JPH0423086B2 - - Google Patents
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- JPH0423086B2 JPH0423086B2 JP58080251A JP8025183A JPH0423086B2 JP H0423086 B2 JPH0423086 B2 JP H0423086B2 JP 58080251 A JP58080251 A JP 58080251A JP 8025183 A JP8025183 A JP 8025183A JP H0423086 B2 JPH0423086 B2 JP H0423086B2
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- Japan
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- row
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- vanes
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- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 4
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/04—Antivibration arrangements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は一般にタービンロータが延在する、圧
力に差のある区域間の蒸気の漏れを最小にするた
めに蒸気タービンで使用される形式のラビリンス
シール装置に係り、より詳細には、そのようなシ
ール中で生起する蒸気の旋回(渦)によるロータ
の不安定化を防止するように働くラビリンスシー
ルに関する。
力に差のある区域間の蒸気の漏れを最小にするた
めに蒸気タービンで使用される形式のラビリンス
シール装置に係り、より詳細には、そのようなシ
ール中で生起する蒸気の旋回(渦)によるロータ
の不安定化を防止するように働くラビリンスシー
ルに関する。
発明の背景
非接触パツキングリング・ラビリンスシール
は、圧力に差のある区域間の過度の蒸気漏れに対
して封じするため、タービンロータに沿う各軸線
方向位置において、蒸気タービン中で従来使用さ
れている。これらパツキングリング・シールは典
型的には、タービンケーシングから回転表面に極
めて接近した位置まで半径方向内向きに延在する
多数の互いに離隔して配置された環状の歯よりな
り、各リングと回転部分間に極めて小さな作動隙
間のみを残している。この種のシールは極めて有
効であり、蒸気がロータシヤフトのまわりから漏
洩するのを防止すると同時に、シヤフトが仕切板
を通過するタービンの段間の漏洩を防止するのに
利用されている。
は、圧力に差のある区域間の過度の蒸気漏れに対
して封じするため、タービンロータに沿う各軸線
方向位置において、蒸気タービン中で従来使用さ
れている。これらパツキングリング・シールは典
型的には、タービンケーシングから回転表面に極
めて接近した位置まで半径方向内向きに延在する
多数の互いに離隔して配置された環状の歯よりな
り、各リングと回転部分間に極めて小さな作動隙
間のみを残している。この種のシールは極めて有
効であり、蒸気がロータシヤフトのまわりから漏
洩するのを防止すると同時に、シヤフトが仕切板
を通過するタービンの段間の漏洩を防止するのに
利用されている。
一定量の蒸気が、ほぼシヤフトに沿う軸方向の
流れ成分を有していて、絶えずパツキングリング
構造に入り、そこから出る。しかしながら、蒸気
流れはまた、旋回(渦)形態をなして、円周方向
の成分を有している。この蒸気の旋回は2つの主
要な原因に由来する。すなわち、第1に、蒸気が
最も近接した上流タービン段により付与される旋
回成分を有してシール構造に入るためであり、そ
して、第2に、回転シヤフトの摩擦(ドラグ)作
用が、円周方向の流れ成分をつくるためである。
後者の摩擦による成分は常にロータ回転の方向で
あるけれども、流入する旋回流の方向は、シール
の真ぐ上流のタービン段の作動パラメータに依存
する。たとえば、複流形第1段を備えるタービン
では、端部パツキング・シールへ蒸気を供給する
タービン段は、順方向旋回(すなわち、シヤフト
回転方向の旋回)を高負荷においてつくることが
知られている。
流れ成分を有していて、絶えずパツキングリング
構造に入り、そこから出る。しかしながら、蒸気
流れはまた、旋回(渦)形態をなして、円周方向
の成分を有している。この蒸気の旋回は2つの主
要な原因に由来する。すなわち、第1に、蒸気が
最も近接した上流タービン段により付与される旋
回成分を有してシール構造に入るためであり、そ
して、第2に、回転シヤフトの摩擦(ドラグ)作
用が、円周方向の流れ成分をつくるためである。
後者の摩擦による成分は常にロータ回転の方向で
あるけれども、流入する旋回流の方向は、シール
の真ぐ上流のタービン段の作動パラメータに依存
する。たとえば、複流形第1段を備えるタービン
では、端部パツキング・シールへ蒸気を供給する
タービン段は、順方向旋回(すなわち、シヤフト
回転方向の旋回)を高負荷においてつくることが
知られている。
シール構造中の蒸気の流れは、シール用チヤン
バ(室)内で生じる非対称の圧力勾配のために、
タービンロータに対し横方向の力をつくることが
知られている。シヤフト端部シール中の順方向旋
回が極めて強い場合には、タービンロータは旋回
状態に関連した回転の不安定性を起こし始めるこ
とが知られている。特に、上記した複流タービン
においては、シール中の蒸気の順方向旋回による
回転の不安定性が高負荷レベルにおいて生じ易
い。設備によつては、振動による破壊レベルを回
避するため、タービンの負荷を制限する必要があ
つた。一般には負荷に関連する不安定性は、ター
ビンの設置が完了した後で、全負荷を満足に達成
することができないときになつて初めて発見され
る。したがつて、これらの問題を援和する方法お
よび装置を求めるに当つて、タービンへの大幅な
変更やタービンの長期にわたる休止を必要としな
い、“手直し”程度の改修として現場で取付ける
ことのできる装置を提供することが特に望まれて
