タービン用軸シール及びそれを備えた蒸気タービン
【課題】軸シール本来のシール機能を発揮してタービン車室側の真空を維持しつつ、シール部材の破損を防止するタービンの軸シール構造を提供すること。
【解決手段】回転軸廻りに環状に配設され、加圧流体を外部から受入れて回転軸をシールするタービン用軸シールであって、該軸シールは、回転軸の周方向に沿って回転軸の中心方向に開口するように配置された溝部を備えるハウジングと、該溝部内の周方向に配置され、幅方向の両端を前記溝部の側面に狭持された断面Ｕ字状の弾力性を有するシール板と、を含む構造を備え、前記溝部の開口端の溝幅は、前記シール板の板幅より小さく形成されている。
【解決手段】回転軸廻りに環状に配設され、加圧流体を外部から受入れて回転軸をシールするタービン用軸シールであって、該軸シールは、回転軸の周方向に沿って回転軸の中心方向に開口するように配置された溝部を備えるハウジングと、該溝部内の周方向に配置され、幅方向の両端を前記溝部の側面に狭持された断面Ｕ字状の弾力性を有するシール板と、を含む構造を備え、前記溝部の開口端の溝幅は、前記シール板の板幅より小さく形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧用及び高中圧用の蒸気タービンに適用される軸シール及びそれを備えた蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸気タービンの定検工事の際、付帯設備のクリーンアップを目的に、水配管系統及び潤滑油配管系統のフラッシングが行われる。水配管系統のフラッシングを行うにあたっては、水中の酸素除去のため、タービン車室内を真空に保持する必要がある。
一方、蒸気タービンの起動時間の短縮のため、起動当初は、蒸気タービン内にグランド蒸気を導入せずに、蒸気タービンを停止させた状態で蒸気タービン車室内を真空に維持しつつ、水配管系統と潤滑油配管系統のフラッシング作業を同時平行で行う起動方法が採用されている。この方法では、蒸気タービンのグランド部に簡易な軸シールを設け、大気が蒸気タービンの車室内に漏れ込むのを防止して、水配管系統のフラッシングと潤滑油配管系統のフラッシングを同時に行うので、その分だけ起動時間を短縮できる。潤滑油配管系統のフラッシングが終了後、ロータを低速で回転させて、グランド部にグランド蒸気を導入し、水配管系統のフラシングが継続して行なわれる。
【０００３】
特許文献１には、上述の軸シールの一例が示されている。図１５には、その概略構造を示す。図１５に示す軸シール８０は、蒸気タービンのグランド部７の端部に設けられ、主にハウジング８１とシール材８３から構成されている。軸シール８０は、ハウジング８１を介してハウジングボルト１４によりグランド部７に固定されている。ハウジング８１内に設けられた溝部８２内に中空部８４を有するシール材８３を回転軸６の廻りに環状に配置して、ハウジング８１の頂部に加圧流体ＰＧを外部から受入れる接続口１５を備えている。シール材８３と接続口１５は、供給路１６を介して接続され一体化されて、外部の供給源（図示せず）から加圧流体ＰＧの受入が可能である。シール材８３は、合成ゴム等の弾力性材料で形成され、その内部に回転軸の周方向に環状に形成された中空部８４を備えている。軸シール８０は、供給路１６を介して加圧流体ＰＧを中空部８４に受入れてシール材８３を膨張させ、シール材８３が膨れて回転軸６及びハウジング８１の溝部８２の内壁に押付けられ、蒸気タービン１の車室側と大気側の間をシール材８３でシールしている。この構造により、大気側からタービン車室側への空気の流入を遮断して、タービン車室側の真空を維持している。
【０００４】
一方、特許文献２には、圧力流体の供給路とシール材を別体とし、薄板状のシール材をハウジングの溝内に配置して回転軸に接触するように設け、加圧流体の背圧でシール材を回転軸の表面に押付けてシールする軸シールが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平６−８０２８３号公報
【特許文献２】実公昭５９−８４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に示す軸シールは、外部供給源から加圧流体を受入れる供給路とシール材が直結された一体の構造であるため、回転軸を回転させた場合、回転軸の回転とともにシール材が共回りしようとするため、摺動トルクが加圧流体の供給路とシール材のつなぎ部分にかかり、シール材及びつなぎ部分の金具等を破損するという問題があった。
【０００７】
一方、特許文献２に示される軸シールの場合、シール材の両端部が嵌めこみ構造のため、シール材の交換が容易でないという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、タービン起動時の水配管系統のフラッシングの際、軸シールのシール機能を発揮して、タービン車室側の真空を維持しつつ、シール部材の破損を防止し、交換が容易なタービンの軸シールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決するため、下記の手段を採用した。
すなわち、本発明のタービン用軸シールは、タービンのグランド部に設けられ、回転軸廻りに環状に配設されて、加圧流体を外部から受入れて回転軸をシールするタービン用軸シールであって、該軸シールは、回転軸の周方向に沿って回転軸の中心方向に開口する溝部を備えたハウジングと、前記溝部内の周方向に配設され、溝幅方向の両端を前記溝部の側面に狭持された断面Ｕ字状の弾力性を有するシール板と、を含む構造を備え、前記溝部は、前記シール板の板幅より小さい溝幅の開口端を備えること、を特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、シール板と加圧流体の供給路とが分離され、直結する構造ではないので、シール板とハウジングの破損が防止できる。また、シール板は、ハウジングの開口端に狭持されているにすぎないため、その交換は容易である。
【００１１】
本発明におけるハウジングは、上半部ハウジングと下半部ハウジングからなり、前記上半部ハウジングは、周方向に分割された基部と側板とから形成され、該側板は前記基部に対して回転軸の軸方向に着脱可能な構造を備え、前記下半部ハウジングは一体に形成されていることが望ましい。
【００１２】
本発明によれば、上半部ハウジングでは、回転軸の軸方向に側板の着脱ができるので、シール板の挿入が容易である。また、下半部ハウジングにおいて、軸方向の作業スペースが狭隘な場合であっても、シール板を周方向から溝部に挿入できるので、シール板の取り付けが容易である。
【００１３】
本発明における溝部は、天井面近傍で回転軸の軸方向に前記シール板の板幅より大きな幅を有する幅広部を備え、溝部の溝幅は、前記天井面から前記開口端に向けて次第に狭くなることが望ましい。
【００１４】
本発明によれば、ハウジングが溝部の天井面近傍にシール板の板幅より大きな溝幅を有する幅広部を備えているので、シール板のハウジング内への挿入が容易であり、シール板の配置が確実である。
【００１５】
本発明における溝部は、前記幅広部近傍では、回転軸に垂直かつ互いに平行で、前記シール板の厚さより長い側面を備え、前記幅広部近傍から前記開口端に向かって径方向に次第に溝幅が狭くなる側面を備え、前記開口端近傍では回転軸に垂直かつ互いに平行な側面を備えることが望ましい。
【００１６】
本発明によれば、幅広部から開口端に向かって滑らかに縮小する側面を備えているので、幅広部近傍に挿入されたシール板を幅広部から径方向に開口端に向けて滑らかに移動できる。
【００１７】
本発明は、前述のタービン用軸シール構造を備えた蒸気タービンであることが望ましい。
【００１８】
本発明によれば、水配管系統及び潤滑油配管系統のフラッシング作業が短縮されるので、蒸気タービンの起動時間が短縮できる。
【発明の効果】
【００１９】
前述した本発明によれば、シール板と加圧流体の供給路とが分離されるので、シール板とハウジングの破損が防止され、シール板の交換が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、蒸気タービンの構造断面の一例を示す。
【図２】図２は、軸シールの上半部ハウジングの要部断面を示す。
【図３】図３は、軸シールの下半部ハウジングの要部断面を示す。
【図４】図４は、溝部の断面を示す。
【図５】図５（ａ）は溝部断面の変形例を示し、図５（ｂ）は、溝部断面の他の変形例を示す。
【図６】図６（ａ）は、シール板の外観を示し、図６（ｂ）は、シール板の断面を示す。
【図７】図７は、軸シールを回転軸の軸方向から見た正面図を示す。
【図８】図８（ａ）は、第１治具の正面図を示し、図８（ｂ）は平面図を示す。
【図９】図９（ａ）は、第１治具の変形例の正面図を示し、図９（ｂ）はその平面図を示す。
【図１０】図１０は、溝部における第１治具とシール板の相対位置関係を示す。
【図１１】図１１は、第２治具の外観を示す。
【図１２】図１２は、第３治具の外観を示す。
【図１３】図１３は、軸シールの取り付け要領を示す。
【図１４】図１４は、第２治具の取り付け要領を示す。
【図１５】図１５は、従来のタービン用軸シールの断面の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る軸シールおよびそれを備えた蒸気タービンについて、その実施例を図１〜図１４に基づいて以下に説明する。なお、本発明に係わる軸シールは、蒸気タービンの起動時におけるフラッシング作業の際に、簡易に用いる軸シールに係わるものである。本軸シールは、フラッシングが終了し、正規運転に入る際、取り外される。
【００２２】
図１は、軸シールを設置する蒸気タービンの構造断面の一例を示す。図１は低圧蒸気タービンの例であり、蒸気は蒸気タービン１の車室２の中央直上に設けられた蒸気入口３から供給され、タービン部４で左右に分かれて排気室５に排出される過程で、静翼及び動翼（図示せず）を通過する際、蒸気の運動エネルギーを回転エネルギーに変換して回転軸６を回転させ、発電機（図示せず）で電力に変換される。
【００２３】
本実施例に係わる軸シール１０は、蒸気タービンの起動の際、車室２内のタービン部４を軸封するグランド部７と軸受８を内蔵した軸受箱９の間に設けられ、グランド部７の末端に配設されている。軸シール１０は、蒸気タービン起動時のフラッシング作業時に使用するものであり、フラッシング作業が終了したら取り外される。
【００２４】
軸シール１０の主要部を構成するハウジング１１は、グランド部７の水平面で、上半部ハウジング１２と下半部ハウジング１３に二分割されている。図２は、本実施例に係わる軸シール１０の上半部ハウジング１２の要部断面を示し、図３は下半部ハウジング１３の要部断面を示している。
【００２５】
