蒸気タービンおよびその静止部シール構造
【課題】蒸気タービンにおいて、互いに異なる圧力の空間同士を仕切る静止部同士のシール部の蒸気漏洩を抑制して、効率向上を図る。
【解決手段】蒸気タービンは、互いに圧力が異なる第１、第２および第３の空間１３，１４，１５と、第１および第２の空間１３，１４の間を仕切る第１のシール部２１と、第２および第３の空間の間を仕切る第２のシール部２２と、を形成する、互いに固定されていない第１および第２の静止部材１０１，１０２を有する。第１のシール部２１は、第１および第２の空間１３，１４内の圧力の違いによって第１および第２の静止部材１０１，１０２を互いに押し付ける力によって互いに押し付けられてシールされるように構成される。第２のシール部２２には、第１および第２の静止部材１０１，１０２が互いに近接する間隙にシール部材３０が配置されている。
【解決手段】蒸気タービンは、互いに圧力が異なる第１、第２および第３の空間１３，１４，１５と、第１および第２の空間１３，１４の間を仕切る第１のシール部２１と、第２および第３の空間の間を仕切る第２のシール部２２と、を形成する、互いに固定されていない第１および第２の静止部材１０１，１０２を有する。第１のシール部２１は、第１および第２の空間１３，１４内の圧力の違いによって第１および第２の静止部材１０１，１０２を互いに押し付ける力によって互いに押し付けられてシールされるように構成される。第２のシール部２２には、第１および第２の静止部材１０１，１０２が互いに近接する間隙にシール部材３０が配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンおよびその静止部シール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電プラントの運転経済性を改善し発電効率の改善を図るために、タービン性能の向上を図ることが重要な課題となっている。
【０００３】
タービンの内部における損失は翼のプロファイル損失、２次損失、あるいは最終段の排気損失といった本質的な損失が主であるが、もっと分かりやすい損失として蒸気漏洩がある。蒸気漏洩量が多ければ、それだけ仕事をする蒸気が減ることになるため、当然損失が増えることになる。従来からこの蒸気漏洩量を減らすために、数々のシール構造が開発されているが、それらは羽根・ロータとノズル、ロータとグランドなど、回転部と静止部間に生じる蒸気漏洩に関するものが主である。実際に最も大きな蒸気漏洩損失は羽根・ロータとノズル間にあるため、当部のシール構造に力を入れられているのは当然であるが、もっと全体を見渡すと、他にも、損失量は少ないものの蒸気漏洩による損失が見られる箇所がある。特に、タービン車室、タービンノズル、グランド車室等の静止部の組み合わせによって、圧力、温度の異なる空間を分離する境界を２箇所以上持つ二重化車室構造（特許文献１参照）において蒸気漏洩損失が顕著に見られる。
【０００４】
タービン内部の蒸気条件はプラントにもよるが、最近の高性能化により２５ＭＰａ以上、６００℃以上になることもある。タービン外部は大気圧である。二重化車室構造の蒸気タービンでは、タービン内・外部間には、高温、高圧の蒸気が外部に流出するのを防止し、圧力・温度差を緩和するように二重化された静止部が設置されている。そして、静止部によって、圧力、温度が異なる少なくとも三つの空間を分離するために、少なくとも二つの境界が存在している。一つの境界では、圧力差によって、静止部同士が面接触することによりシールする構造（以下、「スチームジョイント」によるシール構造と呼ぶ）を採用している。一方、他の境界では、熱膨張の逃げが必要なことから、静止部同士を面接触させることができないため、嵌合部のクリアランスを可能な限り小さくするシール構造を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２２１０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような蒸気タービンの静止部間シール構造においては、スチームジョイントによるシールは確実に漏洩量を無くすことができるものの、スチームジョイントによらないシールに関しては、クリアランスは小さくしているものの完全には漏洩量をゼロにすることはできない。この漏洩による損失は最近の分析で、無視できないレベルであることが分かってきており、またこのような箇所が多数あれば過大な損失となってしまう。
【０００７】
本発明は上記背景技術の課題を解決するためになされたものであり、蒸気タービンにおいて、互いに異なる圧力の空間同士を仕切る静止部同士のシール部の蒸気漏洩を抑制して、蒸気タービンの効率向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る蒸気タービンは、互いに圧力が異なる第１、第２および第３の空間と、前記第１および第２の空間の間を仕切る第１のシール部と、前記第２および第３の空間の間を仕切る第２のシール部と、を形成する、互いに固定されていない第１および第２の静止部材を有する蒸気タービンであって、前記第１のシール部は、前記第１および第２の空間内の圧力の違いによって前記第１および第２の静止部材が互いに押し付けられてシールされるように構成され、前記第２のシール部には、前記第１の静止部材と第２の静止部材とが近接する間隙にシール部材が配置されていること、を特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる蒸気タービン静止部シール構造は、互いに圧力が異なる第１、第２および第３の空間と、前記第１および第２の空間の間を仕切る第１のシール部と、前記第２および第３の空間の間を仕切る第２のシール部と、を形成する、互いに固定されていない第１および第２の静止部材を有する蒸気タービンの静止部シール構造であって、前記第１のシール部は、前記第１および第２の空間内の圧力の違いによって前記第１および第２の静止部材が互いに押し付けられてシールされるように構成され、前記第２のシール部には、前記第１の静止部材と第２の静止部材とが近接する間隙にシール部材が配置されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、蒸気タービンにおいて、互いに異なる圧力の空間同士を仕切る静止部同士のシール部の蒸気漏洩が抑制され、蒸気タービンの効率向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る蒸気タービンの第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図２のＩ部を拡大して示す部分縦断面図。
【図２】本発明に係る蒸気タービンの第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図。
【図３】本発明に係る蒸気タービンの第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図１のIII部を拡大して示す部分縦断面図。
【図４】本発明に係る蒸気タービンの第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図２のIV部を拡大して示す部分縦断面図。
【図５】本発明に係る蒸気タービンの第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図２のＶ部を拡大して示す部分縦断面図。
【図６】本発明に係る蒸気タービンの第２の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【図７】本発明に係る蒸気タービンの第３の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【図８】本発明に係る蒸気タービンの第４の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【図９】本発明に係る蒸気タービンの第５の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【図１０】本発明に係る蒸気タービンの第６の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【図１１】本発明に係る蒸気タービンの第７の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【図１２】本発明に係る蒸気タービンの第８の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【図１３】本発明に係る蒸気タービンの第９の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る蒸気タービンの実施形態を、図面を参照しながら説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は本発明に係る蒸気タービンの第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図２のＩ部を拡大して示す部分縦断面図である。図２は第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図である。図３は第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図１のIII部を拡大して示す部分縦断面図である。図４は第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図２のIV部を拡大して示す部分縦断面図である。図５は第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図２のＶ部を拡大して示す部分縦断面図である。
