JP2012102656A - Shaft seal device, clearance adjusting method of shaft seal device, and steam turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、軸シール装置、軸シール装置の間隙調整方法および軸シール装置を備えた蒸気タービンに関する。 Embodiments described herein relate generally to a shaft seal device, a clearance adjustment method for the shaft seal device, and a steam turbine including the shaft seal device.
タービン装置である、例えば、蒸気タービンは、タービンロータ、このタービンロータの周方向に植設された動翼、ダイアフラム内輪とダイアフラム外輪との間に支持され、動翼に蒸気を噴出するノズルなどを備えている。また、蒸気タービンは、これらの構成部を格納するケーシングを備えている。 For example, a steam turbine, which is a turbine device, includes a turbine rotor, a moving blade implanted in the circumferential direction of the turbine rotor, a nozzle that is supported between an inner ring of the diaphragm and an outer ring of the diaphragm, and jets steam to the moving blade. I have. Further, the steam turbine includes a casing for storing these components.
上記したノズルを支持するダイアフラム内輪の内周面には、タービンロータの外周面と、半径方向の所定の間隙を維持しながらタービンロータを覆う軸シール装置が備えられている。この軸シール装置を備えることで、ノズルの上流側と下流側の差圧を維持し、かつタービンロータとダイアフラム内輪との間から漏洩する蒸気の流量を抑制している。 A shaft seal device that covers the turbine rotor while maintaining a predetermined radial gap with the outer peripheral surface of the turbine rotor is provided on the inner peripheral surface of the diaphragm inner ring that supports the nozzle. By providing this shaft seal device, the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the nozzle is maintained, and the flow rate of steam leaking from between the turbine rotor and the inner ring of the diaphragm is suppressed.
このような軸シール装置としては、例えば、タービンロータの外周面に対して、所定の半径方向の間隙を維持するように配置されたラビリンスフィンを備えた軸シール装置などがある。 As such a shaft seal device, for example, there is a shaft seal device provided with a labyrinth fin arranged so as to maintain a predetermined radial gap with respect to the outer peripheral surface of the turbine rotor.
タービンロータとラビリンスフィンとの間の半径方向の間隙は、蒸気タービンの性能に大きな影響を与える。例えば、この半径方向の間隙が設計値よりも広いと、この間隙からの蒸気の漏洩量が増加して効率が低下する。一方、半径方向の間隙が設計値よりも狭いと、タービンロータとラビリンスフィンが接触し、異常振動が発生して運転できなくなることがある。このようなことから、タービンロータとラビリンスフィンとの間の半径方向の間隙が設計値となるように組み立てることは、蒸気タービンを効率よく運用する上で、重要な作業となる。 The radial gap between the turbine rotor and the labyrinth fin has a significant impact on the performance of the steam turbine. For example, if the radial gap is wider than the design value, the amount of steam leakage from the gap increases and the efficiency decreases. On the other hand, if the gap in the radial direction is narrower than the design value, the turbine rotor and the labyrinth fin may come into contact with each other and abnormal vibration may occur and operation may not be possible. For this reason, assembling so that the radial gap between the turbine rotor and the labyrinth fin has a design value is an important task in efficiently operating the steam turbine.
蒸気タービンなどの構成部品は、寸法などが高精度に製作されるが、組み立ての際、各構成部品誤差の累積により、例えば、タービンロータとラビリンスフィンとの間の半径方向の間隙が設計値から外れることがある。通常、間隙は、上下左右の4方向において計測される。上下の片側の間隙が狭く、片側が大きい場合は、ノズル自体の位置を調整することが可能であるが、上下の間隙を加算した値が設計値より小さい場合には、ノズル自体の位置を調整しても、上下それぞれの間隙において設計値を満たすことはできない。一方、上下の間隙もしくは左右の間隙を加算した値が設計値より大きい場合にも、ノズル位置を調整しても、それぞれの間隙において設計値を満たすことはできない。 Components such as steam turbines are manufactured with high precision in dimensions, etc., but during assembly, for example, the radial gap between the turbine rotor and labyrinth fins may be May come off. Usually, the gap is measured in four directions, up, down, left and right. If the gap on the upper and lower sides is narrow and the one side is large, the position of the nozzle itself can be adjusted. However, if the sum of the upper and lower gaps is smaller than the design value, the position of the nozzle itself is adjusted. Even in this case, the design value cannot be satisfied in the upper and lower gaps. On the other hand, even when the value obtained by adding the upper and lower gaps or the left and right gaps is larger than the design value, the design value cannot be satisfied in each gap even if the nozzle position is adjusted.
