JP2013076341A - Seal structure of steam turbine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸気タービンのシール構造に関する。 The present invention relates to a seal structure for a steam turbine.
蒸気タービンにおけるロータ軸の蒸気の漏洩を防止するラビリンスシール部では旋回流により不安定振動に繋がる力が発生することが知られている。前記力に起因する不安定振動はスチームホワールと呼ばれ、このスチームホワールの対策として、例えば、流体機械の旋回流防止装置(例えば、下記の特許文献1参照)やラビリンスシール装置(例えば、下記の特許文献2参照)などが提案されている。 It is known that a labyrinth seal portion that prevents leakage of steam on the rotor shaft in a steam turbine generates a force that leads to unstable vibration due to the swirling flow. Unstable vibration caused by the force is called a steam whirl. As a countermeasure against the steam whirl, for example, a swirl prevention device for a fluid machine (for example, see Patent Document 1 below) or a labyrinth seal device (for example, the following) Patent Document 2) has been proposed.
上述の流体機械の旋回流防止装置は、ダイアフラムの側面であって、ラビリンスシールのシールフィンの入口側に臨む位置に設けられた突出し部(スワールブレーカ)を備えることで、蒸気に与える抵抗を大きくして蒸気の旋回流の発生を抑制するようにしている。 The above-described swirl flow prevention device for a fluid machine includes a protruding portion (swirl breaker) provided on the side surface of the diaphragm and facing the inlet side of the seal fin of the labyrinth seal, thereby increasing the resistance to steam. Thus, the generation of the swirling flow of steam is suppressed.
上述のラビリンスシール装置は、ラビリンスシール部材の一側部に蒸気を導入する流入路(孔)を設けると共に、この流入路に連通する流出口をシールチャンバーの上流側に設けることで、旋回流と逆方向流れを発生させて蒸気の旋回流を抑制するようにしている。 In the labyrinth seal device described above, an inflow path (hole) for introducing steam is provided on one side of the labyrinth seal member, and an outflow port communicating with the inflow path is provided on the upstream side of the seal chamber. A reverse flow is generated to suppress the swirling flow of steam.
上述の流体機械の旋回流防止装置においては、突出し部の設置が強度の不安を招くものでありスチームホワールの対策には適していなかった。上述のラビリンスシール装置においては、前記流入路および流出口が軸方向および径方向の加工で作製されておりその加工が煩雑であった。 In the above-described swirl flow preventing device for a fluid machine, the installation of the protruding portion causes anxiety of strength, and is not suitable as a countermeasure for steam whirl. In the above-described labyrinth seal device, the inflow path and the outflow port are produced by machining in the axial direction and the radial direction, and the machining is complicated.
そのため、従来の蒸気タービンのシール構造においては、前述のスチームホワールの対策を施していない構造とし、不安定振動が発生しないことを試験的にチェックしていた。このような構造では、過負荷などの特殊な運転をしたときに不安定振動が発生することがあるが、運用などで対処していた。このようなことから、比較的簡易な加工で作製でき、スチームホワールの発生を抑制することができる蒸気タービンのシール構造が求められている。 Therefore, in the conventional steam turbine seal structure, a structure that does not take measures against the steam whirl described above has been experimentally checked to prevent the occurrence of unstable vibration. In such a structure, unstable vibrations may occur during special operations such as overload, but this has been dealt with in operation. For this reason, there is a need for a seal structure for a steam turbine that can be manufactured by relatively simple processing and that can suppress the generation of steam whirl.
以上のことから、本発明は前述した課題を解決するために為されたものであって、比較的簡易な加工で作製でき、スチームホワールの発生を抑制することができる蒸気タービンのシール構造を提供することを目的としている。 In view of the above, the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a seal structure for a steam turbine that can be produced by relatively simple processing and that can suppress the occurrence of steam whirl. The purpose is to do.
