KR20210149836A - 증기 터빈의 시일 클리어런스 조정 방법, 및 증기 터빈 - Google Patents

Abstract

증기 터빈은 축선 주위로 회전하는 회전축과, 회전축의 외주면에 마련된 동익과, 회전축, 및 동익을 외주측으로부터 덮는 케이싱과, 케이싱의 내주면에 마련된 정익과, 외주면과 정익 사이에 마련된 시일 링, 및 시일 링의 직경방향 위치를 조정 가능한 위치 조정부를 갖는 시일 장치를 구비한다. 시일 클리어런스 조정 방법은, 미리 정해진 기준 위치로부터의 시일 링의 직경방향의 길이를 기준 길이로 하여 계측하는 계측 공정과, 미사용의 시일 링을 준비하는 준비 공정과, 위치 조정부에 의해, 기준 길이가 되도록 기준 위치로부터의 미사용의 시일 링의 길이를 조정하는 조정 공정을 포함한다.

Description

증기 터빈의 시일 클리어런스 조정 방법, 및 증기 터빈

본 발명은 증기 터빈의 시일 클리어런스 조정 방법, 및 증기 터빈에 관한 것이다.

본원은 2019년 5월 31일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제 2019-101996 호에 대해 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.

증기 터빈은 축선 주위로 회전하는 회전축과, 이 회전축에 일체로 마련된 복수의 동익과, 회전축 및 동익을 외주측으로부터 덮는 케이싱과, 케이싱의 내주면에 마련된 정익을 구비하고 있다. 동익의 직경방향 외측의 단부에는, 케이싱의 내주면에 대향하는 동익 슈라우드가 마련되어 있다. 케이싱의 내주면에는, 증기의 누출 흐름을 억제하기 위해서, 동익 슈라우드의 외주면을 향하여 돌출되는 시일 링을 갖는 시일 장치가 마련되어 있다. 또한 정익의 직경방향 내측의 단부에는, 회전축의 외주면에 대향하는 정익 슈라우드가 마련되어 있다. 정익 슈라우드의 내주면에는, 상기와 같이 누출 흐름을 억제하기 위해, 회전축의 외주면을 향하여 돌출되는 시일 링을 갖는 시일 장치가 마련되어 있다.

증기 터빈의 운전 중에는, 상술의 시일 링은 동익 슈라우드, 또는 회전축의 외주면에 대해 클리어런스를 둔 상태로 대향하고 있다. 그렇지만, 어떠한 외란 요인에 의해 회전축, 및 동익 슈라우드가 변위하여, 이들 시일 링에 접촉하는 경우가 있다. 이 경우, 시일 링의 선단이 손모되는 것에 의해, 상기 변위를 흡수하여, 상기의 클리어런스를 유지한다. 한편, 이와 같은 손모가 크게 진행된 경우에는, 시일 링의 교환이나 보수를 실행할 필요가 있다.

종래, 시일 링(시일 장치)을 교환하는 경우에는, 일 예로서, 하기와 같이 특허문헌 1에 기재된 방법을 취한다. 이 방법에서는, 우선 케이싱(차실)을 상반부와 하반부로 분할하고, 케이싱의 내주면에 배열된 정익, 및 시일 장치를 노출시킨다. 여기에서, 증기 터빈의 경년 운용에 수반하여, 케이싱에는 약간의 열변형이 생기는 일이 있다. 그 때문에, 시일 링의 교환에 앞서 케이싱을 운전시 상태까지 임시조립하고, 케이싱의 열변형에 의한 클리어런스의 변화를 계측한다. 이 변화량에 근거하여, 케이싱의 상반부와 하반부 사이(플랜지부끼리의 사이)에 심을 배치하여 클리어런스의 변화를 시정한다.

일본 특허 공개 제 2018-084169 호 공보

그렇지만, 케이싱의 임시조립에는 장기간을 필요로 하므로, 상기의 방법으로는 공사 기간의 장기화가 과제로 되어 있었다. 또한 케이싱의 열변형이 상정(想定)보다 커서, 상기의 심에 의해 그 변형량을 다 흡수할 수 없는 경우도 있다. 이 경우에는, 시일 링에 절삭 가공을 실시하여 새로운 시정을 실행하는 것도 고려할 수 있다. 그렇지만, 플랜트의 현장에서 실행할 수 있는 가공 작업에는 제약이 커, 가공 정밀도를 유지하는 것이 어렵다. 따라서, 상기의 케이싱의 임시조립, 및 시일 링의 가공을 실행하는 일이 없이, 시일 장치를 교환하는 것이 가능한 기술에 대한 요청이 높아지고 있었다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 용이하고 단기간에 보수를 실행하는 것이 가능한 증기 터빈의 시일 클리어런스 조정 방법, 및 증기 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 태양에 따른 증기 터빈의 시일 클리어런스 조정 방법은, 운전 후의 증기 터빈의 보수 방법에 있어서, 상기 증기 터빈은 축선 주위로 회전하는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 마련된 동익과, 상기 회전축, 및 상기 동익을 외주측으로부터 덮는 케이싱과, 상기 케이싱의 내주면에 마련된 정익과, 상기 회전축의 외주면과 상기 정익 사이에 마련된 시일 링, 및 상기 시일 링의 상기 축선에 대한 직경방향 위치를 조정 가능한 위치 조정부를 갖는 시일 장치를 구비하고, 상기 시일 클리어런스 조정 방법은, 미리 정해진 기준 위치로부터의 상기 시일 링의 직경방향의 길이를 기준 길이로 하여 계측하는 계측 공정과, 미사용의 시일 링을 준비하는 준비 공정과, 상기 위치 조정부에 의해, 상기 기준 길이가 되도록 상기 기준 위치로부터의 상기 미사용의 시일 링의 길이를 조정하는 조정 공정을 포함한다.

