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JP5851873B2 - Shaft seal device and turbine device including the same - Google Patents

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JP5851873B2
JP5851873B2 JP2012027416A JP2012027416A JP5851873B2 JP 5851873 B2 JP5851873 B2 JP 5851873B2 JP 2012027416 A JP2012027416 A JP 2012027416A JP 2012027416 A JP2012027416 A JP 2012027416A JP 5851873 B2 JP5851873 B2 JP 5851873B2
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義淑 中川
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尚昭 永石
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裕 野美山
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
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Description

本発明は、軸シール装置およびこれを備えたタービン装置に関する。   The present invention relates to a shaft seal device and a turbine device including the shaft seal device.

例えば蒸気タービン等の回転機械では、静止部とタービンロータ軸(回転軸)との間のシール装置として、ラビリンスシールが多用されている。ラビリンスシールでは、ラビリンスシール用フィンとタービンロータ軸と接触が大きくなると、摩擦により生じる熱のためにタービンロータ軸の熱変形をもたらすことが知られている。 For example, in a rotary machine such as a steam turbine, a labyrinth seal is frequently used as a seal device between a stationary part and a turbine rotor shaft (rotary shaft). In the labyrinth seal, it is known that when the contact between the labyrinth seal fin and the turbine rotor shaft increases, the turbine rotor shaft is thermally deformed due to heat generated by friction.

このような変形の結果として、タービンロータ軸の加熱とラビリンスシールにより生じる直接の力とが、一般的にタービンロータ軸を不均衡にさせ、回転機械における振動を増大させる。それによって静止部とタービンロータとの間に形成される間隙を拡大させる。場合によっては、タービン装置を停止・開放して、タービンロータ軸及びラビリンスシールに対して補修作業が必要となることになる。また、接触により静止部とタービンロータとの間に形成される間隙が拡大し、ガス又は蒸気の漏洩が増大するために、回転機械の効率が低下する。   As a result of such deformations, the heating of the turbine rotor shaft and the direct forces generated by the labyrinth seal generally cause the turbine rotor shaft to become unbalanced and increase vibrations in the rotating machine. This enlarges the gap formed between the stationary part and the turbine rotor. In some cases, the turbine device is stopped and opened, and the turbine rotor shaft and the labyrinth seal need to be repaired. Further, the gap formed between the stationary part and the turbine rotor is increased by the contact, and the leakage of gas or steam is increased, so that the efficiency of the rotating machine is lowered.

図6には、従来の蒸気タービン100のラビリンスシール部分を示した側断面図が示されている。蒸気をシールし、効率を確保するために、タービンロータ軸101と、ラビリンスシール103の先端にあるフィンとの隙間が狭く設定してある。しかし、何らかの変位によってラビリンスシール103の先端にあるフィンがタービンロータ軸101と強く接触する際には摩擦熱が生じる。摩擦による熱によって、タービンロータ軸103が変形して蒸気タービン100の振動を発生させるおそれがある。また、地熱発電装置においては、蒸気タービン100に用いる地熱蒸気の清浄度は低く腐食性ガスを含む為、シール部分が劣化し易いといった問題があった。   FIG. 6 is a side sectional view showing a labyrinth seal portion of a conventional steam turbine 100. In order to seal steam and ensure efficiency, the gap between the turbine rotor shaft 101 and the fin at the tip of the labyrinth seal 103 is set narrow. However, frictional heat is generated when the fin at the tip of the labyrinth seal 103 comes into strong contact with the turbine rotor shaft 101 due to some displacement. There is a possibility that the turbine rotor shaft 103 is deformed due to heat due to friction, and vibration of the steam turbine 100 is generated. Further, in the geothermal power generation apparatus, the cleanliness of the geothermal steam used for the steam turbine 100 is low and contains a corrosive gas.

上述した軸シールのトラブルは、何らかの変位によってラビリンスシール用フィンとタービンロータ軸が接触した際に生じる、タービンロータ軸の熱変形や摩擦に起因するものである。このような対策について開示された文献として、下記特許文献1がある。   The trouble of the shaft seal described above is caused by thermal deformation or friction of the turbine rotor shaft that occurs when the labyrinth seal fin and the turbine rotor shaft come into contact with each other due to some displacement. As a document disclosing such a measure, there is the following Patent Document 1.

特許文献1には、タービンロータ軸とケーシングとを備える回転機械用のインサート組立体を含んでいる。タービンロータ軸は、ほぼ縦方向に延びる軸線を含み、ケーシングは、該軸線とほぼ同軸に整合されている。ケーシングは、タービンロータ軸を周方向に囲みかつ該タービンロータ軸から半径方向に間隔をおいて配置される。インサート組立体は、タービンロータ軸上に周方向に配置されたチャネルと溶接または、固締具で固定されていて、ブラシシールとの間でシールをする。このようなチャネル内に周方向に配置されたインサートとを含み、その結果、ブラシシールとの摩擦熱が発生しても、インサートがタービンロータ軸への摩擦熱を熱的に絶縁するように構成されていることが示されている。   Patent Document 1 includes an insert assembly for a rotating machine including a turbine rotor shaft and a casing. The turbine rotor shaft includes an axis extending generally longitudinally and the casing is aligned substantially coaxially with the axis. The casing surrounds the turbine rotor shaft in the circumferential direction and is spaced radially from the turbine rotor shaft. The insert assembly is fixed to a brush seal by a circumferentially arranged channel on the turbine rotor shaft and fixed by welding or a fastener. An insert disposed in the circumferential direction in such a channel, and as a result, even if friction heat with the brush seal is generated, the insert is configured to thermally insulate the friction heat to the turbine rotor shaft It has been shown that.

