JP6138617B2 - Rotating machine seal structure and rotating machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転機械のシール構造及び回転機械に係り、特に、蒸気タービンなどの回転機械において、漏れ防止のため回転部と静止部の間に設置されるシール構造に関する。 The present invention relates to a rotary machine seal structure and a rotary machine, and more particularly to a seal structure installed between a rotary part and a stationary part in a rotary machine such as a steam turbine to prevent leakage.
蒸気タービンでは、蒸気を効率よく使用するために、回転部と固定部との間(例えばロータと静翼との間)に設けられるクリアランスからの蒸気の漏れをできるだけ少なくするように、回転部と固定部との間に設けられるシール装置の性能を向上することが要求されている。漏れ低減の要求に対応するため、従来、ロータなどの回転部と静翼などの固定部との間に、シールフィン(ラビリンスシール)を有するラビリンスシール装置を備えることが広く用いられている。 In the steam turbine, in order to use steam efficiently, the rotating part and the rotating part are arranged so as to minimize the leakage of steam from the clearance provided between the rotating part and the fixed part (for example, between the rotor and the stationary blade). It is required to improve the performance of the sealing device provided between the fixed portion. In order to meet the demand for leakage reduction, it has been widely used to provide a labyrinth seal device having a seal fin (labyrinth seal) between a rotating part such as a rotor and a fixed part such as a stationary blade.
このようなラビリンスシール装置では、例えば特許文献1に記載のように、ラビリンスシールを半径方向に移動可能として、回転体との接触を起こしやすい起動時には、ラビリンスシールを回転体から遠ざけてラビリンスシール先端の隙間を大きくし、定常運転状態ではラビリンスシールを回転体に近づけてラビリンスシール先端の隙間をできるだけ小さくなるようにして、定常運転状態における漏洩損失の防止を図り、かつ起動時におけるラビリンスシール自体の摩耗も防止する技術が提案されている。
In such a labyrinth seal device, for example, as described in
特許文献1では、ラビリンスシールを半径方向に移動可能とするため、ラビリンスシールは複数の円弧状シールセグメントで構成されている。そして、これらのシールセグメントは、隣接するシールセグメント間に配置された弾性無孔部材によりラビリンスシールを回転体から遠ざける方向(半径方向外方)に付勢されている。また、シールセグメントの外周面側に加圧室が形成され、加圧室には上流側の蒸気が供給されるように構成されている。起動時には、加圧室に供給される蒸気が高圧となっていないため、弾性無孔部材の力によりラビリンスシールが回転体から間隔を置いた状態に保たれる。定常運転時には、蒸気は起動時と比べ高圧となるため、加圧室内部は高圧状態となり、シールセグメントに加えられる回転体方向への力が弾性無孔部材の付勢力に打ち勝ち、シールセグメントは回転体へ近づく方向に移動し、回転体とラビリンスシールとの間に小さいクリアランスが確立する。
In
また、特許文献1における、円周方向に隣接するシールセグメント間に配置された弾性無孔部材は、隣接するシールセグメントを円周方向に押し離す力を発生させるのに加えて、円周方向に隣接するシールセグメント間のシールを提供し、それらの間の漏洩を最小限に抑える。
Further, in
隣接するシールセグメント(シール片)はそれぞれ半径方向に移動することが可能であるが、シールセグメントが半径方向に移動する時、同時にシールセグメント間の円周方向隙間が変化することとなる。通常はシールフィンすなわちシールセグメントが最も回転体に近づいた時にはシールセグメント間の円周方向隙間を無くし、円周方向隙間からの漏れを防止し、シールセグメントが回転体から遠ざかる時にシールセグメント間の隙間が大きくなるように構成する。これにより、シールセグメントが最も回転体に近づいた定常運転状態時において十分な漏れ防止機能が得られるようになる。 Adjacent seal segments (seal pieces) can each move in the radial direction, but when the seal segments move in the radial direction, the circumferential clearance between the seal segments simultaneously changes. Normally, when the seal fin or seal segment is closest to the rotating body, the circumferential gap between the seal segments is eliminated to prevent leakage from the circumferential gap, and when the seal segment moves away from the rotating body, the gap between the seal segments is eliminated. Is configured to be large. As a result, a sufficient leakage prevention function can be obtained in the steady operation state in which the seal segment is closest to the rotating body.
しかし、シールセグメントが回転体から遠ざかる時にはシールセグメント間の隙間が開くため、円周方向隙間からの漏れ量が大きくなる。漏れ量が大きくなると円周方向隙間からの漏れ蒸気がシールフィン先端と回転体の間に入り込み、シールフィン先端面の圧力が高まる。シールフィン先端面の圧力は加圧室の内部の圧力と抗する方向に働くため、加圧室の内部が高圧状態になっても、シールセグメントの押し力が小さくなり、シールセグメントの半径方向に移動するタイミングが設定と異なり不安定な動作となる。 However, when the seal segment moves away from the rotating body, a gap between the seal segments is opened, so that the amount of leakage from the circumferential gap increases. When the amount of leakage increases, the leaked steam from the circumferential gap enters between the seal fin tip and the rotating body, and the pressure on the seal fin tip surface increases. Since the pressure on the tip surface of the seal fin acts against the pressure inside the pressurizing chamber, even if the inside of the pressurizing chamber is in a high pressure state, the pushing force of the seal segment is reduced, and the pressure in the radial direction of the seal segment is reduced. Unlike the setting, the movement timing becomes unstable.
