WO2016068159A1 - クリアランス制御型シール構造 - Google Patents

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WO2016068159A1
WO2016068159A1 PCT/JP2015/080314 JP2015080314W WO2016068159A1 WO 2016068159 A1 WO2016068159 A1 WO 2016068159A1 JP 2015080314 W JP2015080314 W JP 2015080314W WO 2016068159 A1 WO2016068159 A1 WO 2016068159A1
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seal ring
control type
clearance control
structure according
seal structure
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昂平 尾▲崎▼
上原　秀和
西本　慎
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三菱日立パワーシステムズ株式会社
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    • F16J15/441—Free-space packings with floating ring
    • F16J15/442—Free-space packings with floating ring segmented

Definitions

  • the present invention relates to a clearance control type seal structure.
  • ACC seal structure is a structure that automatically adjusts the distance between the abradable seal ring and the rotor or fins disposed on the rotor.
  • a structure in which about four abradable seal rings are connected is used to optimize the ACC seal structure operation design, and the pressure to be operated by each abradable seal ring is designed.
  • the operating pressures are different.
  • the abradable seal ring designed to lower the operating pressure is activated first as the back pressure (steam pressure) increases.
  • an object of the present invention is to provide a clearance control type seal structure that can reliably operate each abradable seal ring at a desired timing, and a turbine having this clearance control type seal structure.
  • a clearance control type seal structure for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • a plurality of arc-shaped grooves formed side by side in the axial direction with respect to the inner peripheral surface of the housing in the turbine, A fitting portion fitted in the groove with a predetermined gap, and an expansion portion exposed radially inward from the housing and expanded in the axial direction, and during operation, due to a back pressure inside the groove
  • With a plurality of seal rings that receive the force to move radially inward With a plurality of seal rings that receive the force to move radially inward, Among the plurality of seal rings, at least in the first seal ring and the second seal ring adjacent in the axial direction, The first seal ring operates at a higher load than the second seal ring, A part of each other has a diameter so that the second extension part, which is the extension part of the second seal ring, can press the first extension part, which is the extension part of the first seal ring, radially inward. It is characterized by overlapping in the
  • a clearance control type seal structure according to a second invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • the clearance control type seal structure according to the first invention In the clearance control type seal structure according to the first invention, In the second extension part, On the outer peripheral surface of the end portion on the first seal ring side, a convex portion that is further expanded toward the first seal ring side is formed, In the first extension part, On the outer peripheral surface of the second seal ring side end, a concave portion corresponding to the convex portion is formed, The convex portion is inserted into the concave portion.
  • a clearance control type seal structure according to a third invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • the clearance control type seal structure according to the first invention In the second extension part, On the inner side in the predetermined long diameter direction from the outer peripheral surface of the end portion on the first seal ring side, a convex portion that is further expanded toward the first seal ring side is formed, In the first extension part, A concave portion corresponding to the convex portion is formed on the inner side in the predetermined major axis direction from the outer peripheral surface of the second seal ring side end portion, The convex portion is inserted into the concave portion.
  • a clearance control type seal structure according to a fourth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • the clearance control type seal structure according to the first invention In the first extension part, On the inner side in the predetermined long diameter direction from the outer peripheral surface of the end portion on the second seal ring side, a convex portion that is further expanded toward the second seal ring side is formed, In the second extension part, A concave portion corresponding to the convex portion is formed on the inner side in a predetermined major axis direction from the outer peripheral surface of the first seal ring side end portion, The convex portion is inserted into the concave portion.
  • a clearance control type seal structure for solving the above-mentioned problems is as follows.
  • a second recess is formed on the inner side in the predetermined major axis direction from the outer peripheral surface of the first seal ring side end, A part of the arc-shaped flat plate portion having a shape corresponding to the second recess is inserted into the second recess,
  • a first recess corresponding to the arc-shaped flat plate portion is formed; The arcuate flat plate portion is partially inserted into the first recess.
  • a turbine according to a sixth invention for solving the above-described problem is as follows.
  • the clearance control type seal structure according to the first invention is provided.
  • a turbine according to a seventh invention for solving the above-described problem is as follows.
  • the clearance control type seal structure according to the second invention is provided.
  • a turbine according to an eighth invention for solving the above-described problem is The clearance control type seal structure according to the third invention is provided.
  • a turbine according to a ninth invention for solving the above-described problem is The clearance control type seal structure according to the fourth invention is provided.
  • a turbine according to a tenth invention for solving the above-described problem is The clearance control type seal structure according to the fifth invention.
  • each abradable seal ring can be reliably operated at a desired timing.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a clearance control type seal structure according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the clearance control type seal structure according to the first embodiment of the present invention is used for a turbine, and first includes abradable seal rings 11 and 12 and a plurality of grooves 23 as shown in FIG. .
  • the number of abradable seal rings is not limited to two, but any number of abradable seal rings may be provided as long as there are two or more.
  • the first abradable seal ring 11 in the front stage and the second abradable seal ring 12 in the rear stage that are adjacent in the axial direction will be described below. It is assumed that the first abradable seal ring 11 at the front stage is operated at a higher load than the second abradable seal ring 12 at the rear stage.
  • the first abradable seal ring 11 includes a first fitting portion 11a and a first extension portion 11b. Moreover, the 2nd abradable seal ring 12 is provided with the 2nd fitting part 12a and the 2nd expansion part 12b.
  • a plurality of arc-shaped grooves 23 are formed in the axial direction on the inner peripheral surface of the housing 22 surrounding the rotor 21.
  • Each groove 23 has an enlarged portion 23a that is expanded in the axial direction.