特開2003−328701号公報JP 2003-328701 A

特許文献1には、インサート組立体をタービンロータ軸上の周方向に配置されたチャンネルと溶接または固締具で固定して、インサート組立体がタービンロータ軸からインサートへの摩擦熱を熱的に絶縁するように構成されていることが記載されている。しかし、チャンネルの加工が複雑である。またインサート組立体がタービンロータ軸上の周方向に配置されたチャンネルと溶接または固定具で固定されているため、交換が可能なインサート組立体であっても、インサート組立体端部が溶接または固締具で固定されている為、交換作業に手間がかかり、メンテナンス性が悪くなるという問題がある。   In Patent Document 1, an insert assembly is fixed to a circumferentially arranged channel on a turbine rotor shaft by welding or a fastener, and the insert assembly thermally generates frictional heat from the turbine rotor shaft to the insert. It is described that it is configured to be insulated. However, the processing of the channel is complicated. In addition, since the insert assembly is fixed to the circumferentially arranged channel on the turbine rotor shaft by welding or a fixture, the end of the insert assembly can be welded or fixed even if it is a replaceable insert assembly. Since it is fixed with a fastener, there is a problem that the replacement work takes time and the maintainability deteriorates.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、何らかの変位が生じた際に起こるラビリンスシール用フィンと、タービンロータ軸との接触による影響を、より簡便な構造により低減させる軸シール装置およびこれを備えたタービン装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is a shaft that reduces the influence of contact between a labyrinth seal fin and a turbine rotor shaft that occurs when some displacement occurs with a simpler structure. It is an object of the present invention to provide a sealing device and a turbine device including the same.

上記課題を解決するために、本発明の軸シール装置およびこれを備えたタービン装置は以下の手段を採用する。
タービン翼が取り付けられたタービンロータ軸と、該タービンロータ軸を収容するタービンケーシングとの間をシールする軸シール装置であって、前記タービンケーシングに取り付けられるとともに、前記タービンロータ軸の軸線中心方向に向けて突出するラビリンスシール用フィンと、前記タービンロータ軸の拡径部に取り付けられるとともに、前記ラビリンスシール用フィンとともにラビリンスシールを構成し、該ラビリンスシール用フィンと接触した場合に前記タービンロータ軸の軸線中心方向へ変形する保護キャップと、を備え、前記保護キャップは、前記拡径部に対して取り付け及び取り外しが可能とされるとともに、前記タービンロータ軸の外周側に曲率Rを保有する凸形状であり、前記拡径部と前記保護キャップとの間には空間が形成されていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the shaft sealing device of the present invention and the turbine device including the same employ the following means.
A shaft seal device that seals between a turbine rotor shaft to which turbine blades are attached and a turbine casing that accommodates the turbine rotor shaft, the shaft seal device being attached to the turbine casing and in the axial center direction of the turbine rotor shaft a labyrinth seal fin protruding toward, with attached to the enlarged diameter portion of the turbine rotor shaft, said constitutes a labyrinth seal with the labyrinth seal fin, of the turbine rotor shaft when in contact with the labyrinth seal fin comprising a protective cap to deform in the axial center direction, the said protective cap, Rutotomoni is possible to install and remove to the enlarged diameter portion, a convex shape which possesses a curvature R on the outer peripheral side of the turbine rotor shaft Between the enlarged diameter portion and the protective cap. Wherein the but has been formed.