図２に示す上半部ハウジング１２は、主に基部２２と側板２３からなるハウジング本体２０とシール板２１とから構成され、ハウジング本体２０が蒸気タービン１のグランド部７に取付けられる。ハウジング本体２０は、回転軸６の廻りに環状に配置され、回転軸６の中心方向に開口する溝部３１を備える。溝部３１は、基部２２と側板２３を組み合わせて形成される環状の空間であり、この溝部３１の開口端３３近傍に、基部２２側の側面３５と側板２３側の側面３５に狭持されてシール板２１が配置される。また、シール板２１は、下面が回転軸６の外表面に接し、シール板２１の幅方向の端面２１ｄ（図６（ｂ））が基部２２と側板２３の側面３５に接触している。更に、側板２３は、加圧流体ＰＧを外部供給源（図示せず）から受入れる接続口１５を頂部に備え、接続口１５と溝部３１の空間を連通する供給路１６を備える。
【００２６】
ハウジング本体２０を構成する基部２２及び側板２３は、回転軸６の軸方向に着脱可能な構造である。すなわち、基部２２は上半部ハウジング１２のハウジング本体２０の主要部を構成し、ハウジングボルト１４により軸方向からグランド部７に取り付けられる。側板２３は、回転軸６の軸方向に側板ボルト２５により基部２２に固定される。なお、側板２２は半円弧状の１枚物でもよいし、周方向に複数個に分割されたものでもよい。
【００２７】
図３に示す下半部ハウジング１３は、ハウジング本体２０が一体化された構造を備える点を除き、他の構成は図２に示す上半部ハウジング１２の構造と同じである。すなわち、図３に示すハウジング本体２０は、一体物で形成され、回転軸６の中心方向に開口する溝部３１を備え、溝部３１が溝部の天井面３４近傍に幅広部３２を備えて、幅広部３２の溝幅はシール板２１の板幅より大きくしている。また、溝部３１の開口端３３近傍の溝幅は、シール板２１の板幅より小さくして、幅広部３２から開口端３３に向けて溝部３１の対向する側面３５に傾斜をつけ、徐々に開口端３３に向けて溝幅を狭める構造を備えている。
【００２８】
図４は、本実施例に係わるハウジング本体２０の溝部３１の断面を示す。図４は、上半部ハウジングの場合で、ハウジング本体２０が、基部２２と側板２３に分割され、分割面２４を備える場合を示している。基部２２及び側板２３により形成される溝部３１は、径方向の外側にある天井面３４と軸方向に対向して設けられる基部２２及び側板２３の側面３５で囲まれた空間として形成され、溝部３１の開口端３３近傍にシール板２１を配置することにより溝部内に閉空間が形成される。
【００２９】
溝部３１は、溝部内の径方向の外側の天井面３４近傍において、軸方向にシール板２１の板幅より大きい溝幅を有する幅広部３２を備え、回転軸６に最も近い開口端３３で、その溝幅は、シール板２１の板幅より小さくする。また、天井部近傍の基部２２及び側板２３の両側面３５で形成される幅広部３２の径方向の深さは、シール板２１の厚さより大きい。幅広部３２の両側面３５は、対向する側面３５同士が互いに平行で、回転軸６に垂直な幅広直線部３６を備える。更に、幅広部３２から開口端３３に向けて溝幅が順次狭まる中間傾斜部３７を備え、開口端３３では回転軸６に垂直で互いに平行であって、シール板２１が狭持可能な開口端直線部３８を備えることが望ましい。開口端３３近傍に開口端直線部３８を備えることにより、開口端直線部３８の側面３５でシール板２１を保持して、加圧流体ＰＧが溝部３１から大気側へ漏れるのを防止している。
【００３０】
図４に示すように、溝部３１の開口端３３の溝幅Ｌは、シール板２１の板幅ｍより小さくすることが望ましい。これにより、溝部３１の開口端３３に配設されたシール板２１は、その板幅の両側の端面２１ｄで開口端３３の側面３５から若干の圧縮力を受けて、開口端３３の側面３５に狭持されている。なお、下半部ハウジング１３に配設されるハウジング本体２０は一体物で形成されるため、図４に示す断面図で、分割面２４及び基部２２、側板２３を除き、その他の構成は、図４がそのまま適用できる。
【００３１】
図５（ａ）は、溝部断面の変形例を示す。本変形例は、幅広直線部を備えない点を除き、図４に示す溝部断面と同じ構成である。溝部が、幅広直線部を備えないため、幅広部３２の溝幅は、図４（ａ）に示す幅広部３２の溝幅より大きくして、シール板を挿入し易くするのが望ましい。
【００３２】
図５（ｂ）は、溝部断面の他の変形例を示す。本変形例は、溝部３１が基部２２と側板２３を備えて、ハウジング本体２０を二分割できる上半部ハウジング１２の溝部３１に適用する例を示す。本変形例では、溝部３１の溝幅が天井面３４から開口端３３まで同一幅で形成される点を除き、図４に示す溝部断面と同じ構成が適用できる。本変形例は、図４又は図５（ａ）に示す実施例及び変形例と比較して、溝部３１の側面３５が天井面３４から開口端３３に向かって溝幅を狭める中間傾斜部を備えないため、溝加工が簡単で、加工コストが安い。
【００３３】
なお、図４および図５（ａ）に示す実施例および変形例は、溝部が開口端直線部を備えた例であるが、溝部の天井面から開口端の末端まで中間傾斜部からなる側面で形成され、開口端直線部を備えなくてもよい。開口端の軸方向の溝幅を、シール板の板幅より小さくすれば、開口端の側面とシール板の端面が接触して、溝部の空間が確実にシールできる。
【００３４】
図６（ａ）は、シール板の外観を示し、図６（ｂ）はシール板の断面を示している。シール板２１は、断面Ｕ字状の弾力性を有する材料で形成され、板幅ｍ及び厚さｔ１、ｔ２の断面を備え、回転軸６の廻りに環状に形成される。シール板２１は、常温に近い温度で使用するため、市販の合成ゴム等の安価かつ弾力性のある材料が適用できる。
【００３５】
環状のシール板２１の外面２１ａは溝部３１の空間側に面し、内面２１ｂは回転軸６の表面に接して配置される。本シール板２１の外面２１ａには、板幅方向の両端であって長手方向の全長に渡って溝部３１の空間側に突出する突起２１ｃを設け、シール板２１の板幅ｍの中央部の厚さｔ１より両端面２１ｄの厚さｔ２を大きくしている。この構成により、シール板２１はその断面が板幅の中央部付近が凹んだＵ字状の形状にして、端面の径方向のシール長さを確保して、溝部３１の側面３５とシール板２１の端面２１ｄとの間のシール性を高めている。
【００３６】
また、シール板の厚さｔ２は、少なくとも溝部の開口端３３の内側端面と回転軸の表面との間のクリアランスＣ（図４）より大きくする必要がある。シール板の厚さｔ２が小さいと、シール板による加圧流体のシールが困難になるからである。シール板の中央部の厚さｔ１を、クリアランスＣより大きくすれば、より確実にシールできる。
【００３７】
なお、シール板２１の端面２１ｄは、図６（ｂ）に示すように、内面２１ｂから外面２１ａに向かって断面が広がるような傾斜面を備えてもよいし、回転軸６に垂直で平坦な端面２１ｄを備えてもよい。
【００３８】
一方、シール板２１は、長手方向に分割面を設けず、単一の帯状のシール板で形成され、末端は接着剤等を用いて固着させ、全体として環状のシール板に形成して、シール板自体からの漏れを防止している。
【００３９】
図７は、軸シールを回転軸の軸方向から見た正面図である。本実施例は、軸シール１０のハウジング１１が２分割され、回転軸の廻りに環状に配置された上半部ハウジング１２と下半部ハウジング１３に分割されている。上半部ハウジング１２は、ハウジング本体２０が基部２２と側板２３からなり、回転軸廻りに環状に配置され、グランド部７に対して軸方向にハウジングボルト１４で固定されている。側板２３は、軸方向に基部２２に対して側板ボルト２５により固定されている。下半部ハウジング１３は、一体化された構造のため、ハウジング本体２０が、ハウジングボルト１４により軸方向からグランド部７に固定されている。
【００４０】
また、上半部ハウジング１２の頂部近傍には、加圧流体ＰＧを受入れる接続口１５を備える。なお、上半部ハウジング１２は、加圧流体ＰＧを溝部３１に供給するため、接続口１５と溝部３１を連結する供給路１６を備えている。図７は、接続口１５が一箇所の例を示しているが、２箇所以上の接続口を設けてもよい。下半部ハウジング１３の下部にはドレン口２７を設け、溝部３１内に溜まる水等の滞留物が排出できるようにしている。また、上半部ハウジング１２と下半部ハウジング１３は、水平分割面１７で締結ボルト２６により一体に締結されている。上半部ハウジング１２の基部２２及び側板２３は、同様に水平分割面１７において、締結ボルト２６で下半部ハウジング１３に締結されて、全体として一体化した環状のハウジングが形成される。
【００４１】
溝部３１に加圧流体ＰＧが供給され、溝部３１の内部が加圧された場合、シール板２１は溝部側の空間側の面した外面２１ａで流体圧力を受けて径方向の内側方向に押圧され、内面２１ｂで回転軸６に押付けられる。その結果、シール板２１の内面２１ｂと回転軸６の外表面の間にシール面が形成され、蒸気タービンの車室側と大気側（図２）との間がシールされ、大気が車室側に漏れ込むのを遮断して、車室内の真空が維持される。
【００４２】
次に、本実施例の軸シールの組み付け方法及び取り外し方法に用いる治具を以下に説明する。本実施例では、３種類の治具を用いているが、いずれの治具も下半部ハウジング内にシール板を取り付け又は取り外す際に用いる治具である。
【００４３】
まず、第１治具（押し上げ治具）について、以下に説明する。
図８（ａ）は、第１治具５０の正面図を示す。図８（ａ）は、第１治具をハウジング内に挿入して、回転軸の軸方向から溝部を断面視した正面図である。図８（ｂ）は、第１治具の平面図を示し、回転軸の径方向から軸中心方向を見た図に相当する。
【００４４】
第１治具５０は、溝部の開口端３３における幅方向の両側の側面（開口端直線部３８）に狭持されたシール板２１を回転軸６の外表面に当接させて所定の位置にシール板２１を保持させるために用いる。すなわち、溝部３１内の幅広部３２に回転軸６の周方向から挿入されたシール板２１が、回転軸６の外表面に当接するまで溝部３１内を径方向の内側方向（中心方向）に移動する過程で、シール板２１が、板幅方向に傾くことなく略平行な姿勢を維持して、取付時における所定の位置に移動する場合に、第１治具５０が必要となる。
【００４５】
第１治具５０は、図８（ａ）に示すように、治具本体５１と取手部５２から構成される。治具本体５１及び取手部５２は共に、テフロン（登録商標）等の潤滑性及び柔軟性に優れ、重量の軽い材料を適用するのが望ましい。治具本体５１は、帯状の長尺板の一体物で形成され、押上部５３と取付部５５とガイド部５４とから構成されている。押上部５３の一方の端部の径方向の厚さの中央近傍から薄板状のガイド部５４が長手方向に延設し、押上部５３の他方の端部の径方向の厚さの中央近傍には取手部５２に係合する取付部５５が設けられている。
【００４６】
治具本体５１は、図８（ａ）に示す正面図で、長手方向全長の中間部で最も板厚が大きく、径方向の外側及び内側に突出する押上部５３を備える。押上部５３の長手方向の前後には、押上部５３より板厚の薄いガイド部５４と取付部５５が、押上部５３の径方向の厚さの中央近傍から長手方向に延在している。すなわち、治具本体５１は、押上部５３の中央部が上側（径方向の外側）及び下側（径方向の内側）に突出し、押上部５３から長手方向の前後方向に裾野が広がる山形形状を備えている。