従来、タービンロータとラビリンスフィンとの間の半径方向の間隙が設計値よりも狭い場合には、ラビリンスフィンの先端部を削り取る修正加工を行って、間隙を広くしていた。一方、タービンロータとラビリンスフィンとの間の半径方向の間隙が設計値よりも広場合には、軸シール装置を再加工したり、または軸シール装置を別のものに交換していた。 Conventionally, when the radial gap between the turbine rotor and the labyrinth fin is narrower than the design value, the clearance is widened by performing a correction process to scrape the tip of the labyrinth fin. On the other hand, when the radial gap between the turbine rotor and the labyrinth fin is wider than the design value, the shaft seal device is reworked or the shaft seal device is replaced with another one.
上記した従来の方法により、例えば、タービンロータとラビリンスフィンとの間の半径方向の間隙を調整する場合、作業の時間が増大するといった問題があった。 For example, when the radial gap between the turbine rotor and the labyrinth fin is adjusted by the above-described conventional method, there is a problem that the working time increases.
本発明が解決しようとする課題は、回転部との間の隙間調整などを容易かつ正確に行うことができる軸シール装置、軸シール装置の間隙調整方法、およびこの軸シール装置を備えた蒸気タービンを提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Problems to be solved by the present invention include a shaft seal device capable of easily and accurately adjusting a gap with a rotating part, a gap adjusting method for the shaft seal device, and a steam turbine including the shaft seal device Is to provide.
実施形態の軸シール装置は、回転部と、前記回転部を包囲するように、半径方向に所定の間隙をおいて前記回転部に対峙する静止部との間からの作動流体の漏洩を抑制する。この軸シール装置は、周方向に亘って環状に形成され、外径側に、軸方向に突出するセグメントフック部を有し、内径側に、前記回転部に対向して配置されるシールフィンを有するシールセグメントと、前記セグメントフック部の両側面に周方向に亘って形成され、かつ半径方向に溝幅を変形させることで、前記セグメントフック部の内径側の端面の少なくとも一部を突起可能に形成された突起形成用溝部とを備える。 The shaft seal device according to the embodiment suppresses leakage of the working fluid from between the rotating part and a stationary part facing the rotating part with a predetermined gap in the radial direction so as to surround the rotating part. . This shaft seal device is formed in a ring shape in the circumferential direction, has a segment hook portion protruding in the axial direction on the outer diameter side, and a seal fin disposed on the inner diameter side so as to face the rotating portion. A seal segment that is formed on both side surfaces of the segment hook portion in the circumferential direction, and by deforming the groove width in the radial direction, at least a part of the end surface on the inner diameter side of the segment hook portion can be projected. And a projection-forming groove formed.
さらに、前記静止部の内周側に周方向に亘って環状に形成され、前記セグメントフック部と嵌合する溝部を有し、かつ前記セグメントフック部と当接して、前記セグメントフック部の半径方向への離脱を阻止する溝フック部を有する嵌合溝と、前記嵌合溝内に設置され、前記セグメントフック部を前記溝フック部側に押圧する弾性部材とを備える。 Furthermore, it is annularly formed on the inner peripheral side of the stationary part over the circumferential direction, has a groove part that fits with the segment hook part, and abuts on the segment hook part, so that the radial direction of the segment hook part A fitting groove having a groove hook portion for preventing the release from the elastic member, and an elastic member installed in the fitting groove and pressing the segment hook portion toward the groove hook portion.