いた。
バ(室)内で生じる非対称の圧力勾配のために、
タービンロータに対し横方向の力をつくることが
知られている。シヤフト端部シール中の順方向旋
回が極めて強い場合には、タービンロータは旋回
状態に関連した回転の不安定性を起こし始めるこ
とが知られている。特に、上記した複流タービン
においては、シール中の蒸気の順方向旋回による
回転の不安定性が高負荷レベルにおいて生じ易
い。設備によつては、振動による破壊レベルを回
避するため、タービンの負荷を制限する必要があ
つた。一般には負荷に関連する不安定性は、ター
ビンの設置が完了した後で、全負荷を満足に達成
することができないときになつて初めて発見され
る。したがつて、これらの問題を援和する方法お
よび装置を求めるに当つて、タービンへの大幅な
変更やタービンの長期にわたる休止を必要としな
い、“手直し”程度の改修として現場で取付ける
ことのできる装置を提供することが特に望まれて
いた。
ラビリンスシール中における流体の旋回と回転
の不安定性との間の因果関係は、この分野の多く
の人々によつて理論的に検討されたけれども、実
用的な効果をもたらしていない。問題を解決する
ための1つの試み(必ずしも手直し改修の観点か
らではないけれども)が米国特許第4273510号に
示されており、それは横方向の力が打消されるよ
うな方法で、シール中に第2の流体流(たぶん蒸
気)を導入することによつて横方向の力を減少さ
せようとしているように見える。この特許に開示
された方式の正確な諸元を決定することは困難で
あるけれども、この第2の流れは、ロータと固定
要素間のシール・ギヤツプに設けた軸方向バツフ
ルと共に用いるか、あるいは多分その代りに用い
られるように思われる。このバツフルの目的は、
横方向の力を打消すため、ギヤツプ中の流体の回
転流れを修正することである。前記特許の装置の
構造およびその精密な機能は複雑で、既設のター
ビンの手直し改修として容易に適用できないよう
に思われる。特に、前記特許の装置は、適切に働
くために第2の蒸気流の導入を必要とするなら
ば、タービン設置後にそれを実施することは困難
である。
の不安定性との間の因果関係は、この分野の多く
の人々によつて理論的に検討されたけれども、実
用的な効果をもたらしていない。問題を解決する
ための1つの試み(必ずしも手直し改修の観点か
らではないけれども)が米国特許第4273510号に
示されており、それは横方向の力が打消されるよ
うな方法で、シール中に第2の流体流(たぶん蒸
気)を導入することによつて横方向の力を減少さ
せようとしているように見える。この特許に開示
された方式の正確な諸元を決定することは困難で
あるけれども、この第2の流れは、ロータと固定
要素間のシール・ギヤツプに設けた軸方向バツフ
ルと共に用いるか、あるいは多分その代りに用い
られるように思われる。このバツフルの目的は、
横方向の力を打消すため、ギヤツプ中の流体の回
転流れを修正することである。前記特許の装置の
構造およびその精密な機能は複雑で、既設のター
ビンの手直し改修として容易に適用できないよう
に思われる。特に、前記特許の装置は、適切に働
くために第2の蒸気流の導入を必要とするなら
ば、タービン設置後にそれを実施することは困難
である。
したがつて、本発明の一般的な目的は、回転不
安定性がラビリンスシール内の蒸気の旋回に起因
するような形式の蒸気タービンでロータの回転不
安定性を防止するのに有効であるラビリンスシー
ル装置を提供することである。
安定性がラビリンスシール内の蒸気の旋回に起因
するような形式の蒸気タービンでロータの回転不
安定性を防止するのに有効であるラビリンスシー
ル装置を提供することである。
本発明の別の目的は、蒸気タービンのラビリン
スシールの少なくとも一部分内の蒸気流を、ロー
タ回転方向とは反対の逆方向に流すようにして、
ロータに対し安定化用の横方向の力を生じさせ
て、容易に除去ないし減少させることができない
ロータを不安定にさせる他の力を相殺する装置を
提供することである。
スシールの少なくとも一部分内の蒸気流を、ロー
タ回転方向とは反対の逆方向に流すようにして、
ロータに対し安定化用の横方向の力を生じさせ
て、容易に除去ないし減少させることができない
ロータを不安定にさせる他の力を相殺する装置を
提供することである。
より詳細には、本発明の目的は、とりわけ、そ
のような不安定性を有するタービンに対して取付
けが簡単かつ容易であり、その機能を達成するの
に第2の蒸気流の導入に依存しない、上記の問題
を克服する蒸気タービン用のラビリンスシール装
置を提供することである。
のような不安定性を有するタービンに対して取付
けが簡単かつ容易であり、その機能を達成するの
に第2の蒸気流の導入に依存しない、上記の問題
を克服する蒸気タービン用のラビリンスシール装
置を提供することである。
発明の概要
これらおよび他の目的は、好ましい形態におい
ては、蒸気タービンのロータあるいはシヤフトを
取囲む複数個の固定の、離隔配置された環状の歯
を備え、各歯がロータ表面に極めて接近した半径
方向内側の縁部を有し、そしてさらに、環状の歯
の高圧側、すなわち上流側に隣接して、ロータを
包囲する固定の離隔配置された流れ方向決めベー
ンの円周方向の列を備えているラビリンスシール
を提供することにより達成される。各ベーンは、
ベーン列に直ぐ向い合うロータあるいはシヤフト
の表面上の突起した環状ランドに極めて接近した
位置まで半径方向内向きに延在している。かくし
て本構造によりチヤンバが限定され、これは環状
の歯の間の空間として形成される。ラビリンスシ
ール(ベーンの列、突起したランド、および環状
の歯の列よりなる)は、勿論、圧力に差のある区
域間に配置されて、高圧区域を低圧区域から分離
する。
ては、蒸気タービンのロータあるいはシヤフトを
取囲む複数個の固定の、離隔配置された環状の歯
を備え、各歯がロータ表面に極めて接近した半径
方向内側の縁部を有し、そしてさらに、環状の歯
の高圧側、すなわち上流側に隣接して、ロータを
包囲する固定の離隔配置された流れ方向決めベー
ンの円周方向の列を備えているラビリンスシール
を提供することにより達成される。各ベーンは、
ベーン列に直ぐ向い合うロータあるいはシヤフト
の表面上の突起した環状ランドに極めて接近した
位置まで半径方向内向きに延在している。かくし
て本構造によりチヤンバが限定され、これは環状