【００４７】
治具本体５１のガイド部５４は、図８（ａ）において、押上部５３より薄い厚みで長手方向に延設させることが望ましい。すなわち、治具本体５１の断面視で、押上部５３に対して径方向中央近傍から押上部５３より薄板状のガイド部５４を延設させ、押上部５３の極厚部を頂上にして上下側（径方向の内外側）に山形の裾野を広げた形状を形成している。つまり、治具本体５１の全体の形状を外観した場合、ガイド部５４を極厚の押上部５３より薄くして、ガイド部５４の上下側に凹部５６が形成されている。このような断面形状を備えることにより、第１治具が溝部の天井面３４に沿って周方向に移動する際、ガイド部５４の先端がハウジング１１の溝部の天井面３４や側面３５と干渉することが少なく、溝部内での第１治具の周方向の移動がスムーズになる。
【００４８】
押上部５３の最も板厚の大きい領域の長手方向の長さは、押上部５３の径方向の高さｈ３と同程度であるのが望ましい。これにより、押上部５３の極厚の厚み部分で、シール板２１を溝部内の所定の位置に移動させることが容易になる。但し、押上部５３の極厚な部分でシール板２１を溝部内の所定の位置に移動させ、その位置に保持できるかぎり、押上部５３の最も板厚の大きい領域の長さは、さらに短くてもよい。押上部５３の極厚の最大高さｈ３を備えた領域が長すぎると、治具が溝部内を周方向に移動する際、溝部内の天井面等に接触して、治具のスムーズな移動が困難となる。
【００４９】
ガイド部５４の厚さは押上部５３の厚さの半分程度が望ましい。ガイド部５４は溝部の天井面３４とシール板２１の間の隙間に第１治具を挿入するガイド役を担うため、ある程度の剛性が必要である。ガイド部６４の厚さが薄すぎると、剛性不足となり、柔らかすぎて挿入が困難であり、本来の役割が果たせない。一方、板厚が厚すぎると、溝部内の天井面等との干渉が生じ、治具の周方向の円滑な移動が困難となる。
【００５０】
また、治具本体５１は、ガイド部５４を含めて治具全体としてある程度の剛性（硬さ）を備えることが望ましい。径方向の厚さが極厚な部分を備えた治具本体の形状でシール板を押して、シール板を径方向の内側に移動させる必要があり、治具本体の全体の剛性が不足するとシール板の円滑な移動が難しくなる。
【００５１】
また、治具本体５１とは別体の取手部５２が、取付部５５を介して治具本体５１に係合している。取手部５２は、第１治具５０のうちで最も長尺の部材であり、２枚重ねの薄板品で形成される。取手部５２の一方の端部は、細い線材等の適当な係合手段により治具本体５１に係合し、他方の端部も同様な係合手段で結束されている。線材を用いた結束手段に代えて、取手部５２及び取付部５５に貫通孔をあけ、リベットで固定してもよい。取手部５２は、２枚重ねの薄板で形成しているため、２枚重ねた厚みと同じ厚みの一枚板の場合より同程度の剛性にも拘わらず、柔軟性が大きく、治具の挿入時に取り扱いやすい。取手部５２は、長尺状ではあっても、剛性と柔軟性を備えた特性を備えることが望ましい。
【００５２】
図８（ｂ）は、溝部内に配設された第１治具５０を径方向から回転軸の中心方向に見た場合の外観を示している。第１治具５０の押上部５３の幅（軸方向の厚さ）は、少なくとも開口端の溝幅より小さいことが望ましい。溝部の中で最も溝幅の小さい開口端近傍にシール板を確実に移動させるためには、押上部５３の幅を開口端３３の溝幅より小さくする必要があるからである。第１治具５０は、治具全体の重量が軽く、潤滑性及び柔軟性があるので、治具の挿入作業がやり易い。
【００５３】
図９（ａ）、図９（ｂ）は、第１治具の変形例を示す。本変形例は、図８に示す第１治具５０からガイド部を除いた点が異なっています。ガイド部がないため、治具本体５１がコンパクトになり、治具の取り扱いが一層容易になる。但し、溝部３１内に本変形例の第１治具５０の押上部５３を挿入する際、溝部３１の天井面３４とシール板２１の間の隙間に、押上部５３の先端部を押し込める程度の大きめの挿入口を手作業であける必要がある。また。ガイド役となるガイド部が存在しないため、第１治具５０が溝部内を周方向に移動する際、治具の動きに円滑性を欠くため、取手部５２側からの押し込み操作が若干難しくなる。
【００５４】
図１０は、溝部断面内における第１治具の径方向の厚さとシール板の厚さと溝深さの相対関係を示す。シール板２１と溝部３１の天井面３４との間の隙間にガイド部５４側から第１治具５０を挿入して、第１治具５０が溝部３１内を周方向に移動するとともに、シール板２１は溝部３１内の側面３５に沿って径方向の内側方向に移動する。シール板２１が溝部３１内を径方向に移動する途中で、シール板２１の端面２１ｄが溝部３１の側面３５に接触し始める。少なくともシール板２１の両側の端面２１ｄが溝部３１の両側の側面３５に接触するまで、第１治具５０を移動させながら、所定の位置までシール板２１を移動させるのが望ましい。シール板２１の両側の端面２１ｄが側面３５に接触せず、少なくとも一方側の側面との間に隙間があれば、加圧流体を溝部に供給しても、溝部の空間が加圧されず、溝部のシールが不可能だからである。
【００５５】
図１０では、シール板２１が移動して、シール板２１の内面２１ｂの両端が、溝部３１の開口端３３の入口（開口端直線部３８の径方向の外側端３８ａ）に接触した状態を示している。このシール板の位置は、第１治具５０を用いて移動するシール板２１の許容上限位置を示している。この位置までシール板２１を径方向に移動すれば、加圧流体を供給路１６を介して溝部３１に供給しても、シール板２１の端面２１ｄと溝部３１の側面３５との間で漏れが生ぜず、溝部３１の空間と大気側の間がシールされる。なお、溝部の空間のシール性が維持できれば、加圧流体ＰＧの圧力でシール板２１の外面２１ａが押圧され、回転軸６の外表面に当接するまで、シール板２１は開口端直線部３８の壁面に沿って径方向の内側に移動する。
【００５６】
第１治具５０の押上部５３の極厚部分の径方向の高さｈ３は、シール板２１が上述のシール上限深さになるように選定することが望ましい。すなわち、図１０において、治具高さｈ３は、少なくとも、溝深さｈ１から開口端直線部長さｈ２とシール板厚さｔ１を減ずることにより定まる値（この値を「シール上限深さ」と呼ぶ）に相当する高さを有することが望ましい。すなわち、押上部５３の厚さは、少なくともシール上限深さに相当する高さより大きくすることが望ましい。押上部５３の高さが小さい場合は溝部３１の空間がシールされず、シール板が適正な位置及び姿勢を保って配置することが困難になるからである。なお、第３治具７０を用いる場合であっても、通常第３治具の板厚は治具の厚さに比較して小さいので、上述のシール上限位置深さの決定の際は、第３治具の厚さは考慮しなくてもよい。
【００５７】
なお、溝部の断面形状が、その側面が天井面から開口端の末端まで中間傾斜部のみで形成され、開口端直線部を備えない場合には、前述のシール上限深さは、開口端直線部ｈ２がない（ｈ２＝“０”）として、決定すればよい。
【００５８】
次に、第２治具（調整治具）について、以下に説明する。
第２治具は、一体物で形成された下半部ハウジング１３内にシール板を配設した後、回転軸６の上半部の外表面にシール板２１を配置する際に用いる治具である。すなわち、第２治具は、上半部ハウジング１２の側板２３を取り外した状態で、ハウジング本体２０を構成する基部２２に形成された半割れ状の溝部３１にシール板２１を配設する際に用いる。第２治具を用いて、シール板と回転軸の表面の間の隙間量を調整することにより、撓みを生ずることなくシール板を配設することが可能であり、シール板の適正な長さを選定できる。
【００５９】
図１１に示すように、第２治具６０は、１枚板で形成された扇形の薄板状の治具であり、テフロン（登録商標）等の潤滑性材料を適用するのが望ましい。第２治具６０は、治具外周を形成する外側縁６３と、外側縁６３と治具の内周を形成する内側縁６６の間に位置する中間縁６４と、扇形の半径を形成する２つの側縁６５で囲まれた鍔部６１と、中間縁６４から扇形中心に向かって内側縁６６まで複数本の短冊状に延設された挿入部６２で形成される。すなわち、中間縁６４と内側縁６６で囲まれた扇形形状のうち、一定幅ごとに矩形状又は円弧状の切欠部６７を切り落とし、鍔部６１から扇形の中心方向に延設した部分を挿入部６２としている。挿入部６２は、鍔部６１の面に対して略直角となるように、中間縁６４に沿って内側に折り曲げた形状を備えることが望ましい。第２治具６０の１個あたりの挿入部６２の数は、治具１個あたりの周方向の長さにより変動する。一つの治具に対して、複数個の挿入部を設けてもよいし、一つでもよい。
【００６０】
鍔部６１の高さ（外側縁６３と中間縁６４の間の側縁６５に沿う長さ）は、溝部３１の溝深さｈ１と同程度とし、挿入部６２の長さ（側縁６５に沿って中間縁６４と内側縁６６の間の長さ）はシール板の板幅の２倍以内とするのが望ましい。また、挿入部６２は中間縁６４から先端の内側縁６６に向けて厚みが薄くなるようにしてもよい。厚みを変えることにより、シール板の弛みの調整が容易となる。
【００６１】
次に、第３治具（帯板）について、以下に説明する。
第３治具は、下半部ハウジングの溝部内の幅広部にシール板を挿入した後、第１治具を挿入する前に用いる帯板状の治具であり、第１治具がシール板と溝部の天井面との間の溝部内を円滑に回転軸の中心方向に移動可能なように、予め溝部の天井面に沿って周方向に配置される治具である。
【００６２】
図１２に示すように、第３治具７０は、１枚物の長尺状の薄板本体７１と固定輪７２からなる。薄板本体７１は、テフロン（登録商標）等の潤滑性材料が望ましい。第３治具７０の一端には、第３治具７０を上半部ハウジング１２の基部２２側に固定するための固定輪７２を備える。固定輪７２は、第１治具５０を溝部３１内に挿入する際に、基部２２側に設ける帯板用ボルト３９に係合して、第３治具７０が第１治具５０の移動と共につれ回りして、溝部３１内を周方向に移動するのを防止するためである。予め第３治具７０を配置することにより、第１治具５０が溝部内を周方向に移動する際、潤滑性のよい第３治具７０の表面に接触しながら移動するので、第１治具は滑らかに移動でき、溝部の天井面および側面を損傷するおそれがない。
【００６３】
次に、図１３に基づき、本実施例に関する軸シールの取付け方法を以下に説明する。図１３は、シール板２１を下半部ハウジング１３に取付ける際の取り付け要領を示す。前述のように、本実施例における軸シール１０は、ハウジング１１の側板２３が基部２２に対して着脱可能な上半部ハウジング１２と、一体物のハウジングで形成された下半部ハウジング１３で形成されている。
【００６４】
まず、上半部ハウジング１２の側板２３を取り外した状態で、下半部ハウジング１３の溝部３１内に回転軸の周方向からシール板２１の取り付けを行う。
