WO2020241782A1 - 蒸気タービンのシールクリアランス調整方法、及び蒸気タービン - Google Patents

蒸気タービンのシールクリアランス調整方法、及び蒸気タービン Download PDF

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WO2020241782A1
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steam turbine
rotating shaft
seal
peripheral surface
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俊介 水見
潔 黄
寿一 小寺
正行 栢原
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三菱パワー株式会社
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    • Y10T29/4932—Turbomachine making

Definitions

  • the present invention relates to a method for adjusting a seal clearance of a steam turbine and a steam turbine.
  • the present application claims priority with respect to Japanese Patent Application No. 2019-101996 filed in Japan on May 31, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • the steam turbine is provided on a rotating shaft that rotates around an axis, a plurality of moving blades integrally provided on the rotating shaft, a casing that covers the rotating shaft and the moving blades from the outer peripheral side, and an inner peripheral surface of the casing. It is equipped with a stationary wing. At the radial outer end of the rotor blade, a rotor blade shroud facing the inner peripheral surface of the casing is provided. A sealing device having a sealing ring projecting toward the outer peripheral surface of the rotor blade shroud is provided on the inner peripheral surface of the casing in order to suppress the leakage flow of steam. Further, a stationary blade shroud facing the outer peripheral surface of the rotating shaft is provided at the radial inner end of the stationary blade. The inner peripheral surface of the stationary blade shroud is provided with a sealing device having a sealing ring protruding toward the outer peripheral surface of the rotating shaft in order to suppress leakage flow as described above.
  • the above-mentioned seal ring faces the moving blade shroud or the outer peripheral surface of the rotating shaft with a clearance.
  • the rotating shaft and the rotor blade shroud may be displaced due to some disturbance factor and come into contact with these seal rings.
  • the tip of the seal ring is worn to absorb the displacement and maintain the above clearance.
  • Patent Document 1 when replacing the seal ring (seal device), the method described in Patent Document 1 below is adopted as an example.
  • the casing vehicle compartment
  • the stationary blades arranged on the inner peripheral surface of the casing and the sealing device are exposed.
  • the casing may be slightly thermally deformed due to the aged operation of the steam turbine. Therefore, prior to the replacement of the seal ring, the casing is temporarily assembled to the state during operation, and the change in clearance due to thermal deformation of the casing is measured. Based on this amount of change, a shim is placed between the upper half and the lower half of the casing (between the flanges) to correct the change in clearance.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a steam turbine seal clearance adjusting method and a steam turbine capable of performing repairs easily and in a short period of time.
  • the method for adjusting the seal clearance of the steam turbine is a method for repairing the steam turbine after operation, and the steam turbine is provided on a rotating shaft rotating around an axis and an outer peripheral surface of the rotating shaft. Between the moving blades, the rotating shaft, the casing that covers the moving blades from the outer peripheral side, the stationary blades provided on the inner peripheral surface of the casing, and the outer peripheral surface of the rotating shaft and the stationary blades.
  • the seal clearance adjusting method includes the seal ring provided and a seal device having a position adjusting portion capable of adjusting the radial position of the seal ring with respect to the axis, and the seal clearance adjusting method is the seal from a predetermined reference position.
  • a measurement step of measuring the radial length of the ring as a reference length, a preparatory step of preparing an unused seal ring, and the position adjusting unit so that the reference length is not reached from the reference position. Includes an adjustment step, which adjusts the length of the seal ring used.
  • the measurement process is first executed for the steam turbine in the state after being operated for a certain period of time.
  • the radial length of the seal ring changes due to wear or the like as compared with the unused state.
  • the length of the seal ring from the reference position is measured and used as the reference length in the state of such wear.
  • the seal ring that has been worn after a certain period of operation has at least a clearance dimension value between it and the outer peripheral surface of the rotating shaft, even if the tip is worn away and the performance as a fin is deteriorated. It can be regarded as an optimized state.
  • the length of the unused seal ring is adjusted so as to have this reference length, it is possible to replace the seal ring while optimizing the clearance.
  • the man-hours can be reduced because the seal ring can be replaced and the alignment can be optimized without processing the seal ring or temporarily assembling the casing.
  • the seal ring has a seal base and a plurality of fin bodies provided on the inner peripheral surface of the seal base, and after the adjustment step, the steam turbine When the fin body is tilted in the axial direction after operation, a first correction step of adding the decrease in the radial length of the seal ring caused by the tilt to the reference length is further added. You may do it.
  • a force (thrust force) in the axial direction may be applied to the rotating shaft due to some disturbance factor including collision of foreign matter such as scale.
  • the seal ring and the rotating shaft come into contact with each other, and the seal ring may fall (tilt) without being able to maintain its original posture.
  • the tip of the seal ring and the outer peripheral surface of the rotating shaft or the tip of the fin provided at the tip of the rotor blade and the inner peripheral surface of the seal portion on the casing side facing the tip). The clearance will increase.
  • the alignment (adjust the position of the seal ring) in consideration of the amount of change in the clearance due to the fall.
  • the decrease in the radial length of the seal ring caused by the fall is added to the value of the reference length obtained in the measurement step.
  • the state before the fall can be reproduced with an unused seal ring.
  • the clearance can be optimized with higher accuracy.
  • the radial direction of the seal ring generated by the contact is generated.
  • the second correction step of adding the decrease in the length of the above to the reference length may be further executed.
  • the tip of the seal ring may wear due to excessive thermal expansion due to friction, and its length may decrease more than necessary. ..
  • the clearance between the tip of the seal ring and the outer peripheral surface of the rotating shaft is expanded beyond the originally required value. Therefore, when replacing the seal ring, it is necessary to perform alignment adjustment (position adjustment of the seal ring) in consideration of the amount of change in clearance due to the above wear.
  • the decrease in the radial length of the seal ring caused by the wear is added to the value of the reference length obtained in the measurement step. As a result, the state before the wear occurs can be reproduced with an unused seal ring. As a result, the clearance setting can be optimized with higher accuracy.
  • the steam turbine according to one aspect of the present invention includes a rotating shaft that rotates around an axis, a moving blade provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft, the rotating shaft, and a casing that covers the moving blade from the outer peripheral side.
  • a stationary blade provided on the inner peripheral surface of the casing, a seal ring provided between the outer peripheral surface of the rotating shaft and the stationary blade, a holder for supporting the seal ring on the radial outer side, and a holder of the holder.
  • a sealing device having a position adjusting portion capable of adjusting the length from the reference position to the tip of the sealing ring is provided.
  • the length from the reference position of the holder to the tip of the seal ring can be changed by the position adjusting portion.
  • the position adjusting portion As a result, when replacing the seal ring, it is possible to reproduce a state in which the clearance is optimized without processing the unused seal ring before the replacement.
  • the position adjusting unit may have a bolt that supports the seal ring in a state where it can be displaced relative to the holder by changing the screwing amount.
  • the relative position of the seal ring with respect to the holder can be easily changed according to the amount of rotation of the bolt (the amount of screwing).
  • the amount of rotation of the bolt the amount of screwing
  • the position adjusting portion may have a rack gear provided on the seal ring and extending in the radial direction, and a pinion gear provided on the holder and meshing with the rack gear.
  • the relative position of the seal ring with respect to the holder can be easily changed according to the relative position of the pinion gear with respect to the rack gear.
  • the first embodiment of the present invention rotatably supports a rotor 3 extending along the axis O direction, a casing 2 (stator) covering the rotor 3 from the outer peripheral side, and a shaft end 11 of the rotor 3 around the axis O.
  • a journal bearing 4A and a thrust bearing 4B are provided.
  • the rotor 3 has a rotating shaft 1 extending along the axis O and a plurality of moving blades 30 provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft 1.
  • a plurality of moving blades 30 are arranged at regular intervals in the circumferential direction of the rotating shaft 1. Also in the axis O direction, a plurality of rows of moving blades 30 are arranged at regular intervals.
