KR20150056659A - 증기 터빈의 시일 구조 - Google Patents

증기 터빈의 시일 구조 Download PDF

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KR20150056659A KR1020157010752A KR20157010752A KR20150056659A KR 20150056659 A KR20150056659 A KR 20150056659A KR 1020157010752 A KR1020157010752 A KR 1020157010752A KR 20157010752 A KR20157010752 A KR 20157010752A KR 20150056659 A KR20150056659 A KR 20150056659A
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다미아키 나카자와
마사루 니시카츠
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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

비용 상승을 초래하지 않고, 스택 링의 시일면의 면압을 증가시킴으로써, 증기 터빈의 증기 배관과 차실 사이의 시일 성능을 향상시키는 것을 목적으로 하고, 스택 링(10A)은 외측 링(10a) 및 내측 링(10b)으로 이루어지고, 인렛 슬리브(16)와 내측 차실(18) 사이에 형성된 환상 간극 s1에 삽입된다. 외측 링(10a)의 외주면 및 내측 링(10b)의 내주면은, 평탄면을 갖는 랜드부(40)와 랜드부(40)의 상하 양측에 형성된 테이퍼면(42, 44)으로 이루어진다. 상하 방향 전체 길이 L0에 대한 랜드부(40)의 길이 L1의 비는 0.3∼0.7이다. 가상 직사각형 BCDE의 면적 S0에 대한 외측 링(10a) 또는 내측 링(10b)의 단면적 S의 비는 0.95 이상으로 설정되고, 테이퍼면(42, 44)의 경사각 θ는 1∼10°로 설정되어 있다.

Description

증기 터빈의 시일 구조 {SEAL STRUCTURE FOR VAPOR TURBINE}
본 발명은 증기 터빈의 주 증기 입구관 등의 증기 배관과 차실 사이의 환상 간극에, 스택 링을 개재 장착하여 이루어지는 시일 구조에 관한 것이다.
증기 터빈의 외측 차실에 형성된 증기 입구부에는, 고온 고압의 증기가 외측 차실과 내측 차실 사이에 구획되어 있는 저압 증기 통로에 누설되는 것을 방지하기 위해, 인렛 슬리브가 설치되어 있다. 인렛 슬리브의 선단은 내측 차실에 천공된 도입 구멍에 삽입되고, 인렛 슬리브의 외주면과, 인렛 슬리브 외주면에 대향하는 내측 차실의 내주면 사이의 환상 간극에 스택 링이 설치되고, 상기 환상 간극을 시일하고 있다. 종래의 스택 링의 구성을 도 8에 의해 설명한다.
도 8에 있어서, 외측 차실(102)에 형성된 주 증기 입구관(104)의 인렛 슬리브(106)가 내측 차실(108)을 향해 연장되고, 인렛 슬리브(106)의 하단부는, 내측 차실(108)의 증기 입구부에 천공된 도입 구멍에 삽입되어 있다. 인렛 슬리브(106)의 외주면과 내측 차실(108)의 내주면(108a) 사이에 형성되는 환상 간극 s에, 스택 링(100)이 개재 장착되어 있다. 스택 링(100)은, 인렛 슬리브(106)의 열팽창을 허용하면서, 환상 간극 s를 시일하고 있다.
스택 링(100)은, 직사각형 단면을 갖는 복수의 외측 링(100a) 및 내측 링(100b)으로 구성되어 있다. 외측 링(100a)과 내측 링(100b)은, 미소하게 직경이 다르고, 외측 링(100a)은 내측 링(100b)보다 미소차로 대직경으로 형성되어 있다. 외측 링(100a) 및 내측 링(100b)은, 인렛 슬리브(106)의 축 방향으로 교대로 배치되어 있다. 외측 링(100a)은 내측 차실(108)의 내주면(108a)과 시일면을 형성하기 위해 설치되지만, 상온에서는, 내측 차실(108)의 내주면과 근소한 간극을 갖도록 설계된다. 내측 링(100b)은 인렛 슬리브(106)의 외주면과의 사이에서 시일면을 형성하기 위해 설치되지만, 상온에서는, 인렛 슬리브(106)의 외주면과의 사이에 근소한 간극을 갖도록 설계되어 있다.