の歯の間の空間として形成される。ラビリンスシ
ール(ベーンの列、突起したランド、および環状
の歯の列よりなる)は、勿論、圧力に差のある区
域間に配置されて、高圧区域を低圧区域から分離
する。
動作について説明すると、流れ方向決めベーン
の列と突起したランドは組合わさつて作用して、
歯間のチヤンバへ入る蒸気の全量が、実質的に流
れ方向決めベーンの列を通過するようにする。ベ
ーンの半径方向の寸法は突起したランドの寸法よ
りも大きく、かくして、シールへ入る軸方向の蒸
気流れの大部分は、ベーン列中を直接通過する。
しかしながら、ロータ表面に沿う軸方向流れは、
突起したランドに衝突し、ついでベーン列の近辺
に半径方向外向きに偏向される。外向きに偏向さ
れた蒸気は、歯と突起したランド間の狭い環状ギ
ヤツプを横切つて流れ、このため環状ギヤツプを
通つてシールに入つたかもしれない他の蒸気をそ
れと共に運ぶ。かくして、ギヤツプの小さな作動
隙間を通つてシール中に入る蒸気は最小にされ、
したがつて実質的にシール蒸気の全部がベーン列
を通過する。各ベーンは、ロータ軸線および回転
方向に対して、適切な角度で傾斜されており(後
で詳しく説明する)、このためシール中への蒸気
の流れは、回転方向とは反対の円周方向に向うよ
うに強制される。かくして、ラビリンスシールの
少なくとも一部分において、環状の歯の間のチヤ
ンバ内の蒸気流は、シヤフト回転方向とは反対の
逆向き成分を有するようにされる。これは、如何
なる不安定化力をも相殺するためのロータに対す
る安定化力を生じさせる望ましい効果を有し、そ
して、蒸気の旋回により引起こされる回転の不安
定化を有効に除去する。
の列と突起したランドは組合わさつて作用して、
歯間のチヤンバへ入る蒸気の全量が、実質的に流
れ方向決めベーンの列を通過するようにする。ベ
ーンの半径方向の寸法は突起したランドの寸法よ
りも大きく、かくして、シールへ入る軸方向の蒸
気流れの大部分は、ベーン列中を直接通過する。
しかしながら、ロータ表面に沿う軸方向流れは、
突起したランドに衝突し、ついでベーン列の近辺
に半径方向外向きに偏向される。外向きに偏向さ
れた蒸気は、歯と突起したランド間の狭い環状ギ
ヤツプを横切つて流れ、このため環状ギヤツプを
通つてシールに入つたかもしれない他の蒸気をそ
れと共に運ぶ。かくして、ギヤツプの小さな作動
隙間を通つてシール中に入る蒸気は最小にされ、
したがつて実質的にシール蒸気の全部がベーン列
を通過する。各ベーンは、ロータ軸線および回転
方向に対して、適切な角度で傾斜されており(後
で詳しく説明する)、このためシール中への蒸気
の流れは、回転方向とは反対の円周方向に向うよ
うに強制される。かくして、ラビリンスシールの
少なくとも一部分において、環状の歯の間のチヤ
ンバ内の蒸気流は、シヤフト回転方向とは反対の
逆向き成分を有するようにされる。これは、如何
なる不安定化力をも相殺するためのロータに対す
る安定化力を生じさせる望ましい効果を有し、そ
して、蒸気の旋回により引起こされる回転の不安
定化を有効に除去する。
本発明の別の形態においては、多数のシールリ
ングが、圧力に差のある区域間でロータの一部分
に沿つて、互に近接しながら軸線方向に離隔配置
されている。発明のこの形態においては、各シー
ルリングは前述のような複数個の環状の歯を備
え、そして、少なくとも1つのシールリングは、
前述したような流れ方向決めベーンの列を備えて
いる。
ングが、圧力に差のある区域間でロータの一部分
に沿つて、互に近接しながら軸線方向に離隔配置
されている。発明のこの形態においては、各シー
ルリングは前述のような複数個の環状の歯を備
え、そして、少なくとも1つのシールリングは、
前述したような流れ方向決めベーンの列を備えて
いる。
漏洩を最小にするため、故意に、非常に無秩序
な乱れた流れを発生する従来の多くのいわゆるギ
ヤツプシールとは対照的に、本発明は、高度に方
向決めされた、極めて整えられた流れを提供する
装置を設ける。
な乱れた流れを発生する従来の多くのいわゆるギ
ヤツプシールとは対照的に、本発明は、高度に方
向決めされた、極めて整えられた流れを提供する
装置を設ける。
発明の詳細
本発明を構成する事項は特許請求の範囲で特に
指摘され、明確にされているが、本発明は添付図
面を参照して、以下の記載でよりよく理解されよ
う。
指摘され、明確にされているが、本発明は添付図
面を参照して、以下の記載でよりよく理解されよ
う。
本発明の好ましい実施例を示す第1,2および
3図を参照すると、蒸気タービンのロータは、高
流体圧P1の区域から低流体圧P2の区域まで延在
している回転シヤフト10を含む。タービンロー
タの全体は示されていないけれども、シヤフト1
0は、動力流体から回転動力を抽出する要素(た
とえば、バケツト)等を備えるロータの一部分に
すぎないことが理解されよう。
3図を参照すると、蒸気タービンのロータは、高
流体圧P1の区域から低流体圧P2の区域まで延在
している回転シヤフト10を含む。タービンロー
タの全体は示されていないけれども、シヤフト1
0は、動力流体から回転動力を抽出する要素(た
とえば、バケツト)等を備えるロータの一部分に
すぎないことが理解されよう。
シヤフト10に沿つて軸線方向に、複数個のシ
ールリング、たとえば、第1および第2シールリ
ング12および14がそれぞれ配設されている。
利用されるシールリングの正確な数は、封じしよ
うとする圧力および望ましいシール効率を含むい
くつかの要因に依存する。使用するシールリング
の数は本発明の理解に対して本質的なものではな
いため、第1および第2リング12および14の
みを例示して詳しく説明する。各シールリング
(たとえば、リング12および14)は、シヤフ
ト10が通り抜ける圧力に差のある区域間の流体
漏洩を最小にするため、シヤフト10を円周方向
に包囲する。たとえば、リング12と14を含む
複数個のシールリングは、蒸気タービンの高圧端
部用のシヤフトエンド・シールを形成することが
出来る。すべてのシールリング、たとえばリング
12と14は、封じの観点から、P1からP2への
圧力勾配のため、僅か異なつた圧力にさらされる
ことを除けば、実質的に同様に機能する。たとえ
ば、シールリング12は、断面でH形をした(H
の一方の脚は両端で若干短くなつている)円周方
向リングを備え、タービンの固定ケーシング20
中のT形円周スロツトにはまり合う。T形スロツ
