シール構造および蒸気タービン
【課題】着脱作業を容易にするシール構造およびそれを備えた蒸気タービンを提供する。
【解決手段】本発明に係るシール構造の実施形態は、タービンロータ軸を収容するタービンケーシング内に設けられ、タービンロータ軸中心を通る水平面を分割面６ｃとして二分割されたノズルダイヤフラム内輪６と、ノズルダイヤフラム内輪６の内周面とタービンロータ軸の外周面との間に配置されたパッキンリング７とを有する。ノズルダイヤフラム内輪６は、分割面６ｃから所定高さの位置に設けられた凹部を有する。パッキンリング７は、分割面７ａで二分割され、分割面７ａから所定高さの位置に設けられた凹部７ｂを有する。凹部６ｂと凹部７ｂとに亘って支持プレート２０が挿入される。支持プレート２０は、分割面６ｃに対して垂直方向にノズルダイヤフラム内輪６に対して取付ボルト２１により固定される。
【解決手段】本発明に係るシール構造の実施形態は、タービンロータ軸を収容するタービンケーシング内に設けられ、タービンロータ軸中心を通る水平面を分割面６ｃとして二分割されたノズルダイヤフラム内輪６と、ノズルダイヤフラム内輪６の内周面とタービンロータ軸の外周面との間に配置されたパッキンリング７とを有する。ノズルダイヤフラム内輪６は、分割面６ｃから所定高さの位置に設けられた凹部を有する。パッキンリング７は、分割面７ａで二分割され、分割面７ａから所定高さの位置に設けられた凹部７ｂを有する。凹部６ｂと凹部７ｂとに亘って支持プレート２０が挿入される。支持プレート２０は、分割面６ｃに対して垂直方向にノズルダイヤフラム内輪６に対して取付ボルト２１により固定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、シール構造およびそのシール構造を備えた蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
地熱タービンは、地下のマグマなどの加熱源によって加熱された蒸気を直接タービンに導入して作動流体とし、回転動力を得ようとするものである。地熱蒸気は、地下水がマグマなどの地熱によって加熱されて発生する性質上、硫化水素、塩分などの腐食性成分や、シリカ、カルシウムなどのスケール成分、砂、泥、酸化鉄などの固体粒子を含む。
【０００３】
地熱タービンは、タービンロータ軸とノズルダイヤフラム内輪とで形成される間隙に、シール構造を備える。シール構造は、ノズルダイヤフラム内輪に対して間隙を形成しながら固定されるパッキンリングを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１４１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したスケール成分などは、シール構造が形成する間隙に進入し、固着物として付着する。地熱タービンが長期的に運用される場合、間隙に固着物が堆積し、ノズルダイヤフラムとパッキンリング、シール構造を構成するその他の部材、またはシール構造を構成する部材同士を固着させてしまう。
【０００６】
定例検査時においては、パッキンリングのフィンが植え替えられたり、またはパッキンリングが交換されたりする。パッキンリングをノズルダイヤフラムから外す場合、固着物により両者は固着しており、パッキンリングを容易に外すことは困難である。このため、パッキンリングの取り外しには、ハンマーで強打するなどの取り外しのための作業が生じてしまう。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、着脱作業を容易にするシール構造およびそれを備えた蒸気タービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るシール構造の実施形態は、上述した課題を解決するために、タービンロータ軸を収容するタービンケーシング内に設けられ、前記タービンロータ軸中心を通る水平面を分割面として二分割された静翼内輪と、前記静翼内輪の内周面と前記タービンロータ軸の外周面との間に配置されたシール部材とを有する。静翼内輪は、前記分割面から所定高さの位置に設けられた静翼内輪側凹部を有する。シール部材は、前記分割面で二分割され、前記分割面から所定高さの位置に設けられたシール部材側凹部を有する。前記静翼内輪側凹部と前記シール部材側凹部とに亘って支持プレートが挿入される。支持プレートは、前記分割面に対して垂直方向に前記静翼内輪に対して固定部材により固定される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態におけるシール構造および蒸気タービンの一部を示す断面図。
【図２】第１実施形態におけるシール構造の全体を軸方向から示す断面図。
【図３】図１の領域IIIの拡大図。
【図４】図２の領域IVの拡大図。
【図５】図４の矢印Ｖ方向からシール構造を示す構成図。
【図６】第１実施形態の比較例としてのシール構造を特に示す断面図。
【図７】第１実施形態の比較例としてのシール構造の一部を軸方向から示す断面図。
【図８】第２実施形態におけるシール構造の構成図。
【図９】第２実施形態のシール構造を軸方向から示す構成図。
【図１０】第２実施形態のシール構造の第１の変形例を示す構成図。
【図１１】第２実施形態のシール構造の第２の変形例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１実施形態］
本発明に係るシール構造およびそれを備える蒸気タービンの第１実施形態を添付図面に基づいて説明する。各実施形態においては、シール構造および蒸気タービンは、地熱タービンに適用される場合に好適に作用する。
【００１１】
図１は、第１実施形態におけるシール構造１０および蒸気タービン１の一部を示す断面図である。
【００１２】