외측 링(100a)의 선팽창 계수를 내측 차실(108)의 선팽창 계수보다 크게 함으로써, 증기 터빈의 운전 시에는, 외측 링(100a)의 외주면과 내측 차실(108)의 내주면(108a)이 밀착하고, 증기의 누설을 방지한다. 마찬가지로, 인렛 슬리브(106)의 선팽창 계수를 내측 링(100b)의 선팽창 계수보다 크게 함으로써, 증기 터빈의 운전 시에는, 인렛 슬리브(106)의 외주면과 내측 링(100b)의 내주면이 밀착하고, 증기의 누설을 방지한다.
외측 링(100a)의 상하면과 내측 링(100b)의 상하면은 서로 접하여 시일면을 형성하고, 증기의 누설을 방지하고 있다. 외측 링(100a)의 내주면과 인렛 슬리브(106)의 외주면 사이, 및 내측 링(100b)의 외주면과 내측 차실(108)의 내주면 사이는, 상온 시 및 운전 시 모두, 간극이 형성되어 있다. 내측 차실(108)의 상단부에 압박재(110)가 고정되고, 압박재(110)에 의해 스택 링(100)의 최상단부를 압박하고 있다.
특허문헌 1에는, 인렛 슬리브가 외측 차실과 별개의 부재로 형성되고, 스택 링이 환상 간극 s로부터 빠져나가는 것을 방지하고, 또한 인렛 슬리브의 회전 방지 기능을 갖는 기구를 구비한 증기 터빈이 개시되어 있다. 특허문헌 2에는, 스택 링을 구성하는 외측 링과 내측 링 사이에 간극이 생기고, 상기 간극으로부터 증기가 누설되는 것을 방지하기 위해, 외측 링과 내측 링의 접촉면을 구면으로 가공한 구성이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 외측 링과 내측 차실 사이에서 선팽창 계수에 차를 설정함으로써, 증기 터빈의 운전 시에 양자를 밀착시킴과 함께, 내측 링과 인렛 슬리브 사이에서 선팽창 계수에 차를 설정함으로써, 증기 터빈의 운전 시에 양자를 밀착시키는 것이 개시되어 있다.
일본 실용신안 출원 공개 소59-115803호 공보 일본 특허 출원 공개 제2001-271608호 공보
종래, 스택 링의 외측 링은, 선팽창 계수가 큰 오스테나이트계 강이 사용되고, 인렛 슬리브 및 내측 차실에는, 선팽창 계수가 중간 정도인 페라이트계 강이 사용되고 있었다. 또한, 내측 링에는, 선팽창 계수가 작은 마르텐사이트계 강이 사용되고 있었다. 그러나, 최근, 증기 터빈의 출력을 향상시키기 위해, 증기 온도를 고온화시킬 필요가 발생하였다. 그로 인해, 인렛 슬리브의 고온 강도를 향상시킬 필요가 발생하고, 따라서, 인렛 슬리브의 재질을 내측 링의 재질과 동종의 마르텐사이트계 강으로 변경하게 되었다. 그로 인해, 내측 링과 인렛 슬리브 사이에서 선팽창 계수의 차가 작아져, 시일에 필요한 면압이 확보하기 어려워졌다.