特許文献2では、隣接するシールセグメント間に設置する弾性部材を無孔の部材とすることによって、シールセグメントを円周方向に押し離す力を発生させるとともに、シールセグメント間の円周方向隙間からの漏れを防止している。これにより、シールセグメントが回転体から遠ざかりシールセグメント間の円周方向隙間が開く場合においても安定な動作が可能となる。
In
しかしながら、弾性部材として、特許文献1に記載の弾性無孔部材を用いる場合、通常の板バネやコイルバネと比べ、弾性部材の伸びストロークが小さいため、シールセグメントの移動が小さく制限される。このため、円周方向隙間を大きくすることは難しい。
However, when the elastic non-porous member described in
通常、蒸気タービン起動においては、ロータ、ケーシングなどの熱膨張差による接触を防止するため、比較的低い温度の蒸気を最初に導入し、その後、蒸気温度、圧力を徐々に増加させ、なるべく均一な熱変形が得られるよう配慮されている。しかしながら、徐々に蒸気温度、圧力を増加させても、ロータやシールフィン、シールセグメント(シール片)やケーシングは均一温度には保てず、不均一温度分布を生じ、各部に不均一な熱膨張を生じる。 Normally, when starting a steam turbine, in order to prevent contact due to the difference in thermal expansion of the rotor, casing, etc., steam at a relatively low temperature is first introduced, and then the steam temperature and pressure are gradually increased to make it as uniform as possible. Care is taken to obtain thermal deformation. However, even if the steam temperature and pressure are gradually increased, the rotor, seal fin, seal segment (seal piece) and casing cannot be kept at a uniform temperature, resulting in a non-uniform temperature distribution and non-uniform thermal expansion in each part. Produce.
シールセグメントはケーシングより熱容量が小さいため、ケーシング温度より高温となり易く、ケーシングに対し熱膨張によりシールセグメントの円周方向長さが増加することとなる。この時、円周方向隙間が小さく設定されている場合、シールセグメントおよびシールフィンを回転体に近づけようとしても、シールセグメントの円周方向長さが増加しているため、設定の半径方向位置に達する前にシールセグメントの円周方端部が接触して半径方向の移動を止めることになる。このため、シールフィン先端の隙間を設定の値まで小さくできない。シールフィン先端の隙間が大きいままで固定され、十分な漏れ防止機能が得られず、蒸気タービン効率が低下してしまうことになる。 Since the heat capacity of the seal segment is smaller than that of the casing, the seal segment tends to have a higher temperature than the casing temperature, and the circumferential length of the seal segment increases due to thermal expansion of the casing. At this time, when the circumferential clearance is set small, the circumferential length of the seal segment increases even if the seal segment and the seal fin are brought closer to the rotating body. Prior to reaching, the circumferential end of the seal segment contacts and stops radial movement. For this reason, the clearance of the seal fin tip cannot be reduced to a set value. The gap at the tip of the seal fin is fixed with a large gap, a sufficient leakage prevention function cannot be obtained, and the steam turbine efficiency is lowered.
さらに、シールセグメントは円周方向長さが増加したため、設定した半径方向位置の位置決めフランジに押し付けることができない。このため、接触してリング状となったシールセグメントの集合体は固定されず不安定な状態となる。シールセグメントの集合体が激しく動く場合には加圧室とシールセグメントの間の摺動部が損耗し、損耗がひどくなり摺動部からの漏れが大きくなると、シールセグメントの半径方向に移動する動作が不安定となり、場合によっては動作不能となり得る。 Furthermore, since the circumferential length of the seal segment has increased, it cannot be pressed against the positioning flange at the set radial position. For this reason, the aggregate | assembly of the seal segment which contacted and became ring shape will be in an unstable state without being fixed. When the assembly of seal segments moves violently, the sliding part between the pressurizing chamber and the seal segment wears out, and when the wear becomes severe and leakage from the sliding part increases, the seal segment moves in the radial direction. May become unstable and may become inoperable in some cases.
また、各々のシールセグメントが少し異なる別々のタイミングで動作する場合には、先に動作した隣のシールセグメントが熱膨張して円周方向のスペースが狭くなっているため、後に動作するシールセグメントは、隣のシールセグメントが邪魔になり、半径方向に移動できなくなる。シールセグメントが回転体から遠ざかったままで、シールフィン先端の隙間が開いたままの大きい部分が生じるため、十分な漏れ防止機能が得られず、蒸気タービン効率が低下してしまうことになる。 In addition, when each seal segment operates at a slightly different timing, the seal segment that operates later is narrowed in the circumferential direction because the adjacent seal segment that operated earlier is thermally expanded and the circumferential space is narrowed. The adjacent seal segment becomes an obstacle and cannot move in the radial direction. Since the seal segment is kept away from the rotating body and a large portion is generated with the gap at the tip of the seal fin being opened, a sufficient leakage prevention function cannot be obtained, and the steam turbine efficiency is lowered.
