(57)【要約】【課題】動翼の先端に取り付けているフィンに対する被削性と、流れ蒸気に対する耐エロージョン性を兼備する蒸気タービンシール装置を提供する【解決手段】隙間を設けて配置された回転部５と静止部４のうち、いずれか一方のその本体に複数のシールフィン２を備えて、前記隙間からの蒸気の漏出を封止する蒸気タービンシール装置において、このシールフィン２を金属製のシールフィンとしたことを特徴とする。【選択図】図１
2017008730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隙間を設けて配置された回転部と静止部のうち、いずれか一方にその本体に複数のシール
フィンを備えて、前記隙間からの蒸気の漏出を封止する蒸気タービンシール装置において
、
このシールフィンを金属製のシールフィンとしたことを特徴とする蒸気タービンシール装
置。
【請求項２】
前記複数のシールフィンの各々の間には、このシールフィンよりも被削性が良い充填物
を用いた充填部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の蒸気タービンシール装
置。
【請求項３】
前記シールフィンおよび前記本体は、炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、Ni基合金鋼、
Co基合金鋼、銅または銅合金、アルミまたはアルミ合金のいずれかによって構成されるこ
とを特徴とする請求項１または２記載の蒸気タービンシール装置。
【請求項４】
前記シールフィンおよび前記本体の表面は、拡散処理またはコーティング処理が行われ、
表面硬さは１５００Ｈｖ以上を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか
１項記載の蒸気タービンシール装置。
【請求項５】
前記充填部は、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙまたはそれらの合金粉末を溶射して形成され
ることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項記載の蒸気タービンシール装置
。
【請求項６】
前記シールフィンはプレート型を有し、断面は三角形または四角形で先端が尖状に形成さ
れていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項記載の蒸気タービンシー
ル装置。
【請求項７】
前記シールフィンは、その肉厚を１００μｍ〜２ｍｍとしたことを特徴とする請求項１か
ら請求項６のいずれか１項記載の蒸気タービンシール装置。
【請求項８】
前記シールフィンは、その高さを１００μｍ〜１０ｍｍとすることを特徴とする請求項１
から請求項７のいずれか１項記載の蒸気タービンシール装置。
【請求項９】
前記シールフィンは、その隣接するシールフィンとの間隔を０．５ｍｍ〜５０ｍｍとする
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項記載の蒸気タービンシール装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９記載の蒸気タービンシール装置は、蒸気タービンの高圧部、中圧
部および低圧部の静翼の外輪シールおよび内輪シールのいずれかに適用することを特徴と
する蒸気タービン。
【請求項１１】
請求項１から請求項９記載の蒸気タービンシール装置は、蒸気タービンの高圧部、中圧
部および低圧部の動翼の外輪シールおよび内輪シールのいずれかに適用することを特徴と
する蒸気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、蒸気タービンの回転部と静止部との隙間に設けられ、蒸気の漏れを
抑制するための蒸気タービンシール装置およびそのシール装置を適用する蒸気タービンに
関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン内部で発生する損失の約２０％は、回転部である動翼先端部からの蒸気漏
洩による損失である。
【０００３】
従来の技術では、Ｎｉ基合金、Ｃｏ基合金またはＭＣｒＡｌＹ合金系の粉末を用いて溶
射を行い、蒸気タービンの静止部にコーティングしてシールを形成させることが検討され
ている。
【０００４】
また、Ｎｉ、ＣｒおよびＡｌに粘土を混合してプレス加工、焼結、ろう付け又は溶射に
より蒸気タービンの静止部にシールを形成させることも検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１２２２７号公報
【特許文献２】特開２００３−６５０７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながらＮｉ基合金、Ｃｏ基合金またはＭＣｒＡｌＹ合金系の粉末を用いて溶射を
