專利名稱：汽輪機、密封裝置及它們的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用蒸汽獲得能量的汽輪機、設置在汽輪機的轉子的徑向外側抑 制蒸汽泄漏的密封裝置及它們的控制方法。
技術背景作為提高汽輪機效率的一種手段，已知縮短汽輪機的啟動及停止等非正常 運轉所需要的時間是有效的方法。通常，在啟動汽輪機時，通過使汽輪機逐漸變暖，控制因安裝有動葉的轉 子和內包該轉子的外殼的熱容量差而產生的加熱導致的伸縮差(熱伸縮差)。 因此，與外殼相比較，避免了熱容量相對較小的轉子相對外殼過度地伸縮而發(fā) 生軸振動(摩擦振動)等，同時，緩慢轉移到正常運轉時的狀態(tài)后起動。這樣， 為了實現縮短非正常運轉所需要的時間，必需解決熱伸縮差的問題。作為減少這樣的熱伸縮差的問題并實現非正常運轉時間的減少的技術，有 在比轉子熱容量大的外殼的外周面安裝熱介質流通的通道，并利用它預先加熱(或冷卻)整個外殼的技術(參照專利文獻1:日本實開昭62-34103號公報)。 然而，上述的技術是使整個外殼變暖或冷卻為前提的技術，在不能充分準 備使外殼變暖或冷卻所需要的蒸汽的場合，其效果很小，在實際使用中有困難。 另外，除了進行預加熱、預冷卻以縮短非正常運轉時間以外，對于提高與之連 帶的正常運轉時的效率的方法則沒有考慮，因而還必須從考慮啟動到停止的一 系列流程的綜合的觀點來提高汽輪機的效率。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的就在于提高汽輪機的效率。為了實現上述目的，本發(fā)明的汽輪機具備安裝有動葉的轉子；從外周包 圍該轉子的隔板；將該隔板及上述轉子包在內部并將上半部及下半部連結在凸 緣部上而成為一體的外殼；測量該外殼和上述轉子在上述轉子的軸向上由熱引 起的伸縮差的測量機構；安裝在上述凸緣部上，進行上述凸緣部的加熱冷卻的
加熱冷卻機構；以及控制部，在非正常運轉時直到上述測量機構的測量值達到 設定值之前利用上述加熱冷卻機構對上述凸緣部進4亍加熱或冷卻控制。根據本發(fā)明，由于縮短非正常運轉時所需時間的同時，能夠抑制渦輪機工 作中的蒸汽泄漏，所以能夠使汽輪機的效率提高


圖l是本發(fā)明的第一實施方式的汽輪機的側視圖。圖2是本發(fā)明的第一實施方式的汽輪機的剖視圖。圖3是本發(fā)明的第一實施方式的汽輪機的轉子附近的放大圖。圖4是放大并示意地表示本發(fā)明的第一實施方式的汽輪機中的密封體的圖5是放大并示意地表示本發(fā)明的第一實施方式的汽輪機中的其它密封 體的側視圖。圖6是表示本發(fā)明的第 一實施方式的汽輪機中的控制裝置7的汽輪機啟動 時及停止時的處理內容的流程圖。圖7是放大并示意地表示本發(fā)明的第一實施方式的比較例的汽輪機中的 一般密封體的側;現圖。圖8是本發(fā)明的第 一實施方式的變型例的汽輪機的側視圖。圖9是本發(fā)明的第二實施方式的汽輪機的側視圖。圖IO是本發(fā)明第二實施方式的汽輪機的剖視圖。圖11是圖10中的XI部分的放大圖。圖12是表示本發(fā)明的第二實施方式的汽輪機中的控制裝置7B的汽輪機 啟動時及停止時的處理內容的流程圖。圖13是表示本發(fā)明的第三實施方式的汽輪機中的控制裝置7B的汽輪機 啟動時及停止時的處理內容的流程圖。圖中d—伸縮差，L、 R—設定值，M、 S—設定值，N、 T—設定值，Z—設定 值，1—轉子，2—隔板，3—外殼，4—位移檢測器，5—凸緣部，6—加熱冷卻 裝置，7—控制裝置，8—密封翅片，9—密封體，IO—動葉，18—上半部，19 一下半部，30 32—間隙，33 —密封翅片，34—凹部，35—槽部，36—加熱、
冷卻裝置，37—電源部，40~42—密封體，48—密封翅片，49—凹部，50—壓力作用面，51—彈簧部件，52—蒸汽供給口。
具體實施方式
下面，使用

本發(fā)明的實施方式。首先，使用圖1至圖7說明本發(fā)明的第一實施方式。圖1是本發(fā)明的第一實施方式的汽輪機的側視圖，圖2是圖1所示的汽輪 機的剖視圖。圖3是圖1所示的汽輪機的轉子附近的放大圖。圖4是放大并示 意地表示圖1所示的汽輪機中的密封體的側視圖。圖示的汽輪機主要具備轉子l;從外周環(huán)狀地包圍轉子1的隔板2;將 隔板2及轉子1包在內部的外殼3;固定在外殼3上用于測量外殼和轉子的熱 引起的伸縮差(設為d)的位移檢測器4;安裝在外殼3的凸緣部5上，進行 凸緣部5的加熱冷卻的加熱冷卻裝置6;在非正常運轉時(汽輪機的啟動時或 停止時等)根據位移檢測器4的測量值通過加熱冷卻裝置6對凸緣部5進行力口 熱或冷卻的控制裝置7;以及在轉子的外周側所形成的間隙中，與轉子l相對 設置成環(huán)狀并具有向轉子1側突出的凸形狀的密封翅片8的密封體9。