JPH0719005A - ラビリンスシール装置 - Google Patents
ラビリンスシール装置Info
- Publication number
- JPH0719005A JPH0719005A JP16239693A JP16239693A JPH0719005A JP H0719005 A JPH0719005 A JP H0719005A JP 16239693 A JP16239693 A JP 16239693A JP 16239693 A JP16239693 A JP 16239693A JP H0719005 A JPH0719005 A JP H0719005A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- steam
- fins
- chamber
- labyrinth seal
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- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】スチームホワールの発生を抑制し、タービン軸
系の自励振動を防止すること。 【構成】シールフィン２１は環状のシールリング２２に
植込まれている。シールリング２２にシールフィン２１
の上流側１列目と２列目との間のチャンバ２４と、シー
ルリング２２の外側領域とを連通させる透孔２５を穿
つ。
系の自励振動を防止すること。 【構成】シールフィン２１は環状のシールリング２２に
植込まれている。シールリング２２にシールフィン２１
の上流側１列目と２列目との間のチャンバ２４と、シー
ルリング２２の外側領域とを連通させる透孔２５を穿
つ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は軸流形蒸気タービンに係
り、特にタービン軸系の自動振動を防止して運転におけ
る安全性を高めるのに好適なラビリンスシール装置に関
する。
り、特にタービン軸系の自動振動を防止して運転におけ
る安全性を高めるのに好適なラビリンスシール装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】蒸気タービンの形式に軸流形と呼ばれる
ものがある。この形式ではタービン軸に沿って動翼と静
翼とからなる段落が多数設けられ、大容量化に適した主
流形式として永く定着している。図６に典型的な軸流形
蒸気タービンを示している。
ものがある。この形式ではタービン軸に沿って動翼と静
翼とからなる段落が多数設けられ、大容量化に適した主
流形式として永く定着している。図６に典型的な軸流形
蒸気タービンを示している。
【０００３】ロータ１の軸心と鉛直に多数の動翼２が配
置され、これらの動翼２は周方向にシュラウド３によっ
て綴られている。ロータ１の軸心に沿って段落を構成す
る動翼２は、各段において長さが異なり、圧力の高い段
落ではこれが短く、一方低い段落においては長さを長く
構成している。
置され、これらの動翼２は周方向にシュラウド３によっ
て綴られている。ロータ１の軸心に沿って段落を構成す
る動翼２は、各段において長さが異なり、圧力の高い段
落ではこれが短く、一方低い段落においては長さを長く
構成している。
【０００４】一方、ケーシング４の内周面に各段の動翼
２と対峙する位置に多数の静翼５が配置される。これら
の静翼５は周方向にケーシング４と嵌合する外輪６ａと
ロータ１に近い内輪６ｂとからなるノズルダイアフラム
７によって支持されている。静翼５も動翼２に倣い各段
の長さが段落の圧力に従って異なる。
２と対峙する位置に多数の静翼５が配置される。これら
の静翼５は周方向にケーシング４と嵌合する外輪６ａと
ロータ１に近い内輪６ｂとからなるノズルダイアフラム
７によって支持されている。静翼５も動翼２に倣い各段
の長さが段落の圧力に従って異なる。
【０００５】上記段落構成要素のほか、軸流形蒸気ター
ビンでは軸封部および段落間に密封手段が使用される。
この密封手段は高圧側のケーシング４に組み込む高圧グ
ランドパッキン８ａ、低圧側のケーシング４に組み込む
低圧グランドパッキン８ｂ、そして内輪６ｂに組み込む