何らかの変位によってラビリンスシール用フィンがタービンロータ軸に接触すると、接触部にて摩擦熱が発生し、タービンロータ軸に熱変形が生じるおそれがある。このようなタービンロータ軸への熱影響を抑制するため、ラビリンスシール用フィンに対して変形可能とされた保護キャップを設ける。この保護キャップにより、ラビリンスシール用フィンに対して保護キャップが接触したとしても、ラビリンスシール用フィンとの強い接触圧の発生を回避することができるとともに、接触部における発熱をタービンロータ軸に直接的に伝達させないようにすることができる。
本発明では、このような保護キャップを、取付け及び取外しができるようにした。これにより、メンテナンスが容易となり、特に蒸気の清浄度が比較的高くない地熱蒸気によって駆動される地熱蒸気タービンの軸シールには好適である。
しかも、保護キャップは、外周側に曲率Rを有する緩やかな凸形状となっているため、拡径部と保護キャップの内部は空間が形成されている。何らかの変位によって、保護キャップとラビリンスシール用フィンが強く接触した場合に、保護キャップの接触部が内部空間側へと押されて、接触による抵抗を軽減し、接触圧力を低下させ、摩擦発熱量を低減する。
When the labyrinth seal fin comes into contact with the turbine rotor shaft due to some displacement, frictional heat is generated at the contact portion, which may cause thermal deformation of the turbine rotor shaft. In order to suppress such a thermal influence on the turbine rotor shaft, a protective cap that is deformable with respect to the labyrinth seal fin is provided. With this protective cap, even if the protective cap comes into contact with the labyrinth seal fin, generation of strong contact pressure with the labyrinth seal fin can be avoided, and heat generated at the contact portion can be directly applied to the turbine rotor shaft. Can be prevented from being transmitted to.
In the present invention, such a protective cap can be attached and detached. This facilitates maintenance, and is particularly suitable for a shaft seal of a geothermal steam turbine driven by geothermal steam whose steam cleanness is not relatively high.
Moreover, since the protective cap has a gently convex shape having a curvature R on the outer peripheral side, a space is formed between the enlarged diameter portion and the protective cap. When the protective cap and the labyrinth seal fin come into strong contact due to some displacement, the contact part of the protective cap is pushed toward the internal space, reducing the resistance due to contact, reducing the contact pressure, and reducing the frictional heating value. To reduce.

さらにタービンロータ軸の前記拡径部は、前記保護キャップの位置決めを行う溝が形成されていることを特徴とする。   Further, the enlarged diameter portion of the turbine rotor shaft is formed with a groove for positioning the protective cap.

タービンロータ軸の拡径部に、保護キャップの位置決めを行う溝を形成することにより、保護キャップの位置決めが容易となり、保護キャップの取付け及び取外しを行うメンテナンス作業が更に容易となる。また、この溝加工は旋盤加工機でタービンロータ軸を回転させながら拡径部の周囲から切削用バイトを押付けることで加工が容易である。   By forming a groove for positioning the protective cap in the enlarged diameter portion of the turbine rotor shaft, positioning of the protective cap is facilitated, and maintenance work for attaching and removing the protective cap is further facilitated. Further, this grooving can be easily performed by pressing a cutting tool from around the enlarged diameter portion while rotating the turbine rotor shaft with a lathe machine.

さらに保護キャップは、前記タービンロータ軸の円周方向に分割された複数の分割体によって構成され、各前記分割体の前記円周方向に沿う円周方向端部における外径側角部は、前記ラビリンスシール用フィンに対して回転時に鈍角をもって対向する形状とされていることを特徴とする。 Further, the protective cap is constituted by a plurality of divided bodies divided in the circumferential direction of the turbine rotor shaft, and the outer diameter side corners at the circumferential ends along the circumferential direction of the divided bodies are The labyrinth sealing fin is shaped to face with an obtuse angle during rotation.

分割体で構成される保護キャップの、円周方向端部における外径側角部が、ラビリンスシール用フィンに対して回転時に鈍角をもって対向する形状となっている。これによってラビリンスシール用フィンが、保護キャップの円周方向端部に接触した際の抵抗を低減する。
保護キャップは、4分割から8分割の分割体とすることが好ましい。
The outer diameter side corner portion at the end portion in the circumferential direction of the protective cap formed of the divided body has a shape facing the labyrinth seal fin with an obtuse angle when rotating. This reduces the resistance when the labyrinth seal fin contacts the circumferential end of the protective cap.
The protective cap is preferably divided into 4 to 8 parts.

さらに保護キャップの前記円周方向端部は、前記タービンロータ軸の軸線方向に対して傾斜する方向に形成されていることを特徴とする。   Further, the circumferential end of the protective cap is formed in a direction inclined with respect to the axial direction of the turbine rotor shaft.

保護キャップの円周方向端部を軸線方向に対して傾斜される方向に形成することによって、保護キャップの端部を直線距離で伸ばして形成する場合と比べて、シール性が向上する。保護キャップのシール性を向上させることにより、作動流体が保護キャップ内に流れるのを防ぐ。   By forming the circumferential end of the protective cap in a direction inclined with respect to the axial direction, the sealing performance is improved as compared with the case where the end of the protective cap is formed by extending a linear distance. By improving the sealing performance of the protective cap, the working fluid is prevented from flowing into the protective cap.

さらに保護キャップは、前記タービンロータ軸の材質よりも、前記タービンケーシング内に流入する作動流体に対して耐食性を有する材料とされていることを特徴とする。   Further, the protective cap is made of a material that is more resistant to corrosion with respect to the working fluid flowing into the turbine casing than the material of the turbine rotor shaft.

保護キャップに、タービンロータ軸の材質よりも作動流体に対して耐食性を有する材料を使用することで、タービンロータ軸のシール部分の腐食によるシール性低下を防止することができる。 By using a material that is more corrosion resistant to the working fluid than the material of the turbine rotor shaft for the protective cap, it is possible to prevent deterioration of the sealing performance due to corrosion of the seal portion of the turbine rotor shaft.

