蒸気タービン
【課題】シールストリップとアブレイダブル層が接触して損傷を受けた場合でもメンテナンス性が高く、かつアブレイダブル層が必要以上に削り取られることを防ぐことで漏洩流体の量を一層低減させた動翼先端のシール構造を提供し、これによって蒸気タービンの効率を一層向上させる
【解決手段】本発明に係る蒸気タービンは、ケーシング１と、ケーシング内に回転可能に配設されるロータ２と、ロータと略同軸に配置され、ケーシングに係合されるノズルダイアフラム３と、ノズルダイアフラムに隣接する位置にてロータの外周に円周方向に配設される複数の動翼４と、動翼の先端部に円周状に配置され半径方向外方に突出する少なくとも１条のシールストリップ４ｄと、ノズルダイアフラムに剛体接続されて前記シールストリップに対し半径方向に対向するとともにこの対向面にアブレイダブル材からなるアブレイダブル部分５ａを備えるアブレイダブル構造体５とを備える。
【解決手段】本発明に係る蒸気タービンは、ケーシング１と、ケーシング内に回転可能に配設されるロータ２と、ロータと略同軸に配置され、ケーシングに係合されるノズルダイアフラム３と、ノズルダイアフラムに隣接する位置にてロータの外周に円周方向に配設される複数の動翼４と、動翼の先端部に円周状に配置され半径方向外方に突出する少なくとも１条のシールストリップ４ｄと、ノズルダイアフラムに剛体接続されて前記シールストリップに対し半径方向に対向するとともにこの対向面にアブレイダブル材からなるアブレイダブル部分５ａを備えるアブレイダブル構造体５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンに係り、特にその動翼先端部における作動流体の漏洩防止構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な蒸気タービンを図９に示す。蒸気タービン１００は、ケーシング１内に回転可能に配設されるロータ２を備え、このロータ２が作動流体である蒸気により回転する。ケーシング１にはノズルダイアフラム３が固定されてケーシング１と同様に静止部を形成している。ノズルダイアフラム３は、環状のノズルダイアフラム外輪３ａとノズルダイアフラム内輪３ｂの間に形成される蒸気通路に複数のノズル翼３ｃを円周方向に配置してなり、このノズルダイアフラム外輪３ａがケーシング１に固定されてロータ２と略同軸に配置される。
【０００３】
ロータ２の外周部のうちノズルダイアフラム３に軸方向に隣接する位置には、複数の動翼４がそれぞれ間隔を隔てて円周方向に配置され、ロータ２とともに回転部を構成する。動翼４は植込部４ａ、動翼有効部４ｂ、翼先端部４ｃを備え、植込部４ａがそれぞれロータ２の外周部に係合して植設される。動翼有効部４ｂは蒸気通路部に配置され、ノズル翼３ｃから流出した蒸気が動翼有効部４ｂの周囲を通過する際に仕事をして回転力を発生させる。翼先端部４ｃは、各動翼４の外周部分に設けられる構造部材であり、隣接する動翼４の翼先端部４ｃと円周方向に接触することで全体として環状部材を形成し、翼有効部４ｂの先端部分を固定させる役割などを果たしている。なお、ノズルダイアフラム外輪３ａは、動翼４の翼先端部４ｃの位置まで延長されて設けられており、翼先端部４ｃと半径方向に対向している。
【０００４】
蒸気タービン１００においては、ノズルダイアフラム３と動翼４との１対が１つのタービン段落を形成しており、蒸気タービン１００に供給された蒸気は、ノズルダイアフラム３のノズル翼３ｃの間に導かれてその流れの方向を変えられ、次いで動翼４の翼有効部４ｃの間に導かれて動翼４とロータ２とに回転力を発生させる。なお、図９に示した蒸気タービン１００においては、ノズルダイアフラム３と動翼４からなるタービン段落が２段落示されており、これらの２段落のノズルダイアフラム４がボルト９によって締結されて配置されている。
【０００５】
このような蒸気タービン１００においては、ロータ２や動翼４などの回転部とケーシング１や静翼３などの静止部の間に漏洩流れが発生する。この漏洩流れ量が多いほど、蒸気タービン１００の効率および出力が低下してしまう。このため、可能な限り回転部と静止部の間隙を狭くする必要がある。このような理由から、動翼４の動翼先端部４ｃの外周部に、円周状に配置され半径方向外方に突出するシールストリップ４ｄを設け、シールストリップ４ｄ先端と対向するノズルダイアフラム外輪３ａとの間隙をできるだけ小さくすることで漏洩流れを防止する構造が知られている。さらに、シールストリップと対向するノズルダイアフラム３ａの表面に、快削性材料であるアブレイダブル材からなるコーティング層（アブレイダブル層３ｄ）などを設けることで、シールストリップ４ｄでアブレイダブル層３ｄを削らせることでさらに間隔を狭くして漏洩流れの量を抑制する試みもなされている。
【０００６】
蒸気タービンは、起動時などの過渡運転時にロータやケーシングが熱により変形を生じるため、定格運転時のみを考慮して回転部と静止部の間隙を最小隙間に設定することは不可能である。また、運転時に回転部と静止部の間に接触が生じる場合には、シールストリップがこの接触により損傷を受ける場合がある。著しく損傷を受ける場合もあり、シール構造の修復が可能な構造としておく必要がある。
【０００７】
このような、シールストリップとアブレイダブル層による漏洩流れを減少させるシール構造として、例えば特許文献１に記載のものが従来より知られている。この従来技術では、動翼先端部に設けられたシールストリップに対向するノズルダイアフラム外輪の内周側に、アブレイダブル層を有する複数のアーチ形シール支持体セグメントをバネを介して取り付けている。このような構造とすることで、起動停止などのタービンの過渡状態の間、アブレイダブル層を有するシール支持体セグメントを半径方向外向きに移動させることを可能とさせている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−６５０７６（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の従来技術に係るシールストリップとアブレイダブル層によるシール構造では、アブレイダブル層を有するシール支持体セグメントがバネを介してノズルダイアフラムに係合されており、半径方向に移動可能に設けられている。このため、シールフィンがアブレイダブル層に接触した場合、特に起動停止時などのタービンの過渡状態ではシール支持体セグメントが半径方向にがたつくなど不安定な挙動を示し、これによりシールフィンとアブレイダブル層とが深く接触する状態が生じる可能性がある。このようにして、シールストリップとアブレイダブル層が深く接触すると、定常運転時ではその部分において間隙が大きくなり漏洩蒸気量が増すばかりでなく、接触のしかたによってはシールストリップやアブレイダブル層を損傷するという問題点があった。
【００１０】
また、この従来技術に係るシール構造では、シール支持体セグメントを半径方向に移動可能にバネを介してノズルダイアフラム外輪に係合させるため、ノズルダイアフラム外輪の構造的な強度を十分に保つため、ノズルダイアフラム外輪が大きくなるという不利な点もあった。
【００１１】
このような問題を生じないようにするためには、シール支持体セグメントをバネを介してノズルダイアフラム外輪に係合させる構造ではなく、図９に示したように、シールストリップ４ｄに対向するノズルダイアフラム外輪３ａの表面に直接アブレイダブル層をコーティングなどにより設けることが考えられている。このような構造とすることで、アブレイダブル層３ｄの部分が半径方向に移動することがないため、シールフィン４ｄにより削られる部分を最小限に抑えることができ、これにより漏洩流体の量を少なく抑えることができる。しかしながら、図９に示した構成の場合、内周面にアブレイダブル層を備える各段落のノズルダイアフラム外輪３ａがボルト９で締結されて一体に形成されているため、ある段落のシールストリップ４ｄとアブレイダブル層３ｄが接触することにより損傷を受けた場合にはその段落のノズルダイアフラム３全体を取り外してアブレイダブル層３ｄの修理を行なうこととなり、シール構造の修復が困難となるという別の問題が生じる。
