汽轮机、密封装置及它们的控制方法

专利名称：汽轮机、密封装置及它们的控制方法
技术领域：
本发明涉及用蒸汽获得能量的汽轮机、设置在汽轮机的转子的径向外侧抑 制蒸汽泄漏的密封装置及它们的控制方法。
技术背景作为提高汽轮机效率的一种手段，已知缩短汽轮机的启动及停止等非正常 运转所需要的时间是有效的方法。通常，在启动汽轮机时，通过使汽轮机逐渐变暖，控制因安装有动叶的转 子和内包该转子的外壳的热容量差而产生的加热导致的伸缩差(热伸缩差)。 因此，与外壳相比较，避免了热容量相对较小的转子相对外壳过度地伸缩而发 生轴振动(摩擦振动)等，同时，緩慢转移到正常运转时的状态后起动。这样， 为了实现缩短非正常运转所需要的时间，必需解决热伸缩差的问题。作为减少这样的热伸缩差的问题并实现非正常运转时间的减少的技术，有 在比转子热容量大的外壳的外周面安装热介质流通的通道，并利用它预先加热(或冷却)整个外壳的技术(参照专利文献1:日本实开昭62-34103号公报)。 然而，上述的技术是使整个外壳变暖或冷却为前提的技术，在不能充分准 备使外壳变暖或冷却所需要的蒸汽的场合，其效果很小，在实际使用中有困难。 另外，除了进行预加热、预冷却以缩短非正常运转时间以外，对于提高与之连 带的正常运转时的效率的方法则没有考虑，因而还必须从考虑启动到停止的一 系列流程的综合的观点来提高汽轮机的效率。 发明内容本发明的目的就在于提高汽轮机的效率。为了实现上述目的，本发明的汽轮机具备安装有动叶的转子；从外周包 围该转子的隔板；将该隔板及上述转子包在内部并将上半部及下半部连结在凸 缘部上而成为一体的外壳；测量该外壳和上述转子在上述转子的轴向上由热引 起的伸缩差的测量机构；安装在上述凸缘部上，进行上述凸缘部的加热冷却的
加热冷却机构；以及控制部，在非正常运转时直到上述测量机构的测量值达到 设定值之前利用上述加热冷却机构对上述凸缘部进4亍加热或冷却控制。根据本发明，由于缩短非正常运转时所需时间的同时，能够抑制涡轮机工 作中的蒸汽泄漏，所以能够使汽轮机的效率提高


图l是本发明的第一实施方式的汽轮机的侧视图。图2是本发明的第一实施方式的汽轮机的剖视图。图3是本发明的第一实施方式的汽轮机的转子附近的放大图。图4是放大并示意地表示本发明的第一实施方式的汽轮机中的密封体的图5是放大并示意地表示本发明的第一实施方式的汽轮机中的其它密封 体的側视图。图6是表示本发明的第 一实施方式的汽轮机中的控制装置7的汽轮机启动 时及停止时的处理内容的流程图。图7是放大并示意地表示本发明的第一实施方式的比较例的汽轮机中的 一般密封体的侧;现图。图8是本发明的第 一实施方式的变型例的汽轮机的侧视图。图9是本发明的第二实施方式的汽轮机的侧视图。图IO是本发明第二实施方式的汽轮机的剖视图。图11是图10中的XI部分的放大图。图12是表示本发明的第二实施方式的汽轮机中的控制装置7B的汽轮机 启动时及停止时的处理内容的流程图。图13是表示本发明的第三实施方式的汽轮机中的控制装置7B的汽轮机 启动时及停止时的处理内容的流程图。图中d—伸缩差，L、 R—设定值，M、 S—设定值，N、 T—设定值，Z—设定 值，1—转子，2—隔板，3—外壳，4—位移检测器，5—凸缘部，6—加热冷却 装置，7—控制装置，8—密封翅片，9—密封体，IO—动叶，18—上半部，19 一下半部，30 32—间隙，33 —密封翅片，34—凹部，35—槽部，36—加热、
冷却装置，37—电源部，40~42—密封体，48—密封翅片，49—凹部，50—压力作用面，51—弹簧部件，52—蒸汽供给口。
具体实施方式
下面，使用

本发明的实施方式。首先，使用图1至图7说明本发明的第一实施方式。图1是本发明的第一实施方式的汽轮机的侧视图，图2是图1所示的汽轮 机的剖视图。图3是图1所示的汽轮机的转子附近的放大图。图4是放大并示 意地表示图1所示的汽轮机中的密封体的侧视图。图示的汽轮机主要具备转子l;从外周环状地包围转子1的隔板2;将 隔板2及转子1包在内部的外壳3;固定在外壳3上用于测量外壳和转子的热 引起的伸缩差(设为d)的位移检测器4;安装在外壳3的凸缘部5上，进行 凸缘部5的加热冷却的加热冷却装置6;在非正常运转时(汽轮机的启动时或 停止时等)根据位移检测器4的测量值通过加热冷却装置6对凸缘部5进行力口 热或冷却的控制装置7;以及在转子的外周侧所形成的间隙中，与转子l相对 设置成环状并具有向转子1侧突出的凸形状的密封翅片8的密封体9。转子1具有沿转子1的圆周方向排列成环状的动叶10,这样的环状的叶 栅在转子1的轴向按规定间隔设有多个。另外，转子1在外壳3的轴封部(密 封压盖部)11 (图中左侧)、12 (图中右侧)贯通外壳3,由轴承13支撑轴封 部11侧的端部、由轴承14支撑轴封部12侧的端部。隔板2具有从转子1设置在转子1径向外侧的内轮15;从内轮15设置 在转子1径向外侧的静叶16;从静叶16设置在转子1径向外侧的外轮17。静 叶16如上所述设置成与在转子1的轴向构成多个叶栅的动叶IO相对应，使环 状地构成的每个叶栅构成涡轮机级。静叶16对从蒸汽入口部29 (后述)引入 涡轮机内的蒸汽进行整流，使其流入动叶10而使转子1旋转。外壳3分割为多个。在本实施方式中，外壳3沿转子1的轴向分割为2 个，在组装时具有位于上部的上半部18和位于下部的下半部19。上半部18 和下半部19分别具有两个向转子1径向外侧突出的厚壁部分的凸缘部5。上 半部18和下半部19借助于该凸缘部5由例如螺栓等连结而成为一体，构成外 壳3。这样，为了结合上半部18和下半部19,需要凸缘部5有某种程度的厚