【００１４】
この蒸気タービンは多段軸流タービンであって、二重車室構造のものであり、静止部として、外部車室１０１と、その内側に配置された内部車室１０２およびグランド車室２０２とを備えている。外部車室１０１の外側は大気にさらされている。内部車室１０２およびグランド車室２０２の内側には、タービンロータ５０が、回転軸を水平にして配置されている。タービンロータ５０には、軸方向に複数段の動翼５１が配置され、各段の動翼５１の上流側にタービンノズル３０２が配置されている。
【００１５】
タービンノズル３０２は、複数の静翼が円周方向に配列された静翼部３０３と、静翼部３０３の外側の外側円環部３０４と、静翼部３０３の内側の内側円環部３０５とを備えている。
【００１６】
外部車室１０１、内部車室１０２、グランド車室２０２、タービンノズル３０２はいずれも静止部材であるが、熱膨張の逃げを許容するために互いに固定はされていない。そして、これらの静止部材同士が隣接する各部にシール部が形成されている。以下、それら各部のシール構造について説明する。
【００１７】
（外部車室・内部車室間のシール部）
はじめに、外部車室１０１と内部車室１０２との間のシール部について、図１、図２および図３を参照して説明する。内部車室１０２の外側には第１の隔壁１１および第２の隔壁１２が形成され、外部車室１０１と内部車室１０２とによって形成される円環状の空間が、第１の隔壁１１および第２の隔壁１２によって、第１の空間１３、第２の空間１４、第３の空間１５に仕切られている。
【００１８】
外部車室１０１が第１の隔壁１１の外周部１６と対向する位置には、第１の隔壁１１の外周部１６を受け容れる円環状に延びる第１のはめあい溝１７が形成されている。第１の隔壁１１の外周部１６と第１のはめあい溝１７の間は互いに固定されておらず、組立時にはわずかではあるが互いに動ける状態にある。
【００１９】
同様に、外部車室１０１が第２の隔壁１２の外周部１８と対向する位置には、第２の隔壁１２の外周部１８を受け容れる円環状に延びる第２のはめあい溝１９が形成されていて、第２の隔壁１２の外周部１８と第２のはめあい溝１９の間は互いに固定されておらず、間隙を有して互いに対向している。
【００２０】
第２のはめあい溝１９内で第２の隔壁１２の外周部１８の外側と第２のはめあい溝１９の底部との間には環状に延びて半径方向に揺動可能なシール部材３０が配置されている。第２の隔壁１２の外周部１８にはシール部材３０の一部を収容するシール部材収容溝３１が回転円周全周にわたって形成されている。シール部材３０の根元に幅広部３２が形成され、第２のはめあい溝１９の底部に近い位置には幅狭部３３が形成され、さらに幅狭部３３の先端には第２のはめあい溝１９の底部に向かって突出するフィン部３４が形成されている。フィン部３４は円環板状であって、図示の例では、回転軸方向に互いに間隔をあけて２枚が並んで配列されている。
【００２１】
シール部材収容溝３１は、シール部材３０の幅広部３２と幅狭部３３に対応して幅広部と幅狭部があり、シール部材３０が回転半径方向に揺動可能であり、しかもシール部材収容溝３１から抜け出さないように構成されている。
【００２２】
シール部材収容溝３１の底部にはバネなどの弾性部材３５が配置され、シール部材３０を回転半径方向外側に、すなわち第２のはめあい溝１９の底部に向かって押し付けていて、これによりフィン部３４が第２のはめあい溝１９の底部に押し付けられるようになっている。
【００２３】
蒸気タービンの運転時には、外部車室１０１内および内部車室１０２内に蒸気が導入され、第１の空間１３、第２の空間１４、第３の空間１５内の圧力は、第１の空間１３内で最も高く、第３の空間１５内で最も低く、第２の空間１４内では中間の高さになるように構成されている。このような圧力の差によって、内部車室１０２は外部車室１０１に対して相対的に回転軸方向に、図１、図２の左向きに押し付けられる。このとき、第１の隔壁１１の外周部１６と第１のはめあい溝１７の対向面で、第２の空間１４寄りの部分が互いに押し付け合い、「スチームジョイント」により、第１の空間１３と第２の空間１４との間のシール部（第１のシール部）２１が形成される。
【００２４】
一方、第２の隔壁１２の外周部１８と第２のはめあい溝１９との間にはシール部材３０が介在することにより、第２の空間１４と第３の空間１５との間のシール部（第２のシール部）２２が形成される。
【００２５】
特に、第２のシール部２２で、弾性部材３５がシール部材３０を第２のはめあい溝１９の底部に押し付けるので蒸気漏洩を抑制することができる。さらに、フィン部３４が突出していることから第２のシール部２２でのシール部材３０とはめあい溝１９の底面との接触を保つことができ、さらには、フィン部３４が複数個あることによりフィン部３４先端を通って漏洩する蒸気の流量を抑制することができる。
【００２６】
このようにして、スチームジョイントによる第１のシール部２１のみならず、第２のシール部２２でも、シール部材３０の働きによって、外部車室１０１と内部車室１０２との間での蒸気漏洩を抑制することができる。
【００２７】
（外部車室・グランド車室間のシール部）
つぎに、外部車室１０１とグランド車室２０２との間のシール部について、図２および図４を参照して説明する。
【００２８】
図４に示す構造において、外部車室１０１と、その内側に配置されたグランド車室２０２により、円環状に、第１の空間２１３、第２の空間２１４、第３の空間２１５が形成されている。
【００２９】
グランド車室２０２に円環状の第１のはめあい溝４０が形成され、この第１のはめ合い溝４０にはめ合うように外部車室１０１に第１の突起部４１が形成されている。
【００３０】
また、外部車室１０１に円環状の第２のはめ合い溝４２が形成され、この第２のはめ合い溝４２にはめ合うようにグランド車室２０２に第２の突起部４３が形成されている。
【００３１】
さらに、グランド車室２０２の第２の突起部４３の近くで外部車室１０１に対向する位置にシール部材収容溝２３１が形成されている。シール部材収容溝２３１に、シール部材２３０および弾性部材２３５が配置されている。シール部材収容溝２３１、シール部材２３０および弾性部材２３５の構成は、それぞれ、前述の外部車室・内部車室間の第２のシール部２２におけるシール部材収容溝３１、シール部材３０および弾性部材３５（図３）と同様である。
【００３２】
前述の外部車室・内部車室間のシール部と同様に、蒸気タービンの運転時には、外部車室１０１内およびグランド車室２０２内に蒸気が導入され、第１の空間２１３、第２の空間２１４、第３の空間２１５内の圧力は、第１の空間２１３内で最も高く、第３の空間２１５内で最も低くなるように構成されている。このような圧力の差によって、グランド車室２０２は外部車室１０１に対して相対的に回転軸方向に、図２および４の左向きに押し付けられる。
【００３３】
このとき、グランド車室２０２の第１のはめあい溝４０と外部車室１０１の第１の突起部４１との間で、「スチームジョイント」により、第１の空間２１３と第２の空間２１４との間のシール部（第１のシール部）２２１が形成される。
【００３４】
一方、弾性部材２３５がシール部材２３０を回転半径方向外側に向かって、外部車室１０１の内面に向かって押し付けているので、第２の空間２１４と第３の空間２１５との間のシール部（第２のシール部）２２２が形成される。
【００３５】
これにより、前述の外部車室・内部車室間のシール部と同様の原理により、外部車室１０１とグランド車室２０２との間で蒸気漏洩を抑制することができる。
【００３６】
（内部車室・タービンノズル間のシール部）
つぎに、内部車室１０２とタービンノズル３０２との間のシール部について図２および図５を参照して説明する。
【００３７】
図５に示す構造において、内部車室１０２とタービンノズル３０２により、第１の空間３１３、第２の空間３１４、第３の空間３１５が形成されている。この構成では、蒸気タービン運転時の圧力は、第１の空間３１３の圧力は第２の空間３１４の圧力よりも高い。第３の空間３１５の圧力は、蒸気タービンの運転状態によって、第１の空間３１３の圧力および第２の空間３１４の圧力よりも高い場合も低い場合もありうる。
