JPS5918210A - 冷熱ガスタ−ビン用ラビリンスパツキン - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は液化天然ガス等を利用した冷熱ガスタービン用
のラビリンスパツキンに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般にタービンのタービン作動流体の漏洩防止のために
各種パツキンが用いられている。冷熱ガスタービンのタ
ービンロータとケーシングとの隙間等で生じるロータ軸
線方向に沿った冷熱ガスのに洩通路からの漏洩を防止す
るために用いられるものにラビリンスパツキンがある。

このラビリンスパツキンは、タービンロータの表向にタ
ービン口〜りの軸と同軸の円周溝が多数段けられ、ケー
シングに一端が固定されたパツキンフィンの他端が自由
端として溝が設けられたタービンロータ表面に近接する
ように設けられている。このパツキンフィンはタービン
ロータ軸方向く＝複数開設けらｎ、タービンロータとケ
ーシングとの隙間に狭部、拡大部を多数形成する。

このようＣニラビリンスパッキンが設けられていると漏
洩する冷熱ガスが狭部にて絞られ、拡大部にて速度が減
殺されることを繰返し、冷熱ガスの漏洩が防止される。

しかしながら冷熱ガスタービン作動時の温度下降に伴な
う熱収縮によりケーシングとタービンロータとのＦ４間
等の漏洩通路が狭くなり、極端な場合にはパツキンフィ
ンとタービンロータとが接触しタービンロータ表面１ユ
損傷を与えるおそれがある等のタービン運転上の間融点
があった。従って設計時にこのような熱収縮をみこんで
ある程度このような隙間を広めに設定していた。そのた
めこの隙間はあまり狭くすることができず、漏洩ガス量
が増加してしまうという問題点もあった。このような漏
洩を防止するためには、パツキンフィンとロータとの間
隔の縮少、パツキンフィンの数の増加等の方法が考えら
れるが、前者はラビングという運転上のトラブル、後者
はスパンの増長につながりこれに伴いタービンロータが
長くなる等の間融があるためおのずから限界があり、漏
洩冷熱ガス量の減少は非常に難しい間融であった。

〔発明の目的〕

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、タービン
ロータ等を損傷することなく、タービン作動流体の漏洩
を減少し、タービン効率を向上するラビリンスパツキン
を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕 本発明のラビリンスパツキンは、タービンロータとケー
シングの隙間、タービンロータと６ノズルダイヤフラム
の内輪との隙間、ケーシングと動翼との隙間等のタービ
ン作動流体の漏洩通路に狭部、拡大部を形成するように
バイメタルからなるパツキンフィンが設けられている。

このバイメタルからなるパツキンフィンはタービン作動
時の低温環境で、この漏洩通路を広くする方向に変位す
るように構成されている。

タービン作動流体としては液化天然ガス等の低温島圧の
流体を用いるので、タービン作動時の温度下降（＝伴な
うケーシング、タービンロータ等の熱収縮により前述の
漏洩通路の隙間が狭くなるが、本発明のごとくパツキン
フィンがバイメタル効果によりこの漏洩通路を広くする
ように変位するので、パツキンフィンがタービンロータ
、動翼等に接触することがなくタービンロータ、動翼等
の損傷のおそれがない。またこのパツキンフィンの変位
置な調整することＣ二より漏洩通路を変化させないかあ
るいは狭くすることができるので漏洩ガス蓋を減少させ
ることができタービン効率は従来のものと同等以上のも
のを得ることができる。

〔発明の実施例〕

本発明な冷熱ガスタービンのタービンロータとゲージン
グとの隙間からの冷熱ガス漏洩の防止に用いた実施例を
示す。第１図に蒸気タービンの部分断面図を示し、第２
図に第１図中要部ａの拡大図を示す。

タービンロータ（１１の表面には、タービンロータ（１
１の回転軸と同軸の円周溝（２）が軸方向Ｃ二複数個設
けられている。またケーシング（３）には円弧状のパツ
キンリング（４）が例えシ１バネ等の伸縮可能な固定ｍ
　材（５）　ｔ：、て固定され、このようなパツキンリ
ング（３）は複数個組合わせられ円環状に構成されてい
る。