  • the abradable seal rings 11 and 12 are arc-shaped seal rings corresponding to the grooves 23, respectively. Then, the fitting portions 11 a and 12 a of the abradable seal rings 11 and 12 are fitted to the enlarged portion 23 a of the groove 23 with a predetermined gap, respectively. Further, the expanded portions 11b and 12b of the abradable seal rings 11 and 12 are exposed radially inward from the housing 22 and are expanded in the axial direction.
  • Abradable portions 11b-1 and 12b-1 made of a free-cutting member are disposed on the inner peripheral surfaces of the expanded portions 11b and 12b of the abradable seal rings 11 and 12, respectively.
  • the abradable portions 11 b-1 and 12 b-1 are opposed to the fins 21 a disposed on the rotor 21.
  • the abradable portions 11b-1 and 12b-1 are made of a free-cutting member.
  • the influence on the performance is small, and the fin 21a is hardly lost. Therefore, the abradable portions 11b-1 and 12b-1 can be brought close to the limit position where they contact the fins 21a.
  • the abradable seal rings 11 and 12 are provided with abradable portions 11b-1 and 12b-1 of free-cutting members, so that the rotor 21 (or fins disposed on the rotor 21) during rated operation is provided.
  • the clearance between 21a) and the abradable seal rings 11, 12 can be set to a minimum, and the amount of leakage can be reduced.
  • the abradable seal rings 11 and 12 have an ACC seal structure.
  • the positions of the abradable seal rings 11 and 12 are adjusted by springs (not shown) arranged in each, and operated to the rotor 21 side by the back pressure (steam pressure) immediately before reaching the rating. is there. That is, a spring force is applied so that the abradable seal rings 11 and 12 are pressed radially outward. Then, the following controls 1 to 3 are performed.
  • the second expansion portion 12b of the second abradable seal ring 12 at the rear stage is the first expansion of the first abradable seal ring 11 at the front stage.
  • a part of each other overlaps in the radial direction so that the portion 11b can be pressed radially inward.
  • the second expanded portion 12b of the second abradable seal ring 12 at the rear stage is formed with a convex portion 12b-2 in which a part of the upstream side (the first abradable seal ring 11 side) is further expanded.
  • the convex portion 12b-2 extends in the circumferential direction of the extended portion 12b.
  • first expanded portion 11b of the first abradable seal ring 11 at the front stage is formed with a recessed portion 11b-2 in which a part of the downstream side (second abradable seal ring 12 side) is recessed.
  • the recessed part 11b-2 is extended
  • the recessed part 11b-2 and the convex part 12b-2 shall be formed in the outer peripheral surface of the expansion parts 11b and 12b, respectively (namely, said "part” means an expansion part) 11b and 12b).
  • the concave portion 11b-2 has a shape corresponding to the convex portion 12b-2, and the concave portion 11b-2 of the first abradable seal ring 11 is inserted by inserting the convex portion 12b-2 into the concave portion of the concave portion 11b-2.
  • the second wall surface and the convex portion 12b-2 of the second abradable seal ring 12 overlap each other.
  • the axial end of the extended portion 11b of the first abradable seal ring 11 at the front stage is connected to the second abradable seal ring 12 at the rear stage facing the first abradable seal ring 12.
  • the axial end portions of the extended portions 12b overlap each other in the radial direction so that they can be pressed in the radial direction.
  • the abradable seal rings 11 and 12 can operate smoothly inward in the radial direction without variation in operation timing.
  • the back pressure is not generated, and the abradable seal rings 11 and 12 are not affected by each other by the spring force and move radially outward and are pressed toward the outer peripheral side wall surface 23a-1.
  • the convex part 12b-2 is pressed radially outward by the wall surface of the concave part 11b-2, so that the second The braidable seal ring 12 also returns to the state before operation.
  • the clearance control type seal structure according to the first embodiment of the present invention can be assembled relatively easily by first assembling the second abradable seal ring 12 at the subsequent stage.
  • the clearance control type seal structure according to the first embodiment of the present invention has been described above.
  • the clearance control type seal structure according to the first embodiment of the present invention has a shaft with respect to the inner peripheral surface of the housing in the turbine.
  • a plurality of arc-shaped grooves formed side by side in the direction, a fitting part fitted in the groove with a predetermined gap, and an expansion that is exposed radially inward from the housing and extends in the axial direction
  • a plurality of seal rings that receive a force that moves inward in the radial direction due to the back pressure inside the groove during operation, and at least one of the plurality of seal rings that is adjacent in the axial direction.
  • the second expansion portion which is the expansion portion of the second seal ring, radiates the first expansion portion, which is the expansion portion of the first seal ring.
  • a portion of one another are overlapping in the radial direction.
  • the second extended portion is formed with a convex portion further extended toward the upstream side in the axial direction on the outer peripheral surface of the upstream end portion, and the first extended portion is formed on the outer peripheral surface of the downstream end portion.
  • the concave portion corresponding to the convex portion is formed, and the convex portion is inserted into the concave portion.
  • each abradable seal ring can be reliably operated at a desired timing.
  • Example 2 The clearance control type seal structure according to Example 2 of the present invention is obtained by changing a part of the clearance control type seal structure according to Example 1 of the present invention.
  • the following description will focus on the differences from the clearance control type seal structure according to the first embodiment of the present invention, and the description of the same configuration will be omitted as much as possible.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a clearance control type seal structure according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
  • the clearance control type seal structure according to the second embodiment of the present invention includes a first extension portion 31 b and a second extension of the first abradable seal ring 31 and the second abradable seal ring 32.
  • the positions where the concave portions 31b-2 and the convex portions 32b-2 are formed are the concave portions in the first extended portion 11b and the second extended portion 12b of the clearance control type seal structure according to the first embodiment of the invention. 11b-2 and the convex part 12b-2.