上半部ハウジング１２の側板２３を取り外した状態で、下半部ハウジング１３の溝部３１の幅広部３２に、シール板２１を周方向から挿入する。反対側の溝部３１の開口からシール板２１の先端が突出するまで、溝部３１内を天井面３４近傍の幅広部３２に沿ってスライドさせつつ、シール板２１を周方向に押し込んでいく。シール板２１は、下半部ハウジング１３の溝部３１の開口から突出するシール板の突出長さが、回転軸６の四半円の周囲長を上回る程度まで押し込む。下半部ハウジング１３内にシール板２１を配設し、溝部３１の両側の開口から、回転軸６の四半円の周囲長を上回る程度まで、それぞれ過剰にシール板２１を突出させた状態にする。
【００６５】
次に、図１２に示す第３治具７０を、配設済のシール板２１に沿って溝部内の周方向に挿入する。その際、図１２、図１３に示すように、第３治具７０に付属する固定輪７２（第１係合手段）を、上半部ハウジング１２の基部２２に固定された帯板用ボルト３９（第２係合手段）に係合する。更に、第３治具７０の固定輪７２を設けた一方の端部とは異なる他方の端部から、第３治具７０をシール板２１と溝部３１の天井面３４の間の隙間に挿入し、反対側の溝部３１の開口から第３治具７０の端部が突出するまでスライドさせながら、溝部３１内を周方向に押し込んでいく。
【００６６】
第３治具７０を配設した後、第３治具７０の固定輪７２に近い溝部の開口から、第１治具５０を天井面３４と配設済の第３治具７０との間の隙間に挿入する（図１３の挿入位置Ｘ）。第１治具５０を挿入する際は、取手部５２を保持して反対側のガイド部５４の端部から溝部３１内に押し込みながら挿入していく。ガイド部５４の先端が、下半部ハウジング１３の反対側の溝部３１の開口から突出するまで第１治具５０を押し込んでいく。この操作により、下半部ハウジング１３の溝部３１の幅広部３２に配置されたシール板２１を径方向の内側方向に移動させ、少なくともシール上限深さまで移動することが望ましい。この位置にシール板を配置できれば、後述する加圧流体ＰＧの供給により、シール板を運転時の所定の位置に配設できる。
【００６７】
なお、前述のように、本実施例におけるシール板２１のいわゆる所定の位置とは、シール板の取付時とタービンの運転時では、その位置が異なる。すなわち、軸シール１０は、第１治具５０を用いて、シール板２１を溝部内の所定の位置に配設後、加圧流体ＰＧを供給して、加圧流体ＰＧによりシール板２１の外面２１ａを押圧し、シール板２１が開口端３３の側面３５に沿って径方向の内側方向にスライドして、シール板２１の内面２１ｂが回転部６の外表面に当接するまで移動する。シール板２１が回転軸６の表面に当接する位置が、シール板２１の運転時の所定の位置となり、この位置で軸シール２１の本来のシール性能が発揮される。つまり、シール板２１の取付時の所定の位置とは、後述するシール上限深さに相当する位置をいい、シール板の内面２１ｂの両端（シール板２１の端面２１ｄの下端）が開口端直線部３８の径方向の外側端３８ａに接する位置を言う。また、シール板２１の運転時の所定の位置とは、シール板２１を取付時の所定の位置に配設後、加圧流体ＰＧで溝部の空間を加圧し、シール板２１の内面２１ｂが回転軸６の外表面に当接して、シール板２１の端面２１ｄが開口端３３の側面３５に狭持された位置をいう。シール板２１が、運転時の所定の位置に配設された位置では、溝部３１の空間は外部から隔離されて加圧状態を維持し、軸シールの本来のシール性能が発揮された状態である。
【００６８】
また、図９（ａ）、図９（ｂ）に示す第１治具の変形例の場合、溝部３１に第１治具５０を挿入する際、押上部５３を頭にして取手部５２を保持しながら押し込む方法を説明したが、取手部５２をガイド代わりにして、取手部５２の先端を頭に溝部３１に押し込んで行き、反対側の溝部３１から取手部５２の先端が突出した後、取手部５２の先端を把持して引張り、溝部３１を経由して第１治具全体を引き出す方法でもよい。
【００６９】
シール板２１が配設されたことを確認後、シール板２１を挿入した方向と同じ方向に、溝部３１から第１治具５０を引き抜く。更に、第３治具７０の固定輪７２（第２係合手段）を帯板用ボルト３９から外して、第１治具５０を引き抜く方向と同じ方向に第３治具７０を引き抜く。この操作により、少なくともシール板２１は、シール上限深さに相当する位置に配置され、シール板２１の内面２１ｂの両端が、溝部３１の両側の開口端直線部の径方向の外側端３８ａに接触するか、または両側の開口端直線部３８に把持された状態で配設される。
【００７０】
下半部ハウジング１３にシール板２１を配設した後、下半部ハウジング１３の溝部３１の開口の両側から外部に突出している余剰のシール板２１を、回転軸６の上半部の表面に沿って周方向に配置する。回転軸６の周方向の外表面に沿わせて配置する際、シール板２１に弛みや撓みが生じないように留意する。シール板２１が回転軸廻りに一回りできる長さを確認後、回転軸６の周囲長を若干上回る程度の長さでシール板２１を切断する。シール板の両端の切断面を接着剤で固着させることにより、継ぎ目のない一本物の環状のシール板２１が回転軸廻りに配設される。
【００７１】
次に、回転軸６の上半部の外表面にシール板２１を配設する際、第２治具６０を用いて、シール板の弛みや撓みを調整する方法を以下に説明する。シール板は作業時の環境温度により伸縮するので、シール板を交換する度に、シール板の長さを調整する必要がある。また、弛みや撓みを調整して適度な長さのシール板を回転軸廻りに配設することが、シール板を所定の位置に配設するために重要である。すなわち、シール板の弛みが大きくシール板の全長が長すぎると、上半部ハウジング１２にシール板２１を配設する際、シール板の一部が溝部からはみ出して、無理矢理シール板２１を溝部内に押し込めることになる。その結果、シール板２１を回転軸の外表面に沿って均一に配置することが難しく、シール板のねじれやゆがみ等が局部的に生じて、シール板を所定の位置に配設することができず、軸シール全体のシール性の維持が困難になる。
【００７２】
図１４に示すように、回転軸６の外表面の周方向に沿って配設されたシール板２１と回転軸６の外表面との間の隙間に、回転軸の軸方向でタービン本体（車室２のグランド部７）に向かって、第２治具６０の挿入部６２を差し込む。この場合、第２治具６０の鍔部６１が回転軸の軸方向の外側（グランド部７の反対側の軸受箱９側）に配置されるように、挿入部６２を回転軸の軸方向から隙間に差し込む。その後、シール板２１が回転軸６の外表面から若干浮くように、挿入部６２の軸方向の差し込み位置を調整する。回転軸６の上半部の周方向に第２治具６０を配置して、シール板２１の浮き上がり量を調整した後、隣接した第２治具６０同士の鍔部６１を仮止材６８で固定する。仮止材６８は、公知のテープ等を使用できる。また、挿入部６２の厚さを中間縁６４側から内側縁６６側に向かって薄くすれば、第２治具６０の挿入部６２のシール板２１と回転軸６の外表面の隙間への差込長さを調整することにより、シール板の弛み量や弛み量の調整が容易になる。
【００７３】
次に、第２治具６０が溝部内に配設された状態で、鍔部６１がハウジング１１の外側に配置されるように、上半部ハウジング１２側の側板２３を基部２２に取り付ける。側板２３を取り付けた後、鍔部６１を保持して第２治具６０を径方向の外側方向に引き抜くことにより、シール板２１がハウジング１１の溝部３１内の取付時の所定の位置に配設され、軸シール１０の取り付けが終了する。
【００７４】
なお、第２治具６０は、回転軸の上半部の作業スペースが狭隘で、シール板の軸方向からの着脱が困難な場合に一層有効である。回転軸６の上半部の作業スペースが十分にあり、軸方向からのシール板の着脱が容易である場合には、第２治具に変えて、矩形状の薄板を軸方向から着脱して、シール板の長さ調整を行うことでもよい。
【００７５】
次に、軸シール１０の取り付け後、加圧流体ＰＧを溝部３１内に供給して溝部３１内を加圧する。すなわち、別途準備した加圧源（図示せず）とハウジング１１の接続口１５を接続して、加圧源より加圧流体ＰＧを受入れる。加圧流体ＰＧは、空気の他に窒素や不活性ガス源等であってもよい。加圧流体ＰＧを供給して、溝部３１の空間を加圧保持して、加圧流体の漏れの有無等を確認する。漏れの有無の確認が終われば、シール板２１が運転時の所定の位置に配設され、軸シール１０の取付け作業は終了したと判断してよい。
【００７６】
本実施例の軸シール１０を適用すれば、タービンのクリーンアップ運転におけるフラッシング作業の際、シール板と加圧流体の供給路が分離されているので、回転軸を回転させる際、共廻りのおそれがなく、シール板及び供給路が破損することがない。また、シール板が磨耗した場合でも、交換が容易である。
【００７７】
また、軸受等が近接している場合、軸シール周辺の作業スペースが狭隘なため、軸方向に軸シールを着脱することが困難な場合でも、本発明に係わる軸シール及び軸シールの取り付け方法を用いれば、軸シールの着脱が容易である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 蒸気タービン
６ 回転軸
７ グランド部
１０、８０ 軸シール
１１、８１ ハウジング
１２ 上半部ハウジング
１３ 下半部ハウジング
２１ シール板
２２ 基部
２３ 側板
３１、８２ 溝部
３２ 幅広部
３３ 開口端
３４ 天井面
３５ 側面
ＰＧ 加圧流体
ｍ シール板幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低圧用及び高中圧用の蒸気タービンに適用される軸シール及びそれを備えた蒸気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蒸気タービンの定検工事の際、付帯設備のクリーンアップを目的に、水配管系統及び潤滑油配管系統のフラッシングが行われる。水配管系統のフラッシングを行うにあたっては、水中の酸素除去のため、タービン車室内を真空に保持する必要がある。
一方、蒸気タービンの起動時間の短縮のため、起動当初は、蒸気タービン内にグランド蒸気を導入せずに、蒸気タービンを停止させた状態で蒸気タービン車室内を真空に維持しつつ、水配管系統と潤滑油配管系統のフラッシング作業を同時平行で行う起動方法が採用されている。この方法では、蒸気タービンのグランド部に簡易な軸シールを設け、大気が蒸気タービンの車室内に漏れ込むのを防止して、水配管系統のフラッシングと潤滑油配管系統のフラッシングを同時に行うので、その分だけ起動時間を短縮できる。潤滑油配管系統のフラッシングが終了後、ロータを低速で回転させて、グランド部にグランド蒸気を導入し、水配管系統のフラシングが継続して行なわれる。
【０００３】