度。为此，与外壳3的其它部分相比较热容量大，大大地有助于增大外壳3 的热容量。另外，外壳3的分割数并不限定于2个，当然也可以分割成2个以 上。并且，外壳3具有导入使转子1旋转的蒸汽的蒸汽入口部20。蒸汽入口 部20与供给蒸汽的配管21连接，在配管21上设有调节蒸汽量的流量调节阀 22。流量调节阀22与控制部7连接，通过从控制装置7送出的操作信号控制 阀的开度。位移检测器4与转子1面对地固定在外壳3的轴封部12侧，测量外壳3 和转子l在转子1的轴向因热引起的伸缩差d。另外，位移检测器4与控制装 置7连接，将测量值作为检测信号向控制装置7连续地送出。加热冷却装置6分别安装在外壳3的上半部18及下半部19的凸缘部5 上。在加热冷却装置6上连接有供给用于加热冷却凸缘部5的热介质(例如， 作为工作流体的蒸汽(水))的配管23、排出对凸缘部5加热冷却后的热^h质 的配管24。在配管23上设有流量调节阀25。在流量调节阀25的上游侧连接 有加热用的热介质流通的配管26和冷却用的热介质流通的配管27,在配管26 上设有调节加热用的热介质流量的流量调节阀28，在配管27上设有调节冷却 用的热介质流量的流量调节阀29，各流量调节阀25、 28、 29分别与控制装置 7连接，通过从控制装置7送出的操作信号控制各个阀的开度。在图3及图4中，密封体9具有向转子1侧突出的凸形状的密封翅片8, 在位于转子1侧的面上形成凹凸部38。另外，密封体9设置成环状，以在动 叶10的转子1径向外侧端部和外壳3之间形成的间隙30、在转子1和内轮15 (隔板2)之间形成的间隙31以及在转子1和外壳3之间形成的间隙(轴封 部32)上，从外周侧包围转子1或动叶10。在转子1等的外周面上通过与密 封翅片8对应地/没置的密封翅片32形成凹凸部34。该凹凸部34构成为与形 成于密封体9上的凹凸部38互不接触地嵌合(交错型)。这样构成的话，蒸汽 通道形成为蜿蜒曲折的Z状而使蒸汽通道的距离变长，从各间隙30、 31、 32 泄漏的蒸汽量降低，从而提高了涡轮机效率。另外，密封翅片8及与之对应设 置的密封翅片33的形状并不限定于图示的形状，只要分别形成凹凸部并使蒸 汽的通过距离变长即可。 本实施方式中的密封体9，是将密封翅片8敛缝固定在设置于密封体9上 的槽35中的所谓敛缝密封。敛缝密封由于密封翅片8本身极薄而散热性优良， 因而难于因转子1的热变形引起过大的轴振动(摩擦振动)，而且还具的优点 是即使前端部损伤、作为密封翅片的功能显著降低的情况也很少，维修也很容 易。还有，在本实施方式中，转子1侧的密封翅片33也被敛缝固定在槽39 中。另外，作为图4所示的交^l普型的密封体9的代替品，也可以利用由图5 所示的形状构成的密封体。图5所示的密封体9A,是在转子l的径向仅离开 所定间隔配置密封体9A侧的密封翅片8A和与之相对应的转子1等的侧密封 翅片33的结构(双层带型)。控制装置7如上所述，与位移检测器4及流量调节阀22、 25、 28、 29连 接，由位移检测器4送出外壳3和转子1由热引起的伸缩差d的测量值，并将 操作信号发送到流量调节阀22、 25、 28、 29。控制装置7在汽轮机的所谓非 正常运转时(表示因急剧的温度变化引起外壳3和转子1的热容量差产生伸缩 差的场合，可列举例如汽轮机的启动时或停止时等)，基于从位移检测器4送 出的伸缩差d的测量值，决定开闭各阀22、 25、 28、 29的时刻，并以此作为 操作信号发送到各阀22、 25、 28、 29,适当地对外壳3进行预先加热或冷却， 由此控制因外壳3和转子1的热容量差产生的伸缩差d。本实施方式的控制装置7使用如上所述的伸缩差d作为决定开闭各阀22、 25、 28、 29的时刻的指标，并将如下所述大致不同的两种值作为设定值预先 储存。第一设定值L表示用工作流体即蒸汽同时加热转子1及外壳3整体的时 刻，考虑了密封翅片8及密封翅片33的间隔或转子1的伸缩率而决定的。控 制装置7在伸缩差d达到设定值L以上时，打开流量调节阀22将蒸汽导入蒸 汽入口部20,同时加热转子1及外壳3。另外，该设定值L设定成即使其最 大也比密封体9的密封翅片8的间隔小，并设定成密封翅片8和外壳3不因外 壳3的伸缩而冲突。另外，第二个设定值M表示仅用蒸汽加热转子1及外壳3整体的时刻， 考虑外壳3及转子1的热容量及伸缩率，最好是采用仅通过在停止了用加热冷 却装置6的加热后用蒸汽的加热，使外壳3和转子1的伸缩率变得大致相等的