ノズルルートパッキン９、外輪６ａに組み込むノズルチ
ップパッキン１０である。なお、図中符号１１ａ、１１
ｂは軸受であって、ロータ１の両端を支承している。
ビンでは軸封部および段落間に密封手段が使用される。
この密封手段は高圧側のケーシング４に組み込む高圧グ
ランドパッキン８ａ、低圧側のケーシング４に組み込む
低圧グランドパッキン８ｂ、そして内輪６ｂに組み込む
ノズルルートパッキン９、外輪６ａに組み込むノズルチ
ップパッキン１０である。なお、図中符号１１ａ、１１
ｂは軸受であって、ロータ１の両端を支承している。
【０００６】これらの密封手段は高圧側段落から低圧側
段落へと蒸気が流れるとき、漏洩して仕事に関与しない
蒸気が増加するのを最小に抑えるので、パッキンにはい
ずれも多数のフィンからなるラビリンスパッキンが使用
される。
段落へと蒸気が流れるとき、漏洩して仕事に関与しない
蒸気が増加するのを最小に抑えるので、パッキンにはい
ずれも多数のフィンからなるラビリンスパッキンが使用
される。
【０００７】これ以降は上記の密封手段を総称してラビ
リンスシールと称する。
リンスシールと称する。
【０００８】ラビリンスシールの詳細を図７に示す。
【０００９】シールフィン２１は環状のシールリング２
２に植込まれ、その先端が、たとえばロータ１に向かっ
て延びている。シールリング２２は、たとえばケーシン
グ４に形成された溝２３に嵌め込んで、脱落しないよう
になっている。
２に植込まれ、その先端が、たとえばロータ１に向かっ
て延びている。シールリング２２は、たとえばケーシン
グ４に形成された溝２３に嵌め込んで、脱落しないよう
になっている。
【００１０】蒸気は矢印Ｓのようにラビリンスに入って
シールフィン２１とフィン２１との間の空間２４（チャ
ンバと称する）に流入する。上流から下流側にかけて連
続するチャンバ２４内を通る間に蒸気の圧力は下がり続
け、最終的に漏洩が止まる。このとき、圧力降下が大き
ければそれだけ漏洩が少なくなるため、チャンバ２４の
数は数個から十数個（特に高圧部）に及ぶのが普通であ
る。
シールフィン２１とフィン２１との間の空間２４（チャ
ンバと称する）に流入する。上流から下流側にかけて連
続するチャンバ２４内を通る間に蒸気の圧力は下がり続
け、最終的に漏洩が止まる。このとき、圧力降下が大き
ければそれだけ漏洩が少なくなるため、チャンバ２４の
数は数個から十数個（特に高圧部）に及ぶのが普通であ
る。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記したラビリンスシ
ールは環状のシールリング２２がロータ１全周を取り囲
み、シールフィン２１がロータ１に向かって延び、その
間にチャンバ２４が形成される構造である。この場合、
チャンバ２４内で蒸気の圧力分布が周方向に不均一とな
り、特に高温、高圧化の著しい大容量蒸気タービンにこ
の傾向が強い。この不均一な周方向の圧力分布はタービ
ン軸系がその軸系の固有振動数で振れ回る不安定現象を
引き起こす原因となる。この現象は、一般に、スチーム
ホワールと呼ばれるもので、タービン負荷に依存する性
質を示すことから、タービン負荷の上昇に従い励振力が
増す傾向がある。
ールは環状のシールリング２２がロータ１全周を取り囲
み、シールフィン２１がロータ１に向かって延び、その
間にチャンバ２４が形成される構造である。この場合、
チャンバ２４内で蒸気の圧力分布が周方向に不均一とな
り、特に高温、高圧化の著しい大容量蒸気タービンにこ
の傾向が強い。この不均一な周方向の圧力分布はタービ
ン軸系がその軸系の固有振動数で振れ回る不安定現象を
引き起こす原因となる。この現象は、一般に、スチーム
ホワールと呼ばれるもので、タービン負荷に依存する性
質を示すことから、タービン負荷の上昇に従い励振力が
増す傾向がある。
【００１２】スチームホワールが発生したときの様子を
図８の模式図により説明する。
図８の模式図により説明する。
【００１３】一般に、ラビリンスシール（シールリング
２２で表す）に対してロータ１の中心ｏが偏心量ｅだけ
変位すると、各チャンバ２４内の周方向の圧力分布は偏
心方向に最も高い圧力を示す左右対称な分布となる。こ