特許文献１には、上述の軸シールの一例が示されている。図１５には、その概略構造を示す。図１５に示す軸シール８０は、蒸気タービンのグランド部７の端部に設けられ、主にハウジング８１とシール材８３から構成されている。軸シール８０は、ハウジング８１を介してハウジングボルト１４によりグランド部７に固定されている。ハウジング８１内に設けられた溝部８２内に中空部８４を有するシール材８３を回転軸６の廻りに環状に配置して、ハウジング８１の頂部に加圧流体ＰＧを外部から受入れる接続口１５を備えている。シール材８３と接続口１５は、供給路１６を介して接続され一体化されて、外部の供給源（図示せず）から加圧流体ＰＧの受入が可能である。シール材８３は、合成ゴム等の弾力性材料で形成され、その内部に回転軸の周方向に環状に形成された中空部８４を備えている。軸シール８０は、供給路１６を介して加圧流体ＰＧを中空部８４に受入れてシール材８３を膨張させ、シール材８３が膨れて回転軸６及びハウジング８１の溝部８２の内壁に押付けられ、蒸気タービン１の車室側と大気側の間をシール材８３でシールしている。この構造により、大気側からタービン車室側への空気の流入を遮断して、タービン車室側の真空を維持している。
【０００４】
一方、特許文献２には、圧力流体の供給路とシール材を別体とし、薄板状のシール材をハウジングの溝内に配置して回転軸に接触するように設け、加圧流体の背圧でシール材を回転軸の表面に押付けてシールする軸シールが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平６−８０２８３号公報
【特許文献２】実公昭５９−８４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に示す軸シールは、外部供給源から加圧流体を受入れる供給路とシール材が直結された一体の構造であるため、回転軸を回転させた場合、回転軸の回転とともにシール材が共回りしようとするため、摺動トルクが加圧流体の供給路とシール材のつなぎ部分にかかり、シール材及びつなぎ部分の金具等を破損するという問題があった。
【０００７】
一方、特許文献２に示される軸シールの場合、シール材の両端部が嵌めこみ構造のため、シール材の交換が容易でないという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、タービン起動時の水配管系統のフラッシングの際、軸シールのシール機能を発揮して、タービン車室側の真空を維持しつつ、シール部材の破損を防止し、交換が容易なタービンの軸シールを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記の問題点を解決するため、下記の手段を採用した。
すなわち、本発明のタービン用軸シールは、タービンのグランド部に設けられ、回転軸廻りに環状に配設されて、加圧流体を外部から受入れて回転軸をシールするタービン用軸シールであって、該軸シールは、回転軸の周方向に沿って回転軸の中心方向に開口する溝部を備えたハウジングと、前記溝部内の周方向に配設され、溝幅方向の両端を前記溝部の側面に狭持された断面Ｕ字状の弾力性を有するシール板と、を含む構造を備え、前記溝部は、前記シール板の板幅より小さい溝幅の開口端を備えること、を特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、シール板と加圧流体の供給路とが分離され、直結する構造ではないので、シール板とハウジングの破損が防止できる。また、シール板は、ハウジングの開口端に狭持されているにすぎないため、その交換は容易である。
【００１１】
本発明におけるハウジングは、上半部ハウジングと下半部ハウジングからなり、前記上半部ハウジングは、周方向に分割された基部と側板とから形成され、該側板は前記基部に対して回転軸の軸方向に着脱可能な構造を備え、前記下半部ハウジングは一体に形成されていることが望ましい。
【００１２】
本発明によれば、上半部ハウジングでは、回転軸の軸方向に側板の着脱ができるので、シール板の挿入が容易である。また、下半部ハウジングにおいて、軸方向の作業スペースが狭隘な場合であっても、シール板を周方向から溝部に挿入できるので、シール板の取り付けが容易である。
【００１３】
本発明における溝部は、天井面近傍で回転軸の軸方向に前記シール板の板幅より大きな幅を有する幅広部を備え、溝部の溝幅は、前記天井面から前記開口端に向けて次第に狭くなることが望ましい。
【００１４】
本発明によれば、ハウジングが溝部の天井面近傍にシール板の板幅より大きな溝幅を有する幅広部を備えているので、シール板のハウジング内への挿入が容易であり、シール板の配置が確実である。
【００１５】
本発明における溝部は、前記幅広部近傍では、回転軸に垂直かつ互いに平行で、前記シール板の厚さより長い側面を備え、前記幅広部近傍から前記開口端に向かって径方向に次第に溝幅が狭くなる側面を備え、前記開口端近傍では回転軸に垂直かつ互いに平行な側面を備えることが望ましい。
【００１６】
本発明によれば、幅広部から開口端に向かって滑らかに縮小する側面を備えているので、幅広部近傍に挿入されたシール板を幅広部から径方向に開口端に向けて滑らかに移動できる。
【００１７】
本発明は、前述のタービン用軸シール構造を備えた蒸気タービンであることが望ましい。
【００１８】
本発明によれば、水配管系統及び潤滑油配管系統のフラッシング作業が短縮されるので、蒸気タービンの起動時間が短縮できる。
【発明の効果】
【００１９】
前述した本発明によれば、シール板と加圧流体の供給路とが分離されるので、シール板とハウジングの破損が防止され、シール板の交換が容易である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、蒸気タービンの構造断面の一例を示す。
【図２】図２は、軸シールの上半部ハウジングの要部断面を示す。
【図３】図３は、軸シールの下半部ハウジングの要部断面を示す。
【図４】図４は、溝部の断面を示す。
【図５】図５（ａ）は溝部断面の変形例を示し、図５（ｂ）は、溝部断面の他の変形例を示す。
【図６】図６（ａ）は、シール板の外観を示し、図６（ｂ）は、シール板の断面を示す。
【図７】図７は、軸シールを回転軸の軸方向から見た正面図を示す。
【図８】図８（ａ）は、第１治具の正面図を示し、図８（ｂ）は平面図を示す。
【図９】図９（ａ）は、第１治具の変形例の正面図を示し、図９（ｂ）はその平面図を示す。
【図１０】図１０は、溝部における第１治具とシール板の相対位置関係を示す。
【図１１】図１１は、第２治具の外観を示す。
【図１２】図１２は、第３治具の外観を示す。
【図１３】図１３は、軸シールの取り付け要領を示す。
【図１４】図１４は、第２治具の取り付け要領を示す。
【図１５】図１５は、従来のタービン用軸シールの断面の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る軸シールおよびそれを備えた蒸気タービンについて、その実施例を図１〜図１４に基づいて以下に説明する。なお、本発明に係わる軸シールは、蒸気タービンの起動時におけるフラッシング作業の際に、簡易に用いる軸シールに係わるものである。本軸シールは、フラッシングが終了し、正規運転に入る際、取り外される。
【００２２】
図１は、軸シールを設置する蒸気タービンの構造断面の一例を示す。図１は低圧蒸気タービンの例であり、蒸気は蒸気タービン１の車室２の中央直上に設けられた蒸気入口３から供給され、タービン部４で左右に分かれて排気室５に排出される過程で、静翼及び動翼（図示せず）を通過する際、蒸気の運動エネルギーを回転エネルギーに変換して回転軸６を回転させ、発電機（図示せず）で電力に変換される。
【００２３】
本実施例に係わる軸シール１０は、蒸気タービンの起動の際、車室２内のタービン部４を軸封するグランド部７と軸受８を内蔵した軸受箱９の間に設けられ、グランド部７の末端に配設されている。軸シール１０は、蒸気タービン起動時のフラッシング作業時に使用するものであり、フラッシング作業が終了したら取り外される。
【００２４】
軸シール１０の主要部を構成するハウジング１１は、グランド部７の水平面で、上半部ハウジング１２と下半部ハウジング１３に二分割されている。図２は、本実施例に係わる軸シール１０の上半部ハウジング１２の要部断面を示し、図３は下半部ハウジング１３の要部断面を示している。
【００２５】
図２に示す上半部ハウジング１２は、主に基部２２と側板２３からなるハウジング本体２０とシール板２１とから構成され、ハウジング本体２０が蒸気タービン１のグランド部７に取付けられる。ハウジング本体２０は、回転軸６の廻りに環状に配置され、回転軸６の中心方向に開口する溝部３１を備える。溝部３１は、基部２２と側板２３を組み合わせて形成される環状の空間であり、この溝部３１の開口端３３近傍に、基部２２側の側面３５と側板２３側の側面３５に狭持されてシール板２１が配置される。また、シール板２１は、下面が回転軸６の外表面に接し、シール板２１の幅方向の端面２１ｄ（図６（ｂ））が基部２２と側板２３の側面３５に接触している。更に、側板２３は、加圧流体ＰＧを外部供給源（図示せず）から受入れる接続口１５を頂部に備え、接続口１５と溝部３１の空間を連通する供給路１６を備える。
【００２６】
ハウジング本体２０を構成する基部２２及び側板２３は、回転軸６の軸方向に着脱可能な構造である。すなわち、基部２２は上半部ハウジング１２のハウジング本体２０の主要部を構成し、ハウジングボルト１４により軸方向からグランド部７に取り付けられる。側板２３は、回転軸６の軸方向に側板ボルト２５により基部２２に固定される。なお、側板２２は半円弧状の１枚物でもよいし、周方向に複数個に分割されたものでもよい。
【００２７】
図３に示す下半部ハウジング１３は、ハウジング本体２０が一体化された構造を備える点を除き、他の構成は図２に示す上半部ハウジング１２の構造と同じである。すなわち、図３に示すハウジング本体２０は、一体物で形成され、回転軸６の中心方向に開口する溝部３１を備え、溝部３１が溝部の天井面３４近傍に幅広部３２を備えて、幅広部３２の溝幅はシール板２１の板幅より大きくしている。また、溝部３１の開口端３３近傍の溝幅は、シール板２１の板幅より小さくして、幅広部３２から開口端３３に向けて溝部３１の対向する側面３５に傾斜をつけ、徐々に開口端３３に向けて溝幅を狭める構造を備えている。
【００２８】
図４は、本実施例に係わるハウジング本体２０の溝部３１の断面を示す。図４は、上半部ハウジングの場合で、ハウジング本体２０が、基部２２と側板２３に分割され、分割面２４を備える場合を示している。基部２２及び側板２３により形成される溝部３１は、径方向の外側にある天井面３４と軸方向に対向して設けられる基部２２及び側板２３の側面３５で囲まれた空間として形成され、溝部３１の開口端３３近傍にシール板２１を配置することにより溝部内に閉空間が形成される。
【００２９】
