(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内部に、ロータの外周に近接して設けられたシール部材を介して連通され、蒸気等の第１のシール流体が導入される第１流体入口空間を設けてなる回転機械において、
前記第１流体入口空間と大気との間に第２のシール流体が導入される第２流体入口空間を設けるとともに、
前記ロータの外周に半径方向に伸びて出口端が入口端よりも外周側に位置される流体通路が設けられたディスクを設け、
該ディスクの前記流体通路の入口端を前記第２流体入口空間に連通するとともに前記流体通路の出口端を前記ディスクの外側の車室に形成された空間に連通し、
前記ディスクの回転によるポンプ作用で前記第２のシール流体を昇圧して前記ディスクの外側の車室に形成された空間において大気圧以上の静圧を生ぜしめ、該静圧と大気圧との差圧によって排出管を介して大気に排出し、
前記第２のシール流体の入口側と出口側との間をシールするシール部材を設けてなることを特徴とする回転機械のシール装置。
【請求項２】
前記ディスクが前記ロータと別体に構成されて該ロータの外周に焼ばめ等の固挿手段により固定されてなる請求項１記載の回転機械のシール装置。
【請求項３】
前記ディスクが前記ロータの外周に一体に設けられてなる請求項１記載の回転機械のシール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸気タービン等の回転機械における回転軸のシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は蒸気タービンにおける軸端部のシール装置の従来技術の１例を示す。
図３において、１は蒸気タービンの車室、２は回転駆動されるロータ（回転軸）、３及び１１は前記車室１に固定されたパッキンケースである。６、７は前記パッキンケース３の内周に取付けられた環状のパッキン環、１０は前記パッキンケース１１の内周に取付けられた環状のパッキン環である。該パッキン環６、７、１０はその内周に軸方向に沿って複数設けられた複ラビリンスフィン（詳細図示は省略）を前記ロータ２の外周に近接させて設置されている。
【０００３】
４はシール蒸気管で、前記パッキン環６と７との間に形成されるシール蒸気入口空間３３に接続され、該空間３３内にシール用の蒸気を供給している。３１は前記パッキン環７と１０との間に形成される空間で、排出管３４及びコンデンサ入口管３５を介して後述するグランドコンデンサ５に接続されている。５は外気の車室内部３２への侵入を阻止するためのグランドコンデンサで、入口側を前記のように空間３１に接続され、出口側を出口管３６を介してエゼクタ８に接続されている。３７は該エゼクタ８の作動空気導入管、３８はエゼクタ排出管である。
【０００４】
かかるシール装置を備えた蒸気タービンの運転時において、車室内部３２の圧力をＰi、パッキン環７と１０との間の空間、つまり出口側の空間３１内の圧力をＰ2とすると、パッキン環６と７との間の空間、つまりシール蒸気入口空間３３にはシール蒸気管４を通って前記車室内部３２の圧力Ｐi及び出口側の空間３１の圧力Ｐ2よりも高い圧力Ｐ1なるシール蒸気が供給されている。
このシール蒸気は、パッキン環６の内周隙間を通って車室内部３２に微量漏洩することにより、車室内部３２側をシールしている。
【０００５】
又、前記グランドコンデンサ５に管３５及び３４を介して接続されている前記出口側の空間３１の圧力Ｐ2は、該グランドコンデンサ５に接続されているエゼクタ８に吸引されて負圧に保持されている。
従って、前記空間３１内にある蒸気及び空気は、シール蒸気管４からシール蒸気入口空間３３に導入されたシール蒸気とともに、排出管３４及び入口管３５からグランドコンデンサ５に排出され、大気のタービン内部への侵入が阻止される。
【０００６】
また、前記グランドコンデンサ５内に混入した空気は、前記エゼクタ８の吸引作用により出口管３６及び該エゼクタ８を経てエゼクタ排出管３８から大気中へ放出される。更に、蒸気入口側軸端部についても、前記シール蒸気管４及びグランドコンデンサ５に接続された配管９により該軸端部のシールをなしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示す従来技術にあっては、出口側の空間３１の圧力を調整してシール蒸気及び空気を排出するためのグランドコンデンサ５を必要とする。
