービンの静翼におけるシー
ル装置の要部を図８に示す。請求項１，請求項３記載の
発明の実施の形態に係わる軸流式タービンの静翼におけ
るシール装置は、請求項１，請求項２記載の発明の実施
の形態に係わる軸流式タービンの静翼におけるシール装
置と基本的には同様の構造であるが、相違する部分のみ
を説明する。

【００３６】図において、スリット９に、断面４角形状
の凹部３１が形成されている。凹部３１は、スリット９
の両側の壁面１３，１４に亘って断面４角形状に構成さ
れている。凹部３１は、スリット９の両側の壁面１３，
１４に亘って着座面３２，３２を有している。本実施の
形態においては、シール材としてシール用プレート３３
が用いられ、シール用プレート３３は断面４角形状に構
成され、凹部３１の着座面３２，３２に接触する押圧面
３４を有している。

【００３７】燃焼ガスの圧力により、シール用プレート
３３が径外方に押圧され、シール用プレート３３の押圧
面３４が凹部３１の着座面３２，３２に当接して面接触
する。本実施の形態によれば、請求項１，請求項２記載
の発明の実施の形態に係わる軸流式タービンの静翼にお
けるシール装置による効果に加えて、燃焼ガスの圧力に
より、凹部３１の着座面３２にシール用プレート３３の
押圧面３４が面接触するので、外側リング板７のスリッ
ト９における外側への燃焼ガスの漏れの防止が確実とな
る。

【００３８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、外側リン
グ板のスリットにより外側リング板のの円周方向におけ
る熱変形を吸収しつつシール材により作動流体の外側リ
ング板の内側空間から外側空間に漏れることを防止し、
機械部品等の周辺部品の耐久性を確保でき、また、人体
その他の環境に悪影響を及ぼすことを排除することがで
きる。

【００３９】さらに、作動流体の漏れ量の減少により、
タービン効率率を向上させることができる 。請求項２
記載の発明によれば、外側リング板のスリットにドリル
で穿設することにより凹部を造れば良いので、凹部の加
工が簡単である。また、シール材は断面円形になってい
るので、製作が簡単であり、コストダウンを図ることが
できる。請求項３記載の発明によれば、作動流体の圧力
により、凹部の着座面にシール用プレートの押圧面が面
接触するので、外側リング板のスリットにおける外側へ
の作動流体の漏れの防止が確実となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１，請求項２記載の発明の実施の形態に
係わる軸流式タービンの静翼におけるシール装置の要部
を示す正面図である。

【図２】図１のスリット付近の拡大図である。

【図３】同軸流式タービンの静翼を示す正面図である。

【図４】図３のＸ１方向矢視図である。

【図５】同軸流式タービンの静翼を示す側面説明図であ
る。

【図６】同軸流式タービンの静翼の羽根を示す側面断面
図である。

【図７】同軸流式タービンの静翼におけるシール装置の
変形例の要部を示す拡大正面図である。

【図８】請求項１，請求項３記載の発明の実施の形態に
係わる軸流式タービンの静翼におけるシール装置の要部
を示す拡大正面図である。

【図９】従来における軸流式タービンの静翼を示す正面
図である。

【図１０】図９のＸ２方向矢視図である。

【図１１】同軸流式タービンの静翼を示す側面説明図で
ある。

【図１２】同軸流式タービンの静翼の１段目の羽根を示
す側面断面図である。

【図１３】図９のスリット付近の拡大正面図である。

【符号の説明】

１ 軸流式タービン ２ 回転軸 ３ ケーシング ４ 静翼 ６ 内側リング板 ７ 外側リング板 ８ 羽根 ９ スリット １５ 凹部（筒状凹部） １６ シール材（シール用ピン）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸の回りに、該回転軸の軸線に同心
   状に配置された内側リング板と、 内側リング板の外側に、回転軸の軸線に同心状に配置さ
   れた外側リング板と、 内端側を内側リング板に固定するとともに外端側を外側
   リング板に固定した複数の羽根を円周状に配列してなる
   静翼とを備え、 外側リング板に、該外側リング板の一端面から他端面に
   かけて直線状のスリットが２つの隣接する羽根の間に形
   成され、 スリットの壁面に、該スリットの長手方向に沿って凹部
   が形成され、 スリットの凹部に、該凹部を貫通して該スリットの幅寸
   法よりサイズが大きいシール材が遊挿されていることを
   特徴とする軸流式タービンの静翼におけるシール装置。
2. 【請求項２】 該凹部は、スリットの両側の壁面に亘っ
   て断面円形とされた筒状凹部に形成され、シール材は断
   面円形に構成されているシール用ピンであることを特徴
   とする請求項１記載の軸流式タービンの静翼におけるシ
   ール装置。
3. 【請求項３】 該凹部は、スリットの両側の壁面に亘っ
   て着座面を有してなり、シール材は該凹部の着座面に接
   触する押圧面を有しているシール用プレートであること
   を特徴とする請求項１記載の軸流式タービンの静翼にお
   けるシール装置。