轉子1具有沿轉子1的圓周方向排列成環(huán)狀的動葉10,這樣的環(huán)狀的葉 柵在轉子1的軸向按規(guī)定間隔設有多個。另外，轉子1在外殼3的軸封部(密 封壓蓋部)11 (圖中左側)、12 (圖中右側)貫通外殼3,由軸承13支撐軸封 部11側的端部、由軸承14支撐軸封部12側的端部。隔板2具有從轉子1設置在轉子1徑向外側的內輪15;從內輪15設置 在轉子1徑向外側的靜葉16;從靜葉16設置在轉子1徑向外側的外輪17。靜 葉16如上所述設置成與在轉子1的軸向構成多個葉柵的動葉IO相對應，使環(huán) 狀地構成的每個葉柵構成渦輪機級。靜葉16對從蒸汽入口部29 (后述)引入 渦輪機內的蒸汽進行整流，使其流入動葉10而使轉子1旋轉。外殼3分割為多個。在本實施方式中，外殼3沿轉子1的軸向分割為2 個，在組裝時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分別具有兩個向轉子1徑向外側突出的厚壁部分的凸緣部5。上 半部18和下半部19借助于該凸緣部5由例如螺栓等連結而成為一體，構成外 殼3。這樣，為了結合上半部18和下半部19,需要凸緣部5有某種程度的厚
度。為此，與外殼3的其它部分相比較熱容量大，大大地有助于增大外殼3 的熱容量。另外，外殼3的分割數并不限定于2個，當然也可以分割成2個以 上。并且，外殼3具有導入使轉子1旋轉的蒸汽的蒸汽入口部20。蒸汽入口 部20與供給蒸汽的配管21連接，在配管21上設有調節(jié)蒸汽量的流量調節(jié)閥 22。流量調節(jié)閥22與控制部7連接，通過從控制裝置7送出的操作信號控制 閥的開度。位移檢測器4與轉子1面對地固定在外殼3的軸封部12側，測量外殼3 和轉子l在轉子1的軸向因熱引起的伸縮差d。另外，位移檢測器4與控制裝 置7連接，將測量值作為檢測信號向控制裝置7連續(xù)地送出。加熱冷卻裝置6分別安裝在外殼3的上半部18及下半部19的凸緣部5 上。在加熱冷卻裝置6上連接有供給用于加熱冷卻凸緣部5的熱介質(例如， 作為工作流體的蒸汽(水))的配管23、排出對凸緣部5加熱冷卻后的熱^h質 的配管24。在配管23上設有流量調節(jié)閥25。在流量調節(jié)閥25的上游側連接 有加熱用的熱介質流通的配管26和冷卻用的熱介質流通的配管27,在配管26 上設有調節(jié)加熱用的熱介質流量的流量調節(jié)閥28，在配管27上設有調節(jié)冷卻 用的熱介質流量的流量調節(jié)閥29，各流量調節(jié)閥25、 28、 29分別與控制裝置 7連接，通過從控制裝置7送出的操作信號控制各個閥的開度。在圖3及圖4中，密封體9具有向轉子1側突出的凸形狀的密封翅片8, 在位于轉子1側的面上形成凹凸部38。另外，密封體9設置成環(huán)狀，以在動 葉10的轉子1徑向外側端部和外殼3之間形成的間隙30、在轉子1和內輪15 (隔板2)之間形成的間隙31以及在轉子1和外殼3之間形成的間隙(軸封 部32)上，從外周側包圍轉子1或動葉10。在轉子1等的外周面上通過與密 封翅片8對應地/沒置的密封翅片32形成凹凸部34。該凹凸部34構成為與形 成于密封體9上的凹凸部38互不接觸地嵌合(交錯型)。這樣構成的話，蒸汽 通道形成為蜿蜒曲折的Z狀而使蒸汽通道的距離變長，從各間隙30、 31、 32 泄漏的蒸汽量降低，從而提高了渦輪機效率。另外，密封翅片8及與之對應設 置的密封翅片33的形狀并不限定于圖示的形狀，只要分別形成凹凸部并使蒸 汽的通過距離變長即可。 本實施方式中的密封體9，是將密封翅片8斂縫固定在設置于密封體9上 的槽35中的所謂斂縫密封。斂縫密封由于密封翅片8本身極薄而散熱性優(yōu)良， 因而難于因轉子1的熱變形引起過大的軸振動(摩擦振動)，而且還具的優(yōu)點 是即使前端部損傷、作為密封翅片的功能顯著降低的情況也很少，維修也很容 易。還有，在本實施方式中，轉子1側的密封翅片33也被斂縫固定在槽39 中。另外，作為圖4所示的交^l普型的密封體9的代替品，也可以利用由圖5 所示的形狀構成的密封體。圖5所示的密封體9A,是在轉子l的徑向僅離開 所定間隔配置密封體9A側的密封翅片8A和與之相對應的轉子1等的側密封 翅片33的結構(雙層帶型)?？刂蒲b置7如上所述，與位移檢測器4及流量調節(jié)閥22、 25、 28、 29連 接，由位移檢測器4送出外殼3和轉子1由熱引起的伸縮差d的測量值，并將 操作信號發(fā)送到流量調節(jié)閥22、 25、 28、 29?？