このため、かかる従来技術においては、該グランドコンデンサ５本体及びこれに付属するグランドコンデンサ冷却水用設備を必要とし、装置の構造が複雑となり、高コストとなるとともに、該グランドコンデンサ５及びその付属設備の設置スペースを必要とし、プラントのスペースが拡大されるという問題点を抱えている。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、軸端シール機能を充分に保持しつつ、グランドコンデンサ及びその付属設備を不要として、装置が簡単化されるとともに、設備コストが低減され、さらにプラントスペースの有効利用をなし得る回転機械の軸端シール装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、第１発明として車室内部に、ロータの外周に近接して設けられたシール部材を介して連通され、蒸気等の第１のシール流体が導入される第１流体入口空間を設けてなる回転機械において、前記第１流体入口空間と大気との間に第２のシール流体が導入される第２流体入口空間を設けるとともに、前記ロータの外周に半径方向に伸びて出口端が入口端よりも外周側に位置される流体通路が設けられたディスクを設け、該ディスクの前記流体通路の入口端を前記第２流体入口空間に連通するとともに前記流体通路の出口端を前記ディスクの外側の車室に形成された空間に連通し、前記ディスクの回転によるポンプ作用で前記第２のシール流体を昇圧して前記ディスクの外側の車室に形成された空間において大気圧以上の静圧を生ぜしめ、該静圧と大気圧との差圧によって排出管を介して大気に排出し、前記第２のシール流体の入口側と出口側との間をシールするシール部材を設けてなることを特徴とする回転機械のシール装置。
【００１０】
第２発明は、前記第１発明において、前記ディスクが、前記ロータと別体に構成されて該ロータの外周に焼ばめ等の固挿手段により固定されてなる。
【００１１】
第３発明は前記第１発明において、前記ディスクが前記ロータの外周に一体に設けられてなる。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
かかる発明によれば、シール用の流体入口空間と大気との間に形成された第２流体入口空間に第２のシール流体を導入し、該第２のシール流体をディスクに設けた半径方向の流体通路内を内周側から外周側へと流すことにより、ロータの回転に伴なう遠心力によるポンピング作用で全圧を上昇させた後、外周側の空間で動圧を回復させて大気圧以上の静圧を生ぜしめ、該静圧と大気圧との差によって前記第２シール流体を大気へ排出するとともに、前記第２シール流体の入口側と出口側とをシール部材にてシールするので、従来技術のようなグランドコンデンサを装備することなく、軸端部のシールを確実になすことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１６】
図１は本発明の実施形態に係る蒸気タービンの軸端部シール装置の要部断面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視図である。
図１〜図２において、１は蒸気タービンの車室、２は回転駆動されるロータ（回転軸）、３及び１１は前記車室１に固定されたパッキンケースである。６、７は前記パッキンケース３の内周に取付けられた環状のパッキン環、１０は前記パッキンケース１１の内周に取付けられた環状のパッキン環である。該パッキン環６、７、１０はその内周に軸方向に沿って複数設けられた複ラビリンスフィン（詳細図示は省略）を前記ロータ２の外周に近接させて設置されている。
【００１７】
４はシール蒸気管で、前記パッキン環６と７との間に形成されるシール蒸気入口空間３３に接続され、該空間３３内にシール用の蒸気を供給している。
２２は前記ロータ２の外周に焼ばめ等により固挿された環状のディスク、２３は該ディスク２２とロータ２との廻り止めをするための回り止めねじである。前記ディスク２２は前記内側のパッキン環７と軸端側のパッキン環１０との間の空間内に設けられ、中央部に半径方向に貫通された蒸気通路穴２６が穿設されている（図２参照）。
【００１８】
２５は前記ロータ２の、前記ディスク２２の嵌合面に沿って刻設された蒸気通路溝で、両端開口部が後述するディスク２２の内側及び外側の空間４１及び４３に連通されるとともに、中央部が前記ディスク２２の蒸気通路穴２６に連通されている。
【００１９】
１６及び１７は前記ディスク２２の外側に該ディスク２２の蒸気通路穴２６の開口端をはさんで設置されたパッキン環である。該パッキン環１６及び１７は、前記パッキン環６、７、１０と同様なラビリンスフィンを有するパッキン環である。該パッキン環１６はパッキンケース１５を介して車室１に固定支持され、またパッキン環１７は前記パッキン環１０とともにパッキンケース１１に固定支持されている。
【００２０】
そして、前記パッキン環１６及び１７に囲まれた空間３４は前記ディスク２２の蒸気通路穴２６の外周端が開口する出口側の空間となっている。また該パッキン環１６と前記パッキン環７との間には内側の空間４１即ち第２流体入口空間が形成されるとともに、パッキン環１０との間には外側の空間４３が形成される。８は前記従来技術と同様のエゼクタ、３７は該エゼクタ８の空気導入管、３８はエゼクタ排出管であり、該エゼクタ８はロータ２が回転しないときに軸端部をシールするために用いる。
【００２１】