このパツキンリング（３）のタービンロータ（１）（二
対向する表面（二はパツキンフィン（６）がタービンロ
ータ（１）軸線方向（：そって複数個設けられており、
このパツキンフィン（６）の一端はパツキンリング（４
）に固定され、他端は自由端としてタービ・ンロータ（
１）の円周溝（２）が設けられた表面に近接するように
設けられでいる。従ってパツキンフィン（６）の自由端
とタービンロータｔｉ＞表面との隙間で漏洩通路の狭部
を構成し、隣りあうパツキンフィン（６）の間が拡大部
となり、この狭部、拡大部のくり返しく二より冷熱ガス
の漏洩を防ぐこと（二なる。

このパツキンフィン（６）は、低熱膨張係数を有する板
材（８）として１３％Ｃｒ−、−Ｆｅ　　のフェライト
系ステンレス鋼、高熱膨張係数を有する板材（７）とし
て１８％Ｎｉ−１２％Ｃｒ−１’ｅのオーステナイト糸
ステンレス鋼、摩耗性材料からなる板材（９）として例
えばＣｕ　がこの順（；接合されてなる接合板からなる
。

形状は高熱膨張係数を有する板材（力から低熱膨張係数
を有する板材（８）へむかって凸となるように湾曲して
おり、タービンロータｆｌ）の表面にもつとも近接して
いるのは摩耗性材料からなる板材（９）になる。各板材
（力、　（８）　、　（９）の板厚及びパツキンフィン
（６）の湾曲の度合は、タービン作動時の低温環境下で
パツキンフィン（６）の先端がタービンロータｔｌ＞　
３面に接触せずかつ漏洩通路の間隔を広げないよう６二
適宜設計時に設定する。

以上のように構成された冷熱ガスタービンにおいては、
タービン作動時の温度下降に伴ないタービンロータ（１
）、ケーシング（３）とも（二熱収Ｎ６Ｖ生じ、タービ
ンロータ（１）とケーシング（３）との隙間が狭くなり
極端な場合にはパツキンフィン（６）の先端がり一ビン
ロータ（Ｉ）（ユ接触してしまうおそれがあるが、バイ
メタル効果Ｉ：よりパツキンフィン（６）が湾曲しこの
隙間を広くする方向に変位するので、パツキンフィン（
６）がタービンロータ（１）と接触するのを防ぐことが
できる。またこのパツキンフィン（６）の変位量を調整
すること（二より隙間の間隔をかえないかあるいは減少
させることができるので、漏洩ガスｔ’を減少すること
ができタービン効率の向上にもつながる。

またこの隙間の制御はバイメタル効果による変位量を調
整することにより行なうことができるので、部品数を増
加することなくパツキンフィンの接触の防止、漏洩ガス
量の減少を行なうことができる。また熱収縮による変位
とパツキンフィンのバイメタル効果による変位とを考慮
することにより比較的容易に寸法精度等を得ることがで
き、設計上非電に有効である。

またパツキンリング（４）は伸縮可能な固定部材（５）
にて固定されているので、何らかの原因でパツキンフィ
ン（６）がタービンロータ（１）　ｌ二接触した場合こ
の固定部材（５）が縮み、パツキンフィン（６）とター
ビンロータ（１１との接触を緩和することができ、この
接触（：よるタービンロータｆｉ＋の損傷を防止するこ
とができる。さらに湾曲しているパツキンフィン（６）
自体がバネ効果な有するので、このような接触がおこっ
た場合速やかＣニパッキンフィン（６）から縮み、ター
ビンロータ（１）の損傷を防止することができる。また
パツキンフィン（６）の先端が摩耗性材料であるので何
らかのＩ京因でパツキンフィン（６）がタービンロータ
（１）に接触した場合パツキンフィン（６）が速やかに
摩耗するのでタービンロータ（１）の損傷を防止するこ
とができる。