【００１２】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、シールストリップとアブレイダブル層が接触して損傷を受けた場合でもメンテナンス性が高く、かつアブレイダブル層が必要以上に削り取られることを防ぐことで漏洩流体の量を一層低減させた動翼先端のシール構造を提供し、これによって蒸気タービンの効率を一層向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の課題を解決するために、本願発明に係る蒸気タービンは、ケーシングと、ケーシング内に回転可能に配設されるロータと、ロータと略同軸に配置され、ケーシングに係合されるノズルダイアフラムと、ノズルダイアフラムに隣接する位置にて前記ロータの外周に円周方向に配設される複数の動翼と、動翼の先端部に円周状に配置され半径方向外方に突出する少なくとも１条のシールストリップと、ノズルダイアフラムに剛体接続されてシールストリップに対し半径方向に対向するとともに対向面にアブレイダブル材からなるアブレイダブル部分を備えるアブレイダブル構造体とを具備することを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、アブレイダブル構造体がノズルダイアフラムと別体に設けられるとともに、このアブレイダブル構造体が例えばボルトなどを介してノズルダイアフラムに剛体接続されているので、これを簡易に取り外すことができる。これによってシールストリップとアブレイダブル部分が接触して損傷を受けた場合でもその修復を比較的簡単に行なうことができる。また、アブレイダブル構造体とノズルダイアフラムとが剛体接続されているため、アブレイダブル構造体のノズルダイアフラムに対する位置が半径方向に移動することがなく、過渡状態であってもアブレイダブル部分ががたついたりして大きく削り取られるといった事態は生じにくい。このため削り取られるアブレイダブル部分を必要最小限に抑えることができるので、漏洩蒸気の量を一層低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、漏洩蒸気量を一層低減するとともに、メンテナンス性の高い動翼先端のシール構造を提供することができ、よって蒸気タービンの効率を一層高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービンの１段落を、回転軸を含む断面である子午面において示した子午断面図である。
【００１８】
蒸気タービン１００は、ケーシング１内に回転可能に配設されるロータ２を備え、このロータ２が作動流体である蒸気により回転する。ケーシング１にはノズルダイアフラム３が固定されてケーシング１と同様に静止部を形成している。ノズルダイアフラム３は、環状のノズルダイアフラム外輪３ａとノズルダイアフラム内輪３ｂの間に形成される蒸気通路に複数のノズル翼３ｃを円周方向に配置してなり、このノズルダイアフラム外輪３ａがケーシング１に固定されてロータ２と略同軸に配置される。
【００１９】
ロータ２の外周部のうちノズルダイアフラム３に軸方向に隣接する位置には、複数の動翼４がそれぞれ間隔を隔てて円周方向に配置され、ロータ２とともに回転部を構成する。動翼４は植込部４ａ、動翼有効部４ｂ、翼先端部４ｃを備え、植込部４ａがそれぞれロータ２の外周部に係合して植設される。動翼有効部４ｂは蒸気通路部に配置され、ノズル翼３ｃから流出した蒸気が動翼有効部４ｂの周囲を通過する際に仕事をして回転力を発生させる。翼先端部４ｃは、各動翼４の外周部分に設けられる構造部材であり、隣接する動翼４の翼先端部４ｃと円周方向に接触することで全体として環状部材を形成し、翼有効部４ｂの先端部分を固定させる役割などを果たしている。
【００２０】
蒸気タービン１００においては、ノズルダイアフラム３と動翼４との１対が１つのタービン段落を形成しており、蒸気タービン１００に供給された蒸気は、ノズルダイアフラム３のノズル翼３ｃの間に導かれてその流れの方向を変えられ、次いで動翼４の翼有効部４ｃの間に導かれて動翼４とロータ２とに回転力を発生させる。なお、図９に示した蒸気タービンと同様、図１に示した本発明の第１実施形態に係る蒸気タービン１００においても、ノズルダイアフラム３と動翼４からなるタービン段落を複数段落備えるとともに、これらの複数段落のノズルダイアフラム４がボルト９によって締結された配置とすることができる。
【００２１】
本実施形態に係る蒸気タービンは、アブレイダブル部分５ａをその内周面に備えるアブレイダブル構造体５が、ノズルダイアフラム外輪３ａの動翼４側に剛体接続されて動翼４の動翼先端部４ｃと対向する位置に円周方向に設けられている。なお本実施の形態では、ノズルダイアフラム外輪３ａの外周側に段差部７が設けられており、アブレイダブル構造体５をこの段差部７に係合させて位置合わせを行い、この状態で軸方向に配置されたボルト穴にボルト６を螺合させ、ノズルダイアフラム外輪３ａにアブレイダブル構造体５を剛体接続させている。
【００２２】
なお、アブレイダブル構造体５とノズルダイアフラム外輪３ａとの接続方法はこれには限らず、例えば係合部を設けてがたつきなく係合される構成として剛体接続させてもよい。また、アブレイダブル部分５ａは、アブレイダブル構造体５ａの表面に直接的にコーティングや肉盛あるいは溶射等の手段を用いて形成される。
【００２３】
ここで、アブレイダブル層５ａの材質は、コバルト、ニッケル、クロム、アルミニウム及びイットリウム系の材料（ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ系材料）、ニッケル、クロム、アルミニウム系の材料（ＮｉＣｒＡｌ系材料）、あるいは、ニッケル、クロム、鉄、アルミニウム、ホウ素及び窒素系の材料（ＮｉＣｒＦｅＡｌＢＮ系材料）など、公知の快削性材料各種を用いることができる。
【００２４】
そして、アブレイダブル構造体５に対向する動翼４の動翼先端部４ｃの外周部には、円周状に配置され半径方向外方に突出するシールストリップ４ｄが設けられる。本実施の形態ではこのようにして、シールストリップ４ｄ先端とアブレイダブル構造体５のアブレイダブル部分５ａとを対向させ、このシールストリップ４ｄによりアブレイダブル部分５ａを削り取らせることでこれらの間隙をできるだけ小して漏洩流れを防止している。なお、動翼先端部４ｃにはシールストリップ４ｄが設けられているが、このシールストリップ４ｄは動翼先端部４ｃに一体的に削り出しによって設けるか、あるいは動翼先端部４ｃにコーキングなどにより埋め込んで設置することができる。また、シールストリップ４ｄはの代わりにナイフエッジを設けることでも同様に十分な漏洩流れの低減を図ることができる。
【００２５】
また、本実施の形態では、アブレイダブル部分５ａが設けられるアブレイダブル構造体５の内周面は、軸方向にその高さ（内周面の半径）を変えた、所謂Ｈｉ−Ｌｏｗ構造としている。このように軸方向にアブレイダブル構造体５の内周面の高さを異ならしめることで、漏洩流れの一層の低減を図っている。
【００２６】
また、図１に示したとおり、本実施の形態においては、動翼先端部４ｃには複数条のシールストリップ４ｄが設けられているが、各シールストリップ４ｄとアブレイダブル構造体５のアブレイダブル部分５ａとの間隔は全て等しくしてもよく、あるいは上流側から順次間隔を狭めていくなど、それぞれ設計条件によって異ならせることも可能である。