上述した課題を解決する本発明に係る蒸気タービンのシール構造は、
ケーシングと、前記ケーシングに回転可能に支持されるロータと、前記ロータに設けられた複数の動翼と、前記動翼に対向する前記ケーシングの内周部に設けられた複数のシールフィンと、を備えた蒸気タービンのシール構造であって、
前記ケーシングにおける隣接する前記シールフィン間に溝部を形成した
ことを特徴とする。
The seal structure of the steam turbine according to the present invention that solves the above-described problems is as follows.
A casing, a rotor rotatably supported by the casing, a plurality of moving blades provided on the rotor, and a plurality of seal fins provided on an inner peripheral portion of the casing facing the moving blade. A steam turbine seal structure comprising:
A groove portion is formed between the adjacent seal fins in the casing.
上述した課題を解決する本発明に係る蒸気タービンのシール構造は、
前述した発明に係る蒸気タービンのシール構造であって、
前記溝部が第1段目の前記動翼に対向する箇所である
ことを特徴とする。
The seal structure of the steam turbine according to the present invention that solves the above-described problems is as follows.
A seal structure for a steam turbine according to the invention described above,
The groove is a portion facing the first stage blade.
上述した課題を解決する本発明に係る蒸気タービンのシール構造は、
前述した発明に係る蒸気タービンのシール構造であって、
前記溝部が第2段目以降の前記動翼に対向する箇所である
ことを特徴とする。
The seal structure of the steam turbine according to the present invention that solves the above-described problems is as follows.
A seal structure for a steam turbine according to the invention described above,
The groove is a portion facing the rotor blades in the second and subsequent stages.
本発明に係る蒸気タービンのシール構造によれば、ケーシングにおける隣接するシールフィン間に溝部を形成したことにより、隣接するシールフィン間の空間が、溝部が無い従来の蒸気タービンのシール構造の場合と比べて実質的に大きくなるため、スチームホワールの発生を抑制することができる。また、溝部がケーシングの周方向にのみあることになり、比較的簡易な加工で作製することができる。 According to the seal structure of the steam turbine according to the present invention, since the groove portion is formed between the adjacent seal fins in the casing, the space between the adjacent seal fins is the case of the conventional steam turbine seal structure without the groove portion. Since it becomes substantially larger than that, the occurrence of steam whirl can be suppressed. In addition, the groove is only in the circumferential direction of the casing, and can be manufactured by relatively simple processing.
本発明に係る蒸気タービンのシール構造について、各実施例にて説明する。 The steam turbine seal structure according to the present invention will be described in each embodiment.
本発明の第1の実施例に係る蒸気タービンのシール構造について、図1A,図1B、図2、および図3を参照して具体的に説明する。 The seal structure of the steam turbine according to the first embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 1A, 1B, 2, and 3. FIG.