  • the moving blade 30 has a moving blade main body 31 and a moving blade shroud 34.
  • the rotor blade body 31 projects radially outward from the outer peripheral surface of the rotor 3.
  • the rotor blade body 31 has an airfoil-shaped cross section when viewed from the radial direction.
  • a rotor blade shroud 34 is provided at the tip end portion (diameter outer end portion) of the rotor blade body 31.
  • the casing 2 has a substantially tubular shape that covers the rotor 3 from the outer peripheral side.
  • a steam supply pipe 12 for taking in steam S is provided on one side of the casing 2 in the O-direction of the axis.
  • a steam discharge pipe 13 for discharging steam S is provided on the other side of the casing 2 in the O-axis direction. The steam flows inside the casing 2 from one side in the O direction of the axis toward the other side.
  • flow direction the direction in which steam flows is simply referred to as "flow direction”.
  • the side where the steam supply pipe 12 is located as viewed from the steam discharge pipe 13 is referred to as an upstream side in the flow direction
  • the side where the steam discharge pipe 13 is located as viewed from the steam supply pipe 12 is referred to as a downstream side in the flow direction.
  • a plurality of rows of stationary blades 20 are provided on the inner peripheral surface of the casing 2.
  • the stationary wing 20 has a stationary wing main body 21, a stationary wing shroud 22, and a stationary wing pedestal 24.
  • the stationary blade main body 21 is a blade-shaped member connected to the inner peripheral surface of the casing 2 via the stationary blade pedestal 24.
  • a stationary blade shroud 22 is provided at the tip end portion (diameterally inner end portion) of the stationary blade main body 21.
  • a plurality of stationary blades 20 are arranged on the inner peripheral surface along the circumferential direction and the axis O direction.
  • the moving blades 30 are arranged so as to enter the region between the plurality of adjacent stationary blades 20. That is, the stationary blade 20 and the moving blade 30 extend in a direction intersecting the steam flow direction (diameter direction with respect to the axis O).
  • the casing 2 is divided into upper and lower halves, the upper half is the upper half casing 2U, and the lower half is the lower half casing 2L.
  • the upper half casing 2U and the lower half casing 2L are plane-symmetrical with respect to the dividing surface Sd extending in the horizontal plane (however, the piping portion is excluded).
  • the upper half casing 2U has a semi-cylindrical upper half casing main body 21U and an upper half flange portion 22U protruding outward from the end edge of the upper half casing main body 21U.
  • the lower half casing 2L has a semi-cylindrical lower half casing main body 21L and a lower half flange portion 22L protruding outward from the end edge of the lower half casing main body 21L.
  • the lower surface of the upper half flange portion 22U and the upper surface of the lower half flange portion 22L are brought into contact with each other in the dividing surface Sd, and the bolts and nuts (not shown) are used. It is fastened and fixed.
  • the casing 2 is provided with a plurality of legs for supporting the casing 2 on the floor surface.
  • FIG. 2 shows a steam turbine 100 having a configuration called an external passenger compartment as an example, but a double passenger compartment structure in which another passenger compartment (internal passenger compartment) is provided inside the external passenger compartment. Steam turbine 100 may be used.
  • the steam S is supplied to the inside of the casing 2 configured as described above via the steam supply pipe 12 on the upstream side.
  • the steam S alternately passes through the flow paths composed of the stationary blades 20 and the moving blades 30.
  • the stationary blade 20 rectifies the flow of steam S
  • the moving blade 30 gives a rotational force to the rotor 3 by pushing the rectified mass of steam S against the moving blade 30.
  • the rotational force of the rotor 3 is taken out from the shaft end 11 and used to drive an external device (generator or the like).
  • the steam S is discharged toward a subsequent device (condenser or the like) through the steam discharge pipe 13 on the downstream side.
  • the journal bearing 4A supports a radial load with respect to the axis O.
  • One journal bearing 4A is provided at both ends of the rotor 3.
  • the thrust bearing 4B supports a load in the axis O direction.
  • the thrust bearing 4B is provided only at the upstream end of the rotor 3.
  • a cavity 50 recessed outward in the radial direction is formed on the inner peripheral surface of the casing main body 2A.
  • the above-mentioned rotor blade shroud 34 is housed in the cavity 50. Further, a gap is formed between the shroud upstream surface 34S, which is a surface of the rotor blade shroud 34 facing the upstream side, and the cavity upstream surface 50S, which is the upstream surface of the cavity 50.
  • a platform 35 for supporting the rotor blade body 31 is provided integrally with the rotating shaft 1 inside the rotor blade body 31 in the radial direction.
  • the position corresponding to the above-mentioned stationary blade 20 in the axis O direction is the stationary blade pedestal 24.
  • the radial outer end of the vane main body 21 is fixed to the inner peripheral surface 24A of the pedestal, which is the surface of the vane pedestal 24 facing inward in the radial direction.
  • the above-mentioned stationary blade shroud 22 is provided at the radial inner end of the stationary blade main body 21.
  • the shroud inner peripheral surface 22A which is a surface of the stationary blade shroud 22 facing inward in the radial direction, faces the rotating shaft outer peripheral surface 1S, which is the outer peripheral surface of the rotating shaft 1, with a gap.
  • a seal unit 2B (seal device), which will be described later, is provided in this gap. More specifically, the seal unit 2B is attached to the inner peripheral surface 22A of the shroud. The seal unit 2B is provided to seal the flow of steam (leakage flow) passing between the inner peripheral surface 22A of the shroud and the outer peripheral surface 1S of the rotating shaft.
  • the seal unit 2B has a holder 41, a hook plate 42, a seal ring 43, a nut 45 as a position adjusting portion 60, and an adjusting bolt 46.
  • the holder 41 is a member for supporting and fixing the seal ring 43 to the above-mentioned stationary blade shroud 22.
  • the holder 41 has a holder main body 41A and an engaging protrusion 41B.
  • the holder body 41A has an annular shape centered on the axis O.
  • a pair of engaging protrusions 41B protruding inward in the radial direction with respect to the axis O are provided on both end edges of the holder body 41A in the axis O direction.
  • the hook plate 42 is housed in the space surrounded by the engaging protrusions 41B and the holder body 41A.
  • the hook plate 42 is a member for supporting and fixing the seal ring 43 to the holder 41.
  • the hook plate 42 has an annular shape centered on the axis O.
  • the surface of the hook plate 42 facing inward in the radial direction (lower surface of the plate 42S) is in contact with the surface of the engaging protrusion 41B facing outward in the radial direction (upper surface of the protrusion 41S).
  • the hook plate 42 is formed with a bolt hole H extending from the surface of the hook plate 42 facing outward in the radial direction (plate upper surface 42T) to the plate lower surface 42S.
  • a nut 45 and an adjusting bolt 46 are inserted into the bolt hole H.
  • the bolt holes H are formed as a nut accommodating portion H1, an intermediate portion H2, and a recess H3 in this order from the outer side to the inner side in the radial direction.
  • the adjusting bolt 46 fixes the seal ring 43 to the holder 41 and the hook plate 42 so as to be relatively displaceable (that is, the radial position of the seal ring 43 can be adjusted).
  • the configurations of the nut 45 and the adjusting bolt 46 will be described later.
  • the seal ring 43 has a seal base 43A and a plurality of fin bodies 43B.
  • the seal base 43A is a member for supporting the fin body 43B.
  • the seal base 43A has an annular shape centered on the axis O.
  • a bolt hole 43H through which the adjusting bolt 46 is inserted is formed on the surface of the seal base 43A facing outward in the radial direction (base upper surface 43T).
  • a screw groove is formed on the inner peripheral surface of the bolt hole 43H. This thread groove meshes with the adjusting bolt 46.
  • a plurality of fin bodies 43B arranged at intervals in the axis O direction are provided on the radial inner surface (base inner peripheral surface 43S) of the seal base 43A.
  • Each fin body 43B projects radially inward from the base inner peripheral surface 43S.
  • the fin body 43B has a tapered cross section as the dimension in the axis O direction gradually decreases from the outer side to the inner side in the radial direction.