상기 방법에 의하면, 일정 기간에 걸쳐서 운전한 후의 상태의 증기 터빈에 대해 우선 계측 공정을 실행한다. 이 상태에서는, 손모 등에 의해 시일 링의 직경방향의 길이는 미사용 상태에 비해 변화되어 있다. 계측 공정에서는, 이와 같이 손모가 생긴 상태에서, 기준 위치로부터의 시일 링의 길이를 계측하여, 기준 길이로 한다. 여기에서, 일정 기간의 운전을 거쳐 손모가 생긴 시일 링은, 예를 들어, 선단이 마멸되어 핀으로서의 성능이 열화되어 있다고 하여도, 회전축의 외주면과의 사이의 클리어런스 치수값은 적어도 최적화되어 있는 상태라고 간주할 수 있다. 따라서, 후속의 조정 공정에서는, 이 기준 길이가 되도록 미사용의 시일 링의 길이를 조정하면, 클리어런스를 최적화하면서, 시일 링을 교환하는 것이 가능해진다. 특히, 시일 링에 대한 가공이나, 케이싱의 임시조립을 실행하는 일이 없이, 시일 링의 교환과 얼라인먼트의 최적화를 실행할 수 있기 때문에, 공정수의 삭감을 도모할 수 있다.

상기 증기 터빈의 시일 클리어런스 조정 방법에서는, 상기 시일 링은 시일 기부와, 상기 시일 기부의 내주면에 마련된 복수의 핀 본체를 가지며, 상기 조정 공정 후에, 상기 증기 터빈의 운전 후에 상기 핀 본체에 상기 축선방향으로 쓰러짐이 생긴 경우에, 상기 쓰러짐에 의해 생긴 상기 시일 링의 직경방향의 길이의 감소분을 상기 기준 길이에 가산하는 제 1 보정 공정을 더 실행하여도 좋다.

증기 터빈의 운전 중에는, 스케일 등의 이물 충돌을 포함하는 어떠한 외란 요인에 의해 회전축에 축선방향을 향하는 힘(스러스트력)이 가해지는 경우가 있다. 이 스러스트력에 의해 회전축이 축선방향으로 변위하면, 시일 링과 회전축이 접촉되어, 시일 링이 당초의 자세를 유지하지 못하고 쓰러지는(경사지는) 일이 있다. 이와 같은 쓰러짐이 생기면, 시일 링의 선단과 회전축의 외주면(또는, 동익 단부에 마련된 핀 선단과, 그에 대향하는 케이싱측의 시일부의 내주면) 사이의 클리어런스가 확대되어 버린다. 따라서, 시일 링을 교환할 때에는, 쓰러짐에 의한 클리어런스의 변화량을 고려하여, 얼라인먼트 조정(시일 링의 위치 조정)을 실행할 필요가 있다. 상기의 방법에서는, 쓰러짐에 의해 생긴 시일 링의 직경방향 길이의 감소분을, 계측 공정에서 얻어진 기준 길이의 값에 가산한다. 이에 의해, 쓰러짐이 생기기 전의 상태를 미사용의 시일 링으로 재현할 수 있다. 그 결과, 클리어런스를 보다 높은 정밀도로 최적화할 수 있다.

상기 증기 터빈의 시일 클리어런스 조정 방법에서는, 상기 조정 공정 후에, 상기 증기 터빈의 운전 후에 상기 회전축에 상기 시일 링과의 접촉흔이 생긴 경우에, 접촉에 의해 생긴 상기 시일 링의 직경방향의 길이의 감소분을 상기 기준 길이에 가산하는 제 2 보정 공정을 더 실행하여도 좋다.

회전축과 시일 링이 특히 강하게 접촉한 경우(하드 러빙이 생긴 경우), 시일 링의 선단부가 마찰에 의해 과도하게 열팽창하면서 손모되어, 그 길이가 필요 이상으로 감소하는 일이 있다. 이에 의해, 시일 링의 선단과 회전축의 외주면 사이의 클리어런스가 본래 필요한 값보다 확대되어 버린다. 따라서, 시일 링을 교환할 때에는, 상기의 손모에 의한 클리어런스의 변화량을 고려하여 얼라인먼트 조정(시일 링의 위치 조정)을 실행할 필요가 있다. 상기의 방법에서는, 손모에 의해 생긴 시일 링의 직경방향 길이의 감소분을, 계측 공정에서 얻어진 기준 길이의 값에 가산한다. 이에 의해, 손모가 생기기 전의 상태를 미사용의 시일 링으로 재현할 수 있다. 그 결과, 클리어런스 설정을 보다 높은 정밀도로 최적화할 수 있다.

본 발명의 일 태양에 따른 증기 터빈은, 축선 주위로 회전하는 회전축과, 상기 회전축의 외주면에 마련된 동익과, 상기 회전축, 및 상기 동익을 외주측으로부터 덮는 케이싱과, 상기 케이싱의 내주면에 마련된 정익과, 상기 회전축의 외주면과 상기 정익 사이에 마련된 시일 링, 상기 시일 링을 직경방향 외측으로부터 지지하는 홀더, 및 상기 홀더의 기준 위치로부터 상기 시일 링의 선단까지의 길이를 조정 가능한 위치 조정부를 갖는 시일 장치를 구비한다.

상기 구성에 의하면, 위치 조정부에 의해 홀더의 기준 위치로부터 시일 링의 선단까지의 길이를 변화시킬 수 있다. 이에 의해, 시일 링을 교환할 때에, 교환 전의 미사용의 시일 링에 가공을 가하는 일이 없이, 클리어런스가 최적화된 상태를 재현할 수 있다.

상기 증기 터빈에서는, 상기 위치 조정부는, 나사 조임량을 변화시키는 것에 의해, 상기 시일 링을 상기 홀더에 대해 상대 변위 가능한 상태로 지지하는 볼트를 가져도 좋다.

