(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシングに内蔵された回転体に半径方向にスライド可能にラビリンス部材を取り付け、前記ケーシング側の静翼の半径方向中心方向に固定側のシール部材を連設し、前記ラビリンス部材を遠心力に抗して回転体中心方向に押圧する弾性体を設け、前記ラビリンス部材の半径方向位置を規制する規制部材を設けると共に、前記ラビリンス部材と前記シール部材との間のクリアランスを固有値速度における前記回転体の片振巾より大きく設定したことを特徴とする回転体のシール装置。
【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、ガスタービン、ポンプ、圧縮機等に用いられる回転体のシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の蒸気タービンの仕切板等のラビリンスシールの模式図である。固定側の仕切板０２にラビリンス片０７が嵌合され、ロータ０３に設けられたシール部０３ａとの間のクリアランスＣによって仕切板前後の圧力さＰA −ＰB を保持している。
【０００３】
図７は、従来の蒸気タービンの動翼のラジアルフィンの模式図である。固定側のガイド０２ａ等に止められたラジアルフィン０８とロータ０３に嵌合された動翼０４上のシュラウド０５とのクリアランスＤによって動翼前後の圧力差ＰC −ＰD を保持している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
回転中に回転体と固定側のシールが接触すると、シール部の破損又はシール部の発熱等により回転体の大振動が発生することがあるために、前記の図６及び図７に示される従来のラビリンスシール及びラジアルフィンを用いたシール装置では、シールのクリアランスは回転体の昇降速及び常用運転回転数において零とならず、回転体と固定側のシールが接触しないように決められている。
【０００５】
一般に、回転体ではいくつかの共振回転数（固有値速度）を通過して常用回転数で使用されるが、この場合、回転体の振巾は共振域で大きくなるために、シールクリアランスはこの値で決まり、常用回転数では振巾が小さくても大きなクリアランスを設定する必要があり、シール性能が制約される。
【０００６】
本発明は、以上の問題点を解決することができる回転体シール装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転体シール装置は、ケーシングに内蔵された回転体に半径方向にスライド可能にラビリンス部材を取り付け、前記ケーシング側の静翼の半径方向中心方向に固定側のシール部材を連設し、前記ラビリンス部材を遠心力に抗して回転体中心方向に押圧する弾性体を設け、前記ラビリンス部材の半径方向位置を規制する規制部材を設けると共に、前記ラビリンス部材と前記シール部材との間のクリアランスを固有値速度における前記回転体の片振巾より大きく設定したことを特徴とする。
【０００８】
本発明では、回転体の回転速度が低い時には、ラビリンス部材を遠心力に抗して回転体中心方向に押圧する弾性体によってシール部材とラビリンス部材とのシールクリアランスが大きくされる。回転体の回転速度が増加すると、ラビリンス部材に作用する遠心力が大きくなり、ラビリンス部材は弾性体に抗して次第に半径方向外方へ移動し始めてシール部材とラビリンス部材とのシールクリアランスが次第に減小する。回転体の回転速度がある所定の値に達すると、ラビリンス部材は規制部材によって半径方向位置が規制され、回転体の回転速度が増加しても以後はラビリンス部材が半径方向に移動することがなく、従ってシールクリアランスは一定に保たれる。
【０００９】
従って、回転体の起動時はシールクリアランスを大きくすることができ、この状態で振巾が大きい回転体の共振域を通過させることによって、振巾が大きい前記共振域においてもラビリンス部材が固定側のシール部材に接触することがない。また、回転体の回転速度が高い常用運転域では、シール部材とラビリンス部材とのシールクリアランスを小さくしてシール性能を向上させることができる。また、回転側のラビリンス部材と固定側のシール部材との間のクリアランスは、固有値速度におけるロータの片振巾より大きく設定されているので、ラビリンス部材とシール部材が接触することがない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図５によって説明する。図１は本発明の実施の形態である回転体シール装置が適用される蒸気タービンを示し、車室１に嵌合された環状の固定側の仕切板２に設けられた静翼２ｂで加速された蒸気流を、矢印方向に回転する車室１内に配置されたロータ３に嵌合された動翼４で受け、回転エネルギーを取り出すようになっている。