刂蒲b置7在汽輪機的所謂非 正常運轉時(表示因急劇的溫度變化引起外殼3和轉子1的熱容量差產生伸縮 差的場合，可列舉例如汽輪機的啟動時或停止時等)，基于從位移檢測器4送 出的伸縮差d的測量值，決定開閉各閥22、 25、 28、 29的時刻，并以此作為 操作信號發(fā)送到各閥22、 25、 28、 29,適當地對外殼3進行預先加熱或冷卻， 由此控制因外殼3和轉子1的熱容量差產生的伸縮差d。本實施方式的控制裝置7使用如上所述的伸縮差d作為決定開閉各閥22、 25、 28、 29的時刻的指標，并將如下所述大致不同的兩種值作為設定值預先 儲存。第一設定值L表示用工作流體即蒸汽同時加熱轉子1及外殼3整體的時 刻，考慮了密封翅片8及密封翅片33的間隔或轉子1的伸縮率而決定的。控 制裝置7在伸縮差d達到設定值L以上時，打開流量調節(jié)閥22將蒸汽導入蒸 汽入口部20,同時加熱轉子1及外殼3。另外，該設定值L設定成即使其最 大也比密封體9的密封翅片8的間隔小，并設定成密封翅片8和外殼3不因外 殼3的伸縮而沖突。另外，第二個設定值M表示僅用蒸汽加熱轉子1及外殼3整體的時刻， 考慮外殼3及轉子1的熱容量及伸縮率，最好是采用僅通過在停止了用加熱冷 卻裝置6的加熱后用蒸汽的加熱，使外殼3和轉子1的伸縮率變得大致相等的
值?？刂蒲b置7在伸縮差d達到設定值M以下時，關閉流量調節(jié)閥25,停止 由加熱冷卻裝置6進行的凸緣部5的加熱。另外，該值設定成至少比上述的設 定值L小。另一方面，在停止汽輪機時，對于上述那樣汽輪機啟動時所使用的設定值 L及設定值M,使用設定值R及設定值S。設定值R與設定值L相對應，表 示停止蒸汽導入后同時冷卻轉子1及外殼3的時刻，考慮密封翅片8及密封翅 片33的間隔及轉子1的伸縮率來決定。另外，設定值S與設定值M相對應， 表示僅用自然冷卻來冷卻轉子1及外殼3的時刻，最好是采用在停止了利用加 熱冷卻裝置6的冷卻后僅通過自然冷卻，使外殼3和轉子1的伸縮率也大致相 等的值。此外，對這些設定值的說明，為了避免重復雖省略了詳細說明，但具 有與上述設定值L及設定值M實質上相同的性質。下面，使用圖6對利用控制裝置7的汽輪機的控制順序進行說明。圖6 (a)是表示控制裝置7的汽輪機啟動時的處理內容的流程圖，圖6 (b)是表示控制裝置7的汽輪機停止時的處理內容的流程圖。在啟動汽輪機時如圖6 (a)所示，控制裝置7首先打開流量調節(jié)閥28, 同時關閉流量調節(jié)閥29，將加熱用熱介質導入流量調節(jié)閥25，再打開流量調 節(jié)閥25將加熱用熱介質導入加熱冷卻裝置6 (S100)。這^f羊，凸纟彖部5由加熱 冷卻裝置6加熱，外殼3因該熱而開始伸長(S110)。其次，經過預定時間后，若判斷伸縮差d達到了設定值L以上(S120)， 則控制裝置7打開流量調節(jié)閥22 (S130)將蒸汽導入蒸汽入口部20 (S140)。 利用該蒸汽同時加熱外殼3及轉子1,與外殼3相比較，由于熱容量小的轉子 l容易熱伸縮，所以伸縮差d從L附近逐漸變小。其次，經過預定時間后，若判斷伸縮差d達到了設定值M以下(S150), 則控制裝置7關閉流量調節(jié)閥25、 28,停止向加熱冷卻裝置6供給熱介質 (S160)。由此，停止由加熱冷卻裝置6對凸緣部5的加熱(S170)。則外殼3 與轉子1一起僅用蒸汽加熱。然后，由蒸汽的熱引起的外殼3和轉子1的伸縮 差d逐漸減小，最后幾乎成為零，汽輪4幾過渡到該狀態(tài)下的正常運轉(S180)。 如上所述那樣控制汽輪機的話，通過預先加熱熱容量大的外殼3的凸緣部5， 由于能大幅度地減小伸縮差d的最大值，所以能大幅度地縮短啟動汽輪機時所
需的時間。另一方面，在停止汽輪機時，如圖6 (b)所示，控制裝置7首先打開流 量調節(jié)閥29，同時關閉流量調節(jié)閥28，將冷卻用熱介質導入輪流量調節(jié)閥25， 再打開流量調節(jié)閥25將冷卻用熱介質導入加熱冷卻裝置6 (S200)。由此，凸 緣部5 ;陂加熱冷卻裝置6冷卻，外殼3因該冷卻開始縮短(S210 )。接著，經過預定時間后，若判斷伸縮差d達到了設定值R以上(S220), 則控制裝置7關閉流量調節(jié)閥22 (S230)停止導入到蒸汽入口部20的蒸汽 (S240)。由此，同時冷卻轉子1及外殼3，與外殼3相比較，由于熱容量小 的轉子1容易縮短，所所以伸縮差d逐漸變小其次，經過預定時間后，若判斷伸縮差d達到了設定值S以下(S250)， 則控制裝置7關閉流量調節(jié)閥25、 29，停止向加熱冷卻裝置6供給熱介質 (S260)。這樣，停止利用加熱冷卻裝置對凸緣部5的冷卻(S270),則外殼3 與轉子1一起被自然冷卻。然后，外殼3和轉子1的伸縮差逐漸較小，最后幾 乎成為零，從而可使汽輪機在該狀態(tài)下停止(S280)。如上所述那樣控制汽輪 機的話，通過預先冷卻熱容量大的外殼3的凸緣部5，由于能大幅度地減小伸 縮差d的最大值，所以能大幅度地縮短停止汽輪機時所需的時間。下面，參照

