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      使用折皺狀波紋管構成的密封機構及具備該密封機構的汽輪機的制作方法

      文檔序號:5258420閱讀:194來源:國知局
      專利名稱:使用折皺狀波紋管構成的密封機構及具備該密封機構的汽輪機的制作方法
      技術領域
      本發(fā)明涉及ー種密封機構及具備該密封機構的汽輪機,所述密封機構適宜應用于汽輪機的轉子軸等,容易設定固有頻率,且能夠容易避免與轉子軸系的共振。
      背景技術
      汽輪機中,在外部機室的內部設有內部機室,在中心部旋轉自如地支承轉子。在該轉子上多個動葉片以設定的間隔固定,在固定于內部機室的葉片環(huán)上固定有多個靜葉片。這樣,形成動葉片和靜葉片交替且多級地配置的蒸氣通路。在外部機室及內部機室設有蒸氣入口部,從該蒸氣入口部進入內部機室內的蒸氣通過該蒸氣通路,使轉子旋轉,驅動與該、轉子連結的發(fā)電機。轉子由位于外部機室的外側的軸承部旋轉自如地支承,該軸承部固定于由混凝土等制造的基礎臺上。在該軸承部和外部機室之間的轉子軸上設有防止蒸氣泄漏的密封壓蓋部(軸封部),該密封壓蓋部經(jīng)由連結部被支承于所述軸承部。向密封壓蓋部供給通常供轉子的旋轉后從內部機室排出的低壓的密封蒸氣。另外,為了防止蒸氣從外部機室與密封壓蓋部之間泄漏,在外部機室與密封壓蓋部之間,以包圍轉子軸的方式架設有圓筒狀的折皺狀波紋管。該折皺狀波紋管能夠吸收由熱膨脹、壓カ引起的外部機室與密封壓蓋部之間的相對位移。專利文獻I中公開了在外部機室與密封壓蓋部之間配置有折皺狀波紋管的密封機構。以下,利用圖4及圖5說明專利文獻I中公開的密封機構。圖4所示的密封機構100A中,雙層結構的圓筒狀的折皺狀波紋管102以在圖示省略的轉子軸的周圍包圍該轉子軸的方式配置。該折皺狀波紋管102架設于與圖示省略的外部機室連結的環(huán)狀的端板112和與圖示省略的密封壓蓋部連結的環(huán)狀的端板114之間,將外部機室和密封壓蓋部之間氣密密封,防止蒸氣泄漏。在裝入核電廠的汽輪機中,從安全性的觀點出發(fā),采用前述的雙層結構的折皺狀
      波紋管。折皺狀波紋管102為將兩個圓筒重疊并從內側施加壓カ而成形,構成包括除去平面部104以外成為折皺狀的內層波紋管102a和外層波紋管102b。在平面部104的外表面固定有環(huán)狀的肋106,向設于肋106的外壁的孔插入固定砝碼108。由該肋106及砝碼108構成振動調整単元。通過調整砝碼108的數(shù)量或質量,調整折皺狀波紋管102的固有頻率,避免折皺狀波紋管102和轉子的共振。圖5是專利文獻I中公開的折皺狀波紋管的另ー構成例。在圖5中,該密封機構100B由不具備所述振動調整単元的雙層結構的折皺狀波紋管102和在該折皺狀波紋管102的外側配置的波紋管116構成。波紋管116的兩端經(jīng)由支承構件118與端板112連結或經(jīng)由支承構件118端板114連結。通過設置該波紋管116,能夠調整密封機構100B的固有頻率。
      在先技術文獻專利文獻專利文獻I日本特開2009-235971號公報

      發(fā)明內容