【００１１】
仕切板２と静翼２ｂの前後の蒸気の差圧を保持するために、ロータ３に取付けられたラビリンス部材７と静翼２ｂに半径方向中心方向に連設された固定側のシール部材２ｃでシール装置が構成されている。また、動翼４についても前記と同様に、仕切板２の側部に空設された仕切板ガイド２ａと動翼４の半径方向外方に設けられたシール部材６によってシール装置が構成されている。前記ラビリンス部材７とシール部材６は、それぞれ弾性体である板バネ１２、板バネ１６によってロータ３と動翼４の半径方向外方端に取付けられたシュラウド５とに向ってロータ３の中心方向へ向って押圧（付勢）されている。
【００１２】
前記のラビリンス部材７とシール部材２ｃ及び仕切板ガイド２ａとシュラウド５によってそれぞれ構成されるシール装置が、本発明の実施の形態を構成するが、両者は実質的に同様な構造を有するので、以下図１中Ａ部で示される前記のラビリンス部材７とシール部２ｃで示されるシール装置について説明する。
【００１３】
図２ないし図４に示すように、中央に周方向の底部が膨出する形状の溝１３ａをもつ側面が半円形の２分割された２個のパッキンハウジング１３各々の前記溝１３ａ内に断面がレール状のラビリンス部材７がその先端部が突出するようにスライド可能に装入されている。前記２個のパッキンハウジング１３は、ロータ３を取囲むように配置され、ボルト１３ｃによって互いに締付けられてロータ３に固定されている。ラビリンス部材７は、パッキンハウジング１３の分割された端面１３ｃによりパッキンハウジング１３の溝１３ａ内に装入され、各パッキンハウジング１３には周方向に複数個（図示のものは３個）のラビリンス部材７が配置されている。
【００１４】
パッキンハウジング１３の溝１３ａの上壁とラビリンス部材７との間には弾性体としての板バネ１２が介装され、板バネ１２はラビリンス部材７をロータ３の中心方向へ押圧（付勢）していて、ロータ３の静止時にラビリンス部材７の先端と前記シール部材２ｃとの間にはクリアランスｃ０が設けられている。２個の板バネ１２は、１個のラビリンス部材７の底部に設けられた周方向の２個の凹部７ａ内の各々内に収容され、凹部７ａのまわりのラビリンス部材７の底部の凸部７ｂは、ロータ３の静止時にδのクリアランスをおいてパッキンハウジング１３の溝１３ａの周囲の壁部の下方に同壁部に当接可能に対向して配置されていて、これらのラビリンス部材７の凸部７ｂとパッキンハウジング１３の溝１３ａの周囲の壁部によってラビリンス部材７の半径方向位置を規制する部材が構成されている。
【００１５】
本実施の形態においては、ロータ３が起動してその回転数が増大して行くと、先ずロータ３が共振して振巾が大きくなる共振域の固有値速度ω0 に達し、その後実用運転域に入る。固有値速度ω0 におけるロータ３の片振巾をε0 とすると、前記ラビリンス部材７の先端と前記シール部材２ｃとの間の初期のロータ３の静止時におけるクリアランスｃ0 はε0 より大きく（ｃ0 ＞ε0 ）設定されている。
【００１６】
また、ロータ３の回転速度の増大に伴って板バネ１２のバネ反力と反対方向に働くラビリンス部材７に作用する遠心力が次第に増加するが、板バネ１２の弾性係数は、板バネ１２の反力がロータ３の回転が固有値速度ω0 を超えて常用運転域より低い回転速度ω1 に到る迄は前記ラビリンス部材７に作用する遠心力より大きくなるように設定され、また、以後ロータ３の回転速度がω1 より大きく、かつ、常用運転域より低い回転速度ω2 に達した時にラビリンス部材７の底部の突起７ｂがパッキンケーシング１３の溝１３ａの周囲の壁部と係合するように設定されている。
【００１７】
また、ロータ３の静止時におけるラビリンス部材７の底部の凸部７ｂとパッキンハウジング１３の溝１３ａの周囲の壁部との間のクリアランスδは、前記固有値速度ω0 におけるロータ３の片振巾ε0 と常用運転域の最高回転速度におけるロータ３の片振巾ε3 の差より小さく（δ＜ε0 −ε3 ）設定されている。