  • the concave portion 31b-2 and the convex portion 32b-2 have a predetermined length (length) from the outer peripheral surfaces of the first extended portion 31b and the second extended portion 32b, respectively. a) It is formed at a radially inner position.
  • the convex part 32b-2 of the 2nd expansion part 32b is inserted in the recessed part 31b-2 of the 1st expansion part 31b, and both radial direction side wall surfaces of the recessed part 31b-2 pinch
  • the clearance control type seal structure according to the second embodiment of the present invention is not only at the time of pressure increase, but also when the abradable seal rings 31 and 32 return to the outside in the radial direction at the time of pressure decrease (during stop).
  • the second abradable seal ring 32 can press the first abradable seal ring 31 in the previous stage.
  • the concave portion 31b-2 is formed in the first extended portion 31b of the first abradable seal ring 31, and the convex portion 32b-2 is formed in the second extended portion 32b of the second abradable seal ring 32.
  • a convex portion 32b-2 is formed on the first extended portion 31b of the first abradable seal ring 31, and the second extended portion of the second abradable seal ring 32 is formed.
  • a recess 31b-2 may be formed in 32b.
  • the clearance control type seal structure according to the second embodiment of the present invention includes an upstream end at the second expansion portion.
  • a convex portion that is further expanded toward the upstream side in the axial direction (the first abradable seal ring 11 side) is formed on the inner side in the predetermined major axis direction from the outer peripheral surface of the portion, and the first extended portion has a downstream end portion.
  • a concave portion corresponding to the convex portion is formed inside the predetermined major axis direction from the outer peripheral surface, and the convex portion is inserted into the concave portion.
  • the convex portion and the concave portion may be reversed. That is, the first extended portion is formed with a convex portion that is further expanded toward the downstream side in the axial direction (the second abradable seal ring 12 side) on the inner side in the predetermined major axis direction from the outer peripheral surface of the downstream end portion, The second extended portion may be formed with a concave portion corresponding to the convex portion on the inner side in a predetermined major axis direction from the outer peripheral surface of the upstream end portion, and the convex portion is inserted into the concave portion.
  • the clearance control type seal structure according to the second embodiment of the present invention can reliably operate each abradable seal ring at a desired timing.
  • Example 3 The clearance control type seal structure according to Example 3 of the present invention is obtained by changing a part of the clearance control type seal structure according to Example 1 of the present invention.
  • the following description will focus on the differences from the clearance control type seal structure according to the first embodiment of the present invention, and the description of the same components will be omitted as much as possible.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a clearance control type seal structure according to a third embodiment of the present invention.
  • the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
  • the shape of the second expansion portion 42b is the second expansion portion 12b of the clearance control type seal structure according to the first embodiment of the present invention. The shape is different.
  • the second expanded portion 42b of the second abradable seal ring 42 has a metal arcuate flat plate portion 42b-2 and a second concave portion 42b-3. ing.
  • the second concave portion 42b-3 is formed at a position radially inward from the outer peripheral surface of the upstream end portion of the second extension portion 42b by a predetermined length (length b), and the arc-shaped flat plate portion 42b-2 is Embodiments 1 and 2 have a shape corresponding to the second recess 42b-3, and a part in the axial direction is inserted into the second recess 42b-3 and has a predetermined width (for a length c) in the axial direction. It plays the role of the convex portions 12b-2 and 32b-2.
  • a (first) recess 41b-2 is formed on the downstream side of the first expansion part 41b of the first abradable seal ring 41.
  • the concave portion 41b-2 has a shape corresponding to the arc-shaped flat plate portion 42b-2.
  • the wall surface of the recess 41b-2 of the first abradable seal ring 41 and the circle of the second abradable seal ring 42 are provided.
  • the arc-shaped flat plate portion 42b-2 is overlapped.
  • the concave portion 41b-2 is shown as a shape having only one side of the radial side wall surface as in the concave portion 11b-2 (FIG. 1) of the first embodiment.
  • the present embodiment is not limited to this. It is good also as what has a radial direction side wall surface in both sides like the recessed part 31b-2 (FIG. 2) of Example 2 instead.
  • the clearance control type seal structure according to the third embodiment of the present invention has an arcuate flat plate portion 42b- between the axial end portions of the first abradable seal ring 41 and the second abradable seal ring 42.
  • the arc-shaped flat plate portion 42 b-2 plays the role of the convex portions 12 b-2 and 32 b-2 in the first and second embodiments, and the operation of the second abradable seal ring 42 in the rear stage is performed in the front stage.
  • the first abradable seal ring 41 To the first abradable seal ring 41.
  • the arc-shaped flat plate portion 42b-2 is inserted after the abradable seal rings 41 and 42 are individually assembled with the above configuration. As a result, the assemblability is improved.
  • the clearance control type seal structure according to the third embodiment of the present invention includes an upstream end at the second expansion portion.
  • a second concave portion is formed on the inner side in a predetermined major axis direction from the outer peripheral surface of the portion, and a part of the arc-shaped flat plate portion having a shape corresponding to the second concave portion is inserted into the second concave portion, and the first extension portion
  • a first recess corresponding to the arc-shaped flat plate portion is formed, and the arc-shaped flat plate portion is partially inserted into the first recess.
  • the clearance control type seal structure according to the present invention has been described in the first to fourth embodiments.
  • the clearance control type seal structure according to the present invention may be applied to all series of abradable seal rings or operated. It may be applied only to some abradable seal rings with poor properties.
  • the first stage is described as the first abradable seal ring 11 and the second stage is described as the second abradable seal ring 12.
  • the first abradable seal ring 11 and the second abradable seal are described. It does not matter which of the rings 12 is the front stage and which is the rear stage. That is, the magnitude
  • the description in the first to fourth embodiments is valid even if the context is changed. .