本発明は、回転機械の作動流体圧力とバネ力を利用して回転機械の運転状態に応じてシールフィン又はシールフィン対向部を半径方向に移動可能にした回転機械のシール構造において、シール片(シール基板)が熱膨張してもシールフィン又はシールフィン対向部の半径方向移動を安定して行わせることが可能であり、且つ、シール片の円周方向端部の隙間から漏れを少なくすることが可能な回転機械のシール構造を提供することを目的とする。 The present invention relates to a seal structure for a rotary machine in which a seal fin or a seal fin opposing portion can be moved in a radial direction according to an operating state of the rotary machine by using a working fluid pressure and a spring force of the rotary machine. Even if the seal substrate) is thermally expanded, it is possible to stably move the radial direction of the seal fin or the seal fin opposing portion, and to reduce leakage from the gap at the circumferential end of the seal piece. It is an object of the present invention to provide a seal structure for a rotating machine that can perform the above-described operation.
本発明は、前記課題を解決するため、周方向に分割されシールフィン又はシールフィン対向部を備えるシール片を、回転機械の作動流体圧力とバネ力を利用して、回転機械の運転状態に応じて半径方向に移動可能にした回転機械のシール構造において、隣接するシール片との間に形成される隙間に、漏れ蒸気流入側に開口部を持ち、漏れ蒸気流入圧により開口部が広がり隣接するシール片間の隙間を塞ぐように弾性変形するシール部材を設置したことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a seal piece that is divided in the circumferential direction and includes a seal fin or a seal fin-opposing portion in accordance with the operating state of the rotating machine using the working fluid pressure and the spring force of the rotating machine. In a rotary machine seal structure that is movable in the radial direction, a gap formed between adjacent seal pieces has an opening on the leaking steam inflow side, and the opening expands adjacent to the leaking steam inflow pressure. A seal member that is elastically deformed so as to close a gap between the seal pieces is provided.
本発明によれば、シール片が熱膨張してもシールフィン又はシールフィン対向部の半径方向移動を安定して行わせることができ、且つ、シール片の円周方向端部の隙間から漏れを少なくすることができる。 According to the present invention, even if the seal piece is thermally expanded, the radial movement of the seal fin or the seal fin opposing portion can be stably performed, and leakage is caused from the gap at the circumferential end of the seal piece. Can be reduced.
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、本発明の実施例について、適宜図を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
先ず、本発明が適用される回転機械の一例である蒸気タービンについて図1を用いて説明する。尚、蒸気タービンは基本的には上下対称の構造であり、図1においては上半分の概略を図示している。図1に示すように、蒸気タービン2は、複数の動翼2bが周方向に固定されるロータ2aと、ロータ2a及び動翼2bを内包するケーシング2dと、ケーシング2dにノズルダイヤフラム外輪3bを介して設けられる静翼2cを備えている。静翼2cの内側にはノズルダイヤフラム内輪3aが設けられている。動翼2bと静翼2cは、ロータ2aの軸方向に対して交互に配置され、タービン段落を形成する。蒸気タービン2においては、ロータ2a及び動翼2bなどは回転部であり、ケーシング2d,静翼2c,ノズルダイヤフラム内輪3a及びノズルダイヤフラム外輪3bなどは固定部である。
First, a steam turbine as an example of a rotating machine to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. The steam turbine basically has a vertically symmetrical structure, and FIG. 1 schematically shows the upper half. As shown in FIG. 1, the
ボイラで発生した蒸気Stはケーシング2dに流入すると、静翼2cと動翼2bの間を交互に通りながら膨張し、ロータ2aを回転させる。そして、ロータ2aの最も下流に備わる動翼2b、すなわち最終段の動翼2bを通過した蒸気はケーシング2dの外部に排気される。
When the steam St generated in the boiler flows into the
このように構成される蒸気タービン2においては、ケーシング2dの内部を流れる蒸気Stで効率よく動翼2bに駆動力を伝えるため、回転部であるロータ2a及び動翼2bなどと、固定部であるケーシング2d及び静翼2cなどの間のシール性能を向上し、回転部と固定部の間に形成されるクリアランスから漏れる蒸気(漏れ蒸気)の量を抑制することが要求される。
In the
例えば、ロータ2aと静翼2cの内側先端に備わるノズルダイヤフラム内輪3aの間には、ロータ2aの回転運動を許容するためのクリアランスが設けられている。このクリアランスは静翼2cに流入する蒸気Stの漏れ蒸気の原因ともなる。この漏れ蒸気の量を抑制するため、ノズルダイヤフラム内輪3aのロータ2a近傍には、一般にラビリンスシール装置3cなどのシール装置を備え、ロータ2aと静翼2cの間のクリアランスを小さくしてシール性能を向上し、漏れ蒸気の量を抑制している。
For example, a clearance is provided between the
このようなシール装置は、蒸気タービン2では、この他に、動翼2bの先端とケーシング2dとの間や、ロータ2aとグランド部80との間に設けられており、本発明はこれらのシール装置に適用できる。
In addition to this, in the
本実施例のラビリンスシール装置は、シールフィンとシールフィン対向部の隙間を変えることができるように構成している。即ち、本実施例では、蒸気圧を受ける受圧部と蒸気圧力に対抗するバネ部を備え、蒸気圧が低い場合には、シールフィンとシールフィン対向部との間の隙間が開き、蒸気圧が高い場合には、シールフィンとシールフィン対向部との間の隙間が閉じるように構成して、接触が生じ易い起動時には、シールフィンとシールフィン対向部を遠ざけて、定常運転状態では、シールフィンとシールフィン対向部を近づけ、起動時におけるシールフィンの摩耗を防止し、定常運転状態における漏れ損失を低減するようにしている。 The labyrinth seal device of the present embodiment is configured such that the gap between the seal fin and the seal fin facing portion can be changed. That is, in this embodiment, a pressure receiving portion that receives the vapor pressure and a spring portion that opposes the vapor pressure are provided. When the vapor pressure is low, a gap between the seal fin and the seal fin facing portion is opened, and the vapor pressure is reduced. When it is high, the gap between the seal fin and the seal fin facing portion is configured to be closed, and at the time of start-up in which contact is likely to occur, the seal fin and the seal fin facing portion are kept away from each other. And the seal fin facing portion are brought close to each other, so that wear of the seal fin at the time of start-up is prevented, and leakage loss in a steady operation state is reduced.