行い、蒸気タービンの静止部にコーティングしてシールを形成させる方法において、コー
ティング自身は多孔質の材質であり、動翼の先端に取り付けられているフィンに対する被
削性は有しているが、蒸気タービンの回転部と静止部との隙間に流れて来る蒸気に対する
耐エロージョン性は劣っている。そのため、シールは流れ蒸気によるエロージョン現象が
生じ、短期間で消失する場合が考えられている。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、動翼または静翼の先端に取り付けているフィンに対
する被削性と、流れ蒸気に対する耐エロージョン性を兼備する蒸気タービンシール装置お
よび蒸気タービンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態に係る蒸気タービンシール装置は、隙間を設けて配置された回転部と静止部
のうち、いずれか一方にその本体に複数のシールフィンを備えて、前記隙間からの蒸気の
漏出を封止する蒸気タービンシール装置において、このシールフィンを金属製のシールフ
ィンとしたことを特徴とする。
【０００９】
また、本実施形態に係る蒸気タービンは、その蒸気タービンの高圧部、中圧部および低圧
部の静翼または動翼の外輪シールおよび内輪シールのいずれかに上記蒸気タービンシール
装置を適用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施形態に係る蒸気タービンシール装置および蒸気タービンによれば、動翼の
先端に取り付けているフィンに対する被削性と、流れ蒸気に対する耐エロージョン性を兼
備させて、蒸気漏れによる性能低下を抑制することができ、かつ使用寿命を向上させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態を示す蒸気タービンシール装置の要部拡大断面図。
【図２】図１に示した蒸気タービンシール装置を蒸気タービン静止部に取り付けた実施形態を示す要部拡大断面図。
【図３】図１に示した蒸気タービンシール装置を蒸気タービン静止部に取り付けた状態で蒸気タービン回転部のフィンとの位置関係の概略を示す説明図。
【図４】蒸気タービンシール装置のフィンの形状を示す図であり、（ａ）はシールフィンの断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大断面図。
【図５】蒸気タービンシール装置のフィンの肉厚の寸法を示す図であり、（ａ）はシールフィンの断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大断面図。
【図６】蒸気タービンシール装置のフィンの高さの寸法を示す図であり、（ａ）はシールフィンの断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ部拡大断面図。
【図７】蒸気タービンシール装置のフィンとフィンとの距離の寸法を示す図であり、（ａ）はシールフィンの断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ部拡大断面図。
【図８】（ａ）は蒸気タービンの要部概略構成を示す概略断面図、（ｂ）は（ａ）に示す低圧部の要部Ｅを拡大して示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態を示す蒸気タービンシール装置の要部拡大断面図である。
【００１４】
図１において、蒸気タービンシール装置１は金属製のシールフィン２を有している。この
金属製のシールフィン２は、その材質として蒸気タービンシール装置１本体を含め炭素鋼
、低合金鋼、ステンレス鋼、高クロム（Ｃｒ）鋼、ニッケル（Ｎｉ）基合金鋼、コバルト
（Ｃｏ）基合金鋼、チタン（Ｔｉ）またはチタン合金、銅（Ｃｕ）または銅合金、アルミ
（Ａｌ）またはアルミ合金のいずれかによって構成されている。
【００１５】
この蒸気タービンシール装置１は、シールフィン」および本体を含めて一定の密度を持つ
金属単体または合金によって構成されるため、流れ蒸気に対する一定の耐エロージョン性
を有している。
【００１６】
蒸気タービンシール装置１において、流れ蒸気に対する耐エロージョン性を向上させるた
め、蒸気タービンシール装置１の表面は、拡散処理またはコーティング処理により、表面
硬さが１５００Ｈｖ以上を有し、耐エロージョン性と耐高温酸化性を兼備している。
【００１７】
表面硬さが１５００Ｈｖにする理由において、従来の蒸気タービン内部のエロージョン対
策として表面処理や肉盛溶接により対象物の表面硬さを約５００Ｈｖ〜１５００Ｈｖにす
る実績があることである。
【００１８】
本実施形態における蒸気タービンシール装置１の表面拡散処理は窒化処理、ホウ化処理な
どの技術を用いて行う。また、本実施形態における蒸気タービンシール装置１の表面コー