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明に係る第1の実施の形態の軸シール装置30を備える蒸気タービン100におけるタービン段落の1段落をタービンロータ11を含む子午断面で示した図である。また、以下に示す実施の形態において、同一の構成部分には、同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing one stage of a turbine stage in a
図1に示すように、蒸気タービン100において、ケーシング10内にはタービンロータ11が貫設されている。タービンロータ11のホイール部15には、周方向に複数の動翼16が植設され、動翼翼列を構成している。動翼16の先端には、動翼16の振動などを抑制するためのシュラウド17が設けられている。
As shown in FIG. 1, in a
また、ケーシング10の内周面にはノズルダイアフラム外輪12が設けられ、ノズルダイアフラム外輪12に対応してノズルダイアフラム内輪13が設けられている。また、ノズルダイアフラム外輪12とノズルダイアフラム内輪13との間には、静翼として機能するノズル14が周方向に所定の間隔をおいて複数配設され、ノズル翼翼列を構成している。このノズル翼翼列とその直下流側に設けられた動翼翼列によってタービン段落の1段落を構成している。
A nozzle diaphragm
ここで、タービンロータ11や動翼16(シュラウド17を含む)は、回転部として機能し、ノズルダイアフラム外輪12やノズルダイアフラム内輪13などは静止部として機能する。例えば、ノズルダイアフラム内輪13は、タービンロータ11を包囲するように、半径方向に所定の間隙をおいてタービンロータ11に対峙している。また、ノズルダイアフラム外輪12は、動翼16(シュラウド17を含む)を包囲するように、半径方向に所定の間隙をおいて動翼16に対峙している。
Here, the
また、タービンロータ11とノズルダイアフラム内輪13との間の間隙、および動翼16(シュラウド17を含む)とノズルダイアフラム外輪12との間の間隙には、作動流体である蒸気の漏洩を抑制するための軸シール装置30が備えられている。
In addition, in the gap between the
そして、蒸気タービン100内に流入した蒸気は、ノズル翼翼列から動翼翼列に導かれ、膨張仕事によりタービンロータ11を回転させる。
The steam that has flowed into the
次に、軸シール装置30について説明する。
Next, the
なお、タービンロータ11とノズルダイアフラム内輪13との間の間隙、および動翼16(シュラウド17を含む)とノズルダイアフラム外輪12との間の間隙に設けられる軸シール装置30の構成は、基本的に同じであるので、ここでは、主に、タービンロータ11とノズルダイアフラム内輪13との間の間隙に設けられる軸シール装置30について説明する。
The configuration of the
図2は、本発明に係る第1の実施の形態の軸シール装置30の断面をタービンロータ11を含む子午断面で示した図である。図3は、本発明に係る第1の実施の形態の軸シール装置30におけるシールセグメント31の、シールフィン35側を上方としたときの斜視図である。図4は、本発明に係る第1の実施の形態の軸シール装置30におけるシールセグメント31の突起形成用溝部37に打ち込み部材110を打ち込んで突起部38を形成する様子を示した側面図である。図5は、本発明に係る第1の実施の形態の軸シール装置30におけるシールセグメント31に突起部38が形成された後の様子を示した側面図である。
FIG. 2 is a diagram showing a cross section of the
軸シール装置30は、例えば2分割、4分割または6分割された軸シール装置30を周方向に連結して構成されている。図2に示すように、軸シール装置30は、シールセグメント31、嵌合溝32、弾性部材33を備えている。
The
シールセグメント31は、図2に示すように、周方向に亘って環状に形成され、タービンロータ軸方向に水平な断面形状がエ字状に構成されている。このシールセグメント31の外径側には、タービンロータ軸方向(上流側および下流側の双方のタービンロータ軸方向)に突出するセグメントフック部34を備え、内径側には、タービンロータ11に対向して配置されるシールフィン35を備えている。このシールフィン35は、シールフィンホルダ36に設けられている。
As shown in FIG. 2, the
また、シールセグメント31のセグメントフック部34の両側面34aには、周方向に亘って突起形成用溝部37が形成されている。この突起形成用溝部37は、タービンロータ半径方向に溝幅を変形可能に構成され、図2に示すように、タービンロータ半径方向に溝幅を変形することで、セグメントフック部34の内径側の端面である内径面34bの一部を突起させることができる。ここで、この突起した部分を突起部38という。
Further, on both side surfaces 34 a of the
ここで、突起形成用溝部37の溝幅は、例えば、鏨のような、先端から徐々に厚さが増加する打ち込み部材110を、図4に示すように、突起形成用溝部37に打ち込むことで、図5に示すように、タービンロータ半径方向に変形させることができる。なお、突起形成用溝部37の溝幅を変形させて突起部38を形成した後には、打ち込み部材110は取り外される。
Here, the groove width of the