タービン翼と、該タービン翼が取り付けられたタービンロータ軸と、前記タービン翼および前記タービンロータ軸を収容するタービンケーシングと、前記タービンロータ軸と前記タービンケーシングとの間をシールする軸シール装置と、を備えたタービン装置であることを特徴とする。   A turbine blade, a turbine rotor shaft to which the turbine blade is attached, a turbine casing that houses the turbine blade and the turbine rotor shaft, and a shaft seal device that seals between the turbine rotor shaft and the turbine casing; It is a turbine apparatus provided with.

上記の軸シール装置を備えているので、メンテナンス性に優れた軸シール装置を備えたタービン装置を提供することができる。   Since the above shaft seal device is provided, a turbine device including the shaft seal device excellent in maintainability can be provided.

本発明によれば、何らかの変位によって、ラビリンスシール用フィンとタービンロータ軸が接触した際でも、タービンロータ軸への熱影響を低減させることができる。タービンロータ軸の拡径部に、取り付け及び取り外しが可能となった簡便な構造の保護キャップと、ラビリンスシール用フィンが接触する為、タービンロータ軸への摩擦熱の影響を低減させることができる。したがって、タービンロータ軸への熱影響を低減させるとともに、メンテナンスを容易にすることができる。 According to the present invention, even when the labyrinth seal fin and the turbine rotor shaft come into contact with each other due to some displacement, the thermal influence on the turbine rotor shaft can be reduced. Since the protective cap having a simple structure that can be attached and detached and the fin for the labyrinth seal are in contact with the enlarged diameter portion of the turbine rotor shaft, the influence of frictional heat on the turbine rotor shaft can be reduced. Therefore, the thermal influence on the turbine rotor shaft can be reduced and maintenance can be facilitated.

本発明の第1実施形態を示した側面断面図である。It is side surface sectional drawing which showed 1st Embodiment of this invention. 図1に示された保護キャップの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a protective cap shown in FIG. 1. 図1に示された保護キャップの正面図である。FIG. 2 is a front view of the protective cap shown in FIG. 1. 本発明に係る第1実施形態の分割体端部詳細図である。It is a division body edge part detail drawing of 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る幅方向分割体組立時の斜視図である。It is a perspective view at the time of the width direction division body assembly which concerns on this invention. 従来の蒸気タービンを示した側断面図である。It is the sectional side view which showed the conventional steam turbine. 本発明に係る第2実施形態の側面断面図である。It is side surface sectional drawing of 2nd Embodiment which concerns on this invention.

以下に、本発明に係る軸シール装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第1実施形態〕
図1には、本発明の第1実施形態にかかる軸シール装置が示されている。軸シール装置は、タービン翼の翼根が固定されるタービン翼固定部2が取り付けられたタービンロータ軸1(以下、単に「ロータ」という。)と、ロータ1を収容するタービンケーシングとの間をシールする軸シール装置である。この軸シール装置は、タービンケーシングに取り付けられるとともに、ロータ1に向けて突出するラビリンスシール用フィン3と、ロータ1の拡径部4に取り付けられるとともに、ラビリンスシール用フィン3とともにラビリンスシールを構成し、ラビリンスシール用フィン3と接触した場合に変形する保護キャップ6と、を備えている。保護キャップ6は、拡径部4に対して取り付け及び取り外しが可能とされている。
Hereinafter, an embodiment of a shaft seal device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a shaft seal device according to a first embodiment of the present invention. The shaft seal device includes a turbine rotor shaft 1 (hereinafter simply referred to as “rotor shaft ”) to which a turbine blade fixing portion 2 to which a blade root of a turbine blade is fixed is attached, and a turbine casing that houses the rotor shaft 1. It is a shaft seal device that seals the gap. The shaft sealing apparatus, the attached to the turbine casing, a labyrinth seal fins 3 projecting toward the rotor shaft 1, with attached to the enlarged diameter portion 4 of the rotor shaft 1, a labyrinth seal with the labyrinth seal fin 3 And a protective cap 6 that is deformed when it comes into contact with the labyrinth seal fin 3. The protective cap 6 can be attached to and detached from the enlarged diameter portion 4.

図2には、保護キャップ6が示されている。保護キャップ6は、横断面視した場合に略C字形状とされており、その両端部が保護キャップ固定部6bとされている。保護キャップ6は、外周側に曲率Rを有する緩やかな凸形状となっているため、拡径部4と保護キャップ6の内部は空間が形成されている。何らかの変位によって、保護キャップ6とラビリンスシール用フィン3が強く接触した場合に、保護キャップ6の接触部が内部空間側へと押されて、接触による抵抗を軽減し、接触圧力を低下させ、摩擦発熱量を低減する。   FIG. 2 shows the protective cap 6. The protective cap 6 is substantially C-shaped when viewed in cross section, and both end portions thereof are protective cap fixing portions 6b. Since the protective cap 6 has a gently convex shape having a curvature R on the outer peripheral side, a space is formed between the enlarged diameter portion 4 and the protective cap 6. When the protective cap 6 and the labyrinth seal fin 3 come into strong contact due to some displacement, the contact portion of the protective cap 6 is pushed toward the inner space, reducing the resistance due to contact, reducing the contact pressure, and friction. Reduce heat generation.