상기 구성에 의하면, 볼트를 회전시키는 양(나사 조임량)에 따라서, 홀더에 대한 시일 링의 상대 위치를 용이하게 변화시킬 수 있다. 이에 의해, 시일 링을 교환할 때에, 교환 전의 미사용의 시일 링에 가공을 가하는 일이 없이, 클리어런스가 최적화된 상태를 재현할 수 있다.

상기 증기 터빈에서는, 상기 위치 조정부는 상기 시일 링에 마련되며, 직경방향으로 연장되는 랙 기어와, 상기 홀더에 마련되며, 상기 랙 기어와 맞물리는 피니언 기어를 가져도 좋다.

상기 구성에 의하면, 랙 기어에 대한 피니언 기어의 상대 위치에 따라서, 홀더에 대한 시일 링의 상대 위치를 용이하게 변화시킬 수 있다. 이에 의해, 시일 링을 교환할 때에, 교환 전의 미사용의 시일 링에 가공을 가하는 일이 없이, 클리어런스가 최적화된 상태를 재현할 수 있다.

본 발명에 의하면, 용이하고 또한, 단기간으로 보수를 실행하는 것이 가능한 증기 터빈의 보수 방법, 및 증기 터빈을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 증기 터빈의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 증기 터빈의 구성을 도시하는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 증기 터빈의 요부 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 시일 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 위치 조정부로서의 볼트의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 증기 터빈의 보수 방법의 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 쓰러짐이 생긴 상태의 시일 링을 도시하는 설명도이다.
도 8은 손모가 생긴 상태의 시일 링을 도시하는 설명도이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 시일 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

[제 1 실시형태]

본 발명의 제 1 실시형태에 대해, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)은 축선(O)방향을 따라서 연장되는 로터(3)와, 로터(3)를 외주측으로부터 덮는 케이싱(2)(스테이터)과, 로터(3)의 축단(軸端)(11)을 축선(O) 주위로 회전 가능하게 지지하는 저널 베어링(4A), 및 스러스트 베어링(4B)을 구비하고 있다.

로터(3)는 축선(O)을 따라서 연장되는 회전축(1)과, 회전축(1)의 외주면에 마련된 복수의 동익(30)을 갖고 있다. 동익(30)은 회전축(1)의 둘레방향으로 일정한 간격을 갖고 복수 배열되어 있다. 축선(O)방향에 있어서도, 일정한 간격을 갖고 복수의 동익(30)의 열이 배열되어 있다. 동익(30)은 동익 본체(31)와, 동익 슈라우드(34)를 갖고 있다. 동익 본체(31)는 로터(3)의 외주면으로부터 직경방향 외측을 향하여 돌출되어 있다. 동익 본체(31)는 직경방향으로부터 보아 날개형의 단면을 갖는다. 동익 본체(31)의 선단부(직경방향 외측의 단부)에는, 동익 슈라우드(34)가 마련되어 있다.

케이싱(2)은 로터(3)를 외주측으로부터 덮는 대략 통형상을 이루고 있다. 케이싱(2)의 축선(O)방향 한쪽측에는, 증기(S)를 취입하는 증기 공급관(12)이 마련되어 있다. 케이싱(2)의 축선(O)방향 다른쪽측에는, 증기(S)를 배출하는 증기 배출관(13)이 마련되어 있다. 증기는, 케이싱(2)의 내부에서, 축선(O)방향 한쪽측으로부터 다른쪽측을 향하여 흐른다. 이후의 설명에서는, 증기가 흐르는 방향을 간략히 "흐름방향"이라 한다. 또한, 증기 배출관(13)으로부터 보아 증기 공급관(12)이 위치하는 측을 흐름방향의 상류측이라 하고, 증기 공급관(12)으로부터 보아 증기 배출관(13)이 위치하는 측을 흐름방향의 하류측이라 한다.

케이싱(2)의 내주면에는, 복수의 정익(20)의 열이 마련되어 있다. 정익(20)은 정익 본체(21)와, 정익 슈라우드(22)와, 정익 대좌(台座)(24)를 갖고 있다. 정익 본체(21)는 정익 대좌(24)를 거쳐서 케이싱(2)의 내주면에 접속되는 날개형상의 부재이다. 또한, 정익 본체(21)의 선단부(직경방향 내측의 단부)에는, 정익 슈라우드(22)가 마련되어 있다. 동익(30)과 마찬가지로, 정익(20)은 내주면 상에 둘레방향 및 축선(O)방향을 따라서 복수 배열된다. 동익(30)은 이웃하는 복수의 정익(20)의 사이의 영역에 인입하도록 하여 배치된다. 즉, 정익(20), 및 동익(30)은 증기의 흐름방향에 교차하는 방향(축선(O)에 대한 직경방향)으로 연장되어 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 케이싱(2)은 상하로 2분할되어 있으며, 상반분은 상반 케이싱(2U)으로 되며, 하반신은 하반 케이싱(2L)으로 되어 있다. 상반 케이싱(2U)과 하반 케이싱(2L)은 수평면 내로 넓어지는 분할면(Sd)을 기준으로 하여, 면대칭을 이루고 있다(단, 배관 부분은 제외함). 상반 케이싱(2U)은 반원 통형상의 상반 케이싱 본체(21U)와, 이 상반 케이싱 본체(21U)의 단연부로부터 외측을 향하여 돌출되어 있는 상반 플랜지부(22U)를 갖고 있다. 마찬가지로, 하반 케이싱(2L)은 반원 통형상 하반 케이싱 본체(21L)와, 이 하반 케이싱 본체(21L)의 단연부로부터 외측을 향하여 돌출되어 있는 하반 플랜지부(22L)를 갖고 있다. 이들 상반 케이싱(2U)과, 하반 케이싱(2L)은 상반 플랜지부(22U)의 하면과 하반 플랜지부(22L)의 상면을 분할면(Sd) 내에서 서로 접촉시킨 상태에서, 도시하지 않은 볼트·너트 등에 의해 체결 고정되어 있다. 또한, 도시는 생략하고 있지만, 케이싱(2)에는, 마루면 상에서 상기 케이싱(2)을 지지하기 위한 복수의 레그가 마련되어 있다. 또한, 도 2는 일 예로서, 외부 차실이라 하는 구성을 갖는 증기 터빈(100)을 도시하고 있지만, 이 외부 차실의 내부에 다른 차실(내부 차실)이 마련된 이중 차실 구조의 증기 터빈(100)이어도 좋다.