【００３８】
なお、各段落ごとにタービンノズルが配置されているが、ここでは第１段落のタービンノズル３０２のみに着目して説明する。
【００３９】
内部車室１０２に、回転半径方向内側に向かって突出する円環状の第１の突出部４５が形成されている。また、第１の突出部４５と回転軸方向に対向する位置にタービンノズル３０２の外側円環部３０４の対向面４６が形成されている。蒸気タービン運転中は、第１の空間３１３の圧力が第２の空間３１４の圧力よりも高いことから、タービンノズル３０２の対向面４６が第１の突出部４５に押し付けられる。これによって、「スチームジョイント」により、第１の空間３１３と第２の空間３１４との間のシール部（第１のシール部）３２１が形成される。
【００４０】
一方、内部車室１０２とタービンノズル３０２の内側円環部３０５との間には、第１の空間３１３と第３の空間３１５とを仕切る第２のシール部３２２が形成され、ここでは、外部車室・グランド車室間のシール部における第２のシール部２２２（図４）と同様の構造になっている。すなわち、内部車室１０２がタービンノズル３０２の内側円環部３０５の円筒外側面に対向する位置の内部車室１０２内周にシール部材収容溝３３１が形成されている。シール部材収容溝３３１に、シール部材３３０および弾性部材３３５が配置されている。シール部材収容溝３３１、シール部材３３０および弾性部材３３５の構成は、それぞれ、前述の外部車室・内部車室間のシール部におけるシール部材収容溝３１、シール部材３０および弾性部材３５（図３）と同様である。
【００４１】
このような構成により、弾性部材３３５がシール部材３３０を回転半径方向内側に向かって、タービンノズル３０２の内側円環部３０５の円筒外側面に押し付けているので、第１の空間３１３と第３の空間３１５との間のシール部（第２のシール部）３２２が形成される。
【００４２】
［第２の実施形態］
図６は本発明に係る蒸気タービンの第２の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００４３】
第１の実施形態（図３）における外部車室１０１の第２のはめあい溝１９と同様の第２のはめあい溝１９の底部に、シール部材収容溝４３１が形成されている。このシール部材収容溝４３１に、シール部材４３０および弾性部材４３５が配置されている。シール部材収容溝４３１、シール部材４３０および弾性部材４３５はそれぞれ、第１の実施形態（図３）のシール部材収容溝３１、シール部材３０および弾性部材３５と同様の構造であって、シール部材収容溝３１、シール部材３０および弾性部材３５とは回転半径方向の内側・外側の関係が逆に配置されている。シール部材４３０の先端には、フィン部４３４が形成され、弾性部材４３５によって、フィン部４３４の先端が第２の隔壁１２の外周部１８の外周部に押し付けられている。
【００４４】
この実施形態によれば、第１の実施形態と同様に蒸気漏洩量を減らすことができる。
【００４５】
なお、ここでは、第１の実施形態の外部車室・内部車室間の第２のシール部２２を図６のような構成に代えるものとして説明したが、図６と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００４６】
［第３の実施形態］
図７は本発明に係る蒸気タービンの第２の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００４７】
この実施形態は、第１の実施形態（図３）におけるシール部材収容溝３１、シール部材３０および弾性部材３５と、第２の実施形態（図６）におけるシール部材収容溝４３１、シール部材４３０および弾性部材４３５とを組み合わせた構成となっている。シール部材３０とシール部材４３０は、回転軸方向に間隔をあけて並べて配置されている。
【００４８】
この実施形態によれば、二つのシール部材３０、４３０が上流側と下流側に直列に並べて配置されているので、第１または第２の実施形態に比べて蒸気漏洩量を減らすことができる。
【００４９】
なお、二つのシール部材３０、４３０の配置を上流側・下流側で逆にしてもよい。また、３個以上のシール部材を並べてもよい。さらに、図７と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００５０】
［第４の実施形態］
図８は本発明に係る蒸気タービンの第４の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００５１】
この実施形態は第１の実施形態の変形であって、第１の実施形態のシール部材３０に代えて複数枚の植え込みフィン５０８が、外部車室１０１の第２の隔壁１２の外周部１８に植え込まれている。植え込みフィン５０８は回転軸に垂直な面に沿って延びる円環板状であって、先端が第２のはめあい溝１９の底部に向かって突出している。図示の例では植え込みフィン５０８は３個あって、軸方向に互いに間隔をあけて配列されている。
【００５２】
この実施形態によれば、植え込みフィン５０８の先端を第２のはめあい溝１９の底部に接触させてこの部分からの蒸気漏洩量を減らすことができる。また、複数の植え込みフィン５０８が上流側と下流側に直列に並べて配置されているので、漏洩量をさらに減らすことができる。
【００５３】
なお、植え込みフィン５０８の枚数は３枚に限られず、１枚か２枚、または４枚以上でもよい。また、ここでは、第１の実施形態の外部車室・内部車室間の第２のシール部２２を図８のような構成に代えるものとして説明したが、図８と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００５４】
［第５の実施形態］
図９は本発明に係る蒸気タービンの第５の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００５５】
この実施形態は第４の実施形態の変形であって、第４の実施形態（図８）における外部車室１０１の第２のはめあい溝１９と同様の第２のはめあい溝１９の底部に、植え込みフィン６０８が植え込まれている。植え込みフィン６０８は、第４の実施形態の植え込みフィン５０８と同様の円環板状であるが、第２のはめあい溝１９の底部に植え込まれていて、植え込みフィン６０８の先端は外部車室１０１の第２の隔壁１２の外周部１８に向かって延びていて、第２の隔壁１２の外周部１８の外周部に押し付けられている。
【００５６】
この実施形態によれば、第４の実施形態と同様に、蒸気漏洩量を減らすことができる。
【００５７】
なお、植え込みフィン６０８の枚数は任意である。また、ここでは、第４の実施形態の外部車室・内部車室間の第２のシール部２２を図９のような構成に代えるものとして説明したが、図９と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００５８】
［第６の実施形態］
図１０は本発明に係る蒸気タービンの第６の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００５９】
この実施形態は、第４の実施形態（図８）における植え込みフィン５０８と、第５の実施形態（図９）における植え込みフィン６０８とを組み合わせた構成となっている。いずれも回転軸に垂直な面に沿って延びる植え込みフィン５０８と植え込みフィン６０８とは、回転軸方向に交互に、かつ、互いに間隔をあけて並べて配置されている。
【００６０】
この実施形態によれば、内側から外側に延びる植え込みフィン５０８と、外側から内側に延びる植え込みフィン５０９とが交互に、かつ、互いに間隔をあけて並べて配置されていることから、第４または第５の実施形態に比べて蒸気漏洩量を減らすことができる。
【００６１】
なお、図１０と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００６２】
［第７の実施形態］
図１１は本発明に係る蒸気タービンの第７の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００６３】
この実施形態は第１の実施形態の変形であって、第１の実施形態のシール部材３０（図３）に代えて、回転軸に垂直な面に沿って延びる円環板状のシール部材７０８を備えている。第２の隔壁１２の外周部１８にシール部材受け溝７１０が形成され、第２のはめあい溝１９の底部にシール部材受け溝７１１が形成されている。シール部材受け溝７１０、７１１は回転半径方向に互いに対向して配置されている。シール部材７０８の内周部がシール部材受け溝７１０内にあり、シール部材７０８の外周部がシール部材受け溝７１１内にあり、シール部材７０８は回転軸方向および半径方向に若干揺動できるように配置されている。
【００６４】