溝部３１は、溝部内の径方向の外側の天井面３４近傍において、軸方向にシール板２１の板幅より大きい溝幅を有する幅広部３２を備え、回転軸６に最も近い開口端３３で、その溝幅は、シール板２１の板幅より小さくする。また、天井部近傍の基部２２及び側板２３の両側面３５で形成される幅広部３２の径方向の深さは、シール板２１の厚さより大きい。幅広部３２の両側面３５は、対向する側面３５同士が互いに平行で、回転軸６に垂直な幅広直線部３６を備える。更に、幅広部３２から開口端３３に向けて溝幅が順次狭まる中間傾斜部３７を備え、開口端３３では回転軸６に垂直で互いに平行であって、シール板２１が狭持可能な開口端直線部３８を備えることが望ましい。開口端３３近傍に開口端直線部３８を備えることにより、開口端直線部３８の側面３５でシール板２１を保持して、加圧流体ＰＧが溝部３１から大気側へ漏れるのを防止している。
【００３０】
図４に示すように、溝部３１の開口端３３の溝幅Ｌは、シール板２１の板幅ｍより小さくすることが望ましい。これにより、溝部３１の開口端３３に配設されたシール板２１は、その板幅の両側の端面２１ｄで開口端３３の側面３５から若干の圧縮力を受けて、開口端３３の側面３５に狭持されている。なお、下半部ハウジング１３に配設されるハウジング本体２０は一体物で形成されるため、図４に示す断面図で、分割面２４及び基部２２、側板２３を除き、その他の構成は、図４がそのまま適用できる。
【００３１】
図５（ａ）は、溝部断面の変形例を示す。本変形例は、幅広直線部を備えない点を除き、図４に示す溝部断面と同じ構成である。溝部が、幅広直線部を備えないため、幅広部３２の溝幅は、図４（ａ）に示す幅広部３２の溝幅より大きくして、シール板を挿入し易くするのが望ましい。
【００３２】
図５（ｂ）は、溝部断面の他の変形例を示す。本変形例は、溝部３１が基部２２と側板２３を備えて、ハウジング本体２０を二分割できる上半部ハウジング１２の溝部３１に適用する例を示す。本変形例では、溝部３１の溝幅が天井面３４から開口端３３まで同一幅で形成される点を除き、図４に示す溝部断面と同じ構成が適用できる。本変形例は、図４又は図５（ａ）に示す実施例及び変形例と比較して、溝部３１の側面３５が天井面３４から開口端３３に向かって溝幅を狭める中間傾斜部を備えないため、溝加工が簡単で、加工コストが安い。
【００３３】
なお、図４および図５（ａ）に示す実施例および変形例は、溝部が開口端直線部を備えた例であるが、溝部の天井面から開口端の末端まで中間傾斜部からなる側面で形成され、開口端直線部を備えなくてもよい。開口端の軸方向の溝幅を、シール板の板幅より小さくすれば、開口端の側面とシール板の端面が接触して、溝部の空間が確実にシールできる。
【００３４】
図６（ａ）は、シール板の外観を示し、図６（ｂ）はシール板の断面を示している。シール板２１は、断面Ｕ字状の弾力性を有する材料で形成され、板幅ｍ及び厚さｔ１、ｔ２の断面を備え、回転軸６の廻りに環状に形成される。シール板２１は、常温に近い温度で使用するため、市販の合成ゴム等の安価かつ弾力性のある材料が適用できる。
【００３５】
環状のシール板２１の外面２１ａは溝部３１の空間側に面し、内面２１ｂは回転軸６の表面に接して配置される。本シール板２１の外面２１ａには、板幅方向の両端であって長手方向の全長に渡って溝部３１の空間側に突出する突起２１ｃを設け、シール板２１の板幅ｍの中央部の厚さｔ１より両端面２１ｄの厚さｔ２を大きくしている。この構成により、シール板２１はその断面が板幅の中央部付近が凹んだＵ字状の形状にして、端面の径方向のシール長さを確保して、溝部３１の側面３５とシール板２１の端面２１ｄとの間のシール性を高めている。
【００３６】
また、シール板の厚さｔ２は、少なくとも溝部の開口端３３の内側端面と回転軸の表面との間のクリアランスＣ（図４）より大きくする必要がある。シール板の厚さｔ２が小さいと、シール板による加圧流体のシールが困難になるからである。シール板の中央部の厚さｔ１を、クリアランスＣより大きくすれば、より確実にシールできる。
【００３７】
なお、シール板２１の端面２１ｄは、図６（ｂ）に示すように、内面２１ｂから外面２１ａに向かって断面が広がるような傾斜面を備えてもよいし、回転軸６に垂直で平坦な端面２１ｄを備えてもよい。
【００３８】
一方、シール板２１は、長手方向に分割面を設けず、単一の帯状のシール板で形成され、末端は接着剤等を用いて固着させ、全体として環状のシール板に形成して、シール板自体からの漏れを防止している。
【００３９】
図７は、軸シールを回転軸の軸方向から見た正面図である。本実施例は、軸シール１０のハウジング１１が２分割され、回転軸の廻りに環状に配置された上半部ハウジング１２と下半部ハウジング１３に分割されている。上半部ハウジング１２は、ハウジング本体２０が基部２２と側板２３からなり、回転軸廻りに環状に配置され、グランド部７に対して軸方向にハウジングボルト１４で固定されている。側板２３は、軸方向に基部２２に対して側板ボルト２５により固定されている。下半部ハウジング１３は、一体化された構造のため、ハウジング本体２０が、ハウジングボルト１４により軸方向からグランド部７に固定されている。
【００４０】
また、上半部ハウジング１２の頂部近傍には、加圧流体ＰＧを受入れる接続口１５を備える。なお、上半部ハウジング１２は、加圧流体ＰＧを溝部３１に供給するため、接続口１５と溝部３１を連結する供給路１６を備えている。図７は、接続口１５が一箇所の例を示しているが、２箇所以上の接続口を設けてもよい。下半部ハウジング１３の下部にはドレン口２７を設け、溝部３１内に溜まる水等の滞留物が排出できるようにしている。また、上半部ハウジング１２と下半部ハウジング１３は、水平分割面１７で締結ボルト２６により一体に締結されている。上半部ハウジング１２の基部２２及び側板２３は、同様に水平分割面１７において、締結ボルト２６で下半部ハウジング１３に締結されて、全体として一体化した環状のハウジングが形成される。
【００４１】
溝部３１に加圧流体ＰＧが供給され、溝部３１の内部が加圧された場合、シール板２１は溝部側の空間側の面した外面２１ａで流体圧力を受けて径方向の内側方向に押圧され、内面２１ｂで回転軸６に押付けられる。その結果、シール板２１の内面２１ｂと回転軸６の外表面の間にシール面が形成され、蒸気タービンの車室側と大気側（図２）との間がシールされ、大気が車室側に漏れ込むのを遮断して、車室内の真空が維持される。
【００４２】
次に、本実施例の軸シールの組み付け方法及び取り外し方法に用いる治具を以下に説明する。本実施例では、３種類の治具を用いているが、いずれの治具も下半部ハウジング内にシール板を取り付け又は取り外す際に用いる治具である。
【００４３】
まず、第１治具（押し上げ治具）について、以下に説明する。
図８（ａ）は、第１治具５０の正面図を示す。図８（ａ）は、第１治具をハウジング内に挿入して、回転軸の軸方向から溝部を断面視した正面図である。図８（ｂ）は、第１治具の平面図を示し、回転軸の径方向から軸中心方向を見た図に相当する。
【００４４】
第１治具５０は、溝部の開口端３３における幅方向の両側の側面（開口端直線部３８）に狭持されたシール板２１を回転軸６の外表面に当接させて所定の位置にシール板２１を保持させるために用いる。すなわち、溝部３１内の幅広部３２に回転軸６の周方向から挿入されたシール板２１が、回転軸６の外表面に当接するまで溝部３１内を径方向の内側方向（中心方向）に移動する過程で、シール板２１が、板幅方向に傾くことなく略平行な姿勢を維持して、取付時における所定の位置に移動する場合に、第１治具５０が必要となる。
【００４５】
第１治具５０は、図８（ａ）に示すように、治具本体５１と取手部５２から構成される。治具本体５１及び取手部５２は共に、テフロン（登録商標）等の潤滑性及び柔軟性に優れ、重量の軽い材料を適用するのが望ましい。治具本体５１は、帯状の長尺板の一体物で形成され、押上部５３と取付部５５とガイド部５４とから構成されている。押上部５３の一方の端部の径方向の厚さの中央近傍から薄板状のガイド部５４が長手方向に延設し、押上部５３の他方の端部の径方向の厚さの中央近傍には取手部５２に係合する取付部５５が設けられている。
【００４６】
治具本体５１は、図８（ａ）に示す正面図で、長手方向全長の中間部で最も板厚が大きく、径方向の外側及び内側に突出する押上部５３を備える。押上部５３の長手方向の前後には、押上部５３より板厚の薄いガイド部５４と取付部５５が、押上部５３の径方向の厚さの中央近傍から長手方向に延在している。すなわち、治具本体５１は、押上部５３の中央部が上側（径方向の外側）及び下側（径方向の内側）に突出し、押上部５３から長手方向の前後方向に裾野が広がる山形形状を備えている。
【００４７】
治具本体５１のガイド部５４は、図８（ａ）において、押上部５３より薄い厚みで長手方向に延設させることが望ましい。すなわち、治具本体５１の断面視で、押上部５３に対して径方向中央近傍から押上部５３より薄板状のガイド部５４を延設させ、押上部５３の極厚部を頂上にして上下側（径方向の内外側）に山形の裾野を広げた形状を形成している。つまり、治具本体５１の全体の形状を外観した場合、ガイド部５４を極厚の押上部５３より薄くして、ガイド部５４の上下側に凹部５６が形成されている。このような断面形状を備えることにより、第１治具が溝部の天井面３４に沿って周方向に移動する際、ガイド部５４の先端がハウジング１１の溝部の天井面３４や側面３５と干渉することが少なく、溝部内での第１治具の周方向の移動がスムーズになる。
【００４８】
押上部５３の最も板厚の大きい領域の長手方向の長さは、押上部５３の径方向の高さｈ３と同程度であるのが望ましい。これにより、押上部５３の極厚の厚み部分で、シール板２１を溝部内の所定の位置に移動させることが容易になる。但し、押上部５３の極厚な部分でシール板２１を溝部内の所定の位置に移動させ、その位置に保持できるかぎり、押上部５３の最も板厚の大きい領域の長さは、さらに短くてもよい。押上部５３の極厚の最大高さｈ３を備えた領域が長すぎると、治具が溝部内を周方向に移動する際、溝部内の天井面等に接触して、治具のスムーズな移動が困難となる。
【００４９】
ガイド部５４の厚さは押上部５３の厚さの半分程度が望ましい。ガイド部５４は溝部の天井面３４とシール板２１の間の隙間に第１治具を挿入するガイド役を担うため、ある程度の剛性が必要である。ガイド部６４の厚さが薄すぎると、剛性不足となり、柔らかすぎて挿入が困難であり、本来の役割が果たせない。一方、板厚が厚すぎると、溝部内の天井面等との干渉が生じ、治具の周方向の円滑な移動が困難となる。
【００５０】
また、治具本体５１は、ガイド部５４を含めて治具全体としてある程度の剛性（硬さ）を備えることが望ましい。径方向の厚さが極厚な部分を備えた治具本体の形状でシール板を押して、シール板を径方向の内側に移動させる必要があり、治具本体の全体の剛性が不足するとシール板の円滑な移動が難しくなる。
【００５１】
また、治具本体５１とは別体の取手部５２が、取付部５５を介して治具本体５１に係合している。取手部５２は、第１治具５０のうちで最も長尺の部材であり、２枚重ねの薄板品で形成される。取手部５２の一方の端部は、細い線材等の適当な係合手段により治具本体５１に係合し、他方の端部も同様な係合手段で結束されている。線材を用いた結束手段に代えて、取手部５２及び取付部５５に貫通孔をあけ、リベットで固定してもよい。取手部５２は、２枚重ねの薄板で形成しているため、２枚重ねた厚みと同じ厚みの一枚板の場合より同程度の剛性にも拘わらず、柔軟性が大きく、治具の挿入時に取り扱いやすい。取手部５２は、長尺状ではあっても、剛性と柔軟性を備えた特性を備えることが望ましい。