トはさらに従来のばねの支持体を備え(特に示し
てない)、H形リング16をシヤフト10に向け
て半径方向内向きに押圧する。Tスロツト18上
の肩22はH形リングの内向きの移動を制限す
る。
ールリング、たとえば、第1および第2シールリ
ング12および14がそれぞれ配設されている。
利用されるシールリングの正確な数は、封じしよ
うとする圧力および望ましいシール効率を含むい
くつかの要因に依存する。使用するシールリング
の数は本発明の理解に対して本質的なものではな
いため、第1および第2リング12および14の
みを例示して詳しく説明する。各シールリング
(たとえば、リング12および14)は、シヤフ
ト10が通り抜ける圧力に差のある区域間の流体
漏洩を最小にするため、シヤフト10を円周方向
に包囲する。たとえば、リング12と14を含む
複数個のシールリングは、蒸気タービンの高圧端
部用のシヤフトエンド・シールを形成することが
出来る。すべてのシールリング、たとえばリング
12と14は、封じの観点から、P1からP2への
圧力勾配のため、僅か異なつた圧力にさらされる
ことを除けば、実質的に同様に機能する。たとえ
ば、シールリング12は、断面でH形をした(H
の一方の脚は両端で若干短くなつている)円周方
向リングを備え、タービンの固定ケーシング20
中のT形円周スロツトにはまり合う。T形スロツ
トはさらに従来のばねの支持体を備え(特に示し
てない)、H形リング16をシヤフト10に向け
て半径方向内向きに押圧する。Tスロツト18上
の肩22はH形リングの内向きの移動を制限す
る。
H形リングの半径方向内側に、シヤフトを取り
まく一連の離隔配置された環状の歯24−27が
取付けられている。2つの環状の歯25と27
は、シール12全体のシール効果を増進するた
め、対応的に突起したランドに対向して取付けら
れている。環状の歯24−27はシヤフト10の
表面に接触していないが、それに極めて近くまで
接近し、シヤフトと歯との間に小さな作動隙間を
維持し、蒸気の流れに対して有効な封じを提供す
る。環状空間、すなわちチヤンバが、たとえば、
歯24と25間のチヤンバ34の如く各歯24−
27間にそれぞれ形成されている。
まく一連の離隔配置された環状の歯24−27が
取付けられている。2つの環状の歯25と27
は、シール12全体のシール効果を増進するた
め、対応的に突起したランドに対向して取付けら
れている。環状の歯24−27はシヤフト10の
表面に接触していないが、それに極めて近くまで
接近し、シヤフトと歯との間に小さな作動隙間を
維持し、蒸気の流れに対して有効な封じを提供す
る。環状空間、すなわちチヤンバが、たとえば、
歯24と25間のチヤンバ34の如く各歯24−
27間にそれぞれ形成されている。
また、H形リング16の高圧端部に最も近い
(P1に最も近い)、H形リング16の半径方向内
側に、複数個の円周方向に離隔配置された流れ方
向決めベーン36が取付けられている。第2図に
は単一のベーン37のみが示されており、ベーン
36の全体は第1図に示されており、その一部は
第3図にも示されている。各ベーン、たとえばベ
ーン37は、角度をもつて傾斜しており、かくし
て、高圧区域に最も近いベーンのエツジ(すなわ
ち、この実施例の場合P1に最も近い上流側エツ
ジ)は、シヤフト(すなわち、タービンロータ)
の回転方向に対して後縁になる。たとえば、第2
図において、シヤフトの回転方向は図示されてい
る方向であつて、そしてベーン37のエツジ38
は回転方向に対して後縁である。すなわち、シヤ
フト10の軸線に平行な線は、最初にベーン37
の前縁を通る線を横切つてから、エツジ38を通
る線を横切るであろう。これらの関係は、第3図
の展開図により明瞭に示されており、矢印の線A
はロータの表面の速度ベクトル(すなわちロータ
の回転方向)を示している。かくして、ベーン3
6のエツジ38は蒸気の流れに対して前縁であ
り、ロータ回転に対して後縁になることは明らか
である。一方、エツジ39は、ロータ回転に対し
て前縁であり、蒸気の流れに対して後縁になる。
(P1に最も近い)、H形リング16の半径方向内
側に、複数個の円周方向に離隔配置された流れ方
向決めベーン36が取付けられている。第2図に
は単一のベーン37のみが示されており、ベーン
36の全体は第1図に示されており、その一部は
第3図にも示されている。各ベーン、たとえばベ
ーン37は、角度をもつて傾斜しており、かくし
て、高圧区域に最も近いベーンのエツジ(すなわ
ち、この実施例の場合P1に最も近い上流側エツ
ジ)は、シヤフト(すなわち、タービンロータ)
の回転方向に対して後縁になる。たとえば、第2
図において、シヤフトの回転方向は図示されてい
る方向であつて、そしてベーン37のエツジ38
は回転方向に対して後縁である。すなわち、シヤ
フト10の軸線に平行な線は、最初にベーン37
の前縁を通る線を横切つてから、エツジ38を通
る線を横切るであろう。これらの関係は、第3図
の展開図により明瞭に示されており、矢印の線A
はロータの表面の速度ベクトル(すなわちロータ
の回転方向)を示している。かくして、ベーン3
6のエツジ38は蒸気の流れに対して前縁であ
り、ロータ回転に対して後縁になることは明らか
である。一方、エツジ39は、ロータ回転に対し
て前縁であり、蒸気の流れに対して後縁になる。
ロータ10上に位置し、ベーン36の列に半径
方向に向い合う、実質的にランド30と32と同
一の環状の突起したランド41が存在している
が、それはベーン36の列と組合わさつて機能
し、蒸気をシールリング12のチヤンバ内へ方向
決めして案内する。ベーン36の列に入る蒸気流
れの大部分はこの流れ方向決めベーン上に直接衝
突する。しかしながら、ロータ10の表面に沿う
軸線方向の蒸気流れが存在し、最初に突起したラ
ンド41に突当り、そしてついで急激にベーン列
36に向けて半径方向外向きに偏向される。外向
きに偏向された蒸気は狭い環状ギヤツプ35を横
切つて流れ、このため、さもなければギヤツプ3
5を通つてシールリング12に入るであろう蒸気
をそれと共に運ぶ。かくして、ランド41は、シ
ール12(すなわち、チヤンバ34の如き、環状
の歯24−27間のチヤンバ)に入る蒸気の実質
的全量がベーン列36を通過するのを保証するよ
うに機能する。
方向に向い合う、実質的にランド30と32と同
一の環状の突起したランド41が存在している