図2および図3に示すように、蒸気タービン1は、タービンロータ(回転体)2と、このタービンロータ2を収容するケーシング(車室)3とを備える。タービンロータ2は、両端部が軸受(図示せず)を介して軸受台(図示せず)に支持される。つまり、タービンロータ2はケーシング3に回転可能に支持される。ケーシング3の内部空間は、高圧ダミー環(静止部)4によって高圧車室空間5と中圧車室空間6とに仕切られる。高圧ダミー環4は環状の部材で、ケーシング3の内側に固定して取り付けられる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the steam turbine 1 includes a turbine rotor (rotary body) 2 and a casing (chamber compartment) 3 that accommodates the
タービンロータ2の外周面部には、高圧車室空間5および中圧車室空間6に対応する部分にて、外方に向けて放射状に突出する多数の動翼11が、軸線方向Lに沿って間隔を空けて複数段取り付けられる。
On the outer peripheral surface portion of the
ケーシング3の内側には、高圧車室空間5および中圧車室空間6に対応する部分にて、翼環13が軸線方向Lに沿ってそれぞれ複数取り付けられる。
各翼環13には、内方に向けて放射状に突出する多数の静翼14が軸線方向Lに沿って間隔を空けて複数取り付けられる。
A plurality of
A plurality of
高圧車室空間5の中圧車室空間6側には、環状の高圧入口部15が設けられ、軸線方向反対側には、環状の高圧出口部17が設けられる。中圧車室空間6の高圧車室空間5側には、環状の中圧入口部19が設けられ、軸線方向反対側には、環状の中圧出口部21が設けられる。
An annular high-
高圧入口部15は、主蒸気管23と連通し、図示しないボイラから供給される蒸気が主蒸気管23を通って流入するように形成される。流入した蒸気は、高圧段で仕事をし、高圧排気蒸気として高圧出口部17から高圧出口配管25を通って導出される。この高圧排気蒸気は、中圧入口配管27を通って中圧入口部19へ導入される。中圧入口部19へ導入された高圧排気蒸気は、中圧段で仕事をし、中圧出口部21から中圧排気管29を通って排気される。なお、中圧車室空間21側には、中圧入口部19と連通する中圧側蒸気室31が設けられる。中圧側蒸気室31は、接続流路33によって高圧出口部17と連通される。
The high-
図1Aおよび図1Bに示すように、第1段目の動翼11の頂部にはシュラウド12が設けられる。第1段目の動翼11に対向するケーシング3の内周面には、周方向にリング状に突出した2つのシールフィン7,8が軸線方向Lに沿って間隔L2を空けて設けられ、シュラウド12の外周面とでラビリンスシール構造をなしている。これにより、蒸気がシュラウド12とケーシング3との間を通過することを抑制している。なお、シールフィン7の高さはH1でありシールフィン8の高さはH2(<H1)である。
As shown in FIGS. 1A and 1B, a
ケーシング3の内周面における隣接するシールフィン7,8間には、周方向に延在する溝部9が設けられる。溝部9は、軸方向にてL1(<L2)の大きさであり、径方向にてD1の大きさ(深さ)である。これにより、隣接するシールフィン7,8と溝部9とで構成される空間が、隣接するシールフィン7,8だけで構成される空間よりも大きくなり、スチームホワールの発生を抑制することができる。また、シールフィン7,8の径方向の大きさを変更せずにシールフィン7,8で囲まれる空間を実質的に大きくすることができる。つまり、シールフィン7,8の強度を低下させずに、シールフィン7,8の径方向にて大きくした場合と同様の効果を得ることができる。なお、溝部9の軸方向の大きさL1は、シールフィン7,8を支持する強度を低下させない程度に設定される。
A
以上説明したように、本実施例に係る蒸気タービンのシール構造によれば、第1段目の動翼11に対向するケーシング3の内周面であって、隣接するシールフィン7,8間に溝部9を形成したことで、隣接するシールフィン7,8間で構成される空間が溝部9により実質的に大きくなり、溝部が無い従来の蒸気タービンのシール構造の場合と比べて、スチームホワールの発生を抑制することができる。また、溝部9がケーシング3の内周面の周方向にのみあることなり、比較的簡易な加工で作製することができる。
As described above, according to the seal structure of the steam turbine according to the present embodiment, the inner peripheral surface of the
溝部9が最も圧力の高い第1段目(調速段)の動翼11に対向する箇所にあるので、スチームホワールの発生を効果的に抑制することができる。
Since the
本発明の第2の実施例に係る蒸気タービンのシール構造について、図4Aおよび図4Bを参照して具体的に説明する。 The seal structure of the steam turbine according to the second embodiment of the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 4A and 4B.