またラビリンスシール用フィン3が保護キャップ6の幅方向(ロータ1の軸方向)の中央付近に最初に接触する。ラビリンスシール用フィン3を支持する部分に弾性支持部分5を設けても良い、弾性支持部分5によりラビリンスシール用フィン3が、ロータ1の周方向へ弾性的に逃げる変形も行うことで、さらに保護キャップ6とラビリンスシール用フィン3の強い接触による抵抗をさらに軽減し接触圧力を低下させ、摩擦発熱量をさらに低減することができる。 Also, the labyrinth seal fin 3 first comes into contact with the vicinity of the center of the protective cap 6 in the width direction ( axial direction of the rotor shaft 1). An elastic support portion 5 may be provided in a portion that supports the labyrinth seal fin 3 , and the elastic support portion 5 further deforms the labyrinth seal fin 3 so as to elastically escape in the circumferential direction of the rotor shaft 1. Resistance due to strong contact between the protective cap 6 and the labyrinth seal fin 3 can be further reduced, the contact pressure can be lowered, and the amount of heat generated by friction can be further reduced.

保護キャップ6の外周側凸形状は、ロータ1の径の1/2から1倍の曲率Rを保有することで適切な凸形状とすることができる。Rがロータ1の径の1/2以下ではロータ軸1の軸方向のラビリンスシール用フィン3の両端部分の隙間が大きくなり、シール性を低下する。
またRがロータ1の径の1倍以上では、ラビリンスシール用フィン3と接触した場合に保護キャップ6の変形が小さくなり、接触による抵抗を軽減するには不十分となる。
The outer peripheral side convex shape of the protective cap 6 can be made into an appropriate convex shape by possessing a curvature R that is 1/2 to 1 times the diameter of the rotor shaft 1. R is a gap of both end portions of the labyrinth seal fins 3 in the axial direction of the rotor shaft 1 is significant at below half the diameter of the rotor shaft 1, to reduce the sealability.
Further, when R is equal to or larger than the diameter of the rotor shaft 1, the deformation of the protective cap 6 is small when it comes into contact with the labyrinth seal fin 3, which is insufficient to reduce the resistance due to contact.

またロータ1の拡径部4の側面には、保護キャップ固定部6bが挿入される溝7(図1参照)が形成されている。これにより、保護キャップ6の位置決めがロータ1の拡径部4に対して行われる。保護キャップ6は、対向する保護キャップ固定部6bの間隔を押し広げることによって、ロータ1の拡径部4に対する取り付けおよび取り外しを容易に行うことができる。この溝7の加工は旋盤加工機でロータ1を回転させながら拡径部4の周囲から切削用バイトを押付けることで溝加工が容易に行われる位置にある。
また、保護キャップ6は、ロータ1よりも耐食性を有する材料とされており、例えばステンレス系材料が用いられる。
A groove 7 (see FIG. 1) into which the protective cap fixing portion 6b is inserted is formed on the side surface of the enlarged diameter portion 4 of the rotor shaft 1. Thereby, the positioning of the protective cap 6 is performed with respect to the enlarged diameter portion 4 of the rotor shaft 1. The protective cap 6 can be easily attached to and detached from the enlarged diameter portion 4 of the rotor shaft 1 by expanding the distance between the opposing protective cap fixing portions 6b. Machining of the groove 7 is in the position grooving by pressing the cutting byte from the periphery of the enlarged diameter portion 4 while rotating the lathe Delo over motor shaft 1 can be easily performed.
Further, the protective cap 6 is made of a material having corrosion resistance more than that of the rotor shaft 1, and for example, a stainless material is used.

保護キャップ6は、図3に示されているように、ロータ軸1の円周方向に複数分割されている。同図では、一例として6分割とされているが、保護キャップ6の分割数はロータ1の径の大小に応じて、4分割〜8分割の範囲とすることが好適である。 As shown in FIG. 3, the protective cap 6 is divided into a plurality of parts in the circumferential direction of the rotor shaft 1. In the figure, the number of divisions of the protective cap 6 is preferably in the range of 4 to 8 divisions according to the diameter of the rotor shaft 1.