が、それはベーン36の列と組合わさつて機能
し、蒸気をシールリング12のチヤンバ内へ方向
決めして案内する。ベーン36の列に入る蒸気流
れの大部分はこの流れ方向決めベーン上に直接衝
突する。しかしながら、ロータ10の表面に沿う
軸線方向の蒸気流れが存在し、最初に突起したラ
ンド41に突当り、そしてついで急激にベーン列
36に向けて半径方向外向きに偏向される。外向
きに偏向された蒸気は狭い環状ギヤツプ35を横
切つて流れ、このため、さもなければギヤツプ3
5を通つてシールリング12に入るであろう蒸気
をそれと共に運ぶ。かくして、ランド41は、シ
ール12(すなわち、チヤンバ34の如き、環状
の歯24−27間のチヤンバ)に入る蒸気の実質
的全量がベーン列36を通過するのを保証するよ
うに機能する。
複数個のベーン36は、シール12に入る蒸気
の流れを方向決めし、かくして、流れはロータの
回転方向とは反対の円周方向に向う。たとえば、
第2および3図において、矢印の線は蒸気流れの
大体の方向を示し、そして、シヤフトの回転とは
反対の方向にベーン36間の通路に入る蒸気を示
している。一般に、シールリング12は、封じの
観点からは、シール12内の全流体流れを比較的
小さくするのに有効である。しかしながら、シー
ル中に実際入る流れは、チヤンバの1つあるいは
それ以上の中で(たとえば、歯24と25間のチ
ヤンバの中で)、シヤフトの回転方向とは逆の方
向になる。この流体の旋回の逆向き成分は、歯2
4−27間のチヤンバ内の圧力勾配を妨げないけ
れども、シール内におけるシヤフト変位に関して
横方向の力をシフトさせて、これらの横方向の力
が不安定化を起こさないようにする効果を有す
る。換言すれば、シヤフトの横方向運動とシヤフ
トに対する横方向の力との間の位相関係が、不安
定性が防止されるようにシフトされる。こゝで、
一層高いレベルの負荷がかゝつているタービンの
場合には、一般的な傾向として、蒸気の流れはロ
ータの回転方向に強く生じ、そしてシール12中
に入る蒸気はその方向に旋回するということを思
い出されたい。蒸気はさらに、回転シヤフト10
の粘性摩擦により、回転方向に流れるように強制
される。
の流れを方向決めし、かくして、流れはロータの
回転方向とは反対の円周方向に向う。たとえば、
第2および3図において、矢印の線は蒸気流れの
大体の方向を示し、そして、シヤフトの回転とは
反対の方向にベーン36間の通路に入る蒸気を示
している。一般に、シールリング12は、封じの
観点からは、シール12内の全流体流れを比較的
小さくするのに有効である。しかしながら、シー
ル中に実際入る流れは、チヤンバの1つあるいは
それ以上の中で(たとえば、歯24と25間のチ
ヤンバの中で)、シヤフトの回転方向とは逆の方
向になる。この流体の旋回の逆向き成分は、歯2
4−27間のチヤンバ内の圧力勾配を妨げないけ
れども、シール内におけるシヤフト変位に関して
横方向の力をシフトさせて、これらの横方向の力
が不安定化を起こさないようにする効果を有す
る。換言すれば、シヤフトの横方向運動とシヤフ
トに対する横方向の力との間の位相関係が、不安
定性が防止されるようにシフトされる。こゝで、
一層高いレベルの負荷がかゝつているタービンの
場合には、一般的な傾向として、蒸気の流れはロ
ータの回転方向に強く生じ、そしてシール12中
に入る蒸気はその方向に旋回するということを思
い出されたい。蒸気はさらに、回転シヤフト10
の粘性摩擦により、回転方向に流れるように強制
される。
第2のラビリンスシールリング14は上記した
ように機能するが、シール14がP1とP2間の圧
力差の低圧端部の近くに配設されているため、蒸
気は若干低い圧力でシール14中へ入る。さら
に、シールリング14は、ベーン列48に対向す
る環状の突起したランドを備えていない。このよ
うなランドを設けられることは好ましいけれど
も、既設のタービンに適用される手直し改修の場
合には、タービンロータの変更を回避することが
有利である。その点で、当該技術に従事するもの
にとつては、本発明の或る要素は、タービン中に
予め存在するかもしれないことが認識されよう。
たとえば、突起したランド50と52はシール装
置の要素として予め存在することがある。かくし
て、本発明は、ロータに対する変更を必要とする
ことなく(すなわち、ロータに直接機械加工を必
要としない)、特定のロータ形状に適用できる。
既設のタービンのために、本発明にしたがつてシ
ールリングがつくられ、そして、それによつてロ
ータ上の既設の突起したランドが、その既存の軸
線方向位置に関係なく有利に使用される。
ように機能するが、シール14がP1とP2間の圧
力差の低圧端部の近くに配設されているため、蒸
気は若干低い圧力でシール14中へ入る。さら
に、シールリング14は、ベーン列48に対向す
る環状の突起したランドを備えていない。このよ
うなランドを設けられることは好ましいけれど
も、既設のタービンに適用される手直し改修の場
合には、タービンロータの変更を回避することが
有利である。その点で、当該技術に従事するもの
にとつては、本発明の或る要素は、タービン中に
予め存在するかもしれないことが認識されよう。
たとえば、突起したランド50と52はシール装
置の要素として予め存在することがある。かくし
て、本発明は、ロータに対する変更を必要とする
ことなく(すなわち、ロータに直接機械加工を必
要としない)、特定のロータ形状に適用できる。
既設のタービンのために、本発明にしたがつてシ
ールリングがつくられ、そして、それによつてロ
ータ上の既設の突起したランドが、その既存の軸
線方向位置に関係なく有利に使用される。
シールリング14についてさらに記載すると、
それは従来のように、T形スロツト42にはめら
れたH形リング40と、H形リング40に固定さ
れた環状の歯43−46を備えている。シール1
2のベーン36と同様に複数個のベーン48が設
けられ、シール14のチヤンバ(たとえば、チヤ
ンバ49)に入る蒸気流れを、矢印の線で示す如
く、逆方向に方向決めする。ベーン48およびベ
ーン36は、従来の方法で対応するH形リング4
0と16に固定されている。回転している環状の
突起したランド50と52はシヤフト10と共に
回転し、シール14中の全流体流れを最小にする
ため有効な封じを行う。
それは従来のように、T形スロツト42にはめら
れたH形リング40と、H形リング40に固定さ