【００１８】
本実施の形態では、ロータ３が起動してその回転速度ωが前記ω1 に到達する迄は回転するラビリンス部材７に作用する遠心力は板バネ１２の反力より小さく、回転側のラビリンス部材７と固定側のシール部材２ｃとの間のクリアランスｃは、図５に示すように、一定のｃ0 に保持されている。この間に、ロータ３は共振域である振巾の大きい固有値速度ω0 を通過するが、前記クリアランスＣ0 は固有値速度ω0 におけるロータ３の片振巾ε0 より大きく設定されているので、ラビリンス部材７とシール部材２ｃが接触することはなく、これらの部材の破損とシール部の発熱等によるロータの大振動が発生することを防止することができる。
【００１９】
ロータの回転速度がω1 を超過してω2 に達する間には、図５に示すように、シール部材７に作用する遠心力が更に増加し、この遠心力と板バネ１２の反力とが等しくなるように板バネ１２が撓み、回転側のラビリンス部材７と固定側のシール部材２ｃとの間のクリアランスｃは減小する。
【００２０】
ロータ３の回転速度がω2 になると、ラビリンス部材７の基部の凸部７ｂがパッキンハウジング１３の溝１３ａまわりの壁部に接触し、ロータ３の回転速度がω2 を超えて常用運転域に入っても、前記回転側のラビリンス部材７と固定値のシール部材２ｃのクリアランスｃはｃ0 −δの一定値に保たれる。これによって、常用運転域における前記クリランスｃは小さい一定値に保たれてシール性が向上すると共に、ラビリンス部材７とシール部材２ｃの接触が防止され、破損の発生を防止することができる。
【００２１】
なお、以上静翼２ｂの前後の蒸気の差圧を保持する図１でＡ部に示されるシール装置について説明したが、動翼４の前後の蒸気の差圧を保持するシール装置にも同様な構造が採用される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明では、低速時に通過する共振域においては常用運転域に比べ大きなシールクリアランスをうることができると共に常用運転域では従来に比べ小さなシールクリアランスを設定することができる。これによって、シール装置の破損を防止すると共にシール性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る回転体シール装置が摘用される蒸気タービンの模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る回転体シール装置を示し、図２（ａ）はその縦断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図３（ａ）は同実施の形態のラビリンス部材の断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】同実施の形態のパッキンハウジングの斜視図である。
【図５】同実施の形態の作動原理（ε：片振巾、ｆ：ラビリンス部材遠心力とバネ反力、ｃ：クリアランス）とロータ回転速度ωの関係）を示すグラフである。
【図６】従来の蒸気タービンの仕切板等のラビリンスシールの模式図である。
【図７】従来の蒸気タービンの動翼のラジアルフィンの模式図である。
【符号の説明】
１          車室
２          仕切板
２ａ        仕切板ガイド
２ｂ        静翼
２ｃ        シール部材
３          ロータ
４          動翼
５          シュラウド
７          ラビリンス部材
７ａ        凹部
７ｂ        凸部
１２，１６  板バネ
１３        パッキンハウジング
１３ａ      パッキンハウジングの溝
【図１】
0003776481.tif 000002
【図２】
0003776481.tif 000003
【図３】
0003776481.tif 000004
【図４】
0003776481.tif 000005
【図５】
0003776481.tif 000006
【図６】
0003776481.tif 000007
【図７】
0003776481.tif 000008