本實施方式的效果。圖7是表示迷宮式密封的結構的 側視圖。在一般的汽輪機中，在高速旋轉的轉子(旋轉物)和從外側覆蓋轉子的外 殼等靜止物之間，設有用于防止轉子與靜止物接觸的間隙。但是，公知的是， 由于使轉子旋轉的蒸汽從該間隙泄漏而導致渦輪機效率降低，所以設置密封裝 置作為抑制蒸汽泄漏的機構。在這種密封裝置中，如圖7所示，其構成為使由 密封體80上的密封翅片81形成的凹凸部82和形成于轉子83側的凹凸部84 相互不接觸地嵌合，可降低在上述間隙的蒸汽泄漏。這種密封裝置稱之為迷宮 式密封。然而，在利用這種迷宮式密封的場合，在啟動或停止汽輪機時，必須注意 因構成汽輪機的部件的熱引起的伸縮差。若以上述迷宮式密封的場合為例，與 外殼85相比較，由于熱容量小的轉子83比外殼85更容易通過加熱而伸長， 因而，密封體80的凹凸部82和轉子83的凹凸部84由于外殼85和轉子83
之間產生的伸縮差而接觸，有時發(fā)生軸振動(摩擦振動)。過度的摩擦振動會 51起不得不停止渦輪機的運轉的事態(tài)。為了不發(fā)生這種軸振動，作為控制轉子和外殼的伸縮差同時減少非正常運 轉所需要的時間并提高渦輪機效率的技術，公知的是，在與轉子相比熱容量大 的外殼的外周面上設置熱介質流通的通道的技術。然而，該技術是以外殼全體 的變暖和冷卻為前提的技術，在不能充分準備使外殼變暖或冷卻所需要的蒸汽 的場合，其效果很小，在實際使用中有困難。相對于這種4支術，本實施方式在結合外殼3的上半部18和下半部19的厚 壁部分，在用于加大外殼3的熱容量的凸緣部5上安裝加熱冷卻裝置6，基于 用位移檢測器4測量的伸縮差d,利用控制裝置7控制對凸緣部進行加熱冷卻 的時間。這樣，由于外殼3的比其它部分熱容量大的凸緣部5被優(yōu)先加熱冷卻， 剩余的部分可利用蒸汽等與轉子1一起進行加熱冷卻，所以，比預先加熱冷卻 外殼整體的場合更能夠降低所使用的熱介質的量及能量。另外，由于能夠大幅 度地減小轉子1和外殼3的伸縮差d的最大值，所以能夠防止因密封翅片8 和密封翅片33的接觸引起的變形或破壞。并且，由于通過減小伸縮差d的最 大值還能使密封翅片的間隔變狹窄，所以能夠增加每個密封體9的密封翅片8 的枚數，從而能增大密封體9的抑制蒸汽泄漏的功能。這樣，若采用本實施方 式，由于可以縮短非正常運轉所需要的時間同時能夠抑制渦輪機工作中的蒸汽 泄漏。從而能夠提高汽輪機的效率。另夕卜，在本實施方式中，作為向安裝在上半部18及下半部19上的各加熱 冷卻裝置6供給熱介質的系統，雖然只利用了配管23，但也可以將各自獨立 的配管連接在各加熱冷卻裝置6上。若采用這樣的結構，例如，即使在上半部 18及下半部19上產生溫度差的場合，也能夠將不同溫度的熱介質導入各加熱 冷卻裝置6來修正其溫度差。并且，在外殼3的轉子1軸向上有必要控制加熱 或冷卻的場合(例如在轉子1軸向上產生溫度差的場合等)，也可以如下構成， 即，將沿轉子1軸向適當分割了加熱冷卻裝置6的裝置安裝在凸緣部5上，并 獨立地控制該分割了的裝置。另外，在上述的實施方式中，作為對凸緣部5進行加熱冷卻的機構，雖然 對利用了以流體為熱源的加熱冷卻裝置6的場合進行了說明，但對凸緣部5
進行加熱冷卻的裝置并不僅限于此。下面，作為本實施方式的變型例說明利用上述加熱冷卻裝置6以外的情況。圖8是本發(fā)明的第一實施方式的變型例的汽輪機的側視圖。 圖示的汽輪機，取代第一實施方式的汽輪機中的加熱冷卻裝置6，具備用 電進行凸緣部5的加熱冷卻的加熱、冷卻裝置36,和向加熱、冷卻裝置36供 電的電源部37。另外，對于與第一實施方式相同的部分給予相同的符號而省 略其說明。即使利用這樣用電進行工作的加熱冷卻裝置(加熱、冷卻裝置36) 來構成汽輪機，也能夠得到與第一實施方式實質上同樣的效果。特別是，如本 變型例那樣使用加熱、冷卻裝置36的話，與利用流體作為熱介質的場合相比 較，由于能夠容易地進行精細的溫度控制，所以可獲得能夠更正確地控制伸縮 差d的顯著效果。另外，在該場合，加熱冷卻裝置6當然也同樣可以構成為可 個別地控制各加熱、冷卻裝置36。下面，對本發(fā)明的第二實施方式進行說明。本實施方式的主要特征在于，在使密封體移動到轉子1徑向外側后開始外 殼3的凸緣部5的加熱冷卻，在停止該加熱冷卻后，通過使密封體的位置返回 原位來避免因熱引起的伸縮差產生的問題。圖9是本發(fā)明的第二實施方式的汽輪機的側視圖，圖IO是圖9所示的汽 輪機的剖視圖。圖11 (a)及圖11 (b)是圖10中以虛線表示的XI部分的放大 圖，圖11 (a)表示使密封體移動到轉子1徑向外側后的狀態(tài)，圖11 (b)表 示密封體位于中立位置的狀態(tài)。對于與先前的圖相同的部分給予相同的符號而 省略其說明。圖示的汽輪機，作為與第一實施方式的汽輪機的不同部分主要具備抑制 來自形成于轉子1外周側的間隙的蒸汽泄漏的密封體40、 41、 42;引入使密 封體40、 41、 42退避到轉子1徑向外側時所使用的蒸汽(密封體用蒸汽)的 蒸汽主配管43;向各密封體40、 41、 42供給從主配管43引入的蒸汽的蒸汽 副配管44、 45、 46;調節(jié)向蒸汽副配管44、 45、 46供給的蒸汽流量的流量調 節(jié)閥47;以及基于伸縮差d控制密封體40、 41、 42的驅動及加熱冷卻裝置6 進行的凸緣部5的加熱冷卻的控制裝置7B。密封體40具有在形成于轉子1的外周側的間隙中與轉子1相對地設置