また、突起形成用溝部37は、セグメントフック部34の外径側の端面である外径面34cから突起形成用溝部37の中央までの半径方向の距離L1(図3参照)が、セグメントフック部34の内径面34bから突起形成用溝部37の中央までの半径方向の距離L2の1.5〜2.5倍となるように形成されることが好ましい。この範囲が好ましいのは、距離L1が距離L2(図3参照)の1.5倍よりも短い場合には、突起形成の際に、突起部38が内径面34bばかりでなく、外径面34c側にも張り出すからである。また、距離L1が距離L2の2.5倍よりも長い場合には、距離L2が不足し、突起部38を形成した際に、突起部38またはその周囲にクラックの発生するリスクが高まるからであるからである。
Further, the protrusion forming
なお、図3に示すように、セグメントフック部34の、側面34aと外径面34cとで構成される周方向に亘る角部は、セグメントフック部34の安定性を確保する観点から、面取りされることが好ましい。
In addition, as shown in FIG. 3, the corner | angular part over the circumferential direction comprised by the
突起形成用溝部37は、図2および図3に示すように、タービンロータ軸方向に水平な断面形状が半円形状で構成されることが好ましい。なお、突起形成用溝部37の断面形状を、例えば、半楕円形、三角形、矩形で構成してもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the protrusion-forming
嵌合溝32は、静止部であるノズルダイアフラム内輪13の内周側に周方向に亘って環状に形成されている。また、嵌合溝32は、シールセグメント31のセグメントフック部34と嵌合する溝部39を備え、かつセグメントフック部34と当接して、セグメントフック部34のタービンロータ半径方向への離脱を阻止する溝フック部40を備えている。この溝フック部40は、周方向に形成された開口41を挟んで上流側および下流側に形成され、セグメントフック部34を嵌合し、かつセグメントフック部34と当接できるように構成されている。
The
図2に示すように、溝フック部40の外径側の端面である外径面40aは、セグメントフック部34の内径面34bに形成された突起部38と当接し、シールセグメント31を支持している。
As shown in FIG. 2, the
なお、嵌合溝32の溝部39および開口41は、セグメントフック部34が若干タービンロータ軸方向に移動できるように寸法が調整されている。例えば、蒸気タービンの運転の際、シールセグメント31の上流側の圧力は、シールセグメント31の下流側の圧力よりも高くなるため、シールセグメント31の上流側と下流側で差圧が生じ、シールセグメント31は下流側へ押圧される。この際、セグメントフック部34が若干下流側へ移動することで、図2に示すように、シールセグメント31の半径方向に延びる胴体部42の下流側の端面42aと、下流側に位置する溝フック部40の上流側の端面43とが当接して、シール面を構成する。これによって、溝部39内に流入した蒸気の下流側への漏洩を防止することができる。
Note that the dimensions of the
弾性部材33は、嵌合溝32内である、例えば、溝フック部40に対向する嵌合溝32内の壁面に設置され、セグメントフック部34を溝フック部40側に押圧している。これにより、セグメントフック部34の内径面34bに形成された突起部38は、溝フック部40に常に当接する。ここで、弾性部材33は、特に限定されるものではないが、例えば、板ばねやコイルスプリングなどで構成することができる。
The
ここで、セグメントフック部34の内径面34bに形成される突起部38の形成位置について説明する。
Here, the formation position of the
前述したように、軸シール装置30は、複数に分割された軸シール装置30を周方向に連結して構成されている。そのため、シールセグメント31も、軸シール装置30に対応して周方向に複数に分割されて構成される。図6は、本発明に係る第1の実施の形態の4分割された軸シール装置30におけるシールセグメント31に形成される突起部38の形成位置を説明するための、シールセグメント31を一方の側面34a側から見たときの図である。なお、図6においてタービンロータ11の図示は省略している。
As described above, the
図6に示すように、分割されたシールセグメント31の一方の側面34a側における、セグメントフック部34の周方向の両端側の2箇所に突起部38が形成されている。すなわち、他方の側面34a側にも、セグメントフック部34の周方向の同じ位置の2箇所に突起部38が形成されているため、このシールセグメント31全体では、4箇所に突起部38が形成されていることとなる。
As shown in FIG. 6,
図6に示すように、タービンロータ11の中心軸を中心Oとする、セグメントフック部34の円周方向の端面と、その端面側に形成された突起部38の円周方向の中心とのなす角θは、分割されたセグメントフック部34の中心角αの0.18〜0.3倍であることが好ましい。例えば、図6に示すように、軸シール装置30が4分割された場合、分割されたセグメントフック部34の中心角αは90度であるため、セグメントフック部34の円周方向の端面と、その端面側に形成された突起部38の円周方向の中心とのなす角θは、17〜27度となる。ここで、角θが分割されたセグメントフック部34の中心角αの0.3倍よりも大きい場合には、突起部38間の周方向の間隔が狭くなるため、両突起部38の高さに差がある場合、間隙の調整が困難となる。一方、角θが分割されたセグメントフック部34の中心角αの0.18倍よりも小さい場合には、突起部38がセグメントフック部34の端部に近設されるため、適正な形状の突起部38を形成することが困難となる。
As shown in FIG. 6, the circumferential end surface of the
なお、軸シール装置30が4分割以外の場合においても、上記した理由から、セグメントフック部34の円周方向の端面と、その端面側に形成された突起部38の円周方向の中心とのなす角θは、分割されたセグメントフック部34の中心角αの0.18〜0.3倍であることが好ましい。
Even in the case where the