      在汽輪機的密封壓蓋部設置的折皺狀波紋管,通過具有柔軟性的折皺部決定固有頻率。專利文獻I中公開的密封機構100A及100B幾乎沒有內層波紋管102a和外層波紋管102b之間的間隙,為緊貼的結構。因此,由于制造時的緊貼程度的差異,固有頻率變動,不容易設定為所要求的固有頻率,存在用于避免與渦輪轉子的共振的固有頻率的設定變得困難的問題。因此,在設置了折皺狀波紋管之后,需要對每I臺進行用于確認固有頻率的振動試驗。另外,根據(jù)情況不同,需要再調整固有頻率,或產(chǎn)生不得不再制造折皺狀波紋管的情形,因此,存在折皺狀波紋管的設置中耗費多余的工夫和時間的問題。 為了避免上述問題,專利文獻I的密封機構100A中,設置由肋106和砝碼108構成的振動調整単元,調整密封機構100A的固有頻率,但會多余地耗費用于設置該振動調整單元的工夫和時間。另外,在密封機構100B中,在雙層結構的折皺狀波紋管102的外側設置第三波紋管116,調整固有頻率,但需要將波紋管116和支承構件118分成兩個而安裝在折皺狀波紋管102的外側,因此存在耗費多余的工夫和時間的問題。本發(fā)明鑒于該現(xiàn)有技術的課題,其目的在于提供不需要多余的工夫和成本而容易調整設置成包圍被密封軸體的折皺狀波紋管的固有頻率的密封機構,具體而言使用折皺狀波紋管構成的密封機構及具備該密封機構的汽輪機。為了實現(xiàn)該目的,本發(fā)明的使用折皺狀波紋管構成的密封機構,由包圍被密封軸體的筒狀的折皺狀波紋管構成,該折皺狀波紋管的兩端與在該被密封軸體的周圍配置的支承構件連接,允許該支承構件間的相對位移并將被密封軸體的周圍氣密密封,其中,所述折皺狀波紋管包括外側折皺狀波紋管和內側折皺狀波紋管,該內側折皺狀波紋管嵌套狀地設置在外側折皺狀波紋管的內側,以被密封軸體為中心與該外側折皺狀波紋管形成同心狀,外側折皺狀波紋管及內側折皺狀波紋管分別通過將單ー的板狀體彎折而構成,外側折皺狀波紋管和內側折皺狀波紋管以相互不接觸的狀態(tài)配置。本發(fā)明的密封機構中,外側折皺狀波紋管和內側折皺狀波紋管以非接觸狀態(tài)配置,不需要考慮兩折皺狀波紋管的緊貼程度,因此容易算出密封機構的固有頻率。因此,密封機構的固有頻率的設定變得容易,因而不需要在固有頻率的調整中花費多余的工夫和成本。因此,不需要對每I臺進行用于確認固有頻率的振動試驗,能夠減少試驗所需要的成本,并且能夠消除再制造折皺狀波紋管的工夫和成本。另外,不需要如專利文獻I所公開的密封機構那樣用于振動調整的特別的単元,就具有與專利文獻I的雙層結構的折皺狀波紋管等同的密封性能。另外,由于在外側折皺狀波紋管的內側嵌套狀地設置內側折皺狀波紋管,因此與如圖5所示在折皺狀波紋管102的外側安裝分成兩個的折皺狀波紋管的情況相比,制造容易。
      本發(fā)明的密封機構中,在支承構件的彼此相対的端部設有包圍被密封軸體的間隔形成用環(huán)構件,外側折皺狀波紋管與該間隔形成用環(huán)構件的外緣端連接,并且內側折皺狀波紋管與該間隔形成用環(huán)構件的內緣端連接。這樣,通過經(jīng)由該間隔形成用環(huán)構件將外側折皺狀波紋管及內側折皺狀波紋管安裝于支承構件,使兩折皺狀波紋管空出相互的間隔,容易以非接觸狀態(tài)安裝于支承構件。另外,可將本發(fā)明的密封機構應用于汽輪機的密封壓蓋部。即,被密封軸體為汽輪機的轉子軸,支承構件為外部機室及密封壓蓋部,外側折皺狀波紋管及內側折皺狀波紋管保持氣密而架設于外部機室和密封壓蓋部之間,對外部機室和密封壓蓋部間的轉子軸的周圍進行氣密密封。由此,簡單且低成本地使密封機構的固有頻率的調整變得容易,因此容易避免與轉子軸的共振。另外,本發(fā)明的密封機構中,外側折皺狀波紋管及內側折皺狀波紋管以適合于它們所要求的固有頻率及環(huán)境條件的方式選擇板厚、折皺數(shù)、間距寬度或材質。這樣,通過選擇板厚、折皺數(shù)、間距寬度或材質,設定成所要求的固有頻率變得更 加容易,另外,能夠賦予符合環(huán)境條件的強度、耐久性能等。