蒸気タービン１は、タービンケーシング２内にタービン段落を多段落構造に、かつ同芯状に有する。タービン段落は、ノズル３（静翼）と動翼４との組み合わせで構成される。ノズル３は、ノズルダイヤフラム外輪５と、このノズルダイヤフラム外輪５の半径方向内側に位置するノズルダイヤフラム内輪６（静翼内輪）との間に設けられる。動翼４は、ノズル３の下流側に対向して配置され、タービンロータ軸９の縁周方向に翼列をなす。
【００１３】
ノズルダイヤフラム内輪６の内周側には、シール構造１０が設けられる。シール構造１０は、パッキンリング７およびシールフィン８を有する。パッキンリング７は、ノズルダイヤフラム内輪６の内周面とタービンロータ軸９の外周面との間に配置される。パッキンリング７は、支持部材１２によりノズルダイヤフラム内輪６に支持される。シールフィン８は、パッキンリング７のシール面に複数状設けられ、断面櫛歯状である。
【００１４】
タービンケーシング２内に設けられるタービンロータ軸９は、シールフィン８に対向する外表面に、凹凸状溝９ａを有する。凹凸状溝９ａとシールフィン８とは、微小な間隙を形成し、ラビリンス構造の蒸気シール部を構成する。蒸気タービン１は、蒸気シール部により蒸気の漏洩を防止するタービンロータ軸９の蒸気漏洩防止構造を得る。
【００１５】
図２は、第１実施形態におけるシール構造１０の全体を軸方向から示す断面図である。図２は、シール構造１０の説明を容易にするため、ノズルダイヤフラム内輪６およびパッキンリング７を断面で示す。
【００１６】
図３は、図１の領域IIIの拡大図である。なお図３は、図１とは逆方向（紙面奥から手前）から見た場合の領域IIIの拡大図である。
【００１７】
図４は、図２の領域IVの拡大図である。
【００１８】
図５は、図４の矢印Ｖ方向からシール構造１０を示す構成図である。
【００１９】
図２に示すように、パッキンリング７（シール部材）は、タービンロータ軸９（パッキンリング７）の中心を通る水平面を分割面７ａとして、上下方向に二分割され、２つの上パッキンリング７Ａと下パッキンリング７Ｂとを有する。また、図３に示すように、パッキンリング７は、Ｔ字形状の径方向断面を有し、ノズルダイヤフラム内輪６との間でロータ軸９の軸方向の嵌め合い関係を有する凹凸を有しない。
【００２０】
なお、図２に示すように、ノズルダイヤフラム内輪６についてもパッキンリング７と同様に、上ノズルダイヤフラム内輪６Ａと下ノズルダイヤフラム内輪６Ｂとに二分割される。パッキンリング７およびノズルダイヤフラム内輪６の各分割片を特に区別しない場合には、単にパッキンリング７およびノズルダイヤフラム内輪６という。
【００２１】
図２、図３に示すように、上パッキンリング７Ａと下パッキンリング７Ｂとは、リーマボルト１３で結合される。リーマボルト１３は、上下パッキンリング７Ａ、７Ｂと、ロータ軸９との間隙を全周に亘り一様にするために設けられる。すなわち、リーマボルト１３は、パッキンリング７を正円形に保つ。パッキンリング７とロータ軸９との間隙が全周に亘り異なると、圧力のアンバランスが生じ振動の原因となるためである。
【００２２】
図２〜図５に示すように、上下パッキンリング７Ａ、７Ｂは、浮き上がり防止ピン１４により固定される。浮き上がり防止ピン１４は、蒸気の旋回力によるパッキンリング７の回転を防止する。
【００２３】
図２および図３に示すように、パッキンリング７は、ノズルダイヤフラム内輪６とロータ軸９の軸方向に対向する面に、ロータ軸９の軸方向に突出する複数の間隙管理ピン１５を有する。間隙管理ピン１５は、溶接による肉盛で形成されてもよいし、別部材がパッキンリング７に取り付けられてもよい。間隙管理ピン１５は、ノズルダイヤフラム内輪６のダブテール６ａとパッキンリング７との間隙１７に設けられることで、間隙１７を狭小化する。間隙１７は、スケールなどを起因とする固着物が容易に発生する箇所である。シール構造１０は、全周の間隙１７を狭小間隙とすることなく、間隙管理ピン１５を設けた一部の間隙１７を狭小化することで固着を防いでいる。
【００２４】
図２、図３に示すように、シール構造１０は、上下パッキンリング７Ａ、７Ｂとノズルダイヤフラム内輪６とをそれぞれ固定するための支持部材１２を有する。支持部材１２は、支持プレート２０および支持プレート取付ボルト２１を有する。また、図４、図５に示すように、パッキンリング７およびノズルダイヤフラム内輪６は、支持部材１２として凹部７ｂ、６ｂをそれぞれ有する。
【００２５】
ここで、図３〜図５に示すように、支持プレート２０は、例えば金属板であり、凹部６ｂ、７ｂに亘って配置され、ノズルダイヤフラム内輪６とパッキンリング７とを水平面２０ａで支持する。支持プレート取付ボルト（取付ボルト）２１（固定部材）は、ノズルダイヤフラム内輪６に対して支持プレート２０を固定するため、分割面６ｃ（水平面２０ａ）に対して垂直な方向に取り付けられる。
【００２６】
図４、図５に示すように、パッキンリング７の凹部７ｂ（シール部材側凹部）は、分割面７ａから所定高さの位置に形成される。上下パッキンリング７Ａ、７Ｂは、支持プレート２０の水平面２０ａと対向する固定面７ｃと、支持プレート２０の進入を止める壁部７ｄとを有する。
【００２７】
図４に示すように、ノズルダイヤフラム内輪６の凹部６ｂ（静翼内輪側凹部）は、ノズルダイヤフラム内輪６の分割面６ｃから所定高さの位置に形成される。ノズルダイヤフラム内輪６は、支持プレート２０の水平面２０ａと対向する固定面６ｄ、および固定面６ｄに対して垂直方向なボルト孔６ｅを有する。
【００２８】
次に、ノズルダイヤフラム内輪６に対してパッキンリング７を取り外す際の手順について説明する。
【００２９】
図３、図４に示すように、パッキンリング７は、支持プレート２０および取付ボルト２１を介してノズルダイヤフラム内輪６と固定される。このとき、パッキンリング７は、ノズルダイヤフラム内輪６に対して径方向（軸方向と直交する方向）に伸びる支持プレート２０により水平に固定される。また、上パッキンリング７Ａは、指示プレート２０を介して上ノズルダイヤフラム内輪６Ａに対して固定されることにより、落下が防止される。