れた環状の歯43−46を備えている。シール1
2のベーン36と同様に複数個のベーン48が設
けられ、シール14のチヤンバ(たとえば、チヤ
ンバ49)に入る蒸気流れを、矢印の線で示す如
く、逆方向に方向決めする。ベーン48およびベ
ーン36は、従来の方法で対応するH形リング4
0と16に固定されている。回転している環状の
突起したランド50と52はシヤフト10と共に
回転し、シール14中の全流体流れを最小にする
ため有効な封じを行う。
シール14に入る蒸気に付与される逆向きの旋
回は、シヤフト10に対する、不安定化を起こす
横方向の力を防止するのに有効であり、さもなけ
れば該不安定化を起こす横方向の力は、歯43−
46間のチヤンバ(たとえば、歯43と44間の
チヤンバ)内、およびベーン48と歯43間のチ
ヤンバ内の高レベルの順方向の流体旋回に付随し
て生じるであろう。
回は、シヤフト10に対する、不安定化を起こす
横方向の力を防止するのに有効であり、さもなけ
れば該不安定化を起こす横方向の力は、歯43−
46間のチヤンバ(たとえば、歯43と44間の
チヤンバ)内、およびベーン48と歯43間のチ
ヤンバ内の高レベルの順方向の流体旋回に付随し
て生じるであろう。
当該技術に従事するものにとつては、シール1
2と14の如きシールをシヤフト10に沿つて圧
力に差のある区域間に直列に追加して設けること
ができることは明らかであろう。実質的にリング
12と同様なそのようなシールリングの1つ50
が、第2図に部分的に示されている。一般に個々
のシールリングの数は、過度の蒸気漏洩を防止す
る必要性によつて決定される。またベーン36,
48の如きベーンの列は、図示の上流側の位置に
設けるのに加えて、さらにシール内の位置、例え
ばシール12の歯25の位置に、該歯に代えて配
置してもよい。
2と14の如きシールをシヤフト10に沿つて圧
力に差のある区域間に直列に追加して設けること
ができることは明らかであろう。実質的にリング
12と同様なそのようなシールリングの1つ50
が、第2図に部分的に示されている。一般に個々
のシールリングの数は、過度の蒸気漏洩を防止す
る必要性によつて決定される。またベーン36,
48の如きベーンの列は、図示の上流側の位置に
設けるのに加えて、さらにシール内の位置、例え
ばシール12の歯25の位置に、該歯に代えて配
置してもよい。
本発明は、蒸気タービンのための改善されたラ
ビリンスシール装置を提供し、そしてそれは、シ
ールのチヤンバ内の蒸気の旋回によりつくられる
形式のロータの不安定性を防止するのに有効であ
り、また、タービンの定格能力より低い負荷レベ
ルにタービンの運転を制限するようなロータの安
定性の問題を解決するための手直し改修手段とし
て、現場での作業に特に適している。所望の結果
を達成するため、シールに入る蒸気は適正に方向
決めされる。本発明の重要な利点は、その効果を
得るために、シール中への蒸気流れに第2の流れ
成分を導入することに依存しないということであ
る。
ビリンスシール装置を提供し、そしてそれは、シ
ールのチヤンバ内の蒸気の旋回によりつくられる
形式のロータの不安定性を防止するのに有効であ
り、また、タービンの定格能力より低い負荷レベ
ルにタービンの運転を制限するようなロータの安
定性の問題を解決するための手直し改修手段とし
て、現場での作業に特に適している。所望の結果
を達成するため、シールに入る蒸気は適正に方向
決めされる。本発明の重要な利点は、その効果を
得るために、シール中への蒸気流れに第2の流れ
成分を導入することに依存しないということであ
る。
かくして、本発明の好ましい実施例について示
し、記載したけれども、その中に各種の他の変更
がなされ得るということを理解すべきである。た
とえば、第4図は、変形例として、流れ方向決め
ベーンの列61に対向する突起した環状ランド6
0の形状を示している。第4図の形状は第1,2
および3図の形状に類似するものである。しかし
ながら、ロータ62上の突起したランド60は、
ランド60を2つの環状部分64と65に分割す
る中央溝63を備えるように形成されている。さ
らにランド60の上流側には、蒸気を半径方向外
向きに、空気力学的によりよく偏向させるため
に、湾曲した表面66が形成されている。第4図
の実施例は手直し改修用には特に適していないけ
れども、タービン運転中、ベーンとランドとが互
にこすり合うようになつた場合、ベーンの列と突
起したランド間の接触面積を減少させるという追
加の利点がある。第4図の如きすべての変更は、
本発明の範囲内に包含されるものである。
し、記載したけれども、その中に各種の他の変更
がなされ得るということを理解すべきである。た
とえば、第4図は、変形例として、流れ方向決め
ベーンの列61に対向する突起した環状ランド6
0の形状を示している。第4図の形状は第1,2
および3図の形状に類似するものである。しかし
ながら、ロータ62上の突起したランド60は、
ランド60を2つの環状部分64と65に分割す
る中央溝63を備えるように形成されている。さ
らにランド60の上流側には、蒸気を半径方向外
向きに、空気力学的によりよく偏向させるため
に、湾曲した表面66が形成されている。第4図
の実施例は手直し改修用には特に適していないけ
れども、タービン運転中、ベーンとランドとが互
にこすり合うようになつた場合、ベーンの列と突
起したランド間の接触面積を減少させるという追
加の利点がある。第4図の如きすべての変更は、
本発明の範囲内に包含されるものである。
第1図は本発明による安定化用ラビリンスシー
ル装置の好ましい実施例を示す、第2図の線1−
1に沿つたタービンの回転軸線に直角な部分断面
図である。第2図は第1図の好ましい実施例の拡
大した、若干簡易化した部分断面図である。第3
図は第1図の装置の1つのシールリングの流れ方
向決め部分の展開平面図である。第4図は本発明
の突起した環状ランドの変形例を示す部分断面図
である。 10……回転シヤフト、12,14……シール
リング、16……H形リング、18……T形スロ
ツト、20……固定ケーシング、24〜27……
環状の歯、31,32……ランド、34……チヤ
ンバ、35……ギヤツプ、36……流れ方向決め
ベーン、38……エツジ、42……T形スロツ
ト、43〜45……環状の歯、48……ベーン、
60……ランド、63……中央溝、63……湾曲
した表面。