蒸気タービン運転時は、第２の空間１４の圧力が第３の空間１５の圧力よりも高いため、シール部材７０８は、図１１に示すように、第３の空間１５側に押されて、シール部材受け溝７１０およびシール部材受け溝７１１との間でシールを構成する。これにより、この部分での蒸気漏洩を抑制することができる。
【００６５】
ここで、はじめから一体で形成された円環板状のシール部材７０８を図１１に示す位置に配置することは困難であるから、実際には、あらかじめ複数（たとえば２個）に周方向に分割した円環板状のシール部材７０８を互いに周方向に隣接配置することにより、円環板状のシール部材７０８とすればよい。
【００６６】
なお、ここでは、第１の実施形態の外部車室・内部車室間の第２のシール部２２を図１１のような構成に代えるものとして説明したが、図１１と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００６７】
［第８の実施形態］
図１２は本発明に係る蒸気タービンの第８の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００６８】
この実施形態は第１の実施形態の変形であって、第１の実施形態と同様に、外部車室１０１が第２の隔壁１２の外周部１８と対向する位置には、第２の隔壁１２の外周部１８を受け容れる円環状に延びる第２のはめあい溝１９が形成されていて、第２の隔壁１２の外周部１８と第２のはめあい溝１９の間は互いに固定されておらず、間隙を有して互いに対向している。
【００６９】
この実施形態では、第２の隔壁１２の外周部１８に、回転円周方向に延びる溝８０１が形成され、この溝８０１内に挿入されるように、第２のはめあい溝１９の底部中央から回転円周方向に延びる突起８０２が形成されている。溝８０１の底部には、回転円周方向に延びるガスケット８０８が配置されている。ガスケット８０８はこの蒸気タービンを組み立てる際に塑性変形しうる比較的柔軟な材質・構造のものである。
【００７０】
この実施形態では、蒸気タービンを組み立てる際に、ガスケット８０８が押しつぶされ、それにより、製作精度を高めることなく、組み立て時の第２の隔壁１２の外周部１８での間隙を小さくすることができる。それにより、蒸気の漏洩を抑制することができる。
【００７１】
なお、ここでは、第１の実施形態の外部車室・内部車室間の第２のシール部２２を図１２のような構成に代えるものとして説明したが、図１２と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００７２】
［第９の実施形態］
図１３は本発明に係る蒸気タービンの第９の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００７３】
この実施形態は第１の実施形態の変形であって、第１の実施形態と同様に、外部車室１０１が第２の隔壁１２の外周部１８と対向する位置には、第２の隔壁１２の外周部１８を受け容れる円環状に延びる第２のはめあい溝１９が形成されていて、第２の隔壁１２の外周部１８と第２のはめあい溝１９の間は互いに固定されておらず、間隙を有して互いに対向している。
【００７４】
この実施形態では、第２のはめあい溝１９と第２の隔壁１２との間隙にシール剤９０８が充填されている。シール剤９０８はたとえばグリスであって、粘性材料であり、しかも、蒸気タービン運転時に第２の空間１４内と第３の空間１５内の圧力差によって流出してしまわない程度の粘度を保つものである。
【００７５】
この実施形態によれば、第２の隔壁１２の外周部での蒸気の漏洩を抑制することができる。
【００７６】
なお、ここでは、第１の実施形態の外部車室・内部車室間の第２のシール部２２を図１３のような構成に代えるものとして説明したが、図１３と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００７７】
［他の実施形態］
以上説明した各実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されない。
【００７８】
たとえば、本発明に係るシール機構を図２に示す静止シール部のうちのすべてに適用する必要はなく、それらの一部に適用することも可能である。また、上記各実施形態の構造の特徴を各シール部ごとに変えて組み合わせてもよい。さらに、本発明に係るシール機構を図２に示すシール部以外の静止シール部に適用することもできる。
【符号の説明】
【００７９】
１１…第１の隔壁、１２…第２の隔壁、１３…第１の空間、１４…第２の空間、１５…第３の空間、１６…外周部、１７…第１のはめあい溝、１８…外周部、１９…第２のはめあい溝、２１…シール部（第１のシール部）、２２…第２のシール部、３０…シール部材、３１…シール部材収容溝、３２…幅広部、３３…幅狭部、３４…フィン部、３５…弾性部材、４０…第１のはめあい溝、４１…第１の突起部、４２…第２のはめ合い溝、４３…第２の突起部、５０…タービンロータ、５１…動翼、１０１…外部車室（静止部材）、１０２…内部車室（静止部材）、２０２…グランド車室（静止部材）、２１３…第１の空間、２１４…第２の空間、２１５…第３の空間、２３０…シール部材、２３１…シール部材収容溝、２３５…弾性部材、３０２…タービンノズル（静止部材）、３０３…静翼部、３０４…外側円環部、３０５…内側円環部、３１３…第１の空間、３１４…第２の空間、３１５…第３の空間、３３０…シール部材、３３１…シール部材収容溝、３３５…弾性部材、４３０…シール部材、４３１…シール部材収容溝、４３４…フィン部、４３５…弾性部材、５０８…植え込みフィン、６０８…植え込みフィン、７０８…シール部材、７１０…シール部材受け溝、７１１…シール部材受け溝、８０１…溝、８０２…突起、８０８…ガスケット、９０８…シール剤
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンおよびその静止部シール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電プラントの運転経済性を改善し発電効率の改善を図るために、タービン性能の向上を図ることが重要な課題となっている。
【０００３】
タービンの内部における損失は翼のプロファイル損失、２次損失、あるいは最終段の排気損失といった本質的な損失が主であるが、もっと分かりやすい損失として蒸気漏洩がある。蒸気漏洩量が多ければ、それだけ仕事をする蒸気が減ることになるため、当然損失が増えることになる。従来からこの蒸気漏洩量を減らすために、数々のシール構造が開発されているが、それらは羽根・ロータとノズル、ロータとグランドなど、回転部と静止部間に生じる蒸気漏洩に関するものが主である。実際に最も大きな蒸気漏洩損失は羽根・ロータとノズル間にあるため、当部のシール構造に力を入れられているのは当然であるが、もっと全体を見渡すと、他にも、損失量は少ないものの蒸気漏洩による損失が見られる箇所がある。特に、タービン車室、タービンノズル、グランド車室等の静止部の組み合わせによって、圧力、温度の異なる空間を分離する境界を２箇所以上持つ二重化車室構造（特許文献１参照）において蒸気漏洩損失が顕著に見られる。
【０００４】
タービン内部の蒸気条件はプラントにもよるが、最近の高性能化により２５ＭＰａ以上、６００℃以上になることもある。タービン外部は大気圧である。二重化車室構造の蒸気タービンでは、タービン内・外部間には、高温、高圧の蒸気が外部に流出するのを防止し、圧力・温度差を緩和するように二重化された静止部が設置されている。そして、静止部によって、圧力、温度が異なる少なくとも三つの空間を分離するために、少なくとも二つの境界が存在している。一つの境界では、圧力差によって、静止部同士が面接触することによりシールする構造（以下、「スチームジョイント」によるシール構造と呼ぶ）を採用している。一方、他の境界では、熱膨張の逃げが必要なことから、静止部同士を面接触させることができないため、嵌合部のクリアランスを可能な限り小さくするシール構造を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２２１０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような蒸気タービンの静止部間シール構造においては、スチームジョイントによるシールは確実に漏洩量を無くすことができるものの、スチームジョイントによらないシールに関しては、クリアランスは小さくしているものの完全には漏洩量をゼロにすることはできない。この漏洩による損失は最近の分析で、無視できないレベルであることが分かってきており、またこのような箇所が多数あれば過大な損失となってしまう。
【０００７】