ティング処理はＰＶＤ（物理蒸着法）またはＣＶＤ（化学蒸着法）コーティング技術を用
いてＴｉＮ、ＴｉＡｌＮなどのコーティングを行う。
【００１９】
一方、蒸気タービンシール装置１のシールフィン２とシールフィン２との間には、このシ
ールフィン２よりも被削性が良い充填物３を用いた充填部３が形成されている。この充填
部３は、例えば、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｙまたはそれらの合金粉末を用いて溶射する
ことによって形成することが可能である。
【００２０】
図２は、蒸気タービンシール装置１を用いて、蒸気タービン静止部４に取り付けた実施形
態を示す要部拡大断面図である。
【００２１】
蒸気タービンシール装置１は、蒸気タービン静止部４に溶接、接着または機械的に取り付
けられている。
【００２２】
図３は、蒸気タービン静止部４に取り付けた蒸気タービンシール装置１と蒸気タービン回
転部５のフィン６との位置関係の概略を示す。蒸気タービン静止部４に蒸気タービンシー
ル装置１を取り付けることにより、蒸気の漏れを最小限に抑制することができる。
【００２３】
なお、蒸気タービンシール装置１を蒸気タービン回転部５に配置し、蒸気タービン静止部
４にフィン６を設置しても同様の効果を得ることができる。
【００２４】
以上説明したとおり、本実施形態では、蒸気タービンの回転部５の先端に取り付けてい
るフィン６に対する被削性と、蒸気に対する耐エロージョン性を兼備する蒸気タービンシ
ール装置１を、蒸気タービンの静止部４に適用することによって、蒸気の漏れを最小限に
抑制することと同時に、万が一回転部５の先端に取り付けているフィン６が、蒸気タービ
ンシール装置１に接触しても、フィン６の損傷は最小限に抑えられる。
【００２５】
また、流れ蒸気が蒸気タービンシール装置１に当たっても、表面が硬く処理されて１５０
０Ｈｖ以上の表面硬度を持つフィン２は耐エロージョン性に優れているため、充填物３を
保護することもできる。
【００２６】
また、シールフィン２とシールフィン２の間に充填物３が充填されることにより、シール
フィン２は流れ蒸気の圧力によって押倒されることが抑制される。
【００２７】
本実施形態によれば、蒸気タービンシール装置１は、充填物３が多孔質のものであり、蒸
気タービンの回転部５の先端に取り付けているフィン６に対する被削性があるため、万が
一、フィン６が蒸気タービンシール装置１に接触しても、フィン６の損傷は最小限に抑え
られ、フィン６の使用期間を長くすることができる。
【００２８】
一方、蒸気タービンシール装置１は流れ蒸気に対する耐エロージョン性を有するため、蒸
気エロージョンによる減肉は最小限に抑えられ、蒸気タービンシール装置１の使用期間を
長くすることができる。フィン６と蒸気タービンシール装置１の使用状態が良好であれば
、蒸気タービンの蒸気漏れによる性能低下を抑制することができる。
【００２９】
（第２実施形態）
図４は、本発明の他の実施形態である蒸気タービンシール装置１のフィン２の形状を示
す断面図であり（ａ）はシールフィンの断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大断面図である
。
【００３０】
図４に示すように、シールフィン２はプレート型を有し、断面は三角形または四角形で、
先端を尖状に形成されている。蒸気タービンの回転部５のフィン６と接触することを考慮
してシールフィン２の先端を尖状に形成したことにより、フィン６と接触する際に折れや
すく、または破砕しやすくしたことを特徴とする。
【００３１】
図５は、本発明の他の実施形態である蒸気タービンシール装置１のシールフィン２の肉厚
の寸法を示す図であり、（ａ）はシールフィンの断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大断面
図である。
【００３２】
蒸気タービンシール装置１のシールフィン２の肉厚は、蒸気タービンの回転部５のフィン
６と接触することを考慮して２ｍｍを超えるのは避け、なるべく薄くすることが望ましい
が、１００μｍ未満であると横から蒸気が流れてくるため、耐エロージョン性の寿命を考
慮すると、シールフィン２の肉厚は１００μｍ〜２ｍｍを有することが必要である。そこ
で、蒸気タービンシール装置１のシールフィン２の材質（強度、靱性、延性、硬度、組成
）にもよるが、シールフィン２の適切な肉厚は１００μｍが望ましい。
【００３３】
図６は、本発明の他の実施形態である蒸気タービンシール装置１のフィン２の高さの寸法
を示す図であり、（ａ）はシールフィンの断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ部拡大断面図であ
る。
【００３４】
図６に示すように、フィン２の高さは、蒸気タービンの回転部５のフィン６との距離およ
び接触による摩耗を考慮して１００μｍ〜１０ｍｍに有することが特徴とする。