【００２７】
このような構成によれば、アブレイダブル構造体５はノズルダイアフラム外輪３ａに剛体接続、すなわちバネなどを介さずにリジッドに接続されているため、アブレイダブル構造体５のノズルダイアフラム３に対する位置が半径方向に移動することがなく、過渡状態であってもアブレイダブル層ががたついたりして大きく削り取られるといった事態は生じにくい。このため削り取られるアブレイダブル部分５ａを必要最小限に抑えることができるので、漏洩蒸気の量を一層低減することができる。
【００２８】
また、アブレイダブル構造体５がノズルダイアフラム３と別体に設けられ、例えばボルト６などを介してノズルダイアフラム外輪３ａに接続されているので、これを簡易に取り外すことができる。このため、シールストリップ４ｄとアブレイダブル部分５ａが接触して損傷を受けた場合でもその修復を比較的簡単に行なうことができる。さらにアブレイダブル部分５ａの交換を行なう場合であっても、ノズルダイアフラム３やノズルダイアフラム外輪３ａ全体の交換ではなく、アブレイダブル部分５ａを含むアブレイダブル構造体５のみを交換すれば足りるため、メンテナンスに掛かる時間を短縮することができる。
【００２９】
図２および図３はそれぞれ、図１におけるアブレイダブル構造体５とノズルダイアフラム外輪３ａとの接続状態を軸方向上流側から見た概略図である。なお、図２および図３において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３０】
上述のように、アブレイダブル構造体５はノズルダイアフラム外輪３ａに対し、軸方向に配設されたボルト６を介して剛体接続されている。そして、図２に示したとおり、アブレイダブル構造体５は円周方向に一周に亘って設けられているが、本実施の形態においては、アブレイダブル構造体５が水平面において上下に２分割された半円の環状部材として構成されている。ボルト６は、複数本が円周方向に間隔を置いて配置されており、これらのボルト６によって、２分割されたアブレイダブル構造体５がノズルダイアフラム外輪３ａの上半部および下半部に軸方向に剛体接続されている。すなわち、図２に示した例では、アブレイダブル構造体５を上下２つに分割することで、部品点数をできるだけ少なくしている。
【００３１】
さらに図３に示したとおり、水平面での上下２分割ではなく、アブレイダブル構造体５をそれぞれ一周のうち４５°の部分ごとに分割した８つの分割体とするなど、２つ以上の複数の分割体によって構成することも可能である。
【００３２】
このようにアブレイダブル構造体５を円周方向に複数に分割して設けて、それぞれをボルト９によってノズルダイアフラム外輪３ａに剛体接続させることで、メンテナンス時に損傷が生じたアブレイダブル構造体５のみを交換することが可能となる。
【００３３】
図４および図５に本実施の形態の蒸気タービンの変形例に係るタービン段落の子午断面図を示す。図４および図５において図１乃至図３と同一の構成については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００３４】
図４に示すように、この変形例においては、ノズルダイアフラム外輪３ａに段差部を設けるのではなく、アブレイダブル構造体５の外周側にインロー部８を形成している。そしてこのインロー部８をノズルダイアフラム外輪３ａの内周端部に係合させてノズルダイアフラム３ａにボルト６で剛体接続させる構成としている。
【００３５】
このようにアブレイダブル構造体にインロー部８を設け、これをノズルダイアフラム外輪３ａに係合させて剛体接続させることによって、アブレイダブル構造体５のノズルダイアフラム３に対する位置精度を向上させることが可能となる。従ってアブレイダブル部分５ａの切削範囲を十分に小さく抑えることができるので、漏洩蒸気の量を一層低減することが可能となる。
【００３６】
さらに、図５に示したように、インロー部８のアスペクト比を変更して軸方向よりも半径方向が大きくなるようにすれば、剛体接続されるアブレイダブル構造体５にがたつきなどが生じる虞をさらに低減させることができる。このようにすることで、アブレイダブル部分５ａの切削範囲をより十分に管理することが可能となる。
【００３７】
次に、本実施の形態の別の変形例を図６および図７を参照して説明する。図６および図７はそれぞれ、本発明の蒸気タービンの第１の実施の形態の別の変形例に係る子午断面図のうち、動翼先端のシール部分を拡大した概略図である。図６および図７において、図１乃至図５までと同一の構成要素には同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００３８】
本変形例においても、動翼４の動翼先端部４ｃに設けられたシールストリップ４ｄに対向する位置に、図１に示した第１の実施の形態と同様、アブレイダブル構造体５がノズルダイアフラム外輪３ａにボルト６を介して剛体接続されて設けられている。図１に示した第１の実施の形態では、アブレイダブル構造体５がノズルダイアフラム外輪３ａの下流側に軸方向に配置されたボルト６によって締結されていたが、本変形例では、ノズルダイアフラム外輪３ａには、ノズル翼３ｃに対する下流側に肩部３ｅが設けられている。
【００３９】
そして、図６および図７に係る変形例では、アブレイダブル構造体５が、肩部３ｅの内周側に半径方向に配置されたボルト６によって螺合されて剛体接続されている。なお、本変形例においても、ボルト６は複数本が円周方向に沿って間隔を置いて配置される。
【００４０】
なお、図６で示した変形例では、ボルト６は半径方向外側から螺合させられているが、これに限らず、図７に示したように、アブレイダブル構造体５を半径方向内周側からボルト６によってノズルダイアフラム外輪３ａの肩部３ｅに剛体接続させるようにすることもできる。
【００４１】
このように、ボルト６を半径方向に配置して、アブレイダブル構造体５を半径方向に剛体接続した構造とすることで、アブレイダブル構造体５の大きさを小型化することが可能である。また、シールストリップ４ｄとアブレイダブル部分５ａとの接触によってアブレイダブル部分５に損傷が生じた場合などに、アブレイダブル構造体５を取り外す作業を半径方向から行なうことができるため、メンテナンス性を向上させることができる。さらに、ノズルダイアフラム外輪３ａは肩部３ｅを備えることからノズルダイアフラム３ａに十分な強度を持たせることができる。
【００４２】
さらに、図８を用いて本発明の第２の実施の形態について説明する。図８は、本発明の蒸気タービンの第２の実施の形態に係る子午断面図のうち、動翼先端のシール部分を拡大した概略図である。
【００４３】
本実施の形態においても、動翼先端のシール部分以外の構成については図１で示した第１の実施の形態と同様である。図８において、図１乃至図７と同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
図８に示したとおり本実施の形態では、図６および図７に示した第１の実施の形態の変形例と同様、ノズルダイアフラム外輪３ａには、ノズル翼３ｃに対する下流側に肩部３ｅが設けられている。そして、この肩部３ｅの中に凹部が設けられており、この凹部にアブレイダブル構造体５としてのシール支持体セグメントが剛に取り付けられている。
【００４５】
ここで、アブレイダブル構造体５には、図１で示した第１の実施の形態と同様、その内周面の、シールストリップ４ｄと対向する部位にアブレイダブル部分５ａが設けられており、このシールストリップ４ｄとアブレイダブル部分５ａによって蒸気をシールしている。アブレイダブル構造体５のアブレイダブル部分５ａの反対側にあたる外周側には、ノズルダイアフラム外輪３ａの肩部３ｅに設けられた凹部と係合する凸部が設けられており、この凸部を凹部に係合させることでアブレイダブル構造体５ａがノズルダイアフラム外輪３ａに剛体接続される。
