シール装置、および蒸気タービン
【課題】接触による破損を防止でき、回転部と静止部との間を通って漏洩する蒸気の量を少なくでき、蒸気タービンの発電効率を高めることができるシール装置、およびこのシール装置を備えた蒸気タービンを提供することを課題とする。
【解決手段】実施形態に係るシール装置は、回転するタービン動翼の先端に対向して、ダイアフラム外輪に設けられた凹部に支持され、タービン動翼の径方向に揺動可能に設けられた揺動片と、この揺動片からタービン動翼に向けて径方向に凸設され、タービン動翼の先端と揺動片との間の隙間を狭めるシールフィンと、揺動片の径方向への揺動を緩衝する径方向ダンパーと、を有する。
【解決手段】実施形態に係るシール装置は、回転するタービン動翼の先端に対向して、ダイアフラム外輪に設けられた凹部に支持され、タービン動翼の径方向に揺動可能に設けられた揺動片と、この揺動片からタービン動翼に向けて径方向に凸設され、タービン動翼の先端と揺動片との間の隙間を狭めるシールフィンと、揺動片の径方向への揺動を緩衝する径方向ダンパーと、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、タービンノズルを含む静止部とタービン動翼を含む回転部との間の隙間に取り付けられるシール装置、およびこのシール装置を備えた蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化を抑制するため、各種発電プラントにおいて、発電効率の改善が強く望まれている。また、発電に必要な燃料の消費量を減らしたり、二酸化炭素の排出量を減らしたりする種々の取り組みもなされている。
【０００３】
発電効率を低下させる１つの要因として、タービン段落の損失が上げられる。タービン段落の損失には、様々なものがあり、翼形状そのものに起因するプロファイル損失、翼列間を流れる流体力に起因する二次流れ損失、作動流体が翼列間を通過せずに翼列の外に漏洩する外部漏洩損失などがある。
【０００４】
このうち、外部漏洩損失は、タービンノズルを含む静止部とタービン動翼を含む回転部との間の隙間、例えば、タービン動翼の先端と静止部との間にある隙間を通る蒸気の漏れに起因する。回転部と静止部の接触を防止するため、両者の間には隙間が必要であり、このような外部漏洩損失が無くなることはない。
【０００５】
蒸気がタービン翼列の外に漏洩すると、その分、タービンを回すための蒸気が減り、タービン出力が低下する。また、漏洩した蒸気がタービン翼列を通った後の作動蒸気に合流する際、流れ方向の違いに起因した損失が発生する。
【０００６】
このため、従来の蒸気タービンでは、回転部と静止部との間の隙間にシールフィンを取り付けて、蒸気の漏洩を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２９７９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述した外部漏洩損失を抑制するため、タービン動翼を含む回転部と静止部との間の隙間を狭めると、タービン動翼の回転によってシールフィンが静止部に接触し易くなり、シールフィンが破損したり、接触によりタービン動翼の回転軸が振動してタービンの運転が不能になったり、接触による発熱により回転部に損傷を生じたりする不具合を生じる。
【０００９】
このような不具合を防止するため、逆に、シールフィンが接触しないように、回転部と静止部との間の隙間を広げると、その分、漏洩する蒸気が多くなって、タービン動翼を回転するための蒸気の量が少なくなり、発電効率が低下してしまう。
【００１０】
よって、接触による破損を防止でき、回転部と静止部との間を通って漏洩する蒸気の量を少なくでき、蒸気タービンの発電効率を高めることができるシール装置の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態に係るシール装置は、回転するタービン動翼の先端に対向して、ダイアフラム外輪に設けられた凹部に支持され、タービン動翼の径方向に揺動可能に設けられた揺動片と、この揺動片からタービン動翼に向けて径方向に凸設され、タービン動翼の先端と揺動片との間の隙間を狭めるシールフィンと、揺動片の径方向への揺動を緩衝する径方向ダンパーと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るシール装置を備えた蒸気タービンの要部を示す部分拡大断面図である。
【図２】図２は、図１の蒸気タービンのタービン段落の１つを示す部分拡大断面図である。
【図３】図３は、図２の揺動片の支持構造を示す部分拡大断面図である。
【図４】図４は、図３の揺動片が僅かに揺動した状態を示す部分拡大断面図である。
【図５】図５は、第２の実施形態に係るシール装置を示す部分拡大断面図である。
【図６】図６は、第３の実施形態に係るシール装置を示す部分拡大断面図である。
【図７】図７は、第４の実施形態に係るシール装置を示す部分拡大断面図である。
【図８】図８は、図７の要部を部分的に拡大して示す部分拡大断面図である。
【図９】図９は、第５の実施形態に係るシール装置を示す部分拡大断面図である。
【図１０】図１０は、第６の実施形態に係るシール装置を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。
図１には、第１の実施形態に係るシール装置１０を備えた蒸気タービン１の要部を示す部分拡大断面図を示してある。図２には、図１のタービン段落の１つを拡大した部分拡大断面図を示してある。図３には、図２の揺動片１１の支持構造を説明するための部分拡大断面図を示してある。
【００１４】
図１に示すように、蒸気タービン１は、複数段のタービンノズル２を備えた静止部４、および複数段のタービン動翼６を備えた回転部８を有する。静止部４は、蒸気タービン１の略円筒形のケーシング１００の内面側に固設された複数段のタービンノズル２を有する。回転部８は、ケーシング１００内で静止部４に対して回転可能に設けられたローター５および複数段のタービン動翼６を有する。
【００１５】
すなわち、回転部８は、図示矢印Ｓ方向に流れる蒸気を各タービン段落のタービンノズル２を介してタービン動翼６に吹き付けることで回転される。つまり、蒸気の流れは、複数段のタービン動翼６を取り付けたローター５を回転させる。蒸気タービン１は、このローター５の回転力を取り出して電力に変える。
【００１６】
図１では、軸方向に並んだ３つのタービン段落を部分的に図示してあるが、タービン段落の数は任意に設定可能である。１つのタービン段落は、図２に示すように、蒸気の流れ方向（図示矢印Ｓ方向）に沿って上流側に配置されたタービンノズル２と下流側に配置されたタービン動翼６を含む。
【００１７】
より詳細には、各タービン段落は、それぞれ、蒸気の流れ方向に沿って上流側に周方向に並んだ複数のタービンノズル２を備え、下流側に周方向に並んだ複数のタービン動翼６を備えている。つまり、ここでは図示を省略してあるが、各タービン段落のタービンノズル２は、周方向に等間隔で並んで複数設けられており、各タービン段落のタービン動翼６も、周方向に等間隔で並んで複数設けられている。