值。控制装置7在伸缩差d达到设定值M以下时，关闭流量调节阀25,停止 由加热冷却装置6进行的凸缘部5的加热。另外，该值设定成至少比上述的设 定值L小。另一方面，在停止汽轮机时，对于上述那样汽轮机启动时所使用的设定值 L及设定值M,使用设定值R及设定值S。设定值R与设定值L相对应，表 示停止蒸汽导入后同时冷却转子1及外壳3的时刻，考虑密封翅片8及密封翅 片33的间隔及转子1的伸缩率来决定。另外，设定值S与设定值M相对应， 表示仅用自然冷却来冷却转子1及外壳3的时刻，最好是采用在停止了利用加 热冷却装置6的冷却后仅通过自然冷却，使外壳3和转子1的伸缩率也大致相 等的值。此外，对这些设定值的说明，为了避免重复虽省略了详细说明，但具 有与上述设定值L及设定值M实质上相同的性质。下面，使用图6对利用控制装置7的汽轮机的控制顺序进行说明。图6 (a)是表示控制装置7的汽轮机启动时的处理内容的流程图，图6 (b)是表示控制装置7的汽轮机停止时的处理内容的流程图。在启动汽轮机时如图6 (a)所示，控制装置7首先打开流量调节阀28, 同时关闭流量调节阀29，将加热用热介质导入流量调节阀25，再打开流量调 节阀25将加热用热介质导入加热冷却装置6 (S100)。这^f羊，凸纟彖部5由加热 冷却装置6加热，外壳3因该热而开始伸长(S110)。其次，经过预定时间后，若判断伸缩差d达到了设定值L以上(S120)， 则控制装置7打开流量调节阀22 (S130)将蒸汽导入蒸汽入口部20 (S140)。 利用该蒸汽同时加热外壳3及转子1,与外壳3相比较，由于热容量小的转子 l容易热伸缩，所以伸缩差d从L附近逐渐变小。其次，经过预定时间后，若判断伸缩差d达到了设定值M以下(S150), 则控制装置7关闭流量调节阀25、 28,停止向加热冷却装置6供给热介质 (S160)。由此，停止由加热冷却装置6对凸缘部5的加热(S170)。则外壳3 与转子1一起仅用蒸汽加热。然后，由蒸汽的热引起的外壳3和转子1的伸缩 差d逐渐减小，最后几乎成为零，汽轮4几过渡到该状态下的正常运转(S180)。 如上所述那样控制汽轮机的话，通过预先加热热容量大的外壳3的凸缘部5， 由于能大幅度地减小伸缩差d的最大值，所以能大幅度地缩短启动汽轮机时所
需的时间。另一方面，在停止汽轮机时，如图6 (b)所示，控制装置7首先打开流 量调节阀29，同时关闭流量调节阀28，将冷却用热介质导入轮流量调节阀25， 再打开流量调节阀25将冷却用热介质导入加热冷却装置6 (S200)。由此，凸 缘部5 ;陂加热冷却装置6冷却，外壳3因该冷却开始缩短(S210 )。接着，经过预定时间后，若判断伸缩差d达到了设定值R以上(S220), 则控制装置7关闭流量调节阀22 (S230)停止导入到蒸汽入口部20的蒸汽 (S240)。由此，同时冷却转子1及外壳3，与外壳3相比较，由于热容量小 的转子1容易缩短，所所以伸缩差d逐渐变小其次，经过预定时间后，若判断伸缩差d达到了设定值S以下(S250)， 则控制装置7关闭流量调节阀25、 29，停止向加热冷却装置6供给热介质 (S260)。这样，停止利用加热冷却装置对凸缘部5的冷却(S270),则外壳3 与转子1一起被自然冷却。然后，外壳3和转子1的伸缩差逐渐较小，最后几 乎成为零，从而可使汽轮机在该状态下停止(S280)。如上所述那样控制汽轮 机的话，通过预先冷却热容量大的外壳3的凸缘部5，由于能大幅度地减小伸 缩差d的最大值，所以能大幅度地缩短停止汽轮机时所需的时间。下面，参照

本实施方式的效果。图7是表示迷宫式密封的结构的 侧视图。在一般的汽轮机中，在高速旋转的转子(旋转物)和从外侧覆盖转子的外 壳等静止物之间，设有用于防止转子与静止物接触的间隙。但是，公知的是， 由于使转子旋转的蒸汽从该间隙泄漏而导致涡轮机效率降低，所以设置密封装 置作为抑制蒸汽泄漏的机构。在这种密封装置中，如图7所示，其构成为使由 密封体80上的密封翅片81形成的凹凸部82和形成于转子83侧的凹凸部84 相互不接触地嵌合，可降低在上述间隙的蒸汽泄漏。这种密封装置称之为迷宫 式密封。然而，在利用这种迷宫式密封的场合，在启动或停止汽轮机时，必须注意 因构成汽轮机的部件的热引起的伸缩差。若以上述迷宫式密封的场合为例，与 外壳85相比较，由于热容量小的转子83比外壳85更容易通过加热而伸长， 因而，密封体80的凹凸部82和转子83的凹凸部84由于外壳85和转子83