증기(S)는 상류측의 증기 공급관(12)을 거쳐서, 상술한 바와 같이 구성된 케이싱(2)의 내부에 공급된다. 케이싱(2)의 내부를 통과하는 중도에서, 증기(S)는 정익(20)과 동익(30) 각각에서 구성된 유로를 교대로 통과한다. 정익(20)은 증기(S)의 흐름을 정류하고, 동익(30)은 정류된 증기(S)의 덩어리가 동익(30)을 가압하는 것에 의해, 로터(3)에 회전력을 부여한다. 로터(3)의 회전력은 축단(11)으로부터 취출되어 외부의 기기(발전기 등)의 구동에 이용된다. 로터(3)의 회전에 수반하여 증기(S)는 하류측의 증기 배출관(13)을 거쳐서 후속의 장치(복수기 등)를 향하여 배출된다.

저널 베어링(4A)은 축선(O)에 대한 직경방향으로의 하중을 지지한다. 저널 베어링(4A)은 로터(3)의 양단에 1개씩 마련되어 있다. 스러스트 베어링(4B)은 축선(O)방향으로의 하중을 지지한다. 스러스트 베어링(4B)은 로터(3)의 상류측의 단부에만 마련되어 있다.

다음에, 도 3을 참조하여, 정익(20)과 동익(30)의 주위의 구성에 대해 상세하게 설명한다. 케이싱 본체(2A)의 내주면에는, 직경방향 외측을 향하여 오목한 캐비티(50)가 형성되어 있다. 상술의 동익 슈라우드(34)는 이 캐비티(50) 내에 수용되어 있다. 또한, 동익 슈라우드(34)에 있어서의 상류측을 향하는 면인 슈라우드 상류면(34S)과, 캐비티(50)에 있어서의 상류측의 면인 캐비티 상류면(50S) 사이에는 간극이 형성되어 있다. 또한, 동익 본체(31)의 직경방향 내측에는, 상기 동익 본체(31)을 지지하는 플랫폼(35)이, 회전축(1)과 일체로 마련되어 있다.

케이싱 본체(2A) 중, 축선(O)방향에 있어서, 상술의 정익(20)에 대응하는 위치는, 정익 대좌(24)로 되어 있다. 정익 대좌(24)에 있어서의 직경방향 내측을 향하는 면인 대좌 내주면(24A)에는, 상술의 정익 본체(21)의 직경방향 외측의 단부가 고정되어 있다. 정익 본체(21)의 직경방향 내측의 단부에는, 상술의 정익 슈라우드(22)가 마련되어 있다. 정익 슈라우드(22)에 있어서의 직경방향 내측을 향하는 면인 슈라우드 내주면(22A)은 회전축(1)의 외주면인 회전축 외주면(1S)에 대해 간극을 두고 대향하고 있다. 이 간극에는, 후술하는 시일 유닛(2B)(시일 장치)이 마련되어 있다. 보다 상세하게는, 시일 유닛(2B)은 슈라우드 내주면(22A)에 장착되어 있다. 시일 유닛(2B)은, 슈라우드 내주면(22A)과 회전축 외주면(1S) 사이를 통과하는 증기의 흐름(누출 흐름)을 시일하기 위해 마련되어 있다.

이어서, 도 4를 참조하여, 시일 유닛(2B)의 구성에 대해 설명한다. 동(同) 도면에 도시하는 바와 같이, 시일 유닛(2B)은 홀더(41)와, 후크 플레이트(42)와, 시일 링(43)과, 위치 조정부(60)로서의 너트(45), 및 조정 볼트(46)를 갖고 있다.

홀더(41)는 상술의 정익 슈라우드(22)에 대해, 시일 링(43)을 지지·고정하기 위한 부재이다. 홀더(41)는 홀더 본체(41A)와, 결합 돌기(41B)를 갖고 있다. 홀더 본체(41A)는 축선(O)을 중심으로 하는 환상을 이루고 있다. 홀더 본체(41A)의 축선(O)방향 양측의 단연부에는, 축선(O)에 대한 직경방향 내측을 향하여 돌출되는 한쌍의 결합 돌기(41B)가 마련되어 있다. 이들 결합 돌기(41B), 및 홀더 본체(41A)에 의해 둘러싸인 공간에는, 후크 플레이트(42)가 수용되어 있다.

후크 플레이트(42)는 시일 링(43)을 홀더(41)에 대해 지지·고정하기 위한 부재이다. 후크 플레이트(42)는 축선(O)을 중심으로 하는 환상을 이루고 있다. 후크 플레이트(42)에 있어서의 직경방향 내측을 향하는 면(플레이트 하면(42S))은, 상기의 결합 돌기(41B)에 있어서의 직경방향 외측을 향하는 면(돌기 상면(41S))에 접촉하고 있다. 후크 플레이트(42)에는, 상기 후크 플레이트(42)의 직경방향 외측을 향하는 면(플레이트 상면(42T))으로부터 플레이트 하면(42S)에 걸쳐서 연장되는 볼트 구멍(H)이 형성되어 있다. 볼트 구멍(H)에는, 너트(45), 및 조정 볼트(46)가 삽통되어 있다. 볼트 구멍(H)은 직경방향 외측으로부터 내측을 향하여 순서대로, 너트 수용부(H1), 중간부(H2), 오목부(H3)로 되어 있다. 조정 볼트(46)는 홀더(41), 및 후크 플레이트(42)에 대해 시일 링(43)을 상대 변위 가능하게 고정하고 있다(즉, 상기 시일 링(43)의 직경방향 위치를 조정 가능하게 하고 있음). 너트(45), 및 조정 볼트(46)의 구성에 대해서는 후술한다.