  • each abradable seal ring when operating the ACC, the influence of frictional resistance can be reduced, and each abradable seal ring can be operated reliably at a desired timing.
  • the present invention is suitable as a clearance control type seal structure.

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Abstract

　タービンにおけるハウジング（２２）の内周面に対し、軸方向に複数並んで形成された、円弧状の溝（２３）と、溝（２３）に所定の隙間を有して嵌合された嵌合部（１１ａ，１２ａ）、及び、ハウジング（２２）から径方向内側へ露出し軸方向に拡張した拡張部（１１ｂ，１２ｂ）を有し、運転中、溝（２３）内部の背面圧力により径方向内側へ向け移動する力を受ける、アブレイダブルシールリング（１１，１２）とを備え、拡張部（１２ｂ）には、上流側端部の外周面において、軸方向上流側に向けさらに拡張した凸部（１２ｂ‐２）が形成され、拡張部（１１ｂ）には、下流側端部の外周面において、凸部（１２ｂ‐２）に対応する凹部（１１ｂ‐２）が形成され、凸部（１２ｂ‐２）が凹部（１１ｂ‐２）に挿入されるようにする。

Description

クリアランス制御型シール構造
　本発明は、クリアランス制御型シール構造に関する。
　従来、蒸気タービンやガスタービンの構造として、下記特許文献１，２に開示されるように、ロータ‐ハウジング間のシールの役割を担うアブレイダブルシールリング、及び、ＡＣＣ（アクティブクリアランスコントロール）機能を搭載したＡＣＣシール構造がある。
　ＡＣＣシール構造とは、アブレイダブルシールリングの、ロータあるいはロータに配設されたフィンとの間隔を、自動調整する構造である。
特開２０００－１２０８７９号公報 特開２００３－６５０７６号公報
　例えば、蒸気タービンにおいては、ＡＣＣシール構造の作動設計最適化のため、４連程度のアブレイダブルシールリングを連結させた構造を適用しており、各アブレイダブルシールリングで作動させる圧力を設計しており、それぞれ作動する圧力が異なっている。
　タービンが起動し定格運転に近づくと、背面圧力（蒸気圧力）の上昇に伴い、作動圧力を低く設計したアブレイダブルシールリングが最初に作動する。
　その後に高負荷作動のアブレイダブルシールリングが作動するように設計しているが、ハウジングとの摩擦の影響で作動しない場合がある。なお、摩擦係数にはばらつきがあり、高負荷作動のアブレイダブルシールリングの方が低負荷作動のアブレイダブルシールリングよりも作動し難いことが確認されている。
　よって、本発明では、各アブレイダブルシールリングを所望のタイミングで確実に作動させることができるクリアランス制御型シール構造、及び、このクリアランス制御型シール構造を有するタービンを提供することを目的とする。
　上記課題を解決する第１の発明に係るクリアランス制御型シール構造は、
　タービンにおけるハウジングの内周面に対し、軸方向に複数並んで形成された、円弧状の溝と、
　前記溝に所定の隙間を有して嵌合された嵌合部、及び、前記ハウジングから径方向内側へ露出し軸方向に拡張した拡張部を有し、運転中、前記溝内部の背面圧力により径方向内側へ向け移動する力を受ける、複数のシールリングとを備え、
　前記複数のシールリングのうち、少なくとも、軸方向に隣り合う第１シールリング及び第２シールリングにおいて、
　前記第１シールリングは前記第２シールリングよりも高負荷で作動するものとし、
　前記第２シールリングの前記拡張部である第２拡張部が、前記第１シールリングの前記拡張部である第１拡張部を径方向内側に押圧可能とするように、互いの一部が径方向に重複している
　ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第２の発明に係るクリアランス制御型シール構造は、
　上記第１の発明に係るクリアランス制御型シール構造において、
　前記第２拡張部には、
　前記第１シールリング側端部の外周面において、前記第１シールリング側に向けさらに拡張した凸部が形成され、
　前記第１拡張部には、
　前記第２シールリング側端部の外周面において、前記凸部に対応する凹部が形成され、
　前記凸部が前記凹部に挿入されている
　ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第３の発明に係るクリアランス制御型シール構造は、
　上記第１の発明に係るクリアランス制御型シール構造において、
　前記第２拡張部には、
　前記第１シールリング側端部の外周面から所定長径方向内側において、前記第１シールリング側に向けさらに拡張した凸部が形成され、
　前記第１拡張部には、
　前記第２シールリング側端部の外周面から所定長径方向内側において、前記凸部に対応する凹部が形成され、
　前記凸部が前記凹部に挿入されている
　ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第４の発明に係るクリアランス制御型シール構造は、
　上記第１の発明に係るクリアランス制御型シール構造において、
　前記第１拡張部には、
　前記第２シールリング側端部の外周面から所定長径方向内側において、前記第２シールリング側に向けさらに拡張した凸部が形成され、
　前記第２拡張部には、