本発明は上記背景技術の課題を解決するためになされたものであり、蒸気タービンにおいて、互いに異なる圧力の空間同士を仕切る静止部同士のシール部の蒸気漏洩を抑制して、蒸気タービンの効率向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る蒸気タービンは、互いに圧力が異なる第１、第２および第３の空間と、前記第１および第２の空間の間を仕切る第１のシール部と、前記第２および第３の空間の間を仕切る第２のシール部と、を形成する、互いに固定されていない第１および第２の静止部材を有する蒸気タービンであって、前記第１のシール部は、前記第１および第２の空間内の圧力の違いによって前記第１および第２の静止部材が互いに押し付けられてシールされるように構成され、前記第２のシール部には、前記第１の静止部材と第２の静止部材とが近接する間隙にシール部材が配置されていること、を特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる蒸気タービン静止部シール構造は、互いに圧力が異なる第１、第２および第３の空間と、前記第１および第２の空間の間を仕切る第１のシール部と、前記第２および第３の空間の間を仕切る第２のシール部と、を形成する、互いに固定されていない第１および第２の静止部材を有する蒸気タービンの静止部シール構造であって、前記第１のシール部は、前記第１および第２の空間内の圧力の違いによって前記第１および第２の静止部材が互いに押し付けられてシールされるように構成され、前記第２のシール部には、前記第１の静止部材と第２の静止部材とが近接する間隙にシール部材が配置されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、蒸気タービンにおいて、互いに異なる圧力の空間同士を仕切る静止部同士のシール部の蒸気漏洩が抑制され、蒸気タービンの効率向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る蒸気タービンの第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図２のＩ部を拡大して示す部分縦断面図。
【図２】本発明に係る蒸気タービンの第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図。
【図３】本発明に係る蒸気タービンの第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図１のIII部を拡大して示す部分縦断面図。
【図４】本発明に係る蒸気タービンの第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図２のIV部を拡大して示す部分縦断面図。
【図５】本発明に係る蒸気タービンの第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図２のＶ部を拡大して示す部分縦断面図。
【図６】本発明に係る蒸気タービンの第２の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【図７】本発明に係る蒸気タービンの第３の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【図８】本発明に係る蒸気タービンの第４の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【図９】本発明に係る蒸気タービンの第５の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【図１０】本発明に係る蒸気タービンの第６の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【図１１】本発明に係る蒸気タービンの第７の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【図１２】本発明に係る蒸気タービンの第８の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【図１３】本発明に係る蒸気タービンの第９の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る蒸気タービンの実施形態を、図面を参照しながら説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は本発明に係る蒸気タービンの第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図２のＩ部を拡大して示す部分縦断面図である。図２は第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図である。図３は第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図１のIII部を拡大して示す部分縦断面図である。図４は第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図２のIV部を拡大して示す部分縦断面図である。図５は第１の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、図２のＶ部を拡大して示す部分縦断面図である。
【００１４】
この蒸気タービンは多段軸流タービンであって、二重車室構造のものであり、静止部として、外部車室１０１と、その内側に配置された内部車室１０２およびグランド車室２０２とを備えている。外部車室１０１の外側は大気にさらされている。内部車室１０２およびグランド車室２０２の内側には、タービンロータ５０が、回転軸を水平にして配置されている。タービンロータ５０には、軸方向に複数段の動翼５１が配置され、各段の動翼５１の上流側にタービンノズル３０２が配置されている。
【００１５】
タービンノズル３０２は、複数の静翼が円周方向に配列された静翼部３０３と、静翼部３０３の外側の外側円環部３０４と、静翼部３０３の内側の内側円環部３０５とを備えている。
【００１６】
外部車室１０１、内部車室１０２、グランド車室２０２、タービンノズル３０２はいずれも静止部材であるが、熱膨張の逃げを許容するために互いに固定はされていない。そして、これらの静止部材同士が隣接する各部にシール部が形成されている。以下、それら各部のシール構造について説明する。
【００１７】
（外部車室・内部車室間のシール部）
はじめに、外部車室１０１と内部車室１０２との間のシール部について、図１、図２および図３を参照して説明する。内部車室１０２の外側には第１の隔壁１１および第２の隔壁１２が形成され、外部車室１０１と内部車室１０２とによって形成される円環状の空間が、第１の隔壁１１および第２の隔壁１２によって、第１の空間１３、第２の空間１４、第３の空間１５に仕切られている。
【００１８】
外部車室１０１が第１の隔壁１１の外周部１６と対向する位置には、第１の隔壁１１の外周部１６を受け容れる円環状に延びる第１のはめあい溝１７が形成されている。第１の隔壁１１の外周部１６と第１のはめあい溝１７の間は互いに固定されておらず、組立時にはわずかではあるが互いに動ける状態にある。
【００１９】
同様に、外部車室１０１が第２の隔壁１２の外周部１８と対向する位置には、第２の隔壁１２の外周部１８を受け容れる円環状に延びる第２のはめあい溝１９が形成されていて、第２の隔壁１２の外周部１８と第２のはめあい溝１９の間は互いに固定されておらず、間隙を有して互いに対向している。
【００２０】
第２のはめあい溝１９内で第２の隔壁１２の外周部１８の外側と第２のはめあい溝１９の底部との間には環状に延びて半径方向に揺動可能なシール部材３０が配置されている。第２の隔壁１２の外周部１８にはシール部材３０の一部を収容するシール部材収容溝３１が回転円周全周にわたって形成されている。シール部材３０の根元に幅広部３２が形成され、第２のはめあい溝１９の底部に近い位置には幅狭部３３が形成され、さらに幅狭部３３の先端には第２のはめあい溝１９の底部に向かって突出するフィン部３４が形成されている。フィン部３４は円環板状であって、図示の例では、回転軸方向に互いに間隔をあけて２枚が並んで配列されている。
【００２１】
シール部材収容溝３１は、シール部材３０の幅広部３２と幅狭部３３に対応して幅広部と幅狭部があり、シール部材３０が回転半径方向に揺動可能であり、しかもシール部材収容溝３１から抜け出さないように構成されている。
【００２２】
シール部材収容溝３１の底部にはバネなどの弾性部材３５が配置され、シール部材３０を回転半径方向外側に、すなわち第２のはめあい溝１９の底部に向かって押し付けていて、これによりフィン部３４が第２のはめあい溝１９の底部に押し付けられるようになっている。
【００２３】
蒸気タービンの運転時には、外部車室１０１内および内部車室１０２内に蒸気が導入され、第１の空間１３、第２の空間１４、第３の空間１５内の圧力は、第１の空間１３内で最も高く、第３の空間１５内で最も低く、第２の空間１４内では中間の高さになるように構成されている。このような圧力の差によって、内部車室１０２は外部車室１０１に対して相対的に回転軸方向に、図１、図２の左向きに押し付けられる。このとき、第１の隔壁１１の外周部１６と第１のはめあい溝１７の対向面で、第２の空間１４寄りの部分が互いに押し付け合い、「スチームジョイント」により、第１の空間１３と第２の空間１４との間のシール部（第１のシール部）２１が形成される。
