JPS58222902A - 蒸気タ−ビン用ロ−タ安定化ラビリンスシ−ル - Google Patents
蒸気タ−ビン用ロ−タ安定化ラビリンスシ−ルInfo
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- JPS58222902A JPS58222902A JP58080251A JP8025183A JPS58222902A JP S58222902 A JPS58222902 A JP S58222902A JP 58080251 A JP58080251 A JP 58080251A JP 8025183 A JP8025183 A JP 8025183A JP S58222902 A JPS58222902 A JP S58222902A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/04—Antivibration arrangements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は一般にタービンロータが延在する、圧力に差の
ある区域間の蒸気の漏れを最小にするために蒸気タービ
ーンで使用される形式のラビリンスシール装置に係り、
より詳細には、そのようなシール中で生起する蒸気の旋
回(渦)によるロータの不安定化を防止するように働く
ラビリンスシールに関する。
ある区域間の蒸気の漏れを最小にするために蒸気タービ
ーンで使用される形式のラビリンスシール装置に係り、
より詳細には、そのようなシール中で生起する蒸気の旋
回(渦)によるロータの不安定化を防止するように働く
ラビリンスシールに関する。
ル」へ11 :。
非接触バッキングリング・ラビリンスシールは、圧力に
差のある区域間の過度の蒸気漏れに対して封じするため
、タービンロータに沿う各軸線方向位置において、蒸気
タービン中ぐ従来使用されている。これらバッキングリ
ング・シールは典型的には、タービンケーシングから回
転表面に極めて接近した位置まで半径方向内向ぎに延在
する多数のUいに1IIII隔して配置された環状の歯
よりなり、各リングと回転部分間に極めて小さな作動隙
間のみを残している。この種のシールは極めて有効であ
り、蒸気がロータシャフトのまわりから漏洩するのを防
止すると同時に、シャフトが仕切板を通過するタービン
の段間の漏洩を防止するのに利用されている。
差のある区域間の過度の蒸気漏れに対して封じするため
、タービンロータに沿う各軸線方向位置において、蒸気
タービン中ぐ従来使用されている。これらバッキングリ
ング・シールは典型的には、タービンケーシングから回
転表面に極めて接近した位置まで半径方向内向ぎに延在
する多数のUいに1IIII隔して配置された環状の歯
よりなり、各リングと回転部分間に極めて小さな作動隙
間のみを残している。この種のシールは極めて有効であ
り、蒸気がロータシャフトのまわりから漏洩するのを防
止すると同時に、シャフトが仕切板を通過するタービン
の段間の漏洩を防止するのに利用されている。
一定量の蒸気が、はぼシャツ1〜に沿う軸方向の流れ成
分を有していて、絶えずバッキングリング構造に入り、
そこから出る。しかしながら、蒸気流れはまた、旋回(
渦)形態をなして、円“周方向の成分を有している。こ
の蒸気の旋回は2つの主要な原因に由来する。すなわち
、第1に、蒸気が最も近接した上流タービン段により付
与される旋 ゛同成分を有してシール構造に入るた
めであり、そして、第2に、回転シャフトの摩擦(ドラ
グ)作用が、円周方向の流れ成分をつくるためである。
分を有していて、絶えずバッキングリング構造に入り、
そこから出る。しかしながら、蒸気流れはまた、旋回(
渦)形態をなして、円“周方向の成分を有している。こ
の蒸気の旋回は2つの主要な原因に由来する。すなわち
、第1に、蒸気が最も近接した上流タービン段により付
与される旋 ゛同成分を有してシール構造に入るた
めであり、そして、第2に、回転シャフトの摩擦(ドラ
グ)作用が、円周方向の流れ成分をつくるためである。
後者の摩擦による成分は常に〇−タ回転の方向であるけ
れども、流入する旋回流の方向は、シールの真ぐ上流の
タービン段の作動パラメータに依存する。たとえば、複
流形第1段を備えるタービンぐは、端部バッキング・シ
ールへ蒸気を供給するタービン段は、順方向旋回(すな
わち、シャフト回転方向の旋回)を高負荷においてつく
ることが知られている。
れども、流入する旋回流の方向は、シールの真ぐ上流の
タービン段の作動パラメータに依存する。たとえば、複
流形第1段を備えるタービンぐは、端部バッキング・シ
ールへ蒸気を供給するタービン段は、順方向旋回(すな
わち、シャフト回転方向の旋回)を高負荷においてつく
ることが知られている。
シール構造中の蒸気の流れは、シール用チャンバ(室)
内で生じる非対称の圧力勾配のために、タービンロータ
に対し横方向の力をつくることが知られている。シャフ
ト端部シール中の順方向旋回が極めて強い場合には、タ
ービンロータは旋回状態に関連した回転の不安定性を起
こし始めることが知られている。特に、上記した複流タ
ービンにおいては、シール中の蒸気の順方向旋回による
回転の不安定性が高負荷レベルにおいて生じ易い。
内で生じる非対称の圧力勾配のために、タービンロータ
に対し横方向の力をつくることが知られている。シャフ
ト端部シール中の順方向旋回が極めて強い場合には、タ
ービンロータは旋回状態に関連した回転の不安定性を起
こし始めることが知られている。特に、上記した複流タ
ービンにおいては、シール中の蒸気の順方向旋回による
回転の不安定性が高負荷レベルにおいて生じ易い。
設備によっては、振動による破壊レベルを回避するため
、タービンの負荷を制限する必要があった。
、タービンの負荷を制限する必要があった。
一般には負荷に関連する不安定性は、タービンの設置が
完了した後で、全負荷を満足に達成することができない
ときになって初めて発見される。したがって、これらの