另外,本發(fā)明的汽輪機具備外部機室、設于該外部機室的內部的內部機室、在該內部機室的內部配置的轉子、沿軸向以設定間隔固定于該轉子的多個動葉片、以位于各動葉片間的方式固定在內部機室的內部的多個靜葉片、設于外部機室的外側并旋轉自如地支承轉子軸的軸承部、及設于該轉子軸貫通外部機室的部位并防止蒸氣泄漏的密封壓蓋部,其中,在外部機室和密封壓蓋部之間設有具有所述任ー種構成的密封機構。通過將本發(fā)明的密封機構應用于汽輪機的轉子軸,能夠可靠地防止蒸氣從外部機室與密封壓蓋部之間泄漏,并且能夠以簡單且低成本的結構避免密封機構與轉子軸的共振。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的密封機構,其由包圍被密封軸體的筒狀的折皺狀波紋管構成,該折皺狀波紋管的兩端與配置于該被密封軸體的周圍的支承構件連接,允許該支承構件間的相對位移并對被密封軸體的周圍進行氣密密封,其中,所述折皺狀波紋管包括外側折皺狀波紋管和內側折皺狀波紋管,該內側折皺狀波紋管以被密封軸體為中心與該外側折皺狀波紋管同心狀地在外側折皺狀波紋管的內側嵌套狀地設置,外側折皺狀波紋管及內側折皺狀波紋管分別通過將單ー的板狀體彎折而構成,外側折皺狀波紋管和內側折皺狀波紋管以相互不接觸的狀態(tài)配置,因此能夠以簡單且低成本的單元調整固有頻率,能夠避免與被密封軸體的共振。另外,能夠具有與現(xiàn)有的雙層結構的折皺狀波紋管等同的耐久性,從而實現(xiàn)長壽命化。另外,本發(fā)明的汽輪機具備外部機室、設于該外部機室的內部的內部機室、在該內部機室的內部配置的轉子、沿軸向以設定間隔固定于該轉子的多個動葉片、以位于各動葉片間的方式固定在內部機室的內部的多個靜葉片、設于外部機室的外側并旋轉自如地支承轉子軸的軸承部、設于該轉子軸貫通外部機室的部位并防止蒸氣泄漏的密封壓蓋部,其中,由于具備所述構成的密封機構,因此能夠可靠地防止外部機室與密封壓蓋部之間的蒸氣泄漏,并且能夠以簡單且低成本的單元避免轉子軸與密封機構的共振。


      圖I是將本發(fā)明的密封機構應用于汽輪機的第I實施方式的汽輪機轉子周邊的剖視圖。圖2是表示所述實施方式的密封機構的剖視圖。圖3是表示本發(fā)明的密封機構的第2實施方式的剖視圖。圖4是現(xiàn)有的密封機構的剖視圖。
      圖5是表不現(xiàn)有的另一密封機構的剖視圖。
      具體實施例方式以下,使用圖示的實施方式詳細說明本發(fā)明。但是,該實施方式所記載的構成部件的尺寸、材質、形狀、其相對配置等只要沒有特別特定的記載,就不會將該方案的范圍僅限于此。(實施方式I)基于圖I及圖2說明將本發(fā)明的密封機構應用于低壓汽輪機的第I實施方式。首先,根據(jù)圖1,說明低壓汽輪機10的蒸氣排氣側的構成。圖I中,以包圍轉子20的方式設置外部機室12。在外部機室12中,導流件16形成將使轉子20旋轉后的低壓蒸氣s排氣的排氣室14。導流件16安裝于支承構件18。轉子20中,構成最終段的動葉片的盤片22和葉片24—體地形成于轉子20。在該最終段動葉片的緊上游側設有固定于內部機室(圖示省略)的圖示省略的最終靜葉片。從轉子20 —體地延伸設置的轉子軸26在外部機室12的外側由設于軸承箱28的內部的軸瓦(圖示省略)而旋轉自如地被支承。軸承箱28固定于由混凝土等制成的基礎臺30上。在外部機室12和軸承箱28之間,設有用于防止蒸氣從轉子軸26和外部機室12的間隙泄漏的密封壓蓋部(軸封部)32。通常,在密封壓蓋部32中,流過排氣室14的低壓的排氣蒸氣的一部分作為密封蒸氣供給,防止在密封壓蓋部的蒸氣泄漏。密封壓蓋部32的殼體34經(jīng)由連結部36與軸承箱28連結。在密封壓蓋部32的內部,在與轉子軸26相接的部分設有迷宮式密封件38,防止蒸氣從與轉子軸26的間隙泄漏。