【００３５】
通常、蒸気タービンの静止部４と回転部５との間の距離は約１００μｍから５ｍｍ前後に
あることから、フィン２の高さは、蒸気タービンの回転部５のフィン６との距離を考慮し
て１００μｍ〜１０ｍｍに設定される。さらに、この蒸気タービンシール装置１のフィン
２の高さは、上述の蒸気タービンの回転部５のフィン６との距離および接触による摩耗も
考慮して１ｍｍ〜５ｍｍにすることがより望ましい。
【００３６】
図７は、本発明の他の実施形態である蒸気タービンシール装置１のフィン２とフィン２と
の距離の寸法を示す図であり、（ａ）はシールフィンの断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ部拡
大断面図である。
【００３７】
図７に示すように、フィン２とフィン２との距離は、充填物３の容量、流れ蒸気に対する
フィン２の耐エロージョン性効果、蒸気タービンの回転部５のフィン６との接触によるフ
ィン２自身の摩耗量と、フィン６に対する損傷、蒸気タービンの静止部４の幅寸法、蒸気
タービンシール装置１の耐久性を考慮して、０．５ｍｍ〜５０ｍｍにすることが望ましい
。
【００３８】
図８（ａ）は、本発明に係る一実施形態である蒸気タービン２０の要部概略構成を示す概
略断面図である。
【００３９】
蒸気タービン２０は、図８（ａ）に示すように、火力発電所用として蒸気タービン２０
の高圧部２１と、中圧部２２と低圧部２３とを具備し、一方、図示してはいないが、原子
力発電所用として高圧部２１と、低圧部２３とを具備し、地熱発電所用として低圧部２３
を具備している。
【００４０】
蒸気タービン２０の低圧部２３は、図８（ａ）のＥ部を拡大して示す図８（ｂ）に示す
ように、蒸気タービン回転部５の動翼２４およびタービンロータ２５、蒸気タービン静止
部４の静翼２６、ケーシング２７、静翼２６の外輪シール２８、および静翼２６の内輪シ
ール２９から構成されている。なお、図中に矢印で示すように、蒸気は、同図の左側から
右側に向けて流れる構成となっている。
【００４１】
図８（ｂ）に示すように、回転部５の動翼２４の先端、およびタービンロータ２５の胴体
にフィン６が設置されている。
【００４２】
図８（ｂ）に示すように、本発明に係る一実施形態である蒸気タービンシール装置１の適
用位置は、蒸気タービン２０の静翼２６の外輪シール２８、および静翼２６の内輪シール
２９としている。
【００４３】
上述金属製の蒸気タービンシール装置１は、蒸気タービン２０に適用する部位によって、
金属の材質を変えることも可能である。高圧部２１、中圧部２２に適用する蒸気タービン
シール装置１は、耐エロージョン性は勿論、耐高温酸化性も要求されるため、低合金鋼、
ステンレス鋼、高クロム（Ｃｒ）鋼、ニッケル（Ｎｉ）基合金鋼、コバルト（Ｃｏ）基合
金鋼、チタン（Ｔｉ）またはチタン合金のいずれの使用が望ましい。一方、低圧部２３に
適用する蒸気タービンシール装置１は、耐エロージョン性は勿論、耐食性が要求されるた
め、炭素鋼、銅（Ｃｕ）または銅合金、アルミ（Ａｌ）またはアルミ合金のいずれの使用
が望ましい。
【００４４】
以上説明したとおり、本実施形態によれば、蒸気タービンシール装置１のフィン２の形
状、肉厚、高さ、フィン間隔を適正化することにより、フィン2自身の蒸気によるエロー
ジョンの摩耗量とフィン６に与える損傷量を抑制することができる。
【００４５】
また、このようなフィン構造を持つ蒸気タービンシール装置１は蒸気タービン２０の回
転部５の動翼２４の先端である外輪シール、およびタービンロータ２５の胴体である内輪
シールに適用することができる。
【００４６】
本実施形態は、火力蒸気タービンだけでなく、原子力蒸気タービン、地熱蒸気タービンに
も適用できる。
【００４７】
本発明によれば、上記実施形態のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨
を逸脱しない範囲で構成要素を変形してもよい。また、上記実施形態に開示されている複
数の構成要素を適宜組み合わせることにより、種々の発明を構成できる。
【符号の説明】
【００４８】
１…蒸気タービンシール装置
２…シールフィン
３…充填部
４…蒸気タービン静止部
５…蒸気タービン回転部
６…フィン
２０…蒸気タービン
２１…高圧部
２２…中圧部
２３…低圧部
２４…動翼
２５…タービンロータ
２６…静翼
２７…ケーシング
２８…外輪シール
２９…内輪シール
【図１】
2017008730.tif 000003
【図２】
2017008730.tif 000004
【図３】
2017008730.tif 000005
【図４】
2017008730.tif 000006
【図５】
2017008730.tif 000007
【図６】
2017008730.tif 000008
【図７】
2017008730.tif 000009
【図８】
2017008730.tif 000010