【００４６】
特に、本実施の形態では、アブレイダブル構造体５の凸部とノズルダイアフラム外輪３ａの凹部との間に、軸方向と半径方向の位置を固定するための金属片１０が挟み込まれている。ここで、この金属片１０は、ノズルダイアフラム３やアブレイダブル構造体５の本体を構成する、例えばＣｒＭｏＶ材や１２Ｃｒ材などといったの材料よりも熱膨張係数の高い材料が用いられる。なお、このような材料の代表例としては、アルミやステンレス系の材料が挙げられる。
【００４７】
このように、ノズルダイアフラム外輪３ａとアブレイダブル構造体５との係合部に、熱膨張係数の高い金属片１０を挟み込むことによって、定常運転時にはこの金属片が膨張することにより軸方向及び半径方向の微小な間隙をなくし、アブレイダブル構造体５をノズルダイアフラム３ａに対してがたつきなく、剛に固定することができる。
【００４８】
これによって、第１の実施の形態同様、アブレイダブル構造体５のノズルダイアフラム３に対する位置が半径方向および軸方向に移動することがなくなるため、過渡状態であってもアブレイダブル層ががたついたりして大きく削り取られるといった事態は生じにくくなる。このため削り取られるアブレイダブル部分５ａを必要最小限に抑えることができるので、漏洩蒸気の量を一層低減することができる。
【００４９】
さらに、第１の実施の形態と同様に、アブレイダブル構造体５がノズルダイアフラム３と別体に設けられてノズルダイアフラム外輪３ａに取り付けられているので、シールストリップ４ｄとアブレイダブル部分５ａが接触して損傷を受けた場合でもその修復を比較的簡単に行なうことができる。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、アブレイダブル構造体５以外の構成は従来のタービン段落のものを流用できるため、既設の蒸気タービンの改修を行なう際にも本発明を容易に実施できる。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、ノズルダイアフラム外輪３ａの凹部とアブレイダブル構造体５の凸部をこれらの間に熱膨張係数が大きい金属片１０を介在させてがたつきなく取り付けているが、これに限らず、アブレイダブル構造体５とノズルダイアフラム外輪３ａがリジッドに接続されれば十分である。
【００５２】
すなわち、例えばアブレイダブル構造体５の凸部を構成する材料をノズルダイアフラム外輪３ａの凹部を構成する材料よりも熱膨張係数の大きな材料とすることで、金属片１０を介在させずともアブレイダブル構造体５の凸部が運転時に熱膨張によって剛体的に係合させるようにすることもできる。あるいは、アブレイダブル構造体５の凸部をノズルダイアフラム外輪３ａに係合させるにあたり、冷やし嵌めを用いることによってアブレイダブル構造体５をノズルダイアフラム外輪３ａに対してがたつきなく取り付けるなど、公知の手法を種々用いて剛体接続させることが可能である。
【００５３】
また、図８に示した実施の形態では、ノズルダイアフラム外輪３ａに凹部を、アブレイダブル構造体５に凸部を設けてこれらを係合させているが、これとは逆に、ノズルダイアフラム外輪に凸部を、アブレイダブル構造体５に凹部を設けてこれらを係合させて剛体接続させる構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービンの１段落を、回転軸を含む断面である子午面において示した子午断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービンの、アブレイダブル構造体とノズルダイアフラム外輪との接続状態を軸方向上流側から見た概略図
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービンの、アブレイダブル構造体とノズルダイアフラム外輪との接続状態の別の例を軸方向上流側から見た概略図
【図４】本発明の第１の実施の形態の蒸気タービンの変形例に係るタービン段落の子午断面図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の蒸気タービンの別の変形例に係るタービン段落の子午断面図。
【図６】本発明の第１の実施の形態の蒸気タービンの別の変形例に係る子午断面図のうち動翼先端のシール部分を拡大した概略図。
【図７】本発明の第１の実施の形態の蒸気タービンの別の変形例に係る子午断面図のうち動翼先端のシール部分を拡大した概略図。
【図８】本発明の第２の実施の形態の蒸気タービンの変形例に係るタービン段落の子午断面図のうち、動翼先端のシール部分を拡大した概略図。
【図９】一般的な蒸気タービンのタービン段落を示す子午断面図。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・ケーシング
２・・・ロータ
３・・・ノズルダイアフラム
３ａ・・・ノズルダイアフラム外輪
３ｂ・・・ノズルダイアフラム内輪
３ｃ・・・ノズル翼
３ｄ・・・アブレイダブル層
４・・・動翼
４ａ・・・植込部
４ｂ・・・動翼有効部
４ｃ・・・動翼先端部
４ｄ・・・シールストリップ
５・・・アブレイダブル構造体
５ａ・・・アブレイダブル部分
６・・・ボルト
７・・・段差部
８・・・インロー部
１０・・・金属片
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービンに係り、特にその動翼先端部における作動流体の漏洩防止構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な蒸気タービンを図９に示す。蒸気タービン１００は、ケーシング１内に回転可能に配設されるロータ２を備え、このロータ２が作動流体である蒸気により回転する。ケーシング１にはノズルダイアフラム３が固定されてケーシング１と同様に静止部を形成している。ノズルダイアフラム３は、環状のノズルダイアフラム外輪３ａとノズルダイアフラム内輪３ｂの間に形成される蒸気通路に複数のノズル翼３ｃを円周方向に配置してなり、このノズルダイアフラム外輪３ａがケーシング１に固定されてロータ２と略同軸に配置される。
【０００３】
ロータ２の外周部のうちノズルダイアフラム３に軸方向に隣接する位置には、複数の動翼４がそれぞれ間隔を隔てて円周方向に配置され、ロータ２とともに回転部を構成する。動翼４は植込部４ａ、動翼有効部４ｂ、翼先端部４ｃを備え、植込部４ａがそれぞれロータ２の外周部に係合して植設される。動翼有効部４ｂは蒸気通路部に配置され、ノズル翼３ｃから流出した蒸気が動翼有効部４ｂの周囲を通過する際に仕事をして回転力を発生させる。翼先端部４ｃは、各動翼４の外周部分に設けられる構造部材であり、隣接する動翼４の翼先端部４ｃと円周方向に接触することで全体として環状部材を形成し、翼有効部４ｂの先端部分を固定させる役割などを果たしている。なお、ノズルダイアフラム外輪３ａは、動翼４の翼先端部４ｃの位置まで延長されて設けられており、翼先端部４ｃと半径方向に対向している。
【０００４】
蒸気タービン１００においては、ノズルダイアフラム３と動翼４との１対が１つのタービン段落を形成しており、蒸気タービン１００に供給された蒸気は、ノズルダイアフラム３のノズル翼３ｃの間に導かれてその流れの方向を変えられ、次いで動翼４の翼有効部４ｃの間に導かれて動翼４とロータ２とに回転力を発生させる。なお、図９に示した蒸気タービン１００においては、ノズルダイアフラム３と動翼４からなるタービン段落が２段落示されており、これらの２段落のノズルダイアフラム４がボルト９によって締結されて配置されている。
【０００５】