図4には、保護キャップ6の分割体8端部の詳細が示されている。このように、保護キャップ6は、円周方向に分割された複数の分割体8によって構成され、分割体8の円周方向端部6cにおける外径側角部6aは、ラビリンスシール用フィン3に対して回転時に鈍角をもって対向する形状としている。このような外形側角部6aを有する分割体8とすることで、図4に示すように、保護キャップ6の分割体8の間をラビリンスシール用フィン3が接触した状態で乗り越える際に、ラビリンスシール用フィン3が分割体8の間の隙間に引っかかることで損傷することがない。 FIG. 4 shows details of the end portion of the divided body 8 of the protective cap 6. Thus, the protective cap 6 is constituted by a plurality of divided bodies 8 divided in the circumferential direction, and the outer diameter side corners 6a at the circumferential end 6c of the divided body 8 are formed on the labyrinth seal fin 3. On the other hand, it has a shape that opposes with an obtuse angle during rotation. When the divided body 8 having the outer side corner portion 6a is used, the labyrinth when the labyrinth seal fins 3 are brought into contact with each other between the divided bodies 8 of the protective cap 6 as shown in FIG. The sealing fin 3 is not damaged by being caught in the gap between the divided bodies 8.

保護キャップ6の幅方向における分割形状は、図5に示すように、保護キャップ6の円周方向端部6cを軸線方向に対して傾斜する方向とする。このようにすれば、保護キャップ6の軸線方向に沿って分割する場合と比べて、円周方向端部6cの距離が長くなる。このため、この円周方向端部6cを通ってロータ軸方向へ漏れ通過する作動流体の流路が長くなり、通過抵抗が大きくなるのでシール性が向上する。 As shown in FIG. 5, the division | segmentation shape in the width direction of the protective cap 6 makes it the direction which inclines the circumferential direction edge part 6c of the protective cap 6 with respect to an axial direction. Thus, as compared with the case of dividing in the axial direction of the protective cap 6, the distance of the circumferential edge portion 6c may turn long. For this reason , the flow path of the working fluid that leaks and passes through the circumferential end 6c in the axial direction of the rotor shaft 1 becomes longer, and the passage resistance increases, so that the sealing performance is improved.

次に上記構成の軸シール装置の動作について説明する。
軸シール装置は、タービン翼が取り付けられた回転するロータ1と、回転するロータ1を収容するタービンケーシングとの間で作動流体をシールしている。軸シール装置は、タービンケーシングに取り付けられるとともに、ロータ1に向けて突出するラビリンスシール用フィン3と、ロータ1の拡径部4に取り付けられている保護キャップ6によって作動流体をシールしている。ラビリンスシール用フィン3とともにラビリンスシールを構成し、ラビリンスシール用フィン3と強く接触した場合に変形する保護キャップ6を備えている。保護キャップ6は、拡径部4に対して取り付け及び取り外しが可能とされている。
Next, the operation of the shaft seal device having the above configuration will be described.
The shaft seal device seals the working fluid between a rotating rotor shaft 1 to which turbine blades are attached and a turbine casing that houses the rotating rotor shaft 1. Shaft sealing apparatus, the attached to the turbine casing, a labyrinth seal fins 3 projecting toward the rotor shaft 1, to seal the working fluid by a protective cap 6 which is attached to the enlarged diameter portion 4 of the rotor shaft 1 Yes. A labyrinth seal is configured together with the labyrinth seal fin 3, and a protective cap 6 is provided that is deformed when it comes into strong contact with the labyrinth seal fin 3. The protective cap 6 can be attached to and detached from the enlarged diameter portion 4.

本実施形態によれば以下の効果を奏する。
何らかの変位によってラビリンスシール用フィン3がロータ1に強く接触すると、接触部にて摩擦熱が発生し、ロータ1に熱変形が生じるおそれがある。このようなロータ1への熱影響を抑制するため、ラビリンスシール用フィン3に対して変形可能とされた保護キャップ6を設ける。この保護キャップ6により、ラビリンスシール用フィン3に対して保護キャップ6が強く接触したとしても、ラビリンスシール用フィン3の損傷を回避することができるとともに、接触部の摩擦熱を低減させ、さらに接触部における発熱をロータ1に直接的に伝達させないようにすることができる。
According to this embodiment, the following effects are produced.
If the labyrinth sealing fin 3 comes into strong contact with the rotor shaft 1 due to some displacement, frictional heat is generated at the contact portion, and the rotor shaft 1 may be thermally deformed. In order to suppress such a thermal influence on the rotor shaft 1, a protective cap 6 that can be deformed with respect to the labyrinth seal fin 3 is provided. Even if the protective cap 6 is in strong contact with the labyrinth seal fin 3, the protective cap 6 can avoid damage to the labyrinth seal fin 3, reduce frictional heat at the contact portion, and further contact It is possible to prevent the heat generated in the portion from being directly transmitted to the rotor shaft 1.

本発明では、このような保護キャップ6を、取付け及び取外しができるようにしている。これにより、メンテナンスが容易となり、特に蒸気の清浄度が比較的高くない地熱蒸気によって駆動される地熱蒸気タービンの軸シールには好適である。また、ロータ1の拡径部4に保護キャップ6の位置決めを行う溝7を形成していて、メンテナンス作業が容易にできる。また保護キャップ6に、ロータ1の材質よりも作動流体に対して耐食性を有する材料を使用することで、ロータ1のシール部分の腐食によるシール性低下を防止することができる。 In the present invention, such a protective cap 6 can be attached and removed. This facilitates maintenance, and is particularly suitable for a shaft seal of a geothermal steam turbine driven by geothermal steam whose steam cleanness is not relatively high. Further, the groove 7 for positioning the protective cap 6 is formed in the enlarged diameter portion 4 of the rotor shaft 1 so that maintenance work can be facilitated. Further, by using a material that is more resistant to the working fluid than the material of the rotor shaft 1 for the protective cap 6, it is possible to prevent deterioration of the sealing performance due to corrosion of the seal portion of the rotor shaft 1.