次に、図2A〜図5を用いて本実施例のラビリンスシール装置を詳細に説明する。図2Aは図1におけるX部拡大図であって、ラビリンスシール装置の一例を示す。なお、図2Aにおいても、図1と同様に上半分の概略を図示している。図2Aはハイロー型のラビリンスシール装置であって、本発明の実施形態の一例を示す図である。 Next, the labyrinth seal device of the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 5. FIG. 2A is an enlarged view of a portion X in FIG. 1 and shows an example of a labyrinth seal device. In FIG. 2A, the outline of the upper half is shown as in FIG. FIG. 2A is a high-low type labyrinth seal device, and is a diagram illustrating an example of an embodiment of the present invention.
図2Aに示すように、ハイロー型のラビリンスシール装置3cは、ロータ(回転部)2aの外周部に形成された複数のシールフィン2a1と、複数のハイ部3c3とその間に形成されるロー部3c4とから構成されるシールフィン対向部が設けられ、ノズルダイヤフラム内輪(固定部)3aに形成されたホルダ4に半径方向へ移動可能に嵌合されたシール基板(シール片)3c1とにより構成されている。シール基板3c1のハイ部3c3とロー部3c4は、シールフィン2a1に対向して配置されている。本実施例では、シール基板3c1を介して固定部にシールフィン対向部が設けられ、回転部にシールフィンが設けられている。
As shown in FIG. 2A, a high-low
ホルダ4には、シール基板(シール片)3c−1の外周側(保持体3c2)を収容し、蒸気通路口5より蒸気Stが導入される空間部(上流側蒸気の蒸気圧を受ける受圧部)が設けられている。ホルダ4に設けられたフランジ44と保持体3c2の突出部により、シール基板の半径方向の押し込み停止位置が決められる。
The
図3に図2Aのロータ軸方向から見た概略図を示す。図3に示すように、円弧状のシール基板3c1は周方向に複数個(本実施例では6個)分割されている。各シール基板3c1の周方向分割面には、図2Aに示すように、隣接するシール基板を周方向に押し開くような力を付与するバネ(弾性体)6を設置している。バネ6は、一方のシール基板3c1の周方向分割面に固定して設けられており、対向する他方のシール基板3c1の周方向分割面に接するように設けられている。本実施例では周方向分割面にバネ6を1個設けているが、複数設けても良い。また、一つの周方向分割面間に複数のバネを設ける場合、固定側を変えて設けるようにしても良い。また、バネ6は交換可能なように周方向分割面に埋め込まれている。バネ6を適切に選択し、蒸気Stの圧力に対抗するように設置することにより、蒸気Stの圧力が低い場合、シールフィン2a1と、シール基板3c1のハイ部3c3,ロー部3c4との間の隙間が開き、蒸気Stの圧力が高い場合、シールフィン2a1と、ハイ部3c3,ロー部3c4との間の隙間が小さくなり、蒸気Stの圧力の程度により隙間の開度を調整することが可能となる。
FIG. 3 shows a schematic view seen from the rotor axial direction of FIG. 2A. As shown in FIG. 3, the arc-shaped seal substrate 3c1 is divided into a plurality (six in this embodiment) in the circumferential direction. As shown in FIG. 2A, a spring (elastic body) 6 that applies a force that pushes the adjacent seal substrate in the circumferential direction is installed on the circumferential dividing surface of each seal substrate 3c1. The
また、図2A及び図3に示すように、シール基板3c1の周方向分割面には、バネ6とは別にシール部材7が設けられている。シール部材7は、漏れ蒸気流入側に開口部を持ち、漏れ蒸気流入圧により開口部が広がり隣接するシール基板(シール片)間の隙間を塞ぐように弾性変形する。
As shown in FIGS. 2A and 3, a
図2Bにシール部材7の構成例を示す。図2Bに示す構成例ではシール部材7は二つ折りの薄板にて構成され、開口部側から漏れ蒸気が流入した場合には、シール部材7は蒸気圧により開口部の幅が広がる(図面の右側から左側のように変形)。これにより隣接するシール基板の円周方向端面間の隙間を塞ぐことが可能となる。シール部材7は、弾性変形による開口部へのなじみ性と蒸気流入圧により塑性変形しない強度を有する。例えば、SUS403鋼などのステンレス鋼で形成され、0.1〜0.3mm程度の厚みを有する。シール部材7はシール基板3c1の周方向分割面にろう付けまたは溶接により固定される。または、シール部材の端部を周方向分割面に形成した溝に嵌入することにより固定しても良い。
FIG. 2B shows a configuration example of the
次に、図2Aおよび図3〜図5を用いて、本実施例のラビリンスシール装置の動作を説明する。 Next, the operation of the labyrinth seal device of this embodiment will be described with reference to FIGS. 2A and 3 to 5.