시일 링(43)은 시일 기부(43A)와, 복수의 핀 본체(43B)를 갖고 있다. 시일 기부(43A)는 핀 본체(43B)를 지지하기 위한 부재이다. 시일 기부(43A)는, 축선(O)을 중심으로 하는 원환상을 이루고 있다. 시일 기부(43A)의 직경방향 외측을 향하는 면(기부 상면(43T))에는, 조정 볼트(46)가 삽통되는 볼트 구멍(43H)이 형성되어 있다. 이 볼트 구멍(43H)의 내주면에는 나사 홈이 형성되어 있다. 이 나사 홈은 조정 볼트(46)와 맞물린다.

시일 기부(43A)의 직경방향 내측의 면(기부 내주면(43S))에는, 축선(O)방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 핀 본체(43B)가 마련되어 있다. 각 핀 본체(43B)는 기부 내주면(43S)으로부터 직경방향 내측을 향하여 돌출되어 있다. 핀 본체(43B)는, 직경방향 외측으로부터 내측을 향함에 따라서, 축선(O)방향의 치수가 점차 감소하는 것에 의해, 테이퍼 형상의 단면을 갖고 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 4개의 핀 본체(43B)가 마련되어 있는 예에 대해 설명하지만, 핀 본체(43B)의 개수는 4개로 한정되지 않으며, 사양이나 설계에 따라서 적절히 변경하는 것이 가능하다. 또한, 전체의 핀 본체(43B)가 서로 동일한 형상·치수를 갖고 있을 필요는 없으며, 상이한 복수 종류의 형상·치수를 갖는 핀 본체(43B)를 교대로 배열한 구성을 취하는 것도 가능하다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 조정 볼트(46)는 고정 원반부(46A)와, 볼트 상부(46B)와, 볼트 하부(46C)를 갖고 있다. 고정 원반부(46A)는 조정 볼트(46)의 중심축(A)을 중심으로 하는 원반형상을 이루고 있다. 고정 원반부(46A)는 상술의 후크 플레이트(42)의 하면(플레이트 하면(42S))에 형성된 오목부(H3)에 수용된다. 또한, 오목부(H3)는 플레이트 하면(42S)으로부터 직경방향 외측을 향하여 오목하게 되어 있다. 직경방향으로부터 보아, 오목부(H3)는 원형의 단면형상을 갖고 있다.

고정 원반부(46A)의 중심축(A)방향 한쪽측(조정 볼트(46)가 시일 유닛(2B)에 장착된 상태에서 직경방향 외측을 향하는 면)에는, 볼트 상부(46B)가 일체로 마련되어 있다. 볼트 상부(46B)는 중심축(A)을 중심으로 하는 원기둥 형상을 이루고 있으며, 그 외주면에는 너트(45)가 맞물리는 나사 홈이 형성되어 있다. 또한, 볼트 상부(46B)의 직경방향 외측을 향하는 면에는, 예를 들면, 마이너스 드라이버 등의 공구를 결합시키기 위한 홈(46D)이 형성되어 있다. 홈(46D)은 중심축(A)을 통과하는 직선 형상을 이루는 동시에, 직사각형의 단면을 갖고 있다.

고정 원반부(46A)의 중심축(A)방향 다른쪽측(조정 볼트(46)가 시일 유닛(2B)에 장착된 상태에서 직경방향 내측을 향하는 면)에는, 볼트 하부(46C)가 일체로 마련되어 있다. 볼트 하부(46C)는 볼트 상부(46B)와 마찬가지로, 중심축(A)을 중심으로 하는 원기둥 형상을 이루고 있으며, 그 외주면에는, 상술한 볼트 구멍(43H)의 나사 홈에 맞물리는 수나사가 형성되어 있다.

너트(45)는 후크 플레이트(42)의 상면(플레이트 상면(42T))에 형성된 너트 수용부(H1) 내에 고정되어 있다. 즉, 이 너트(45)는 후크 플레이트(42)에 대해 상대 회전할 수 없게 고정되어 있다. 너트(45)에는 상술의 볼트 상부(46B)의 나사 홈이 맞물린 상태로 삽통·고정되어 있다. 또한, 볼트 하부(46C)는 상기와 같이 시일 링(43)의 볼트 구멍(43H)에 삽통·고정되어 있다. 이에 의해, 홀더(41), 및 후크 플레이트(42)에 대해, 시일 링(43)이 고정되어 있다. 여기에서, 너트(45)에 대해, 조정 볼트(46)를 중심축(A) 주위로 회전시킨 경우, 나사 홈을 따라서, 조정 볼트(46)가 진퇴동한다. 즉, 너트(45), 및 조정 볼트(46)가 마련되어 있는 것에 의해, 시일 링(43)의 위치(축선(O)에 대한 직경방향의 위치)를 변화시키는 것이 가능하다.

다음에, 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)의 시일 클리어런스 조정 방법에 대해, 도 6을 참조하여 설명한다. 이 조정 방법은 증기 터빈(100)을 일정 기간에 걸쳐서 운전한 후에, 상술의 시일 유닛(2B)이 마모·손모된 경우에 이를 교환하기 위해 실행된다. 이 조정 방법은 차실 개방 공정 S1과, 계측 공정 S2와, 제 1 판정 공정 S3과, 제 1 보정 공정 S31과, 제 2 판정 공정 S4와, 제 2 보정 공정 S41과, 준비 공정 S5와, 조정 공정 S6과, 차실 폐색 공정 S7을 갖고 있다.