【００３０】
取り外しの際に上ノズルダイヤフラム内輪６Ａが持ち上げられると、上パッキンリング７Ａは、固定面７ｃにおいて接触する支持プレート２０および取付ボルト２１を介して上ノズルダイヤフラム内輪６Ａと共に持ち上げられる。上ノズルダイヤフラム内輪６Ａと上パッキンリング７Ａとは、蒸気タービン１から取り出される。このとき、上パッキンリング７Ａと下パッキンリング７Ｂとは、リーマボルト１３と浮き上がり防止ピン１４とによる結合から解除される。リーマボルト１３と浮き上がり防止ピン１４とは、下パッキンリング７Ｂから取り外される。
【００３１】
次に、図４、図５に示すように、取付ボルト２１がボルト孔６ｅから取り外されると、支持プレート２０は固定面６ｄに対する接触から開放される（支持プレート２０とノズルダイヤフラム内輪６との固定が解除）。支持プレート２０は、凹部６ｂ、７ｂから水平にスライドされて取り外される。支持プレート２０は、図４の紙面奥から手前方向、図５の右方向から左方向に凹部６ｂ、７ｂから取り外される。
【００３２】
支持プレート２０が取り外されることでパッキンリング７とノズルダイヤフラム内輪６の結合は解除され、パッキンリング７はノズルダイヤフラム内輪６に対してスライドされ容易に取り外される。
【００３３】
ここで、第１実施形態におけるシール構造１０の比較例としてのシール構造について説明する。
【００３４】
図６は、第１実施形態の比較例としてのシール構造５０を特に示す断面図である。
【００３５】
図７は、第１実施形態の比較例としてのシール構造５０の一部を軸方向から示す断面図である。
【００３６】
パッキンリング５７は、周方向に４以上の偶数に分割される。図７においては、分割されたパッキンリング５７のうち、２片が示される。各パッキンリング５７は、周方向に沿って凹部５７ａを有する。また、図６に示すように、各パッキンリング５７は、凹部５７ａでノズルダイヤフラム内輪５６のダブテール５６ａのフック面５６ｂに支持され、ノズルダイヤフラム内輪５６に固定される。
【００３７】
パッキンリング５７は、固定溝５７ｂに設けられる板バネ６０を介してフック面５６ｂに対してロータ軸５９方向に押しつけられて固定される。蒸気タービンが運転している状態では更に蒸気による圧力差が生じ、パッキンリング５７のフック面５６ｂへの押付力は増す。
【００３８】
このとき、図６、図７に示すように、蒸気成分に含まれるスケール成分などはダブテール５６ａ、および分割面に形成されるバットクリアランス６１に進入し、パッキンリング５７とダブテール５６ａとの間隙や、板バネ６０の固定溝５７ｂに付着し固着物となる。
【００３９】
蒸気タービンが長期的に運用される場合、間隙に固着物が堆積しノズルダイヤフラム内輪５６とパッキンリング５７、ノズルダイヤフラム内輪５６またはパッキンリング５７と板バネ６０、およびパッキンリング５７同士を固着させてしまう。
【００４０】
また、パッキンリング５７は、板バネ６０によってフック面５６ｂに押し付けられて間隙がなくなる。しかし、実際には狭小間隙が形成され、この狭小間隙にスケールは進入し、固着物が発生してしまう。
【００４１】
ここで、図６に示すように、定例検査時にパッキンリング５７のシールフィン５８を植え替える、またはパッキンリング５７を交換する場合においてこのような固着が生じた場合には、パッキンリング５７をノズルダイヤフラム内輪５６から容易に外すことは困難である。比較例としてのシール構造５０は、パッキンリング５７を外す際、ハンマーなどの工具でたたくなどして取り外す行為が必要となる。
【００４２】
これにより、パッキンリング５７を外す際、ロータ軸５９のフィンを傷つけたり欠損させたりする可能性がある。また、下半側のパッキンリング５７の分割片をそれぞれを取り外す際は、ロータ軸５９を抜き出す必要があり、定検工事の時間が短縮できなかった。
【００４３】
これに対し、第１実施形態におけるシール構造１０は、図３に示すように、ノズルダイヤフラム内輪６のダブテール６ａにフック面を設けず、また、パッキンリング７にダブテール６ａに対応する凹部を設けない。また、ノズルダイヤフラム内輪６とパッキンリング７との間隙を調整するための板バネ６０のような部材を設けない。
【００４４】
すなわち、シール構造１０は、パッキンリング７とノズルダイヤフラム内輪６とに、パッキンリング７をノズルダイヤフラム内輪６に固定するための凹凸構造を設けず、不要な間隙を形成させないようにした。
【００４５】
シール構造１０は、パッキンリング７とノズルダイヤフラム内輪６との間隙にスケールなどを堆積させることがないため、両者の固着を低減させることができる。これにより、シール構造１０は、パッキンリング７とノズルダイヤフラム内輪６とを容易に着脱することができ、メンテナンス時における作業工程や手間を低減することができる。
【００４６】
［第２実施形態］
本発明に係るシール構造およびそれを備える蒸気タービンの第２実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４７】
図８は、第２実施形態における蒸気タービンに設けられるシール構造７０の構成図である。
【００４８】
図９は、第２実施形態のシール構造７０を軸方向から示す構成図である。
【００４９】
第２実施形態におけるシール構造７０が第１実施形態と異なる点は、支持プレート８１の形状がＬ字形である点である。第１実施形態と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５０】
図８に示すように、シール構造７０は、上下パッキンリング（以下、単にパッキンリングという。）７７とノズルダイヤフラム内輪７６とをそれぞれ固定するための支持部材８０を有する。支持部材８０は、支持プレート８１および支持プレート取付ボルト（取付ボルト）８２を有する。また、図９に示すように、パッキンリング７７およびノズルダイヤフラム内輪７６は、支持部材８０として、凹部７７ｂ、７６ｂをそれぞれ有する。