　前記第１シールリング側端部の外周面から所定長径方向内側において、前記凸部に対応する凹部が形成され、
　前記凸部が前記凹部に挿入されている
　ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第５の発明に係るクリアランス制御型シール構造は、
　上記第１の発明に係るクリアランス制御型シール構造において、
　前記第２拡張部には、
　前記第１シールリング側端部の外周面から所定長径方向内側において、第２凹部が形成され、
　前記第２凹部には、該第２凹部に対応する形状の円弧状平板部の一部が挿入され、
　前記第１拡張部には、
　前記円弧状平板部に対応する第１凹部が形成され、
　前記円弧状平板部が前記第１凹部に一部挿入されている
　ことを特徴とする。
　上記課題を解決する第６の発明に係るタービンは、
　上記第１の発明に係るクリアランス制御型シール構造を有することを特徴とする。
　上記課題を解決する第７の発明に係るタービンは、
　上記第２の発明に係るクリアランス制御型シール構造を有することを特徴とする。
　上記課題を解決する第８の発明に係るタービンは、
　上記第３の発明に係るクリアランス制御型シール構造を有することを特徴とする。
　上記課題を解決する第９の発明に係るタービンは、
　上記第４の発明に係るクリアランス制御型シール構造を有することを特徴とする。
　上記課題を解決する第１０の発明に係るタービンは、
　上記第５の発明に係るクリアランス制御型シール構造を有することを特徴とする。
　本発明に係るクリアランス制御型シール構造及びタービンによれば、各アブレイダブルシールリングを所望のタイミングで確実に作動させることができる。
本発明の実施例１に係るクリアランス制御型シール構造を説明する断面図である。 本発明の実施例２に係るクリアランス制御型シール構造を説明する断面図である。 本発明の実施例３に係るクリアランス制御型シール構造を説明する断面図である。
　以下、本発明に係るクリアランス制御型シール構造及びタービンを実施例にて図面を用いて説明する。
［実施例１］
　図１は、本発明の実施例１に係るクリアランス制御型シール構造を説明する断面図である。本発明の実施例１に係るクリアランス制御型シール構造は、タービンに用いられるものであり、図１に示すように、まずアブレイダブルシールリング１１，１２、及び、複数の溝２３を備えている。
　なお、本実施例では、アブレイダブルシールリングを２つ備えるのみに限定するものではなく、アブレイダブルシールリングは２つ以上であればいくつ備えてもよい。ただし、簡略化のため、以下では、軸方向に隣り合う、前段の第１アブレイダブルシールリング１１及び後段の第２アブレイダブルシールリング１２について説明する。なお、前段の第１アブレイダブルシールリング１１が後段の第２アブレイダブルシールリング１２よりも高負荷作動であるものとする。
　第１アブレイダブルシールリング１１は、第１嵌合部１１ａ及び第１拡張部１１ｂを備えている。また、第２アブレイダブルシールリング１２は、第２嵌合部１２ａ及び第２拡張部１２ｂを備えている。
　ロータ２１を囲うハウジング２２の内周面には、円弧状の溝２３が軸方向に複数並んで形成されている。各溝２３は、軸方向に拡張された拡大部２３ａを内部に有している。
　アブレイダブルシールリング１１，１２は、それぞれ溝２３に対応する円弧状のシールリングである。そして、アブレイダブルシールリング１１，１２の嵌合部１１ａ，１２ａは、それぞれ溝２３の拡大部２３ａに対し所定の隙間を有して嵌合されている。また、アブレイダブルシールリング１１，１２の拡張部１１ｂ，１２ｂは、それぞれハウジング２２から径方向内側へ露出しており、軸方向に拡張している。
　アブレイダブルシールリング１１，１２の拡張部１１ｂ，１２ｂの内周面には、快削性部材からなるアブレイダブル部１１ｂ‐１，１２ｂ‐１がそれぞれ配設されている。アブレイダブル部１１ｂ‐１，１２ｂ‐１は、ロータ２１に配設されるフィン２１ａに対向している。
　タービン作動（運転）中、フィン２１ａがアブレイダブル部１１ｂ‐１，１２ｂ‐１に接触した場合、アブレイダブル部１１ｂ‐１，１２ｂ‐１は快削性部材からなるため削られるが、タービン性能への影響は少なく、フィン２１ａについては欠損することが殆どない。したがって、アブレイダブル部１１ｂ‐１，１２ｂ‐１をフィン２１ａに接触する限界位置まで近づけることができる。
　換言すれば、アブレイダブルシールリング１１，１２に快削性部材のアブレイダブル部１１ｂ‐１，１２ｂ‐１を設けることで、定格運転時に、ロータ２１（あるいはロータ２１に配設されるフィン２１ａ）とアブレイダブルシールリング１１，１２とのクリアランスを最小限に設定することができ、漏れ量を低減することが可能である。
　また、起動時及び停止時の軸伸び等によるフィン２１ａのアブレイダブル部１１ｂ‐１，１２ｂ‐１との接触を防止し、アブレイダブル部１１ｂ，１２ｂの削れ量を最小限にするため、アブレイダブルシールリング１１，１２は、ＡＣＣシール構造を有している。
　具体的には、アブレイダブルシールリング１１，１２の位置を、それぞれに配設されたばね（図示略）により調整し、定格到達直前に背面圧力（蒸気圧力）によってロータ２１側に作動させる構造である。すなわち、アブレイダブルシールリング１１，１２が径方向外側へ押圧されるようにばね力がかかるようにする。そして、下記１～３の制御を行う。
　１．作動前（差圧０）
　アブレイダブルシールリング１１，１２は、ばね力により、溝２３の拡大部２３ａの外周側壁面２３ａ‐１へ向けて押し付けられる。
　２．起動時（負荷上昇時、差圧低）