차실 개방 공정 S1에서는, 케이싱(2)을 상술의 분할면(Sd)을 따라서 분해한다. 구체적으로는, 상반 케이싱(2U)을 하반 케이싱(2L)으로부터 분리한다. 이에 의해, 케이싱(2)의 내주면에 장착되어 있는 시일 유닛(2B)이 노출된 상태가 된다. 이어서, 계측 공정 S2를 실행한다. 계측 공정 S2에서는, 시일 링(43)의 직경방향의 길이를 계측하는 것보다 구체적으로는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 홀더(41)의 돌기 상면(41S)으로부터 핀 본체(43B)의 선단부(직경방향 내측의 단부)까지의 치수를 계측하고, 이 값을 기준 길이(Lc)로 하여 설정한다.

여기에서, 일정 기간에 걸쳐서 운전된 후의 증기 터빈(100)에서는, 핀의 길이가 실제의 허용 클리어런스값을 초과하여 긴 경우는, 회전축(1)과 시일 링(43)(핀 본체(43B))이 접촉하는 것에 의해, 핀 본체(43B)의 선단이 절삭된다. 그 결과, 회전축(1)의 회전축 외주면(1S)과 핀 본체(43B) 사이의 이격 거리(클리어런스)는, 회전축(1)의 원활한 회전을 허용하는 한에 있어서, 최소의 값으로 되어 있다. 상세하게는 후술하지만, 상기와 같이 운전 후의 시일 유닛(2B)에 있어서의 직경방향의 길이를 기준 길이(Lc)로 하고, 이 기준 길이(Lc)를 교환용의 미사용의 시일 유닛(2B) 상에서 재현하는 것에 의해, 최적인 클리어런스가 유지된다.

계측 공정 S2에 이어서, 제 1 판정 공정 S3을 실행한다. 제 1 판정 공정 S3에서는, 핀 본체(43B)에 "쓰러짐"이 생겼는지의 여부가 판정된다. 여기에서 말하는 "쓰러짐"이란, 도 7에 일 예로 하여 도시하는 바와 같이, 핀 본체(43B)가 축선(O)방향으로 쓰러지도록 변형되어 있는 상태를 의미하고 있다. 이 상태에서는, 동 도면에 도시하는 바와 같이, 핀 본체(43B)의 선단부의 직경방향 위치가, 변화량(D)의 분만큼 직경방향 외측으로 이동하고 있다. 즉, 외관상의 시일 유닛(2B)의 직경방향 길이가 변화량(D)의 분만큼 감소하고 있다.

제 1 판정 공정 S3에서, 상기의 "쓰러짐"이 생겼다고 판정된 경우에는, 제 1 보정 공정 S31을 실행한다. 제 1 보정 공정 S31에서는, 쓰러짐에 의해 생긴 시일 유닛(2B)의 직경방향의 길이의 감소분(변화량(D))을 기준 길이(Lc)에 가산하여 새로운 기준 길이(Lc')로 한다(즉, Lc'=Lc+D가 된다). 그 후, 제 2 판정 공정 S4를 실행한다. 또한, 제 1 판정 공정 S3에서 쓰러짐이 생기지 않았다고 판정된 경우에는, 제 1 보정 공정 S31을 실행하지 않고, 제 2 판정 공정 S4를 실행한다.

제 2 판정 공정 S4에서는, 회전축 외주면(1S)에 핀 본체(43B)와의 접촉흔이 생겼는지의 여부를 판정한다. 핀 본체(43B)가 회전축 외주면(1S)에 대해, 비교적으로 강하게 가압되도록 접촉한 경우(즉, 하드 러빙이 생긴 경우), 양자의 마찰열에 의해 핀이 열팽창하는 것에 의해, 소프트 러빙한 경우 이상으로 핀 본체(43B)의 선단이 손모된다. 이 손모에 의해, 일 예로서, 도 8에 도시하는 바와 같이 핀 본체(43B)의 선단부가 없어진다. 구체적으로는, 손모 부분(43R)의 분만큼 선단부가 손모되어, 시일 유닛(2B)의 직경방향 길이가 변화량(D')의 분만큼 작아진다.

접촉흔이 생긴 경우에는, 상기와 같은 손모가 생겼다고 판정할 수 있다. 이 경우, 제 2 보정 공정 S41을 실행한다. 제 2 보정 공정 S41에서는, 손모에 의해 생긴 시일 유닛(2B)의 직경방향의 길이의 감소분(변화량(D))을 기준 길이(Lc)에 가산한다. 또한, 제 1 보정 공정 S31를 실행한 경우에는, Lc'=Lc+D의 값에 대해 추가로 D'를 가산하여, 새로운 기준 길이(Lc'2(=Lc'+D))로 한다. 그 후, 후속의 준비 공정 S5를 실행한다. 또한, 접촉흔이 생기지 않은 경우에는, 제 2 보정 공정 S41을 실행하지 않고 준비 공정 S5를 실행한다.

준비 공정 S5에서는, 미사용의 시일 유닛(2B)(시일 링(43))을 준비한다. 이어서, 조정 공정 S6을 실행한다. 조정 공정 S6에서는, 상기의 각 공정을 거쳐서 산출된 기준 길이(Lc(Lc', Lc'2))를 만족하도록, 미사용의 시일 유닛(2B)의 직경방향 위치를 조정한다. 구체적으로는, 상술한 위치 조정부(60)로서의 조정 볼트(46)의 나사 조임량을 조정한다. 이에 의해, 미사용의 시일 링(43)을 케이싱(2)에 장착하면 바로, 핀 본체(43B)와 회전축 외주면(1S) 사이의 클리어런스가 최적화된 상태가 된다. 환언하면, 교환 전에 형성되어 있던 클리어런스가, 절삭 가공 등의 작업을 거치는 일이 없이, 미사용의 시일 링(43) 상에서 재현된다. 그 후, 상반 케이싱(2U)과 하반 케이싱(2L)을 결합한다(차실 폐색 공정(S7)). 이상에 의해, 증기 터빈(100)의 보수 방법의 전체 공정이 완료된다.