図2Aおよび図3は、蒸気通路口5より導入された蒸気Stの圧力が低く、可動部3c2およびシール基板3c1がロータ2aから遠ざかる場合を示している。例えば、蒸気タービンの起動段階の状態である。
2A and 3 show a case where the pressure of the steam St introduced from the
バネ6は、シール基板(シール片)3c1を周方向に押し開くような力を付与すべく分割面に設置されている。このため、シール基板3c1は、分割面のバネ6取り付け位置の周方向隙間長さが増えるように、半径方向外向きに力を受ける。そして、半径方向移動可能に構成されたシール基板3c1はロータ2a側から遠ざかる方向へ移動する。
The
蒸気通路口5より導入された蒸気Stの圧力が低い場合には、蒸気Stの圧力によるシール基板3c1をロータ2a側へ近接させようとする力より、分割面に設置されたバネ6によるシール基板3c1を半径方向外向きに押す力の方が大きく、半径方向移動可能に構成されたシール基板3c1はロータ2a側から遠い位置に保持される。
When the pressure of the steam St introduced from the
この時、シール基板3c1の周方向分割面は周方向隙間が広がるようになっている。周方向分割面には、バネ6とは別に、漏れ蒸気流入側に開口部を持ち、隙間を塞ぐシール部材7が設置されている。シール部材7は、漏れ蒸気が流入した場合には、蒸気圧により開口部の幅が広がり、シール基板(シール片)3c1の円周方向端面の隙間を塞ぎ、ロータ2aの軸方向の蒸気漏れを止めることが可能となる。
At this time, a circumferential clearance is widened on the circumferential dividing surface of the seal substrate 3c1. In addition to the
図4及び図5は、蒸気通路口5より導入された蒸気Stの圧力が高く、可動部3c2およびシール基板3c1がロータ2aに最も近づいた場合を示している。例えば、蒸気タービンの定格運転の状態を示す。
4 and 5 show a case where the pressure of the steam St introduced from the
図4および図5に示すように、蒸気通路口5より導入された蒸気Stの圧力が高い場合、蒸気Stの圧力によるシール基板3c1をロータ2a側へ近接させようとする力の方が、分割面に設置されたバネ6によるシール基板3c1を半径方向外向きに押す力よりも大きくなる。そして、半径方向移動可能に構成されたシール基板3c1はロータ側に近接するように移動する。この時、シール基板3c1は、保持体3c2の突出部が位置決めフランジ44に接触するまでロータ側に近接するように移動する。
As shown in FIGS. 4 and 5, when the pressure of the steam St introduced from the
図5に示すように、シール基板3c1が規定の位置まで移動した状態においても、シール基板3c1の円周方向端面には微小の隙間が設けられており、熱膨張によりシール基板3c1が円周方向に伸びても接触しないため、半径方向の動作不良の回避が可能となる。さらにシール基板3c1の周方向分割面に、漏れ蒸気流入側に開口部を持ち、隙間を塞ぐ変形材7が設置されているため、変形材7は漏れ蒸気が流入した場合には、変形材7は蒸気圧により開口部の幅が広がり、シール基板3c1の円周方向端面の隙間を塞ぎロータ2aの軸方向の蒸気漏れを止めることが可能となる。本実施例のシール部材7は、対応可能な隙間が大きいので、熱膨張によるシール基板の半径方向移動が不良とならない隙間を容易に設定することができる。また、シール部材7は、バネ6とは別に設けられており、バネ6による周方向分割面を押す力に比べて小さい弾性力で良いので、バネ6によるシール基板3c1の移動に実質的に影響を与えない。
As shown in FIG. 5, even when the seal substrate 3c1 is moved to a specified position, a minute gap is provided on the circumferential end surface of the seal substrate 3c1, and the seal substrate 3c1 is circumferentially moved by thermal expansion. Therefore, it is possible to avoid malfunctions in the radial direction. Furthermore, since the
そして、ロータ2aの外周部に形成された複数のシールフィン2a1と、シール基板3c1に備えられたハイ部3c3,ロー部3c4との隙間は小さくなる。すなわち、シール基板3c1は設定の位置までスムーズに移動できるので、シールフィン2a1と、シール基板3c1に備えられたハイ部3c3とロー部3c4は設定した隙間となる。これにより、蒸気の漏れ量は小さくなり、高い蒸気タービン効率を得ることが可能となる。
And the clearance gap between the several seal fin 2a1 formed in the outer peripheral part of the
本実施例のシール構造の構成を用いることにより、蒸気タービン立上げ初期の比較的低い蒸気圧で隙間を開いて蒸気タービンの安定した起動を可能とし、負荷蒸気圧が高い定常運転時には隙間を小さくして、漏れ蒸気の量を最小にでき、高い蒸気タービン効率を得ることが可能となる。 By using the structure of the seal structure of the present embodiment, the gap is opened at a relatively low steam pressure at the initial stage of the steam turbine startup to enable stable startup of the steam turbine, and the gap is reduced during steady operation with a high load steam pressure. Thus, the amount of leaked steam can be minimized and high steam turbine efficiency can be obtained.