れを周方向に積分すると、鉛直方向下向きの力Ｐが求め
られる。この力Ｐは作用方向が下向きとなるため、軸受
荷重の増加をもたらす。この力Ｐは、また、スチームホ
ワール現象に対し、抑制する効果を持つものである。
２２で表す）に対してロータ１の中心ｏが偏心量ｅだけ
変位すると、各チャンバ２４内の周方向の圧力分布は偏
心方向に最も高い圧力を示す左右対称な分布となる。こ
れを周方向に積分すると、鉛直方向下向きの力Ｐが求め
られる。この力Ｐは作用方向が下向きとなるため、軸受
荷重の増加をもたらす。この力Ｐは、また、スチームホ
ワール現象に対し、抑制する効果を持つものである。
【００１４】ところが、一般に、ラビリンスシールに流
入する蒸気は、ロータ１の回転により周方向の旋回流と
なり、図９に示すように、ロータ１の回転方向（矢印
Ｔ）と同じ方向の旋回流（矢印Ｗ）を生じる蒸気の流入
によりロータ１の偏心方向に対して最小間隙点から反ロ
ータ回転方向に圧力のピーク点がずれた圧力分布とな
る。この圧力分布を周方向に積分すると、鉛直方向下向
きの力Ｐと、水平方向の力Ｑが求められるが、上述した
ように、鉛直方向下向きの力Ｐは軸受荷重の増加をもた
らすのに対して、水平方向の力Ｑは軸受荷重の増加には
つながらない。
入する蒸気は、ロータ１の回転により周方向の旋回流と
なり、図９に示すように、ロータ１の回転方向（矢印
Ｔ）と同じ方向の旋回流（矢印Ｗ）を生じる蒸気の流入
によりロータ１の偏心方向に対して最小間隙点から反ロ
ータ回転方向に圧力のピーク点がずれた圧力分布とな
る。この圧力分布を周方向に積分すると、鉛直方向下向
きの力Ｐと、水平方向の力Ｑが求められるが、上述した
ように、鉛直方向下向きの力Ｐは軸受荷重の増加をもた
らすのに対して、水平方向の力Ｑは軸受荷重の増加には
つながらない。
【００１５】この水平方向の力Ｑの影響を模式図で示し
たものが図１０である。ロータ１の中心ｏは矢印Ｕの向
きに振れ回り、このとき水平方向の力Ｑがロータ１に作
用したとすると、水平方向の力Ｑはロータ１の振れ回り
方向Ｕと同一方向に作用することになり、タービン軸系
の振れ回りを助長させて、軸系を一層不安定な状態に陥
れる。
たものが図１０である。ロータ１の中心ｏは矢印Ｕの向
きに振れ回り、このとき水平方向の力Ｑがロータ１に作
用したとすると、水平方向の力Ｑはロータ１の振れ回り
方向Ｕと同一方向に作用することになり、タービン軸系
の振れ回りを助長させて、軸系を一層不安定な状態に陥
れる。
【００１６】本発明の目的はスチームホワールの発生を
効果的に抑制してタービン軸系の自励振動を防止するよ
うにしたラビリンスシール装置を提供することにある。
効果的に抑制してタービン軸系の自励振動を防止するよ
うにしたラビリンスシール装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は回転体との間に半径方向の微小間隙を保ち、
かつ軸方向に複数列にわたり設けられた多数のフィンを
有するラビリンスシール装置において、フィンを支持す
る静止部に静止部外側領域から上流側１列目と２列目の
フィン間に連通し、各々回転体の接線方向に対し決めら
れた角度を保つように複数個の透孔を設け、静止部外側
領域からの抽気蒸気が透孔を通って回転体周囲の旋回流
と逆向きにフィン間に流入するように構成したことを特
徴とするものである。
に本発明は回転体との間に半径方向の微小間隙を保ち、
かつ軸方向に複数列にわたり設けられた多数のフィンを
有するラビリンスシール装置において、フィンを支持す
る静止部に静止部外側領域から上流側１列目と２列目の
フィン間に連通し、各々回転体の接線方向に対し決めら
れた角度を保つように複数個の透孔を設け、静止部外側
領域からの抽気蒸気が透孔を通って回転体周囲の旋回流
と逆向きにフィン間に流入するように構成したことを特
徴とするものである。
【００１８】
【作用】図３を参照して本発明の作用を説明する。図３
（ａ）において、ラビリンスシールに流入した蒸気は矢
印で示すロータ１の回転方向に従いチャンバ内で矢印Ｗ
ａで示す方向の旋回流となる。このチャンバ内にはラビ
リンスシールの上流側のシールリング２２に形成された