이 대책으로서, 내측 링에 마르텐사이트계 강보다 선팽창 계수가 작은 초합금을 사용하는 것이 생각되지만, 초합금을 사용하면 비용이 상승하게 된다. 다른 대책으로서, 내측 링과 인렛 슬리브 사이의 간극을 작게 하는 것이 생각된다. 그러나, 이 경우, 정밀한 가공 정밀도가 요구되어, 비용이 상승하게 됨과 함께, 조립도 용이하지 않게 된다고 하는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 1에는, 내측 차실의 내주면에 접하는 외측 링의 접촉면, 및 인렛 슬리브의 외주면에 접하는 내측 링의 접촉면이 모따기되어 있는 것이 도시되어 있다. 그러나, 모따기함으로써, 시일에 필요한 접촉 면압을 확보할 수는 없다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 과제에 비추어, 비용 상승을 초래하지 않고, 스택 링의 시일면의 면압을 증가시킴으로써, 증기 터빈의 증기 배관과 차실 사이의 시일 성능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 증기 터빈의 시일 구조는, 증기 배관의 슬리브부와 차실 사이의 환상 간극 내에 배치되고, 차실에 밀착하는 외주면을 갖는 적어도 하나의 외측 링과, 외측 링과 교대로 환상 간극 내에 배치되고, 증기 배관의 슬리브부에 밀착하는 내주면을 갖는 적어도 하나의 내측 링으로 이루어지는 스택 링을 구비하고 있다. 그리고, 상기 스택 링은, 외측 링과 내측 링 중 적어도 한쪽이, 가상 직사각형의 외주면측 또는 내주면측의 1변을 부분적으로 결손시킨 단면 형상을 갖고, 가상 직사각형의 1변의 길이 L0에 대한, 단면 형상 중 차실 또는 슬리브부에 밀착하는 부분의 길이 L1의 비를 0.3 이상 0.7 이하로 한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 스택 링을 구성하는 외측 링 또는 내측 링의 단면 형상으로서, 가상 직사각형을 상정한다. 상정되는 가상 직사각형의 면적은, 외측 링 또는 내측 링이, 내측 차실의 내주면 또는 증기 배관의 슬리브부의 외주면 사이에서, 필요한 접촉 면압을 발생시키기 위해 필요한 강성을 얻는 관점에서 설정된다. 다음으로, 가상 직사각형의 외주면측 또는 내주면측의 1변을 부분적으로 결손시킴으로써, 접촉면과의 면압을 증가시킬 수 있다. 특히, 결손부와의 경계 영역에 있어서, 접촉 면압을 대폭으로 증가시킬 수 있다. 그로 인해, 내측 차실의 내주면 또는 증기 배관의 슬리브부의 외주면의 접촉 면압을 증가시킬 수 있고, 시일 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, L1/L0을 0.3 이상 0.7 이하로 함으로써, 시일 성능의 향상과 함께, 내측 링으로 슬리브부를 안정 지지할 수 있다.
따라서, 특수한 재질의 스택 링을 사용하는 일 없이, 종래 사용하고 있었던 재질의 스택 링을 사용할 수 있어, 비용이 상승하지 않게 된다. 또한, 스택 링과의 간극을 작게 하지 않아도, 접촉 면압을 높일 수 있으므로, 종래의 가공 정밀도이면 되어, 비용이 상승하지 않게 되고, 또한 조립도 용이하다.
본 발명에 있어서는, 필요 면압을 발생시키기 위해 필요한 외측 링 또는 내측 링의 강성을 확보하기 위해, 가상 직사각형의 면적 S0에 대한 상기 단면 형상의 면적 S의 비는 0.95 이상이면 좋다.
또한, 상기 단면 형상은, 가상 직사각형의 1변의 양단부를 테이퍼 형상으로 결손시켜 형성되는 테이퍼면을 가지면 좋다. 테이퍼면으로 함으로써, 상기 테이퍼면과의 경계 부근의 접촉 면압을 증가시킬 수 있음과 함께, 외측 링 또는 내측 링의 강성의 저하를 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 가상 직사각형의 1변의 양단부에 테이퍼면을 형성함으로써, 가상 직사각형의 중앙 영역에 슬리브부에 대한 지지면을 형성할 수 있고, 슬리브부를 안정 지지할 수 있다. 또한, 슬리브부의 삽입 시에 슬리브부를 테이퍼면을 따르게 함으로써, 슬리브부의 삽입이 용이해진다.
또한, 접촉면에 대해 테이퍼면이 이루는 각도를 1도 이상 10도 이하로 하면 좋다. 이에 의해, 테이퍼면과의 경계 부근의 접촉면의 접촉 면압을 높게 유지하면서, 외측 링 또는 내측 링의 강성의 저하를 최소한으로 억제할 수 있다.
본 발명에 있어서, 외측 링 또는 내측 링의 단면 형상은, 가상 직사각형의 1변을 부분적으로 결손시키는 오목부를 적어도 하나 갖도록 하면 좋다. 이와 같이, 슬리브부 또는 차실의 벽면에 대한 접촉 면적을 저감시킴으로써, 접촉 면압을 증가시킬 수 있다. 특히 오목부와의 경계 부근의 접촉면에서, 외측 링 또는 내측 링의 접촉 면압을 증가시키고, 시일 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 1개 이상의 오목부를 분산 배치시킴으로써, 슬리브부를 안정 지지할 수 있고, 이에 의해, 접촉 면압을 안정 유지할 수 있다.