  • the number of fin main bodies 43B is not limited to four and can be appropriately changed according to the specifications and design. .. Further, it is not necessary that all the fin main bodies 43B have the same shape and dimensions, and it is possible to adopt a configuration in which fin main bodies 43B having a plurality of different types of shapes and dimensions are alternately arranged.
  • the adjusting bolt 46 has a fixed disk portion 46A, a bolt upper portion 46B, and a bolt lower portion 46C.
  • the fixed disk portion 46A has a disk shape centered on the central axis A of the adjusting bolt 46.
  • the fixed disk portion 46A is housed in a recess H3 formed on the lower surface (plate lower surface 42S) of the hook plate 42 described above.
  • the recess H3 is recessed from the lower surface 42S of the plate toward the outside in the radial direction. When viewed from the radial direction, the recess H3 has a circular cross-sectional shape.
  • the bolt upper portion 46B is integrally provided on one side of the fixed disk portion 46A in the central axis A direction (the surface facing the radial outward side with the adjusting bolt 46 attached to the seal unit 2B).
  • the upper portion 46B of the bolt has a columnar shape centered on the central axis A, and a screw groove with which the nut 45 meshes is formed on the outer peripheral surface thereof.
  • a groove 46D for engaging a tool such as a flat-blade screwdriver is formed on the surface of the bolt upper portion 46B facing outward in the radial direction.
  • the groove 46D has a linear shape passing through the central axis A and has a rectangular cross section.
  • a bolt lower portion 46C is integrally provided on the other side of the fixed disk portion 46A in the central axis A direction (the surface facing inward in the radial direction with the adjusting bolt 46 attached to the seal unit 2B).
  • the bolt lower portion 46C has a columnar shape centered on the central axis A, and a male screw that meshes with the screw groove of the bolt hole 43H described above is formed on the outer peripheral surface thereof.
  • the nut 45 is fixed in the nut accommodating portion H1 formed on the upper surface of the hook plate 42 (plate upper surface 42T). That is, the nut 45 is fixed so as not to rotate relative to the hook plate 42.
  • the nut 45 is inserted and fixed in a state where the screw groove of the bolt upper portion 46B described above is meshed with the nut 45.
  • the bolt lower portion 46C is inserted and fixed in the bolt hole 43H of the seal ring 43 as described above.
  • the seal ring 43 is fixed to the holder 41 and the hook plate 42.
  • the adjusting bolt 46 moves back and forth along the screw groove. That is, by providing the nut 45 and the adjusting bolt 46, it is possible to change the position of the seal ring 43 (the position in the radial direction with respect to the axis O).
  • This adjustment method is executed to replace the above-mentioned seal unit 2B when it is worn or worn after the steam turbine 100 has been operated for a certain period of time.
  • This adjustment method includes a vehicle interior opening process S1, a measurement process S2, a first determination process S3, a first correction process S31, a second determination process S4, a second correction process S41, and a preparation process S5. It has an adjustment step S6 and a vehicle interior closing step S7.
  • the casing 2 is disassembled along the above-mentioned division surface Sd. Specifically, the upper half casing 2U is separated from the lower half casing 2L. As a result, the seal unit 2B attached to the inner peripheral surface of the casing 2 is exposed.
  • the measurement step S2 is executed.
  • the radial length of the seal ring 43 is measured. More specifically, as shown in FIG. 4, the tip end portion (diameter inner end portion) of the fin body 43B from the protrusion upper surface 41S of the holder 41. Measure the dimensions up to, and set this value as the reference length Lc.
  • the rotating shaft 1 and the seal ring 43 come into contact with each other.
  • the tip of the fin body 43B is cut.
  • the separation distance (clearance) between the rotating shaft outer peripheral surface 1S of the rotating shaft 1 and the fin body 43B is the minimum value as long as the smooth rotation of the rotating shaft 1 is allowed.
  • the radial length of the seal unit 2B after operation is set as the reference length Lc, and this reference length Lc is reproduced on the replacement unused seal unit 2B. , Optimal clearance is maintained.
  • the first determination step S3 is executed.
  • the “falling down” here means a state in which the fin main body 43B is deformed so as to fall down in the axis O direction.
  • the radial position of the tip end portion of the fin body 43B is moved radially outward by the amount of change D. That is, the apparent radial length of the seal unit 2B is reduced by the amount of change D.
  • the first correction step S31 is executed.
  • the decrease in the radial length (change amount D) of the seal unit 2B caused by the fall is added to the reference length Lc to obtain a new reference length Lc'(that is, Lc).
  • ⁇ Lc + D).
  • the second determination step S4 is executed. Further, when it is determined in the first determination step S3 that the collapse has not occurred, the second determination step S4 is executed without executing the first correction step S31.
  • the second determination step S4 it is determined whether or not a contact mark with the fin body 43B is generated on the outer peripheral surface 1S of the rotating shaft.
  • the fin body 43B comes into contact with the outer peripheral surface 1S of the rotating shaft so as to be pressed relatively strongly (that is, when hard rubbing occurs), the fins thermally expand due to the frictional heat of both, resulting in soft rubbing. If this is the case, the tip of the fin body 43B will be worn more than that. Due to this wear, the tip of the fin body 43B is lost as shown in FIG. 8 as an example. Specifically, the tip portion is worn by the amount of the worn portion 43R, and the radial length of the seal unit 2B is reduced by the amount of change D'.
  • the second correction step S41 is executed.
  • the decrease in the radial length (change amount D) of the seal unit 2B caused by the wear is added to the reference length Lc.
  • the subsequent preparation step S5 is executed. If no contact marks are generated, the preparation step S5 is executed without executing the second correction step S41.
  • an unused seal unit 2B (seal ring 43) is prepared.
  • the adjustment step S6 is executed.
  • the radial position of the unused seal unit 2B is adjusted so as to satisfy the reference length Lc (Lc', Lc'2) calculated through each of the above steps.
  • the screwing amount of the adjusting bolt 46 as the position adjusting portion 60 described above is adjusted.
  • the clearance between the fin main body 43B and the outer peripheral surface 1S of the rotating shaft is optimized. In other words, the clearance formed before the replacement is reproduced on the unused seal ring 43 without undergoing work such as cutting.
  • the upper half casing 2U and the lower half casing 2L are connected (vehicle compartment closing step S7). As described above, the entire process of the repair method of the steam turbine 100 is completed.
  • the measurement step S2 is executed on the steam turbine 100 in a state after being operated for a certain period of time. In this state, the radial length of the seal ring 43 is changed as compared with the unused state due to wear or the like. In the measurement step S2, the radial length of the seal ring 43 from the reference position (projection upper surface 41S) is measured to obtain the reference length Lc in the state of such wear.
  • the seal ring 43 which has been worn after a certain period of operation, is in a state in which the clearance between the rotating shaft 1 and the rotating shaft outer peripheral surface 1S is optimized.
  • the seal ring 43 can be replaced while optimizing the clearance.
  • the man-hours can be reduced because the seal ring 43 can be replaced and the alignment can be optimized (clearance optimization) without processing the seal ring 43 or temporarily assembling the casing 2.
  • a force (thrust force) toward the axis O direction may be applied to the rotating shaft 1 due to some disturbance factor such as scale flying.
  • the seal ring 43 and the rotating shaft 1 may come into contact with each other, and the seal ring 43 may fall (tilt) without being able to maintain its initial posture.
  • the clearance between the tip of the seal ring 43 and the outer peripheral surface 1S of the rotating shaft 1 of the rotating shaft 1 is increased. Therefore, when replacing the seal ring 43, it is necessary to adjust the alignment (adjust the position of the seal ring 43) in consideration of the amount of change in the clearance due to the fall.
  • the decrease in the radial length (change amount D) of the seal ring 43 caused by the fall is added to the value of the reference length Lc obtained in the measurement step S2.
  • the state before the fall can be reproduced with the unused seal ring 43.
  • the clearance can be optimized with higher accuracy.