問題を緩和する方法および装置を求めるに当って、ター
ビンへの大幅な変更やタービンの長期にわたる休止を必
要としない、“′手直し″程度の改修として現場で取付
けることのできる装置を提供することが特に望まれてい
た。
完了した後で、全負荷を満足に達成することができない
ときになって初めて発見される。したがって、これらの
問題を緩和する方法および装置を求めるに当って、ター
ビンへの大幅な変更やタービンの長期にわたる休止を必
要としない、“′手直し″程度の改修として現場で取付
けることのできる装置を提供することが特に望まれてい
た。
ラビリンスシール中における流体の旋回と回転の不安定
性との間の因果関係は、この分野の多くの人々によって
理論的に検討されたけれども、実用的な効果をもたらし
ていない。問題を解決するための1つの試み(必ずしも
手直し改修の観点からではないけれども)が米国特許第
4,273゜510−号に示されておりζそれは横方向
の力が打消されるような方法で、シール中に第2の流体
流(たぶん蒸気)を導入することによって横方向の力を
減少させようとしているように見える。この特許に開示
された方式の正確な諸元を決定することは困難であるけ
れども、この第2の流れは、口−夕と固定要素間のシー
ル・ギャップに設けた軸方向バッフルと共に用いるか、
あるいは多分その代りに用いられるように思われる。こ
のバッフルの目的は、横方向の力を打消ず1=め、ギャ
ップ中の流体の回転流れを修正することである。前記特
許の装置の構造およびその精密な機能は複雑で、既設の
タービンの手直し改修として容易に適用できないJ:う
に思われる。特に、前記特許の装置は、適切に働くため
に第2の蒸気流の導入を必要とするならば、タービン設
置後にそれを実施することは困難である。
性との間の因果関係は、この分野の多くの人々によって
理論的に検討されたけれども、実用的な効果をもたらし
ていない。問題を解決するための1つの試み(必ずしも
手直し改修の観点からではないけれども)が米国特許第
4,273゜510−号に示されておりζそれは横方向
の力が打消されるような方法で、シール中に第2の流体
流(たぶん蒸気)を導入することによって横方向の力を
減少させようとしているように見える。この特許に開示
された方式の正確な諸元を決定することは困難であるけ
れども、この第2の流れは、口−夕と固定要素間のシー
ル・ギャップに設けた軸方向バッフルと共に用いるか、
あるいは多分その代りに用いられるように思われる。こ
のバッフルの目的は、横方向の力を打消ず1=め、ギャ
ップ中の流体の回転流れを修正することである。前記特
許の装置の構造およびその精密な機能は複雑で、既設の
タービンの手直し改修として容易に適用できないJ:う
に思われる。特に、前記特許の装置は、適切に働くため
に第2の蒸気流の導入を必要とするならば、タービン設
置後にそれを実施することは困難である。
したがって、本発明の一般的な目的は、回転不安定性が
ラビリンスシール内の蒸気の旋回に起因するような形式
の蒸気タービン°でロータの回転不安定性を防止づるの
に有効であるラビリンスシール装置を提供することであ
る。
ラビリンスシール内の蒸気の旋回に起因するような形式
の蒸気タービン°でロータの回転不安定性を防止づるの
に有効であるラビリンスシール装置を提供することであ
る。
本発明の別の目的は、蒸気、タービンのラビリンスシー
ルの少なくとも一部分内の蒸気流を、ロータ回転方向と
は反対の逆方向に流すようにして、ロータに対し安定化
用の横方向の力を生じさけて、容易に除去ないし減少さ
せることができないロータを不安定にさせる他の力を相
殺する装置を提供することである。
ルの少なくとも一部分内の蒸気流を、ロータ回転方向と
は反対の逆方向に流すようにして、ロータに対し安定化
用の横方向の力を生じさけて、容易に除去ないし減少さ
せることができないロータを不安定にさせる他の力を相
殺する装置を提供することである。
より詳細には、本発明の目的は、とりわけ、そのような
不安定性を有するタービンに対して取付けが簡単かつ容
易であり、その機能を達成するのに第2の蒸気流の導入
に依存しない、上記の問題を克服する蒸気タービン用の
ラビリンスシール装置を提供することである。
不安定性を有するタービンに対して取付けが簡単かつ容
易であり、その機能を達成するのに第2の蒸気流の導入
に依存しない、上記の問題を克服する蒸気タービン用の
ラビリンスシール装置を提供することである。
発明の概要
これらおよび他の目的は、好ましい形態においでは、蒸
気タービンのロータあるいはシャフトを取囲む複数個の
固定の、離隔配置された環状の歯を備え、各歯がロータ
表面に極めて接近した半径方向内側の縁部を有し、そし
てさらに、環状の歯の高圧側、すなわち上流側に隣接し
て、ロータを包囲する固定の離隔配置された流れ方向決
めべ−7゜Fqヨヵ、、j、え工い。51.、アユツー
7. ・パ1を提供することにより達成される。各ベー
ンは、ベーン列に直ぐ向い合うロータあるいはシャフト
の表面上の突起した環状ランドに極めて接近した位置ま
で半径方向内向きに延在している。かくして本構造によ
りチャンバが限定され、これは環状の歯の間の空間とし
て形成される。ラビリンスシール(ベーンの列、突起し
たランド、および環状の歯の列よりなる)は、勿論、圧
力に差のある区域間に配置されて、高圧区域を低圧区域
から分離する。
気タービンのロータあるいはシャフトを取囲む複数個の
固定の、離隔配置された環状の歯を備え、各歯がロータ
表面に極めて接近した半径方向内側の縁部を有し、そし
てさらに、環状の歯の高圧側、すなわち上流側に隣接し
て、ロータを包囲する固定の離隔配置された流れ方向決
めべ−7゜Fqヨヵ、、j、え工い。51.、アユツー
7. ・パ1を提供することにより達成される。各ベー
ンは、ベーン列に直ぐ向い合うロータあるいはシャフト
の表面上の突起した環状ランドに極めて接近した位置ま
で半径方向内向きに延在している。かくして本構造によ