このような蒸気タービン１００においては、ロータ２や動翼４などの回転部とケーシング１や静翼３などの静止部の間に漏洩流れが発生する。この漏洩流れ量が多いほど、蒸気タービン１００の効率および出力が低下してしまう。このため、可能な限り回転部と静止部の間隙を狭くする必要がある。このような理由から、動翼４の動翼先端部４ｃの外周部に、円周状に配置され半径方向外方に突出するシールストリップ４ｄを設け、シールストリップ４ｄ先端と対向するノズルダイアフラム外輪３ａとの間隙をできるだけ小さくすることで漏洩流れを防止する構造が知られている。さらに、シールストリップと対向するノズルダイアフラム３ａの表面に、快削性材料であるアブレイダブル材からなるコーティング層（アブレイダブル層３ｄ）などを設けることで、シールストリップ４ｄでアブレイダブル層３ｄを削らせることでさらに間隔を狭くして漏洩流れの量を抑制する試みもなされている。
【０００６】
蒸気タービンは、起動時などの過渡運転時にロータやケーシングが熱により変形を生じるため、定格運転時のみを考慮して回転部と静止部の間隙を最小隙間に設定することは不可能である。また、運転時に回転部と静止部の間に接触が生じる場合には、シールストリップがこの接触により損傷を受ける場合がある。著しく損傷を受ける場合もあり、シール構造の修復が可能な構造としておく必要がある。
【０００７】
このような、シールストリップとアブレイダブル層による漏洩流れを減少させるシール構造として、例えば特許文献１に記載のものが従来より知られている。この従来技術では、動翼先端部に設けられたシールストリップに対向するノズルダイアフラム外輪の内周側に、アブレイダブル層を有する複数のアーチ形シール支持体セグメントをバネを介して取り付けている。このような構造とすることで、起動停止などのタービンの過渡状態の間、アブレイダブル層を有するシール支持体セグメントを半径方向外向きに移動させることを可能とさせている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−６５０７６（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の従来技術に係るシールストリップとアブレイダブル層によるシール構造では、アブレイダブル層を有するシール支持体セグメントがバネを介してノズルダイアフラムに係合されており、半径方向に移動可能に設けられている。このため、シールフィンがアブレイダブル層に接触した場合、特に起動停止時などのタービンの過渡状態ではシール支持体セグメントが半径方向にがたつくなど不安定な挙動を示し、これによりシールフィンとアブレイダブル層とが深く接触する状態が生じる可能性がある。このようにして、シールストリップとアブレイダブル層が深く接触すると、定常運転時ではその部分において間隙が大きくなり漏洩蒸気量が増すばかりでなく、接触のしかたによってはシールストリップやアブレイダブル層を損傷するという問題点があった。
【００１０】
また、この従来技術に係るシール構造では、シール支持体セグメントを半径方向に移動可能にバネを介してノズルダイアフラム外輪に係合させるため、ノズルダイアフラム外輪の構造的な強度を十分に保つため、ノズルダイアフラム外輪が大きくなるという不利な点もあった。
【００１１】
このような問題を生じないようにするためには、シール支持体セグメントをバネを介してノズルダイアフラム外輪に係合させる構造ではなく、図９に示したように、シールストリップ４ｄに対向するノズルダイアフラム外輪３ａの表面に直接アブレイダブル層をコーティングなどにより設けることが考えられている。このような構造とすることで、アブレイダブル層３ｄの部分が半径方向に移動することがないため、シールフィン４ｄにより削られる部分を最小限に抑えることができ、これにより漏洩流体の量を少なく抑えることができる。しかしながら、図９に示した構成の場合、内周面にアブレイダブル層を備える各段落のノズルダイアフラム外輪３ａがボルト９で締結されて一体に形成されているため、ある段落のシールストリップ４ｄとアブレイダブル層３ｄが接触することにより損傷を受けた場合にはその段落のノズルダイアフラム３全体を取り外してアブレイダブル層３ｄの修理を行なうこととなり、シール構造の修復が困難となるという別の問題が生じる。
【００１２】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、シールストリップとアブレイダブル層が接触して損傷を受けた場合でもメンテナンス性が高く、かつアブレイダブル層が必要以上に削り取られることを防ぐことで漏洩流体の量を一層低減させた動翼先端のシール構造を提供し、これによって蒸気タービンの効率を一層向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の課題を解決するために、本願発明に係る蒸気タービンは、ケーシングと、ケーシング内に回転可能に配設されるロータと、ロータと略同軸に配置され、ケーシングに係合されるノズルダイアフラムと、ノズルダイアフラムに隣接する位置にて前記ロータの外周に円周方向に配設される複数の動翼と、動翼の先端部に円周状に配置され半径方向外方に突出する少なくとも１条のシールストリップと、ノズルダイアフラムに剛体接続されてシールストリップに対し半径方向に対向するとともに対向面にアブレイダブル材からなるアブレイダブル部分を備えるアブレイダブル構造体とを具備することを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、アブレイダブル構造体がノズルダイアフラムと別体に設けられるとともに、このアブレイダブル構造体が例えばボルトなどを介してノズルダイアフラムに剛体接続されているので、これを簡易に取り外すことができる。これによってシールストリップとアブレイダブル部分が接触して損傷を受けた場合でもその修復を比較的簡単に行なうことができる。また、アブレイダブル構造体とノズルダイアフラムとが剛体接続されているため、アブレイダブル構造体のノズルダイアフラムに対する位置が半径方向に移動することがなく、過渡状態であってもアブレイダブル部分ががたついたりして大きく削り取られるといった事態は生じにくい。このため削り取られるアブレイダブル部分を必要最小限に抑えることができるので、漏洩蒸気の量を一層低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、漏洩蒸気量を一層低減するとともに、メンテナンス性の高い動翼先端のシール構造を提供することができ、よって蒸気タービンの効率を一層高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービンの１段落を、回転軸を含む断面である子午面において示した子午断面図である。
【００１８】
蒸気タービン１００は、ケーシング１内に回転可能に配設されるロータ２を備え、このロータ２が作動流体である蒸気により回転する。ケーシング１にはノズルダイアフラム３が固定されてケーシング１と同様に静止部を形成している。ノズルダイアフラム３は、環状のノズルダイアフラム外輪３ａとノズルダイアフラム内輪３ｂの間に形成される蒸気通路に複数のノズル翼３ｃを円周方向に配置してなり、このノズルダイアフラム外輪３ａがケーシング１に固定されてロータ２と略同軸に配置される。
【００１９】
ロータ２の外周部のうちノズルダイアフラム３に軸方向に隣接する位置には、複数の動翼４がそれぞれ間隔を隔てて円周方向に配置され、ロータ２とともに回転部を構成する。動翼４は植込部４ａ、動翼有効部４ｂ、翼先端部４ｃを備え、植込部４ａがそれぞれロータ２の外周部に係合して植設される。動翼有効部４ｂは蒸気通路部に配置され、ノズル翼３ｃから流出した蒸気が動翼有効部４ｂの周囲を通過する際に仕事をして回転力を発生させる。翼先端部４ｃは、各動翼４の外周部分に設けられる構造部材であり、隣接する動翼４の翼先端部４ｃと円周方向に接触することで全体として環状部材を形成し、翼有効部４ｂの先端部分を固定させる役割などを果たしている。