また、本実施例のシール構造の構成を用いることにより、回転体との接触を生じ易い起動時には、シールフィンを回転体から遠ざけて、定常運転状態ではシールフィンを回転体に近づけ、起動時におけるシールフィンの摩耗が防止でき、定常運転状態における漏れ損失を最小にでき、高い蒸気タービン効率を得ることが可能となる。 In addition, by using the configuration of the seal structure of the present embodiment, the seal fin is moved away from the rotating body at the time of start-up that easily causes contact with the rotating body. Wear of the seal fin can be prevented, leakage loss in a steady operation state can be minimized, and high steam turbine efficiency can be obtained.
さらに、本実施例によれば、シール片の円周方向端部の隙間を大きくしてシール片の熱膨張による半径方向の動作不良防止を可能とし、且つシール片の円周方向端部の隙間からの漏れを少なくし、安定な動作と安定したシール性能の確保が可能となる。 Furthermore, according to the present embodiment, the gap at the circumferential end of the seal piece is increased to prevent a malfunction in the radial direction due to thermal expansion of the seal piece, and the gap at the circumferential end of the seal piece. Leakage from the air is reduced, and stable operation and stable sealing performance can be ensured.
本発明の他の実施例を説明する。図6は本発明の別の実施形態の例を示すもので、図2A〜図5の実施形態と異なり、シール部材7と、シール部材7を設置する溝9をシール基板3c1上へ配した例である。溝9はシール部材7の一部を格納する場所として機能する。本実施例によれば、上述の実施例の効果に加えて次の効果が得られる。すなわち、シール部材7を設置する溝9を設け、溝の深さを選択することによりシール基板3c1の円周方向端面には微小の隙間を極めて小さい値から大きな値まで広い範囲で調節可能となる。
Another embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows an example of another embodiment of the present invention. Unlike the embodiment of FIGS. 2A to 5, the
本実施例では、シール部材7を設置する溝9を、シール部材7を取り付けたシール基板3c1上へ配した例について説明したが、シール部材7の他端と係合する(収容する)溝9をシール部材7と対向するシール基板3c1上の面に配しても良い。
In the present embodiment, the example in which the
本発明の他の実施例を説明する。図7は本発明の別の実施形態の例を示すもので、隙間を塞ぐシール部材7をシール基板3c1上に複数配した例である。本実施例によれば、上述の図2A〜図5に示した実施例の効果に加えて次の効果が得られる。すなわち、本実施例では、シール基板の周方向分割面にシール部材7が複数設置されているので、ロータ2aの軸方向の蒸気漏れをより完全に止めることが可能となる。
Another embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 shows an example of another embodiment of the present invention, which is an example in which a plurality of
本発明の他の実施例を説明する。図8は本発明の別の実施形態の例を示すもので、シール基板3c1上へ複数のシールフィン3c5を複数配した例である。本実施例によれば、上述の図2A〜図5に示した実施例と同様の効果が得られる。 Another embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 shows an example of another embodiment of the present invention, in which a plurality of seal fins 3c5 are arranged on the seal substrate 3c1. According to this embodiment, the same effects as those of the embodiment shown in FIGS. 2A to 5 can be obtained.
上述の実施例では、ハイロータイプのラビリンスシール装置に適用した場合ついて説明したが、それ以外にもスタッガード型のラビリンスシール装置にも同様に適用できる。
3cがある。かかるスタッガード型のラビリンスシール装置にも本発明を適用できる。スタッガード型のラビリンスシール装置に本発明を適用した場合について、図9を用いて説明する。
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a high-low type labyrinth seal device has been described. However, the present invention can be similarly applied to a staggered-type labyrinth seal device.
There is 3c. The present invention can also be applied to such a staggered labyrinth seal device. A case where the present invention is applied to a staggered labyrinth seal device will be described with reference to FIG.
図9に示すように、ノズルダイヤフラム内輪側3aには複数のシールフィン3c5を備えたシール基板3c1が半径方向へ移動可能に嵌合される。シール基板3c1には、所定間隔で溝3c6を設け、この溝3c6にシールフィン3c5をコーキングして固定する。
As shown in FIG. 9, a seal substrate 3c1 having a plurality of seal fins 3c5 is fitted to the nozzle diaphragm
さらに、ロータ2aにも所定間隔で溝2a2を設け、この溝2a2にシールフィン2a1をコーキングして固定する。
Further, the
そして、シールフィン3c5とシールフィン2a1が、ロータ2aの軸方向に交互に重なり合うように配置する。
The seal fins 3c5 and the seal fins 2a1 are arranged so as to alternately overlap in the axial direction of the
シール基板3c1がロータ2a側に近接するように移動したとき、シールフィン3c5とロータ2aとの間の隙間は小さくなり、シールフィン2a1の先端とシール基板3c1との間の隙間は小さくなり、蒸気の漏れ量は小さくなり、高い蒸気タービン効率を得ることが可能となる。
When the seal substrate 3c1 moves so as to be close to the
本実施例によれば、上述の図2A〜図5に示した実施例と同様の効果が得られる。 According to this embodiment, the same effects as those of the embodiment shown in FIGS. 2A to 5 can be obtained.