りチャンバが限定され、これは環状の歯の間の空間とし
て形成される。ラビリンスシール(ベーンの列、突起し
たランド、および環状の歯の列よりなる)は、勿論、圧
力に差のある区域間に配置されて、高圧区域を低圧区域
から分離する。
動作についC説明すると、流れ方向決めベーンの列と突
起したランドは組合わさって作用して、歯間のチ1シン
バヘ入る蒸気の全量が、実質的に流れ方向決めベーンの
列を通過するようにする。ベーンの半径方向の寸法は突
起したランドの寸法よりも大きく、かくして、シールへ
入る軸方向の蒸気流れの大部分は、ベーン列中を直接通
過する。
起したランドは組合わさって作用して、歯間のチ1シン
バヘ入る蒸気の全量が、実質的に流れ方向決めベーンの
列を通過するようにする。ベーンの半径方向の寸法は突
起したランドの寸法よりも大きく、かくして、シールへ
入る軸方向の蒸気流れの大部分は、ベーン列中を直接通
過する。
しかしながら、ロータ表面に沿う軸方向流れは、突起し
たランドに衝突し、ついでベーン列の近辺に半径方向外
向きに偏向される。外向きに偏向された蒸気は、歯と突
起したランド間の狭い環状ギャップを横切って流れ、こ
のため環状ギャップを通ってシールに入ったかもしれな
い他の蒸気をそれと共に運ぶ。かくして、ギャップの小
ざな作動隙間を通ってシール中に入る蒸気は最小にされ
、したがって実質的にシール蒸気の全部がベーン列を通
過する。各ベーンは、ロータ軸線;J3よび回転方向に
対して、適切な角度で傾斜されており(後で詳しく説明
する)、このためシール中への蒸気の流れは、回転方向
とは反対の円周方向に向うように強制される。かくして
、ラビリンスシールの少なくとも一部分において、環状
の歯の間のチャンバ内の蒸気流は、9178回転方向と
は反対の逆向き成分を有するようにされる。これは、如
何なる不安定化力をも相殺するための0−タに対16安
定化力を生じさせる望ましい効果を有し1、そして、蒸
気の旋回により引起こされる回転の不安定化を有効に除
去する。
たランドに衝突し、ついでベーン列の近辺に半径方向外
向きに偏向される。外向きに偏向された蒸気は、歯と突
起したランド間の狭い環状ギャップを横切って流れ、こ
のため環状ギャップを通ってシールに入ったかもしれな
い他の蒸気をそれと共に運ぶ。かくして、ギャップの小
ざな作動隙間を通ってシール中に入る蒸気は最小にされ
、したがって実質的にシール蒸気の全部がベーン列を通
過する。各ベーンは、ロータ軸線;J3よび回転方向に
対して、適切な角度で傾斜されており(後で詳しく説明
する)、このためシール中への蒸気の流れは、回転方向
とは反対の円周方向に向うように強制される。かくして
、ラビリンスシールの少なくとも一部分において、環状
の歯の間のチャンバ内の蒸気流は、9178回転方向と
は反対の逆向き成分を有するようにされる。これは、如
何なる不安定化力をも相殺するための0−タに対16安
定化力を生じさせる望ましい効果を有し1、そして、蒸
気の旋回により引起こされる回転の不安定化を有効に除
去する。
本発明の別の形態においては、多数のシールリングが、
圧力に差のある区域間でロータの一部分に沿って、互に
近接しながら軸線方向に離隔配置されている。発明のこ
の形態においては、各シ−形リングは前述のような複数
個の環状の歯を備え、そして、少なくとも1つのシール
リングは、前述したような流れ方向決めベーンの列を備
えている。
圧力に差のある区域間でロータの一部分に沿って、互に
近接しながら軸線方向に離隔配置されている。発明のこ
の形態においては、各シ−形リングは前述のような複数
個の環状の歯を備え、そして、少なくとも1つのシール
リングは、前述したような流れ方向決めベーンの列を備
えている。
漏洩を最小にするため、故意に、非常に無秩序な乱ねた
流れを発生する従来の多くのいわゆるギャップシールと
は対照的に、本発明は、高度に方向決めされた、極めて
整えられた流れを提供する装置を設ける。
流れを発生する従来の多くのいわゆるギャップシールと
は対照的に、本発明は、高度に方向決めされた、極めて
整えられた流れを提供する装置を設ける。
免罪匹W1
本発明を描成する事項は特許請求の範囲で特に指摘され
、明確にされているが、本発明は添付図面を参照して、
以下の記載でよりよく理解されよう。
、明確にされているが、本発明は添付図面を参照して、
以下の記載でよりよく理解されよう。
本発明の好ましい実施例を示す第1.2および3図を参
照すると、蒸気タービンのロータは、高流体Ji′:P
+の区域がら低流体圧[)2の区域まで延在している
回転シャフト1oを含む。タービンロータの全体は示さ
れていないけれども、シャフト10は、動力流体から回
転動力を抽出する要素〈たとえば、パケット)等を備え
るロータの一部分にすぎないことが理解されよう。
照すると、蒸気タービンのロータは、高流体Ji′:P
+の区域がら低流体圧[)2の区域まで延在している
回転シャフト1oを含む。タービンロータの全体は示さ
れていないけれども、シャフト10は、動力流体から回
転動力を抽出する要素〈たとえば、パケット)等を備え
るロータの一部分にすぎないことが理解されよう。
シャフト10に沿って軸線方向に、複数個のシールリン
グ、たとえば、第1および第2シールリング12および
14がそれぞれ配設されている。
グ、たとえば、第1および第2シールリング12および
14がそれぞれ配設されている。
利用されるシールリングの正確な数は、封じしようとす
る圧力および望ましいシール効率を含むいくつかの要因
に依存する。使用するシールリングの数は本発明の理解
に対して本質的なものではないため、第1および第2リ
ング12および14のみを例示して詳しく説明する。各
シールリング(たとえば、リング12i!3よび14)
は、シャフト10が通り抜ける圧力に差のある区域間の
流体漏洩を最小にするため、シャフト1oを円周方向に
包囲する。たとえば、リング12と14を含む複数個の
シールリングは、蒸気タービンの高圧端部用のシャフト
エンド・シールを形成することが出来る。すべてのシー