之间产生的伸缩差而接触，有时发生轴振动(摩擦振动)。过度的摩擦振动会 51起不得不停止涡轮机的运转的事态。为了不发生这种轴振动，作为控制转子和外壳的伸縮差同时减少非正常运 转所需要的时间并提高涡轮机效率的技术，公知的是，在与转子相比热容量大 的外壳的外周面上设置热介质流通的通道的技术。然而，该技术是以外壳全体 的变暖和冷却为前提的技术，在不能充分准备使外壳变暖或冷却所需要的蒸汽 的场合，其效果很小，在实际使用中有困难。相对于这种4支术，本实施方式在结合外壳3的上半部18和下半部19的厚 壁部分，在用于加大外壳3的热容量的凸缘部5上安装加热冷却装置6，基于 用位移检测器4测量的伸缩差d,利用控制装置7控制对凸缘部进行加热冷却 的时间。这样，由于外壳3的比其它部分热容量大的凸缘部5被优先加热冷却， 剩余的部分可利用蒸汽等与转子1一起进行加热冷却，所以，比预先加热冷却 外壳整体的场合更能够降低所使用的热介质的量及能量。另外，由于能够大幅 度地减小转子1和外壳3的伸缩差d的最大值，所以能够防止因密封翅片8 和密封翅片33的接触引起的变形或破坏。并且，由于通过减小伸缩差d的最 大值还能使密封翅片的间隔变狭窄，所以能够增加每个密封体9的密封翅片8 的枚数，从而能增大密封体9的抑制蒸汽泄漏的功能。这样，若采用本实施方 式，由于可以缩短非正常运转所需要的时间同时能够抑制涡轮机工作中的蒸汽 泄漏。从而能够提高汽轮机的效率。另夕卜，在本实施方式中，作为向安装在上半部18及下半部19上的各加热 冷却装置6供给热介质的系统，虽然只利用了配管23，但也可以将各自独立 的配管连接在各加热冷却装置6上。若采用这样的结构，例如，即使在上半部 18及下半部19上产生温度差的场合，也能够将不同温度的热介质导入各加热 冷却装置6来修正其温度差。并且，在外壳3的转子1轴向上有必要控制加热 或冷却的场合(例如在转子1轴向上产生温度差的场合等)，也可以如下构成， 即，将沿转子1轴向适当分割了加热冷却装置6的装置安装在凸缘部5上，并 独立地控制该分割了的装置。另外，在上述的实施方式中，作为对凸缘部5进行加热冷却的机构，虽然 对利用了以流体为热源的加热冷却装置6的场合进行了说明，但对凸缘部5
进行加热冷却的装置并不仅限于此。下面，作为本实施方式的变型例说明利用上述加热冷却装置6以外的情况。图8是本发明的第一实施方式的变型例的汽轮机的侧视图。 图示的汽轮机，取代第一实施方式的汽轮机中的加热冷却装置6，具备用 电进行凸缘部5的加热冷却的加热、冷却装置36,和向加热、冷却装置36供 电的电源部37。另外，对于与第一实施方式相同的部分给予相同的符号而省 略其说明。即使利用这样用电进行工作的加热冷却装置(加热、冷却装置36) 来构成汽轮机，也能够得到与第一实施方式实质上同样的效果。特别是，如本 变型例那样使用加热、冷却装置36的话，与利用流体作为热介质的场合相比 较，由于能够容易地进行精细的温度控制，所以可获得能够更正确地控制伸缩 差d的显著效果。另外，在该场合，加热冷却装置6当然也同样可以构成为可 个别地控制各加热、冷却装置36。下面，对本发明的第二实施方式进行说明。本实施方式的主要特征在于，在使密封体移动到转子1径向外侧后开始外 壳3的凸缘部5的加热冷却，在停止该加热冷却后，通过使密封体的位置返回 原位来避免因热引起的伸缩差产生的问题。图9是本发明的第二实施方式的汽轮机的侧视图，图IO是图9所示的汽 轮机的剖视图。图11 (a)及图11 (b)是图10中以虚线表示的XI部分的放大 图，图11 (a)表示使密封体移动到转子1径向外侧后的状态，图11 (b)表 示密封体位于中立位置的状态。对于与先前的图相同的部分给予相同的符号而 省略其说明。图示的汽轮机，作为与第一实施方式的汽轮机的不同部分主要具备抑制 来自形成于转子1外周侧的间隙的蒸汽泄漏的密封体40、 41、 42;引入使密 封体40、 41、 42退避到转子1径向外侧时所使用的蒸汽(密封体用蒸汽)的 蒸汽主配管43;向各密封体40、 41、 42供给从主配管43引入的蒸汽的蒸汽 副配管44、 45、 46;调节向蒸汽副配管44、 45、 46供给的蒸汽流量的流量调 节阀47;以及基于伸缩差d控制密封体40、 41、 42的驱动及加热冷却装置6 进行的凸缘部5的加热冷却的控制装置7B。密封体40具有在形成于转子1的外周侧的间隙中与转子1相对地设置
成环状且向转子1侧突出的凸状密封翅片48;容纳在密封体40的转子1径向 外侧所设的凹部49中，且从密封体用的蒸汽受到压力而使密封体40从中立位 置(后述)向转子1的径向外侧移动的压力作用面50;设置在压力作用面50 的转子1径向外侧，当利用蒸汽使密封体40从中立位置向转子1的径向外侧 移动时将密封体40向转子1的径向内侧推压的弹簧部件(弹性部件)51;以 及设置在凹部49的侧面并与蒸汽副配管44连接的开口部，即向凹部49内供 给密封体用蒸汽的蒸汽供给口 52。另外，密封体40为所谓交错型，其构成为，在处于不向凹部49供给密封 体用蒸汽情况下的中立位置(图11 (b)的状态)，由转子1侧的密封翅片33 形成的凹凸部和由密封翅片48形成的凹凸部相互不接触地嵌合。