上述の各実施例では、静翼2cのダイヤフラム内輪3aとロータ2aとの間に備わるラビリンスシール装置3cに本発明を適用した場合について説明したが、図1に示すように、動翼2bの先端や、グランド部80に設けられるラビリンスシール装置にも本発明を適用できる。動翼(回転部)の先端に設けられるラビリンスシール装置に本発明を適用した実施例を図10に示す。
In each of the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to the
図10に示すように、動翼(回転部)2bの先端にシールフィン3b1、対向する側(固定部)に複数分割されたシールフィン対向部(シール基板3c1)を備えている。動翼2bの先端には、ノズルダイヤフラム外輪3b(若しくはケーシング2d)とのクリアランスを小さくするためのカバー2gが備わり、カバー2gにはシールフィン3b1が設置される。そして、ノズルダイヤフラム外輪3bには、カバー2gのシールフィン3b1に対向するようにハイ部とロー部が形成された半径方向へ移動可能なシール基板3c1が設置される。そして、シール基板3c1を周方向に押し開くような力を付与すべく周方向分割面にバネ6が設置される。また、シール基板3c1の周方向分割面間の隙間を塞ぐシール部材7が設けられている。その他は、上述の実施例と同様であり、詳細な説明を省略する。本実施例でも上述の図2A〜図5に示した実施例と同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 10, a seal fin 3b1 is provided at the tip of the moving blade (rotating part) 2b, and a plurality of seal fin opposing parts (seal substrate 3c1) are provided on the opposite side (fixed part). The tip of the moving
その他、本発明は、ロータ上にアブレイダブル材などの快削性スペーサを配置するラビリンスシール構造や、シール基板にアブレイダブル材などの快削性スペーサを配置するラビリンスシール構造などに適用可能である。このような快削性スペーサを配置するラビリンスシール構造としては、特開2002-228013号公報や特開2003-65076号公報に記載されている。そして、このような構成ではシールフィン接触時にフィンが保護されるため、シールフィンの損傷が少なくなる。 In addition, the present invention can be applied to a labyrinth seal structure in which a free-cutting spacer such as an abradable material is arranged on a rotor, or a labyrinth seal structure in which a free-cutting spacer such as an abradable material is arranged on a seal substrate. It is. The labyrinth seal structure in which such a free-cutting spacer is arranged is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-228013 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-65076. And in such a structure, since a fin is protected at the time of seal fin contact, damage to a seal fin decreases.
図11にシール基板とロータの両方に快削性スペーサを配置したラビリンスシール装置に本発明を適用した実施例を示す。シール基板3c1に形成したシールフィン3c5に対向し、ロータ2a上に快削性スペーサ8が配置されている。また、ロータ2a上に形成したシールフィン2a1に対向し、シール基板3c1に快削性スペーサ8が配置されている。そして、周方向に複数に分割されたシール基板3c1を周方向に押し開くような力を付与すべく周方向分割面にバネ6が設置されている。また、シール基板3c1の周方向分割面間の隙間を塞ぐシール部材7が設けられている。その他は、上述の実施例と同様であり、詳細な説明を省略する。
FIG. 11 shows an embodiment in which the present invention is applied to a labyrinth seal device in which free-cutting spacers are arranged on both the seal substrate and the rotor. A free-cutting
本実施例でも上述の図2A〜図5に示した実施例と同様の効果が得られる。なお、本実施例は、上述のその他の実施例にも適用することができる。例えば、図10に示す動翼2bの先端などに設けられるラビリンスシール装置におけるシール基板3c1のシールフィンの対向面に快削性スペーサを設置する。
Also in this embodiment, the same effects as those of the embodiment shown in FIGS. 2A to 5 can be obtained. This embodiment can also be applied to the other embodiments described above. For example, a free-cutting spacer is installed on the surface facing the seal fin of the seal substrate 3c1 in the labyrinth seal device provided at the tip of the moving
また快削性スペーサの代わりに通気性スペーサを用いることが可能である。通気性スペーサを用いたシール装置としては、例えば、特開2009-138566号公報や特開2010-261351号公報に記載されている。このような構成では、シールフィン接触時に生じる発熱が冷却されるため、熱変形やロータの熱曲がりによる振動の発生が抑制できる。このような構成に本発明を適用することにより同様な効果を得ることができる。 A breathable spacer can be used instead of the free-cutting spacer. Examples of a sealing device using a breathable spacer are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-138666 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-261351. In such a configuration, the heat generated when the seal fin contacts is cooled, so that the occurrence of vibration due to thermal deformation or thermal bending of the rotor can be suppressed. The same effect can be obtained by applying the present invention to such a configuration.
また、上述の各実施例では、回転機械としては蒸気タービンを例にして説明したが、ガスタービンなどにも同様に適用することができる。 Further, in each of the above-described embodiments, the steam turbine is described as an example of the rotating machine, but the present invention can be similarly applied to a gas turbine or the like.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加,削除,置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
2…蒸気タービン、2a…ロータ(回転部)、2a1,3c5…シールフィン、2b…動翼(回転部)、2c…静翼(固定部)、2d…ケーシング(固定部)、2g…カバー、3a…ノズルダイヤフラム内輪、3b…ノズルダイヤフラム外輪、3c…ラビリンスシール装置、3c1…シール基板(シール片)、4…ホルダ、44…位置決めフランジ、St…蒸気、5…蒸気通路口、6…バネ、7…シール部材、8…快削性スペーサ(通気性を有する快削性スペーサ)、9…溝、80…グランド部。 2 ... steam turbine, 2a ... rotor (rotating part), 2a1, 3c5 ... seal fins, 2b ... moving blade (rotating part), 2c ... stationary blade (fixed part), 2d ... casing (fixed part), 2g ... cover, 3a ... Nozzle diaphragm inner ring, 3b ... Nozzle diaphragm outer ring, 3c ... Labyrinth seal device, 3c1 ... Seal substrate (seal piece), 4 ... Holder, 44 ... Positioning flange, St ... Steam, 5 ... Steam passage port, 6 ... Spring, 7 ... Seal member, 8 ... Free-cutting spacer (free-cutting spacer having air permeability), 9 ... Groove, 80 ... Gland.
