JPS62243901A

JPS62243901A - タ−ビンのシ−ル部間隙調整装置

Info

Publication number: JPS62243901A
Application number: JP8674086A
Authority: JP
Inventors: Masataka Kikuchi; 菊地　正孝
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-04-15
Filing date: 1986-04-15
Publication date: 1987-10-24

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】（発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はタービンのシール部間隙調整装置に係り、特に
、タービンの静止部とフィンセグメントとを連結するベ
ローズに作用する最大応力を低減しベローズの耐久性を
向上させるとともに、ベローズの破断の際にフィンセグ
メントが脱落することのないようにしたタービンのシー
ル部間隙調整装置に関する。

（従来の技術）近年、燃料価格の高騰に対応してタービン性能の向上が
益々重要視されており、種々の性能向上対策が提案され
ているが、この性能向上対策として最も効果的なものは
、タービンの各部に不可避的に存在する静止部と回転部
との間隙から漏洩する蒸気口を減らすことにある。

第５図はこの柵の従来の蒸気タービンの組立断面の上半
部を示す図であって、タービン車軸１に固設された動翼
２とノズル外輪３との間、タービン車軸１とノズル内輪
４との間、およびタービン車軸１とケーシング５との間
には、それぞれチップフィン、ノズルパツキン、グラン
ドパツキンと呼ばれる蒸気漏洩防止用のシール装置が設
けられている。

第６図は、これらのシール装置の一例を示したものであ
り、上記動画２とノズル外輪３との間のチップフィンを
示した断面図である。静止部であるノズル外輪３には、
動翼２の外周端と対向する部分に周方向に延びる蟻溝状
の取付溝６が形成されており、その取付溝６には前記動
ＸＩ２の外周面に向かって突出した複数個の周方向に延
びるシールフィン７を設けたセグメント８が装着されて
いる。上記シールフィン７と回転体である動翼２の先端
部との間には所定の微少間隙が形成され、このｒ１隙か
らの蒸気漏洩を最少限に保持している。

ところで、この種の非接触型のシール装置において、蒸
気の漏洩防止効果を決定する最大の要因は、シールフィ
ン７の先端と回転体との間隙の大きさであり、この間隙
が小さいほど漏洩間は少なくなるがこの間隙を余り小さ
くすると運転中にシールフィンと回転部が接触し、回転
部やシールフィンが破損したり、接触により軸振動が増
加して運転の続行が不可能となったり、接触による発熱
で回転部に曲がりを生じたりする等の問題があった。

このような接触は、タービンの運転状態により間隙値が
変化するためで、そのような変化はケーシングの不均一
な熱変形、圧力による変形、あるいはタービン車軸を支
承する軸受の支持特性等の種々の要因により生じ、特に
、タービンの起動時や停止時、あるいは負荷変化時に集
中して発生する。定常運転時には変形量や変化量が時局
とともに一定値に落ちつくため、間隙の変化量はきわめ
て小さく、起動停止、負荷変化時の間隙状態を考慮して
設定した間隙で運転すると、長時間にわたる定常運転時
には不必要に大きな間隙となり、蒸気の漏洩間が増大す
る。

このような不具合を解消するため、従来、フィンセグメ
ントと静止部との間に駆動機構を設け、運転状態に応じ
て、または、シール部の間隙の実測値に応じて間隙を変
化させる可動型のシール機構を設けたものが提案されて
いる。