【００１８】
各タービン段落の複数のタービンノズル２は、ケーシング１００に固設されたダイアフラム外輪３ａとダイアフラム内輪３ｂとの間に取り付けられている。また、各タービン段落の複数のタービン動翼６は、その基端部が、ローター５の外周から一体に凸設された略円環状のローターディスク５ａに植設され、ローター５からその径方向外方へ放射状に延びている。そして、複数のタービン動翼６は、複数のタービンノズル２に対して軸方向に入れ子状に配置されている。
【００１９】
各タービン段落のタービンノズル２を固定したダイアフラム内輪３ｂの内周面には、軸方向に並んで、略円環状の複数のラビリンスパッキン７が取り付けられている。これら複数のラビリンスパッキン７は、軸方向に並んだタービン段落の翼列間を通過せずにダイアフラム内輪３ｂとローター５の外周面との間の隙間Ｓ１を通過しようとする漏洩蒸気をシールするために設けられている。
【００２０】
また、ローター５の外周面から凸設された略円環状のローターディスク５ａには、それぞれ、少なくとも１つの通気孔５ｂがディスクを貫通して隣接するタービン段落を連通するように設けられている。この通気孔５ｂは、隣接するタービン段落間における圧力差を少なくするために設けられている。
【００２１】
各タービン段落における複数のタービン動翼６の外周端には、軸方向の同じ位置に取り付けられた複数のタービン動翼６を固定するためのスナッバ９が取り付けられている。そして、このスナッバ９の外周面上（ここでは、この部位をタービン動翼の先端と見做す場合もある）には、後述するシールフィン１３と協働して漏洩蒸気をシールするための２条の突起９ａ（図２）が周方向に沿って凸設されている。
【００２２】
また、各タービン段落のタービン動翼６の先端、すなわちスナッバ９の外周面に対して径方向に離間対向した位置には、複数枚の略矩形板状の揺動片１１が周方向に分割されて設けられている。複数枚の揺動片１１は、互いに近接して周方向に並べて円形状につなげて配置されるが、ここでは１つの揺動片１１のみを代表して図示してある。なお、本実施形態において、各揺動片１１は、同じタービン段落のタービンノズル２を固定したダイアフラム外輪３ａによって揺動可能に支持されている。
【００２３】
図３に拡大して示すように、各揺動片１１の揺動の基端は、蒸気の流れ方向に沿って上流側（図示左側）に隣接して配置された静止部４のダイアフラム外輪３ａの凹部１２内に収容配置されている。凹部１２の下流側（図示右側）にある開口１２ａは、上下の壁によって狭められており、開口１２ａの下端側の壁部１２ｂの上端１２ｃが揺動片１１の揺動の支点として機能する。
【００２４】
揺動片１１は、凹部１２内に配置された基端部１１ａが開口１２ａから突出した先端部より重くなるような重量バランスに形成されており、壁部１２ｂの上端１２ｃで支えた状態でちょうどバランスする形状にされている。言い換えると、揺動片１１は、揺動の先端が大きく開口１２ａから外方に突出しており、スナッバ９の外周面に対して離接する方向（すなわち径方向）に揺動可能となっている。このように、揺動片１１の重心位置に支点を設けることにより、重力の影響を相殺することができ、周方向の全ての位置に配置された揺動片１１を同じように動作させることができる。
【００２５】
なお、壁部１２ｂの上端１２ｃは、断面が円弧状に丸められており、揺動片１１の下面に設けられた溝１１ｂに緩く嵌め込まれている。言い換えると、揺動片１１は、その下面側に、支点１２ｃを受け入れる溝１１ｂを有する。このように、揺動片１１の揺動の支点として機能する壁部１２ｂの上端１２ｃを円弧状に丸めることで、揺動片１１の揺動をスムーズにでき、揺動片１１を僅かな力で揺動させることができる。
【００２６】
揺動片１１がスナッバ９の外周面に対向する図示下面側には、スナッバ９の２本の突起９ａと協働して漏洩蒸気をシールするための複数のシールフィン１３が突設されている。これら複数のシールフィン１３は、その先端が接触する可能性のあるスナッバ９より少なくとも削られ易い金属材料によって形成されている。つまり、両者が接触した場合、シールフィン１３が削れるようになっている。
【００２７】
本実施形態では、スナッバ９の２本の突起９ａに対応して、各揺動片１１に５枚のシールフィン１３を取り付けた。より具体的には、スナッバ９の突起９ａに対向する位置に比較的短いシールフィン１３ａを取り付けて、各突起９ａを軸方向に挟む位置に比較的長いシールフィン１３ｂを取り付けた。これにより、スナッバ９の外周面と揺動片１１の下面との間の隙間Ｓ２を狭めることができ、且つこの狭めた隙間を通る蒸気の流路を波状に湾曲させることができ、蒸気の流通抵抗を大きくすることができる。つまり、このような構造の流路によって、漏洩蒸気の量をさらに少なくできる。
【００２８】
また、揺動片１１の基端部と凹部１２の内壁１２ｄ（図示上端の壁）との間には、径方向ダンパーとして機能するバネ１４が取り付けられている。このバネ１４は、定常状態（伸びても縮んでもない状態）で、タービン動翼６の径方向に沿う姿勢にされて、凹部１２内に取り付けられている。
【００２９】
より詳細には、揺動片１１を、その下面に取り付けられた複数枚のシールフィン１３それぞれの先端が一定の微小隙間Ｓminを介してスナッバ９の外周面に対向する姿勢に配置するように、バネ１４が取り付けられる。言い換えると、バネ１４は、定常状態で、揺動片１１を上述した微小隙間Ｓminを形成可能な中立位置に配置する。
【００３０】
図４には、タービン動翼６の回転によってスナッバ９の外周面（突起９ａの表面を含む）にシールフィン１３の先端が接触して揺動片１１が図示上方に僅かに揺動した状態を図示してある。図４では、特に、揺動片１１の揺動の支点に最も近いシールフィン１３の先端がスナッバ９の外周面に接触した状態を図示してある。
【００３１】
タービン動翼６は、その回転によって僅かに振動する。また、スナッバ９は、その回転位置によって外周面の形状僅かに凸凹になっている。このため、蒸気タービン１の動作中、スナッバ９の外周面はタービン動翼６の径方向に僅かに移動する。このように、スナッバ９の外周面が僅かに径方向に移動すると、微小隙間Ｓminを介して対向したシールフィン１３の先端に接触する場合がある。
【００３２】
図４では、揺動支点に最も近いシールフィン１３の先端がスナッバ９の外周面に接触した状態を図示してあるが、必ずしもこのシールフィン１３が最初に接触するとは限らない。つまり、スナッバ９の形状は均一ではなく、シールフィン１３も経時的に摩滅するため、タービン動翼６の回転位置によっては他のシールフィン１３に最初に接触する可能性もある。いずれにしても、最初に接触したシールフィン１３によって揺動片１１が跳ね上げられて微小隙間Ｓminが維持される。
【００３３】
すなわち、図示のようにスナッバ９の外周面がシールフィン１３の先端に接触すると、シールフィン１３を取り付けた揺動片１１が図４に示すように上方に僅かに揺動して、接触による圧力を逃がす。このとき、バネ１４が揺動片１１の径方向への揺動を緩衝する径方向ダンパーとして機能する。