【００５１】
ここで、図８、図９に示すように、支持プレート８１は、ノズルダイヤフラム内輪７６に対してパッキンリング７７を固定する固定部８１ａ（第１実施形態における支持プレート２０と同機能）と、ノズルダイヤフラム内輪７６の分割面７６ｃにおけるシール機能を有するシール部８１ｂとを有する。固定部８１ａは、凹部７６ｂと凹部７７ｂとに亘って挿入される。シール部８１ｂは、二分割されたノズルダイヤフラム内輪７６の分割面７６ｃに沿って、分割面７６ｃをシールする。支持プレート８１は、上下のノズルダイヤフラム内輪７６および上下のパッキンリング７７に共通して用いられる。
【００５２】
図９に示すように、パッキンリング７７の凹部７７ｂは、パッキンリング７７の分割面７７ａから所定高さまで形成される。ノズルダイヤフラム内輪７６の凹部７６ｂは、凹部７７ｂと同様に所定高さまで形成される。凹部７６ｂは、Ｌ字形の支持プレート８１の形状に合わせたＬ字形に形成される。
【００５３】
図８、図９に示すように、ノズルダイヤフラム内輪７６は、支持プレート８１の固定部８１ａと対向する固定面７６ｄ、および固定面７６ｄに対して垂直方向なボルト孔７６ｅを有する。
【００５４】
支持プレート８１は、上下のパッキンリング７７およびノズルダイヤフラム内輪７６に共通して用いられるため、上下のパッキンリング７７およびノズルダイヤフラム内輪７６に設けられる各凹部７６ｂ、７７ｂは分割面７７ａ、７６ｃにおいて連結されている。
【００５５】
支持プレート８１は、ノズルダイヤフラム内輪７６およびパッキンリング７７に対して上下方向（図８の上下方向）に着脱される。支持プレート８１は、凹部７６ｂ、７７ｂへの取付時においては、取付ボルト８２によりノズルダイヤフラム内輪７６に固定される。
【００５６】
取り外しの際には、取付ボルト８２を外し、支持プレート８１を抜くことで、パッキンリング７７はダイヤフラム内輪７６から容易に取り外される。
【００５７】
第２実施形態におけるシール構造７０および蒸気タービンは、第１実施形態のシール構造が奏する効果に加え、支持プレート８１のシール部８１ｂは、上下に分割されたノズルダイヤフラム内輪７６の分割面７６ｃをシールするため、蒸気タービンのシール機能を高めることができる。
【００５８】
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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００５９】
例えば、各実施形態におけるシール構造は、固着物の発生を防止し、パッキンリングの着脱が容易であることから、以下の構造を地熱タービン（蒸気タービン）のシール構造に採用することが容易となる。
【００６０】
図１０は、第２実施形態のシール構造の第１の変形例を示す構成図である。
【００６１】
図１１は、第２実施形態のシール構造の第２の変形例を示す構成図である。
【００６２】
シール構造７０は、パッキンリング７７と対向するタービンロータ軸９の外周面にシールフィン９ａを設けてもよい。
【００６３】
また、シールフィン９ａと対向するパッキンリング７７のシール面に、アブレイダブルコーティング７８を施してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１ 蒸気タービン
６、７６ ノズルダイヤフラム内輪
６Ａ 上ノズルダイヤフラム内輪
６Ｂ 下ノズルダイヤフラム内輪
６ａ ダブテール
６ｂ、７６ｂ 凹部
６ｃ、７６ｃ 分割面
６ｅ、７６ｅ ボルト孔
７、７７ パッキンリング
７Ａ 上パッキンリング
７Ｂ 下パッキンリング
７ａ、７７ａ 分割面
７ｂ、７７ｂ 凹部
１０、７０ シール構造
１２、８０ 支持部材
１３ リーマボルト
１４ 浮き上がり防止ピン
１５ 間隙管理ピン
２０、８１ 支持プレート
２１、８２ 支持プレート取付ボルト
８１ａ 固定部
８１ｂ シール部
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、シール構造およびそのシール構造を備えた蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
地熱タービンは、地下のマグマなどの加熱源によって加熱された蒸気を直接タービンに導入して作動流体とし、回転動力を得ようとするものである。地熱蒸気は、地下水がマグマなどの地熱によって加熱されて発生する性質上、硫化水素、塩分などの腐食性成分や、シリカ、カルシウムなどのスケール成分、砂、泥、酸化鉄などの固体粒子を含む。
【０００３】
地熱タービンは、タービンロータ軸とノズルダイヤフラム内輪とで形成される間隙に、シール構造を備える。シール構造は、ノズルダイヤフラム内輪に対して間隙を形成しながら固定されるパッキンリングを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２１４１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したスケール成分などは、シール構造が形成する間隙に進入し、固着物として付着する。地熱タービンが長期的に運用される場合、間隙に固着物が堆積し、ノズルダイヤフラムとパッキンリング、シール構造を構成するその他の部材、またはシール構造を構成する部材同士を固着させてしまう。
【０００６】