成環(huán)狀且向轉子1側突出的凸狀密封翅片48;容納在密封體40的轉子1徑向 外側所設的凹部49中，且從密封體用的蒸汽受到壓力而使密封體40從中立位 置(后述)向轉子1的徑向外側移動的壓力作用面50;設置在壓力作用面50 的轉子1徑向外側，當利用蒸汽使密封體40從中立位置向轉子1的徑向外側 移動時將密封體40向轉子1的徑向內側推壓的彈簧部件(彈性部件)51;以 及設置在凹部49的側面并與蒸汽副配管44連接的開口部，即向凹部49內供 給密封體用蒸汽的蒸汽供給口 52。另外，密封體40為所謂交錯型，其構成為，在處于不向凹部49供給密封 體用蒸汽情況下的中立位置(圖11 (b)的狀態(tài))，由轉子1側的密封翅片33 形成的凹凸部和由密封翅片48形成的凹凸部相互不接觸地嵌合。另外，對于 密封體41、 42,由于與密封體40同樣地構成所以省略其說明。蒸汽主配管43在流量調節(jié)閥47的下游側，分支為蒸汽副配管44及蒸汽 副配管45。蒸汽副配管44在其更下游側與蒸汽副配管46分支。蒸汽副配管 44、 45、 46分別與設置在容納有密封體40、 42、 41的壓力作用面50的凹部 49上的蒸汽供給口 52連接，并向各凹部49供給蒸汽。供給凹部49的蒸汽作 用于壓力作用面50，使密封體40退避到轉子1徑向外側，并使受到彈簧部件 51的反作用力的密封體40在預定位置靜止。控制裝置7B與位移檢測器4及流量調節(jié)閥22、 25、 28、 29、 47連接， 從位移檢測器4發(fā)送伸縮差d的測量值，并將操作信號發(fā)送給流量調節(jié)閥22、 25、 28、 29、 47。因此，控制裝置7同樣地對外殼3進行預先加熱或冷卻并控 制因熱容量差產生的伸縮差，同時適當地開閉閥47并控制密封體40、 41、 42的轉子l徑向的移動。本實施方式的控制裝置7B也與第一實施方式同樣,作為決定開閉各閥22、25、 28、 29、 47的時刻的值使用伸縮差d，作為預先儲存的設定值，除了第一 實施方式中使用的兩種設定值(設定值L、 R及設定值M、 S)以外，還儲存 了作為第三種設定值的設定值N及設定值T，設定值N在啟動汽輪機時使用， 設定值T在停止汽輪機時使用。設定值N及設定值T表示，通過收斂轉子1及外殼3因熱引起的伸縮， 可使汽輪機過渡到正常運轉的時刻或可停止汽輪機的時刻，考慮加熱冷卻的結
果，轉子1和外殼3的伸縮率變得大致均等的時刻決定。控制裝置7B在伸縮 差d達到設定值N或T以下時關閉流量調節(jié)閥47并停止向蒸汽副配管的蒸汽 供給，開始凸緣部5的加熱冷卻時，使退避到轉子1徑向外側的密封體40、 41、 42 (后述)移動到中立位置。另外，該設定值N、 T分別設定成比設定值 M、 S小。這里，使用圖12說明控制裝置7B進行的汽輪機的控制順序。圖12 (a)是表示控制裝置7B的汽輪機啟動時的處理內容的流程圖，圖 12 (b)是表示控制裝置7B的汽輪機停止時的處理內容的流程圖。汽輪機啟動時如圖12 ( a)所示，控制裝置7B首先打開流量調節(jié)閥47向 蒸汽副配管44、 45、 46供給密封體用蒸汽(S300)。這樣供給的蒸汽通過蒸汽 副配管44、 45、 46作用于密封體40、 41、 42的各壓力作用面50,使各密封 體40、 41、 42退避到轉子1徑向外側(S310)。使密封體40、 41、 42退避后，控制裝置7B進行與第一實施方式的控制 裝置7在S100至S170中進行的處理同樣的處理，并停止凸緣部5的加熱(S320 至S390 )。這樣，外殼3與轉子1 一起僅通過從蒸汽入口部20導入的蒸汽被 加熱，伸縮差d從設定值M進一步減小。其次，經過預定時間后，若判斷伸縮差d達到了設定值N以下(S400)， 則控制裝置7B關閉流量調節(jié)閥47,使密封體40、 41、 42返回到中立位置 (S420)。然后，外殼3和轉子1的伸縮差因蒸汽的熱逐漸減小并幾乎為零， 汽輪機在該狀態(tài)下過渡到正常運轉(S430)。另夕卜，使汽4侖機停止時也與上述同樣，如圖12(b)所示，由控制裝置7B 使使各密封體40、 41 、 42退避到轉子1徑向外側(S310 )，開始外殼3和轉子 l的冷卻。經過預定的工序后，當伸縮差d達到了設定值T以下，則關閉流量 調節(jié)閥47,使密封體40、 41、 42返回到中立位置，使汽輪機停止(S500至 S630 )。如上所述那樣控制汽輪機的話，除了在第 一實施方式中說明的效果以外， 由于在密封翅片48、 33彼此有可能接觸的非正常運轉時能夠使密封體40、 41、 42退避，能夠可靠地避免因密封翅片48、 33彼此的接觸導致的損傷等，從而 能夠提高汽輪機的可靠性。并且，由于利用密封翅片48、 33彼此間相互嵌合