【００２０】
蒸気タービン１００においては、ノズルダイアフラム３と動翼４との１対が１つのタービン段落を形成しており、蒸気タービン１００に供給された蒸気は、ノズルダイアフラム３のノズル翼３ｃの間に導かれてその流れの方向を変えられ、次いで動翼４の翼有効部４ｃの間に導かれて動翼４とロータ２とに回転力を発生させる。なお、図９に示した蒸気タービンと同様、図１に示した本発明の第１実施形態に係る蒸気タービン１００においても、ノズルダイアフラム３と動翼４からなるタービン段落を複数段落備えるとともに、これらの複数段落のノズルダイアフラム４がボルト９によって締結された配置とすることができる。
【００２１】
本実施形態に係る蒸気タービンは、アブレイダブル部分５ａをその内周面に備えるアブレイダブル構造体５が、ノズルダイアフラム外輪３ａの動翼４側に剛体接続されて動翼４の動翼先端部４ｃと対向する位置に円周方向に設けられている。なお本実施の形態では、ノズルダイアフラム外輪３ａの外周側に段差部７が設けられており、アブレイダブル構造体５をこの段差部７に係合させて位置合わせを行い、この状態で軸方向に配置されたボルト穴にボルト６を螺合させ、ノズルダイアフラム外輪３ａにアブレイダブル構造体５を剛体接続させている。
【００２２】
なお、アブレイダブル構造体５とノズルダイアフラム外輪３ａとの接続方法はこれには限らず、例えば係合部を設けてがたつきなく係合される構成として剛体接続させてもよい。また、アブレイダブル部分５ａは、アブレイダブル構造体５ａの表面に直接的にコーティングや肉盛あるいは溶射等の手段を用いて形成される。
【００２３】
ここで、アブレイダブル層５ａの材質は、コバルト、ニッケル、クロム、アルミニウム及びイットリウム系の材料（ＣｏＮｉＣｒＡｌＹ系材料）、ニッケル、クロム、アルミニウム系の材料（ＮｉＣｒＡｌ系材料）、あるいは、ニッケル、クロム、鉄、アルミニウム、ホウ素及び窒素系の材料（ＮｉＣｒＦｅＡｌＢＮ系材料）など、公知の快削性材料各種を用いることができる。
【００２４】
そして、アブレイダブル構造体５に対向する動翼４の動翼先端部４ｃの外周部には、円周状に配置され半径方向外方に突出するシールストリップ４ｄが設けられる。本実施の形態ではこのようにして、シールストリップ４ｄ先端とアブレイダブル構造体５のアブレイダブル部分５ａとを対向させ、このシールストリップ４ｄによりアブレイダブル部分５ａを削り取らせることでこれらの間隙をできるだけ小して漏洩流れを防止している。なお、動翼先端部４ｃにはシールストリップ４ｄが設けられているが、このシールストリップ４ｄは動翼先端部４ｃに一体的に削り出しによって設けるか、あるいは動翼先端部４ｃにコーキングなどにより埋め込んで設置することができる。また、シールストリップ４ｄはの代わりにナイフエッジを設けることでも同様に十分な漏洩流れの低減を図ることができる。
【００２５】
また、本実施の形態では、アブレイダブル部分５ａが設けられるアブレイダブル構造体５の内周面は、軸方向にその高さ（内周面の半径）を変えた、所謂Ｈｉ−Ｌｏｗ構造としている。このように軸方向にアブレイダブル構造体５の内周面の高さを異ならしめることで、漏洩流れの一層の低減を図っている。
【００２６】
また、図１に示したとおり、本実施の形態においては、動翼先端部４ｃには複数条のシールストリップ４ｄが設けられているが、各シールストリップ４ｄとアブレイダブル構造体５のアブレイダブル部分５ａとの間隔は全て等しくしてもよく、あるいは上流側から順次間隔を狭めていくなど、それぞれ設計条件によって異ならせることも可能である。
【００２７】
このような構成によれば、アブレイダブル構造体５はノズルダイアフラム外輪３ａに剛体接続、すなわちバネなどを介さずにリジッドに接続されているため、アブレイダブル構造体５のノズルダイアフラム３に対する位置が半径方向に移動することがなく、過渡状態であってもアブレイダブル層ががたついたりして大きく削り取られるといった事態は生じにくい。このため削り取られるアブレイダブル部分５ａを必要最小限に抑えることができるので、漏洩蒸気の量を一層低減することができる。
【００２８】
また、アブレイダブル構造体５がノズルダイアフラム３と別体に設けられ、例えばボルト６などを介してノズルダイアフラム外輪３ａに接続されているので、これを簡易に取り外すことができる。このため、シールストリップ４ｄとアブレイダブル部分５ａが接触して損傷を受けた場合でもその修復を比較的簡単に行なうことができる。さらにアブレイダブル部分５ａの交換を行なう場合であっても、ノズルダイアフラム３やノズルダイアフラム外輪３ａ全体の交換ではなく、アブレイダブル部分５ａを含むアブレイダブル構造体５のみを交換すれば足りるため、メンテナンスに掛かる時間を短縮することができる。
【００２９】
図２および図３はそれぞれ、図１におけるアブレイダブル構造体５とノズルダイアフラム外輪３ａとの接続状態を軸方向上流側から見た概略図である。なお、図２および図３において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３０】
上述のように、アブレイダブル構造体５はノズルダイアフラム外輪３ａに対し、軸方向に配設されたボルト６を介して剛体接続されている。そして、図２に示したとおり、アブレイダブル構造体５は円周方向に一周に亘って設けられているが、本実施の形態においては、アブレイダブル構造体５が水平面において上下に２分割された半円の環状部材として構成されている。ボルト６は、複数本が円周方向に間隔を置いて配置されており、これらのボルト６によって、２分割されたアブレイダブル構造体５がノズルダイアフラム外輪３ａの上半部および下半部に軸方向に剛体接続されている。すなわち、図２に示した例では、アブレイダブル構造体５を上下２つに分割することで、部品点数をできるだけ少なくしている。
【００３１】
さらに図３に示したとおり、水平面での上下２分割ではなく、アブレイダブル構造体５をそれぞれ一周のうち４５°の部分ごとに分割した８つの分割体とするなど、２つ以上の複数の分割体によって構成することも可能である。
【００３２】
このようにアブレイダブル構造体５を円周方向に複数に分割して設けて、それぞれをボルト９によってノズルダイアフラム外輪３ａに剛体接続させることで、メンテナンス時に損傷が生じたアブレイダブル構造体５のみを交換することが可能となる。
【００３３】
図４および図５に本実施の形態の蒸気タービンの変形例に係るタービン段落の子午断面図を示す。図４および図５において図１乃至図３と同一の構成については同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００３４】
図４に示すように、この変形例においては、ノズルダイアフラム外輪３ａに段差部を設けるのではなく、アブレイダブル構造体５の外周側にインロー部８を形成している。そしてこのインロー部８をノズルダイアフラム外輪３ａの内周端部に係合させてノズルダイアフラム３ａにボルト６で剛体接続させる構成としている。
【００３５】
このようにアブレイダブル構造体にインロー部８を設け、これをノズルダイアフラム外輪３ａに係合させて剛体接続させることによって、アブレイダブル構造体５のノズルダイアフラム３に対する位置精度を向上させることが可能となる。従ってアブレイダブル部分５ａの切削範囲を十分に小さく抑えることができるので、漏洩蒸気の量を一層低減することが可能となる。
【００３６】