　溝２３の拡大部２３ａの内部において、アブレイダブルシールリング１１，１２を径方向内側へ押圧する背面圧力が発生するが、ばね力＞背面圧力の範囲では、アブレイダブルシールリング１１，１２は依然として外周側壁面２３ａ‐１へ向けて押し付けられている。なお、停止時も同様である。
　３．定格運転時（負荷５０％以上、差圧高）
　定格運転直前に、背面圧力＞（ばね力＋摩擦力）となると、アブレイダブルシールリング１１，１２は、溝２３の内周側壁面２３ａ‐２に押し付けられる。
　ここで、本発明の実施例１に係るクリアランス制御型シール構造では、後段の第２アブレイダブルシールリング１２の第２拡張部１２ｂが、前段の第１アブレイダブルシールリング１１の第１拡張部１１ｂを径方向内側に押圧可能とするように、互いの一部が径方向に重複している。以下、この点について詳述する。
　後段の第２アブレイダブルシールリング１２の第２拡張部１２ｂには、上流側（第１アブレイダブルシールリング１１側）の一部がさらに拡張した凸部１２ｂ‐２が形成されている。なお、凸部１２ｂ‐２は、拡張部１２ｂの周方向に延伸している。
　また、前段の第１アブレイダブルシールリング１１の第１拡張部１１ｂは、下流側（第２アブレイダブルシールリング１２側）の一部が窪んだ凹部１１ｂ‐２が形成されている。なお、凹部１１ｂ‐２は、拡張部１１ｂの周方向に延伸している。
　なお、図１に示すように、凹部１１ｂ‐２及び凸部１２ｂ‐２は、それぞれ拡張部１１ｂ，１２ｂの外周面に形成されるものとする（すなわち、上記「一部」とは、拡張部１１ｂ、１２ｂの外周面を指す）。
　そして、凹部１１ｂ‐２は凸部１２ｂ‐２に対応した形状であり、凹部１１ｂ‐２の窪みに凸部１２ｂ‐２が挿入されることで、第１アブレイダブルシールリング１１の凹部１１ｂ‐２の壁面と、第２アブレイダブルシールリング１２の凸部１２ｂ‐２とが重複するようにする。
　すなわち、本発明の実施例１に係るクリアランス制御型シール構造は、前段の第１アブレイダブルシールリング１１の拡張部１１ｂの軸方向端部を、対向する後段の第２アブレイダブルシールリング１２の拡張部１２ｂの軸方向端部によって、径方向に押圧可能とするように、互いの軸方向端部が径方向に重複している構造である。
　上述の構成とすることにより、上記「２．起動時」から上記「３．定格運転時」の間に、後段の第２アブレイダブルシールリング１２が径方向内側に作動すると、第２拡張部１２ｂの上流側端部が第１拡張部１１ｂの下流側端部に干渉し、前段の第１アブレイダブルシールリング１１を径方向内側に移動させる力が働く。すなわち、後段の第２アブレイダブルシールリング１２の動きに合わせて前段の第１アブレイダブルシールリング１１にも径方向内側へ作動する力が働く（図１中の白抜き矢印）。
　これにより、従来の問題であった、前段の第１アブレイダブルシールリング１１がハウジング２２との摩擦の影響で作動しない場合を回避することができる。
　また、各アブレイダブルシールリング１１，１２には作動タイミングにばらつきが生じることがなく、スムーズに径方向内側に作動することができる。
　さらに、停止時には、背面圧力が発生しなくなり、ばね力により、アブレイダブルシールリング１１，１２は互いに影響を受けずに、径方向外側へ動き、外周側壁面２３ａ‐１へ向けて押し付けられ、作動前の状態に戻る。あるいは、前段の第１アブレイダブルシールリング１１が作動前の状態に戻る際に、凹部１１ｂ‐２の壁面によって凸部１２ｂ‐２が径方向外側へ押圧されることで、後段の第２アブレイダブルシールリング１２も作動前の状態に戻る。
　なお、本発明の実施例１に係るクリアランス制御型シール構造は、後段の第２アブレイダブルシールリング１２から先に組み立てることで、比較的容易に組み立てることが可能である。
　以上、本発明の実施例１に係るクリアランス制御型シール構造について説明したが、換言すれば、本発明の実施例１に係るクリアランス制御型シール構造は、タービンにおけるハウジングの内周面に対し、軸方向に複数並んで形成された、円弧状の溝と、前記溝に所定の隙間を有して嵌合された嵌合部、及び、前記ハウジングから径方向内側へ露出し軸方向に拡張した拡張部を有し、運転中、前記溝内部の背面圧力により径方向内側へ向け移動する力を受ける、複数のシールリングとを備え、前記複数のシールリングのうち、少なくとも、軸方向に隣り合う前段の第１シールリング及び後段の第２シールリングにおいて、前記第２シールリングの前記拡張部である第２拡張部が、前記第１シールリングの前記拡張部である第１拡張部を径方向内側に押圧可能とするように、互いの一部が径方向に重複しているものである。
　特に、前記第２拡張部には、上流側端部の外周面において、軸方向上流側に向けさらに拡張した凸部が形成され、前記第１拡張部には、下流側端部の外周面において、前記凸部に対応する凹部が形成され、前記凸部が前記凹部に挿入されているものである。
　よって、本発明の実施例１に係るクリアランス制御型シール構造では、各アブレイダブルシールリングを所望のタイミングで確実に作動させることができる。
［実施例２］
　本発明の実施例２に係るクリアランス制御型シール構造は、本発明の実施例１に係るクリアランス制御型シール構造の一部を変更したものである。以下、本発明の実施例１に係るクリアランス制御型シール構造と異なる点を中心に説明し、同一の構成については、極力説明を省略する。
　図２は、本発明の実施例２に係るクリアランス制御型シール構造を説明する断面図である。なお、図２では、実施例１と同一の構成については図１と同一の符号を付してある。