【００２４】
一方、第２の隔壁１２の外周部１８と第２のはめあい溝１９との間にはシール部材３０が介在することにより、第２の空間１４と第３の空間１５との間のシール部（第２のシール部）２２が形成される。
【００２５】
特に、第２のシール部２２で、弾性部材３５がシール部材３０を第２のはめあい溝１９の底部に押し付けるので蒸気漏洩を抑制することができる。さらに、フィン部３４が突出していることから第２のシール部２２でのシール部材３０とはめあい溝１９の底面との接触を保つことができ、さらには、フィン部３４が複数個あることによりフィン部３４先端を通って漏洩する蒸気の流量を抑制することができる。
【００２６】
このようにして、スチームジョイントによる第１のシール部２１のみならず、第２のシール部２２でも、シール部材３０の働きによって、外部車室１０１と内部車室１０２との間での蒸気漏洩を抑制することができる。
【００２７】
（外部車室・グランド車室間のシール部）
つぎに、外部車室１０１とグランド車室２０２との間のシール部について、図２および図４を参照して説明する。
【００２８】
図４に示す構造において、外部車室１０１と、その内側に配置されたグランド車室２０２により、円環状に、第１の空間２１３、第２の空間２１４、第３の空間２１５が形成されている。
【００２９】
グランド車室２０２に円環状の第１のはめあい溝４０が形成され、この第１のはめ合い溝４０にはめ合うように外部車室１０１に第１の突起部４１が形成されている。
【００３０】
また、外部車室１０１に円環状の第２のはめ合い溝４２が形成され、この第２のはめ合い溝４２にはめ合うようにグランド車室２０２に第２の突起部４３が形成されている。
【００３１】
さらに、グランド車室２０２の第２の突起部４３の近くで外部車室１０１に対向する位置にシール部材収容溝２３１が形成されている。シール部材収容溝２３１に、シール部材２３０および弾性部材２３５が配置されている。シール部材収容溝２３１、シール部材２３０および弾性部材２３５の構成は、それぞれ、前述の外部車室・内部車室間の第２のシール部２２におけるシール部材収容溝３１、シール部材３０および弾性部材３５（図３）と同様である。
【００３２】
前述の外部車室・内部車室間のシール部と同様に、蒸気タービンの運転時には、外部車室１０１内およびグランド車室２０２内に蒸気が導入され、第１の空間２１３、第２の空間２１４、第３の空間２１５内の圧力は、第１の空間２１３内で最も高く、第３の空間２１５内で最も低くなるように構成されている。このような圧力の差によって、グランド車室２０２は外部車室１０１に対して相対的に回転軸方向に、図２および４の左向きに押し付けられる。
【００３３】
このとき、グランド車室２０２の第１のはめあい溝４０と外部車室１０１の第１の突起部４１との間で、「スチームジョイント」により、第１の空間２１３と第２の空間２１４との間のシール部（第１のシール部）２２１が形成される。
【００３４】
一方、弾性部材２３５がシール部材２３０を回転半径方向外側に向かって、外部車室１０１の内面に向かって押し付けているので、第２の空間２１４と第３の空間２１５との間のシール部（第２のシール部）２２２が形成される。
【００３５】
これにより、前述の外部車室・内部車室間のシール部と同様の原理により、外部車室１０１とグランド車室２０２との間で蒸気漏洩を抑制することができる。
【００３６】
（内部車室・タービンノズル間のシール部）
つぎに、内部車室１０２とタービンノズル３０２との間のシール部について図２および図５を参照して説明する。
【００３７】
図５に示す構造において、内部車室１０２とタービンノズル３０２により、第１の空間３１３、第２の空間３１４、第３の空間３１５が形成されている。この構成では、蒸気タービン運転時の圧力は、第１の空間３１３の圧力は第２の空間３１４の圧力よりも高い。第３の空間３１５の圧力は、蒸気タービンの運転状態によって、第１の空間３１３の圧力および第２の空間３１４の圧力よりも高い場合も低い場合もありうる。
【００３８】
なお、各段落ごとにタービンノズルが配置されているが、ここでは第１段落のタービンノズル３０２のみに着目して説明する。
【００３９】
内部車室１０２に、回転半径方向内側に向かって突出する円環状の第１の突出部４５が形成されている。また、第１の突出部４５と回転軸方向に対向する位置にタービンノズル３０２の外側円環部３０４の対向面４６が形成されている。蒸気タービン運転中は、第１の空間３１３の圧力が第２の空間３１４の圧力よりも高いことから、タービンノズル３０２の対向面４６が第１の突出部４５に押し付けられる。これによって、「スチームジョイント」により、第１の空間３１３と第２の空間３１４との間のシール部（第１のシール部）３２１が形成される。
【００４０】
一方、内部車室１０２とタービンノズル３０２の内側円環部３０５との間には、第１の空間３１３と第３の空間３１５とを仕切る第２のシール部３２２が形成され、ここでは、外部車室・グランド車室間のシール部における第２のシール部２２２（図４）と同様の構造になっている。すなわち、内部車室１０２がタービンノズル３０２の内側円環部３０５の円筒外側面に対向する位置の内部車室１０２内周にシール部材収容溝３３１が形成されている。シール部材収容溝３３１に、シール部材３３０および弾性部材３３５が配置されている。シール部材収容溝３３１、シール部材３３０および弾性部材３３５の構成は、それぞれ、前述の外部車室・内部車室間のシール部におけるシール部材収容溝３１、シール部材３０および弾性部材３５（図３）と同様である。
【００４１】
このような構成により、弾性部材３３５がシール部材３３０を回転半径方向内側に向かって、タービンノズル３０２の内側円環部３０５の円筒外側面に押し付けているので、第１の空間３１３と第３の空間３１５との間のシール部（第２のシール部）３２２が形成される。
【００４２】
［第２の実施形態］
図６は本発明に係る蒸気タービンの第２の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００４３】
第１の実施形態（図３）における外部車室１０１の第２のはめあい溝１９と同様の第２のはめあい溝１９の底部に、シール部材収容溝４３１が形成されている。このシール部材収容溝４３１に、シール部材４３０および弾性部材４３５が配置されている。シール部材収容溝４３１、シール部材４３０および弾性部材４３５はそれぞれ、第１の実施形態（図３）のシール部材収容溝３１、シール部材３０および弾性部材３５と同様の構造であって、シール部材収容溝３１、シール部材３０および弾性部材３５とは回転半径方向の内側・外側の関係が逆に配置されている。シール部材４３０の先端には、フィン部４３４が形成され、弾性部材４３５によって、フィン部４３４の先端が第２の隔壁１２の外周部１８の外周部に押し付けられている。
【００４４】
この実施形態によれば、第１の実施形態と同様に蒸気漏洩量を減らすことができる。
【００４５】
なお、ここでは、第１の実施形態の外部車室・内部車室間の第２のシール部２２を図６のような構成に代えるものとして説明したが、図６と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００４６】
［第３の実施形態］
図７は本発明に係る蒸気タービンの第２の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００４７】
この実施形態は、第１の実施形態（図３）におけるシール部材収容溝３１、シール部材３０および弾性部材３５と、第２の実施形態（図６）におけるシール部材収容溝４３１、シール部材４３０および弾性部材４３５とを組み合わせた構成となっている。シール部材３０とシール部材４３０は、回転軸方向に間隔をあけて並べて配置されている。
【００４８】
この実施形態によれば、二つのシール部材３０、４３０が上流側と下流側に直列に並べて配置されているので、第１または第２の実施形態に比べて蒸気漏洩量を減らすことができる。
【００４９】
なお、二つのシール部材３０、４３０の配置を上流側・下流側で逆にしてもよい。また、３個以上のシール部材を並べてもよい。さらに、図７と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００５０】
［第４の実施形態］
図８は本発明に係る蒸気タービンの第４の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００５１】