另外，对于 密封体41、 42,由于与密封体40同样地构成所以省略其说明。蒸汽主配管43在流量调节阀47的下游侧，分支为蒸汽副配管44及蒸汽 副配管45。蒸汽副配管44在其更下游侧与蒸汽副配管46分支。蒸汽副配管 44、 45、 46分别与设置在容纳有密封体40、 42、 41的压力作用面50的凹部 49上的蒸汽供给口 52连接，并向各凹部49供给蒸汽。供给凹部49的蒸汽作 用于压力作用面50，使密封体40退避到转子1径向外侧，并使受到弹簧部件 51的反作用力的密封体40在预定位置静止。控制装置7B与位移检测器4及流量调节阀22、 25、 28、 29、 47连接， 从位移检测器4发送伸缩差d的测量值，并将操作信号发送给流量调节阀22、 25、 28、 29、 47。因此，控制装置7同样地对外壳3进行预先加热或冷却并控 制因热容量差产生的伸缩差，同时适当地开闭阀47并控制密封体40、 41、 42的转子l径向的移动。本实施方式的控制装置7B也与第一实施方式同样,作为决定开闭各阀22、25、 28、 29、 47的时刻的值使用伸缩差d，作为预先储存的设定值，除了第一 实施方式中使用的两种设定值(设定值L、 R及设定值M、 S)以外，还储存 了作为第三种设定值的设定值N及设定值T，设定值N在启动汽轮机时使用， 设定值T在停止汽轮机时使用。设定值N及设定值T表示，通过收敛转子1及外壳3因热引起的伸缩， 可使汽轮机过渡到正常运转的时刻或可停止汽轮机的时刻，考虑加热冷却的结
果，转子1和外壳3的伸缩率变得大致均等的时刻决定。控制装置7B在伸缩 差d达到设定值N或T以下时关闭流量调节阀47并停止向蒸汽副配管的蒸汽 供给，开始凸缘部5的加热冷却时，使退避到转子1径向外侧的密封体40、 41、 42 (后述)移动到中立位置。另外，该设定值N、 T分别设定成比设定值 M、 S小。这里，使用图12说明控制装置7B进行的汽轮机的控制顺序。图12 (a)是表示控制装置7B的汽轮机启动时的处理内容的流程图，图 12 (b)是表示控制装置7B的汽轮机停止时的处理内容的流程图。汽轮机启动时如图12 ( a)所示，控制装置7B首先打开流量调节阀47向 蒸汽副配管44、 45、 46供给密封体用蒸汽(S300)。这样供给的蒸汽通过蒸汽 副配管44、 45、 46作用于密封体40、 41、 42的各压力作用面50,使各密封 体40、 41、 42退避到转子1径向外侧(S310)。使密封体40、 41、 42退避后，控制装置7B进行与第一实施方式的控制 装置7在S100至S170中进行的处理同样的处理，并停止凸缘部5的加热(S320 至S390 )。这样，外壳3与转子1 一起仅通过从蒸汽入口部20导入的蒸汽被 加热，伸缩差d从设定值M进一步减小。其次，经过预定时间后，若判断伸缩差d达到了设定值N以下(S400)， 则控制装置7B关闭流量调节阀47,使密封体40、 41、 42返回到中立位置 (S420)。然后，外壳3和转子1的伸缩差因蒸汽的热逐渐减小并几乎为零， 汽轮机在该状态下过渡到正常运转(S430)。另夕卜，使汽4仑机停止时也与上述同样，如图12(b)所示，由控制装置7B 使使各密封体40、 41 、 42退避到转子1径向外侧(S310 )，开始外壳3和转子 l的冷却。经过预定的工序后，当伸缩差d达到了设定值T以下，则关闭流量 调节阀47,使密封体40、 41、 42返回到中立位置，使汽轮机停止(S500至 S630 )。如上所述那样控制汽轮机的话，除了在第 一实施方式中说明的效果以外， 由于在密封翅片48、 33彼此有可能接触的非正常运转时能够使密封体40、 41、 42退避，能够可靠地避免因密封翅片48、 33彼此的接触导致的损伤等，从而 能够提高汽轮机的可靠性。并且，由于利用密封翅片48、 33彼此间相互嵌合
并发挥优良的防蒸汽泄漏功能的交错型的密封体，在非正常运转时也能可靠地避免密封翅片48、 33彼此接触，所以不必考虑非正常运转时的外壳3和转子 1的伸缩差。因此，与第一实施方式相比较，能够进一步缩小密封翅片48的 间隔，从而能够进一步有效地抑制正常运转时的蒸汽泄漏量。这样，若采用本 实施方式，由于能在缩短非正常运转的时间的同时进一步抑制正常运转时的蒸 汽泄漏量，所以，能够在汽4仑机的启动至停止的一系列动作中提高涡轮机的效 率。另外，在本实施方式的说明中，为了简化说明，作为在转子l的径向可进 退的密封体，虽然举例说明了在形成于转子1和内轮15之间的间隙31中设置 的密封体42，在形成于转子1和外壳3之间的间隙32中设置的密封体40、41, 但很显然，除了这些地方之外，也可以在形成于动叶10的前端部和外壳3之 间的间隙30等中设置由同样结构构成的密封体，上述的说明并不限定密封体 的安装处所。另外，在上述说明中，对于使密封体40、 41、 42退避到转子1径向外侧 时所使用的蒸汽(密封体用蒸汽)的供给源，虽没有特别言及，但是也可以利 用从工作流体得到的方法或从与工作流体的系统不同的系统得到蒸汽的方法 等。该场合，在前者的方法中，具有通过利用工作流体提高涡轮机效率的优点； 在后者的方法中，具有能够可靠地确保用于使密封体移动的蒸汽压的优点。接下来对本发明的第三实施方式进行说明。