ル装置の好ましい実施例を示す、第2図の線1−
1に沿つたタービンの回転軸線に直角な部分断面
図である。第2図は第1図の好ましい実施例の拡
大した、若干簡易化した部分断面図である。第3
図は第1図の装置の1つのシールリングの流れ方
向決め部分の展開平面図である。第4図は本発明
の突起した環状ランドの変形例を示す部分断面図
である。 10……回転シヤフト、12,14……シール
リング、16……H形リング、18……T形スロ
ツト、20……固定ケーシング、24〜27……
環状の歯、31,32……ランド、34……チヤ
ンバ、35……ギヤツプ、36……流れ方向決め
ベーン、38……エツジ、42……T形スロツ
ト、43〜45……環状の歯、48……ベーン、
60……ランド、63……中央溝、63……湾曲
した表面。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 中央回転ロータシヤフトを備える蒸気タービ
ンに使用するための、ロータシヤフトが延在して
いる高圧区域と低圧区域との間の蒸気の漏洩を最
小にすると共に、蒸気の旋回によつて引起こされ
る形式の回転不安定性に対して安定化を行うラビ
リンスシールであつて、 前記両区域間のタービンの固定部分に取付けら
れていて、実質的にロータシヤフトを同軸的に包
囲する複数個の離隔配置された環状の歯を備え、
該歯の間にチヤンバが形成され、該複数個の歯の
各々は、該ロータシヤフトの極めて近くまで半径
方向内向きに延在しており、 前記高圧区域内でタービンの固定部分に取付け
られた1列の円周方向に離隔配置された流れ方向
決めベーンが設けられ、該ベーンの列は前記複数
個の環状の歯に近接してロータシヤフトを包囲
し、前記列の各ベーンは、その平坦な表面の一部
がロータシヤフトに対してほぼ半径方向に整合し
かつ該平坦な表面がロータシヤフトの軸線に対し
て角度的に傾斜していることにより、該ベーンを
通過して前記チヤンバに入る蒸気を、ロータシヤ
フトの回転方向とは反対の流れ方向に方向決め
し、そして 前記ベーンの列に対向するロータシヤフト表面
上に突起した環状ランドが設けられ、該ランドは
ロータシヤフトの表面近くを軸線方向に通過して
いる蒸気の流れを急激に半径方向外向きに偏向さ
せ、この結果生じた外向きの流れは前記ベーンの
列の近辺に運ばれて、実質的に前記チヤンバに入
る全蒸気流れが、前記ベーンの列を通過し、か
つ、ロータシヤフトの回転方向とは反対の方向で
入るようにしたことを特徴とするラビリンスシー
ル。 2 前記流れ方向決めベーンの列の各ベーンが、
前記突起した環状ランドの極めて近くまで、半径
方向内向きに延在し、かつ、各ベーンの角度傾斜
は、蒸気の流れに対して上流側のベーンのエツジ
が、ロータシヤフト回転に対して後縁になるよう
に作られている特許請求の範囲第1項に記載のラ
ビリンスシール。 3 前記該環状ランドが第1および第2の環状部
分を形成するように構成されて、該部分間に中央
溝を形成し、該第1の環状部分は前記高圧区域に
隣接して配設されると共に、前記軸線方向の蒸気
の流れを円滑に偏向するための空気力学的形状の
表面を備えている特許請求の範囲第1項または第
2項に記載のラビリンスシール。 4 中央回転ロータシヤフトを有する蒸気タービ
ンに使用し、ロータシヤフトが延在する高および
低圧区域間の漏洩を最小となし、かつ、シール内
の蒸気の旋回に起因する回転不安定性を防止する
ためのラビリンスシール装置であつて、 前記高および低圧区域間でタービンの固定部分
に取付けられ、かつ、ロータシヤフトの軸線に沿
つて互に近接して離隔配置された多数のシールリ
ングが設けられ、各シールリングは、ロータシヤ
フトを包囲する複数個の離隔配置された環状の歯
を備え、この複数個の環状の歯は、これらの歯の
間にチヤンバを限定するように、ロータシヤフト
の表面に近接するまで半径方向内向きに延在して
おり、 前記シールリングの少なくとも1つは、1列の
円周方向に離隔配置された流れ方向決めベーンを
備えていて、該ベーンの列は少なくとも1つの該
リングの高圧側でロータシヤフトを包囲し、該列
の各ベーンはロータシヤフト表面に近接するまで
半径方向内向きに延在し、該各ベーンは、その平
坦な表面の一部がロータシヤフトに対してほぼ半
径方向に整合し、かつ該平坦な表面がロータシヤ
フトの軸線に対して角度をなして傾斜しているこ
とにより、少なくとも1つの前記リングのチヤン
バに入る蒸気を、ロータシヤフトの回転方向とは
反対の流れ方向に方向決めし、 更に、前記ベーンの列に対向してロータシヤフ
ト上に位置し、前記ベーンの列に近接するまで半
径方向外向きに延在する少なくとも1つの突起し
た環状ランドが設けられ、該ランドにより、ロー
タシヤフトの表面に沿つて流れて来る軸線方向の
蒸気の流れを、前記ベーンの列のまわりに半径方
向外向きに偏向して、前記シールに入る蒸気の流
れのほぼ全部が前記ベーンの列を通過するように
したことを特徴とするラビリンスシール装置。 5 前記流れ方向決めベーンの列の各ベーンは、
前記突起した環状ランドに近接するまで半径方向
内向きに延在し、各ベーンの角度傾斜は、蒸気の
流れに対して上流側のベーンのエツジが、ロータ
シヤフト回転に対して後縁になるように作られて
いる特許請求の範囲第4項に記載のラビリンスシ
ール装置。 6 前記突起した環状ランドは、第1および第2
環状部分を形成するように構成されて、該部分の
間に中央溝を形成し、該第1の環状部分は高圧区
域に隣接して配設されると共に、前記軸線方向の
蒸気の流れを円滑に偏向するために該高圧区域に
直ぐ隣接した空気力学的形状の表面を備えている
特許請求の範囲第4項または第5項に記載のラビ
リンスシール装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/376,247 US4420161A (en) | 1982-05-10 | 1982-05-10 | Rotor stabilizing labyrinth seals for steam turbines |
US376247 | 1982-05-10 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58222902A JPS58222902A (ja) | 1983-12-24 |
JPH0423086B2 true JPH0423086B2 (ja) | 1992-04-21 |