【００３４】
また、図４の状態で、バネ１４は、定常状態から僅かに伸びて、揺動片１１を元の中立位置へ戻す方向に付勢する。これにより、接触の後、極めて短い時間で、揺動片１１がニュートラル位置に戻り、微小隙間Ｓminが維持される。つまり、このバネ１４は、揺動片１１の振動を減衰させる機能も持つ。
【００３５】
以上のように、揺動片１１は、タービン動翼６の先端に対向して径方向に揺動可能に配置されており、複数のシールフィン１３のうちいずれか１つのシールフィン１３が僅かにスナッバ９に接触しただけで、僅かな力によって図示上方に揺動することができ、シールフィン１３の破損や摩滅を防止することができる。
【００３６】
特に、本実施形態によると、複数のシールフィン１３を揺動片１１の図示下面側に取り付けたため、少なくとも１つのシールフィン１３がスナッバ９に接触した時点で揺動片１１を跳ね上げることができ、両者間の微小隙間Ｓminを維持することができる。これにより、タービン動翼６の先端と揺動片１１との間の隙間を、常に微小隙間Ｓminにすることができ、この隙間から漏洩する蒸気の量を減らすことができ、発電効率を高めることができる。
【００３７】
また、見方を変えると、本実施形態のようにタービン動翼６の径方向に揺動する揺動片１１を用いることで、微小隙間Ｓmin自体を極めて小さく設計することができる。つまり、シールフィン１３がスナッバ９に接触した場合であっても、揺動片１１がスナッバ９から離間する径方向に瞬時に揺動するため、このような接触を気にすることなく、シールフィン１３の先端をスナッバ９に近付けることができる。これにより、微小隙間Ｓminを通る漏洩蒸気の量を極めて微量にでき、発電効率を高めることができる。
【００３８】
さらに、本実施形態によると、摩滅により交換が必要となるシールフィン１３を揺動片１１側に取り付けたため、シールフィン１３の交換時期がきたら揺動片１１ごと交換することができ、スナッバ９を交換する場合と比較して、交換作業が容易であり、交換する部品も安価にでき、メンテナンスコストを安価にできる。
【００３９】
図５には、第２の実施形態に係るシール装置２０の部分拡大断面図を示してある。本実施形態のシール装置２０は、上述した第１の実施形態のシール装置１０と略同じ構造を有するため、ここでは第１の実施形態と同様に機能する構成要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４０】
本実施形態のシール装置２０は、揺動片１１の図示下面側に複数のシールフィン１３を備える代わりに、タービン動翼６の先端に装着されたスナッバ９の外周面に複数のシールフィン２２を備えている。このため、本実施形態では、スナッバ９は、揺動片１１に対向する外周面上に突起９ａを持たない。本実施形態では、シールフィン２２は、スナッバ９と一体に径方向（図示上方）に凸設されている。つまり、スナッバ９の外周面には、軸方向に離間した複数のシールフィン２２が一体に設けられている。
【００４１】
これに対し、揺動片１１の図示下面には、アブレイダブル層として機能する快削材層２４が貼り付けられている。本実施形態では、この快削材層２４の表面とスナッバ９から凸設された複数のシールフィン２２の先端との間に微小隙間Ｓminを形成するように、揺動片１１およびバネ１４を取り付けた。言い換えると、バネ１４は、定常状態で、シールフィン２２と快削材層２４との間に微小隙間Ｓminを形成する中立位置に揺動片１１を位置決めする。
【００４２】
この状態で、タービン動翼６が径方向に移動してシールフィン２２の先端が快削材層２４に接触すると、揺動片１１が図示上方に跳ね上げられて接触によるシールフィン２２の損傷が防止される。同時に、快削材層２４がシールフィン２２の接触によって削られて、シールフィン２２の接触による摩滅が防止される。このため、上述した第１の実施形態と比較して、微小隙間Ｓminをより狭く設定することができ、発電効率をより高めることができる。
【００４３】
図６には、第３の実施形態に係るシール装置３０の部分拡大断面図を示してある。本実施形態のシール装置３０は、シールフィン１３の代りに鋼毛によって形成されたブラシ３２を有する以外、上述した第１の実施形態のシール装置１０と略同じ構造を有する。よって、ここでは、第１の実施形態と同様に機能する構成要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４４】
揺動片１１を持たない従来のシール装置に本実施形態のような鋼毛ブラシを利用した場合、タービン動翼６のスナッバ９との間の接触によってブラシが磨耗し、ブラシによるシール効果が著しく低下することが予想される。
【００４５】
これに対し、本実施形態のように、揺動片１１のスナッバ９に対向する面（図示下面）にブラシ３２を設けた場合、揺動片１１がブラシ３２とスナッバ９との間の接触を回避するように揺動するため、ブラシ３２の磨耗は少なくなる。このため、本実施形態によると、長期にわたって良好なシール効果を発揮でき、発電効率を高めることができる。
【００４６】
図７には、第４の実施形態に係るシール装置４０の部分拡大断面図を示してある。また、図８には、図７のシール装置４０の要部を部分的に拡大した部分拡大断面図を示してある。本実施形態のシール装置４０は、軸方向ダンパーとして機能するバネ４２を有する以外、上述した第１の実施形態のシール装置１０と略同じ構造を有する。よって、ここでは、第１の実施形態と同様に機能する構成要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４７】
バネ４２は、揺動片１１’の軸方向（図示左右方向）への移動を緩衝する。具体的には、本実施形態の揺動片１１’は、ダイアフラム外輪３ａの凹部１２内に配置された基端部１１ａ’が図示下方にＬ字状に折り曲げられており、バネ４２は、このＬ字状に折り曲げられた基端部１１ａ’と開口部１２ａの下の壁部１２ｂの内面との間に配置されている。
【００４８】
また、揺動片１１’は、自身の軸方向に沿った移動を許容するため、その下面に、軸方向に幅広にされた溝１１ｂ’（図８参照）を有する。揺動片１１’は、この溝１１ｂ’に壁部１２ｂの丸くされた上端１２ｃを嵌め込むことで、揺動可能に支持されるとともに、軸方向への移動を許容される。
【００４９】
蒸気タービン１の回転部８は、静止部４より熱容量が小さいため、流れる蒸気の熱により静止部４より大きく熱膨張する。本実施形態では、回転部８のローター５の熱膨張に起因して、タービン動翼６およびスナッバ９が蒸気の流れ方向に沿って下流側へ僅かに移動する。この際、揺動片１１’に取り付けられたシールフィン１３の先端にスナッバ９の突起９ａが接触する可能性がある。
【００５０】