なお、セグメントフック部34の円周方向の端面と、その端面側に形成された突起部38の端面側の端部との距離L3は、突起部38がセグメントフック部34の端部に近設されることによって、適正な形状の突起部38を形成することが困難となることを回避するため、10mm以上であることが好ましい。
The distance L3 between the circumferential end surface of the
次に、軸シール装置30の間隙調整方法について説明する。
Next, the clearance adjustment method of the
ここでは、4分割された軸シール装置30を例示して説明する。図7は、本発明に係る第1の実施の形態の軸シール装置30において、間隙調整前の状態のおける軸シール装置30の断面をタービンロータ11を含む子午断面で示した図である。
Here, the
まず、セグメントフック部34の突起形成用溝部37の所定の位置に、打ち込み部材110を打ち込み、分割されたシールセグメント31の両側面34a側における、セグメントフック部34の周方向の両端側の4箇所に突起部38を形成する。なお、セグメントフック部34の円周方向の端面と、その端面側に形成された突起部38の円周方向の中心とのなす角θが、分割されたセグメントフック部34の中心角αの0.18〜0.3倍の範囲内となるように、突起部38は形成される。
First, the driving
ここで、図7に示すように、突起部38は、シールセグメント31のセグメントフック部34を嵌合溝32の溝部39に嵌合した際、シールセグメント31のシールフィン35の先端が、予め設定された基準範囲(M1〜M2)よりも、タービンロータ半径方向の外側に位置するように形成されている。すなわち、セグメントフック部34を嵌合溝32の溝部39に嵌合する前の突起部38の高さは、シールフィン35の先端が、予め設定された基準範囲内に位置するときの突起部38の高さよりも高く形成されている。
Here, as shown in FIG. 7, when the
なお、予め設定された基準範囲(M1とM2との間の範囲)とは、最終的に調整される、シールフィン35の先端が位置する範囲であり、M1は、タービンロータ11の外周面と、シールフィン35の先端との間の間隙の許容最小値であり、M2は、タービンロータ11の外周面と、シールフィン35の先端との間の間隙の許容最大値である。そして、シールフィン35の先端が、このM1とM2との間の範囲内に位置するように調整される。
Note that the preset reference range (range between M1 and M2) is a range in which the tips of the
続いて、シールセグメント31のセグメントフック部34を嵌合溝32の溝部39に嵌合する。この際、上記したように、シールフィン35の先端が、予め設定された基準範囲(M1とM2との間の範囲)よりもタービンロータ半径方向の外側に位置するように、突起部38の高さが設定されている。
Subsequently, the
続いて、タービンロータ11の外周面と、シールフィン35の先端との間の上下左右の4方向における間隙L4を計測する。計測は、例えば、隙間ゲージや鉛線などを使用して行う。
Subsequently, a gap L <b> 4 is measured in the four directions, up, down, left, and right, between the outer peripheral surface of the
続いて、計測された間隙L4の結果に基づいて、突起部38の先端部を削り、シールフィン35の先端が、予め設定された基準範囲(M1とM2との間の範囲)内に位置するように調整する。なお、突起部38の先端部を削る際、シールセグメント31は、嵌合溝32から取り外される。また、突起部38の先端部は、グラインダなどによって削られる。このように、突起部38の高さを調整することで、タービンロータ11の外周面と、シールフィン35の先端との間の間隙を調整することができるため、例えば、シールフィン35の先端を削るなどの高度の技術を必要とする調整は不要となる。
Subsequently, based on the measured result of the gap L4, the tip of the
突起部38の先端部が削られ、突起部38の高さが調整されたセグメントフック部34は、再び嵌合溝32の溝部39に嵌合される。そして、タービンロータ11の外周面と、シールフィン35の先端との間の上下左右の4方向における間隙L4を計測し、シールフィン35の先端が、予め設定された基準範囲(M1とM2との間の範囲)内に位置する場合には、調整を終了する。一方、シールフィン35の先端が、予め設定された基準範囲(M1とM2との間の範囲)内に位置しない場合には、再度、突起部38の先端部を削り、調整を行う。
The
ここで、図8は、本発明に係る第1の実施の形態の4分割された軸シール装置30におけるシールセグメント31を一方の側面34a側から見たときの図である。なお、図8において、タービンロータ11の図示を省略している。例えば、図8に示すように、4分割された軸シール装置30の、上側の間隙を狭くする場合には、上半側の左右のセグメントフック部34の上方側のそれぞれの突起部38a、38bの先端部を削る。
Here, FIG. 8 is a view of the
また、図9は、本発明に係る第1の実施の形態の6分割された軸シール装置30におけるシールセグメント31を一方の側面34a側から見たときの図である。なお、図9において、タービンロータ11の図示を省略している。例えば、図9に示すように、6分割された軸シール装置30の、上側の間隙を狭くする場合には、頂部のセグメントフック部34の両端の突起部38c、38dの先端部を削る。さらに、頂部のセグメントフック部34に隣接するセグメントフック部34の上方側のそれぞれの突起部38e、38fの先端部を削る。
FIG. 9 is a view of the
このように間隙を調整することで、4方向のいずれの方向の調整も複数個所同時に調整することが可能となる。 By adjusting the gap in this way, it is possible to adjust any of the four directions simultaneously at a plurality of locations.