이상, 설명한 바와 같이, 상기 보수 방법에서는, 일정 기간에 걸쳐서 운전한 후 상태의 증기 터빈(100)에 대해, 계측 공정 S2를 실행한다. 이 상태에서는, 손모 등에 의해 시일 링(43)의 직경방향의 길이는 미사용 상태에 비해 변화되어 있다. 계측 공정 S2에서는, 이와 같이 손모가 생긴 상태에서, 기준 위치(돌기 상면(41S))로부터의 시일 링(43)의 직경방향 길이를 계측하여 기준 길이(Lc)로 한다. 여기에서, 일정 기간의 운전을 거쳐 손모가 생긴 시일 링(43)은, 회전축(1)의 회전축 외주면(1S)과의 사이의 클리어런스가 최적화되어 있는 상태라고 간주할 수 있다. 따라서, 후속의 조정 공정 S6에서는, 이 기준 길이(Lc)가 되도록 미사용의 시일 링(43)의 길이를 조정하면, 클리어런스를 최적화하면서, 시일 링(43)을 교환하는 것이 가능해진다. 특히, 시일 링(43)에 대한 가공이나, 케이싱(2)의 임시조립을 실행하는 일이 없이, 시일 링(43)의 교환과 얼라인먼트의 최적화(클리어런스의 최적화)를 실행할 수 있기 때문에, 공정수의 삭감을 도모할 수 있다.

여기에서, 증기 터빈(100)의 운전 중에는, 스케일의 비래(飛來) 등 어떠한 외란 요인에 의해 회전축(1)에 축선(O)방향을 향하는 힘(스러스트력)이 가해지는 경우가 있다. 이 스러스트력에 의해 회전축(1)이 축선(O)방향으로 변위하면, 시일 링(43)과 회전축(1)이 접촉하여, 시일 링(43)이 당초의 자세를 유지하지 못하고 쓰러지는(경사짐) 일이 있다. 이와 같은 쓰러짐이 발생하면, 시일 링(43)의 선단과 회전축(1)의 회전축 외주면(1S) 사이의 클리어런스가 확대되어 버린다. 따라서, 시일 링(43)을 교환할 때에는, 쓰러짐에 의한 클리어런스의 변화량을 고려하여 얼라인먼트 조정(시일 링(43)의 위치 조정)을 실행할 필요가 있다. 상기의 방법에서는, 쓰러짐에 의해 생긴 시일 링(43)의 직경방향 길이의 감소분(변화량(D))을, 계측 공정 S2에서 얻어진 기준 길이(Lc)의 값에 가산한다. 이에 의해, 쓰러짐이 생기기 전의 상태를, 미사용의 시일 링(43)으로 재현할 수 있다. 그 결과, 클리어런스를 보다 높은 정밀도로 최적화할 수 있다.

또한, 회전축(1)과 시일 링(43)이 특히 강하게 접촉한 경우(하드 러빙이 생긴 경우), 시일 링(43)의 선단부가 마찰에 의해 손모되어, 그 길이가 감소하는 일이 있다. 이에 의해, 시일 링(43)의 선단과 회전축(1)의 회전축 외주면(1S) 사이의 클리어런스가 확대되어 버린다. 따라서, 시일 링(43)을 교환할 때에는, 상기 의 손모에 의한 클리어런스의 변화량을 고려하여 얼라인먼트 조정(시일 링의 위치 조정)을 실행할 필요가 있다. 상기의 방법에서는, 손모에 의해 생긴 시일 링(43)의 직경방향 길이의 감소분(변화량(D'))을, 계측 공정 S2에서 얻어진 기준 길이(Lc)의 값(또는, 제 1 보정 공정 S31에서 산출된 기준 길이(Lc')의 값)에 가산한다. 이에 의해, 손모가 생기기 전의 상태를, 미사용의 시일 링(43)으로 재현할 수 있다. 그 결과, 클리어런스를 보다 높은 정밀도로 최적화할 수 있다.

부가하여, 상기 구성에 의하면, 조정 볼트(46)를 회전시키는 양(나사 조임량)에 따라서, 홀더(41)에 대한 시일 링(43)의 상대 위치(즉, 시일 링(43)의 직경방향 길이)를 용이하게 변화시킬 수 있다. 이에 의해, 시일 링(43)을 교환할 때에, 교환 전의 미사용의 시일 링(43)에 가공을 가하는 일이 없이, 클리어런스가 최적화된 상태를 재현할 수 있다.

이상, 본 발명의 제 1 실시형태에 대해 설명했다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 한에 있어서, 상기의 방법이나 구성으로 여러 가지의 변경·개수를 실시하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 제 1 실시형태에서는, 시일 유닛(2B)이 정익(20)에만 마련되어 있는 구성에 대해 설명했다. 그렇지만, 시일 유닛(2B)이 마련되는 위치는 상기로 한정되지 않으며, 동익(30)과 케이싱(2)의 내주면 사이에 이것을 마련하는 것도 가능하다.

[제 2 실시형태]

다음에, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해, 도 9를 참조하여 설명한다. 또한, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다. 본 실시형태에서는, 시일 유닛(2B')에 있어서의 위치 조정부(60')의 구성이 제 1 실시형태와 상이하다. 위치 조정부(60')는 상술의 후크 플레이트(42)에 마련된 피니언 기어(48A)와, 이 피니언 기어(48A)에 맞물리는 동시에, 시일 링(43)에 고정된 랙 기어(48B)를 갖고 있다. 피니언 기어(48A)는 후크 플레이트(42)의 내부에서, 상술의 축선(O), 및 직경방향에 직교하는 방향으로 연장되는 회동축(Ax) 주위로 회전 가능하게 지지되어 있다. 랙 기어(48B)는 직경방향으로 연장되는 것에 의해, 피니언 기어(48A)의 회전에 수반하여 상기 직경방향으로 진퇴동한다. 이에 의해, 랙 기어(48B)가 고정되어 있는 시일 링(43)이 직경방향으로 진퇴동한다. 그 결과, 시일 링(43)의 직경방향 길이가 변화한다.