第７図はこの種の従来の可動型のシール部間隙調整装置
の一例を示しており、取付溝６に装着されたセグメント
８は伸縮自在な内圧式のベローズ１０を介して７ランジ
休１１に連結され、この７ランジ体１１は取付ボルト１
３を介してノズル外輪３に螺着されている。ノズル外輪
３には作動流体の導入孔１４が穿設され、この導入孔１
４は取付ポルト１３に穿設された連通孔１５を介してベ
ローズ１０の内部室１７と連通している。ベローズ１０
の外側に位置する外部室１８は、セグメント８とノズル
外輪３との間隙から流入するタービンの作動流体によっ
て満たされ、この外部室１８内の作動流体の圧力と上記
内部室１７内の作動流体の圧力との差圧によってベロー
ズ１０を半径方向に伸縮させるようになっている。上記
内部室１７内の圧力Ｐ１が外部室１８内のタービンの作
動流体による圧力Ｐ２より高いとその差圧によってベロ
ーズ１０が伸長し、セグメント８に設けられたシールフ
ィン７の先端と動翼２との間隙が狭められ蒸気の漏洩が
防止される。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、この内圧式のベローズ１０を用いたシー
ル部間隙調整装置は以下のような問題点を有する。第１
に、ベローズ１０ｊ？）内部室１７内に高圧の作動流体
が供給され、ベローズ１０が伸長し、セグメント８がタ
ービンの半径方向内側に押し出されたとき、第８図に示
されるようにベロー板１０ａの内径側の部分Ａにはベロ
ーズ１０内外の差圧による力ＦＩ）がベローズ１０の伸
びによって生じる力Ｆ。を相殺する方向に作用するが、
ベロー板１０ａの外径側の部分Ｂには差圧による力Ｆ　
とベローズの伸びによって生じる力Ｆ８とがともにベロ
ー板１０ａを開くように作用するため、その部分Ｂのベ
ロー板１０ａの曲げ応力が過大になり易い。第２に、ベ
ローズ１０にき裂が発生し、第９図に示されるように破
断した場合、ベローズ１０内外の差圧が零となってもベ
ローズ１０の長さは収縮せず、セグメント８が押し出さ
れたままとなったり、あるいは、セグメント８が脱落し
てタービンの起動停止時にシールフィン７の先端と回転
体とが接触しタービンに異常振動を誘起する可能性が高
い。第３に、可動型のシール部間隙調整システムにおけ
るｍ重要部品のひとつであるベロ゛−ズ１０が蒸気流の
中に常時晒されるため、蒸気流の中に含まれる微細固体
粒子等によってベロー板１０ａが侵食を受け、ベローズ
１０の強度が低下する。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであって
、その目的とするところは、ベローズのベロー板に作用
する最大応力を大幅に低減でき、ベローズが破断した場
合にもセグメントが脱落することのないフェイルセーフ
の機構を有し、蒸気中の固体粒子の衝突からベローズを
保護できる、信頼性ならびに安全性の高いシール部門ｍ
調整装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明は、タービンの回転部
に対向させてシール用のフィンセグメントをタービンの
静止部に伸縮自在なベローズを介して装着し、このベロ
ーズの内外に供給される作動流体の圧力差で、前記フィ
ンセグメントをタービンの半径方向に移動可能にしたタ
ービンのシール部間１ＩｉＩ調整装置において、前記静
止部に中空状の外筒体を固着するとともに、前記フィン
セグメントに前記外筒体の内側に受容される内筒体を固
着し、前記外筒体と内筒体との空間領域に前記ベローズ
を介装し、このベローズの両端を両者の筒体のそれぞれ
の先端側に連結し、前記べ０−ズの内側にはタービンの
作動流体を、また、その外側には前記静止部側からの作
動流体を供給できるようにしたものである。

（作　用）上述の構成に基づいて本発明の詳細な説明すると、ター
ビンの作動流体の圧力が静止部側からの作動流体の圧力
よりも高くなると、前記べ０−ズが圧縮されて前記内筒
体が外筒体より突出し、フィンセグメントとタービンの
回転部との間隙が狭められその間隙から漏洩する蒸気量
が減少する。

この際に、ベローズの外側に供給されるタービンの作動
流体中に含まれる固体粒子等は外筒体に衝突したのち外
筒体とベローズとの間に流入しベローズに直接衝突する
ことはない。また、ベローズが破断じた場合には上記作
動流体による差圧がなくなり、ベローズの全長はほぼ元
の状態に復帰してフィンセグメントとタービンの回転部
との間隙は大きくなり、フィンセグメントの脱落は防止
され、フィンセグメントと回転部との接触が防止される
。