パツキンフィン（６）のパツキンリング（４）への固定
方法は、植入み、ボルト止め、溶接、ピン止め、カシメ
などの一般の固定方法でよい。さらにパツキンフィン（
６）の凹面を高圧個人、凸面を低圧側ＢＣ二位置するよ
う（二股ければ、＾圧の冷熱ガスによりパツキンフィン
（６）が押され、パツキンフィン（６）は冷熱ガス漏洩
通路を狭くする方向に変位するので、さらに冷熱ガスの
漏洩′ｋｋを減少することができる。

またパツキンフィン（６）全高圧環境下におく場合、あ
る程度の強度をもたせかつ、タービンロータ（１）口接
触した場合タービンロータ（１）を二損傷を与えない程
度の摩耗性をもたせることが必要であるが、この実施例
においては高熱膨張係数を有する板材（力と低熱膨張係
数を有する板材（８）によりこの強度をもたせ、摩耗性
材料（９）によりこの摩耗性をもたせることができ、強
度及び摩耗性を同時に満足することができる。

この実施例に示したパツキンフィンの形状以外でも低温
環境で冷熱ガスの漏洩通路を広くする方向Ｃ二変位する
バイメタルで構成されたパツキンフィンを用いれば本発
明の効果が得られることは言うまでもない。例えば、く
の字状に曲げられたバイメタルを用い℃もよいし、一部
に湾曲状部を有する形状のバイメタルでもよい。また湾
曲状部を複数個有する形状でもよい。このように複数個
の湾曲状部を設けることによりパツキンフィンの変位置
を大きくすることもできる。また湾曲させなくても、高
熱膨張率側がパツキンリングに近づくよう：：斜め）ニ
バイメタルを植込んだ形状のパツキンフィンでも同様の
効果を得る。

パツキンフィンを構成する各板材の接合類は第１図及び
第２図に示した実施例に限るものではない。本発明の他
の芙施例を第３図に概略的に示す。

第３図に示す実施例では摩耗性材料からなる板材（９）
を高熱膨張係数を有する板材（７）と低熱膨張係数を有
する板材（８）とではさむように接合し、パツキンフィ
ン（６）を構成している。さら（：パッキンフィン（６
）の形状は高熱膨張係数を有する板材（力から低熱膨張
係数を有する板材（８）の方向へ凸となるようにくの字
状（：湾曲しており、先端では摩耗性材料からなる板材
（９）が突出するように先端にむかって細くなるように
テーパ状とされている。他の構成は′！１１１１図及び
第２図に示した実施例と同じとし、パツキンリング１４
）ｌ：、パツキンフィン（６）が接合され、タービンロ
ータ（１）表面Ｉ；パツキンフィン（６）の先端が近接
された構造をとる。

第３図ｔユ示す実施例でも第１図及び弗２図に示した実
施例と同様な効果ン得ることはいうまでもないが、先端
１：おいてテーバ状とされていること１二よりパツキン
フィン（６）が摩耗しやすくタービンロータ（１）への
損傷を防止する効果がさらに増加する。

またパツキンフィンの先端において各板材をそろえずに
接合すればパツキンフィンの数を増加せずに狭部の数な
増加することができ、ラビリンスパツキンのシール効果
をさらに増すことができる。

第４図惺；先端セおいて板材をそろえずに接合した本発
明の実施例ｙａ／概略的に示す。この実施例のパツキン
フィン（６）では摩耗性材料からなる板材（９）を高熱
膨張係数を有する板材（７）と低熱膨張係数を有する板
材（８）とではさむように接合され、パツキンフィン（
６）の先端唱；おいて摩耗性材料からなる板材（９）が
突出するように接合されている。このパツキンフィン（
６）は高熱膨張係数を有する板材（７）がパツキンリン
グ（４）に近くなるように斜めにパツキンリング（４）
に接合されており、先端がタービンロータ（１）　＋＝
近接するように構成されている。このような構成にする
ことで、低熱膨張係数を有する板材（８）の先端と、摩
耗性材料からなる板材（９）の先端とで狭部Ｃ、Ｃ’　
　を構成することができ、一枚のパツキンフィン（６）
で２ケ所の狭部を構成することになりシール効果が増大
する。他の構成は第１図及び第２図口承した実施例と同
様とし、この実施例と同等の効果な得ることはいうまで
もない。