なお、間隙調整の際、シールフィン35の先端が、予め設定された基準範囲(M1とM2との間の範囲)よりも、タービンロータ半径方向の内側に位置する場合には、セグメントフック部34の突起形成用溝部37の所定の位置に、打ち込み部材110を打ち込み、突起部38の高さ高くする調整をすることもできる。
When the gap is adjusted, when the tip of the
このようにして、軸シール装置30とタービンロータ11との間隙が調整される。
In this way, the gap between the
本発明に係る第1の実施の形態の軸シール装置30によれば、シールセグメント31のセグメントフック部34の両側面34aに、周方向に亘って形成された突起形成用溝部37の溝幅を、タービンロータ半径方向に変形させることで、セグメントフック部34の内径面34bの一部を突起させることができる。そして、この突起部38の高さを調整することで、タービンロータ11の外周面と、シールフィン35の先端との間の間隙を調整することができる。換言すれば、突起部38の高さを調整することで、シールフィン35の先端が、予め設定された基準範囲(M1とM2との間の範囲)内に位置するように調整することができる。
According to the
このように、第1の実施の形態の軸シール装置30によれば、例えば、シールフィン35の先端を円弧状に削るなどの高度な技術を必要とせず、突起部38の高さを調整することで、容易に、タービンロータ11の外周面と、シールフィン35の先端との間の間隙を調整することができる。さらに、間隙を調整するための時間を削減することができる。さらに、タービンロータ11の外周面と、シールフィン35の先端との間の間隙を、広くする場合または狭くする場合の双方に対応することができ、高精度な間隙の調整を行うことができる。
As described above, according to the
なお、ここでは、セグメントフック部34を嵌合溝32の溝部39に嵌合した際、シールフィン35の先端が、予め設定された基準範囲(M1〜M2)よりも、タービンロータ半径方向の外側に位置するように突起部38を形成してから、セグメントフック部34を嵌合溝32の溝部39に嵌合して、間隙を調整する一例を示したが、この方法に限られるものではない。
Here, when the
例えば、突起部38が形成されていないセグメントフック部34を嵌合溝32の溝部39に嵌合し、タービンロータ11の外周面と、シールフィン35の先端との間の上下左右の4方向における間隙L4を計測し、計測された間隙L4の結果に基づいて、突起部38を形成して間隙を調整することもできる。
For example, the
さらに、図10は、本発明に係る第1の実施の形態の他の構成の軸シール装置30におけるシールセグメント31の、シールフィン35側を上方としたときの斜視図である。
Further, FIG. 10 is a perspective view of the
図10に示すように、セグメントフック部34の内径面34bに、予め突起部38を形成する代わりに、突起部38が形成される位置に対応させて、セグメントフック部34の内径面34bから突出する突状部45を形成してもよい。なお、この突状部45は、突起部38が形成される4箇所の位置に対応されて形成されている。
As shown in FIG. 10, instead of forming the
この場合、突起部38が形成されたセグメントフック部34を嵌合溝32の溝部39に嵌合し、タービンロータ11の外周面と、シールフィン35の先端との間の上下左右の4方向における間隙L4を計測する。そして、計測された間隙L4の結果に基づいて、シールフィン35の先端が、予め設定された基準範囲(M1〜M2)よりも、タービンロータ半径方向の外側に位置する場合には、突状部45の表面(先端)を削って間隙を調整する。一方、計測された間隙L4の結果に基づいて、シールフィン35の先端が、予め設定された基準範囲(M1〜M2)よりも、タービンロータ半径方向の内側に位置する場合には、突起部38を形成して間隙を調整する。
In this case, the
また、ここでは、回転部として機能するタービンロータ11と、静止部として機能するノズルダイアフラム内輪13との間からの作動流体の漏洩を抑制するための軸シール装置30の一例を示したが、上記した軸シール装置30は、回転部として機能する動翼16(シュラウド17を含む)と、静止部として機能するノズルダイアフラム外輪12との間からの作動流体の漏洩を抑制するための軸シール装置としても適用することができる。この場合、軸シール装置30は、ノズルダイアフラム外輪12に形成された嵌合溝32に嵌合され、動翼16(シュラウド17を含む)の先端面と、軸シール装置30のシールフィン35の先端との間の間隙が所定の間隙となるように構成される。換言すれば、突起部38の高さを調整することで、シールフィン35の先端が、予め設定された基準範囲(M1とM2との間の範囲)内に位置するように構成される。
In addition, here, an example of the
(第2の実施の形態)
図11は、上記した、本発明に係る第1の実施の形態の軸シール装置30が受ける圧力を説明するための、蒸気タービン100におけるタービン段落の1段落をタービンロータ11を含む子午断面で示した図である。また、図12は、本発明に係る第1の実施の形態の軸シール装置30が受ける圧力を説明するための、シールセグメント31を一方の側面34a側から見たときの図である。
(Second Embodiment)