또한, 상기 오목부는, 가상 직사각형의 1변의 양단부를 결손시키는 한 쌍의 오목부여도 된다. 이와 같이, 오목부를 접촉변의 양단부에 형성하고, 접촉면을 중앙 영역에 형성함으로써, 슬리브부 등의 대향면에 대한 접촉면의 기울기를 방지할 수 있어, 슬리브부를 안정 지지할 수 있다. 그로 인해, 접촉 면압을 안정적으로 유지할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 단면 형상은, 가상 직사각형의 1변을 빗살형으로 결손시키는 복수의 오목부를 갖도록 해도 된다. 이와 같이, 오목부를 분산하여 형성함으로써, 높은 접촉 면압을 발생시키는 영역을 접촉면 전체에 분산하여 형성할 수 있음과 함께, 슬리브부를 안정 지지할 수 있다.
본 발명에 있어서, 슬리브부와 내측 링이, 비교적 가까운 선팽창 계수를 갖는 마르텐사이트계 강으로 형성된 경우라도, 내측 링의 단면 형상이, 상기 단면 형상의 슬리브부에 밀착하는 부분의 길이 L1이 1변의 길이 L0에 대해 0.3배 이상 0.7배 이하로 되도록, 내측 링의 가상 직사각형의 내주면측의 1변이 부분적으로 결손된 형상으로 함으로써, 내측 링의 슬리브부에 대한 접촉 면압을 높게 유지할 수 있어, 내측 링과 슬리브부 사이의 시일 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 비용이 상승하지 않게 되고, 증기 배관의 슬리브부의 외주면 및 내측 차실의 내주면의 접촉 면압을 증가시켜, 차실과 슬리브부 사이에 형성되는 환상 간극의 시일 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 시일 구조를 적용한 증기 터빈의 일부를 도시하는 정면에서 볼 때의 단면도이다.
도 2는 도 1 중의 A부 확대도이다.
도 3은 제1 실시 형태의 스택 링의 단면 형상을 도시하는 설명도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 스택 링의 접촉 면압을 나타내는 선도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 시일 구조의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 시일 구조의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 시일 구조의 단면도이다.
도 8은 종래의 증기 터빈의 증기 배관의 시일 구조를 도시하는 정면에서 볼 때의 단면도이다.
이하, 본 발명을 도면에 나타낸 실시 형태를 사용하여 상세하게 설명한다. 단, 이 실시 형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것만으로 한정하는 취지는 아니다.
(실시 형태 1)
본 발명의 제1 실시 형태를 도 1에 기초하여 설명한다. 도 1에 있어서, 외측 차실(12)에 형성된 주 증기 입구관(14)의 인렛 슬리브(16)가 내측 차실(18)을 향해 연장되어 있다. 인렛 슬리브(16)의 하단부는, 내측 차실(18)의 증기 입구부에 천공된 도입 구멍에 삽입되어 있다. 인렛 슬리브(16)의 외주면(16a)과 내측 차실(18)의 내주면(18a) 사이에 형성되는 환상 간극 s1에, 스택 링(10A)이 개재 장착되고, 스택 링(10A)으로 환상 간극 s1을 시일하고 있다. 내측 차실(18)의 상단부면에 압박재(22)가 볼트(24)로 고정되고, 압박재(22)로 스택 링(10A)의 최상단부를 압박하고 있다.
인렛 슬리브(16)는, 내측 차실(18)에 형성된 도입 구멍을 관통하고, 노즐실(20)의 내부에 도입되어 있다. 인렛 슬리브(16)의 외주면(16a)과 노즐실(20)의 내주면(20a) 사이에 형성된 환상 간극 s2에, 본 실시 형태에 관한 스택 링(10A)이 개재 장착되고, 환상 간극 s2를 시일하고 있다. 노즐실(20)의 상단부면에 압박재(26)가 볼트(28)로 고정되고, 스택 링(10A)의 최상단부를 압박하고 있다.