本实施方式虽然在不使密封体退避到转子1径向外侧而是通过控制装置 7B进行伸縮差d的控制这一点上与第一实施方式相同，但其具有如下特征， 即，在可以预见到在该场合密封翅片彼此接触时，就控制汽轮机使密封体退避， 并将使密封体退避到转子l径向外侧的时间抑制到最小限度。另外，本实施方 式的汽轮机的机械构造与第二实施方式相同，省略对各部分的说明。本实施方式中的控制装置7B也与第二实施方式同样，使用伸缩差d作为 决定开闭各阀22、 25、 28、 29、 47的时刻的值，作为预先储存的设定值，除 了第二实施方式所使用的三种设定值(设定值L、 R，设定值M、 S及设定值 N、 T)以外，还储存了第四种设定值即设定值Z。
设定值Z用于防止密封体40、 41、 42的密封翅片48与其它部件(例如
密封翅片33)接触而发生振动等，考虑密封翅片48、 33彼此不因热伸缩而接 触来决定。控制装置7B在伸缩差d达到设定值Z以上时便打开流量调节阀47 并使密封体40、 41、 42退避转子1径向外侧。另外，该设定值Z设定成比设 定值L及设定值.R大。使用图13对本实施方式的控制装置7B进行的汽轮机的控制顺序进行说明。图13 (a)是表示控制装置7B的汽轮机启动时的处理内容的流程图，图 13 (b)是表示控制装置7B的汽轮机停止时的处理内容的流程图。汽轮机启动时如图13 (a)所示，控制装置7B首先打开流量调节阀28, 同时关闭流量调节阔29,将加热用热介质导入流量调节阀25,再打开流量调 节阀25将加热用热介质导入加热冷却装置6 ( S700 )。这样，凸缘部5由加热 冷却装置6加热，外壳3因该热开始伸长(S710)。其次，经过预定时间后，在判断伸缩差d达到了设定值L以上后(S720)， 进一步检查伸缩差d是否达到了设定值Z以上(S730),如果伸缩差d达到了 设定值Z以上，则判断为密封翅片48、 33彼此有接触的可能，控制装置7B 打开流量调节阀47 (S740),使各密封体40、 41、 42退避到转子1径向外侧 (S750 )。在S730中，判断为伸缩差d比设定值Z小后，或在S750中使密封体退 避后，打开流量调节岡22 (S760)，将蒸汽导入蒸汽入口部20 (S770)。外壳 3及转子1利用该蒸汽同时开始被力口热，但在该处理结束后，还检查伸缩差d 是否达到设定值Z以上(S780)。如果伸缩差d达到了设定值Z以上，则判断 密封体40、 41、 42在S750中是否已退避之后(S790 ),与S740及S750同样 地使密封体40、 41 、 42退避(S800至S810 )。在S780中判断为伸缩差d比设定值Z小后，在S790中判断为密封体40、 41、 42已退避之后，或在S810中使密封体40、 41、 42退避之后，判断通过 导入到蒸汽入口部20的蒸汽及凸缘部5的加热伸缩差d是否达到了设定值M 以下(S820 )。当伸缩差d达到^l定Y直M以下时，关闭流量调节阀25、28( S830 ), 停止凸缘部5的加热(S840)。这样，外壳3与转子1 一起仅通过从蒸汽入口 部20导入的蒸汽加热，伸缩差d从设定值M进一步减小。 其次，经过预定时间后，若判断伸缩差d达到了设定值N以下(S850)， 直到该处理之前，判断密封体40、 41、 42是否退避到转子1径向外侧(例如， 判断流量调节阀47是否打开)(S860)。这里，如果判断密封体40、 41、 42 已退避，则关闭流量调节阀47 (S870),使密封体40、 41、 42移动到中立位 置(S880 )。在S860中，判断为密封体40、 41、 42位于中立位置后，或者在S880中 使密封体40、 41、 42返回中立位置后，外壳3和转子1的伸缩差d因蒸汽的 热而逐渐减小而最后几乎为零，汽轮机在该状态下过渡到正常运转(S8卯)。另外，在停止汽轮4几时也与上述同样，如图13 (b)所示，以第一实施方 式的控制为基础冷却外壳3和转子l，在从伸缩差d达到设定值R以上后(S920 ) 直到达到设定值S以下(S1020)期间，通过判断伸缩差d是否有超过设定值 Z的情况，从而控制密封体40、 41、 42使得密封翅片48、 33彼此不接触(S900 至S1040)。然后，在伸缩差d达到设定值T以下时(S1050)，判断密封体40、 41、 42是否退避到转子l径向外侧(1060)，并根据需要使密封体40、 41、 42 返回中立位置(S1070及S1080)，并使汽轮机停止(S1090)。如上所述那样控制汽轮机的话，由于将密封体40、 41、 42保持在中立位 置的时间比上述第二实施方式更长，所以能够进一步减少蒸汽泄漏量，能够在 从汽轮机起动到停止的一 系列动作中进一步提高涡轮机效率。另外，在上述说明中，判断伸缩差d是否达到设定值Z以上的处理，虽 然仅在图13 (a)中的S730及S780，或者图13 (b)中的S930及S980中进 行，但是并不限定于此，当然也可以在非正常运转时以一直监视伸缩差d是否 达到设定值Z以上的方式进行控制。若采用这种控制，在因突发事故等预想 不到的事态致使伸缩差d增大的场合也能够防止密封翅片33、 48的损伤。