ルリング、たとえばリング12と14は、封じの観点か
ら、PlがらPlへの圧力勾配のため、僅か異なった圧
力にさらされることを除【ブば、実質的に同様に機能す
る。たとえば、シールリング12は、断面でH形をした
くHの一方の脚は両端で若干短くなっている)円周方向
リングを備え、タービンの固定ケーシング20中のT形
円周スロットにはまり合う。T形スロットはざらに従来
のばねの支持体を備え(特に示してない)、1」形リン
グ16をシ1ノフト10に向けて半径方向内向きに押圧
する。Tスロット18上の肩22は1−1形リングの山
内きの移動を制限する。
る圧力および望ましいシール効率を含むいくつかの要因
に依存する。使用するシールリングの数は本発明の理解
に対して本質的なものではないため、第1および第2リ
ング12および14のみを例示して詳しく説明する。各
シールリング(たとえば、リング12i!3よび14)
は、シャフト10が通り抜ける圧力に差のある区域間の
流体漏洩を最小にするため、シャフト1oを円周方向に
包囲する。たとえば、リング12と14を含む複数個の
シールリングは、蒸気タービンの高圧端部用のシャフト
エンド・シールを形成することが出来る。すべてのシー
ルリング、たとえばリング12と14は、封じの観点か
ら、PlがらPlへの圧力勾配のため、僅か異なった圧
力にさらされることを除【ブば、実質的に同様に機能す
る。たとえば、シールリング12は、断面でH形をした
くHの一方の脚は両端で若干短くなっている)円周方向
リングを備え、タービンの固定ケーシング20中のT形
円周スロットにはまり合う。T形スロットはざらに従来
のばねの支持体を備え(特に示してない)、1」形リン
グ16をシ1ノフト10に向けて半径方向内向きに押圧
する。Tスロット18上の肩22は1−1形リングの山
内きの移動を制限する。
1」形リングの半径方向内側に、シャフトを取りまく一
連の離隔配置された環状の歯24−27が取付けられて
いる。2つの環状のi!!!]25と27は、シール1
2全体のシール効果を増進するため、対応的に突起した
ランドに対向し−C取付()られCいる。環状の歯24
−27はシャフト10の表面に接触していないが、それ
に極めて近くまで接近し、シャフトと歯との間に小さな
作動隙間を維持し、蒸気の流れに対して有効な封じを提
供する。環状空間、づなわらチャンバが、たとえば、歯
24と25間のチャンバ34の如く各歯24−27間に
それぞれ形成されている。
連の離隔配置された環状の歯24−27が取付けられて
いる。2つの環状のi!!!]25と27は、シール1
2全体のシール効果を増進するため、対応的に突起した
ランドに対向し−C取付()られCいる。環状の歯24
−27はシャフト10の表面に接触していないが、それ
に極めて近くまで接近し、シャフトと歯との間に小さな
作動隙間を維持し、蒸気の流れに対して有効な封じを提
供する。環状空間、づなわらチャンバが、たとえば、歯
24と25間のチャンバ34の如く各歯24−27間に
それぞれ形成されている。
また、H形リング16の高圧端部に最も近い(P+に最
も近い)、H形リング16の半径方向内側に、複数個の
円周方向に離隔配置された流れ方向決めベーン36が取
付けられている。第2図には甲−のベーン37のみが示
されており、ベーン36の全体は第1図に示されており
、その一部は第3図にも示されている。各ベーン、たと
えばベーン37は、角度をもって傾斜しており、かくし
て、高圧区域に最も近いベーンのエツジ(すなわち、こ
の実施例の場合P1に最も近い上流側エツジ)は、シャ
ツ1〜(すなわち、タービンロータ)の回転方向に対し
C後縁になる。たとえば、第2図において、シャツ1〜
の回転方向は図示されている方向であって、そしてベー
ン37のエツジ38は回転に対して後縁ぐある。すなわ
ち、シャツ1〜10の軸線に平行な線は、最初にベーン
37の前縁を通る線を横切っ−Cから、エツジ38を通
る線を横切るであろう。これらの関係は、第3図の展開
図により明瞭に示〜されており、矢印の線Aは口−タの
表面の速度ベクトル(すなわちロータの回転方向)を示
している。かくして、ベーン36のエツジ38は蒸気の
流れに対して前縁であり、ロータ回転に対して後縁にな
ることは明らかである。
も近い)、H形リング16の半径方向内側に、複数個の
円周方向に離隔配置された流れ方向決めベーン36が取
付けられている。第2図には甲−のベーン37のみが示
されており、ベーン36の全体は第1図に示されており
、その一部は第3図にも示されている。各ベーン、たと
えばベーン37は、角度をもって傾斜しており、かくし
て、高圧区域に最も近いベーンのエツジ(すなわち、こ
の実施例の場合P1に最も近い上流側エツジ)は、シャ
ツ1〜(すなわち、タービンロータ)の回転方向に対し
C後縁になる。たとえば、第2図において、シャツ1〜
の回転方向は図示されている方向であって、そしてベー
ン37のエツジ38は回転に対して後縁ぐある。すなわ
ち、シャツ1〜10の軸線に平行な線は、最初にベーン
37の前縁を通る線を横切っ−Cから、エツジ38を通
る線を横切るであろう。これらの関係は、第3図の展開
図により明瞭に示〜されており、矢印の線Aは口−タの
表面の速度ベクトル(すなわちロータの回転方向)を示
している。かくして、ベーン36のエツジ38は蒸気の
流れに対して前縁であり、ロータ回転に対して後縁にな
ることは明らかである。
−h1エツジ39は、n−タ回転に対して前縁であり、
蒸気の流れに対して後縁になる。
蒸気の流れに対して後縁になる。
11−夕10上に位置し、ベーン36の列に半径方向に
向い合う、実質的にランド30と32と同一の環状の突
起したランド41が存在しているが、それはベーン36
の列と組合わさって機能し、蒸気をシールリング12の
チャンバ内へ方向決めして案内する。ベーン36の列に
入る蒸気流れの大部分はこの流れ方向決めベーン上に直
接衝突する。
向い合う、実質的にランド30と32と同一の環状の突