FIG. 11 is a meridional section including the
図11に示すように、軸シール装置30の上流側および嵌合溝32の溝部39ではノズル入口圧力P1を受け、軸シール装置30の下流側ではノズル出口圧力P2を受ける。ここで、ノズル入口圧力P1は、ノズル出口圧力P2よりも高く、軸シール装置30の上流側および嵌合溝32の溝部39と、軸シール装置30の下流側とで差圧を生じる。
As shown in FIG. 11, the upstream side of the
嵌合溝32の溝部39内では、図12に示すように、セグメントフック部34の外径面34cには、外部側から内部側に押し付ける力が作用する。そのため、突起部38によって支持されたセグメントフック部34の中央部に撓みが発生し、その撓みにより、タービンロータ11の外周面と、シールフィン35の先端との間の間隙が狭くなることがある。
In the
そこで、本発明に係る第2の実施の形態の軸シール装置50では、シールセグメント31における両側面34aにおいて、それぞれ2箇所ずつ形成された突起部38間の周方向の中央に、突起部38の高さよりも低い突起部60が形成され、上記した撓みを制限する構成を備えている。
Therefore, in the shaft seal device 50 according to the second embodiment of the present invention, the
図13は、本発明に係る第2の実施の形態の4分割された軸シール装置50におけるシールセグメント31に形成される突起部38の形成位置を説明するための、シールセグメント31を一方の側面34a側から見たときの図である。本発明に係る第2の実施の形態の軸シール装置50の構成は、シールセグメント31における両側面34aにおいて、それぞれ2箇所ずつ形成された突起部38間の周方向の中央に、さらに突起部60が形成されていること以外は、第1の実施の形態の軸シール装置30の構成と同じである。ここでは、この異なる構成部分について主に説明する。
FIG. 13 shows one side surface of the
図13に示すように、第2の実施の形態の4分割された軸シール装置50では、シールセグメント31における両側面34aにおいて、それぞれ2箇所ずつ形成された突起部38間の周方向の中央に、突起部38の高さよりも低い突起部60が形成されている。この突起部60は、前述した、突起部38を形成する方法と同様の方法で形成される。
As shown in FIG. 13, in the shaft seal device 50 divided into four parts in the second embodiment, on both side surfaces 34 a of the
数値計算によって、蒸気タービンの運転時における、上記したセグメントフック部34の中央部の撓みが許容撓みXを超える結果となった場合に、突起部60を設けることが好ましい。許容撓みXは、例えば、運転されていない状態における設定間隙の10%のように定められる。
It is preferable to provide the
突起部60の高さH3は、周方向の端部側に設けられた突起部38のそれぞれの高さ(セグメントフック部34の内径面34bから突起部38の先端までの高さ)を、それぞれH1、H2としたとき、「H3=(H1+H2)/2−X」となるように形成される。ここで、「(H1+H2)/2」は、突起部60を備えないときの、突起部38間の周方向の中央部における、セグメントフック部34の内径面34bと溝フック部40の外径面40aとの間隙幅を示す。
The height H3 of the
このように、突起部60の高さH3を設定することで、蒸気タービンの運転時に、中央部に撓みが発生しても、中央部は許容撓みXを超えて撓むことはない。
In this way, by setting the height H3 of the
なお、前述した、タービンロータ11の中心軸を中心Oとする、セグメントフック部34の円周方向の端面と、その端面側に形成された突起部38の円周方向の中心とのなす角θの範囲で、角θを大きくすることで、中央部に発生する撓みを許容撓みXを超えないようにできる場合には、突起部60を設けずに構成してもよい。
In addition, the angle θ formed by the circumferential end surface of the
本発明に係る第2の実施の形態の軸シール装置50によれば、第1の実施の形態の軸シール装置30と同様の効果得を得ることができるとともに、突起部38間の周方向の中央に突起部60を形成することで、突起部38間の周方向の中央部が、許容撓みXを超えて撓むことを防止することができる。
According to the shaft seal device 50 of the second embodiment of the present invention, the same effect as that of the
以上説明した実施形態によれば、タービンロータ11や動翼16(シュラウド17を含む)などの回転部との間の隙間調整などを容易かつ正確に行うことが可能となる。
According to the embodiment described above, it is possible to easily and accurately adjust a gap between rotating parts such as the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention.