Family
ID=23484241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58080251A Granted JPS58222902A (ja) | 1982-05-10 | 1983-05-10 | 蒸気タ−ビン用ロ−タ安定化ラビリンスシ−ル |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4420161A (ja) |
EP (1) | EP0094529B1 (ja) |
JP (1) | JPS58222902A (ja) |
KR (1) | KR900002944B1 (ja) |
DE (1) | DE3373005D1 (ja) |
Families Citing this family (47)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4979755A (en) * | 1988-02-18 | 1990-12-25 | Westinghouse Electric Corp. | Flow dams in labyrinth seals to improve rotor stability |
US5080556A (en) * | 1990-09-28 | 1992-01-14 | General Electric Company | Thermal seal for a gas turbine spacer disc |
FR2687429B1 (fr) * | 1992-02-17 | 1994-04-01 | Gec Alsthom Sa | Procede et dispositif pour supprimer l'instabilite d'une turbine a vapeur. |
DE4313455A1 (de) * | 1993-04-24 | 1994-10-27 | Klein Schanzlin & Becker Ag | Radialer Spalt, beispielsweise einer Strömungsmaschine |
US5599026A (en) * | 1995-09-06 | 1997-02-04 | Innovative Technology, L.L.C. | Turbine seal with sealing strip and rubbing strip |
US5718560A (en) * | 1995-12-29 | 1998-02-17 | Sulzer Turbo Ag | Turbocompressor for non-ideal process gases |
US5735667A (en) * | 1996-05-06 | 1998-04-07 | Innovative Technology, L.L.C. | Method and apparatus for minimizing leakage in turbine seals |
JP3477347B2 (ja) * | 1997-07-30 | 2003-12-10 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン段間部シール装置 |
US5890873A (en) * | 1997-08-13 | 1999-04-06 | General Electric Co. | Labyrinth seal for a turbine bucket cover |
WO2001009497A1 (fr) * | 1998-07-21 | 2001-02-08 | Vazgen Sergeevich Bagdasaryan | Installation de turbine a gaz avec presse-garniture a labyrinthe aerodynamique |
US6139019A (en) * | 1999-03-24 | 2000-10-31 | General Electric Company | Seal assembly and rotary machine containing such seal |
US6619908B2 (en) * | 2001-09-10 | 2003-09-16 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Axial and radial seal arrangement |
US6571470B1 (en) * | 2001-12-06 | 2003-06-03 | General Electric Company | Method of retrofitting seals in a gas turbine |
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WO2004113769A2 (en) * | 2003-06-20 | 2004-12-29 | Elliott Company | Stepped labyrinth damper seal |
WO2004113771A2 (en) * | 2003-06-20 | 2004-12-29 | Elliott Company | Hybrid abradable labyrinth damper seal |
WO2004113770A2 (en) * | 2003-06-20 | 2004-12-29 | Elliott Company | Swirl-reversal abradable labyrinth seal |
US20050005346A1 (en) * | 2003-07-11 | 2005-01-13 | Eberle Harold Richard | Toilet seat lifter |
US7004475B2 (en) | 2003-09-26 | 2006-02-28 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Flow dam design for labyrinth seals to promote rotor stability |
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