為了將與外部機室12的支承構件18連結的遮蔽壁19和密封壓蓋部32的殼體34之間的區(qū)域密閉而防止蒸氣從該區(qū)域泄漏,設有本實施方式的密封機構40A。以下,通過圖2說明該密封機構40A的構成。圖2中,在遮蔽壁19的面向密封壓蓋部32側的面上,通過焊接或螺栓結合保持氣密而固定設置有環(huán)狀的端板42。另外,在密封壓蓋部32的殼體34的面向遮蔽壁19側的面上,通過焊接或螺栓結合而固定設置有環(huán)狀的端板44。如圖2所示,這些端板具有長方形的截面。在這些端板之間安裝有外側折皺狀波紋管46和內側折皺狀波紋管48。這2個折皺狀波紋管分別是將由金屬構成的單一的板狀體彎折成形成折皺狀的構件。外側折皺狀波紋管46的兩端分別氣密地焊接于端板42或端板44的外緣端。另外,內側折皺狀波紋管48的兩端分別氣密地焊接于端板42或端板44的內緣端。并且,外側折皺狀波紋管46的內側端和內側折皺狀波紋管48的外側端在高度方向上設有間隔C1,以避免相互接觸。間隔C1具有O. Imm以上的間隔,以實現(xiàn)即使密封機構40A振動也不會接觸。
      根據(jù)本實施方式,外側折皺狀波紋管46和內側折皺狀波紋管48具備始終不接觸的間隔而配置,因此不會像現(xiàn)有技術那樣產(chǎn)生因緊貼程度的差異引起的固有頻率的變動。因此,容易設定安裝于轉子軸26后的密封機構40A的固有頻率。因此,能夠容易地避免密封機構40A和轉子軸26的共振。另外,由于不需要如專利文獻I所公開的密封機構那樣用于調整固有頻率的特別的單元,因此不會增加制造成本。另外,外側折皺狀波紋管46及內側折皺狀波紋管48保持氣密狀態(tài)而與端板42及44連接,因此能夠取得與現(xiàn)有的雙層結構的折皺狀波紋管同等的蒸氣泄漏防止效果。另外,外側折皺狀波紋管46的兩端與端板42及44的外緣端連接,內側折皺狀波紋管48的兩端與端板42及44的內緣端連接,兩折皺狀波紋管經(jīng)由端板42、44固定于遮蔽壁19及殼體34,因此容易進行兩折皺狀波紋管的定位,容易以非接觸狀態(tài)安裝兩折皺狀波紋管。這樣,由于容易設定密封機構40A的固有頻率,因此不需要進行再制造,并且在密封機構40A向轉子軸26的安裝后不需要對每I臺進行振動試驗,能夠消除振動試驗所需要 的成本。(實施方式2)接著,通過圖3說明本發(fā)明的密封機構的第2實施方式。所述第I實施方式中,夕卜側折皺狀波紋管46和內側折皺狀波紋管48的板厚、折皺數(shù)、折皺高度、間距寬度、及材質相同,但本實施方式的密封機構40B使用相對于內側折皺狀波紋管48改變了折皺數(shù)、折皺高度、間距寬度及材質的外側折皺狀波紋管50。其他的構成,也包括兩折皺狀波紋管的安裝方法,與第I實施方式相同,本實施方式也與第I實施方式同樣地應用于低壓汽輪機10的轉子軸26。S卩,外側折皺狀波紋管50的折皺高度H1及間距寬度P1相對于內側折皺狀波紋管48的折皺高度H2及間距寬度P2具有P2 < PpH1 < H2的關系,外側折皺狀波紋管50的折皺高度低于內側折皺狀波紋管48的折皺高度。另外,外側折皺狀波紋管50的下端和內側折皺狀波紋管48的上端之間的間隔C2大于第I實施方式的間隔Q。此外,處于高溫環(huán)境的內側折皺狀波紋管48的材質使用耐熱性優(yōu)良的不銹鋼(SUS310或SUS410),外側折皺狀波紋管50的材質使用耐腐蝕性優(yōu)良的鉻鋼(SCr)。 這樣,本實施方式中,使外側折皺狀波紋管50和內側折皺狀波紋管48與各自的要求條件及使用環(huán)境一致,改變各自的規(guī)格,由此使固有頻率的設定更加容易,并且能夠實現(xiàn)密封機構40B的長壽命化。本實施方式中,此外,也可以改變外側折皺狀波紋管50的板厚。工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明,能夠維持相對于被密封軸體的密封性能,并容易地設定固有頻率,能夠容易地避免與被密封軸體的共振,例如能夠實現(xiàn)適合于汽輪機的轉子軸的密封壓蓋部的密封的密封機構。