  • the tip portion of the seal ring 43 may be worn by friction and its length may be reduced. As a result, the clearance between the tip of the seal ring 43 and the outer peripheral surface 1S of the rotating shaft 1 of the rotating shaft 1 is increased. Therefore, when replacing the seal ring 43, it is necessary to adjust the alignment (adjust the position of the seal ring) in consideration of the amount of change in the clearance due to the above wear.
  • the decrease in the radial length (change amount D') of the seal ring 43 caused by wear is measured by the value of the reference length Lc obtained in the measurement step S2 (or in the first correction step S31). Add to the calculated reference length Lc'). As a result, the state before the wear occurs can be reproduced with the unused seal ring 43. As a result, the clearance can be optimized with higher accuracy.
  • the relative position of the seal ring 43 with respect to the holder 41 (that is, the radial length of the seal ring 43) is easily changed according to the amount of rotation (screw amount) of the adjusting bolt 46. be able to.
  • the seal ring 43 is replaced, it is possible to reproduce a state in which the clearance is optimized without modifying the unused seal ring 43 before the replacement.
  • the first embodiment of the present invention has been described above. It is possible to make various changes and modifications to the above method and configuration as long as the gist of the present invention is not deviated.
  • the configuration in which the seal unit 2B is provided only on the stationary blade 20 has been described.
  • the position where the seal unit 2B is provided is not limited to the above, and it is also possible to provide the seal unit 2B between the moving blade 30 and the inner peripheral surface of the casing 2.
  • the position adjusting unit 60'in the seal unit 2B' is different from that of the first embodiment.
  • the position adjusting unit 60' has a pinion gear 48A provided on the hook plate 42 described above, and a rack gear 48B that meshes with the pinion gear 48A and is fixed to the seal ring 43.
  • the pinion gear 48A is rotatably supported inside the hook plate 42 around the axis O described above and the rotation axis Ax extending in a direction orthogonal to the radial direction.
  • the holder body 41A is provided with an elastic member 47 for urging the hook plate 42 inward in the radial direction.
  • an elastic member 47 for urging the hook plate 42 inward in the radial direction.
  • a leaf spring is preferably used as the elastic member 47.
  • the relative position of the seal ring 43 with respect to the holder 41 can be easily changed according to the relative position of the pinion gear 48A with respect to the rack gear 48B.
  • the seal ring 43 is replaced, it is possible to reproduce a state in which the clearance is optimized without modifying the unused seal ring 43 before the replacement.

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Abstract

蒸気タービンは、軸線回りに回転する回転軸と、回転軸の外周面に設けられた動翼と、回転軸、及び動翼を外周側から覆うケーシングと、ケーシングの内周面に設けられた静翼と、外周面と静翼との間に設けられたシールリング、及びシールリングの径方向位置を調整可能な位置調整部を有するシール装置と、を備える。シールクリアランス調整方法は、予め定められた基準位置からのシールリングの径方向の長さを基準長さとして計測する計測工程と、未使用のシールリングを準備する準備工程と、位置調整部によって、基準長さとなるように基準位置からの未使用のシールリングの長さを調整する調整工程と、を含む。

Description

蒸気タービンのシールクリアランス調整方法、及び蒸気タービン
　本発明は、蒸気タービンのシールクリアランス調整方法、及び蒸気タービンに関する。
　本願は、２０１９年５月３１日に日本に出願された特願２０１９－１０１９９６号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　蒸気タービンは、軸線回りに回転する回転軸と、この回転軸に一体に設けられた複数の動翼と、回転軸及び動翼を外周側から覆うケーシングと、ケーシングの内周面に設けられた静翼と、を備えている。動翼の径方向外側の端部には、ケーシングの内周面に対向する動翼シュラウドが設けられている。ケーシングの内周面には、蒸気の漏れ流れを抑止するために、動翼シュラウドの外周面に向かって突出するシールリングを有するシール装置が設けられている。また、静翼の径方向内側の端部には、回転軸の外周面に対向する静翼シュラウドが設けられている。静翼シュラウドの内周面には、上記と同じく漏れ流れを抑止するために、回転軸の外周面に向かって突出するシールリングを有するシール装置が設けられている。