透孔を通って抽気蒸気が流入する。この透孔の向きはロ
ータ１の接線方向に向いており、抽気蒸気はロータ１の
回転方向と反対の矢印Ｗｂで示す方向からチャンバ内に
流れる。旋回流と抽気蒸気流とはチャンバ内で互いに衝
突して図３（ｂ）に示すようにそこに渦が発生し、乱流
を呈する。このため、ロータ１に沿って流れる旋回流が
乱され、回転方向の運動成分を失うことになる。
（ａ）において、ラビリンスシールに流入した蒸気は矢
印で示すロータ１の回転方向に従いチャンバ内で矢印Ｗ
ａで示す方向の旋回流となる。このチャンバ内にはラビ
リンスシールの上流側のシールリング２２に形成された
透孔を通って抽気蒸気が流入する。この透孔の向きはロ
ータ１の接線方向に向いており、抽気蒸気はロータ１の
回転方向と反対の矢印Ｗｂで示す方向からチャンバ内に
流れる。旋回流と抽気蒸気流とはチャンバ内で互いに衝
突して図３（ｂ）に示すようにそこに渦が発生し、乱流
を呈する。このため、ロータ１に沿って流れる旋回流が
乱され、回転方向の運動成分を失うことになる。
【００１９】この旋回流から回転方向運動成分が失われ
る程度は透孔を通って流入する軸気蒸気の流入角に大き
く左右される。図４はこの流入角と回転方向運動成分減
少率との関係を示している。図４（ａ）において、ロー
タ１の接線方向に正しく向いている流入角（０°）と、
接線方向に対し傾きのある流入角θ1 （＋側）、θ
2（−側）とは運動成分の減少の程度に著しい差が生じ
る。
る程度は透孔を通って流入する軸気蒸気の流入角に大き
く左右される。図４はこの流入角と回転方向運動成分減
少率との関係を示している。図４（ａ）において、ロー
タ１の接線方向に正しく向いている流入角（０°）と、
接線方向に対し傾きのある流入角θ1 （＋側）、θ
2（−側）とは運動成分の減少の程度に著しい差が生じ
る。
【００２０】図４（ｂ）に示すように０°の流入角のと
きが最も減少率が高く、流入角θ1＝＋５°および流入
角θ2 ＝−５°の範囲は０°に近似する高い減少率を示
すが、流入角がそれよりも大きく傾いてしまうと望まし
い減少率を得ることができない。したがって、望ましい
流入角の範囲としてロータ１の接線方向とのずれは±５
°以内とするのがよい。
きが最も減少率が高く、流入角θ1＝＋５°および流入
角θ2 ＝−５°の範囲は０°に近似する高い減少率を示
すが、流入角がそれよりも大きく傾いてしまうと望まし
い減少率を得ることができない。したがって、望ましい
流入角の範囲としてロータ１の接線方向とのずれは±５
°以内とするのがよい。
【００２１】かくして、旋回流の運動成分の減少によ
り、鉛直方向の下向きの力Ｐのみが作用する圧力分布を
形成することができ、スチームホワール現象を抑制する
ことが可能となる。
り、鉛直方向の下向きの力Ｐのみが作用する圧力分布を
形成することができ、スチームホワール現象を抑制する
ことが可能となる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１および図２を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００２３】図１において、シールフィン２１は環状の
シールリング２２に植込まれており、その先端はロータ
１に向かって真直ぐに延びている。本実施例はシールリ
ング２２にシールフィン２１の上流側１列目と２列目と
の間に形成されるチャンバ２４と、シールリング２２の
外側領域とを連通させる透孔２５を穿っている。
シールリング２２に植込まれており、その先端はロータ
１に向かって真直ぐに延びている。本実施例はシールリ
ング２２にシールフィン２１の上流側１列目と２列目と
の間に形成されるチャンバ２４と、シールリング２２の
外側領域とを連通させる透孔２５を穿っている。
【００２４】図２は透孔２５の配置を詳しく示したもの
で、ロータ１の接線方向に一致させて４個の透孔２５を
設けている。透孔２５はチャンバ２４内へ適切な量の抽
気を送るために充分な大きさとしなければならない。こ
のチャンバ２４内は１列目のシールフィン２１によって
シールリング２２の外側領域よりも圧力は低くなってい
るが、矢印Ｗａで示す旋回流に矢印Ｗｂで示す抽気蒸気