この実施形態は第１の実施形態の変形であって、第１の実施形態のシール部材３０に代えて複数枚の植え込みフィン５０８が、外部車室１０１の第２の隔壁１２の外周部１８に植え込まれている。植え込みフィン５０８は回転軸に垂直な面に沿って延びる円環板状であって、先端が第２のはめあい溝１９の底部に向かって突出している。図示の例では植え込みフィン５０８は３個あって、軸方向に互いに間隔をあけて配列されている。
【００５２】
この実施形態によれば、植え込みフィン５０８の先端を第２のはめあい溝１９の底部に接触させてこの部分からの蒸気漏洩量を減らすことができる。また、複数の植え込みフィン５０８が上流側と下流側に直列に並べて配置されているので、漏洩量をさらに減らすことができる。
【００５３】
なお、植え込みフィン５０８の枚数は３枚に限られず、１枚か２枚、または４枚以上でもよい。また、ここでは、第１の実施形態の外部車室・内部車室間の第２のシール部２２を図８のような構成に代えるものとして説明したが、図８と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００５４】
［第５の実施形態］
図９は本発明に係る蒸気タービンの第５の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００５５】
この実施形態は第４の実施形態の変形であって、第４の実施形態（図８）における外部車室１０１の第２のはめあい溝１９と同様の第２のはめあい溝１９の底部に、植え込みフィン６０８が植え込まれている。植え込みフィン６０８は、第４の実施形態の植え込みフィン５０８と同様の円環板状であるが、第２のはめあい溝１９の底部に植え込まれていて、植え込みフィン６０８の先端は外部車室１０１の第２の隔壁１２の外周部１８に向かって延びていて、第２の隔壁１２の外周部１８の外周部に押し付けられている。
【００５６】
この実施形態によれば、第４の実施形態と同様に、蒸気漏洩量を減らすことができる。
【００５７】
なお、植え込みフィン６０８の枚数は任意である。また、ここでは、第４の実施形態の外部車室・内部車室間の第２のシール部２２を図９のような構成に代えるものとして説明したが、図９と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００５８】
［第６の実施形態］
図１０は本発明に係る蒸気タービンの第６の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００５９】
この実施形態は、第４の実施形態（図８）における植え込みフィン５０８と、第５の実施形態（図９）における植え込みフィン６０８とを組み合わせた構成となっている。いずれも回転軸に垂直な面に沿って延びる植え込みフィン５０８と植え込みフィン６０８とは、回転軸方向に交互に、かつ、互いに間隔をあけて並べて配置されている。
【００６０】
この実施形態によれば、内側から外側に延びる植え込みフィン５０８と、外側から内側に延びる植え込みフィン５０９とが交互に、かつ、互いに間隔をあけて並べて配置されていることから、第４または第５の実施形態に比べて蒸気漏洩量を減らすことができる。
【００６１】
なお、図１０と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００６２】
［第７の実施形態］
図１１は本発明に係る蒸気タービンの第７の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００６３】
この実施形態は第１の実施形態の変形であって、第１の実施形態のシール部材３０（図３）に代えて、回転軸に垂直な面に沿って延びる円環板状のシール部材７０８を備えている。第２の隔壁１２の外周部１８にシール部材受け溝７１０が形成され、第２のはめあい溝１９の底部にシール部材受け溝７１１が形成されている。シール部材受け溝７１０、７１１は回転半径方向に互いに対向して配置されている。シール部材７０８の内周部がシール部材受け溝７１０内にあり、シール部材７０８の外周部がシール部材受け溝７１１内にあり、シール部材７０８は回転軸方向および半径方向に若干揺動できるように配置されている。
【００６４】
蒸気タービン運転時は、第２の空間１４の圧力が第３の空間１５の圧力よりも高いため、シール部材７０８は、図１１に示すように、第３の空間１５側に押されて、シール部材受け溝７１０およびシール部材受け溝７１１との間でシールを構成する。これにより、この部分での蒸気漏洩を抑制することができる。
【００６５】
ここで、はじめから一体で形成された円環板状のシール部材７０８を図１１に示す位置に配置することは困難であるから、実際には、あらかじめ複数（たとえば２個）に周方向に分割した円環板状のシール部材７０８を互いに周方向に隣接配置することにより、円環板状のシール部材７０８とすればよい。
【００６６】
なお、ここでは、第１の実施形態の外部車室・内部車室間の第２のシール部２２を図１１のような構成に代えるものとして説明したが、図１１と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００６７】
［第８の実施形態］
図１２は本発明に係る蒸気タービンの第８の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００６８】
この実施形態は第１の実施形態の変形であって、第１の実施形態と同様に、外部車室１０１が第２の隔壁１２の外周部１８と対向する位置には、第２の隔壁１２の外周部１８を受け容れる円環状に延びる第２のはめあい溝１９が形成されていて、第２の隔壁１２の外周部１８と第２のはめあい溝１９の間は互いに固定されておらず、間隙を有して互いに対向している。
【００６９】
この実施形態では、第２の隔壁１２の外周部１８に、回転円周方向に延びる溝８０１が形成され、この溝８０１内に挿入されるように、第２のはめあい溝１９の底部中央から回転円周方向に延びる突起８０２が形成されている。溝８０１の底部には、回転円周方向に延びるガスケット８０８が配置されている。ガスケット８０８はこの蒸気タービンを組み立てる際に塑性変形しうる比較的柔軟な材質・構造のものである。
【００７０】
この実施形態では、蒸気タービンを組み立てる際に、ガスケット８０８が押しつぶされ、それにより、製作精度を高めることなく、組み立て時の第２の隔壁１２の外周部１８での間隙を小さくすることができる。それにより、蒸気の漏洩を抑制することができる。
【００７１】
なお、ここでは、第１の実施形態の外部車室・内部車室間の第２のシール部２２を図１２のような構成に代えるものとして説明したが、図１２と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００７２】
［第９の実施形態］
図１３は本発明に係る蒸気タービンの第９の実施形態の要部を示す部分縦断面図であって、第１の実施形態の図３に相当する部分縦断面図である。
【００７３】
この実施形態は第１の実施形態の変形であって、第１の実施形態と同様に、外部車室１０１が第２の隔壁１２の外周部１８と対向する位置には、第２の隔壁１２の外周部１８を受け容れる円環状に延びる第２のはめあい溝１９が形成されていて、第２の隔壁１２の外周部１８と第２のはめあい溝１９の間は互いに固定されておらず、間隙を有して互いに対向している。
【００７４】
この実施形態では、第２のはめあい溝１９と第２の隔壁１２との間隙にシール剤９０８が充填されている。シール剤９０８はたとえばグリスであって、粘性材料であり、しかも、蒸気タービン運転時に第２の空間１４内と第３の空間１５内の圧力差によって流出してしまわない程度の粘度を保つものである。
【００７５】
この実施形態によれば、第２の隔壁１２の外周部での蒸気の漏洩を抑制することができる。
【００７６】
なお、ここでは、第１の実施形態の外部車室・内部車室間の第２のシール部２２を図１３のような構成に代えるものとして説明したが、図１３と同様の構造を、内部車室・グランド車室間の第２のシール部２２２および内部車室・タービンノズル間の第２のシール部３２２にも適用できる。
【００７７】
［他の実施形態］
以上説明した各実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されない。
【００７８】
たとえば、本発明に係るシール機構を図２に示す静止シール部のうちのすべてに適用する必要はなく、それらの一部に適用することも可能である。また、上記各実施形態の構造の特徴を各シール部ごとに変えて組み合わせてもよい。さらに、本発明に係るシール機構を図２に示すシール部以外の静止シール部に適用することもできる。
【符号の説明】
【００７９】