10…ケーシング、11…タービンロータ、12…ノズルダイアフラム外輪、13…ノズルダイアフラム内輪、14…ノズル、15…ホイール部、16…動翼、17…シュラウド、30、50…軸シール装置、31…シールセグメント、32…嵌合溝、33…弾性部材、34…セグメントフック部、34a…側面、34b…内径面、34c、40a…外径面、35…シールフィン、36…シールフィンホルダ、37…突起形成用溝部、38、38a、38b、38c、38d、38e、38f、60…突起部、39…溝部、40…溝フック部、41…開口、42…胴体部、42a、43…端面、45…突状部、100…蒸気タービン、110…打ち込み部材。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
周方向に亘って環状に形成され、外径側に、軸方向に突出するセグメントフック部を有し、内径側に、前記回転部に対向して配置されるシールフィンを有するシールセグメントと、
前記セグメントフック部の両側面に周方向に亘って形成され、かつ半径方向に溝幅を変形させることで、前記セグメントフック部の内径側の端面の少なくとも一部を突起可能に形成された突起形成用溝部と、
前記静止部の内周側に周方向に亘って環状に形成され、前記セグメントフック部と嵌合する溝部を有し、かつ前記セグメントフック部と当接して、前記セグメントフック部の半径方向への離脱を阻止する溝フック部を有する嵌合溝と、
前記嵌合溝内に設置され、前記セグメントフック部を前記溝フック部側に押圧する弾性部材と
を具備することを特徴とする軸シール装置。 In a shaft seal device for suppressing leakage of working fluid from between a rotating part and a stationary part facing the rotating part with a predetermined gap in a radial direction so as to surround the rotating part,
A seal segment formed annularly over the circumferential direction, having a segment hook portion protruding in the axial direction on the outer diameter side, and having a seal fin disposed on the inner diameter side so as to face the rotating portion;
Protrusions formed on both side surfaces of the segment hook portion in the circumferential direction and formed so that at least a part of the end surface on the inner diameter side of the segment hook portion can be projected by deforming the groove width in the radial direction. Groove for
An annular shape is formed on the inner peripheral side of the stationary portion in the circumferential direction, and has a groove portion that fits with the segment hook portion, and abuts on the segment hook portion, so that the segment hook portion extends in the radial direction. A fitting groove having a groove hook portion for preventing detachment;
A shaft seal device, comprising: an elastic member that is installed in the fitting groove and presses the segment hook portion toward the groove hook portion.
前記軸シール装置が、
周方向に亘って環状に形成され、外径側に、軸方向に突出するセグメントフック部を有し、内径側に、前記回転部に対向して配置されるシールフィンを有するシールセグメントと、
前記セグメントフック部の両側面に周方向に亘って形成され、かつ半径方向に溝幅を変形させることで、前記セグメントフック部の内径側の端面の少なくとも一部を突起可能に形成された突起形成用溝部と、
前記静止部の内周側に周方向に亘って環状に形成され、前記セグメントフック部と嵌合する溝部を有し、かつ前記セグメントフック部と当接して、前記セグメントフック部の半径方向への離脱を阻止する溝フック部を有する嵌合溝と、
前記嵌合溝内に設置され、前記セグメントフック部を前記溝フック部側に押圧する弾性部材と
を備え、
前記シールセグメントが周方向に複数に分割されて構成され、分割された各前記シールセグメントのセグメントフック部における、両側面の両端部側となる前記突起形成用溝部の所定位置に、先端から徐々に厚さが増加する打ち込み部材を打ち込み、それぞれ前記セグメントフック部の内径側の端面の4箇所に所定の高さの突起を形成する工程と、
前記突起が形成された、各前記セグメントフック部を前記嵌合溝の溝部に嵌合する工程と、
前記回転部と前記シールフィンとの間の上下左右の4方向における間隙を計測する工程と、
前記計測された隙間に基づいて、前記突起の高さを調整して、前記回転部と前記シールフィンとの間の間隙が予め定められた基準範囲内となるように調整する工程と
を具備することを特徴とする軸シール装置の間隙調整方法。 Gap adjustment of the shaft seal device for suppressing leakage of working fluid from between the rotating part and a stationary part facing the rotating part with a predetermined gap in the radial direction so as to surround the rotating part In the method
The shaft seal device is
A seal segment formed annularly over the circumferential direction, having a segment hook portion protruding in the axial direction on the outer diameter side, and having a seal fin disposed on the inner diameter side so as to face the rotating portion;
Protrusions formed on both side surfaces of the segment hook portion in the circumferential direction and formed so that at least a part of the end surface on the inner diameter side of the segment hook portion can be projected by deforming the groove width in the radial direction. Groove for
An annular shape is formed on the inner peripheral side of the stationary portion in the circumferential direction, and has a groove portion that fits with the segment hook portion, and abuts on the segment hook portion, so that the segment hook portion extends in the radial direction. A fitting groove having a groove hook portion for preventing detachment;
An elastic member that is installed in the fitting groove and presses the segment hook portion toward the groove hook portion;
The seal segment is divided into a plurality of portions in the circumferential direction, and in the segment hook portion of each of the divided seal segments, gradually from the tip to a predetermined position of the projection forming groove on both end sides of both side surfaces. A step of driving a driving member whose thickness increases, and forming protrusions having a predetermined height at four locations on the inner surface of the segment hook portion; and
A step of fitting each of the segment hook portions formed with the protrusions into a groove portion of the fitting groove;
A step of measuring a gap in the four directions of up, down, left and right between the rotating part and the seal fin;
Adjusting the height of the protrusion based on the measured gap, and adjusting the gap between the rotating portion and the seal fin to be within a predetermined reference range. A gap adjusting method for a shaft seal device.
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