Claims (8)
周方向に分割されて設けられ、シールフィン又はシールフィン対向部が設けられたシール基板と、
前記シール基板のそれぞれを前記固定部に対して半径方向に移動可能に支持し、回転機械の作動流体を内部に導入し、作動流体圧力により前記シール基板を前記回転部側へ動作させるホルダと、
前記分割されたシール基板に対して半径方向外向きの力を付与する弾性体と、
前記シール基板の周方向分割面に固定されたシール部材であって、漏れ蒸気流入側に開口部を持ち、漏れ蒸気流入圧により前記開口部が広がり、隣接する前記シール基板間に形成される隙間を塞ぐように弾性変形するシール部材を有することを特徴とする回転機械のシール構造。A rotary machine seal structure provided between a rotary part of a rotary machine and a fixed part located around the rotary part,
A seal substrate provided by being divided in the circumferential direction and provided with seal fins or seal fin facing portions;
A holder for supporting each of the seal substrates movably in the radial direction with respect to the fixed portion, introducing a working fluid of a rotating machine into the interior, and operating the seal substrate to the rotating portion side by a working fluid pressure;
An elastic body that applies a radially outward force to the divided seal substrate;
A seal member fixed to a circumferential dividing surface of the seal substrate, having an opening on the leaking steam inflow side, the opening being expanded by the leaking steam inflow pressure, and a gap formed between the adjacent seal substrates A seal structure for a rotary machine, comprising a seal member that is elastically deformed so as to close the shaft.
前記分割されたシール基板に対して半径方向外向きの力を付与する弾性体は、前記シール基板の周方向分割面に設けられたバネであることを特徴とする回転機械のシール構造。 In claim 1,
The sealing structure for a rotary machine, wherein the elastic body that applies a radially outward force to the divided seal substrate is a spring provided on a circumferential division surface of the seal substrate.
前記シール基板は、前記シール基板が前記回転部に最も近接した位置で、前記シール基板の周方向分割面に隙間が設定されるように構成されていることを特徴とする回転機械のシール構造。 In the rotary machine seal structure according to claim 2,
The sealing structure of a rotary machine, wherein the seal substrate is configured such that a gap is set in a circumferential dividing surface of the seal substrate at a position where the seal substrate is closest to the rotating portion.
前記シール基板の周方向分割面に、前記シール部材が固定される溝を設けたことを特徴とする回転機械のシール構造。 In the rotary machine seal structure according to claim 3,
A seal structure for a rotary machine, wherein a groove for fixing the seal member is provided on a circumferential dividing surface of the seal substrate.
前記シール部材が固定された前記シール基板の周方向分割面と対向する、前記隣接するシール基板の周方向分割面に、前記シール部材の他端を収容する溝を設けたことを特徴とする回転機械のシール構造。 In the rotary machine seal structure according to claim 3,
A rotation characterized in that a groove for accommodating the other end of the seal member is provided on a circumferential partition surface of the adjacent seal substrate facing a circumferential partition surface of the seal substrate to which the seal member is fixed. Mechanical seal structure.
前記シール部材を、前記シール基板の周方向分割面に複数設置したことを特徴とする回転機械のシール構造。 The seal structure for a rotary machine according to claim 1,
A sealing structure for a rotary machine, wherein a plurality of the sealing members are provided on a circumferential dividing surface of the sealing substrate.
前記回転機械は蒸気タービンであり、
前記回転部はロータであり、
前記固定部は前記回転部を内包するケーシングに固定される静翼又は前記静翼と一体の部材であり、
前記回転機械のシール構造は、前記ロータと前記静翼又は前記静翼と一体の先端部との間に設けられていることを特徴とする回転機械。 A rotary machine having the rotary machine seal structure according to any one of claims 1 to 6,
The rotating machine is a steam turbine;
The rotating part is a rotor;
The fixed portion is a stationary blade fixed to a casing containing the rotating portion or a member integral with the stationary blade,
The rotary machine is characterized in that the seal structure of the rotary machine is provided between the rotor and the stationary blade or a tip portion integral with the stationary blade.
前記回転機械は蒸気タービンであり、
前記回転部はロータに備わる動翼又は前記動翼と一体の部材であり、
前記固定部は前記回転部を内包するケーシング又は前記ケーシングに固定される部材であり、
前記回転機械のシール構造は、前記動翼又は前記動翼と一体の部材の先端と前記ケーシング又は前記ケーシングに固定される部材との間に設けられていることを特徴とする回転機械。 A rotary machine having the rotary machine seal structure according to any one of claims 1 to 6,
The rotating machine is a steam turbine;
The rotating part is a moving blade provided in a rotor or a member integral with the moving blade,
The fixed portion is a casing containing the rotating portion or a member fixed to the casing,
The rotary machine is characterized in that the seal structure of the rotary machine is provided between the tip of the moving blade or a member integral with the moving blade and the casing or a member fixed to the casing.
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