【００５２】
図８（ｂ）は、溝部内に配設された第１治具５０を径方向から回転軸の中心方向に見た場合の外観を示している。第１治具５０の押上部５３の幅（軸方向の厚さ）は、少なくとも開口端の溝幅より小さいことが望ましい。溝部の中で最も溝幅の小さい開口端近傍にシール板を確実に移動させるためには、押上部５３の幅を開口端３３の溝幅より小さくする必要があるからである。第１治具５０は、治具全体の重量が軽く、潤滑性及び柔軟性があるので、治具の挿入作業がやり易い。
【００５３】
図９（ａ）、図９（ｂ）は、第１治具の変形例を示す。本変形例は、図８に示す第１治具５０からガイド部を除いた点が異なっています。ガイド部がないため、治具本体５１がコンパクトになり、治具の取り扱いが一層容易になる。但し、溝部３１内に本変形例の第１治具５０の押上部５３を挿入する際、溝部３１の天井面３４とシール板２１の間の隙間に、押上部５３の先端部を押し込める程度の大きめの挿入口を手作業であける必要がある。また。ガイド役となるガイド部が存在しないため、第１治具５０が溝部内を周方向に移動する際、治具の動きに円滑性を欠くため、取手部５２側からの押し込み操作が若干難しくなる。
【００５４】
図１０は、溝部断面内における第１治具の径方向の厚さとシール板の厚さと溝深さの相対関係を示す。シール板２１と溝部３１の天井面３４との間の隙間にガイド部５４側から第１治具５０を挿入して、第１治具５０が溝部３１内を周方向に移動するとともに、シール板２１は溝部３１内の側面３５に沿って径方向の内側方向に移動する。シール板２１が溝部３１内を径方向に移動する途中で、シール板２１の端面２１ｄが溝部３１の側面３５に接触し始める。少なくともシール板２１の両側の端面２１ｄが溝部３１の両側の側面３５に接触するまで、第１治具５０を移動させながら、所定の位置までシール板２１を移動させるのが望ましい。シール板２１の両側の端面２１ｄが側面３５に接触せず、少なくとも一方側の側面との間に隙間があれば、加圧流体を溝部に供給しても、溝部の空間が加圧されず、溝部のシールが不可能だからである。
【００５５】
図１０では、シール板２１が移動して、シール板２１の内面２１ｂの両端が、溝部３１の開口端３３の入口（開口端直線部３８の径方向の外側端３８ａ）に接触した状態を示している。このシール板の位置は、第１治具５０を用いて移動するシール板２１の許容上限位置を示している。この位置までシール板２１を径方向に移動すれば、加圧流体を供給路１６を介して溝部３１に供給しても、シール板２１の端面２１ｄと溝部３１の側面３５との間で漏れが生ぜず、溝部３１の空間と大気側の間がシールされる。なお、溝部の空間のシール性が維持できれば、加圧流体ＰＧの圧力でシール板２１の外面２１ａが押圧され、回転軸６の外表面に当接するまで、シール板２１は開口端直線部３８の壁面に沿って径方向の内側に移動する。
【００５６】
第１治具５０の押上部５３の極厚部分の径方向の高さｈ３は、シール板２１が上述のシール上限深さになるように選定することが望ましい。すなわち、図１０において、治具高さｈ３は、少なくとも、溝深さｈ１から開口端直線部長さｈ２とシール板厚さｔ１を減ずることにより定まる値（この値を「シール上限深さ」と呼ぶ）に相当する高さを有することが望ましい。すなわち、押上部５３の厚さは、少なくともシール上限深さに相当する高さより大きくすることが望ましい。押上部５３の高さが小さい場合は溝部３１の空間がシールされず、シール板が適正な位置及び姿勢を保って配置することが困難になるからである。なお、第３治具７０を用いる場合であっても、通常第３治具の板厚は治具の厚さに比較して小さいので、上述のシール上限位置深さの決定の際は、第３治具の厚さは考慮しなくてもよい。
【００５７】
なお、溝部の断面形状が、その側面が天井面から開口端の末端まで中間傾斜部のみで形成され、開口端直線部を備えない場合には、前述のシール上限深さは、開口端直線部ｈ２がない（ｈ２＝“０”）として、決定すればよい。
【００５８】
次に、第２治具（調整治具）について、以下に説明する。
第２治具は、一体物で形成された下半部ハウジング１３内にシール板を配設した後、回転軸６の上半部の外表面にシール板２１を配置する際に用いる治具である。すなわち、第２治具は、上半部ハウジング１２の側板２３を取り外した状態で、ハウジング本体２０を構成する基部２２に形成された半割れ状の溝部３１にシール板２１を配設する際に用いる。第２治具を用いて、シール板と回転軸の表面の間の隙間量を調整することにより、撓みを生ずることなくシール板を配設することが可能であり、シール板の適正な長さを選定できる。
【００５９】
図１１に示すように、第２治具６０は、１枚板で形成された扇形の薄板状の治具であり、テフロン（登録商標）等の潤滑性材料を適用するのが望ましい。第２治具６０は、治具外周を形成する外側縁６３と、外側縁６３と治具の内周を形成する内側縁６６の間に位置する中間縁６４と、扇形の半径を形成する２つの側縁６５で囲まれた鍔部６１と、中間縁６４から扇形中心に向かって内側縁６６まで複数本の短冊状に延設された挿入部６２で形成される。すなわち、中間縁６４と内側縁６６で囲まれた扇形形状のうち、一定幅ごとに矩形状又は円弧状の切欠部６７を切り落とし、鍔部６１から扇形の中心方向に延設した部分を挿入部６２としている。挿入部６２は、鍔部６１の面に対して略直角となるように、中間縁６４に沿って内側に折り曲げた形状を備えることが望ましい。第２治具６０の１個あたりの挿入部６２の数は、治具１個あたりの周方向の長さにより変動する。一つの治具に対して、複数個の挿入部を設けてもよいし、一つでもよい。
【００６０】
鍔部６１の高さ（外側縁６３と中間縁６４の間の側縁６５に沿う長さ）は、溝部３１の溝深さｈ１と同程度とし、挿入部６２の長さ（側縁６５に沿って中間縁６４と内側縁６６の間の長さ）はシール板の板幅の２倍以内とするのが望ましい。また、挿入部６２は中間縁６４から先端の内側縁６６に向けて厚みが薄くなるようにしてもよい。厚みを変えることにより、シール板の弛みの調整が容易となる。
【００６１】
次に、第３治具（帯板）について、以下に説明する。
第３治具は、下半部ハウジングの溝部内の幅広部にシール板を挿入した後、第１治具を挿入する前に用いる帯板状の治具であり、第１治具がシール板と溝部の天井面との間の溝部内を円滑に回転軸の中心方向に移動可能なように、予め溝部の天井面に沿って周方向に配置される治具である。
【００６２】
図１２に示すように、第３治具７０は、１枚物の長尺状の薄板本体７１と固定輪７２からなる。薄板本体７１は、テフロン（登録商標）等の潤滑性材料が望ましい。第３治具７０の一端には、第３治具７０を上半部ハウジング１２の基部２２側に固定するための固定輪７２を備える。固定輪７２は、第１治具５０を溝部３１内に挿入する際に、基部２２側に設ける帯板用ボルト３９に係合して、第３治具７０が第１治具５０の移動と共につれ回りして、溝部３１内を周方向に移動するのを防止するためである。予め第３治具７０を配置することにより、第１治具５０が溝部内を周方向に移動する際、潤滑性のよい第３治具７０の表面に接触しながら移動するので、第１治具は滑らかに移動でき、溝部の天井面および側面を損傷するおそれがない。
【００６３】
次に、図１３に基づき、本実施例に関する軸シールの取付け方法を以下に説明する。図１３は、シール板２１を下半部ハウジング１３に取付ける際の取り付け要領を示す。前述のように、本実施例における軸シール１０は、ハウジング１１の側板２３が基部２２に対して着脱可能な上半部ハウジング１２と、一体物のハウジングで形成された下半部ハウジング１３で形成されている。
【００６４】
まず、上半部ハウジング１２の側板２３を取り外した状態で、下半部ハウジング１３の溝部３１内に回転軸の周方向からシール板２１の取り付けを行う。
上半部ハウジング１２の側板２３を取り外した状態で、下半部ハウジング１３の溝部３１の幅広部３２に、シール板２１を周方向から挿入する。反対側の溝部３１の開口からシール板２１の先端が突出するまで、溝部３１内を天井面３４近傍の幅広部３２に沿ってスライドさせつつ、シール板２１を周方向に押し込んでいく。シール板２１は、下半部ハウジング１３の溝部３１の開口から突出するシール板の突出長さが、回転軸６の四半円の周囲長を上回る程度まで押し込む。下半部ハウジング１３内にシール板２１を配設し、溝部３１の両側の開口から、回転軸６の四半円の周囲長を上回る程度まで、それぞれ過剰にシール板２１を突出させた状態にする。
【００６５】
次に、図１２に示す第３治具７０を、配設済のシール板２１に沿って溝部内の周方向に挿入する。その際、図１２、図１３に示すように、第３治具７０に付属する固定輪７２（第１係合手段）を、上半部ハウジング１２の基部２２に固定された帯板用ボルト３９（第２係合手段）に係合する。更に、第３治具７０の固定輪７２を設けた一方の端部とは異なる他方の端部から、第３治具７０をシール板２１と溝部３１の天井面３４の間の隙間に挿入し、反対側の溝部３１の開口から第３治具７０の端部が突出するまでスライドさせながら、溝部３１内を周方向に押し込んでいく。
【００６６】
第３治具７０を配設した後、第３治具７０の固定輪７２に近い溝部の開口から、第１治具５０を天井面３４と配設済の第３治具７０との間の隙間に挿入する（図１３の挿入位置Ｘ）。第１治具５０を挿入する際は、取手部５２を保持して反対側のガイド部５４の端部から溝部３１内に押し込みながら挿入していく。ガイド部５４の先端が、下半部ハウジング１３の反対側の溝部３１の開口から突出するまで第１治具５０を押し込んでいく。この操作により、下半部ハウジング１３の溝部３１の幅広部３２に配置されたシール板２１を径方向の内側方向に移動させ、少なくともシール上限深さまで移動することが望ましい。この位置にシール板を配置できれば、後述する加圧流体ＰＧの供給により、シール板を運転時の所定の位置に配設できる。
【００６７】
なお、前述のように、本実施例におけるシール板２１のいわゆる所定の位置とは、シール板の取付時とタービンの運転時では、その位置が異なる。すなわち、軸シール１０は、第１治具５０を用いて、シール板２１を溝部内の所定の位置に配設後、加圧流体ＰＧを供給して、加圧流体ＰＧによりシール板２１の外面２１ａを押圧し、シール板２１が開口端３３の側面３５に沿って径方向の内側方向にスライドして、シール板２１の内面２１ｂが回転部６の外表面に当接するまで移動する。シール板２１が回転軸６の表面に当接する位置が、シール板２１の運転時の所定の位置となり、この位置で軸シール２１の本来のシール性能が発揮される。つまり、シール板２１の取付時の所定の位置とは、後述するシール上限深さに相当する位置をいい、シール板の内面２１ｂの両端（シール板２１の端面２１ｄの下端）が開口端直線部３８の径方向の外側端３８ａに接する位置を言う。また、シール板２１の運転時の所定の位置とは、シール板２１を取付時の所定の位置に配設後、加圧流体ＰＧで溝部の空間を加圧し、シール板２１の内面２１ｂが回転軸６の外表面に当接して、シール板２１の端面２１ｄが開口端３３の側面３５に狭持された位置をいう。シール板２１が、運転時の所定の位置に配設された位置では、溝部３１の空間は外部から隔離されて加圧状態を維持し、軸シールの本来のシール性能が発揮された状態である。