并發(fā)揮優(yōu)良的防蒸汽泄漏功能的交錯型的密封體，在非正常運轉時也能可靠地避免密封翅片48、 33彼此接觸，所以不必考慮非正常運轉時的外殼3和轉子 1的伸縮差。因此，與第一實施方式相比較，能夠進一步縮小密封翅片48的 間隔，從而能夠進一步有效地抑制正常運轉時的蒸汽泄漏量。這樣，若采用本 實施方式，由于能在縮短非正常運轉的時間的同時進一步抑制正常運轉時的蒸 汽泄漏量，所以，能夠在汽4侖機的啟動至停止的一系列動作中提高渦輪機的效 率。另外，在本實施方式的說明中，為了簡化說明，作為在轉子l的徑向可進 退的密封體，雖然舉例說明了在形成于轉子1和內輪15之間的間隙31中設置 的密封體42，在形成于轉子1和外殼3之間的間隙32中設置的密封體40、41, 但很顯然，除了這些地方之外，也可以在形成于動葉10的前端部和外殼3之 間的間隙30等中設置由同樣結構構成的密封體，上述的說明并不限定密封體 的安裝處所。另外，在上述說明中，對于使密封體40、 41、 42退避到轉子1徑向外側 時所使用的蒸汽(密封體用蒸汽)的供給源，雖沒有特別言及，但是也可以利 用從工作流體得到的方法或從與工作流體的系統不同的系統得到蒸汽的方法 等。該場合，在前者的方法中，具有通過利用工作流體提高渦輪機效率的優(yōu)點； 在后者的方法中，具有能夠可靠地確保用于使密封體移動的蒸汽壓的優(yōu)點。接下來對本發(fā)明的第三實施方式進行說明。
本實施方式雖然在不使密封體退避到轉子1徑向外側而是通過控制裝置 7B進行伸縮差d的控制這一點上與第一實施方式相同，但其具有如下特征， 即，在可以預見到在該場合密封翅片彼此接觸時，就控制汽輪機使密封體退避， 并將使密封體退避到轉子l徑向外側的時間抑制到最小限度。另外，本實施方 式的汽輪機的機械構造與第二實施方式相同，省略對各部分的說明。本實施方式中的控制裝置7B也與第二實施方式同樣，使用伸縮差d作為 決定開閉各閥22、 25、 28、 29、 47的時刻的值，作為預先儲存的設定值，除 了第二實施方式所使用的三種設定值(設定值L、 R，設定值M、 S及設定值 N、 T)以外，還儲存了第四種設定值即設定值Z。
設定值Z用于防止密封體40、 41、 42的密封翅片48與其它部件(例如
密封翅片33)接觸而發(fā)生振動等，考慮密封翅片48、 33彼此不因熱伸縮而接 觸來決定?？刂蒲b置7B在伸縮差d達到設定值Z以上時便打開流量調節(jié)閥47 并使密封體40、 41、 42退避轉子1徑向外側。另外，該設定值Z設定成比設 定值L及設定值.R大。使用圖13對本實施方式的控制裝置7B進行的汽輪機的控制順序進行說明。圖13 (a)是表示控制裝置7B的汽輪機啟動時的處理內容的流程圖，圖 13 (b)是表示控制裝置7B的汽輪機停止時的處理內容的流程圖。汽輪機啟動時如圖13 (a)所示，控制裝置7B首先打開流量調節(jié)閥28, 同時關閉流量調節(jié)闊29,將加熱用熱介質導入流量調節(jié)閥25,再打開流量調 節(jié)閥25將加熱用熱介質導入加熱冷卻裝置6 ( S700 )。這樣，凸緣部5由加熱 冷卻裝置6加熱，外殼3因該熱開始伸長(S710)。其次，經過預定時間后，在判斷伸縮差d達到了設定值L以上后(S720)， 進一步檢查伸縮差d是否達到了設定值Z以上(S730),如果伸縮差d達到了 設定值Z以上，則判斷為密封翅片48、 33彼此有接觸的可能，控制裝置7B 打開流量調節(jié)閥47 (S740),使各密封體40、 41、 42退避到轉子1徑向外側 (S750 )。在S730中，判斷為伸縮差d比設定值Z小后，或在S750中使密封體退 避后，打開流量調節(jié)岡22 (S760)，將蒸汽導入蒸汽入口部20 (S770)。外殼 3及轉子1利用該蒸汽同時開始被力口熱，但在該處理結束后，還檢查伸縮差d 是否達到設定值Z以上(S780)。如果伸縮差d達到了設定值Z以上，則判斷 密封體40、 41、 42在S750中是否已退避之后(S790 ),與S740及S750同樣 地使密封體40、 41 、 42退避(S800至S810 )。