权利要求
1.一种汽轮机，其特征在于，具备安装有动叶的转子；从外周包围该转子的隔板；将该隔板及上述转子包在内部，将上半部和下半部连结在凸缘部上而成一体的外壳；测量该外壳和上述转子在上述转子的轴向上因热引起的伸缩差的测量机构；安装在上述凸缘部上并进行上述凸缘部的加热冷却的加热冷却机构；以及控制部，其在非正常运转时，通过上述加热冷却机构加热或冷却上述凸缘部，直到上述测量机构的测量值达到表示仅用蒸汽加热冷却上述转子及上述外壳的时刻的设定值。
2. —种汽轮机，其特征在于，具备 安装有动叶的转子； 从外周包围该转子的隔板；将该隔板及上述转子包在内部，将上半部和下半部连结在凸缘部上而成一 体的外壳；测量该外壳和上述转子在上述转子的轴向上因热引起的伸缩差的测量机构；安装在上述凸缘部上并进行上述凸缘部的加热冷却的加热冷却机构；转子侧突出的凸部的密封体；使该密封体从中立位置移动到上述转子的径向外侧的密封体驱动部；以及 控制部，丼在非正常运转开始时，通过上述加热冷却机构加热或冷却上述 凸缘部，直到上述测量机构的测量值达到表示仅用蒸汽加热冷却上述转子及上 述外壳的时刻的设定值，同时，在上述测定值达到用于防止上述密封体的凸部 与其它部件接触的其它设定值的场合，通过上述密封体驱动部使上述密封体退 避到上述转子的径向外侧。
3. —种汽轮机，其特征在于，具备安装有动叶的转子；从外周包围该转子的隔板；将该隔板及上述转子包在内部，将上半部和下半部连结在凸缘部上而成一 体的外壳；测量该外壳和上述转子在上述转子的轴向上因热引起的伸缩差的测量机构；安装在上述凸缘部上并进行上述凸缘部的加热冷却的加热冷却机构；转子侧突出的凸部的密封体；使该密封体从中立位置移动到上述转子的径向外侧的密封体驱动部；以及 控制部，其在非正常运转开始时，通过上述密封体驱动部使上述密封体退 避到上述转子的径向外侧，同时，通过上述加热冷却才几构开始上述凸缘部的加 热或冷却，直到上述测量机构的测量值达到表示用蒸汽加热冷却上述转子及上 述外壳的时刻的第一设定值时，开始或停止向上述外壳内导入蒸汽；在上述测 量值达到表示仅用蒸汽加热冷却上述转子及上述外壳的时刻的第二设定值时， 停止利用上述加热冷却机构进行的上述凸缘部的加热或冷却；在上述测量值达 到表示上述转子及上述外壳因热引起的伸缩收敛了的时刻的第三设定值时，通 过上述密封体驱动部使上述密封体返回原位置。
4. 根据权利要求1所述的汽轮机，其特征在于， 上述加热冷却4几构以工作流体为热介质进4亍上述凸缘部的加热冷却。
5. 根据权利要求1所述的汽l合机，其特征在于， 上述加热冷却机构是通过电进行工作的加热、冷却装置。
6. 根据权利要求2所述的汽轮机，其特征在于，在上述转子的外周面上形成有与上述密封体的凸部形成的凹凸部相对应 的其它凹凸部。
7. 根据权利要求6所述的汽轮机，其特征在于，上述密封体的凸部形成的凹凸部构成为与形成于上述转子的外周面上的 其它凹凸部互不4妄触地嵌合。
8. 根据权利要求2所述的汽轮机，其特征在于，上述密封体设置在上述动叶的上述转子的径向外侧端部和上述外壳之间， 上述转子和上述隔板之间，上述转子贯通上述外壳的轴封部的上述转子和上述 外壳之间中的至少 一个地方。
9. 根据权利要求2所述的汽轮机，其特征在于，上述密封体驱动部具有若上述密封体从中立位置移动到上述转子的径向 外侧，则向上述转子的径向内侧推压上述密封体的弹性部件；从流体受到压力 而使上述密封体从中立位置向上述转子的径向外侧移动的压力作用面；及供给 对该压力作用面给与压力的流体的流体供给部。
10. 根据权利要求9所述的汽轮机，其特征在于，对上述压力作用面给与压力的流体，从与对上述转子供给的工作流体的系 统不同的系统供给。
11. 一种密封装置，设置在具有安装有动叶的转子、从外周包围该转子的 隔板、将该隔板及上述转子包围在内部并将上半部和下半部连结在凸缘部上而 成一体的外壳的汽轮机上，其特征在于，具备机构；安装在上述凸缘部上并进行上述凸缘部的加热冷却的加热冷却机构； 在形成于上述转子的外周侧的间隙中与上述转子相对设成环状且具有向 上述转子侧突出的凸部的密封体；使该密封体从中立位置移动到上述转子的径向外侧的密封体驱动部；以及 控制部，其在非正常运转开始时，通过上述加热冷却才几构加热或冷却上述 凸缘部，直到上述测量机构的测量值达到表示仅用蒸汽加热冷却上述转子及上 述外壳的时刻的设定值，同时，在上述测定值达到用于防止上述密封体的凸部 与其它部件接触的其它设定值的场合，通过上述密封体驱动部使上述密封体退 避到上述转子的径向外侧。