また、図5に示したように、保護キャップ6の円周方向端部6cを軸線方向に対して傾斜される方向に形成される。保護キャップ6の端部を直線距離で伸ばして形成する場合と比べて、円周方向端部6cの距離が長くなるため、ロータ軸方向へ漏れ通過する作動流体の通過抵抗が大きくなるので、シール性が向上する。シール性を向上させることにより、作動流体漏出によるタービン性能の低下損失や腐食発生を防ぐことができる。 Further, as shown in FIG. 5, the circumferential end 6c of the protective cap 6 is formed in a direction inclined with respect to the axial direction. Compared with the case where the end portion of the protective cap 6 is formed by extending a linear distance, the distance of the circumferential end portion 6c is increased, so that the passage resistance of the working fluid leaking in the axial direction of the rotor shaft 1 is increased. Therefore, the sealing performance is improved. By improving the sealing performance, it is possible to prevent the loss of turbine performance and the occurrence of corrosion due to leakage of the working fluid.

〔第2実施形態〕
次に、第2実施形態について、図7を用いて説明する。
本実施形態は、第1実施形態に示したロータ1の拡径部4の数量をさらに追加したものとなっている。したがって、第1実施形態と同様の構成には同一の符号を付しその説明を省略する。
図2で示されているように、ロータ1の拡径部4が、タービン翼固定部2側から見て3段で軸方向へ直列に配置されている。タービン翼固定部2側から、前段、中段および後段で構成され、両側の前段および後段の保護キャップ6の周方向半径は、中段の保護キャップ6よりも大きくなって構成される。ラビリンスシール用フィン3は、保護キャップ6の周方向半径に合わせて備えられている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, the number of the enlarged diameter portions 4 of the rotor shaft 1 shown in the first embodiment is further added. Therefore, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
As shown in FIG. 2, the enlarged diameter portion 4 of the rotor shaft 1 is arranged in series in the axial direction in three stages as viewed from the turbine blade fixing portion 2 side. From the turbine blade fixing portion 2 side, the front stage, the middle stage, and the rear stage are configured, and the circumferential cap radii of the front stage and rear stage protective caps 6 on both sides are configured to be larger than those of the middle stage protective cap 6. The labyrinth seal fin 3 is provided in accordance with the circumferential radius of the protective cap 6.

本実施形態によれば、ラビリンスシール用フィン3に対して保護キャップ6が接触した場合に、ラビリンスシール用フィン3の接触圧増加が発生する。接触圧が増加した場合にラビリンスシール用フィン3を支持する弾性支持部分5により、ラビリンスシール部分全体が周方向へ逃げて摩擦を減少させ、発熱を抑制することができる。通常の保護キャップ6よりも、周方向半径が大きい保護キャップ6を前段および後段に設置し、中段は通常の保護キャップ6としている。何らかの変位が生じて傾いた場合に、周方向半径の大きい前段もしくは後段の保護キャップ6の変位が、小径とされた中段の保護キャップ6よりも大きいので、周方向半径の大きい前段もしくは後段の保護キャップ6に対して、ラビリンスシール用フィン3が最初に接触する。この接触により、ラビリンスシール部分を支持する弾性支持部分5が、傾いてもう一方側の保護キャップ6、すなわち前段のラビリンスシール用フィン3が最初に接触した場合には、後段の保護キャップ6が次に接触し、傾きを戻すことで、ラビリンスシール部分と各保護キャップ6との隙間が均一に保たれようとする。こうしてラビリンスシール部分が保護キャップ6との隙間バランスを維持しながら、偏圧を受けて塑性変形しない構成となっている。これらの構成からラビリンスシール用フィン3の損傷を防ぎ、さらに軸シール装置のシール性を安定させることができる。 According to the present embodiment , when the protective cap 6 comes into contact with the labyrinth seal fin 3, an increase in the contact pressure of the labyrinth seal fin 3 occurs. When the contact pressure increases, the elastic support portion 5 that supports the labyrinth seal fin 3 allows the entire labyrinth seal portion to escape in the circumferential direction to reduce friction and suppress heat generation. A protective cap 6 having a larger circumferential radius than the normal protective cap 6 is installed in the front and rear stages, and the normal protective cap 6 is used in the middle stage. When the displacement is caused by some displacement, the displacement of the protective cap 6 at the front stage or the rear stage having a large circumferential radius is larger than the protection cap 6 at the middle stage having a small diameter. The labyrinth sealing fin 3 comes into contact with the cap 6 first. Due to this contact, the elastic support portion 5 that supports the labyrinth seal portion is tilted, and when the other side protective cap 6, that is, the front-stage labyrinth seal fin 3 contacts first, The gap between the labyrinth seal portion and each protective cap 6 tends to be kept uniform by returning to the inclination. In this way, the labyrinth seal portion is configured not to be plastically deformed by receiving a bias pressure while maintaining a gap balance with the protective cap 6. From these configurations, damage to the labyrinth seal fin 3 can be prevented, and the sealability of the shaft seal device can be stabilized.