本実施例に係る蒸気タービンのシール構造は、第2段目以降の動翼に対向して配置されるシールリングに適用したものである。図4Aおよび図4Bに示すように、第2段目以降の動翼の頂部にはシュラウド12が設けられ、シュラウド12に対向するケーシング3の内周部には、リング状のシールリング41が取り付けられる。シールリング41の内周面には、リング状に突出した複数(図示例では4つ)のシールフィン42が軸線方向Lに沿って間隔L4を空けて設けられ、シュラウド12の外側面とでラビリングシール構造をなしている。これにより、蒸気がシュラウド12とケーシング3との間を通過することを抑制している。なお、シールフィン42の高さはH3である。
The seal structure of the steam turbine according to the present embodiment is applied to a seal ring that is arranged to face the rotor blades in the second and subsequent stages. As shown in FIGS. 4A and 4B, a
シールリング41の内周面における隣接するシールフィン42,42間には、周方向に延在する溝部43がそれぞれ設けられる。溝部43は、軸方向にてL3(<L4)の大きさであり、径方向にてD2の大きさ(深さ)である。これにより、隣接するシールフィン42,42と溝部43とで構成される空間が、隣接するシールフィン42,42だけで構成される空間よりも大きくなり、スチームホワールの発生を抑制することができる。また、シールフィン42,42の径方向の大きさを変更せずにシールフィン42,42で囲まれる空間を実質的に大きくすることができる。つまり、シールフィン42,42の強度を低下させずに、シールフィン42,42の径方向にて大きくした場合と同様の効果を得ることができる。なお、溝部43の軸方向の大きさL3は、シールフィン42,42を支持する強度を低下させない程度に設定される。
Between the
以上説明したように、本実施例に係る蒸気タービンのシール構造によれば、2段目以降の動翼11に設けられたシュラウド12に対向するシールリング41の内周面であって、隣接するシールフィン42,42間に溝部43を形成したことで、隣接するシールフィン42,42間の空間が溝部43により実質的に大きくなり、溝部が無い従来の蒸気タービンのシール構造の場合と比べて、スチームホワールの発生を抑制することができる。また、溝部43がシールリング41の周方向にのみあることになり、比較的簡易な加工で作製することができる。
As described above, according to the seal structure of the steam turbine according to the present embodiment, the inner peripheral surface of the
本発明は蒸気タービンのシール構造であり、比較的簡易な加工で作製でき、スチームホワールの発生を抑制することができるため、発電産業などで有益に利用することができる。 The present invention is a seal structure for a steam turbine, can be produced by relatively simple processing, and can suppress the occurrence of steam whirl, so that it can be used beneficially in the power generation industry and the like.
1 蒸気タービン
2 タービンロータ
3 ケーシング
4 高圧ダミー環
5 高圧車室空間
6 中圧車室空間
7,8 シールフィン
9 溝部
11 動翼
12 シュラウド
13 翼環
14 静翼
15 高圧入口部
17 高圧出口部
19 中圧入口部
21 中圧出口部
23 主蒸気管
25 高圧出口配管
27 中圧入口配管
29 中圧排気管
31 中圧側蒸気室
33 接続流路
41 シールリング
42 シールフィン
43 溝部
D1,D2 溝部の深さ
H1〜H3 シールフィンの高さ(長さ)
L1,L3 溝部の軸方向の大きさ
L2,L4 隣接するシールフィン間の距離
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
L1, L3 Groove size in the axial direction L2, L4 Distance between adjacent seal fins
Claims (3)
前記ケーシングにおける隣接する前記シールフィン間に溝部を形成した
ことを特徴とする蒸気タービンのシール構造。 A casing, a rotor rotatably supported by the casing, a plurality of moving blades provided on the rotor, and a plurality of seal fins provided on an inner peripheral portion of the casing facing the moving blade. A steam turbine seal structure comprising:
A seal structure for a steam turbine, wherein a groove is formed between adjacent seal fins in the casing.
前記溝部が第1段目の前記動翼に対向する箇所である
ことを特徴とする蒸気タービンのシール構造。 A steam turbine seal structure according to claim 1,
The seal structure for a steam turbine, wherein the groove portion is a portion facing the first stage moving blade.
前記溝部が第2段目以降の前記動翼に対向する箇所である
ことを特徴とする蒸気タービンのシール構造。 A steam turbine seal structure according to claim 1,
The seal structure for a steam turbine, wherein the groove is a portion facing the rotor blades in the second stage and thereafter.
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