流が衝突したとき、各部分で回転方向の運動成分を等し
く減衰する必要があり、少なくとも４個、場合によりそ
れ以上の数の透孔を設ける。
で、ロータ１の接線方向に一致させて４個の透孔２５を
設けている。透孔２５はチャンバ２４内へ適切な量の抽
気を送るために充分な大きさとしなければならない。こ
のチャンバ２４内は１列目のシールフィン２１によって
シールリング２２の外側領域よりも圧力は低くなってい
るが、矢印Ｗａで示す旋回流に矢印Ｗｂで示す抽気蒸気
流が衝突したとき、各部分で回転方向の運動成分を等し
く減衰する必要があり、少なくとも４個、場合によりそ
れ以上の数の透孔を設ける。
【００２５】上記の構成において、チャンバ２４内では
ロータ１の回転により矢印Ｗａの方向に旋回流が生じ
る。シールリング２２の外側領域で抽出される抽気蒸気
が透孔２５を通って矢印Ｗｂの向きにチャンバ２４内に
流れると、互いに反対方向の抽気蒸気流と旋回流とが衝
突し、そこに渦が生じて流動が乱される。このため、旋
回流は回転方向の運動成分を失うことになり、鉛直方向
の下向きの力Ｐのみが作用する圧力分布（図８参照）を
形成することが可能になる。
ロータ１の回転により矢印Ｗａの方向に旋回流が生じ
る。シールリング２２の外側領域で抽出される抽気蒸気
が透孔２５を通って矢印Ｗｂの向きにチャンバ２４内に
流れると、互いに反対方向の抽気蒸気流と旋回流とが衝
突し、そこに渦が生じて流動が乱される。このため、旋
回流は回転方向の運動成分を失うことになり、鉛直方向
の下向きの力Ｐのみが作用する圧力分布（図８参照）を
形成することが可能になる。
【００２６】したがって、タービン軸系には振れ回りを
助長させる励振力が加えられず、軸系の安定が保たれ、
スチームホワールの発生を防止することができる。
助長させる励振力が加えられず、軸系の安定が保たれ、
スチームホワールの発生を防止することができる。
【００２７】特に、図９に示すロータ回転方向に圧力の
ピーク点がずれた不均一な圧力分布は上流側１列目と２
列目のシールフィン２１の部分で顕著に現れるため、こ
の部分において旋回流の発生を抑制することはスチーム
ホワールの発生を防止するうえで効果が大きい。
ピーク点がずれた不均一な圧力分布は上流側１列目と２
列目のシールフィン２１の部分で顕著に現れるため、こ
の部分において旋回流の発生を抑制することはスチーム
ホワールの発生を防止するうえで効果が大きい。
【００２８】つまり、各チャンバ２４内での圧力降下は
図３に示すように、１列目と２列目との間のチャンバ２
４での△Ｐ1 から順を追って△Ｐ2 、△Ｐ3 のように低
くなっており、絶対値の大きい上流側のチャンバ２４に
対して透孔２５を形成するのが最も望ましい。
図３に示すように、１列目と２列目との間のチャンバ２
４での△Ｐ1 から順を追って△Ｐ2 、△Ｐ3 のように低
くなっており、絶対値の大きい上流側のチャンバ２４に
対して透孔２５を形成するのが最も望ましい。
【００２９】この１列目と２列目との間のチャンバ２４
の不均一な圧力分布は図３の△Ｐ1′で示すように、全
体にほぼ均一な圧力分布となり、最も高い圧力を示す点
を１８０°近傍、すなわち真上にシフトすることができ
る。
の不均一な圧力分布は図３の△Ｐ1′で示すように、全
体にほぼ均一な圧力分布となり、最も高い圧力を示す点
を１８０°近傍、すなわち真上にシフトすることができ
る。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては静
止部外側領域から上流側１列目と２列目のフィン間に連
通する複数の透孔を設けて静止部外側領域から抽出され
る抽気蒸気をフィン間に回転体周囲の旋回流と逆向きに
流れるようにしたので、スチームホワールを効果的に抑
制することができ、タービン軸系の安定が保たれ、自励
振動を伴わない蒸気タービンの安全な運転を維持するこ
とが可能である。
止部外側領域から上流側１列目と２列目のフィン間に連
通する複数の透孔を設けて静止部外側領域から抽出され
る抽気蒸気をフィン間に回転体周囲の旋回流と逆向きに
流れるようにしたので、スチームホワールを効果的に抑
制することができ、タービン軸系の安定が保たれ、自励