또한, 본 실시형태에서는, 홀더 본체(41A)에 후크 플레이트(42)를 직경방향 내측을 향하여 부세하기 위한 탄성 부재(47)가 마련되어 있다. 탄성 부재(47)로서 구체적으로는, 판 스프링이 바람직하게 이용된다.

상기 구성에 의하면, 랙 기어(48B)에 대한 피니언 기어(48A)의 상대 위치에 따라서, 홀더(41)에 대한 시일 링(43)의 상대 위치를 용이하게 변화시킬 수 있다. 이에 의해, 시일 링(43)을 교환할 때에, 교환 전의 미사용의 시일 링(43)에 가공을 가하는 일이 없이, 클리어런스가 최적화된 상태를 재현할 수 있다.

이상, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 설명했다. 또한, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 한에서, 상기의 구성으로 여러 가지의 변경이나 개수를 실시하는 것이 가능하다.

본 발명에 의하면, 용이하고, 또한, 단기간으로 보수를 실행하는 것이 가능한 증기 터빈의 보수 방법, 및 증기 터빈을 제공할 수 있다.

100: 증기 터빈 1: 회전축
1S: 회전축 외주면 2: 케이싱
2B, 2B': 시일 유닛 2L: 하반 케이싱
2U: 상반 케이싱 3: 로터
4A: 저널 베어링 4B: 스러스트 베어링
11: 축단 12: 증기 공급관
13: 증기 배출관 20: 정익
21: 정익 본체 22: 정익 슈라우드
22A: 슈라우드 내주면 24: 정익 대좌
24A: 대좌 내주면 30: 동익
31: 동익 본체 34: 동익 슈라우드
41: 홀더 41A: 홀더 본체
41B: 결합 돌기 41S: 돌기 상면
42: 후크 플레이트 42S: 플레이트 하면
42T: 플레이트 상면 43: 시일 링
43A: 시일 기부 43B: 핀 본체
43S: 기부 내주면 43T: 기부 상면
43H: 볼트 구멍 43R: 손모 부분
45: 너트 46: 조정 볼트
46A: 고정 원반부 46B: 볼트 상부
46C: 볼트 하부 46D: 홈
47: 탄성 부재 48A: 피니언 기어
48B: 랙 기어 60, 60': 위치 조정부
A: 중심축 Ax: 회동축
O: 축선

Claims (6)

1. 운전 후의 증기 터빈의 시일 클리어런스 조정 방법에 있어서,
   상기 증기 터빈은,
   축선 주위로 회전하는 회전축과,
   상기 회전축의 외주면에 마련된 동익과,
   상기 회전축, 및 상기 동익을 외주측으로부터 덮는 케이싱과,
   상기 케이싱의 내주면에 마련된 정익과,
   상기 회전축의 외주면과 상기 정익 사이에 마련된 시일 링, 및 상기 시일 링의 상기 축선에 대한 직경방향 위치를 조정 가능한 위치 조정부를 갖는 시일 장치를 구비하고,
   상기 시일 클리어런스 조정 방법은,
   미리 정해진 기준 위치로부터의 상기 시일 링의 직경방향의 길이를 기준 길이로 하여 계측하는 계측 공정과,
   미사용의 시일 링을 준비하는 준비 공정과,
   상기 위치 조정부에 의해, 상기 기준 길이가 되도록 상기 기준 위치로부터의 상기 미사용의 시일 링의 길이를 조정하는 조정 공정을 포함하는
   증기 터빈의 시일 클리어런스 조정 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 시일 링은 시일 기부와, 상기 시일 기부의 내주면에 마련된 복수의 핀 본체를 가지며,
   상기 조정 공정 후에, 상기 증기 터빈의 운전 후에 상기 핀 본체에 상기 축선방향으로의 쓰러짐이 생긴 경우에, 상기 쓰러짐에 의해 생긴 상기 시일 링의 직경방향의 길이의 감소분을 상기 기준 길이에 가산하는 제 1 보정 공정을 더 실행하는
   증기 터빈의 시일 클리어런스 조정 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 조정 공정 후에, 상기 증기 터빈의 운전 후에 상기 회전축에 상기 시일 링과의 접촉흔이 생긴 경우에, 접촉에 의해 생긴 상기 시일 링의 직경방향의 길이의 감소분을 상기 기준 길이에 가산하는 제 2 보정 공정을 더 실행하는
   증기 터빈의 시일 클리어런스 조정 방법.
4. 축 주위로 회전하는 회전축과,
   상기 회전축의 외주면에 마련된 동익과,
   상기 회전축, 및 상기 동익을 외주측으로부터 덮는 케이싱과,
   상기 케이싱의 내주면에 마련된 정익과,
   상기 회전축의 외주면과 상기 정익 사이에 마련된 시일 링, 상기 시일 링을 직경방향 외측에서 지지하는 홀더, 및 상기 홀더의 기준 위치로부터 상기 시일 링의 선단까지의 길이를 조정 가능한 위치 조정부를 갖는 시일 장치를 구비하는
   증기 터빈.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 위치 조정부는, 나사 조임량을 변화시키는 것에 의해, 상기 시일 링을 상기 홀더에 대해 상대 변위 가능한 상태로 지지하는 볼트를 갖는
   증기 터빈.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 위치 조정부는,
   상기 시일 링에 마련되며, 직경방향으로 연장되는 랙 기어와,
   상기 홀더에 마련되며, 상기 랙 기어와 맞물리는 피니언 기어를 갖는
   증기 터빈.

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