起したランド41が存在しているが、それはベーン36
の列と組合わさって機能し、蒸気をシールリング12の
チャンバ内へ方向決めして案内する。ベーン36の列に
入る蒸気流れの大部分はこの流れ方向決めベーン上に直
接衝突する。
しかしながら、ロータ10の表面に沿う軸線方向の蒸気
流れが存在し、最初に突起したランド41に突当り、そ
してついで急激にベーン列36に向(プて半径方向外向
きに偏向される。外向きに偏向された蒸気は狭い環状ギ
ャップ35を横切って流れ、このため、さもなければギ
ャップ35を通ってシールリング12に入るであろう蒸
気をそれと共に運ぶ。かくして、ランド41は、シール
12(すなわち、チャンバ34の如き、環状の歯24−
27間のチャンバ)に入る蒸気の実質的全量がベーン列
36を通過するのを保証するように機能する。
流れが存在し、最初に突起したランド41に突当り、そ
してついで急激にベーン列36に向(プて半径方向外向
きに偏向される。外向きに偏向された蒸気は狭い環状ギ
ャップ35を横切って流れ、このため、さもなければギ
ャップ35を通ってシールリング12に入るであろう蒸
気をそれと共に運ぶ。かくして、ランド41は、シール
12(すなわち、チャンバ34の如き、環状の歯24−
27間のチャンバ)に入る蒸気の実質的全量がベーン列
36を通過するのを保証するように機能する。
複数個のベーン36は、シール12に入る蒸気の流れを
方向決めし、かくして、流れはロータの回転方向とは反
対の円周方向に向う。たとえば、第2および3図におい
て、矢印の線は蒸気流れの大体の方向を示し、そして、
シャフトの回転とは反対の方向にベーン36間の通路に
入る蒸気を示している。一般に、シールリング12は、
対しの観点からは、シール12内の全流体流れを比較的
小さくするのに有効である。しかしながら、シール中に
実際入る流−れは、チャンバの1つあるいはそ、れ以上
の中で(たとえば、歯24と25間のチャンバの中で)
、シャフトの回転方向とは逆の方向になる。この流体の
旋回の逆向き成分は、歯21・・4−27間のチャンバ
内の圧力勾配を妨げないけれども、シール内におけるシ
ャフト変位に関して横方向の力をシフトさせて、これら
の横方向の力が不安定化を起こさないようにする効果を
有する。
方向決めし、かくして、流れはロータの回転方向とは反
対の円周方向に向う。たとえば、第2および3図におい
て、矢印の線は蒸気流れの大体の方向を示し、そして、
シャフトの回転とは反対の方向にベーン36間の通路に
入る蒸気を示している。一般に、シールリング12は、
対しの観点からは、シール12内の全流体流れを比較的
小さくするのに有効である。しかしながら、シール中に
実際入る流−れは、チャンバの1つあるいはそ、れ以上
の中で(たとえば、歯24と25間のチャンバの中で)
、シャフトの回転方向とは逆の方向になる。この流体の
旋回の逆向き成分は、歯21・・4−27間のチャンバ
内の圧力勾配を妨げないけれども、シール内におけるシ
ャフト変位に関して横方向の力をシフトさせて、これら
の横方向の力が不安定化を起こさないようにする効果を
有する。
換言1れば、シャフトの横方向運動とシャフトに対する
横方向の力との間の位相関係が、不安定性が防止される
ようにシフトされる。こ)で、一層高いレベルの負荷が
か)っているタービンの場合には、一般的な傾向として
、蒸気の流れは[l−夕の回転方向に強く生じ、そして
シール12中に入る蒸気はその方向に旋回するというこ
とを思い出されたい。蒸気はざらに、回転シャフト1o
の粘性摩擦により、回転方向に流れるように強制される
。
横方向の力との間の位相関係が、不安定性が防止される
ようにシフトされる。こ)で、一層高いレベルの負荷が
か)っているタービンの場合には、一般的な傾向として
、蒸気の流れは[l−夕の回転方向に強く生じ、そして
シール12中に入る蒸気はその方向に旋回するというこ
とを思い出されたい。蒸気はざらに、回転シャフト1o
の粘性摩擦により、回転方向に流れるように強制される
。
第2のラビリンスシールリング14は」二記したように
機能するが、シール14がPlと12間の圧力差の低圧
端部の近くに配設されているため、蒸気は若干低い圧力
でシール14中へ入る。ざらに、シールリング14は、
ベーン列48に対向する環状の突起したランドを備えて
いない。このようなランドを設けられることは好ましい
けれども、既設のタービンに適用される手直し改修の場
合には、タービンロータの変更を回避することが有利で
ある。その点で、当該技術に従事するものにとっては、
本発明の成る要素は、タービン中に予め存在するかもし
れないことが認識されよう。たとえば、突起したランド
50と52はシール装置の要素として予め存在すること
がある。かくして、本発明は、ロータに対する変更を必
要とすることなく(すなわち、ロータに直接機械加工を
必要としない)、特定のロータ形状に適用できる。既設
のタービンのために、本発明にしたがってシールリング
かつ(られ、そして、それによってロータ上の既設の突
起したランドが、その既存の軸線方向位置に関係なく有
利に使用される。
機能するが、シール14がPlと12間の圧力差の低圧
端部の近くに配設されているため、蒸気は若干低い圧力
でシール14中へ入る。ざらに、シールリング14は、
ベーン列48に対向する環状の突起したランドを備えて
いない。このようなランドを設けられることは好ましい
けれども、既設のタービンに適用される手直し改修の場
合には、タービンロータの変更を回避することが有利で
ある。その点で、当該技術に従事するものにとっては、
本発明の成る要素は、タービン中に予め存在するかもし
れないことが認識されよう。たとえば、突起したランド
50と52はシール装置の要素として予め存在すること
がある。かくして、本発明は、ロータに対する変更を必
要とすることなく(すなわち、ロータに直接機械加工を
必要としない)、特定のロータ形状に適用できる。既設
のタービンのために、本発明にしたがってシールリング