定例検査時においては、パッキンリングのフィンが植え替えられたり、またはパッキンリングが交換されたりする。パッキンリングをノズルダイヤフラムから外す場合、固着物により両者は固着しており、パッキンリングを容易に外すことは困難である。このため、パッキンリングの取り外しには、ハンマーで強打するなどの取り外しのための作業が生じてしまう。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、着脱作業を容易にするシール構造およびそれを備えた蒸気タービンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るシール構造の実施形態は、上述した課題を解決するために、タービンロータ軸を収容するタービンケーシング内に設けられ、前記タービンロータ軸中心を通る水平面を分割面として二分割された静翼内輪と、前記静翼内輪の内周面と前記タービンロータ軸の外周面との間に配置されたシール部材とを有する。静翼内輪は、前記分割面から所定高さの位置に設けられた静翼内輪側凹部を有する。シール部材は、前記分割面で二分割され、前記分割面から所定高さの位置に設けられたシール部材側凹部を有する。前記静翼内輪側凹部と前記シール部材側凹部とに亘って支持プレートが挿入される。支持プレートは、前記分割面に対して垂直方向に前記静翼内輪に対して固定部材により固定される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態におけるシール構造および蒸気タービンの一部を示す断面図。
【図２】第１実施形態におけるシール構造の全体を軸方向から示す断面図。
【図３】図１の領域IIIの拡大図。
【図４】図２の領域IVの拡大図。
【図５】図４の矢印Ｖ方向からシール構造を示す構成図。
【図６】第１実施形態の比較例としてのシール構造を特に示す断面図。
【図７】第１実施形態の比較例としてのシール構造の一部を軸方向から示す断面図。
【図８】第２実施形態におけるシール構造の構成図。
【図９】第２実施形態のシール構造を軸方向から示す構成図。
【図１０】第２実施形態のシール構造の第１の変形例を示す構成図。
【図１１】第２実施形態のシール構造の第２の変形例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１実施形態］
本発明に係るシール構造およびそれを備える蒸気タービンの第１実施形態を添付図面に基づいて説明する。各実施形態においては、シール構造および蒸気タービンは、地熱タービンに適用される場合に好適に作用する。
【００１１】
図１は、第１実施形態におけるシール構造１０および蒸気タービン１の一部を示す断面図である。
【００１２】
蒸気タービン１は、タービンケーシング２内にタービン段落を多段落構造に、かつ同芯状に有する。タービン段落は、ノズル３（静翼）と動翼４との組み合わせで構成される。ノズル３は、ノズルダイヤフラム外輪５と、このノズルダイヤフラム外輪５の半径方向内側に位置するノズルダイヤフラム内輪６（静翼内輪）との間に設けられる。動翼４は、ノズル３の下流側に対向して配置され、タービンロータ軸９の縁周方向に翼列をなす。
【００１３】
ノズルダイヤフラム内輪６の内周側には、シール構造１０が設けられる。シール構造１０は、パッキンリング７およびシールフィン８を有する。パッキンリング７は、ノズルダイヤフラム内輪６の内周面とタービンロータ軸９の外周面との間に配置される。パッキンリング７は、支持部材１２によりノズルダイヤフラム内輪６に支持される。シールフィン８は、パッキンリング７のシール面に複数状設けられ、断面櫛歯状である。
【００１４】
タービンケーシング２内に設けられるタービンロータ軸９は、シールフィン８に対向する外表面に、凹凸状溝９ａを有する。凹凸状溝９ａとシールフィン８とは、微小な間隙を形成し、ラビリンス構造の蒸気シール部を構成する。蒸気タービン１は、蒸気シール部により蒸気の漏洩を防止するタービンロータ軸９の蒸気漏洩防止構造を得る。
【００１５】
図２は、第１実施形態におけるシール構造１０の全体を軸方向から示す断面図である。図２は、シール構造１０の説明を容易にするため、ノズルダイヤフラム内輪６およびパッキンリング７を断面で示す。
【００１６】
図３は、図１の領域IIIの拡大図である。なお図３は、図１とは逆方向（紙面奥から手前）から見た場合の領域IIIの拡大図である。
【００１７】
図４は、図２の領域IVの拡大図である。
【００１８】
図５は、図４の矢印Ｖ方向からシール構造１０を示す構成図である。
【００１９】
図２に示すように、パッキンリング７（シール部材）は、タービンロータ軸９（パッキンリング７）の中心を通る水平面を分割面７ａとして、上下方向に二分割され、２つの上パッキンリング７Ａと下パッキンリング７Ｂとを有する。また、図３に示すように、パッキンリング７は、Ｔ字形状の径方向断面を有し、ノズルダイヤフラム内輪６との間でロータ軸９の軸方向の嵌め合い関係を有する凹凸を有しない。
【００２０】
なお、図２に示すように、ノズルダイヤフラム内輪６についてもパッキンリング７と同様に、上ノズルダイヤフラム内輪６Ａと下ノズルダイヤフラム内輪６Ｂとに二分割される。パッキンリング７およびノズルダイヤフラム内輪６の各分割片を特に区別しない場合には、単にパッキンリング７およびノズルダイヤフラム内輪６という。
【００２１】
図２、図３に示すように、上パッキンリング７Ａと下パッキンリング７Ｂとは、リーマボルト１３で結合される。リーマボルト１３は、上下パッキンリング７Ａ、７Ｂと、ロータ軸９との間隙を全周に亘り一様にするために設けられる。すなわち、リーマボルト１３は、パッキンリング７を正円形に保つ。パッキンリング７とロータ軸９との間隙が全周に亘り異なると、圧力のアンバランスが生じ振動の原因となるためである。
【００２２】
図２〜図５に示すように、上下パッキンリング７Ａ、７Ｂは、浮き上がり防止ピン１４により固定される。浮き上がり防止ピン１４は、蒸気の旋回力によるパッキンリング７の回転を防止する。
【００２３】
図２および図３に示すように、パッキンリング７は、ノズルダイヤフラム内輪６とロータ軸９の軸方向に対向する面に、ロータ軸９の軸方向に突出する複数の間隙管理ピン１５を有する。間隙管理ピン１５は、溶接による肉盛で形成されてもよいし、別部材がパッキンリング７に取り付けられてもよい。間隙管理ピン１５は、ノズルダイヤフラム内輪６のダブテール６ａとパッキンリング７との間隙１７に設けられることで、間隙１７を狭小化する。間隙１７は、スケールなどを起因とする固着物が容易に発生する箇所である。シール構造１０は、全周の間隙１７を狭小間隙とすることなく、間隙管理ピン１５を設けた一部の間隙１７を狭小化することで固着を防いでいる。