또한, 주 증기 입구관(14)의 근처의 외측 차실(12)에, 보조 증기 입구관(30)이 설치되어 있다. 증기 터빈의 출력을 증가시키기 위해, 보조 증기 입구관(30)으로부터 내측 차실(18)에 보조 증기가 공급된다. 보조 증기 입구관(30)의 인렛 슬리브(32)는, 내측 차실(18)측으로 연장되고, 내측 차실(18)에 천공된 도입 구멍에 삽입되어 있다. 인렛 슬리브(32)의 외주면(32a)과, 내측 차실(18)의 내주면(18b) 사이에 환상 간극 s3이 형성되어 있다. 환상 간극 s3에 스택 링(10A)이 개재 장착되고, 환상 간극 s3을 시일하고 있다. 내측 차실(18)의 상단부면에 압박재(34)가 볼트(36)로 고정되고, 압박재(34)로 스택 링(10A)의 최상단부를 압박하고 있다.
이하, 환상 간극 s1에 개재 장착된 스택 링(10A)을 예로 들어, 스택 링(10A)의 구성을 도 2 및 도 3에 의해 설명한다. 스택 링(10A)은, 직사각형 단면을 갖는 복수의 외측 링(10a) 및 내측 링(10b)으로 구성되고, 외측 링(10a)은 내측 링(10b)보다 미소차로 대직경으로 형성되어 있다. 환상 간극 s1에, 외측 링(10a)과 내측 링(10b)이 상하 방향으로 교대로 배치되어 있다. 외측 링(10a)은, 상온에서는, 내측 차실(18)의 내주면(18a)과 근소한 간극을 갖도록 설계되고, 내측 링(10b)은, 상온에서는, 인렛 슬리브(16)의 외주면(16a)과의 사이에 근소한 간극을 갖도록 설계되어 있다.
외측 링(10a)은, 예를 들어 Ni·Co·Cr 합금 등의, 선팽창 계수가 큰 오스테나이트계 합금으로 구성되어 있다. 내측 차실(18) 및 노즐실(20)은, 선팽창 계수가 중간 정도인 페라이트계 강 또는 선팽창 계수가 작은 마르텐사이트계 강으로 구성되어 있다. 이와 같이, 외측 링(10a)의 선팽창 계수를 내측 차실(18) 및 노즐실(20)의 선팽창 계수보다 크게 함으로써, 증기 터빈의 운전 시에는, 외측 링(10a)의 외주면과 내측 차실(18)의 내주면(18a) 및 노즐실(20)의 내주면(20a)이 밀착하고, 증기의 누설을 방지한다. 또한, 인렛 슬리브(16)는, 증기 터빈의 출력 증가에 의해, 예를 들어 9％ Cr·1％ Mo강 등의, 고강도이며 선팽창 계수가 작은 마르텐사이트계 강이 사용되어 있다. 내측 링(10b)은, 인렛 슬리브(16)와 마찬가지로, 선팽창 계수가 작은 마르텐사이트계 강으로 구성되어 있다.
외측 링(10a)의 상하면과 내측 링(10b)의 상하면은 서로 접하여 시일면을 형성하고, 증기의 누설을 방지하고 있다. 외측 링(10a)의 내주면과 인렛 슬리브(16)의 외주면 사이, 및 내측 링(10b)의 외주면과 내측 차실(18)의 내주면(18a) 사이는, 상온 시 및 운전 시 모두, 간극이 형성되어 있다. 이에 의해, 외측 링(10a) 및 내측 링(10b)을 환상 간극 s1에 삽입하는 작업을 용이하게 하고 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 내측 링(10b)의 단면 형상을 결정하는 경우, 우선, 필요 강성을 갖도록 단면적이 설정된 가상 정사각형 BCDE를 설정한다. 내측 링(10b)의 내주면은, 중앙에 인렛 슬리브(16)의 외주면(16a)과 평행한 랜드부(40)와, 랜드부(40)의 상하 양측에 테이퍼면(42) 및 테이퍼면(44)이 형성되어 있다. 랜드부(40)의 내주면이 접촉면을 구성한다. 랜드부(40) 및 테이퍼면(42, 44)의 상하 방향 길이는, 랜드부(40)가 테이퍼면(42) 또는 테이퍼면(44)의 2배이다. 예를 들어, 내측 링(10b)의 상하 방향 전체 길이 L0＝14.0㎜일 때, 랜드부(40)의 접촉면의 상하 방향 길이 L1＝7.0㎜이며, 테이퍼면(42, 44)의 상하 방향 길이 L2 또는 L3＝3.5㎜이다. 또한, 테이퍼면(42, 44)의 단부에 있어서의 경사량 t는, t＝0.5㎜이다. 외측 링(10a)의 단면 형상도 내측 링(10b)과 동일한 방법으로 결정되고, 외주면에 랜드부와 테이퍼면이 형성된다.