在S780中判斷為伸縮差d比設定值Z小后，在S790中判斷為密封體40、 41、 42已退避之后，或在S810中使密封體40、 41、 42退避之后，判斷通過 導入到蒸汽入口部20的蒸汽及凸緣部5的加熱伸縮差d是否達到了設定值M 以下(S820 )。當伸縮差d達到^l定Y直M以下時，關閉流量調節(jié)閥25、28( S830 ), 停止凸緣部5的加熱(S840)。這樣，外殼3與轉子1 一起僅通過從蒸汽入口 部20導入的蒸汽加熱，伸縮差d從設定值M進一步減小。 其次，經過預定時間后，若判斷伸縮差d達到了設定值N以下(S850)， 直到該處理之前，判斷密封體40、 41、 42是否退避到轉子1徑向外側(例如， 判斷流量調節(jié)閥47是否打開)(S860)。這里，如果判斷密封體40、 41、 42 已退避，則關閉流量調節(jié)閥47 (S870),使密封體40、 41、 42移動到中立位 置(S880 )。在S860中，判斷為密封體40、 41、 42位于中立位置后，或者在S880中 使密封體40、 41、 42返回中立位置后，外殼3和轉子1的伸縮差d因蒸汽的 熱而逐漸減小而最后幾乎為零，汽輪機在該狀態(tài)下過渡到正常運轉(S8卯)。另外，在停止汽輪4幾時也與上述同樣，如圖13 (b)所示，以第一實施方 式的控制為基礎冷卻外殼3和轉子l，在從伸縮差d達到設定值R以上后(S920 ) 直到達到設定值S以下(S1020)期間，通過判斷伸縮差d是否有超過設定值 Z的情況，從而控制密封體40、 41、 42使得密封翅片48、 33彼此不接觸(S900 至S1040)。然后，在伸縮差d達到設定值T以下時(S1050)，判斷密封體40、 41、 42是否退避到轉子l徑向外側(1060)，并根據需要使密封體40、 41、 42 返回中立位置(S1070及S1080)，并使汽輪機停止(S1090)。如上所述那樣控制汽輪機的話，由于將密封體40、 41、 42保持在中立位 置的時間比上述第二實施方式更長，所以能夠進一步減少蒸汽泄漏量，能夠在 從汽輪機起動到停止的一 系列動作中進一步提高渦輪機效率。另外，在上述說明中，判斷伸縮差d是否達到設定值Z以上的處理，雖 然僅在圖13 (a)中的S730及S780，或者圖13 (b)中的S930及S980中進 行，但是并不限定于此，當然也可以在非正常運轉時以一直監(jiān)視伸縮差d是否 達到設定值Z以上的方式進行控制。若采用這種控制，在因突發(fā)事故等預想 不到的事態(tài)致使伸縮差d增大的場合也能夠防止密封翅片33、 48的損傷。
權利要求
1.一種汽輪機，其特征在于，具備安裝有動葉的轉子；從外周包圍該轉子的隔板；將該隔板及上述轉子包在內部，將上半部和下半部連結在凸緣部上而成一體的外殼；測量該外殼和上述轉子在上述轉子的軸向上因熱引起的伸縮差的測量機構；安裝在上述凸緣部上并進行上述凸緣部的加熱冷卻的加熱冷卻機構；以及控制部，其在非正常運轉時，通過上述加熱冷卻機構加熱或冷卻上述凸緣部，直到上述測量機構的測量值達到表示僅用蒸汽加熱冷卻上述轉子及上述外殼的時刻的設定值。
2. —種汽輪機，其特征在于，具備 安裝有動葉的轉子； 從外周包圍該轉子的隔板；將該隔板及上述轉子包在內部，將上半部和下半部連結在凸緣部上而成一 體的外殼；測量該外殼和上述轉子在上述轉子的軸向上因熱引起的伸縮差的測量機構；安裝在上述凸緣部上并進行上述凸緣部的加熱冷卻的加熱冷卻機構；轉子側突出的凸部的密封體；使該密封體從中立位置移動到上述轉子的徑向外側的密封體驅動部；以及 控制部，丼在非正常運轉開始時，通過上述加熱冷卻機構加熱或冷卻上述 凸緣部，直到上述測量機構的測量值達到表示僅用蒸汽加熱冷卻上述轉子及上 述外殼的時刻的設定值，同時，在上述測定值達到用于防止上述密封體的凸部 與其它部件接觸的其它設定值的場合，通過上述密封體驅動部使上述密封體退 避到上述轉子的徑向外側。
3. —種汽輪機，其特征在于，具備安裝有動葉的轉子；從外周包圍該轉子的隔板；將該隔板及上述轉子包在內部，將上半部和下半部連結在凸緣部上而成一 體的外殼；測量該外殼和上述轉子在上述轉子的軸向上因熱引起的伸縮差的測量機構；安裝在上述凸緣部上并進行上述凸緣部的加熱冷卻的加熱冷卻機構；轉子側突出的凸部的密封體；使該密封體從中立位置移動到上述轉子的徑向外側的密封體驅動部；以及 控制部，其在非正常運轉開始時，通過上述密封體驅動部使上述密封體退 避到上述轉子的徑向外側，同時，通過上述加熱冷卻才幾構開始上述凸緣部的加 熱或冷卻，直到上述測量機構的測量值達到表示用蒸汽加熱冷卻上述轉子及上 述外殼的時刻的第一設定值時，開始或停止向上述外殼內導入蒸汽；在上述測 量值達到表示僅用蒸汽加熱冷卻上述轉子及上述外殼的時刻的第二設定值時， 停止利用上述加熱冷卻機構進行的上述凸緣部的加熱或冷卻；在上述測量值達 到表示上述轉子及上述外殼因熱引起的伸縮收斂了的時刻的第三設定值時，通 過上述密封體驅動部使上述密封體返回原位置。