　図２に示すように、本発明の実施例２に係るクリアランス制御型シール構造は、第１アブレイダブルシールリング３１及び第２アブレイダブルシールリング３２の、第１拡張部３１ｂ及び第２拡張部３２ｂにおける、凹部３１ｂ‐２及び凸部３２ｂ‐２の形成される位置が、本発明の実施例１に係るクリアランス制御型シール構造の、第１拡張部１１ｂ及び第２拡張部１２ｂにおける、凹部１１ｂ‐２及び凸部１２ｂ‐２と異なる。
　すなわち、本発明の実施例２に係るクリアランス制御型シール構造では、凹部３１ｂ‐２及び凸部３２ｂ‐２が、それぞれ第１拡張部３１ｂ及び第２拡張部３２ｂの外周面から所定長（長さａ分）径方向内側の位置に形成されている。
　そして、第２拡張部３２ｂの凸部３２ｂ‐２は、第１拡張部３１ｂの凹部３１ｂ‐２に挿入され、凹部３１ｂ‐２の径方向側両壁面が凸部３２ｂ‐２を径方向に挟むような状態となる。
　したがって、本発明の実施例２に係るクリアランス制御型シール構造は、昇圧時のみでなく、降圧時（停止時）にアブレイダブルシールリング３１，３２が径方向外側に戻る際にも、後段の第２アブレイダブルシールリング３２が前段の第１アブレイダブルシールリング３１を押圧することができる。
　なお、上述では、第１アブレイダブルシールリング３１の第１拡張部３１ｂに凹部３１ｂ‐２が形成され、第２アブレイダブルシールリング３２の第２拡張部３２ｂに凸部３２ｂ‐２が形成されるものとしたが、これとは反対に、第１アブレイダブルシールリング３１の第１拡張部３１ｂに凸部３２ｂ‐２が形成され、第２アブレイダブルシールリング３２の第２拡張部３２ｂに凹部３１ｂ‐２が形成されるものとしてもよい。
　以上、本発明の実施例２に係るクリアランス制御型シール構造について説明したが、換言すれば、本発明の実施例２に係るクリアランス制御型シール構造は、前記第２拡張部には、上流側端部の外周面から所定長径方向内側において、軸方向上流側（第１アブレイダブルシールリング１１側）に向けさらに拡張した凸部が形成され、前記第１拡張部には、下流側端部の外周面から所定長径方向内側において、前記凸部に対応する凹部が形成され、前記凸部が前記凹部に挿入されているものである。
　また、上述したように、凸部と凹部とを反対にしてもよい。すなわち、前記第１拡張部には、下流側端部の外周面から所定長径方向内側において、軸方向下流側（第２アブレイダブルシールリング１２側）に向けさらに拡張した凸部が形成され、前記第２拡張部には、上流側端部の外周面から所定長径方向内側において、前記凸部に対応する凹部が形成され、前記凸部が前記凹部に挿入されているものとしてもよい。
　このようにして、本発明の実施例２に係るクリアランス制御型シール構造は、各アブレイダブルシールリングを所望のタイミングで確実に作動させることができる。
［実施例３］
　本発明の実施例３に係るクリアランス制御型シール構造は、本発明の実施例１に係るクリアランス制御型シール構造の一部を変更したものである。以下、本発明の実施例１に係るクリアランス制御型シール構造と異なる点を中心に説明し、同一の構成部分については、極力説明を省略する。
　図３は、本発明の実施例３に係るクリアランス制御型シール構造を説明する断面図である。なお、図３では、実施例１と同一の構成については図１と同一の符号を付してある。
　図３に示すように、本発明の実施例３に係るクリアランス制御型シール構造は、第２拡張部４２ｂの形状が、本発明の実施例１に係るクリアランス制御型シール構造の第２拡張部１２ｂの形状と異なる。
　本発明の実施例３に係るクリアランス制御型シールは、第２アブレイダブルシールリング４２の第２拡張部４２ｂが、金属製の円弧状平板部４２ｂ‐２及び第２凹部４２ｂ‐３を有している。
　第２凹部４２ｂ‐３は、第２拡張部４２ｂの上流側端部の外周面から所定長（長さｂ分）径方向内側の位置に形成されており、円弧状平板部４２ｂ‐２は、第２凹部４２ｂ‐３に対応する形状であり、軸方向における一部が第２凹部４２ｂ‐３に挿入され、軸方向に所定幅（長さｃ分）を有することで、実施例１，２における凸部１２ｂ‐２，３２ｂ‐２の役割を担う。
　また、第１アブレイダブルシールリング４１の第１拡張部４１ｂの下流側には、（第１）凹部４１ｂ‐２が形成されている。凹部４１ｂ‐２は、円弧状平板部４２ｂ‐２に対応した形状である。
　凹部４１ｂ‐２の窪みに円弧状平板部４２ｂ‐２が一部挿入されることで、第１アブレイダブルシールリング４１の凹部４１ｂ‐２の壁面と、第２アブレイダブルシールリング４２の円弧状平板部４２ｂ‐２とが重複するようにする。
　なお、図３において、凹部４１ｂ‐２は、実施例１の凹部１１ｂ‐２（図１）のごとく、径方向側壁面が片側のみの形状として示されているが、本実施例はこれに限定するものではなく、実施例２の凹部３１ｂ‐２（図２）のごとく、径方向側壁面が両側にあるものとしてもよい。
　すなわち、本発明の実施例３に係るクリアランス制御型シール構造は、第１アブレイダブルシールリング４１と第２アブレイダブルシールリング４２との軸方向端部の間に、円弧状平板部４２ｂ‐２を挿入することよって、円弧状平板部４２ｂ‐２が、実施例１，２における凸部１２ｂ‐２，３２ｂ‐２の役割を担い、後段の第２アブレイダブルシールリング４２の作動を前段の第１アブレイダブルシールリング４１に伝えることができる。
　本発明の実施例３に係るクリアランス制御型シール構造では、上記構成とすることで、アブレイダブルシールリング４１，４２を個別に組み立てた後に、円弧状平板部４２ｂ‐２を挿入することになるので、組立性が向上する。