１１…第１の隔壁、１２…第２の隔壁、１３…第１の空間、１４…第２の空間、１５…第３の空間、１６…外周部、１７…第１のはめあい溝、１８…外周部、１９…第２のはめあい溝、２１…シール部（第１のシール部）、２２…第２のシール部、３０…シール部材、３１…シール部材収容溝、３２…幅広部、３３…幅狭部、３４…フィン部、３５…弾性部材、４０…第１のはめあい溝、４１…第１の突起部、４２…第２のはめ合い溝、４３…第２の突起部、５０…タービンロータ、５１…動翼、１０１…外部車室（静止部材）、１０２…内部車室（静止部材）、２０２…グランド車室（静止部材）、２１３…第１の空間、２１４…第２の空間、２１５…第３の空間、２３０…シール部材、２３１…シール部材収容溝、２３５…弾性部材、３０２…タービンノズル（静止部材）、３０３…静翼部、３０４…外側円環部、３０５…内側円環部、３１３…第１の空間、３１４…第２の空間、３１５…第３の空間、３３０…シール部材、３３１…シール部材収容溝、３３５…弾性部材、４３０…シール部材、４３１…シール部材収容溝、４３４…フィン部、４３５…弾性部材、５０８…植え込みフィン、６０８…植え込みフィン、７０８…シール部材、７１０…シール部材受け溝、７１１…シール部材受け溝、８０１…溝、８０２…突起、８０８…ガスケット、９０８…シール剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに圧力が異なる第１、第２および第３の空間と、前記第１および第２の空間の間を仕切る第１のシール部と、前記第２および第３の空間の間を仕切る第２のシール部と、を形成する、互いに固定されていない第１および第２の静止部材を有する蒸気タービンであって、
前記第１のシール部は、前記第１および第２の空間内の圧力の違いによって前記第１および第２の静止部材が互いに押し付けられてシールされるように構成され、
前記第２のシール部には、前記第１の静止部材と第２の静止部材とが近接する間隙にシール部材が配置されていること、
を特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
前記第１のシール部で、前記第１および第２の静止部材が回転軸方向に互いに押し付けられ、
前記第２のシール部では前記第１および第２の静止部材が回転半径方向に互いに対向するように構成されていること、を特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項３】
前記第１の静止部材には前記第２のシール部で回転半径方向に窪んで回転円周方向に沿って延びるはめあい溝が形成され、
前記第２の静止部材には前記前記第１の静止部材に形成されたはめあい溝に挿入されて回転円周方向に沿って延びる突出部が形成され、
前記シール部材は、前記はめあい溝内でそのはめあい溝の底部と前記突出部の先端との間に位置するように配置されていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記シール部材は、弾性力によって前記第１および第２の静止部材の少なくとも一方に押し付けられるように構成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記第１のシール部で、前記第１および第２の静止部材が回転軸方向に互いに押し付けられ、
前記シール部材は、回転軸に垂直な面に沿って延びる円環板状部を含むこと、
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項６】
前記シール部材は、前記第１および第２の静止部材が組み立てられる際に塑性変形可能であって、前記シール部材の塑性変形によって前記第２のシール部の間隙が狭まるように調整されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項７】
前記第１および第２の静止部材は、タービン外部車室とタービン内部車室との組み合わせ、タービン車室とグランド車室との組み合わせ、タービン車室とタービンノズルとの組み合わせ、のいずれかの組み合わせであること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項８】
互いに圧力が異なる第１、第２および第３の空間と、前記第１および第２の空間の間を仕切る第１のシール部と、前記第２および第３の空間の間を仕切る第２のシール部と、を形成する、互いに固定されていない第１および第２の静止部材を有する蒸気タービンの静止部シール構造であって、
前記第１のシール部は、前記第１および第２の空間内の圧力の違いによって前記第１および第２の静止部材が互いに押し付けられてシールされるように構成され、
前記第２のシール部には、前記第１の静止部材と第２の静止部材とが近接する間隙にシール部材が配置されていること、
を特徴とする蒸気タービン静止部シール構造。
【請求項１】
互いに圧力が異なる第１、第２および第３の空間と、前記第１および第２の空間の間を仕切る第１のシール部と、前記第２および第３の空間の間を仕切る第２のシール部と、を形成する、互いに固定されていない第１および第２の静止部材を有する蒸気タービンであって、
前記第１のシール部は、前記第１および第２の空間内の圧力の違いによって前記第１および第２の静止部材が互いに押し付けられてシールされるように構成され、
前記第２のシール部には、前記第１の静止部材と第２の静止部材とが近接する間隙にシール部材が配置されていること、
を特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
前記第１のシール部で、前記第１および第２の静止部材が回転軸方向に互いに押し付けられ、
前記第２のシール部では前記第１および第２の静止部材が回転半径方向に互いに対向するように構成されていること、を特徴とする請求項１に記載の蒸気タービン。
【請求項３】
前記第１の静止部材には前記第２のシール部で回転半径方向に窪んで回転円周方向に沿って延びるはめあい溝が形成され、
前記第２の静止部材には前記前記第１の静止部材に形成されたはめあい溝に挿入されて回転円周方向に沿って延びる突出部が形成され、
前記シール部材は、前記はめあい溝内でそのはめあい溝の底部と前記突出部の先端との間に位置するように配置されていること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸気タービン。
【請求項４】
前記シール部材は、弾性力によって前記第１および第２の静止部材の少なくとも一方に押し付けられるように構成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項５】
前記第１のシール部で、前記第１および第２の静止部材が回転軸方向に互いに押し付けられ、
前記シール部材は、回転軸に垂直な面に沿って延びる円環板状部を含むこと、
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項６】
前記シール部材は、前記第１および第２の静止部材が組み立てられる際に塑性変形可能であって、前記シール部材の塑性変形によって前記第２のシール部の間隙が狭まるように調整されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項７】
前記第１および第２の静止部材は、タービン外部車室とタービン内部車室との組み合わせ、タービン車室とグランド車室との組み合わせ、タービン車室とタービンノズルとの組み合わせ、のいずれかの組み合わせであること、を特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の蒸気タービン。
【請求項８】
互いに圧力が異なる第１、第２および第３の空間と、前記第１および第２の空間の間を仕切る第１のシール部と、前記第２および第３の空間の間を仕切る第２のシール部と、を形成する、互いに固定されていない第１および第２の静止部材を有する蒸気タービンの静止部シール構造であって、
前記第１のシール部は、前記第１および第２の空間内の圧力の違いによって前記第１および第２の静止部材が互いに押し付けられてシールされるように構成され、
前記第２のシール部には、前記第１の静止部材と第２の静止部材とが近接する間隙にシール部材が配置されていること、
を特徴とする蒸気タービン静止部シール構造。
【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２】
【図３】
【図４】
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【図６】
【図７】
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【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２８５９２４（Ｐ２０１０−２８５９２４Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３９９４６（Ｐ２００９−１３９９４６）
【出願日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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