本実施形態では、熱膨張によって移動したスナッバ９の突起９ａによってシールフィン１３の先端が軸方向に押されたとき、揺動片１１’が軸方向に移動して、接触圧を逃がすようになっている。このため、本実施形態においても、シールフィン１３が接触によって破損する心配がなく、長期にわたって発電効率を高めることができる。
【００５１】
図９には、第５の実施形態に係るシール装置５０の部分拡大断面図を示してある。本実施形態のシール装置５０は、揺動片１１”の揺動の先端１１”ｃ（図中右端）が図示下方にＬ字状に折り曲げられて、その折り曲げられた先端１１”ｃに、タービン動翼６の側面に向けて軸方向に延設されたシールフィン５２を有する以外、上述した第４の実施形態のシール装置４０と略同じ構造を有する。よって、ここでは、第４の実施形態と同様に機能する構成要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５２】
本実施形態において、タービン動翼６が回転部８の熱膨張によって軸方向下流側（図示右側）に移動すると、タービン動翼６の側面（本実施形態ではスナッバ９の下流側の側面）がシールフィン５２に接触し、揺動片１１”が図示右方に移動される。この移動により、シールフィン５２の損傷が防止される。
【００５３】
以上のように、本実施形態によると、揺動片１１”に取り付けられた径方向に延びた複数のシールフィン１３によってスナッバ９と揺動片１１”との間の隙間Ｓ２を通る漏洩蒸気の量を少なくできることに加え、揺動片１１”の先端１１”ｃに取り付けられた軸方向に延びたシールフィン５２によって漏洩蒸気をさらに少なくでき、第４の実施形態と比較して漏洩蒸気の量を少なくすることができる。よって、本実施形態によると、蒸気タービン１の発電効率をさらに高めることができる。
【００５４】
図１０には、第６の実施形態に係るシール装置６０の部分拡大断面図を示してある。本実施形態のシール装置６０の揺動片６１は、その支点６１ａ近くからスナッバ９の上流側側面（図中左側）に沿って図示下方に一体に延びた板状部材６２を有する。また、この板状部材６２の図示下端近くからスナッバ９に向けて軸方向下流側に延びたシールフィン６３が取り付けられている。これ以外の構造は、上述した第４の実施形態と略同じ構造であるため、ここでは、同様に機能する構成要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５５】
本実施形態のシール装置６０の軸方向に延びたシールフィン６３は、スナッバ９と揺動片６１の間の隙間Ｓ２に流れる漏洩蒸気の量を予め少なくするよう機能する。蒸気タービン１の回転部８は、軸方向に沿って両側に熱膨張する可能性があり、タービン動翼６がタービンノズル２に近付く方向（図中左方向）に移動した場合に、スナッバ９の図中左側側面がシールフィン６３に接触する。
【００５６】
この場合、スナッバ９の移動によって揺動片６１が図示左側に押圧され、バネ４２が縮んで揺動片６１が図示左側に移動される。これにより、スナッバ９のシールフィン６３に対する押圧力が逃がされて、シールフィン６３の損傷が防止される。
【００５７】
以上述べた少なくともひとつの実施形態のシール装置によれば、タービン動翼６の先端に対向するシールフィンを備えた揺動片を持つことにより、タービン動翼６が軸方向に移動した際のシールフィンに対する接触を少なくでき、シールフィンの損傷を防止することができる。また、上述した少なくともひとつの実施形態のシール装置によると、タービン動翼の先端とシールフィンとの間の隙間を小さくすることができ、この隙間を通る漏洩蒸気の量を少なくでき、発電効率を向上させることができる。
【００５８】
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同様に、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ものである。
【００５９】
例えば、上述した実施形態では、同じタービン段落を構成するタービン動翼６の上流側のタービンノズル２を取り付けたダイアフラム外輪３ａに揺動片１１を取り付けた場合について説明したが、これに限らず、下流側の異なるタービン段落のタービンノズル２を取り付けたダイアフラム外輪３ａに揺動片１１を取り付けても良い。
【符号の説明】
【００６０】
１…蒸気タービン、２…タービンノズル、３ａ…ダイアフラム外輪、３ｂ…ダイアフラム内輪、４…静止部、５…ローター、５ａ…ローターディスク、５ｂ…通気孔、６…タービン動翼、７…ラビリンスパッキン、８…回転部、９…スナッバ、９ａ…突起、１０…シール装置、１１…揺動片、１２…凹部、１３…シールフィン、１４…バネ、６１ａ…支点、Ｓ２…隙間、Ｓmin…微小隙間。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、タービンノズルを含む静止部とタービン動翼を含む回転部との間の隙間に取り付けられるシール装置、およびこのシール装置を備えた蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化を抑制するため、各種発電プラントにおいて、発電効率の改善が強く望まれている。また、発電に必要な燃料の消費量を減らしたり、二酸化炭素の排出量を減らしたりする種々の取り組みもなされている。
【０００３】
発電効率を低下させる１つの要因として、タービン段落の損失が上げられる。タービン段落の損失には、様々なものがあり、翼形状そのものに起因するプロファイル損失、翼列間を流れる流体力に起因する二次流れ損失、作動流体が翼列間を通過せずに翼列の外に漏洩する外部漏洩損失などがある。
【０００４】
このうち、外部漏洩損失は、タービンノズルを含む静止部とタービン動翼を含む回転部との間の隙間、例えば、タービン動翼の先端と静止部との間にある隙間を通る蒸気の漏れに起因する。回転部と静止部の接触を防止するため、両者の間には隙間が必要であり、このような外部漏洩損失が無くなることはない。
【０００５】
蒸気がタービン翼列の外に漏洩すると、その分、タービンを回すための蒸気が減り、タービン出力が低下する。また、漏洩した蒸気がタービン翼列を通った後の作動蒸気に合流する際、流れ方向の違いに起因した損失が発生する。
【０００６】
このため、従来の蒸気タービンでは、回転部と静止部との間の隙間にシールフィンを取り付けて、蒸気の漏洩を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２９７９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述した外部漏洩損失を抑制するため、タービン動翼を含む回転部と静止部との間の隙間を狭めると、タービン動翼の回転によってシールフィンが静止部に接触し易くなり、シールフィンが破損したり、接触によりタービン動翼の回転軸が振動してタービンの運転が不能になったり、接触による発熱により回転部に損傷を生じたりする不具合を生じる。
【０００９】
このような不具合を防止するため、逆に、シールフィンが接触しないように、回転部と静止部との間の隙間を広げると、その分、漏洩する蒸気が多くなって、タービン動翼を回転するための蒸気の量が少なくなり、発電効率が低下してしまう。