　蒸気タービンの運転中には、上述のシールリングは、動翼シュラウド、又は回転軸の外周面に対してクリアランスをあけた状態で対向している。しかしながら、何らかの外乱要因によって回転軸、及び動翼シュラウドが変位し、これらシールリングに接触する場合がある。この場合、シールリングの先端が磨耗することで当該変位を吸収し、上記のクリアランスを維持する。一方で、このような磨耗が大きく進行した場合には、シールリングの交換や補修を行う必要がある。
　従来、シールリング（シール装置）を交換する場合には、一例として下記特許文献１に記載された方法が採られる。この方法では、まずケーシング（車室）を上半部と下半部とに分割し、ケーシングの内周面に配列された静翼、及びシール装置を露出させる。ここで、蒸気タービンの経年運用に伴って、ケーシングにはわずかな熱変形が生じていることがある。そのため、シールリングの交換に先立ってケーシングを運転時の状態まで仮組みして、ケーシングの熱変形によるクリアランスの変化を計測する。この変化量に基づいて、ケーシングの上半部と下半部との間（フランジ部同士の間）にシムを配置してクリアランスの変化を是正する。
特開２０１８－０８４１６９号公報
　しかしながら、ケーシングの仮組みには長期間を要することから、上記の方法では工期の長期化が課題となっていた。さらに、ケーシングの熱変形が想定より大きく、上記のシムによってその変形量を吸収し切れない場合もある。この場合には、シールリングに切削加工を施してさらなる是正を行うことも考えられる。しかしながら、プラントの現場で行える加工作業には制約が大きく、加工精度を維持することが難しい。したがって、上記のケーシングの仮組み、及びシールリングの加工を行うことなく、シール装置を交換することが可能な技術に対する要請が高まっていた。
　本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、容易かつ短期間で補修を実行することが可能な蒸気タービンのシールクリアランス調整方法、及び蒸気タービンを提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る蒸気タービンのシールクリアランス調整方法は、運転後の蒸気タービンの補修方法であって、前記蒸気タービンは、軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸の外周面に設けられた動翼と、前記回転軸、及び前記動翼を外周側から覆うケーシングと、該ケーシングの内周面に設けられた静翼と、前記回転軸の外周面と前記静翼との間に設けられたシールリング、及び該シールリングの前記軸線に対する径方向位置を調整可能な位置調整部を有するシール装置と、を備え、前記シールクリアランス調整方法は、予め定められた基準位置からの前記シールリングの径方向の長さを基準長さとして計測する計測工程と、未使用のシールリングを準備する準備工程と、前記位置調整部によって、前記基準長さとなるように前記基準位置からの前記未使用のシールリングの長さを調整する調整工程と、を含む。
　上記方法によれば、一定期間にわたって運転した後の状態の蒸気タービンに対して、まず計測工程を実行する。この状態では、磨耗等によってシールリングの径方向の長さは未使用の状態に比べて変化している。計測工程では、このように磨耗が生じている状態で、基準位置からのシールリングの長さを計測して基準長さとする。ここで、一定期間の運転を経て磨耗が生じているシールリングは、たとえ先端が摩滅してフィンとしての性能が劣化していたとしても、回転軸の外周面との間のクリアランス寸法値は少なくとも最適化されている状態であるとみなすことができる。したがって、後続の調整工程では、この基準長さとなるように未使用のシールリングの長さを調整すれば、クリアランスを最適化しつつ、シールリングを交換することが可能となる。特に、シールリングに対する加工や、ケーシングの仮組みを行うことなく、シールリングの交換とアラインメントの最適化が行えるため、工数の削減を図ることができる。
　上記蒸気タービンのシールクリアランス調整方法では、前記シールリングは、シール基部と、該シール基部の内周面に設けられた複数のフィン本体と、を有し、前記調整工程の後に、前記蒸気タービンの運転後に前記フィン本体に前記軸線方向への倒れが生じている場合に、該倒れによって生じた前記シールリングの径方向の長さの減少分を前記基準長さに加算する第一補正工程をさらに実行してもよい。
　蒸気タービンの運転中には、スケール等の異物衝突を含む何らかの外乱要因によって回転軸に軸線方向に向かう力（スラスト力）が加わる場合がある。このスラスト力によって回転軸が軸線方向に変位すると、シールリングと回転軸が接触して、シールリングが当初の姿勢を維持できずに倒れる（傾く）ことがある。このような倒れが生じると、シールリングの先端と回転軸の外周面（又は、動翼端部に設けられたフィン先端と、それに対向するケーシング側のシール部の内周面）との間のクリアランスが拡大してしまう。したがって、シールリングを交換する際には、倒れによるクリアランスの変化量を考慮してアラインメント調整（シールリングの位置調整）を行う必要がある。上記の方法では、倒れによって生じたシールリングの径方向長さの減少分を、計測工程で得られた基準長さの値に加算する。これにより、倒れが生じる前の状態を、未使用のシールリングで再現することができる。その結果、クリアランスをより高い精度で最適化することができる。
　上記蒸気タービンのシールクリアランス調整方法では、前記調整工程の後に、前記蒸気タービンの運転後に前記回転軸に前記シールリングとの接触痕が生じている場合に、接触によって生じた前記シールリングの径方向の長さの減少分を前記基準長さに加算する第二補正工程をさらに実行してもよい。
　回転軸とシールリングとが特に強く接触した場合（ハードラビングが生じた場合）、シールリングの先端部が摩擦によって過度に熱膨張しつつ損耗し、その長さが必要以上に減少することがある。これにより、シールリングの先端と回転軸の外周面との間のクリアランスが本来必要な値より拡大してしまう。したがって、シールリングを交換する際には、上記の損耗によるクリアランスの変化量を考慮してアラインメント調整（シールリングの位置調整）を行う必要がある。上記の方法では、損耗によって生じたシールリングの径方向長さの減少分を、計測工程で得られた基準長さの値に加算する。これにより、損耗が生じる前の状態を、未使用のシールリングで再現することができる。その結果、クリアランス設定をより高い精度で最適化することができる。
　本発明の一態様に係る蒸気タービンは、軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸の外周面に設けられた動翼と、前記回転軸、及び前記動翼を外周側から覆うケーシングと、該ケーシングの内周面に設けられた静翼と、前記回転軸の外周面と前記静翼との間に設けられたシールリング、該シールリングを径方向外側で支持するホルダー、及び該ホルダーの基準位置から前記シールリングの先端までの長さを調整可能な位置調整部を有するシール装置と、を備える。
　上記構成によれば、位置調整部によってホルダーの基準位置からシールリングの先端までの長さを変化させることができる。これにより、シールリングを交換するに当たって、交換前の未使用のシールリングに加工を加えることなく、クリアランスが最適化された状態を再現することができる。
　上記蒸気タービンでは、前記位置調整部は、ねじ込み量を変化させることで前記シールリングを前記ホルダーに対して相対変位可能な状態で支持するボルトを有してもよい。
　上記構成によれば、ボルトを回転させる量（ねじ込み量）に応じて、ホルダーに対するシールリングの相対位置を容易に変化させることができる。これにより、シールリングを交換するに当たって、交換前の未使用のシールリングに加工を加えることなく、クリアランスが最適化された状態を再現することができる。
　上記蒸気タービンでは、前記位置調整部は、前記シールリングに設けられ、径方向に延びるラックギアと、前記ホルダーに設けられ、前記ラックギアと噛み合うピニオンギアと、を有してもよい。
　上記構成によれば、ラックギアに対するピニオンギアの相対位置に応じて、ホルダーに対するシールリングの相対位置を容易に変化させることができる。これにより、シールリングを交換するに当たって、交換前の未使用のシールリングに加工を加えることなく、クリアランスが最適化された状態を再現することができる。
　本発明によれば、容易かつ短期間で補修を実行することが可能な蒸気タービンの補修方法、及び蒸気タービンを提供することができる。