【００６８】
また、図９（ａ）、図９（ｂ）に示す第１治具の変形例の場合、溝部３１に第１治具５０を挿入する際、押上部５３を頭にして取手部５２を保持しながら押し込む方法を説明したが、取手部５２をガイド代わりにして、取手部５２の先端を頭に溝部３１に押し込んで行き、反対側の溝部３１から取手部５２の先端が突出した後、取手部５２の先端を把持して引張り、溝部３１を経由して第１治具全体を引き出す方法でもよい。
【００６９】
シール板２１が配設されたことを確認後、シール板２１を挿入した方向と同じ方向に、溝部３１から第１治具５０を引き抜く。更に、第３治具７０の固定輪７２（第２係合手段）を帯板用ボルト３９から外して、第１治具５０を引き抜く方向と同じ方向に第３治具７０を引き抜く。この操作により、少なくともシール板２１は、シール上限深さに相当する位置に配置され、シール板２１の内面２１ｂの両端が、溝部３１の両側の開口端直線部の径方向の外側端３８ａに接触するか、または両側の開口端直線部３８に把持された状態で配設される。
【００７０】
下半部ハウジング１３にシール板２１を配設した後、下半部ハウジング１３の溝部３１の開口の両側から外部に突出している余剰のシール板２１を、回転軸６の上半部の表面に沿って周方向に配置する。回転軸６の周方向の外表面に沿わせて配置する際、シール板２１に弛みや撓みが生じないように留意する。シール板２１が回転軸廻りに一回りできる長さを確認後、回転軸６の周囲長を若干上回る程度の長さでシール板２１を切断する。シール板の両端の切断面を接着剤で固着させることにより、継ぎ目のない一本物の環状のシール板２１が回転軸廻りに配設される。
【００７１】
次に、回転軸６の上半部の外表面にシール板２１を配設する際、第２治具６０を用いて、シール板の弛みや撓みを調整する方法を以下に説明する。シール板は作業時の環境温度により伸縮するので、シール板を交換する度に、シール板の長さを調整する必要がある。また、弛みや撓みを調整して適度な長さのシール板を回転軸廻りに配設することが、シール板を所定の位置に配設するために重要である。すなわち、シール板の弛みが大きくシール板の全長が長すぎると、上半部ハウジング１２にシール板２１を配設する際、シール板の一部が溝部からはみ出して、無理矢理シール板２１を溝部内に押し込めることになる。その結果、シール板２１を回転軸の外表面に沿って均一に配置することが難しく、シール板のねじれやゆがみ等が局部的に生じて、シール板を所定の位置に配設することができず、軸シール全体のシール性の維持が困難になる。
【００７２】
図１４に示すように、回転軸６の外表面の周方向に沿って配設されたシール板２１と回転軸６の外表面との間の隙間に、回転軸の軸方向でタービン本体（車室２のグランド部７）に向かって、第２治具６０の挿入部６２を差し込む。この場合、第２治具６０の鍔部６１が回転軸の軸方向の外側（グランド部７の反対側の軸受箱９側）に配置されるように、挿入部６２を回転軸の軸方向から隙間に差し込む。その後、シール板２１が回転軸６の外表面から若干浮くように、挿入部６２の軸方向の差し込み位置を調整する。回転軸６の上半部の周方向に第２治具６０を配置して、シール板２１の浮き上がり量を調整した後、隣接した第２治具６０同士の鍔部６１を仮止材６８で固定する。仮止材６８は、公知のテープ等を使用できる。また、挿入部６２の厚さを中間縁６４側から内側縁６６側に向かって薄くすれば、第２治具６０の挿入部６２のシール板２１と回転軸６の外表面の隙間への差込長さを調整することにより、シール板の弛み量や弛み量の調整が容易になる。
【００７３】
次に、第２治具６０が溝部内に配設された状態で、鍔部６１がハウジング１１の外側に配置されるように、上半部ハウジング１２側の側板２３を基部２２に取り付ける。側板２３を取り付けた後、鍔部６１を保持して第２治具６０を径方向の外側方向に引き抜くことにより、シール板２１がハウジング１１の溝部３１内の取付時の所定の位置に配設され、軸シール１０の取り付けが終了する。
【００７４】
なお、第２治具６０は、回転軸の上半部の作業スペースが狭隘で、シール板の軸方向からの着脱が困難な場合に一層有効である。回転軸６の上半部の作業スペースが十分にあり、軸方向からのシール板の着脱が容易である場合には、第２治具に変えて、矩形状の薄板を軸方向から着脱して、シール板の長さ調整を行うことでもよい。
【００７５】
次に、軸シール１０の取り付け後、加圧流体ＰＧを溝部３１内に供給して溝部３１内を加圧する。すなわち、別途準備した加圧源（図示せず）とハウジング１１の接続口１５を接続して、加圧源より加圧流体ＰＧを受入れる。加圧流体ＰＧは、空気の他に窒素や不活性ガス源等であってもよい。加圧流体ＰＧを供給して、溝部３１の空間を加圧保持して、加圧流体の漏れの有無等を確認する。漏れの有無の確認が終われば、シール板２１が運転時の所定の位置に配設され、軸シール１０の取付け作業は終了したと判断してよい。
【００７６】
本実施例の軸シール１０を適用すれば、タービンのクリーンアップ運転におけるフラッシング作業の際、シール板と加圧流体の供給路が分離されているので、回転軸を回転させる際、共廻りのおそれがなく、シール板及び供給路が破損することがない。また、シール板が磨耗した場合でも、交換が容易である。
【００７７】
また、軸受等が近接している場合、軸シール周辺の作業スペースが狭隘なため、軸方向に軸シールを着脱することが困難な場合でも、本発明に係わる軸シール及び軸シールの取り付け方法を用いれば、軸シールの着脱が容易である。
【符号の説明】
【００７８】
１ 蒸気タービン
６ 回転軸
７ グランド部
１０、８０ 軸シール
１１、８１ ハウジング
１２ 上半部ハウジング
１３ 下半部ハウジング
２１ シール板
２２ 基部
２３ 側板
３１、８２ 溝部
３２ 幅広部
３３ 開口端
３４ 天井面
３５ 側面
ＰＧ 加圧流体
ｍ シール板幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンのグランド部に設けられ、回転軸廻りに環状に配設されて、加圧流体を外部から受入れて回転軸をシールするタービン用軸シールであって、
該軸シールは、
回転軸の周方向に沿って回転軸の中心方向に開口する溝部を備えたハウジングと、
前記溝部内の周方向に配設され、溝幅方向の両端を前記溝部の側面に狭持された断面Ｕ字状の弾力性を有するシール板と、
を含む構造を備え、
前記溝部は、前記シール板の板幅より小さい溝幅の開口端を備えること、
を特徴とするタービン用軸シール。
【請求項２】
前記ハウジングは、上半部ハウジングと下半部ハウジングからなり、
前記上半部ハウジングは、周方向に分割された基部と側板とから形成され、
該側板は前記基部に対して回転軸の軸方向に着脱可能な構造であり、
前記下半部ハウジングは一体に形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載のタービン用軸シール。
【請求項３】
前記溝部は、天井面近傍で回転軸の軸方向に前記シール板の板幅より大きな溝幅を有する幅広部を備え、前記天井面から前記開口端に向けて径方向に次第に溝幅が狭くなるように形成されていること、を特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のタービン用軸シール。
【請求項４】
前記溝部は、前記幅広部近傍では、回転軸に垂直かつ互いに平行で、前記シール板の厚さより長い側面を備え、前記幅広部近傍から前記開口端に向かって径方向に次第に溝幅が狭くなる側面を備え、前記開口端近傍では回転軸に垂直かつ互いに平行な側面を備えること、
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のタービン用軸シール。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のタービン用軸シールを備えた蒸気タービン。
【請求項１】
タービンのグランド部に設けられ、回転軸廻りに環状に配設されて、加圧流体を外部から受入れて回転軸をシールするタービン用軸シールであって、
該軸シールは、
回転軸の周方向に沿って回転軸の中心方向に開口する溝部を備えたハウジングと、
前記溝部内の周方向に配設され、溝幅方向の両端を前記溝部の側面に狭持された断面Ｕ字状の弾力性を有するシール板と、
を含む構造を備え、
前記溝部は、前記シール板の板幅より小さい溝幅の開口端を備えること、
を特徴とするタービン用軸シール。
【請求項２】
前記ハウジングは、上半部ハウジングと下半部ハウジングからなり、
前記上半部ハウジングは、周方向に分割された基部と側板とから形成され、
該側板は前記基部に対して回転軸の軸方向に着脱可能な構造であり、
前記下半部ハウジングは一体に形成されていること、
を特徴とする請求項１に記載のタービン用軸シール。
【請求項３】
前記溝部は、天井面近傍で回転軸の軸方向に前記シール板の板幅より大きな溝幅を有する幅広部を備え、前記天井面から前記開口端に向けて径方向に次第に溝幅が狭くなるように形成されていること、を特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のタービン用軸シール。
【請求項４】
前記溝部は、前記幅広部近傍では、回転軸に垂直かつ互いに平行で、前記シール板の厚さより長い側面を備え、前記幅広部近傍から前記開口端に向かって径方向に次第に溝幅が狭くなる側面を備え、前記開口端近傍では回転軸に垂直かつ互いに平行な側面を備えること、
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のタービン用軸シール。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のタービン用軸シールを備えた蒸気タービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１４０９８９（Ｐ２０１２−１４０９８９Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９２５２３（Ｐ２０１０−２９２５２３）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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