【００２４】
図２、図３に示すように、シール構造１０は、上下パッキンリング７Ａ、７Ｂとノズルダイヤフラム内輪６とをそれぞれ固定するための支持部材１２を有する。支持部材１２は、支持プレート２０および支持プレート取付ボルト２１を有する。また、図４、図５に示すように、パッキンリング７およびノズルダイヤフラム内輪６は、支持部材１２として凹部７ｂ、６ｂをそれぞれ有する。
【００２５】
ここで、図３〜図５に示すように、支持プレート２０は、例えば金属板であり、凹部６ｂ、７ｂに亘って配置され、ノズルダイヤフラム内輪６とパッキンリング７とを水平面２０ａで支持する。支持プレート取付ボルト（取付ボルト）２１（固定部材）は、ノズルダイヤフラム内輪６に対して支持プレート２０を固定するため、分割面６ｃ（水平面２０ａ）に対して垂直な方向に取り付けられる。
【００２６】
図４、図５に示すように、パッキンリング７の凹部７ｂ（シール部材側凹部）は、分割面７ａから所定高さの位置に形成される。上下パッキンリング７Ａ、７Ｂは、支持プレート２０の水平面２０ａと対向する固定面７ｃと、支持プレート２０の進入を止める壁部７ｄとを有する。
【００２７】
図４に示すように、ノズルダイヤフラム内輪６の凹部６ｂ（静翼内輪側凹部）は、ノズルダイヤフラム内輪６の分割面６ｃから所定高さの位置に形成される。ノズルダイヤフラム内輪６は、支持プレート２０の水平面２０ａと対向する固定面６ｄ、および固定面６ｄに対して垂直方向なボルト孔６ｅを有する。
【００２８】
次に、ノズルダイヤフラム内輪６に対してパッキンリング７を取り外す際の手順について説明する。
【００２９】
図３、図４に示すように、パッキンリング７は、支持プレート２０および取付ボルト２１を介してノズルダイヤフラム内輪６と固定される。このとき、パッキンリング７は、ノズルダイヤフラム内輪６に対して径方向（軸方向と直交する方向）に伸びる支持プレート２０により水平に固定される。また、上パッキンリング７Ａは、指示プレート２０を介して上ノズルダイヤフラム内輪６Ａに対して固定されることにより、落下が防止される。
【００３０】
取り外しの際に上ノズルダイヤフラム内輪６Ａが持ち上げられると、上パッキンリング７Ａは、固定面７ｃにおいて接触する支持プレート２０および取付ボルト２１を介して上ノズルダイヤフラム内輪６Ａと共に持ち上げられる。上ノズルダイヤフラム内輪６Ａと上パッキンリング７Ａとは、蒸気タービン１から取り出される。このとき、上パッキンリング７Ａと下パッキンリング７Ｂとは、リーマボルト１３と浮き上がり防止ピン１４とによる結合から解除される。リーマボルト１３と浮き上がり防止ピン１４とは、下パッキンリング７Ｂから取り外される。
【００３１】
次に、図４、図５に示すように、取付ボルト２１がボルト孔６ｅから取り外されると、支持プレート２０は固定面６ｄに対する接触から開放される（支持プレート２０とノズルダイヤフラム内輪６との固定が解除）。支持プレート２０は、凹部６ｂ、７ｂから水平にスライドされて取り外される。支持プレート２０は、図４の紙面奥から手前方向、図５の右方向から左方向に凹部６ｂ、７ｂから取り外される。
【００３２】
支持プレート２０が取り外されることでパッキンリング７とノズルダイヤフラム内輪６の結合は解除され、パッキンリング７はノズルダイヤフラム内輪６に対してスライドされ容易に取り外される。
【００３３】
ここで、第１実施形態におけるシール構造１０の比較例としてのシール構造について説明する。
【００３４】
図６は、第１実施形態の比較例としてのシール構造５０を特に示す断面図である。
【００３５】
図７は、第１実施形態の比較例としてのシール構造５０の一部を軸方向から示す断面図である。
【００３６】
パッキンリング５７は、周方向に４以上の偶数に分割される。図７においては、分割されたパッキンリング５７のうち、２片が示される。各パッキンリング５７は、周方向に沿って凹部５７ａを有する。また、図６に示すように、各パッキンリング５７は、凹部５７ａでノズルダイヤフラム内輪５６のダブテール５６ａのフック面５６ｂに支持され、ノズルダイヤフラム内輪５６に固定される。
【００３７】
パッキンリング５７は、固定溝５７ｂに設けられる板バネ６０を介してフック面５６ｂに対してロータ軸５９方向に押しつけられて固定される。蒸気タービンが運転している状態では更に蒸気による圧力差が生じ、パッキンリング５７のフック面５６ｂへの押付力は増す。
【００３８】
このとき、図６、図７に示すように、蒸気成分に含まれるスケール成分などはダブテール５６ａ、および分割面に形成されるバットクリアランス６１に進入し、パッキンリング５７とダブテール５６ａとの間隙や、板バネ６０の固定溝５７ｂに付着し固着物となる。
【００３９】
蒸気タービンが長期的に運用される場合、間隙に固着物が堆積しノズルダイヤフラム内輪５６とパッキンリング５７、ノズルダイヤフラム内輪５６またはパッキンリング５７と板バネ６０、およびパッキンリング５７同士を固着させてしまう。
【００４０】
また、パッキンリング５７は、板バネ６０によってフック面５６ｂに押し付けられて間隙がなくなる。しかし、実際には狭小間隙が形成され、この狭小間隙にスケールは進入し、固着物が発生してしまう。
【００４１】
ここで、図６に示すように、定例検査時にパッキンリング５７のシールフィン５８を植え替える、またはパッキンリング５７を交換する場合においてこのような固着が生じた場合には、パッキンリング５７をノズルダイヤフラム内輪５６から容易に外すことは困難である。比較例としてのシール構造５０は、パッキンリング５７を外す際、ハンマーなどの工具でたたくなどして取り外す行為が必要となる。