かつ(られ、そして、それによってロータ上の既設の突
起したランドが、その既存の軸線方向位置に関係なく有
利に使用される。
シールリング14についてさらに記載すると、それは従
来のように、T形スロット42にはめられたH形すング
40と、1]形リング40に固定された環状の歯43−
46を備えている。シール12のベーン36と同様に複
数個のベーン48が設けられ、シール14のチャンバ(
たとえば、チャンバ49)に入る蒸気流れを、矢印の線
で示す如く、逆方向に方向決めする。ベーン48および
ベーン36は、従来の方法で対応するH形すング40と
16に固定されている。回転している環状の突起したラ
ンド50と52はシャフト1oと共に回転し、シール1
4中の全流体流れを最小にするため有効な封じを行う。
来のように、T形スロット42にはめられたH形すング
40と、1]形リング40に固定された環状の歯43−
46を備えている。シール12のベーン36と同様に複
数個のベーン48が設けられ、シール14のチャンバ(
たとえば、チャンバ49)に入る蒸気流れを、矢印の線
で示す如く、逆方向に方向決めする。ベーン48および
ベーン36は、従来の方法で対応するH形すング40と
16に固定されている。回転している環状の突起したラ
ンド50と52はシャフト1oと共に回転し、シール1
4中の全流体流れを最小にするため有効な封じを行う。
シール14に入る蒸気に付与される逆向きの旋回は、シ
ャフト10に対する、不安定化を起こす横方向の力を防
止するのに有効であり、さもなければ該不安定化を起こ
す横方向の力は、歯43−46間のチャンバ(たとえば
、歯43と44間のチ17ンバ)内、およびベーン48
と歯43間のチャンバ内の高レベルの順方向の流体旋回
に付随して生じるであろう。
ャフト10に対する、不安定化を起こす横方向の力を防
止するのに有効であり、さもなければ該不安定化を起こ
す横方向の力は、歯43−46間のチャンバ(たとえば
、歯43と44間のチ17ンバ)内、およびベーン48
と歯43間のチャンバ内の高レベルの順方向の流体旋回
に付随して生じるであろう。
当該技術に従事するものにとっては、シール12と14
の如きシールをシャフト10に沿って圧力に差のある区
域間に直列に追加して設けること□ ができること
は明らかであろう。実質的にリング12と同様なそのよ
うなシールリングの1つ5゜が、第2図に部分的に示さ
れている。一般に個々のシールリングの数は、過度の蒸
気漏洩を防止する必要性によって決定される。また、ベ
ーン36と48の如きベーンは、図示された特定の上流
側位置以外の、シール12と14内の位置に設けること
ができることが理解されるであろう。たとえば、シール
12の歯25は、複数個の円周方向に離隔配置されたベ
ーンにより置き換えられ、ざらに、シール12内の蒸気
に逆向きの旋回を付与することを保証する。事実、第1
および2図のベーン36の如きベーンの列は、少なくと
も2つの環状の歯間に挿入することができる。ざらに、
そして実際問題として、歯25の如き環状の歯の1つは
、流れ方向決めベーンを形成する弧状のせグメントに分
割することができ、そのような各ベーンは、角度的に傾
斜させて、蒸気流れがロータ回転とは反対向きになるよ
うにする。
の如きシールをシャフト10に沿って圧力に差のある区
域間に直列に追加して設けること□ ができること
は明らかであろう。実質的にリング12と同様なそのよ
うなシールリングの1つ5゜が、第2図に部分的に示さ
れている。一般に個々のシールリングの数は、過度の蒸
気漏洩を防止する必要性によって決定される。また、ベ
ーン36と48の如きベーンは、図示された特定の上流
側位置以外の、シール12と14内の位置に設けること
ができることが理解されるであろう。たとえば、シール
12の歯25は、複数個の円周方向に離隔配置されたベ
ーンにより置き換えられ、ざらに、シール12内の蒸気
に逆向きの旋回を付与することを保証する。事実、第1
および2図のベーン36の如きベーンの列は、少なくと
も2つの環状の歯間に挿入することができる。ざらに、
そして実際問題として、歯25の如き環状の歯の1つは
、流れ方向決めベーンを形成する弧状のせグメントに分
割することができ、そのような各ベーンは、角度的に傾
斜させて、蒸気流れがロータ回転とは反対向きになるよ
うにする。
本発明は・蒸気ター1ン′)ゞめの改善されたラ
11.“ビリンスシール装置を提供し、そしてそれは
、シールのチャンバ内の蒸気の旋回によりつくられる形
式のロータの不安定性を防止するのに有効であり、また
、タービンの定格能力より低い負荷レベルにタービンの
運転を制限するようなロータの安定性の問題を解決する
ための手直し改修手段としで、現場での作業に特に適し
ている。所望の結果を達成するため、シールに入る蒸気
は適正に方向決めされる。本発明の重要な利点は、その
効果を得るために、シール中への蒸気流れに第2の流れ
成分を導入することに依存しないということである。
11.“ビリンスシール装置を提供し、そしてそれは
、シールのチャンバ内の蒸気の旋回によりつくられる形
式のロータの不安定性を防止するのに有効であり、また
、タービンの定格能力より低い負荷レベルにタービンの
運転を制限するようなロータの安定性の問題を解決する
ための手直し改修手段としで、現場での作業に特に適し
ている。所望の結果を達成するため、シールに入る蒸気
は適正に方向決めされる。本発明の重要な利点は、その
効果を得るために、シール中への蒸気流れに第2の流れ
成分を導入することに依存しないということである。
かくして、本発明の好ましい実施例について示し、記載
したけれども、その中に各種の他の変更がなされ得ると
いうことを理解すべきである。たとえば、第4図は、変
形例として、流れ方向決めベーンの列61に対向する突
起した環状ランド60の形状を示している。第4図の形
状は第1.2および3図の形状に類似するものである。
したけれども、その中に各種の他の変更がなされ得ると
いうことを理解すべきである。たとえば、第4図は、変