以上の実施例では摩耗性材料からなる板材を用いてパツ
キンフィンの先端を摩耗性としたが、パツキンフィンの
先端のみに摩耗性材料を設けてもよい。製造上は板材！
用いて構成した方が容易である。

また以上の実施例ではパツキンリングにパツキンフィン
を接合した場合を説明したが、直接ケーシング（−パツ
キンフィンを設けてもよい。このよう庵：直接ケーシン
グにパツキンフィンを設けた場合でも、前述のようにパ
ツキンフィン自体にバネ効果をもたせることができるの
で、パツキンリングを伸縮可能な固定部材で固定したの
と同等の効果を得ることができる。さら電二本発明では
漏洩通路の広がりｌ防止できるので、冷熱ガス漏洩減少
のためセ設けられているタービンロータ表面の円周溝の
深さな小さく又はなくしてしまうことが可能である。こ
の円周溝は熱応力の集中、冷熱ガス留が起こり易く応力
腐食割れ、腐食疲労などのタービンロータの環境破壊の
一因となり、このよう（−円周溝を小さく又はなくすこ
とにより、このようなタービンロータの環境破壊の一因
な除去することができ、タービンの信頼性を向上するこ
とができる。

またタービンロータとケーシングとの隙間からの冷熱ガ
ス漏洩を防止する他も二ケーシングと動翼との隙間、ノ
ズルダイヤプラムとタービンロータとの隙間等のタービ
ンロータ軸線方向の漏洩通路からの冷熱ガスの漏洩を防
止するために用いてもよい。

！１１（ＩＱ）とケーシング（３）との隙間からの冷熱
ガス漏洩を防止するためにラビリンスパツキンを用いた
本発明の他の実施例を第５図Ｉ：ｉ略的にボす。

ケーシング（３）には高熱膨張係数を有する板材（７）
と低熱膨張係数を有する板材（８）と摩耗性材料からな
る板材（９）とが接合されてなるパツキンフィン（６）
が固定されており、動Ｈ鵠の回転軸方向に複数個設けら
れている。このパツキンフィン（６）はもつとも動翼α
呻に近接するのが摩耗性材料からなる板材（９）となる
よう（＝構成され、パツキンフィン（６）は板材（７）
から板材（８０−向かう方向口凸となるように湾曲して
いる。

このように構成されたラビリンスパツキンでは、タービ
ン作動時の温度下降堪；伴なう熱収縮口より隙間が狭く
なるのをパツキンフィン（６）のバイメタル効果により
打消すことができるので動ＨＱＩとパツキンフィン（６
）の接触を防止することができる。

またパツキンフィン（６）はバネ効果を有するので、何
らかの原因でパツキンフィン（６）が動翼ａｅに接触し
た場合でもこの接触を緩和することができ、動Ｊｉｉ１
（１１に損傷を与えるのを防止できる。またパツキンフ
ィン（６）の先端が摩耗性材料であるので接触した場合
でもパツキンフィン（６）が速やかに摩耗し動ｋａ呻に
損傷を与えるのを防止できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、タービンロータ動
翼等に損傷を与えることなくかつタービン効率を向上す
ることができる冷熱ガスタービン用ラビリンスパツキン
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を説明するための断面概略図、
第２図は第１図中要部ａの拡大断面図、第３図乃至第５
図は本発明の他の実施例を説明するための断面概略図。 ６・・・パツキンフィン ７・・・高熱膨張係数を有する板材 ８・・・低熱膨張係数を有する板材 ９・・・摩耗性材料からなる板材 代理人　弁理士　則　近　憲　佑（ほか１名）第　　１
　　図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 冷熱ガスタービンのタービン作動流体の漏洩通路（二狭
   部及び拡大部を形成するように設（すられたパツキンフ
   ィンを具備する冷熱ガスタービン用ラビリンスパツキン
   において、前記パツキンフィンがタービン作動時の低温
   環境で漏洩通路を広くする方向に変位するバイメタルか
   らなり、前記パツキンフィンの先端が摩耗性材料からな
   ることを特徴とする冷熱ガスタービン用めラビリンスパ
   ツキン０