　以上、本発明の実施例３に係るクリアランス制御型シール構造について説明したが、換言すれば、本発明の実施例３に係るクリアランス制御型シール構造は、前記第２拡張部には、上流側端部の外周面から所定長径方向内側において、第２凹部が形成され、前記第２凹部には、該第２凹部に対応する形状の円弧状平板部の一部が挿入され、前記第１拡張部には、前記円弧状平板部に対応する第１凹部が形成され、前記円弧状平板部が前記第１凹部に一部挿入されているものである。
　以上、実施例１～４により本発明に係るクリアランス制御型シール構造を説明したが、本発明に係るクリアランス制御型シール構造は、一連のアブレイダブルシールリング全てに適用しても良いし、作動性の悪い一部のアブレイダブルシールリングのみに適用しても良い。
　なお、実施例１～４において、前段を第１アブレイダブルシールリング１１、後段を第２アブレイダブルシールリング１２として説明したが、第１アブレイダブルシールリング１１と第２アブレイダブルシールリング１２は、いずれが前段でいずれが後段かは重要ではない。すなわち、第１アブレイダブルシールリング１１と第２アブレイダブルシールリング１２は、前後関係ではなく、作動する負荷の大きさが重要となる。
　したがって、既に述べたように、第１アブレイダブルシールリング１１が第２アブレイダブルシールリング１２よりも高負荷作動であれば、実施例１～４における説明は前後関係を入れ替えても成立する。
　このようにして、本発明に係るクリアランス制御型シール構造では、ＡＣＣを作動させる際、摩擦の抵抗の影響を低減させ、各アブレイダブルシールリングを所望のタイミングで確実に作動させることができる。
　本発明は、クリアランス制御型シール構造として好適である。
１１，３１，４１　第１アブレイダブルシールリング
１１ａ　第１嵌合部
１１ｂ，３１ｂ　第１拡張部
１１ｂ‐１　第１アブレイダブル部
１１ｂ‐２，３１ｂ‐２，４１ｂ‐２　凹部
１２，３２，４２　第２アブレイダブルシールリング
１２ａ　第２嵌合部
１２ｂ，３２ｂ　第２拡張部
１２ｂ‐１　第２アブレイダブル部
１２ｂ‐２，３２ｂ‐２　凸部
４２ｂ‐２　円弧状平板部
４２ｂ‐３　第２凹部
２１　ロータ
２１ａ　フィン
２２　ハウジング
２３　溝
２３ａ　拡大部
２３ａ‐１　外周側壁面
２３ａ‐２　内周側壁面

Claims (10)

  1. 　タービンにおけるハウジングの内周面に対し、軸方向に複数並んで形成された、円弧状の溝と、
    　前記溝に所定の隙間を有して嵌合された嵌合部、及び、前記ハウジングから径方向内側へ露出し軸方向に拡張した拡張部を有し、運転中、前記溝内部の背面圧力により径方向内側へ向け移動する力を受ける、複数のシールリングとを備え、
    　前記複数のシールリングのうち、少なくとも、軸方向に隣り合う第１シールリング及び第２シールリングにおいて、
    　前記第１シールリングは前記第２シールリングよりも高負荷で作動するものとし、
    　前記第２シールリングの前記拡張部である第２拡張部が、前記第１シールリングの前記拡張部である第１拡張部を径方向内側に押圧可能とするように、互いの一部が径方向に重複している
    　ことを特徴とする、クリアランス制御型シール構造。
  2. 　前記第２拡張部には、
    　前記第１シールリング側端部の外周面において、前記第１シールリング側に向けさらに拡張した凸部が形成され、
    　前記第１拡張部には、
    　前記第２シールリング側端部の外周面において、前記凸部に対応する凹部が形成され、
    　前記凸部が前記凹部に挿入されている
    　ことを特徴とする、請求項１に記載のクリアランス制御型シール構造。
  3. 　前記第２拡張部には、
    　前記第１シールリング側端部の外周面から所定長径方向内側において、前記第１シールリング側に向けさらに拡張した凸部が形成され、
    　前記第１拡張部には、
    　前記第２シールリング側端部の外周面から所定長径方向内側において、前記凸部に対応する凹部が形成され、
    　前記凸部が前記凹部に挿入されている
    　ことを特徴とする、請求項１に記載のクリアランス制御型シール構造。
  4. 　前記第１拡張部には、
    　前記第２シールリング側端部の外周面から所定長径方向内側において、前記第２シールリング側に向けさらに拡張した凸部が形成され、
    　前記第２拡張部には、
    　前記第１シールリング側端部の外周面から所定長径方向内側において、前記凸部に対応する凹部が形成され、
    　前記凸部が前記凹部に挿入されている
    　ことを特徴とする、請求項１に記載のクリアランス制御型シール構造。
  5. 　前記第２拡張部には、
    　前記第１シールリング側端部の外周面から所定長径方向内側において、第２凹部が形成され、
    　前記第２凹部には、該第２凹部に対応する形状の円弧状平板部の一部が挿入され、
    　前記第１拡張部には、
    　前記円弧状平板部に対応する第１凹部が形成され、
    　前記円弧状平板部が前記第１凹部に一部挿入されている
    　ことを特徴とする、請求項１に記載のクリアランス制御型シール構造。
  6. 　請求項１に記載のクリアランス制御型シール構造を有することを特徴とするタービン。
  7. 　請求項２に記載のクリアランス制御型シール構造を有することを特徴とするタービン。
  8. 　請求項３に記載のクリアランス制御型シール構造を有することを特徴とするタービン。
  9. 　請求項４に記載のクリアランス制御型シール構造を有することを特徴とするタービン。
  10. 　請求項５に記載のクリアランス制御型シール構造を有することを特徴とするタービン。
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