【００１０】
よって、接触による破損を防止でき、回転部と静止部との間を通って漏洩する蒸気の量を少なくでき、蒸気タービンの発電効率を高めることができるシール装置の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態に係るシール装置は、回転するタービン動翼の先端に対向して、ダイアフラム外輪に設けられた凹部に支持され、タービン動翼の径方向に揺動可能に設けられた揺動片と、この揺動片からタービン動翼に向けて径方向に凸設され、タービン動翼の先端と揺動片との間の隙間を狭めるシールフィンと、揺動片の径方向への揺動を緩衝する径方向ダンパーと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るシール装置を備えた蒸気タービンの要部を示す部分拡大断面図である。
【図２】図２は、図１の蒸気タービンのタービン段落の１つを示す部分拡大断面図である。
【図３】図３は、図２の揺動片の支持構造を示す部分拡大断面図である。
【図４】図４は、図３の揺動片が僅かに揺動した状態を示す部分拡大断面図である。
【図５】図５は、第２の実施形態に係るシール装置を示す部分拡大断面図である。
【図６】図６は、第３の実施形態に係るシール装置を示す部分拡大断面図である。
【図７】図７は、第４の実施形態に係るシール装置を示す部分拡大断面図である。
【図８】図８は、図７の要部を部分的に拡大して示す部分拡大断面図である。
【図９】図９は、第５の実施形態に係るシール装置を示す部分拡大断面図である。
【図１０】図１０は、第６の実施形態に係るシール装置を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。
図１には、第１の実施形態に係るシール装置１０を備えた蒸気タービン１の要部を示す部分拡大断面図を示してある。図２には、図１のタービン段落の１つを拡大した部分拡大断面図を示してある。図３には、図２の揺動片１１の支持構造を説明するための部分拡大断面図を示してある。
【００１４】
図１に示すように、蒸気タービン１は、複数段のタービンノズル２を備えた静止部４、および複数段のタービン動翼６を備えた回転部８を有する。静止部４は、蒸気タービン１の略円筒形のケーシング１００の内面側に固設された複数段のタービンノズル２を有する。回転部８は、ケーシング１００内で静止部４に対して回転可能に設けられたローター５および複数段のタービン動翼６を有する。
【００１５】
すなわち、回転部８は、図示矢印Ｓ方向に流れる蒸気を各タービン段落のタービンノズル２を介してタービン動翼６に吹き付けることで回転される。つまり、蒸気の流れは、複数段のタービン動翼６を取り付けたローター５を回転させる。蒸気タービン１は、このローター５の回転力を取り出して電力に変える。
【００１６】
図１では、軸方向に並んだ３つのタービン段落を部分的に図示してあるが、タービン段落の数は任意に設定可能である。１つのタービン段落は、図２に示すように、蒸気の流れ方向（図示矢印Ｓ方向）に沿って上流側に配置されたタービンノズル２と下流側に配置されたタービン動翼６を含む。
【００１７】
より詳細には、各タービン段落は、それぞれ、蒸気の流れ方向に沿って上流側に周方向に並んだ複数のタービンノズル２を備え、下流側に周方向に並んだ複数のタービン動翼６を備えている。つまり、ここでは図示を省略してあるが、各タービン段落のタービンノズル２は、周方向に等間隔で並んで複数設けられており、各タービン段落のタービン動翼６も、周方向に等間隔で並んで複数設けられている。
【００１８】
各タービン段落の複数のタービンノズル２は、ケーシング１００に固設されたダイアフラム外輪３ａとダイアフラム内輪３ｂとの間に取り付けられている。また、各タービン段落の複数のタービン動翼６は、その基端部が、ローター５の外周から一体に凸設された略円環状のローターディスク５ａに植設され、ローター５からその径方向外方へ放射状に延びている。そして、複数のタービン動翼６は、複数のタービンノズル２に対して軸方向に入れ子状に配置されている。
【００１９】
各タービン段落のタービンノズル２を固定したダイアフラム内輪３ｂの内周面には、軸方向に並んで、略円環状の複数のラビリンスパッキン７が取り付けられている。これら複数のラビリンスパッキン７は、軸方向に並んだタービン段落の翼列間を通過せずにダイアフラム内輪３ｂとローター５の外周面との間の隙間Ｓ１を通過しようとする漏洩蒸気をシールするために設けられている。
【００２０】
また、ローター５の外周面から凸設された略円環状のローターディスク５ａには、それぞれ、少なくとも１つの通気孔５ｂがディスクを貫通して隣接するタービン段落を連通するように設けられている。この通気孔５ｂは、隣接するタービン段落間における圧力差を少なくするために設けられている。
【００２１】
各タービン段落における複数のタービン動翼６の外周端には、軸方向の同じ位置に取り付けられた複数のタービン動翼６を固定するためのスナッバ９が取り付けられている。そして、このスナッバ９の外周面上（ここでは、この部位をタービン動翼の先端と見做す場合もある）には、後述するシールフィン１３と協働して漏洩蒸気をシールするための２条の突起９ａ（図２）が周方向に沿って凸設されている。
【００２２】
また、各タービン段落のタービン動翼６の先端、すなわちスナッバ９の外周面に対して径方向に離間対向した位置には、複数枚の略矩形板状の揺動片１１が周方向に分割されて設けられている。複数枚の揺動片１１は、互いに近接して周方向に並べて円形状につなげて配置されるが、ここでは１つの揺動片１１のみを代表して図示してある。なお、本実施形態において、各揺動片１１は、同じタービン段落のタービンノズル２を固定したダイアフラム外輪３ａによって揺動可能に支持されている。
【００２３】
図３に拡大して示すように、各揺動片１１の揺動の基端は、蒸気の流れ方向に沿って上流側（図示左側）に隣接して配置された静止部４のダイアフラム外輪３ａの凹部１２内に収容配置されている。凹部１２の下流側（図示右側）にある開口１２ａは、上下の壁によって狭められており、開口１２ａの下端側の壁部１２ｂの上端１２ｃが揺動片１１の揺動の支点として機能する。
【００２４】
揺動片１１は、凹部１２内に配置された基端部１１ａが開口１２ａから突出した先端部より重くなるような重量バランスに形成されており、壁部１２ｂの上端１２ｃで支えた状態でちょうどバランスする形状にされている。言い換えると、揺動片１１は、揺動の先端が大きく開口１２ａから外方に突出しており、スナッバ９の外周面に対して離接する方向（すなわち径方向）に揺動可能となっている。このように、揺動片１１の重心位置に支点を設けることにより、重力の影響を相殺することができ、周方向の全ての位置に配置された揺動片１１を同じように動作させることができる。
【００２５】