形例として、流れ方向決めベーンの列61に対向する突
起した環状ランド60の形状を示している。第4図の形
状は第1.2および3図の形状に類似するものである。
しかしながら、ロータ62上の突起したランド60は、
ランド60を2つの環状部分64と65に分割する中央
溝63を備えるように形成されている。さらにランド6
0の上流側には、蒸気を半径方面外向きに、空気力学的
によりよく偏向させるために、湾曲した表面66が形成
されている。第4図の実施例は手直し改修用には特に適
していないけれども、タービン運転中、ベーンとランド
とが互にこすり合うようになった場合、ベーンの列と突
起したランド間の接触面積を減少させるという追加の利
点がある。第4図の如きすべての変更は、本発明の範囲
内に包含されるものである。
ランド60を2つの環状部分64と65に分割する中央
溝63を備えるように形成されている。さらにランド6
0の上流側には、蒸気を半径方面外向きに、空気力学的
によりよく偏向させるために、湾曲した表面66が形成
されている。第4図の実施例は手直し改修用には特に適
していないけれども、タービン運転中、ベーンとランド
とが互にこすり合うようになった場合、ベーンの列と突
起したランド間の接触面積を減少させるという追加の利
点がある。第4図の如きすべての変更は、本発明の範囲
内に包含されるものである。
第1図は本発明による安定化用ラビリンスシール装置の
好ましい実施例を示す、第2図の線1−1に沿ったター
ビンの回転軸線に直角な部分断面図である。 第2図は第1図の好ましい実施例の拡大した、若干簡易
化した部分断面邑である。 第3図は第1図の装置の1つのシールリングの流れ方向
決め部分の展開平面図である。 第4図は本発明の突起した環状ランドの変形例を示す部
分断面図である。 10・・・・・・回転シレフト、 12.14・・・・・・シールリング、16・・・・・
・1−1形リング、 18・・・・・・T形スロツI〜、 20・・・・・・固定ケーシング、 24〜27・・・・・・環状の歯、 31.3.2・・・・・・ランド、 34・・・・・・チャンバ、 35・・・・・・ギャップ、 36・・・・・・流れ方向決めベーン、38・・・・・
・エツジ、 42・・・・・・T形スロット、 43〜45・・・・・・環状の歯、 48・・・・・・ベーン、 60・・・・・・ランド、 63・・・・・・中央溝、 63・・・・・・湾曲した表面。 特許出願人
好ましい実施例を示す、第2図の線1−1に沿ったター
ビンの回転軸線に直角な部分断面図である。 第2図は第1図の好ましい実施例の拡大した、若干簡易
化した部分断面邑である。 第3図は第1図の装置の1つのシールリングの流れ方向
決め部分の展開平面図である。 第4図は本発明の突起した環状ランドの変形例を示す部
分断面図である。 10・・・・・・回転シレフト、 12.14・・・・・・シールリング、16・・・・・
・1−1形リング、 18・・・・・・T形スロツI〜、 20・・・・・・固定ケーシング、 24〜27・・・・・・環状の歯、 31.3.2・・・・・・ランド、 34・・・・・・チャンバ、 35・・・・・・ギャップ、 36・・・・・・流れ方向決めベーン、38・・・・・
・エツジ、 42・・・・・・T形スロット、 43〜45・・・・・・環状の歯、 48・・・・・・ベーン、 60・・・・・・ランド、 63・・・・・・中央溝、 63・・・・・・湾曲した表面。 特許出願人
Claims (10)
- (1)中央回転ロータを備える蒸気タービンに使用する
ための、ロータが延在している高圧区域と低圧区域との
間の蒸気の漏洩を最小にすると共に、蒸気の旋回によっ
て引起こされる形式の回転不安定性に対して安定化を行
うラビリンスシールであって、 前記両区域間のタービンの固定部分に取付けられていて
、実質的にロータを同軸的に包囲する複数個の離隔配置
された環状の歯を備え、該歯の間にチャンバが形成され
、該複数個の歯の各々は、該ロータの極めて近くまで半
径方向内向きに延在しており、 前記高圧区域内でタービンの固定部分に取付けられた1
列の円周方向に離隔配置された流れ方向決めベーンが設
けられ、該ベーンの列は前記複数個の環状の歯に近接し
てロータを包囲し、前記列の各ベーンは角度的に傾斜し
ていることにより、該ベーンを通過して前記チャンバに
入る蒸気を、ロータの回転方向とは反対の流れ方向に方
向決めし、そして 前記ベーンの列に対向するロータ表面上に咬起した環状
ランドが設けられ、該ランドはロータの表面近くを軸線
方向に通過している蒸気の流れを急激に半径方向外向き
に偏向させ、この結果生じた外向きの流れは前記ベーン
の列の近辺に運ばれて、実質的に前記チャンバに入る全
蒸気流れが、前記ベーンの列を通過し、かつ、ロータの
回転方向とは反対の方向で入るようにしたことを特徴と
するラビリンスシール。 - (2)前記流れ方向決めベーンの列の各ベーンが、前記
突起した環状ランドの極めて近くまで、半径方向内向き
に延在し、かつ、各ベーンの角度傾斜は、蒸気の流れに
対して上流側のベーンのエツジが、ロータ回転に対して
後縁になるように作られている特許請求の範囲第1項に
記載のラビリンスシール。 - (3)前記該環状ランドが第1および第2の環状部分を
形成するように構成されて、該部分間に中央溝を形成し
、該第1の環状部分は前記高圧区域に隣接して配設され
ると共に、前記軸線方向の蒸気の流れを円滑に偏向する
ための空気力学的形状の表面を備えている特許請求の範
囲第1項または第2項に記載のラビリンスシール。 - (4)該ラビリンスシールは、その間に蒸気タービンの
ロータが延在する高および低蒸気圧区域間のタービンの
固定部分に取付けられている複数個の環状の歯を備えて
いる形式の蒸気タービンのロータ用ラビリンスシールと
組合わされ、そのようなシール内の蒸気の順方向旋回に
よって発生するロータの不安定性を防止するための装置
であって、高圧区域内で、前記複数個の環状の歯に近接
して[1−夕を包囲するように、固定のタービン部分に