【００４２】
これにより、パッキンリング５７を外す際、ロータ軸５９のフィンを傷つけたり欠損させたりする可能性がある。また、下半側のパッキンリング５７の分割片をそれぞれを取り外す際は、ロータ軸５９を抜き出す必要があり、定検工事の時間が短縮できなかった。
【００４３】
これに対し、第１実施形態におけるシール構造１０は、図３に示すように、ノズルダイヤフラム内輪６のダブテール６ａにフック面を設けず、また、パッキンリング７にダブテール６ａに対応する凹部を設けない。また、ノズルダイヤフラム内輪６とパッキンリング７との間隙を調整するための板バネ６０のような部材を設けない。
【００４４】
すなわち、シール構造１０は、パッキンリング７とノズルダイヤフラム内輪６とに、パッキンリング７をノズルダイヤフラム内輪６に固定するための凹凸構造を設けず、不要な間隙を形成させないようにした。
【００４５】
シール構造１０は、パッキンリング７とノズルダイヤフラム内輪６との間隙にスケールなどを堆積させることがないため、両者の固着を低減させることができる。これにより、シール構造１０は、パッキンリング７とノズルダイヤフラム内輪６とを容易に着脱することができ、メンテナンス時における作業工程や手間を低減することができる。
【００４６】
［第２実施形態］
本発明に係るシール構造およびそれを備える蒸気タービンの第２実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４７】
図８は、第２実施形態における蒸気タービンに設けられるシール構造７０の構成図である。
【００４８】
図９は、第２実施形態のシール構造７０を軸方向から示す構成図である。
【００４９】
第２実施形態におけるシール構造７０が第１実施形態と異なる点は、支持プレート８１の形状がＬ字形である点である。第１実施形態と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００５０】
図８に示すように、シール構造７０は、上下パッキンリング（以下、単にパッキンリングという。）７７とノズルダイヤフラム内輪７６とをそれぞれ固定するための支持部材８０を有する。支持部材８０は、支持プレート８１および支持プレート取付ボルト（取付ボルト）８２を有する。また、図９に示すように、パッキンリング７７およびノズルダイヤフラム内輪７６は、支持部材８０として、凹部７７ｂ、７６ｂをそれぞれ有する。
【００５１】
ここで、図８、図９に示すように、支持プレート８１は、ノズルダイヤフラム内輪７６に対してパッキンリング７７を固定する固定部８１ａ（第１実施形態における支持プレート２０と同機能）と、ノズルダイヤフラム内輪７６の分割面７６ｃにおけるシール機能を有するシール部８１ｂとを有する。固定部８１ａは、凹部７６ｂと凹部７７ｂとに亘って挿入される。シール部８１ｂは、二分割されたノズルダイヤフラム内輪７６の分割面７６ｃに沿って、分割面７６ｃをシールする。支持プレート８１は、上下のノズルダイヤフラム内輪７６および上下のパッキンリング７７に共通して用いられる。
【００５２】
図９に示すように、パッキンリング７７の凹部７７ｂは、パッキンリング７７の分割面７７ａから所定高さまで形成される。ノズルダイヤフラム内輪７６の凹部７６ｂは、凹部７７ｂと同様に所定高さまで形成される。凹部７６ｂは、Ｌ字形の支持プレート８１の形状に合わせたＬ字形に形成される。
【００５３】
図８、図９に示すように、ノズルダイヤフラム内輪７６は、支持プレート８１の固定部８１ａと対向する固定面７６ｄ、および固定面７６ｄに対して垂直方向なボルト孔７６ｅを有する。
【００５４】
支持プレート８１は、上下のパッキンリング７７およびノズルダイヤフラム内輪７６に共通して用いられるため、上下のパッキンリング７７およびノズルダイヤフラム内輪７６に設けられる各凹部７６ｂ、７７ｂは分割面７７ａ、７６ｃにおいて連結されている。
【００５５】
支持プレート８１は、ノズルダイヤフラム内輪７６およびパッキンリング７７に対して上下方向（図８の上下方向）に着脱される。支持プレート８１は、凹部７６ｂ、７７ｂへの取付時においては、取付ボルト８２によりノズルダイヤフラム内輪７６に固定される。
【００５６】
取り外しの際には、取付ボルト８２を外し、支持プレート８１を抜くことで、パッキンリング７７はダイヤフラム内輪７６から容易に取り外される。
【００５７】
第２実施形態におけるシール構造７０および蒸気タービンは、第１実施形態のシール構造が奏する効果に加え、支持プレート８１のシール部８１ｂは、上下に分割されたノズルダイヤフラム内輪７６の分割面７６ｃをシールするため、蒸気タービンのシール機能を高めることができる。
【００５８】
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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００５９】
例えば、各実施形態におけるシール構造は、固着物の発生を防止し、パッキンリングの着脱が容易であることから、以下の構造を地熱タービン（蒸気タービン）のシール構造に採用することが容易となる。
【００６０】
図１０は、第２実施形態のシール構造の第１の変形例を示す構成図である。
【００６１】
図１１は、第２実施形態のシール構造の第２の変形例を示す構成図である。
【００６２】
シール構造７０は、パッキンリング７７と対向するタービンロータ軸９の外周面にシールフィン９ａを設けてもよい。
【００６３】
また、シールフィン９ａと対向するパッキンリング７７のシール面に、アブレイダブルコーティング７８を施してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１ 蒸気タービン
６、７６ ノズルダイヤフラム内輪
６Ａ 上ノズルダイヤフラム内輪
６Ｂ 下ノズルダイヤフラム内輪
６ａ ダブテール
６ｂ、７６ｂ 凹部