本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの構成を示す模式図である。 本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの構成を示す側面図である。 本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大断面図である。 本発明の第一実施形態に係るシール装置の構成を示す断面図である。 本発明の第一実施形態に係る位置調整部としてのボルトの構成を示す斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの補修方法の工程を示すフローチャートである。 倒れが生じた状態のシールリングを示す説明図である。 損耗が生じた状態のシールリングを示す説明図である。 本発明の第二実施形態に係るシール装置の構成を示す断面図である。
［第一実施形態］
　本発明の第一実施形態について、図１から図８を参照して説明する。本実施形態に係る蒸気タービン１００は、軸線Ｏ方向に沿って延びるロータ３と、ロータ３を外周側から覆うケーシング２（ステータ）と、ロータ３の軸端１１を軸線Ｏ回りに回転可能に支持するジャーナル軸受４Ａ、及びスラスト軸受４Ｂと、を備えている。
　ロータ３は、軸線Ｏに沿って延びる回転軸１と、回転軸１の外周面に設けられた複数の動翼３０を有している。動翼３０は、回転軸１の周方向に一定の間隔をもって複数配列されている。軸線Ｏ方向においても、一定の間隔を持って複数の動翼３０の列が配列されている。動翼３０は、動翼本体３１と、動翼シュラウド３４と、を有している。動翼本体３１は、ロータ３の外周面から径方向外側に向かって突出している。動翼本体３１は、径方向から見て翼型の断面を有する。動翼本体３１の先端部（径方向外側の端部）には、動翼シュラウド３４が設けられている。
　ケーシング２は、ロータ３を外周側から覆う略筒状をなしている。ケーシング２の軸線Ｏ方向一方側には、蒸気Ｓを取り込む蒸気供給管１２が設けられている。ケーシング２の軸線Ｏ方向他方側には、蒸気Ｓを排出する蒸気排出管１３が設けられている。蒸気は、ケーシング２の内部で、軸線Ｏ方向一方側から他方側に向かって流れる。以降の説明では、蒸気の流れる方向を単に「流れ方向」と呼ぶ。さらに、蒸気排出管１３から見て蒸気供給管１２が位置する側を流れ方向の上流側と呼び、蒸気供給管１２から見て蒸気排出管１３が位置する側を流れ方向の下流側と呼ぶ。
　ケーシング２の内周面には、複数の静翼２０の列が設けられている。静翼２０は、静翼本体２１と、静翼シュラウド２２と、静翼台座２４と、を有している。静翼本体２１は、静翼台座２４を介してケーシング２の内周面に接続される羽根状の部材である。さらに、静翼本体２１の先端部（径方向内側の端部）には、静翼シュラウド２２が設けられている。動翼３０と同様に、静翼２０は内周面上で周方向及び軸線Ｏ方向に沿って複数配列される。動翼３０は、隣り合う複数の静翼２０の間の領域に入り込むようにして配置される。つまり、静翼２０、及び動翼３０は、蒸気の流れ方向に交差する方向（軸線Ｏに対する径方向）に延びている。
　図２に示すように、ケーシング２は、上下に２分割されており、上半分は上半ケーシング２Ｕとされ、下半分は下半ケーシング２Ｌとされている。上半ケーシング２Ｕと下半ケーシング２Ｌは、水平面内に広がる分割面Ｓｄを基準として面対称をなしている（ただし、配管部分は除く）。上半ケーシング２Ｕは、半円筒状の上半ケーシング本体２１Ｕと、この上半ケーシング本体２１Ｕの端縁から外側に向かって張り出している上半フランジ部２２Ｕと、を有している。同様に、下半ケーシング２Ｌは、半円筒状の下半ケーシング本体２１Ｌと、この下半ケーシング本体２１Ｌの端縁から外側に向かって張り出している下半フランジ部２２Ｌと、を有している。これら上半ケーシング２Ｕと下半ケーシング２Ｌは、上半フランジ部２２Ｕの下面と下半フランジ部２２Ｌの上面とを分割面Ｓｄ内で互いに当接させた状態で、不図示のボルト・ナット等によって締結固定されている。なお、図示は省略しているが、ケーシング２には、床面上で当該ケーシング２を支持するための複数の脚が設けられている。また、図２は、一例として外部車室と呼ばれる構成を有する蒸気タービン１００を示しているが、この外部車室の内部に他の車室（内部車室）が設けられた二重車室構造の蒸気タービン１００であってもよい。
　蒸気Ｓは、上流側の蒸気供給管１２を介して、上述のように構成されたケーシング２の内部に供給される。ケーシング２の内部を通過する中途で、蒸気Ｓは静翼２０と動翼３０それぞれで構成された流路を交互に通過する。静翼２０は蒸気Ｓの流れを整流し、動翼３０は整流された蒸気Ｓの塊が動翼３０を押すことによってロータ３に回転力を与える。ロータ３の回転力は、軸端１１から取り出されて外部の機器（発電機等）の駆動に用いられる。ロータ３の回転に伴って、蒸気Ｓは下流側の蒸気排出管１３を通じて後続の装置（復水器等）に向かって排出される。
　ジャーナル軸受４Ａは、軸線Ｏに対する径方向への荷重を支持する。ジャーナル軸受４Ａは、ロータ３の両端に１つずつ設けられている。スラスト軸受４Ｂは、軸線Ｏ方向への荷重を支持する。スラスト軸受４Ｂは、ロータ３の上流側の端部にのみ設けられている。
　次に、図３を参照して、静翼２０と動翼３０の周囲の構成について詳細に説明する。ケーシング本体２Ａの内周面には、径方向外側に向かって凹むキャビティ５０が形成されている。上述の動翼シュラウド３４は、このキャビティ５０内に収容されている。また、動翼シュラウド３４における上流側を向く面であるシュラウド上流面３４Ｓと、キャビティ５０における上流側の面であるキャビティ上流面５０Ｓとの間には隙間が形成されている。なお、動翼本体３１の径方向内側には、当該動翼本体３１を支持するプラットフォーム３５が、回転軸１と一体に設けられている。
　ケーシング本体２Ａのうち、軸線Ｏ方向において上述の静翼２０に対応する位置は、静翼台座２４とされている。静翼台座２４における径方向内側を向く面である台座内周面２４Ａには、上述の静翼本体２１の径方向外側の端部が固定されている。静翼本体２１の径方向内側の端部には、上述の静翼シュラウド２２が設けられている。静翼シュラウド２２における径方向内側を向く面であるシュラウド内周面２２Ａは、回転軸１の外周面である回転軸外周面１Ｓに対して隙間をあけて対向している。この隙間には、後述するシールユニット２Ｂ（シール装置）が設けられている。より詳細には、シールユニット２Ｂは、シュラウド内周面２２Ａに取り付けられている。シールユニット２Ｂは、シュラウド内周面２２Ａと回転軸外周面１Ｓとの間を通過する蒸気の流れ（漏れ流れ）をシールするために設けられている。
　次いで、図４を参照して、シールユニット２Ｂの構成について説明する。同図に示すように、シールユニット２Ｂは、ホルダー４１と、フックプレート４２と、シールリング４３と、位置調整部６０としてのナット４５、及び調整ボルト４６と、を有している。
　ホルダー４１は、上述の静翼シュラウド２２に対して、シールリング４３を支持・固定するための部材である。ホルダー４１は、ホルダー本体４１Ａと、係合突起４１Ｂと、を有している。ホルダー本体４１Ａは、軸線Ｏを中心とする環状をなしている。ホルダー本体４１Ａの軸線Ｏ方向両側の端縁には、軸線Ｏに対する径方向内側に向かって突出する一対の係合突起４１Ｂが設けられている。これら係合突起４１Ｂ、及びホルダー本体４１Ａによって囲まれた空間には、フックプレート４２が収容されている。
　フックプレート４２は、シールリング４３をホルダー４１に対して支持・固定するための部材である。フックプレート４２は、軸線Ｏを中心とする環状をなしている。フックプレート４２における径方向内側を向く面（プレート下面４２Ｓ）は、上記の係合突起４１Ｂにおける径方向外側を向く面（突起上面４１Ｓ）に当接している。フックプレート４２には、当該フックプレート４２の径方向外側を向く面（プレート上面４２Ｔ）からプレート下面４２Ｓにかけて延びるボルト孔Ｈが形成されている。ボルト孔Ｈには、ナット４５、及び調整ボルト４６が挿通されている。ボルト孔Ｈは、径方向外側から内側に向かって順に、ナット収容部Ｈ１、中間部Ｈ２、凹部Ｈ３とされている。調整ボルト４６は、ホルダー４１、及びフックプレート４２に対してシールリング４３を相対変位可能に固定している（つまり、当該シールリング４３の径方向位置を調整可能としている。）。ナット４５、及び調整ボルト４６の構成については後述する。
　シールリング４３は、シール基部４３Ａと、複数のフィン本体４３Ｂと、を有している。シール基部４３Ａは、フィン本体４３Ｂを支持するための部材である。シール基部４３Ａは、軸線Ｏを中心とする円環状をなしている。シール基部４３Ａの径方向外側を向く面（基部上面４３Ｔ）には、調整ボルト４６が挿通されるボルト孔４３Ｈが形成されている。このボルト孔４３Ｈの内周面にはネジ溝が形成されている。このネジ溝は調整ボルト４６と噛み合う。