도 4는 내측 링(10b)의 중앙부(번호 1)로부터 최상단부(번호 15)까지의 접촉 면압의 해석값을 나타낸다. 접촉 면압 해석값 X는, 내측 링(10b)의 단면 형상을, 본 실시 형태와 같이 테이퍼가 형성된 면 FGHIDE(도 3 참조)로 하였을 때의 접촉 면압이며, 접촉 면압 해석값 Y는, 단면 형상을 가상 정사각형 BCDE(플랫면)로 하였을 때의 접촉 면압의 해석값이다. 테이퍼가 형성된 면의 쪽이 전반적으로 접촉 면압이, 플랫면보다 약 1.5배 정도 높아지고, 특히 테이퍼면(42)의 시작점 부근인 G점에서 접촉 면압이 돌출되어 있는 것을 알 수 있다. 내측 링(10b)의 중앙부(번호 1)로부터 하측의 접촉 면압은, 중앙부(번호 1)를 중심으로 상하 대칭의 해석값으로 되어 있다. 또한, 내측 링(10a)에서도 마찬가지의 경향을 나타내는 결과로 되어 있다.
본 실시 형태에 따르면, 스택 링(10A)을 구성하는 외측 링(10a) 및 내측 링(10b)의 접촉 면압을 증가시킬 수 있고, 특히 테이퍼면(42, 44)과의 경계 부근의 영역에서, 돌출된 접촉 면압을 형성할 수 있다. 그로 인해, 스택 링(10A)의 시일 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 인렛 슬리브(16)와 내측 링(10b)은, 비교적 가까운 선팽창 계수를 갖는 마르텐사이트계 강으로 구성되어 있음에도 불구하고, 높은 접촉 면압을 얻고, 높은 시일 성능을 얻을 수 있다. 따라서, 내측 링(10b)의 재료로서 선팽창 계수가 작은 고가의 재료를 사용할 필요가 없으므로, 비용이 상승하지 않게 된다. 또한, 대향면과의 간극을 특별히 작게 할 필요가 없어지고, 종래의 가공 정밀도이면 되어, 비용이 상승하지 않게 되고, 또한 조립도 용이하다.
또한, 랜드부(40)가 외측 링(10a) 및 내측 링(10b)의 상하 방향 중앙부에 형성되어 있으므로, 상하 방향에서 중앙부를 중심으로 대칭의 접촉 면압이 발생한다. 그로 인해, 외측 링(10a) 및 내측 링(10b)이, 상하 방향에서 기울기가 발생하지 않는다. 따라서, 외측 링(10a)과 내측 링(10b) 사이에 형성되는 시일면의 시일 성능을 항상 양호하게 유지할 수 있다. 또한, 랜드부(40)의 양측에 테이퍼면(42, 44)을 형성하고 있으므로, 인렛 슬리브(16)를 삽입하기 쉽다고 하는 이점이 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 상하 방향 전체 길이 L0에 대해, 내측 차실(18)의 내주면(18a) 또는 인렛 슬리브(16)의 외주면(16a)에 밀착하는 랜드부(40)의 접촉면의 상하 방향 길이 L1의 비율이 0.3 이상 0.7 이하일 때, 충분한 접촉 면압과 시일 성능이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 또한, 가상 정사각형 BCDE의 단면적 S0에 대해, 본 실시 형태의 외측 링(10a) 또는 내측 링(10b)의 단면적 S가 0.95 이상이면, 외측 링(10a) 및 내측 링(10b)의 강성이 저감하지 않고, 양호한 시일 성능이 얻어지는 것을 알 수 있었다.