６ｃ、７６ｃ 分割面
６ｅ、７６ｅ ボルト孔
７、７７ パッキンリング
７Ａ 上パッキンリング
７Ｂ 下パッキンリング
７ａ、７７ａ 分割面
７ｂ、７７ｂ 凹部
１０、７０ シール構造
１２、８０ 支持部材
１３ リーマボルト
１４ 浮き上がり防止ピン
１５ 間隙管理ピン
２０、８１ 支持プレート
２１、８２ 支持プレート取付ボルト
８１ａ 固定部
８１ｂ シール部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータ軸を収容するタービンケーシング内に設けられ、前記タービンロータ軸中心を通る水平面を分割面として二分割され、前記分割面から所定高さの位置に設けられた静翼内輪側凹部を有する静翼内輪と、
前記静翼内輪の内周面と前記タービンロータ軸の外周面との間に配置され、前記分割面で二分割され、前記分割面から所定高さの位置に設けられたシール部材側凹部を有するシール部材と、
前記静翼内輪側凹部と前記シール部材側凹部とに亘って挿入される支持プレートと、
前記分割面に対して垂直方向に前記支持プレートを前記静翼内輪に固定する固定部材とを備えたことを特徴とするシール構造。
【請求項２】
前記シール部材は、Ｔ字形状の径方向断面を有する請求項１記載のシール構造。
【請求項３】
前記支持プレートは、前記静翼内輪側凹部と前記シール部材側凹部とに亘って挿入される固定部と、二分割された前記静翼内輪の分割面に沿うシール部とを有する請求項１または２記載のシール構造。
【請求項４】
前記シール部材は、前記静翼内輪と軸方向において対向する面に、凸部を有する請求項１〜３のいずれか一項記載のシール構造。
【請求項５】
二分割された前記シール部材を分割面において結合する結合部材をさらに備えた請求項１〜４のいずれか一項のシール構造。
【請求項６】
前記タービンロータ軸は、前記シール部材と対向する外周面にシールフィンを有する請求項１〜５のいずれか一項記載のシール構造。
【請求項７】
前記シール部材は、前記シールフィンと対向する面にアブレイダブルコーティングを有する請求項６記載のシール構造。
【請求項８】
タービンロータ軸を収容するタービンケーシングと、
前記タービンケーシング内に設けられる静翼と、前記静翼の下流側に対向配置された前記タービンロータ軸の縁周方向に翼列をなして設けられる動翼とを有するタービン段落と、
前記タービンロータ軸中心を通る水平面を分割面として二分割され、前記分割面から所定高さの位置に設けられた静翼内輪側凹部を有する静翼内輪と、
前記静翼内輪の内周面と前記タービンロータ軸の外周面との間に配置され、前記分割面で二分割され、前記分割面から所定高さの位置に設けられたシール部材側凹部を有するシール部材と、
前記静翼内輪側凹部と前記シール部材側凹部とに亘って挿入される支持プレートと、
前記分割面に対して垂直方向に前記支持プレートを前記静翼内輪に固定する固定部材とを備えたことを特徴とする蒸気タービン。
【請求項１】
タービンロータ軸を収容するタービンケーシング内に設けられ、前記タービンロータ軸中心を通る水平面を分割面として二分割され、前記分割面から所定高さの位置に設けられた静翼内輪側凹部を有する静翼内輪と、
前記静翼内輪の内周面と前記タービンロータ軸の外周面との間に配置され、前記分割面で二分割され、前記分割面から所定高さの位置に設けられたシール部材側凹部を有するシール部材と、
前記静翼内輪側凹部と前記シール部材側凹部とに亘って挿入される支持プレートと、
前記分割面に対して垂直方向に前記支持プレートを前記静翼内輪に固定する固定部材とを備えたことを特徴とするシール構造。
【請求項２】
前記シール部材は、Ｔ字形状の径方向断面を有する請求項１記載のシール構造。
【請求項３】
前記支持プレートは、前記静翼内輪側凹部と前記シール部材側凹部とに亘って挿入される固定部と、二分割された前記静翼内輪の分割面に沿うシール部とを有する請求項１または２記載のシール構造。
【請求項４】
前記シール部材は、前記静翼内輪と軸方向において対向する面に、凸部を有する請求項１〜３のいずれか一項記載のシール構造。
【請求項５】
二分割された前記シール部材を分割面において結合する結合部材をさらに備えた請求項１〜４のいずれか一項のシール構造。
【請求項６】
前記タービンロータ軸は、前記シール部材と対向する外周面にシールフィンを有する請求項１〜５のいずれか一項記載のシール構造。
【請求項７】
前記シール部材は、前記シールフィンと対向する面にアブレイダブルコーティングを有する請求項６記載のシール構造。
【請求項８】
タービンロータ軸を収容するタービンケーシングと、
前記タービンケーシング内に設けられる静翼と、前記静翼の下流側に対向配置された前記タービンロータ軸の縁周方向に翼列をなして設けられる動翼とを有するタービン段落と、
前記タービンロータ軸中心を通る水平面を分割面として二分割され、前記分割面から所定高さの位置に設けられた静翼内輪側凹部を有する静翼内輪と、
前記静翼内輪の内周面と前記タービンロータ軸の外周面との間に配置され、前記分割面で二分割され、前記分割面から所定高さの位置に設けられたシール部材側凹部を有するシール部材と、
前記静翼内輪側凹部と前記シール部材側凹部とに亘って挿入される支持プレートと、
前記分割面に対して垂直方向に前記支持プレートを前記静翼内輪に固定する固定部材とを備えたことを特徴とする蒸気タービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−５００４４（Ｐ２０１３−５００４４Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８７２３１（Ｐ２０１１−１８７２３１）
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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