1 タービンロータ軸
2 タービン翼
3 ラビリンスシール用フィン
4 拡径部
5 弾性支持部分
6 保護キャップ
6a 保護キャップ端部
6b 保護キャップ固定部
6c 円周方向端部
7 溝
8 分割体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbine rotor shaft 2 Turbine blade 3 Labyrinth seal fin 4 Expanded diameter part 5 Elastic support part 6 Protective cap 6a Protective cap end part 6b Protective cap fixing part 6c Circumferential end part 7 Groove 8 Divided body

Claims (6)

タービン翼が取り付けられたタービンロータ軸と、該タービンロータ軸を収容するタービンケーシングとの間をシールする軸シール装置であって、
前記タービンケーシングに取り付けられるとともに、前記タービンロータ軸の軸線中心方向に向けて突出するラビリンスシール用フィンと、
前記タービンロータ軸の拡径部に取り付けられるとともに、前記ラビリンスシール用フィンとともにラビリンスシールを構成し、該ラビリンスシール用フィンと接触した場合に前記タービンロータ軸の軸線中心方向へ変形する保護キャップと、
を備え、
前記保護キャップは、前記拡径部に対して取り付け及び取り外しが可能とされるとともに、前記タービンロータ軸の外周側に曲率Rを保有する凸形状であり、前記拡径部と前記保護キャップとの間には空間が形成されていることを特徴とする軸シール装置。
A shaft seal device that seals between a turbine rotor shaft to which turbine blades are attached and a turbine casing that houses the turbine rotor shaft,
A labyrinth seal fin that is attached to the turbine casing and protrudes toward the axial center of the turbine rotor shaft;
A protective cap that is attached to the enlarged diameter portion of the turbine rotor shaft, constitutes a labyrinth seal together with the labyrinth seal fin, and deforms in the axial center direction of the turbine rotor shaft when in contact with the labyrinth seal fin;
With
It said protective cap is Rutotomoni is possible to install and remove to the enlarged diameter portion, a convex shape to hold curvature R on the outer peripheral side of the turbine rotor shaft, and the protective cap and the enlarged diameter portion A shaft sealing device characterized in that a space is formed between them .
前記タービンロータ軸の前記拡径部は、前記保護キャップの位置決めを行う溝が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の軸シール装置。   The shaft seal device according to claim 1, wherein a groove for positioning the protective cap is formed in the enlarged diameter portion of the turbine rotor shaft. 前記保護キャップは、前記タービンロータ軸の円周方向に分割された複数の分割体によって構成され、
各前記分割体の前記円周方向に沿う円周方向端部における外径側角部は、前記ラビリンスシール用フィンに対して回転時に鈍角をもって対向する形状とされていることを特徴とする請求項1または2に記載の軸シール装置。
The protective cap is constituted by a plurality of divided bodies divided in the circumferential direction of the turbine rotor shaft,
The outer-diameter side corner at the circumferential end along the circumferential direction of each of the divided bodies is shaped to face the labyrinth seal fin with an obtuse angle during rotation. The shaft seal device according to 1 or 2 .
前記保護キャップの前記円周方向端部は、前記タービンロータ軸の軸線方向に対して傾斜する方向に形成されていることを特徴とする請求項に記載の軸シール装置。 The shaft seal device according to claim 3 , wherein the circumferential end of the protective cap is formed in a direction inclined with respect to an axial direction of the turbine rotor shaft. 前記保護キャップは、前記タービンロータ軸の材質よりも、前記タービンケーシング内に流入する作動流体に対して耐食性を有する材料とされていることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の軸シール装置。 The protective cap, than the material of the turbine rotor shaft, according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is a material having corrosion resistance against the working fluid flowing into the turbine casing Shaft seal device. タービン翼と、
該タービン翼が取り付けられたタービンロータ軸と、
前記タービン翼および前記タービンロータ軸を収容するタービンケーシングと、
前記タービンロータ軸と前記タービンケーシングとの間をシールする軸シール装置と、
を備えたタービン装置であって、
前記軸シール装置は、請求項1からのいずれかに記載された軸シール装置とされていることを特徴とするタービン装置。
Turbine blades,
A turbine rotor shaft to which the turbine blades are attached;
A turbine casing that houses the turbine blades and the turbine rotor shaft;
A shaft sealing device that seals between the turbine rotor shaft and the turbine casing;
A turbine device comprising:
The shaft sealing device, a turbine device, characterized in that there is a shaft seal device according to any one of claims 1 to 5.
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