또한, 랜드부(40)의 접촉면에 대해 테이퍼면(42, 44)의 각도 θ가 1도 이상 10도 이하라도, 테이퍼면(42, 44)과의 경계 부근의 랜드부(40)에서 큰 접촉 면압을 발생시킬 수 있고, 양호한 시일 성능이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 따라서, 각도 θ를 상기 범위로 함으로써, 외측 링(10a) 및 내측 링(10b)의 강성을 확보하고, 또한 큰 접촉 면압을 얻을 수 있다.
(실시 형태 2)
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태를 도 5에 기초하여 설명한다. 본 실시 형태에 있어서, 스택 링(10B)에서는, 내측 차실(18)의 내주면(18a)에 대향하는 외측 링(50a)의 대향면은, 상하 방향 중앙에 내측 차실(18)의 내주면(18a)과 평행한 평탄면을 갖는 랜드부(52)와, 랜드부(52)의 상단부에서 단차(54a)를 통해 접속되고, 내주면(18a)과 평행한 평탄면(54)과, 랜드부(52)의 하단부에서 단차(56a)를 통해 접속되고, 내주면(18a)과 평행한 평탄면(56)으로 구성되어 있다.
랜드부(52) 및 평탄면(54, 56)의 상하 방향 길이는, 랜드부(52)가 평탄면(54) 또는 평탄면(56)의 2배이다. 예를 들어, 외측 링(50a)의 상하 방향 전체 길이 L0＝14.0㎜일 때, 랜드부(52)의 상하 방향 길이 L1＝7.0㎜이며, 평탄면(54, 56)의 상하 방향 길이 L2 또는 L3＝3.5㎜이다. 또한, 단차(52a, 54a)의 높이 t는, t＝0.5㎜이다. 내측 링(50b)의 내주면의 구성도, 외측 링(10a)의 외주면의 구성과 동일하다.
본 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 외측 링(50a) 및 내측 링(50b)의 접촉 면압을 증가시킬 수 있고, 시일 성능을 향상시킬 수 있다. 특히, 랜드부(52)의 상하 단부 영역에 있어서, 제1 실시 형태보다도, 접촉 면압을 높게 할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서도, 가상 정사각형 BCDE의 접촉면의 상하 방향 전체 길이 L0에 대해, 내측 차실(18)의 내주면(18a) 또는 인렛 슬리브(16)의 외주면(16a)에 밀착하는 부분의 길이 L1이 0.3 이상 0.7 이하일 때, 충분한 접촉 면압과 시일 성능이 얻어지는 것을 알 수 있었다. 또한, 가상 정사각형 BCDE의 단면적 S0에 대해, 본 실시 형태의 테이퍼면이 형성된 단면 형상의 단면적 S가 0.95 이상이면, 외측 링(50a) 및 내측 링(50b)의 강성이 저감하지 않고, 양호한 시일 성능이 얻어지는 것을 알 수 있었다.
(실시 형태 3)
다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태를 도 6에 의해 설명한다. 본 실시 형태에 있어서, 스택 링(10C)은, 내측 차실(18)의 내주면(18a)에 대한 외측 링(60a)의 접촉면, 및 인렛 슬리브(16)의 외주면(16a)에 대한 내측 링(60b)의 접촉면에, 복수의 원호 형상 단면을 갖는 오목부(62)를 형성한 것이다. 복수의 오목부(62)는, 수평 방향으로 또한 등간격으로 배치되어 있다. 오목부(62)는, 외측 링(60a) 및 내측 링(60b)의 접촉면의 상하 양단부에도 형성되어 있으므로, 상기 상하 양단부에 형성되어 있었던 모따기가 불필요해진다.
본 실시 형태에 따르면, 시일 성능을 향상시킬 수 있는 것 외에, 외측 링(60a) 및 내측 링(60b)의 상하 방향에서, 접촉 면압이 균등하게 발생하므로, 내측 차실(18) 또는 인렛 슬리브(16)와의 시일면을 안정적으로 형성할 수 있다. 또한, 외측 링(60a) 및 내측 링(60b)이 내측 차실(18)의 내주면(18a) 또는 인렛 슬리브(16)의 외주면(16a)에 대해 기울 우려가 없으므로, 외측 링(60a)과 내측 링(60b) 사이의 시일면의 시일 성능도 양호하게 유지할 수 있다.