      權利要求
      1.一種使用折皺狀波紋管構成的密封機構,由包圍被密封軸體的筒狀的折皺狀波紋管構成,該折皺狀波紋管的兩端與在該被密封軸體的周圍配置的支承構件連接,允許該支承構件間的相對位移并將被密封軸體的周圍氣密密封,其特征在于, 所述折皺狀波紋管包括外側折皺狀波紋管和內側折皺狀波紋管,該內側折皺狀波紋管嵌套狀設置在外側折皺狀波紋管的內側,以被密封軸體為中心與該外側折皺狀波紋管形成同心狀, 外側折皺狀波紋管及內側折皺狀波紋管分別通過將單一的板狀體彎折而構成,外側折皺狀波紋管和內側折皺狀波紋管以相互不接觸的狀態(tài)配置。
      2.根據(jù)權利要求I所述的使用折皺狀波紋管構成的密封機構,其特征在于, 在所述支承構件的彼此相對的端部設有包圍所述被密封軸體的間隔形成用環(huán)構件,夕卜側折皺狀波紋管與該間隔形成用環(huán)構件的外緣端連接,并且內側折皺狀波紋管與該間隔形成用環(huán)構件的內緣端連接。
      3.根據(jù)權利要求I或2所述的使用折皺狀波紋管構成的密封機構,其特征在于, 所述被密封軸體為汽輪機的轉子軸,所述支承構件為外部機室及密封壓蓋部, 所述外側折皺狀波紋管及內側折皺狀波紋管保持氣密而架設于外部機室和密封壓蓋部之間,對外部機室和密封壓蓋部間的轉子軸的周圍進行氣密密封。
      4.根據(jù)權利要求I 3中任一項所述的使用折皺狀波紋管構成的密封機構,其特征在于, 所述外側折皺狀波紋管及內側折皺狀波紋管以適合于它們所要求的固有頻率及環(huán)境條件的方式選擇板厚、折皺數(shù)、間距寬度或材質。
      5.一種汽輪機,具備外部機室、設于該外部機室的內部的內部機室、在該內部機室的內部配置的轉子、沿軸向以設定間隔固定于該轉子的多個動葉片、以位于各動葉片間的方式固定在內部機室的內部的多個靜葉片、設于外部機室的外側并旋轉自如地支承轉子軸的軸承部、及設于該轉子軸貫通外部機室的部位并防止蒸氣泄漏的密封壓蓋部,其特征在于, 在所述外部機室和密封壓蓋部之間設有權利要求I 4中任一項所述的使用折皺狀波紋管構成的密封機構。
      全文摘要
      本發(fā)明的目的在于,不需要多余的工夫和成本,容易調整具備包圍被密封軸體的折皺狀波紋管的密封機構的固有頻率,容易避免與被密封軸體的共振。低壓汽輪機(10)的轉子軸(26)上,設有對外部機室(12)和密封壓蓋部(32)之間進行密封的密封機構(40A)。密封機構(40A)中,外側折皺狀波紋管(46)和內側折皺狀波紋管(48)以相互不接觸狀態(tài)保持氣密狀態(tài)而與端板(42及44)連接。外側折皺狀波紋管(46)與端板(42、44)的外緣端連接,內側折皺狀波紋管(48)與端板(42、44)的內緣端連接,因此容易進行兩折皺狀波紋管的定位。
      文檔編號F01D25/00GK102713165SQ201080061459
      公開日2012年10月3日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權日2010年3月25日
      發(fā)明者中澤民曉, 川下倫平, 本坊亮吉 申請人:三菱重工業(yè)株式會社
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