（実施例）以下本発明によるタービンのシール部間ｇｔ調整装置の
一実施例を第１図乃至第４図を参照して説明する。なお
、図中第６図と同一部分には同一符号を付しその説明を
省略する。

第１図はノズル外輪３に形成された周方向に延びる蟻溝
状の取付溝６内に装着された本発明による外圧式のベロ
ーズを示し、第２図は外圧式のベローズを拡大して示し
た斯面図である。

第２図において符号２０は外筒体を示し、この外筒体２
０は中空円筒状の筒部２０ａと、この筒部２０ａの一端
部に位置し中央にボス２１を有する取付部２０ｂと、筒
部２０ａの他端部に位置しその内側に突出する環状の座
部２０ｃとにより一体的に形成されている。そして、取
付部２０ｂのボス２１にはめねじ孔２１ａが形成されて
おり、外筒体２０は第１図に示されるように取付ボルト
１３を介してノズル外輪３に螺着されている。

一方、外筒体２０の内側には内筒体２３が挿入されてお
り、この内筒体２３は中空円筒状の筒部２３ａと、この
筒部２３ａの一端部に位置する取付部２３ｂと、筒部２
３ａの他端部に位置しその外側に突出する環状の座部２
３ｃとにより一体的に形成され、上記取付部２３ｂはセ
グメント８の端面に固着されている。

また、外筒体２０の座部２０ｃと、内筒体２３の座部２
３Ｇとの間にはベローズ２５が介装されベローズ２５の
両端は両者の座部２０ｃ、２３ｃにそれぞれ固着されて
いる。このベローズ２５は複数枚の環状のベロー板２６
．２６・・・２６からなり、これらのベロー板２６．２
６・・・２６は、その内径側の部分Ａおよび外径側の部
分Ｂにおいて、それぞれ周縁全域を、第３図に示される
ようにベロー板融合溶接２８により溶着されている。

しかして、第１図に示されるように上記ノズル外輪３側
から供給される作動流体は導入孔１４を通り、取付ボル
ト１３の外周近傍に形成された環状空間２９を介し上記
取付ボルト１３に穿設された連通孔１５に流入し、さら
に、ボス２１と筒部２３ａとの１ｉｆ１１１１を通り、
ベローズ２５と筒部２０ａとの間の外部室３０内を満た
す。また、上記セグメント８とノズル外輪３との間から
流入するタービンの作動流体は座部２０ｃと取付部２３
ｂとの間隙を通り、ベローズ２５と筒部２３ａとの間の
内部室３１内を満たす。

このように構成された外圧式のベローズ２５は、上記内
部室３１内の圧力Ｐ２と外部室３０内の圧力Ｐ１との差
圧によって伸縮するわけであるが、タービンの作動流体
の圧力Ｐ２より上記圧力Ｐ１が高くなると、ベローズ２
５は収縮してセグメント８をタービンの半径方向に押し
出し、シールフィン７の先端と動翼２との間隙を狭めて
蒸気の漏洩を防止する。

この際に、第４図に示されるように、ベロー板２６の外
径側の部分Ｂにはベローズ２５の内外差圧による力Ｆ、
と、ベローズ２５の縮みによって生じる力Ｆ。とが同じ
方向に作用するが、ベロー板２６が閉じる方向に作用す
るため、互いに隣接するベロー板２６は密着し、ベロー
板２６に過大な変形が生じることはなく、その部分Ｂに
働く応力も過大になることはない。一方、べ〇−板２６
の内径側の部分Ａはベローズ２５の内外差圧による力Ｆ
Ｉ）とベローズ２５の縮みによって生じる力Ｆｏとが互
いに相殺する方向に作用するため過大な応力が生じるこ
とはない。