(실시 형태 4)
다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태를 도 7에 의해 설명한다. 본 실시 형태에 있어서, 스택 링(10D)은, 내측 차실(18)의 내주면(18a)에 대한 외측 링(70a)의 접촉면, 및 인렛 슬리브(16)의 외주면(16a)에 대한 내측 링(70b)의 접촉면에, 복수의 직사각 형상 단면을 갖는 오목부(72)를 형성한 것이다. 오목부(72)는, 수평 방향으로 또한 등간격으로 배치되어 있다. 본 실시 형태에 따르면, 제3 실시 형태의 마찬가지의 작용 효과가 얻어지는 것 외에, 오목부(72)가 직사각 형상 단면이므로, 오목부(72)의 형성이 비교적 용이하다고 하는 이점이 있다.
본 발명에 따르면, 비용 상승을 초래하지 않고, 스택 링의 시일면의 면압을 증가시킴으로써, 증기 터빈의 증기 배관의 슬리브부와 차실 사이에 형성된 환상 간극의 시일 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

  1. 증기 터빈의 증기 배관과 차실 사이의 환상 간극에 스택 링을 개재 장착하여 이루어지는 증기 터빈의 시일 구조에 있어서,
    상기 스택 링은, 상기 차실에 밀착하는 외주면을 갖는 적어도 하나의 외측 링과, 상기 외측 링과 교대로 상기 환상 간극 내에 배치되고, 상기 증기 배관의 슬리브부에 밀착하는 내주면을 갖는 적어도 하나의 내측 링으로 이루어지고,
    상기 적어도 하나의 외측 링은, 상온에서, 상기 차실의 내주면과 근소한 간극을 갖도록, 또한 상기 적어도 하나의 내측 링은, 상온에서, 상기 증기 배관의 슬리브부의 외주면과의 사이에 근소한 간극을 갖도록, 각각 설계되고,
    상기 외측 링 또는 상기 내측 링 중 적어도 한쪽은, 가상 직사각형의 상기 외주면측 또는 상기 내주면측의 1변을 부분적으로 결손시킨 단면 형상을 갖고,
    상기 가상 직사각형의 상기 1변의 길이 L0에 대한, 상기 단면 형상 중 상기 차실 또는 상기 슬리브부에 밀착하는 부분의 길이 L1의 비는, 0.3 이상 0.7 이하인 것을 특징으로 하는, 증기 터빈의 시일 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가상 직사각형의 면적 S0에 대한 상기 단면 형상의 면적 S의 비는 0.95 이상인 것을 특징으로 하는, 증기 터빈의 시일 구조.
  3. 제1항에 있어서, 상기 단면 형상은, 상기 가상 직사각형의 상기 1변의 양단부를 테이퍼 형상으로 결손시켜 형성되는 테이퍼면을 갖는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈의 시일 구조.
  4. 제3항에 있어서, 상기 테이퍼면의 상기 1변에 대해 이루는 각도는, 1도 이상 10도 이하인 것을 특징으로 하는, 증기 터빈의 시일 구조.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단면 형상은, 상기 가상 직사각형의 상기 1변을 부분적으로 결손시키는 오목부를 적어도 하나 갖는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈의 시일 구조.
  6. 제5항에 있어서, 상기 단면 형상은, 상기 가상 직사각형의 상기 1변의 양단부를 결손시키는 한 쌍의 상기 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈의 시일 구조.
  7. 제5항에 있어서, 상기 단면 형상은, 상기 가상 직사각형의 상기 1변을 빗살형으로 결손시키는 복수의 상기 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈의 시일 구조.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬리브부와 상기 내측 링은, 모두 마르텐사이트계 강으로 형성되고,
    상기 내측 링의 상기 단면 형상은, 상기 단면 형상의 상기 슬리브부에 밀착하는 부분의 길이 L1이 상기 1변의 길이 L0에 대해 0.3배 이상 0.7배 이하로 되도록, 상기 내측 링의 상기 가상 직사각형의 상기 내주면측의 상기 1변이 부분적으로 결손된 형상인 것을 특징으로 하는, 증기 터빈의 시일 구조.
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