12. —种汽轮机的控制方法，其特征在于 上述汽轮机具备 安装有动叶的转子； 从外周包围该转子的隔板；将该隔板及上述转子包在内部，将上半部和下半部连结在凸缘部上而成一 体的外壳；测量该外壳和上述转子在上述转子的轴向上因热引起的伸缩差的测量机 构；以及安装在上述凸缘部上并进行上述凸缘部的加热冷却的加热冷却机构； 在非正常运转开始时，通过上述加热冷却机构开始上述凸缘部的加热或冷却，在上述测量机构的测量值达到表示用蒸汽加热冷却上述转子及上述外壳 的时刻的设定值时，开始或停止向上述外壳内导入蒸汽，在上述测量值达到表示仅用蒸汽加热冷却上述转子及上述外壳的时刻的 其它设定值时，停止利用上述加热冷却机构进行的上述凸缘部的加热或冷却。
13. —种汽轮机的控制方法，其特征在于上述汽轮机具备安装有动叶的转子；从外周包围该转子的隔板；将该隔板及上述转子包在内部，将上半部和下半部连结在凸缘部上而成一 体的外壳；测量该外壳和上述转子在上述转子的轴向上因热引起的伸缩差的测量机构；安装在上述凸缘部上并进行上述凸缘部的加热冷却的加热冷却机构；转子侧突出的凸部的密封体；以及使该密封体从中立位置移动到上述转子的径向外侧的密封体驱动部； 在非正常运转开始时，通过上述加热冷却才几构开始上述凸缘部的加热或冷却，在上述测量机构的测量值达到表示用蒸汽加热冷却上述转子及上述外壳 的时刻的第一设定值时，开始或停止向上述外壳内导入蒸汽，在上述测量值达到表示仅用蒸汽加热冷却上述转子及上述外壳的时刻的 第二设定值时，停止利用上述加热冷却机构进行的上述凸缘部的加热或冷却 在上述测量值达到用于防止上述密封体的凸部与其它部件接触的第三设 定值时，通过上述密封体驱动部使上述密封体退避到上述转子的径向外侧。
14. 一种汽轮机的控制方法，其特征在于 上述汽轮机具备 安装有动叶的转子；从外周包围该转子的隔板；将该隔板及上述转子包在内部，将上半部和下半部连结在凸缘部上而成一 体的外壳；测量该外壳和上述转子在上述转子的轴向上因热引起的伸缩差的测量机构；安装在上述凸缘部上并进行上述凸缘部的加热冷却的加热冷却机构；转子侧突出的凸部的密封体；以及使该密封体从中立位置移动到上述转子的径向外侧的密封体驱动部；在非正常运转开始时，通过上述密封体驱动部使上述密封体退避到上述转 子的径向外侧，同时，通过上述加热冷却机构开始上述凸缘部的加热或冷却，在上述测量机构的测量值达到表示用蒸汽加热冷却上述转子及上述外壳 的时刻的第一设定值时，开始或停止向上述外壳内导入蒸汽，在上述测量值达到表示仅用蒸汽加热冷却上述转子及上述外壳的时刻的 第二设定值时，停止利用上述加热冷却机构进行的上述凸缘部的加热或冷却，在上述测量值达到表示可过渡到正常运转的时刻的第三设定值时，通过上 述密封体驱动部使上述密封体返回到原位置。
15. —种密封装置的控制方法，该密封装置设置在具有安装有动叶的转子、 从外周包围该转子的隔板、将该隔板及上述转子包围在内部并将上半部和下半 部连结在凸缘部上而成一体的外壳的汽轮机上，其特征在于，具备测量上述外壳和上述转子在上述转子的轴向上因热引起的伸缩差的测量 机构；安装在上述凸缘部上并进行上述凸缘部的加热冷却的加热冷却机构； 上述转子侧突出的凸部的密封体；以及使该密封体从中立位置移动到上述转子的径向外侧的密封体驱动部； 在非正常运转开始时，通过上述加热冷却才几构开始上述凸缘部的加热或冷却，在上述测量机构的测量值达到表示用蒸汽加热冷却上述转子及上述外壳 的时刻的第一设定值时，开始或停止向上述外壳内导入蒸汽，在上述测量值达到表示仅用蒸汽加热冷却上述转子及上述外壳的时刻的 第二设定值时，停止利用上述加热冷却机构进行的上述凸缘部的加热或冷却，在上述测量值达到用于防止上述密封体的凸部与其它部件接触的第三设 定值时，通过上述密封体驱动部使上述密封体退避到上述转子的径向外侧。
全文摘要
本发明涉及用蒸汽获得能量的汽轮机、抑制蒸汽泄漏的密封装置及它们的控制方法。目的在于提高汽轮机的效率。本发明的汽轮机具备安装有动叶(10)的转子(1)；从外周包围该转子(1)的隔板(2)；将该隔板(2)及转子(1)包围在内部并将上半部(18)和下半部(19)连结在凸缘部(5)上而成一体的外壳(3)；测量该外壳(3)和转子(1)在转子(1)的轴向上因热引起的伸缩差(d)的位移检测器(4)；安装在凸缘部(5)上并进行凸缘部(5)的加热冷却的加热冷却机构(6)；以及控制部(7)，其在非正常运转时通过加热冷却装置(6)加热或冷却凸缘部(5)，直到位移检测器(4)的测量值达到设定值(M)或(S)。
文档编号F01D25/14GK101109297SQ20071013617
公开日2008年1月23日 申请日期2007年7月19日 优先权日2006年7月20日
发明者工藤健, 成田健次郎 申请人:株式会社日立制作所