取付けられた1列の円周対向に離隔配置された流れ方向
決めベーンを備え、該列の各ベーンは、角度をなして位
置して、ロータの回転方向とは反対の方向に、該ベーン
の列を通過して前記シールに入る蒸気の流れを方向決め
し、そして前記ベーンの列に対向してロータ上に位置し
、前記ベーンの列に近接するまで半径方向外向きに延在
する突起した環状ランドを備え、該ランドによって、ロ
ータの表面に沿って来る軸線方向の蒸気の流れを、前記
ベーンの列のまわりに半径方向外向きに偏向して、前記
シールに入る蒸気の流れのほぼ全部が前記ベーンの列を
通過するようにしたことを特徴とする装置。 - (5)前記流れ方向決めベーンの列の各ベーンは、角度
をなして位置して、高圧区域に最も近いベーンのエツジ
が、ロータ回転に対して後縁になることを特徴とする特
許請求の範囲第4項に記載の装置。 - (6)前記突起した環状ランドが第1および第2環状部
分を形成するように構成されて、該部分間!=CI ’
)!、!@Tfe IiL/ 、 K m”018“′
“nu ia ax JI 、、・・1□区域に隣接
して配設されると共に、前記軸線方向の蒸気の流れを円
滑に偏向するために前記高圧区域に直ぐ隣接した空気力
学的形状の表面を有している特許請求の範囲第4項また
は第5項に記載の装置。 - (7)中央回転ロータを有する蒸気タービンに使用し、
ロータが延在する高および低圧区域間の漏洩を最小とな
し、かつ、シール内の蒸気の旋回に起因する回転不安定
性を防止するためのラビリンスシール装置であって、 前記高および低圧区域間でタービンの固定部分に取付け
られ、かつ、当該各リングの高圧側および低圧側を限定
するようにロータの軸線に沿1ってHに近接して離隔配
置された多数のシールリングが設けられ、各シールリン
グは、ロータを包囲し、かつ、当該歯間にチャンバを限
定するように、ロータの表面に近接するまで半径方向内
向きに延在する複数個の離隔配置された環状の歯を備え
、そして 前記シールリングの少なくとも1つは、1列の円周方向
に離隔配置された流れ方向決めベーンを備えていて、該
ベーンの列は少なくとも1つの該リングの高圧側でロー
タを包囲し、該列の各ベーンは、ロータ表面に近接する
まで半径方向内向きに延在し、かつ、角度をなして傾斜
していて、少なくとも1つの前記リングのチャンバに入
る蒸気を、ロータの回転方向とは反対の流れ方向に方向
決めすることを特徴とするラビリンスシール装置。 - (8)少なくとも1つの前記リングと組合わせて、前記
ベーンの列に対向するロータ表面上に突起した環状のラ
ンドが設けられ、該ランドは、ロータの表面近くで軸線
方向に通過する蒸気の流れを急激に半径方向外向きに偏
向させ、この結果生じる外向きの流れは、前記ベーンの
列の近辺に運ばれて、前記チャンバに入る蒸気の流れの
ほぼ全体が、前記ベーンの列を通過するようにした特許
請求の範囲第7項に記載のラビリンスシール装置。 - (9)前記流れ方向決めベーンの列の各ベーンは、前記
突起した環状ランドに近接するまで半径方向内向きに、
延在し、各ベーンの角度傾斜は、蒸気の流れに対して上
流側のベーンのエツジが、[1−タ回転に対して後縁に
なるように作られている特許請求の範囲第8項に記載の
ラビリンスシール装置。 - (10)前記突起した環状ランドは、第1および第21
M状部分を形成するように構成されて、該部分の間に中
火満を形成し、該第1の環状部分は高圧区域に隣接して
配設されると共に、前記軸線方向の蒸気の流れを円滑に
偏向するために該高圧区域に直ぐ隣接した空気力学的形
状の表面を備えている特許請求の範囲第8項または第9
項に記載のラビリンスシール装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US376247 | 1982-05-10 | ||
| US06/376,247 US4420161A (en) | 1982-05-10 | 1982-05-10 | Rotor stabilizing labyrinth seals for steam turbines |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58222902A true JPS58222902A (ja) | 1983-12-24 |
| JPH0423086B2 JPH0423086B2 (ja) | 1992-04-21 |
Family
ID=23484241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58080251A Granted JPS58222902A (ja) | 1982-05-10 | 1983-05-10 | 蒸気タ−ビン用ロ−タ安定化ラビリンスシ−ル |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4420161A (ja) |
| EP (1) | EP0094529B1 (ja) |
| JP (1) | JPS58222902A (ja) |
| KR (1) | KR900002944B1 (ja) |
| DE (1) | DE3373005D1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2013139874A (ja) * | 2011-12-29 | 2013-07-18 | General Electric Co <Ge> | 回転機械で使用するためのコンプライアントプレートシールおよび回転機械を組み立てる方法 |
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| JP2020020465A (ja) * | 2018-08-03 | 2020-02-06 | 株式会社東芝 | シール装置およびターボ機械 |
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