さらに、図５に示したように、インロー部８のアスペクト比を変更して軸方向よりも半径方向が大きくなるようにすれば、剛体接続されるアブレイダブル構造体５にがたつきなどが生じる虞をさらに低減させることができる。このようにすることで、アブレイダブル部分５ａの切削範囲をより十分に管理することが可能となる。
【００３７】
次に、本実施の形態の別の変形例を図６および図７を参照して説明する。図６および図７はそれぞれ、本発明の蒸気タービンの第１の実施の形態の別の変形例に係る子午断面図のうち、動翼先端のシール部分を拡大した概略図である。図６および図７において、図１乃至図５までと同一の構成要素には同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００３８】
本変形例においても、動翼４の動翼先端部４ｃに設けられたシールストリップ４ｄに対向する位置に、図１に示した第１の実施の形態と同様、アブレイダブル構造体５がノズルダイアフラム外輪３ａにボルト６を介して剛体接続されて設けられている。図１に示した第１の実施の形態では、アブレイダブル構造体５がノズルダイアフラム外輪３ａの下流側に軸方向に配置されたボルト６によって締結されていたが、本変形例では、ノズルダイアフラム外輪３ａには、ノズル翼３ｃに対する下流側に肩部３ｅが設けられている。
【００３９】
そして、図６および図７に係る変形例では、アブレイダブル構造体５が、肩部３ｅの内周側に半径方向に配置されたボルト６によって螺合されて剛体接続されている。なお、本変形例においても、ボルト６は複数本が円周方向に沿って間隔を置いて配置される。
【００４０】
なお、図６で示した変形例では、ボルト６は半径方向外側から螺合させられているが、これに限らず、図７に示したように、アブレイダブル構造体５を半径方向内周側からボルト６によってノズルダイアフラム外輪３ａの肩部３ｅに剛体接続させるようにすることもできる。
【００４１】
このように、ボルト６を半径方向に配置して、アブレイダブル構造体５を半径方向に剛体接続した構造とすることで、アブレイダブル構造体５の大きさを小型化することが可能である。また、シールストリップ４ｄとアブレイダブル部分５ａとの接触によってアブレイダブル部分５に損傷が生じた場合などに、アブレイダブル構造体５を取り外す作業を半径方向から行なうことができるため、メンテナンス性を向上させることができる。さらに、ノズルダイアフラム外輪３ａは肩部３ｅを備えることからノズルダイアフラム３ａに十分な強度を持たせることができる。
【００４２】
さらに、図８を用いて本発明の第２の実施の形態について説明する。図８は、本発明の蒸気タービンの第２の実施の形態に係る子午断面図のうち、動翼先端のシール部分を拡大した概略図である。
【００４３】
本実施の形態においても、動翼先端のシール部分以外の構成については図１で示した第１の実施の形態と同様である。図８において、図１乃至図７と同一の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４４】
図８に示したとおり本実施の形態では、図６および図７に示した第１の実施の形態の変形例と同様、ノズルダイアフラム外輪３ａには、ノズル翼３ｃに対する下流側に肩部３ｅが設けられている。そして、この肩部３ｅの中に凹部が設けられており、この凹部にアブレイダブル構造体５としてのシール支持体セグメントが剛に取り付けられている。
【００４５】
ここで、アブレイダブル構造体５には、図１で示した第１の実施の形態と同様、その内周面の、シールストリップ４ｄと対向する部位にアブレイダブル部分５ａが設けられており、このシールストリップ４ｄとアブレイダブル部分５ａによって蒸気をシールしている。アブレイダブル構造体５のアブレイダブル部分５ａの反対側にあたる外周側には、ノズルダイアフラム外輪３ａの肩部３ｅに設けられた凹部と係合する凸部が設けられており、この凸部を凹部に係合させることでアブレイダブル構造体５ａがノズルダイアフラム外輪３ａに剛体接続される。
【００４６】
特に、本実施の形態では、アブレイダブル構造体５の凸部とノズルダイアフラム外輪３ａの凹部との間に、軸方向と半径方向の位置を固定するための金属片１０が挟み込まれている。ここで、この金属片１０は、ノズルダイアフラム３やアブレイダブル構造体５の本体を構成する、例えばＣｒＭｏＶ材や１２Ｃｒ材などといったの材料よりも熱膨張係数の高い材料が用いられる。なお、このような材料の代表例としては、アルミやステンレス系の材料が挙げられる。
【００４７】
このように、ノズルダイアフラム外輪３ａとアブレイダブル構造体５との係合部に、熱膨張係数の高い金属片１０を挟み込むことによって、定常運転時にはこの金属片が膨張することにより軸方向及び半径方向の微小な間隙をなくし、アブレイダブル構造体５をノズルダイアフラム３ａに対してがたつきなく、剛に固定することができる。
【００４８】
これによって、第１の実施の形態同様、アブレイダブル構造体５のノズルダイアフラム３に対する位置が半径方向および軸方向に移動することがなくなるため、過渡状態であってもアブレイダブル層ががたついたりして大きく削り取られるといった事態は生じにくくなる。このため削り取られるアブレイダブル部分５ａを必要最小限に抑えることができるので、漏洩蒸気の量を一層低減することができる。
【００４９】
さらに、第１の実施の形態と同様に、アブレイダブル構造体５がノズルダイアフラム３と別体に設けられてノズルダイアフラム外輪３ａに取り付けられているので、シールストリップ４ｄとアブレイダブル部分５ａが接触して損傷を受けた場合でもその修復を比較的簡単に行なうことができる。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、アブレイダブル構造体５以外の構成は従来のタービン段落のものを流用できるため、既設の蒸気タービンの改修を行なう際にも本発明を容易に実施できる。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、ノズルダイアフラム外輪３ａの凹部とアブレイダブル構造体５の凸部をこれらの間に熱膨張係数が大きい金属片１０を介在させてがたつきなく取り付けているが、これに限らず、アブレイダブル構造体５とノズルダイアフラム外輪３ａがリジッドに接続されれば十分である。
【００５２】
すなわち、例えばアブレイダブル構造体５の凸部を構成する材料をノズルダイアフラム外輪３ａの凹部を構成する材料よりも熱膨張係数の大きな材料とすることで、金属片１０を介在させずともアブレイダブル構造体５の凸部が運転時に熱膨張によって剛体的に係合させるようにすることもできる。あるいは、アブレイダブル構造体５の凸部をノズルダイアフラム外輪３ａに係合させるにあたり、冷やし嵌めを用いることによってアブレイダブル構造体５をノズルダイアフラム外輪３ａに対してがたつきなく取り付けるなど、公知の手法を種々用いて剛体接続させることが可能である。
【００５３】
また、図８に示した実施の形態では、ノズルダイアフラム外輪３ａに凹部を、アブレイダブル構造体５に凸部を設けてこれらを係合させているが、これとは逆に、ノズルダイアフラム外輪に凸部を、アブレイダブル構造体５に凹部を設けてこれらを係合させて剛体接続させる構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービンの１段落を、回転軸を含む断面である子午面において示した子午断面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービンの、アブレイダブル構造体とノズルダイアフラム外輪との接続状態を軸方向上流側から見た概略図
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る蒸気タービンの、アブレイダブル構造体とノズルダイアフラム外輪との接続状態の別の例を軸方向上流側から見た概略図