なお、壁部１２ｂの上端１２ｃは、断面が円弧状に丸められており、揺動片１１の下面に設けられた溝１１ｂに緩く嵌め込まれている。言い換えると、揺動片１１は、その下面側に、支点１２ｃを受け入れる溝１１ｂを有する。このように、揺動片１１の揺動の支点として機能する壁部１２ｂの上端１２ｃを円弧状に丸めることで、揺動片１１の揺動をスムーズにでき、揺動片１１を僅かな力で揺動させることができる。
【００２６】
揺動片１１がスナッバ９の外周面に対向する図示下面側には、スナッバ９の２本の突起９ａと協働して漏洩蒸気をシールするための複数のシールフィン１３が突設されている。これら複数のシールフィン１３は、その先端が接触する可能性のあるスナッバ９より少なくとも削られ易い金属材料によって形成されている。つまり、両者が接触した場合、シールフィン１３が削れるようになっている。
【００２７】
本実施形態では、スナッバ９の２本の突起９ａに対応して、各揺動片１１に５枚のシールフィン１３を取り付けた。より具体的には、スナッバ９の突起９ａに対向する位置に比較的短いシールフィン１３ａを取り付けて、各突起９ａを軸方向に挟む位置に比較的長いシールフィン１３ｂを取り付けた。これにより、スナッバ９の外周面と揺動片１１の下面との間の隙間Ｓ２を狭めることができ、且つこの狭めた隙間を通る蒸気の流路を波状に湾曲させることができ、蒸気の流通抵抗を大きくすることができる。つまり、このような構造の流路によって、漏洩蒸気の量をさらに少なくできる。
【００２８】
また、揺動片１１の基端部と凹部１２の内壁１２ｄ（図示上端の壁）との間には、径方向ダンパーとして機能するバネ１４が取り付けられている。このバネ１４は、定常状態（伸びても縮んでもない状態）で、タービン動翼６の径方向に沿う姿勢にされて、凹部１２内に取り付けられている。
【００２９】
より詳細には、揺動片１１を、その下面に取り付けられた複数枚のシールフィン１３それぞれの先端が一定の微小隙間Ｓminを介してスナッバ９の外周面に対向する姿勢に配置するように、バネ１４が取り付けられる。言い換えると、バネ１４は、定常状態で、揺動片１１を上述した微小隙間Ｓminを形成可能な中立位置に配置する。
【００３０】
図４には、タービン動翼６の回転によってスナッバ９の外周面（突起９ａの表面を含む）にシールフィン１３の先端が接触して揺動片１１が図示上方に僅かに揺動した状態を図示してある。図４では、特に、揺動片１１の揺動の支点に最も近いシールフィン１３の先端がスナッバ９の外周面に接触した状態を図示してある。
【００３１】
タービン動翼６は、その回転によって僅かに振動する。また、スナッバ９は、その回転位置によって外周面の形状僅かに凸凹になっている。このため、蒸気タービン１の動作中、スナッバ９の外周面はタービン動翼６の径方向に僅かに移動する。このように、スナッバ９の外周面が僅かに径方向に移動すると、微小隙間Ｓminを介して対向したシールフィン１３の先端に接触する場合がある。
【００３２】
図４では、揺動支点に最も近いシールフィン１３の先端がスナッバ９の外周面に接触した状態を図示してあるが、必ずしもこのシールフィン１３が最初に接触するとは限らない。つまり、スナッバ９の形状は均一ではなく、シールフィン１３も経時的に摩滅するため、タービン動翼６の回転位置によっては他のシールフィン１３に最初に接触する可能性もある。いずれにしても、最初に接触したシールフィン１３によって揺動片１１が跳ね上げられて微小隙間Ｓminが維持される。
【００３３】
すなわち、図示のようにスナッバ９の外周面がシールフィン１３の先端に接触すると、シールフィン１３を取り付けた揺動片１１が図４に示すように上方に僅かに揺動して、接触による圧力を逃がす。このとき、バネ１４が揺動片１１の径方向への揺動を緩衝する径方向ダンパーとして機能する。
【００３４】
また、図４の状態で、バネ１４は、定常状態から僅かに伸びて、揺動片１１を元の中立位置へ戻す方向に付勢する。これにより、接触の後、極めて短い時間で、揺動片１１がニュートラル位置に戻り、微小隙間Ｓminが維持される。つまり、このバネ１４は、揺動片１１の振動を減衰させる機能も持つ。
【００３５】
以上のように、揺動片１１は、タービン動翼６の先端に対向して径方向に揺動可能に配置されており、複数のシールフィン１３のうちいずれか１つのシールフィン１３が僅かにスナッバ９に接触しただけで、僅かな力によって図示上方に揺動することができ、シールフィン１３の破損や摩滅を防止することができる。
【００３６】
特に、本実施形態によると、複数のシールフィン１３を揺動片１１の図示下面側に取り付けたため、少なくとも１つのシールフィン１３がスナッバ９に接触した時点で揺動片１１を跳ね上げることができ、両者間の微小隙間Ｓminを維持することができる。これにより、タービン動翼６の先端と揺動片１１との間の隙間を、常に微小隙間Ｓminにすることができ、この隙間から漏洩する蒸気の量を減らすことができ、発電効率を高めることができる。
【００３７】
また、見方を変えると、本実施形態のようにタービン動翼６の径方向に揺動する揺動片１１を用いることで、微小隙間Ｓmin自体を極めて小さく設計することができる。つまり、シールフィン１３がスナッバ９に接触した場合であっても、揺動片１１がスナッバ９から離間する径方向に瞬時に揺動するため、このような接触を気にすることなく、シールフィン１３の先端をスナッバ９に近付けることができる。これにより、微小隙間Ｓminを通る漏洩蒸気の量を極めて微量にでき、発電効率を高めることができる。
【００３８】
さらに、本実施形態によると、摩滅により交換が必要となるシールフィン１３を揺動片１１側に取り付けたため、シールフィン１３の交換時期がきたら揺動片１１ごと交換することができ、スナッバ９を交換する場合と比較して、交換作業が容易であり、交換する部品も安価にでき、メンテナンスコストを安価にできる。
【００３９】
図５には、第２の実施形態に係るシール装置２０の部分拡大断面図を示してある。本実施形態のシール装置２０は、上述した第１の実施形態のシール装置１０と略同じ構造を有するため、ここでは第１の実施形態と同様に機能する構成要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４０】
本実施形態のシール装置２０は、揺動片１１の図示下面側に複数のシールフィン１３を備える代わりに、タービン動翼６の先端に装着されたスナッバ９の外周面に複数のシールフィン２２を備えている。このため、本実施形態では、スナッバ９は、揺動片１１に対向する外周面上に突起９ａを持たない。本実施形態では、シールフィン２２は、スナッバ９と一体に径方向（図示上方）に凸設されている。つまり、スナッバ９の外周面には、軸方向に離間した複数のシールフィン２２が一体に設けられている。
【００４１】
これに対し、揺動片１１の図示下面には、アブレイダブル層として機能する快削材層２４が貼り付けられている。本実施形態では、この快削材層２４の表面とスナッバ９から凸設された複数のシールフィン２２の先端との間に微小隙間Ｓminを形成するように、揺動片１１およびバネ１４を取り付けた。言い換えると、バネ１４は、定常状態で、シールフィン２２と快削材層２４との間に微小隙間Ｓminを形成する中立位置に揺動片１１を位置決めする。