　シール基部４３Ａの径方向内側の面（基部内周面４３Ｓ）には、軸線Ｏ方向に間隔をあけて配列された複数のフィン本体４３Ｂが設けられている。各フィン本体４３Ｂは、基部内周面４３Ｓから径方向内側に向かって突出している。フィン本体４３Ｂは、径方向外側から内側に向かうに従って、軸線Ｏ方向の寸法が次第に減少することでテーパ形状の断面を有している。なお、本実施形態では、４つのフィン本体４３Ｂが設けられている例について説明するが、フィン本体４３Ｂの個数は４つに限定されず、仕様や設計に応じて適宜変更することが可能である。また、全てのフィン本体４３Ｂが互いに同一の形状・寸法を有している必要はなく、異なる複数種類の形状・寸法を有するフィン本体４３Ｂを交互に配列した構成を採ることも可能である。
　図５に示すように、調整ボルト４６は、固定円盤部４６Ａと、ボルト上部４６Ｂと、ボルト下部４６Ｃと、を有している。固定円盤部４６Ａは、調整ボルト４６の中心軸Ａを中心とする円盤状をなしている。固定円盤部４６Ａは、上述のフックプレート４２の下面（プレート下面４２Ｓ）に形成された凹部Ｈ３に収容される。なお、凹部Ｈ３は、プレート下面４２Ｓから径方向外側に向かって凹んでいる。径方向から見て、凹部Ｈ３は円形の断面形状を有している。
　固定円盤部４６Ａの中心軸Ａ方向一方側（調整ボルト４６がシールユニット２Ｂに取り付けられた状態で径方向外側を向く面）には、ボルト上部４６Ｂが一体に設けられている。ボルト上部４６Ｂは、中心軸Ａを中心とする円柱状をなしており、その外周面にはナット４５が噛み合うネジ溝が形成されている。さらに、ボルト上部４６Ｂの径方向外側を向く面には、例えばマイナスドライバー等の工具を係合させるための溝４６Ｄが形成されている。溝４６Ｄは、中心軸Ａを通る直線状をなすとともに、矩形の断面を有している。
　固定円盤部４６Ａの中心軸Ａ方向他方側（調整ボルト４６がシールユニット２Ｂに取り付けられた状態で径方向内側を向く面）には、ボルト下部４６Ｃが一体に設けられている。ボルト下部４６Ｃは、ボルト上部４６Ｂと同様に、中心軸Ａを中心とする円柱状をなしており、その外周面には、上述したボルト孔４３Ｈのネジ溝に噛み合う雄ネジが形成されている。
　ナット４５は、フックプレート４２の上面（プレート上面４２Ｔ）に形成されたナット収容部Ｈ１内に固定されている。つまり、このナット４５は、フックプレート４２に対して相対回転不能に固定されている。ナット４５には、上述のボルト上部４６Ｂのネジ溝が噛み合った状態で挿通・固定されている。さらに、ボルト下部４６Ｃは、上記のようにシールリング４３のボルト孔４３Ｈに挿通・固定されている。これにより、ホルダー４１、及びフックプレート４２に対して、シールリング４３が固定されている。ここで、ナット４５に対して、調整ボルト４６を中心軸Ａ回りに回転させた場合、ネジ溝に沿って調整ボルト４６が進退動する。つまり、ナット４５、及び調整ボルト４６が設けられていることによって、シールリング４３の位置（軸線Ｏに対する径方向の位置）を変化させることが可能である。
　次に、本実施形態に係る蒸気タービン１００のシールクリアランス調整方法について、図６を参照して説明する。この調整方法は、蒸気タービン１００を一定期間にわたって運転した後で、上述のシールユニット２Ｂが磨耗・損耗した場合にこれを交換するために実行される。この調整方法は、車室開放工程Ｓ１と、計測工程Ｓ２と、第一判定工程Ｓ３と、第一補正工程Ｓ３１と、第二判定工程Ｓ４と、第二補正工程Ｓ４１と、準備工程Ｓ５と、調整工程Ｓ６と、車室閉塞工程Ｓ７と、を有している。
　車室開放工程Ｓ１では、ケーシング２を上述の分割面Ｓｄに沿って分解する。具体的には、上半ケーシング２Ｕを、下半ケーシング２Ｌから分離する。これにより、ケーシング２の内周面に取り付けられているシールユニット２Ｂが露出した状態となる。次いで、計測工程Ｓ２を実行する。計測工程Ｓ２では、シールリング４３の径方向の長さを計測するより具体的には図４に示すように、ホルダー４１の突起上面４１Ｓからフィン本体４３Ｂの先端部（径方向内側の端部）までの寸法を計測し、この値を基準長さＬｃとして設定する。
　ここで、一定期間にわたって運転された後の蒸気タービン１００では、フィンの長さが実際の許容クリアランス値を超えて長かった場合は、回転軸１とシールリング４３（フィン本体４３Ｂ）とが接触することによってフィン本体４３Ｂの先端が切削される。その結果、回転軸１の回転軸外周面１Ｓとフィン本体４３Ｂとの間の離間距離（クリアランス）は、回転軸１の円滑な回転を許容する限りにおいて最小の値となっている。詳しくは後述するが、上記のように運転後のシールユニット２Ｂにおける径方向の長さを基準長さＬｃとし、この基準長さＬｃを交換用の未使用のシールユニット２Ｂ上で再現することによって、最適なクリアランスが維持される。
　計測工程Ｓ２に次いで、第一判定工程Ｓ３を実行する。第一判定工程Ｓ３では、フィン本体４３Ｂに「倒れ」が生じているか否かが判定される。ここで言う「倒れ」とは、図７に一例として示すように、フィン本体４３Ｂが、軸線Ｏ方向に倒れるように変形している状態を意味している。この状態では、同図に示すように、フィン本体４３Ｂの先端部の径方向位置が、変化量Ｄの分だけ径方向外側に移動している。つまり、見かけ上のシールユニット２Ｂの径方向長さが変化量Ｄの分だけ減少している。
　第一判定工程Ｓ３で、上記の「倒れ」が生じていると判定された場合には、第一補正工程Ｓ３１を実行する。第一補正工程Ｓ３１では、倒れによって生じたシールユニット２Ｂの径方向の長さの減少分（変化量Ｄ）を基準長さＬｃに加算して新たな基準長さＬｃ´とする（つまり、Ｌｃ´＝Ｌｃ＋Ｄとなる）。その後、第二判定工程Ｓ４を実行する。また、第一判定工程Ｓ３で倒れが生じていないと判定された場合には、第一補正工程Ｓ３１を実行せずに、第二判定工程Ｓ４を実行する。
　第二判定工程Ｓ４では、回転軸外周面１Ｓに、フィン本体４３Ｂとの接触痕が生じているか否かを判定する。フィン本体４３Ｂが回転軸外周面１Ｓに対して、比較的に強く押し付けられるように接触した場合（即ち、ハードラビングが生じた場合）、両者の摩擦熱によってフィンが熱膨張することで、ソフトラビングした場合以上にフィン本体４３Ｂの先端が損耗する。この損耗によって、一例として図８に示すようにフィン本体４３Ｂの先端部が失われる。具体的には、損耗部分４３Ｒの分だけ先端部が損耗して、シールユニット２Ｂの径方向長さが変化量Ｄ´の分だけ小さくなる。
　接触痕が生じている場合には、上記のような損耗が生じたと判定できる。この場合、第二補正工程Ｓ４１を実行する。第二補正工程Ｓ４１では、損耗によって生じたシールユニット２Ｂの径方向の長さの減少分（変化量Ｄ）を基準長さＬｃに加算する。なお、第一補正工程Ｓ３１を実行した場合には、Ｌｃ´＝Ｌｃ＋Ｄの値に対してさらにＤ´を加算して、新たな基準長さＬｃ´２（＝Ｌｃ´＋Ｄ）とする。その後、後続の準備工程Ｓ５を実行する。なお、接触痕が生じていない場合には、第二補正工程Ｓ４１を実行せずに準備工程Ｓ５を実行する。
　準備工程Ｓ５では、未使用のシールユニット２Ｂ（シールリング４３）を準備する。次いで、調整工程Ｓ６を実行する。調整工程Ｓ６では、上記の各工程を経て算出された基準長さＬｃ（Ｌｃ´、Ｌｃ´２）を満たすように、未使用のシールユニット２Ｂの径方向位置を調整する。具体的には、上述した位置調整部６０としての調整ボルト４６のねじ込み量を調整する。これにより、未使用のシールリング４３をケーシング２に取り付けると直ちに、フィン本体４３Ｂと回転軸外周面１Ｓとの間のクリアランスが最適化された状態となる。言い換えると、交換前に形成されていたクリアランスが、切削加工等の作業を経ることなく、未使用のシールリング４３上で再現される。その後、上半ケーシング２Ｕと下半ケーシング２Ｌとを結合する（車室閉塞工程Ｓ７）。以上により、蒸気タービン１００の補修方法の全工程が完了する。
　以上、説明したように、上記補修方法では、一定期間にわたって運転した後の状態の蒸気タービン１００に対して、計測工程Ｓ２を実行する。この状態では、磨耗等によってシールリング４３の径方向の長さは未使用の状態に比べて変化している。計測工程Ｓ２では、このように磨耗が生じている状態で、基準位置（突起上面４１Ｓ）からのシールリング４３の径方向長さを計測して基準長さＬｃとする。ここで、一定期間の運転を経て磨耗が生じているシールリング４３は、回転軸１の回転軸外周面１Ｓとの間のクリアランスが最適化されている状態であるとみなすことができる。したがって、後続の調整工程Ｓ６では、この基準長さＬｃとなるように未使用のシールリング４３の長さを調整すれば、クリアランスを最適化しつつ、シールリング４３を交換することが可能となる。特に、シールリング４３に対する加工や、ケーシング２の仮組みを行うことなく、シールリング４３の交換とアラインメントの最適化（クリアランスの最適化）が行えるため、工数の削減を図ることができる。