また、外圧式のベローズ２５において高い応力が集中す
る位置は、第２図に示されるベロー板融合溶接２８によ
る熱影響を受は易い部分Ｃであり、ベローズ２５が破断
する場合にはこの部分Ｃのベロー板２６の厚み方向に向
かってベロー板２６の表面にほぼ直角に破断する。

しかしながら、ベローズ２５が破断するとベローズ２５
の内外差圧がなくなり、ベローズ２５は収縮前のほぼ元
の全長に復帰するから、内筒体２３は外筒体２０の内側
に引き寄せられ、その結果、シールフィン７の先端と動
ｖＡ２との間隙は太き（なり両者の接触によるタービン
の振動等が生じることはなく、ベローズ２５の破断によ
ってセグメント８が脱落することもない。すなわち、外
圧式のベローズ２５はフェイルセーフの構造を有してお
り、その安全性は極めて高い。

さらに、ベローズ２５は外筒体２０と内筒体２３とで囲
まれた環状空間内に収容されているので、高速で流れて
くる蒸気中の固体粒子がベローズ２５に直接衝突するこ
とがなく、ベロー板２６の耐久性は向上する。

（発明の効果）上述したように構成したから、本発明によるシール部間
隙調整装置によれば、ベローズに作用する最大応力を大
幅に低減することが可能となり、構造強度的な信頼性な
らびに安全性を大きく向上させることができる。

また、ベローズの破断に対してフェイルセーフの機構を
有しているため安全性は極めて高いものになる。

さらに、シール部間隙調整装置において最も重要な部材
であるベロー板が、蒸気中の固体粒子の衝突から保護さ
れるのでベロー板の耐久性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明によるシール部間隙調整装置をノズル外
輪に適用した場合の一実施例を示す縦断面図、第２図は
第１図中の外圧式のベローズの断面図、第３図はベロー
板の溶融接合状態を示す断面図、第４図はベロー板に作
用する力の説明図、第５図は従来のタービンを示した縦
断面図、第６図は従来のタービンのシール装置を示した
縦断面図、第７図は従来のタービンのシール部間隙調整
装置を示した縦断面図、第８図は従来のベロー板に作用
する力の説明図、第９図は従来のベロー板が破断した状
態を示す縦断面図である。２・・・動翼、３・・・ノズル外輪、８・・・セグメン
ト、１３・・・取付ボルト、２０・・・外筒体、２３・
・・内筒体、２５・・・ベローズ、２６・・・ベロー板
、３ｏ・・・外部室、３１・・・内部室。出願人代理人　　佐　　藤　　−雄＄　１　図さぁ　３　図第　５　図第σ　図

Claims

【特許請求の範囲】１、タービンの回転部に対向させてシール用のフィンセ
グメントをタービンの静止部に伸縮自在なベローズを介
して装着し、このベローズの内外に供給される作動流体
の圧力差で前記フィンセグメントをタービンの半径方向
に移動可能にしたタービンのシール部間隙調整装置にお
いて、前記静止部に中空状の外筒体を固着するとともに
、前記フィンセグメントに前記外筒体の内側に受容され
る内筒体を固着し、前記外筒体と内筒体との空間領域に
前記ベローズを介装し、このベローズの両端を両者の筒
体のそれぞれの先端側に連結し、前記ベローズの内側に
はタービンの作動流体を、また、その外側には前記静止
部側からの作動流体を供給できるようにしたことを特徴
とするタービンのシール部間隙調整装置。２、前記静止部はノズル外輪であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のタービンのシール部間隙調整
装置。３、前記静止部はノズル内輪であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のタービンのシール部間隙調整
装置。４、前記静止部はタービンケーシングのグランド部であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のタービ
ンのシール部間隙調整装置。５、前記静止部は軸受部の油切りを支えるケーシングで
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のター
ビンのシール部間隙調整装置。