１９は前記第２流体入口空間４１に接続される蒸気及び空気即ち第２の流体の流体ラインとなる配管である。２８は該配管１９から分岐されて前記エゼクタ８の入口に接続される配管である。１４は前記空間３４と大気とを接続する排出管で、前記空間３４にある、前記蒸気通路溝２５及び蒸気通路穴２６を通ってきた排気側シール部の蒸気及び空気、並びに配管１９からの蒸気及び空気を大気中に排出する。
【００２２】
かかる構成からなる軸端シール装置において、シール蒸気入口空間（第１流体入口空間）３３には、シール蒸気管４を通って車室内部３２の圧力Ｐi及び空間４１の圧力Ｐ1'よりも高い圧力のシール蒸気（第１流体）が供給されている。このシール蒸気は、パッキン環６の内周隙間を通って、車室内部３２に微量漏洩することにより、車室内部３２側をシールしている。
【００２３】
配管１９には蒸気入口側軸端からの蒸気及び空気（第２流体）が導かれており、この蒸気及び空気は第２流体入口空間４１内に供給され、前記蒸気通路溝２５及び蒸気通路穴２６を通って空間３４に流入する。
【００２４】
かかる蒸気及び空気の流動時において、直径Ｄ1の位置にある蒸気通路溝２５及び蒸気通路穴２６の内周開口端の静圧Ｐ1'は、ロータ２及びこれに固定されたディスク２２の回転によってポンピング効果を受け、前記蒸気及び空気は、直径Ｄ2にある前記蒸気通路穴２６の外周出口端、即ち前記空間３４への開口端に移動する間に全圧が上昇する。
【００２５】
そして、蒸気通路穴２６の空間３４への出口端において、静圧Ｐ2'となった蒸気及び空気は、空間３４において、前記全圧の上昇に伴なう動圧の圧力回復により静圧がＰBに上昇する。そしてこの静圧ＰBの蒸気及び空気を排出管１４を介して大気中に放出するため、下記式（１）のように圧力設定を行なう。
【００２６】
ＰB−ＰC＝ＰE−ΔρｇΔＨ      ……（１）
ここでＰC＝大気圧
ＰE＝排出管１４等の配管の圧力損失
Δρ＝（空間３４の蒸気及び空気の密度）−（排出管１４出口部の大気の密度）
ΔＨ＝（排出管１４の出口高さ）−（空間３４の上端部高さ）
である。
【００２７】
従って、前記蒸気通路溝２５及び蒸気通路穴２６の形状及び大きさを前記ポンピング効果による所要圧力（静圧）ＰBが得られるように設定するとともに、前記式（１）を満足するように空間３４及び排出管１４の寸法あるいは要目を設定すれば、蒸気入口側軸端から空間４１に入った蒸気及び空気は蒸気通路溝２５及び蒸気通路穴２６を通って空間３４に入り、該空間３４から排出管１４を通って大気中に円滑に放出される。
【００２８】
また、空間４１及びこれと蒸気通路溝２５を介して連通される空間４３と出口側の空間３４との間にパッキン環１６及び１７を夫々設けることにより、排出側の空間への蒸気及び空気の漏洩を低減する。
【００２９】
またロータ２が回転していないときには、バルブ２７を開き、エゼクタ８を作動させて、空間４１及びこれに連通する空間内の蒸気及び空気を吸引することにより、軸端部をシールする。
【００３０】
本発明は、以上の実施形態に係る蒸気タービンの軸端部に限らず、ガスタービン、軸流圧縮機、ポンプ等、シール流体を使用して軸端部のシールを行なう回転機械に広く適用できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、第２のシール流体を、シール流体入口空間と大気との間に形成された第２入口空間に導き、該第２シール流体をディスクに設けた流体通路内を半径方向に流すことによるポンピング効果により、前記流体通路の外側の空間における静圧を大気圧以上に上昇させることができ、該静圧と大気圧との差圧により該第２シール流体を大気に排出するとともに、前記第２シール流体の入口側と出口側とをシール部材でシールすることによって、従来技術のような、グランドコンデンサを装備することなく軸端部のシールを確実になすことができる。
【００３２】
従って、本発明によれば、前記のようにグランドコンデンサ及びその付属設備を省略することができて、装置が簡単化されるとともに、装置コストを低減することができる。また前記グランドコンデンサの省略によりプラントスペースの有効利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る蒸気タービンの軸端部シール装置の要部縦断面図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】  従来技術を示す図１に対応する図である。
【符号の説明】
１      車室
２      ロータ
３、１１、１５    パッキンケース
４      シール蒸気管
６、７、１０、１６、１７    パッキン環
８      エゼクタ
１４    排出管
１９、２８    配管
２２    ディスク
２５    蒸気通路溝
２６    蒸気通路穴
３２    車室内部
３３、３４    空間
３７    空気導入管
３８    エゼクタ排出管
４１    空間（内側）
４３    空間（外側）
【図１】
0004088367.tif 000002
【図２】
0004088367.tif 000003
【図３】
0004088367.tif 000004