　ここで、蒸気タービン１００の運転中には、スケールの飛来など何らかの外乱要因によって回転軸１に軸線Ｏ方向に向かう力（スラスト力）が加わる場合がある。このスラスト力によって回転軸１が軸線Ｏ方向に変位すると、シールリング４３と回転軸１が接触して、シールリング４３が当初の姿勢を維持できずに倒れる（傾く）ことがある。このような倒れが生じると、シールリング４３の先端と回転軸１の回転軸外周面１Ｓとの間のクリアランスが拡大してしまう。したがって、シールリング４３を交換する際には、倒れによるクリアランスの変化量を考慮してアラインメント調整（シールリング４３の位置調整）を行う必要がある。上記の方法では、倒れによって生じたシールリング４３の径方向長さの減少分（変化量Ｄ）を、計測工程Ｓ２で得られた基準長さＬｃの値に加算する。これにより、倒れが生じる前の状態を、未使用のシールリング４３で再現することができる。その結果、クリアランスをより高い精度で最適化することができる。
　また、回転軸１とシールリング４３とが特に強く接触した場合（ハードラビングが生じた場合）、シールリング４３の先端部が摩擦によって損耗し、その長さが減少することがある。これにより、シールリング４３の先端と回転軸１の回転軸外周面１Ｓとの間のクリアランスが拡大してしまう。したがって、シールリング４３を交換する際には、上記の損耗によるクリアランスの変化量を考慮してアラインメント調整（シールリングの位置調整）を行う必要がある。上記の方法では、損耗によって生じたシールリング４３の径方向長さの減少分（変化量Ｄ´）を、計測工程Ｓ２で得られた基準長さＬｃの値（又は、第一補正工程Ｓ３１で算出された基準長さＬｃ´の値）に加算する。これにより、損耗が生じる前の状態を、未使用のシールリング４３で再現することができる。その結果、クリアランスをより高い精度で最適化することができる。
　加えて、上記構成によれば、調整ボルト４６を回転させる量（ねじ込み量）に応じて、ホルダー４１に対するシールリング４３の相対位置（即ち、シールリング４３の径方向長さ）を容易に変化させることができる。これにより、シールリング４３を交換するに当たって、交換前の未使用のシールリング４３に加工を加えることなく、クリアランスが最適化された状態を再現することができる。
　以上、本発明の第一実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の方法や構成に種々の変更・改修を施すことが可能である。例えば、上記第一実施形態では、シールユニット２Ｂが静翼２０のみに設けられている構成について説明した。しかしながら、シールユニット２Ｂの設けられる位置は上記に限定されず、動翼３０とケーシング２の内周面との間にこれを設けることも可能である。
［第二実施形態］
　次に、本発明の第二実施形態について、図９を参照して説明する。なお、上記第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。本実施形態では、シールユニット２Ｂ´における位置調整部６０´の構成が第一実施形態と異なっている。位置調整部６０´は、上述のフックプレート４２に設けられたピニオンギア４８Ａと、このピニオンギア４８Ａに噛み合うとともに、シールリング４３に固定されたラックギア４８Ｂと、を有している。ピニオンギア４８Ａは、フックプレート４２の内部で、上述の軸線Ｏ、及び径方向に直交する方向に延びる回動軸Ａｘ回りに回転可能に支持されている。ラックギア４８Ｂは、径方向に延びることで、ピニオンギア４８Ａの回転に伴って当該径方向に進退動する。これにより、ラックギア４８Ｂが固定されているシールリング４３が径方向に進退動する。その結果、シールリング４３の径方向長さが変化する。
　また、本実施形態では、ホルダー本体４１Ａに、フックプレート４２を径方向内側に向かって付勢するための弾性部材４７が設けられている。弾性部材４７として具体的には、板バネが好適に用いられる。
　上記構成によれば、ラックギア４８Ｂに対するピニオンギア４８Ａの相対位置に応じて、ホルダー４１に対するシールリング４３の相対位置を容易に変化させることができる。これにより、シールリング４３を交換するに当たって、交換前の未使用のシールリング４３に加工を加えることなく、クリアランスが最適化された状態を再現することができる。
　以上、本発明の第二実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
　本発明によれば、容易かつ短期間で補修を実行することが可能な蒸気タービンの補修方法、及び蒸気タービンを提供することができる。
１００　蒸気タービン
１　回転軸
１Ｓ　回転軸外周面
２　ケーシング
２Ｂ，２Ｂ´　シールユニット
２Ｌ　下半ケーシング
２Ｕ　上半ケーシング
３　ロータ
４Ａ　ジャーナル軸受
４Ｂ　スラスト軸受
１１　軸端
１２　蒸気供給管
１３　蒸気排出管
２０　静翼
２１　静翼本体
２２　静翼シュラウド
２２Ａ　シュラウド内周面
２４　静翼台座
２４Ａ　台座内周面
３０　動翼
３１　動翼本体
３４　動翼シュラウド
４１　ホルダー
４１Ａ　ホルダー本体
４１Ｂ　係合突起
４１Ｓ　突起上面
４２　フックプレート
４２Ｓ　プレート下面
４２Ｔ　プレート上面
４３　シールリング
４３Ａ　シール基部
４３Ｂ　フィン本体
４３Ｓ　基部内周面
４３Ｔ　基部上面
４３Ｈ　ボルト孔
４３Ｒ　損耗部分
４５　ナット
４６　調整ボルト
４６Ａ　固定円盤部
４６Ｂ　ボルト上部
４６Ｃ　ボルト下部
４６Ｄ　溝
４７　弾性部材
４８Ａ　ピニオンギア
４８Ｂ　ラックギア
６０，６０´　位置調整部
Ａ　中心軸
Ａｘ　回動軸
Ｏ　軸線

Claims (6)

  1. 　運転後の蒸気タービンのシールクリアランス調整方法であって、
    　前記蒸気タービンは、
    　軸線回りに回転する回転軸と、
    　該回転軸の外周面に設けられた動翼と、
    　前記回転軸、及び前記動翼を外周側から覆うケーシングと、
    　該ケーシングの内周面に設けられた静翼と、
    　前記回転軸の外周面と前記静翼との間に設けられたシールリング、及び該シールリングの前記軸線に対する径方向位置を調整可能な位置調整部を有するシール装置と、
    を備え、
    　前記シールクリアランス調整方法は、予め定められた基準位置からの前記シールリングの径方向の長さを基準長さとして計測する計測工程と、
    　未使用のシールリングを準備する準備工程と、
    　前記位置調整部によって、前記基準長さとなるように前記基準位置からの前記未使用のシールリングの長さを調整する調整工程と、
    を含む蒸気タービンのシールクリアランス調整方法。
  2. 　前記シールリングは、シール基部と、該シール基部の内周面に設けられた複数のフィン本体と、を有し、
    　前記調整工程の後に、前記蒸気タービンの運転後に前記フィン本体に前記軸線方向への倒れが生じている場合に、該倒れによって生じた前記シールリングの径方向の長さの減少分を前記基準長さに加算する第一補正工程をさらに実行する請求項１に記載の蒸気タービンのシールクリアランス調整方法。
  3. 　前記調整工程の後に、前記蒸気タービンの運転後に前記回転軸に前記シールリングとの接触痕が生じている場合に、接触によって生じた前記シールリングの径方向の長さの減少分を前記基準長さに加算する第二補正工程をさらに実行する請求項１又は２に記載の蒸気タービンのシールクリアランス調整方法。
  4. 　軸線回りに回転する回転軸と、
    　該回転軸の外周面に設けられた動翼と、
    　前記回転軸、及び前記動翼を外周側から覆うケーシングと、
    　該ケーシングの内周面に設けられた静翼と、
    　前記回転軸の外周面と前記静翼との間に設けられたシールリング、該シールリングを径方向外側で支持するホルダー、及び該ホルダーの基準位置から前記シールリングの先端までの長さを調整可能な位置調整部を有するシール装置と、
    を備える蒸気タービン。
  5. 　前記位置調整部は、ねじ込み量を変化させることで前記シールリングを前記ホルダーに対して相対変位可能な状態で支持するボルトを有する請求項４に記載の蒸気タービン。
  6. 　前記位置調整部は、
    　前記シールリングに設けられ、径方向に延びるラックギアと、
    　前記ホルダーに設けられ、前記ラックギアと噛み合うピニオンギアと、
    を有する請求項４に記載の蒸気タービン。
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