振動を伴わない蒸気タービンの安全な運転を維持するこ
とが可能である。
【図１】本発明によるラビリンスシール装置の一実施例
を示す縦断面図。
を示す縦断面図。
【図２】図１に示されるラビリンスシール装置の横断面
図。
図。
【図３】ラビリンスシール装置の各チャンバにおける圧
力降下を説明するための図。
力降下を説明するための図。
【図４】本発明によるラビリンスシール装置の作用を説
明するための図。
明するための図。
【図５】流入角と回転方向運動成分減少率との関係を示
す線図。
す線図。
【図６】従来の軸流形蒸気タービンを示す断面図。
【図７】従来のラビリンスシール装置を示す断面図。
【図８】チャンバ内の圧力分布を示す模式図。
【図９】チャンバ内の圧力分布を示す模式図。
【図１０】水平方向の力の影響を説明するための図。
１…ロータ ２１…シールフィン ２２…シールリング ２４…チャンバ ２５…透孔 Ｔ…ロータの回転方向 Ｗ、Ｗａ…旋回流の方向 Ｗｂ…抽気蒸気流の方向 Ｕ…ロータの振れ回り方向
Claims (1)
- 【請求項１】 回転体との間に半径方向の微小間隙を保
ち、かつ軸方向に複数列にわたり設けられた多数のフィ
ンを有するラビリンスシール装置において、前記フィン
を支持する静止部に該静止部外側領域から上流側１列目
と２列目の該フィン間に連通し、各々該回転体の接線方
向に対し決められた角度を保つように複数個の透孔を設
け、前記静止部外側領域からの抽気蒸気が前記透孔を通
って該回転体周囲の旋回流と逆向きに前記フィン間に流
入するように構成したことを特徴とするラビリンスシー
ル装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16239693A JPH0719005A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | ラビリンスシール装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16239693A JPH0719005A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | ラビリンスシール装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0719005A true JPH0719005A (ja) | 1995-01-20 |
Family
ID=15753800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16239693A Pending JPH0719005A (ja) | 1993-06-30 | 1993-06-30 | ラビリンスシール装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0719005A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0919701B1 (en) * | 1997-06-12 | 2003-10-15 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Sealing structure for joint surfaces of flanges of gas turbine |
| KR100541592B1 (ko) * | 1998-08-10 | 2006-01-10 | 제너럴 일렉트릭 캄파니 | 실 구조물과 이 실 구조물을 포함한 회전 장치 |
| JP2010038114A (ja) * | 2008-08-07 | 2010-02-18 | Hitachi Plant Technologies Ltd | 遠心圧縮機 |
| JP2012102831A (ja) * | 2010-11-12 | 2012-05-31 | Hitachi Ltd | ラビリンスシール装置、およびそれを用いたターボ機械 |
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