【図４】本発明の第１の実施の形態の蒸気タービンの変形例に係るタービン段落の子午断面図。
【図５】本発明の第１の実施の形態の蒸気タービンの別の変形例に係るタービン段落の子午断面図。
【図６】本発明の第１の実施の形態の蒸気タービンの別の変形例に係る子午断面図のうち動翼先端のシール部分を拡大した概略図。
【図７】本発明の第１の実施の形態の蒸気タービンの別の変形例に係る子午断面図のうち動翼先端のシール部分を拡大した概略図。
【図８】本発明の第２の実施の形態の蒸気タービンの変形例に係るタービン段落の子午断面図のうち、動翼先端のシール部分を拡大した概略図。
【図９】一般的な蒸気タービンのタービン段落を示す子午断面図。
【符号の説明】
【００５５】
１・・・ケーシング
２・・・ロータ
３・・・ノズルダイアフラム
３ａ・・・ノズルダイアフラム外輪
３ｂ・・・ノズルダイアフラム内輪
３ｃ・・・ノズル翼
３ｄ・・・アブレイダブル層
４・・・動翼
４ａ・・・植込部
４ｂ・・・動翼有効部
４ｃ・・・動翼先端部
４ｄ・・・シールストリップ
５・・・アブレイダブル構造体
５ａ・・・アブレイダブル部分
６・・・ボルト
７・・・段差部
８・・・インロー部
１０・・・金属片
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングと
前記ケーシング内に回転可能に配設されるロータと、
前記ロータと略同軸に配置され、前記ケーシングに係合されるノズルダイアフラムと、
前記ノズルダイアフラムに隣接する位置にて前記ロータの外周に円周方向に配設される複数の動翼と、
前記動翼の先端部に円周状に配置され、半径方向外方に突出する少なくとも１条のシールストリップと、
前記ノズルダイアフラムに剛体接続されて前記シールストリップに対し半径方向に対向するとともに、この対向面にアブレイダブル材からなるアブレイダブル部分を備えるアブレイダブル構造体と、
を具備することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
請求項１記載の蒸気タービンにおいて、アブレイダブル構造体は円周方向に複数に分割されてなることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蒸気タービンにおいて、アブレイダブル構造体はノズルダイアフラムにボルトにより固定されていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項４】
請求項３記載の蒸気タービンにおいて、ボルトはロータに対する軸方向に配置されてアブレイダブル構造体をノズルダイアフラムに固定することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項５】
請求項３記載の蒸気タービンにおいて、ボルトはロータに対する半径方向に配置されてアブレイダブル構造体をノズルダイアフラムに固定することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項６】
請求項１または２記載の蒸気タービンにおいて、アブレイダブル構造体はノズルダイアフラムに嵌合されてなることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項７】
請求項６記載の蒸気タービンにおいて、アブレイダブル構造体とノズルダイアフラムとの嵌合部に介挿され、前記ノズルダイアフラムを構成する材料よりも熱膨張係数の大きな材料からなる部材片を更に具備することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項記載の蒸気タービンにおいて、シールストリップは動翼の先端部の構造体から削り出されて形成されていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項記載の蒸気タービンにおいて、シールストリップは動翼の先端部に埋め込まれて形成されていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項１】
ケーシングと
前記ケーシング内に回転可能に配設されるロータと、
前記ロータと略同軸に配置され、前記ケーシングに係合されるノズルダイアフラムと、
前記ノズルダイアフラムに隣接する位置にて前記ロータの外周に円周方向に配設される複数の動翼と、
前記動翼の先端部に円周状に配置され、半径方向外方に突出する少なくとも１条のシールストリップと、
前記ノズルダイアフラムに剛体接続されて前記シールストリップに対し半径方向に対向するとともに、この対向面にアブレイダブル材からなるアブレイダブル部分を備えるアブレイダブル構造体と、
を具備することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項２】
請求項１記載の蒸気タービンにおいて、アブレイダブル構造体は円周方向に複数に分割されてなることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蒸気タービンにおいて、アブレイダブル構造体はノズルダイアフラムにボルトにより固定されていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項４】
請求項３記載の蒸気タービンにおいて、ボルトはロータに対する軸方向に配置されてアブレイダブル構造体をノズルダイアフラムに固定することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項５】
請求項３記載の蒸気タービンにおいて、ボルトはロータに対する半径方向に配置されてアブレイダブル構造体をノズルダイアフラムに固定することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項６】
請求項１または２記載の蒸気タービンにおいて、アブレイダブル構造体はノズルダイアフラムに嵌合されてなることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項７】
請求項６記載の蒸気タービンにおいて、アブレイダブル構造体とノズルダイアフラムとの嵌合部に介挿され、前記ノズルダイアフラムを構成する材料よりも熱膨張係数の大きな材料からなる部材片を更に具備することを特徴とする蒸気タービン。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項記載の蒸気タービンにおいて、シールストリップは動翼の先端部の構造体から削り出されて形成されていることを特徴とする蒸気タービン。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項記載の蒸気タービンにおいて、シールストリップは動翼の先端部に埋め込まれて形成されていることを特徴とする蒸気タービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−１６９７０５（Ｐ２００８−１６９７０５Ａ）
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３２５（Ｐ２００７−１３２５）
【出願日】平成１９年１月９日（２００７．１．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月９日（２００７．１．９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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