【００４２】
この状態で、タービン動翼６が径方向に移動してシールフィン２２の先端が快削材層２４に接触すると、揺動片１１が図示上方に跳ね上げられて接触によるシールフィン２２の損傷が防止される。同時に、快削材層２４がシールフィン２２の接触によって削られて、シールフィン２２の接触による摩滅が防止される。このため、上述した第１の実施形態と比較して、微小隙間Ｓminをより狭く設定することができ、発電効率をより高めることができる。
【００４３】
図６には、第３の実施形態に係るシール装置３０の部分拡大断面図を示してある。本実施形態のシール装置３０は、シールフィン１３の代りに鋼毛によって形成されたブラシ３２を有する以外、上述した第１の実施形態のシール装置１０と略同じ構造を有する。よって、ここでは、第１の実施形態と同様に機能する構成要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４４】
揺動片１１を持たない従来のシール装置に本実施形態のような鋼毛ブラシを利用した場合、タービン動翼６のスナッバ９との間の接触によってブラシが磨耗し、ブラシによるシール効果が著しく低下することが予想される。
【００４５】
これに対し、本実施形態のように、揺動片１１のスナッバ９に対向する面（図示下面）にブラシ３２を設けた場合、揺動片１１がブラシ３２とスナッバ９との間の接触を回避するように揺動するため、ブラシ３２の磨耗は少なくなる。このため、本実施形態によると、長期にわたって良好なシール効果を発揮でき、発電効率を高めることができる。
【００４６】
図７には、第４の実施形態に係るシール装置４０の部分拡大断面図を示してある。また、図８には、図７のシール装置４０の要部を部分的に拡大した部分拡大断面図を示してある。本実施形態のシール装置４０は、軸方向ダンパーとして機能するバネ４２を有する以外、上述した第１の実施形態のシール装置１０と略同じ構造を有する。よって、ここでは、第１の実施形態と同様に機能する構成要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００４７】
バネ４２は、揺動片１１’の軸方向（図示左右方向）への移動を緩衝する。具体的には、本実施形態の揺動片１１’は、ダイアフラム外輪３ａの凹部１２内に配置された基端部１１ａ’が図示下方にＬ字状に折り曲げられており、バネ４２は、このＬ字状に折り曲げられた基端部１１ａ’と開口部１２ａの下の壁部１２ｂの内面との間に配置されている。
【００４８】
また、揺動片１１’は、自身の軸方向に沿った移動を許容するため、その下面に、軸方向に幅広にされた溝１１ｂ’（図８参照）を有する。揺動片１１’は、この溝１１ｂ’に壁部１２ｂの丸くされた上端１２ｃを嵌め込むことで、揺動可能に支持されるとともに、軸方向への移動を許容される。
【００４９】
蒸気タービン１の回転部８は、静止部４より熱容量が小さいため、流れる蒸気の熱により静止部４より大きく熱膨張する。本実施形態では、回転部８のローター５の熱膨張に起因して、タービン動翼６およびスナッバ９が蒸気の流れ方向に沿って下流側へ僅かに移動する。この際、揺動片１１’に取り付けられたシールフィン１３の先端にスナッバ９の突起９ａが接触する可能性がある。
【００５０】
本実施形態では、熱膨張によって移動したスナッバ９の突起９ａによってシールフィン１３の先端が軸方向に押されたとき、揺動片１１’が軸方向に移動して、接触圧を逃がすようになっている。このため、本実施形態においても、シールフィン１３が接触によって破損する心配がなく、長期にわたって発電効率を高めることができる。
【００５１】
図９には、第５の実施形態に係るシール装置５０の部分拡大断面図を示してある。本実施形態のシール装置５０は、揺動片１１”の揺動の先端１１”ｃ（図中右端）が図示下方にＬ字状に折り曲げられて、その折り曲げられた先端１１”ｃに、タービン動翼６の側面に向けて軸方向に延設されたシールフィン５２を有する以外、上述した第４の実施形態のシール装置４０と略同じ構造を有する。よって、ここでは、第４の実施形態と同様に機能する構成要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５２】
本実施形態において、タービン動翼６が回転部８の熱膨張によって軸方向下流側（図示右側）に移動すると、タービン動翼６の側面（本実施形態ではスナッバ９の下流側の側面）がシールフィン５２に接触し、揺動片１１”が図示右方に移動される。この移動により、シールフィン５２の損傷が防止される。
【００５３】
以上のように、本実施形態によると、揺動片１１”に取り付けられた径方向に延びた複数のシールフィン１３によってスナッバ９と揺動片１１”との間の隙間Ｓ２を通る漏洩蒸気の量を少なくできることに加え、揺動片１１”の先端１１”ｃに取り付けられた軸方向に延びたシールフィン５２によって漏洩蒸気をさらに少なくでき、第４の実施形態と比較して漏洩蒸気の量を少なくすることができる。よって、本実施形態によると、蒸気タービン１の発電効率をさらに高めることができる。
【００５４】
図１０には、第６の実施形態に係るシール装置６０の部分拡大断面図を示してある。本実施形態のシール装置６０の揺動片６１は、その支点６１ａ近くからスナッバ９の上流側側面（図中左側）に沿って図示下方に一体に延びた板状部材６２を有する。また、この板状部材６２の図示下端近くからスナッバ９に向けて軸方向下流側に延びたシールフィン６３が取り付けられている。これ以外の構造は、上述した第４の実施形態と略同じ構造であるため、ここでは、同様に機能する構成要素に同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５５】
本実施形態のシール装置６０の軸方向に延びたシールフィン６３は、スナッバ９と揺動片６１の間の隙間Ｓ２に流れる漏洩蒸気の量を予め少なくするよう機能する。蒸気タービン１の回転部８は、軸方向に沿って両側に熱膨張する可能性があり、タービン動翼６がタービンノズル２に近付く方向（図中左方向）に移動した場合に、スナッバ９の図中左側側面がシールフィン６３に接触する。
【００５６】
この場合、スナッバ９の移動によって揺動片６１が図示左側に押圧され、バネ４２が縮んで揺動片６１が図示左側に移動される。これにより、スナッバ９のシールフィン６３に対する押圧力が逃がされて、シールフィン６３の損傷が防止される。
【００５７】
以上述べた少なくともひとつの実施形態のシール装置によれば、タービン動翼６の先端に対向するシールフィンを備えた揺動片を持つことにより、タービン動翼６が軸方向に移動した際のシールフィンに対する接触を少なくでき、シールフィンの損傷を防止することができる。また、上述した少なくともひとつの実施形態のシール装置によると、タービン動翼の先端とシールフィンとの間の隙間を小さくすることができ、この隙間を通る漏洩蒸気の量を少なくでき、発電効率を向上させることができる。
【００５８】
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同様に、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ものである。
【００５９】
例えば、上述した実施形態では、同じタービン段落を構成するタービン動翼６の上流側のタービンノズル２を取り付けたダイアフラム外輪３ａに揺動片１１を取り付けた場合について説明したが、これに限らず、下流側の異なるタービン段落のタービンノズル２を取り付けたダイアフラム外輪３ａに揺動片１１を取り付けても良い。
【符号の説明】
【００６０】
１…蒸気タービン、２…タービンノズル、３ａ…ダイアフラム外輪、３ｂ…ダイアフラム内輪、４…静止部、５…ローター、５ａ…ローターディスク、５ｂ…通気孔、６…タービン動翼、７…ラビリンスパッキン、８…回転部、９…スナッバ、９ａ…突起、１０…シール装置、１１…揺動片、１２…凹部、１３…シールフィン、１４…バネ、６１ａ…支点、Ｓ２…隙間、Ｓmin…微小隙間。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するタービン動翼の先端に対向して、ダイアフラム外輪に設けられた凹部に支持され、上記タービン動翼の径方向に揺動可能に設けられた揺動片と、
この揺動片から上記タービン動翼に向けて上記径方向に凸設され、該タービン動翼の先端と上記揺動片との間の隙間を狭めるシールフィンと、
上記揺動片の上記径方向への揺動を緩衝する径方向ダンパーと、
を有するシール装置。
【請求項２】
上記タービン動翼の先端には、上記シールフィンの先端と入れ子状の突起が設けられている請求項１のシール装置。
【請求項３】
上記揺動片を揺動可能に支持した上記凹部の支持部が断面円弧状にされている請求項１のシール装置。
【請求項４】
上記タービン動翼の軸方向に沿った上記揺動片の移動を緩衝する軸方向ダンパーをさらに有する請求項１のシール装置。
【請求項５】
上記揺動片を揺動可能に支持した上記凹部の支持部が断面円弧状にされており、
上記揺動片は、上記凹部の支持部を受け入れる上記軸方向に幅広にされた溝を有する請求項４のシール装置。
【請求項６】
上記揺動片の揺動支点から上記シールフィンを超えて延びた先端は、上記タービン動翼の側面に沿って折り曲げられており、
該折り曲げられた先端には、上記タービン動翼の側面に向けて別のシールフィンが凸設されている請求項４のシール装置。
【請求項７】
上記揺動片の揺動支点と上記シールフィンとの間から上記タービン動翼の側面に沿って延びた板状部材をさらに有し、
上記板状部材の先端には、上記タービン動翼の側面に向けて別のシールフィンが凸設されている請求項４のシール装置。
【請求項８】
回転するタービン動翼の先端に対向して、ダイアフラム外輪に設けられた凹部に支持され、上記タービン動翼の径方向に揺動可能に設けられた揺動片と、
上記タービン動翼の先端から上記揺動片に向けて上記径方向に凸設され、該タービン動翼の先端と上記揺動片との間の隙間を狭めるシールフィンと、
上記揺動片の揺動を緩衝する径方向ダンパーと、
を有するシール装置。
【請求項９】
上記揺動片の上記シールフィンの先端に対向する面に貼り付けられた快削材層をさらに有する請求項８のシール装置。
【請求項１０】
上記径方向ダンパーは、上記シールフィンの先端が一定の微小隙間を介して上記タービン動翼の先端に対向する中立位置に上記揺動片を付勢するように上記径方向に延設されたバネである請求項１のシール装置。
【請求項１１】
タービン動翼を含む回転部と、
タービンノズルを含む静止部と、
請求項１乃至請求項１０のいずれかのシール装置と、
を有する蒸気タービン。
【請求項１】
回転するタービン動翼の先端に対向して、ダイアフラム外輪に設けられた凹部に支持され、上記タービン動翼の径方向に揺動可能に設けられた揺動片と、
この揺動片から上記タービン動翼に向けて上記径方向に凸設され、該タービン動翼の先端と上記揺動片との間の隙間を狭めるシールフィンと、
上記揺動片の上記径方向への揺動を緩衝する径方向ダンパーと、
を有するシール装置。
【請求項２】
上記タービン動翼の先端には、上記シールフィンの先端と入れ子状の突起が設けられている請求項１のシール装置。
【請求項３】
上記揺動片を揺動可能に支持した上記凹部の支持部が断面円弧状にされている請求項１のシール装置。
【請求項４】
上記タービン動翼の軸方向に沿った上記揺動片の移動を緩衝する軸方向ダンパーをさらに有する請求項１のシール装置。
【請求項５】
上記揺動片を揺動可能に支持した上記凹部の支持部が断面円弧状にされており、
上記揺動片は、上記凹部の支持部を受け入れる上記軸方向に幅広にされた溝を有する請求項４のシール装置。
【請求項６】
上記揺動片の揺動支点から上記シールフィンを超えて延びた先端は、上記タービン動翼の側面に沿って折り曲げられており、
該折り曲げられた先端には、上記タービン動翼の側面に向けて別のシールフィンが凸設されている請求項４のシール装置。
【請求項７】
上記揺動片の揺動支点と上記シールフィンとの間から上記タービン動翼の側面に沿って延びた板状部材をさらに有し、
上記板状部材の先端には、上記タービン動翼の側面に向けて別のシールフィンが凸設されている請求項４のシール装置。
【請求項８】
回転するタービン動翼の先端に対向して、ダイアフラム外輪に設けられた凹部に支持され、上記タービン動翼の径方向に揺動可能に設けられた揺動片と、
上記タービン動翼の先端から上記揺動片に向けて上記径方向に凸設され、該タービン動翼の先端と上記揺動片との間の隙間を狭めるシールフィンと、
上記揺動片の揺動を緩衝する径方向ダンパーと、
を有するシール装置。
【請求項９】
上記揺動片の上記シールフィンの先端に対向する面に貼り付けられた快削材層をさらに有する請求項８のシール装置。
【請求項１０】
上記径方向ダンパーは、上記シールフィンの先端が一定の微小隙間を介して上記タービン動翼の先端に対向する中立位置に上記揺動片を付勢するように上記径方向に延設されたバネである請求項１のシール装置。
【請求項１１】
タービン動翼を含む回転部と、
タービンノズルを含む静止部と、
請求項１乃至請求項１０のいずれかのシール装置と、
を有する蒸気タービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１９３８１（Ｐ２０１３−１９３８１Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５４８４９（Ｐ２０１１−１５４８４９）
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【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１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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