4. 根據權利要求1所述的汽輪機，其特征在于， 上述加熱冷卻4幾構以工作流體為熱介質進4亍上述凸緣部的加熱冷卻。
5. 根據權利要求1所述的汽l合機，其特征在于， 上述加熱冷卻機構是通過電進行工作的加熱、冷卻裝置。
6. 根據權利要求2所述的汽輪機，其特征在于，在上述轉子的外周面上形成有與上述密封體的凸部形成的凹凸部相對應 的其它凹凸部。
7. 根據權利要求6所述的汽輪機，其特征在于，上述密封體的凸部形成的凹凸部構成為與形成于上述轉子的外周面上的 其它凹凸部互不4妄觸地嵌合。
8. 根據權利要求2所述的汽輪機，其特征在于，上述密封體設置在上述動葉的上述轉子的徑向外側端部和上述外殼之間， 上述轉子和上述隔板之間，上述轉子貫通上述外殼的軸封部的上述轉子和上述 外殼之間中的至少 一個地方。
9. 根據權利要求2所述的汽輪機，其特征在于，上述密封體驅動部具有若上述密封體從中立位置移動到上述轉子的徑向 外側，則向上述轉子的徑向內側推壓上述密封體的彈性部件；從流體受到壓力 而使上述密封體從中立位置向上述轉子的徑向外側移動的壓力作用面；及供給 對該壓力作用面給與壓力的流體的流體供給部。
10. 根據權利要求9所述的汽輪機，其特征在于，對上述壓力作用面給與壓力的流體，從與對上述轉子供給的工作流體的系 統不同的系統供給。
11. 一種密封裝置，設置在具有安裝有動葉的轉子、從外周包圍該轉子的 隔板、將該隔板及上述轉子包圍在內部并將上半部和下半部連結在凸緣部上而 成一體的外殼的汽輪機上，其特征在于，具備機構；安裝在上述凸緣部上并進行上述凸緣部的加熱冷卻的加熱冷卻機構； 在形成于上述轉子的外周側的間隙中與上述轉子相對設成環(huán)狀且具有向 上述轉子側突出的凸部的密封體；使該密封體從中立位置移動到上述轉子的徑向外側的密封體驅動部；以及 控制部，其在非正常運轉開始時，通過上述加熱冷卻才幾構加熱或冷卻上述 凸緣部，直到上述測量機構的測量值達到表示僅用蒸汽加熱冷卻上述轉子及上 述外殼的時刻的設定值，同時，在上述測定值達到用于防止上述密封體的凸部 與其它部件接觸的其它設定值的場合，通過上述密封體驅動部使上述密封體退 避到上述轉子的徑向外側。
12. —種汽輪機的控制方法，其特征在于 上述汽輪機具備 安裝有動葉的轉子； 從外周包圍該轉子的隔板；將該隔板及上述轉子包在內部，將上半部和下半部連結在凸緣部上而成一 體的外殼；測量該外殼和上述轉子在上述轉子的軸向上因熱引起的伸縮差的測量機 構；以及安裝在上述凸緣部上并進行上述凸緣部的加熱冷卻的加熱冷卻機構； 在非正常運轉開始時，通過上述加熱冷卻機構開始上述凸緣部的加熱或冷卻，在上述測量機構的測量值達到表示用蒸汽加熱冷卻上述轉子及上述外殼 的時刻的設定值時，開始或停止向上述外殼內導入蒸汽，在上述測量值達到表示僅用蒸汽加熱冷卻上述轉子及上述外殼的時刻的 其它設定值時，停止利用上述加熱冷卻機構進行的上述凸緣部的加熱或冷卻。
13. —種汽輪機的控制方法，其特征在于上述汽輪機具備安裝有動葉的轉子；從外周包圍該轉子的隔板；將該隔板及上述轉子包在內部，將上半部和下半部連結在凸緣部上而成一 體的外殼；測量該外殼和上述轉子在上述轉子的軸向上因熱引起的伸縮差的測量機構；安裝在上述凸緣部上并進行上述凸緣部的加熱冷卻的加熱冷卻機構；轉子側突出的凸部的密封體；以及使該密封體從中立位置移動到上述轉子的徑向外側的密封體驅動部； 在非正常運轉開始時，通過上述加熱冷卻才幾構開始上述凸緣部的加熱或冷卻，在上述測量機構的測量值達到表示用蒸汽加熱冷卻上述轉子及上述外殼 的時刻的第一設定值時，開始或停止向上述外殼內導入蒸汽，在上述測量值達到表示僅用蒸汽加熱冷卻上述轉子及上述外殼的時刻的 第二設定值時，停止利用上述加熱冷卻機構進行的上述凸緣部的加熱或冷卻 在上述測量值達到用于防止上述密封體的凸部與其它部件接觸的第三設 定值時，通過上述密封體驅動部使上述密封體退避到上述轉子的徑向外側。
14. 一種汽輪機的控制方法，其特征在于 上述汽輪機具備 安裝有動葉的轉子；從外周包圍該轉子的隔板；將該隔板及上述轉子包在內部，將上半部和下半部連結在凸緣部上而成一 體的外殼；測量該外殼和上述轉子在上述轉子的軸向上因熱引起的伸縮差的測量機構；安裝在上述凸緣部上并進行上述凸緣部的加熱冷卻的加熱冷卻機構；轉子側突出的凸部的密封體；以及使該密封體從中立位置移動到上述轉子的徑向外側的密封體驅動部；在非正常運轉開始時，通過上述密封體驅動部使上述密封體退避到上述轉 子的徑向外側，同時，通過上述加熱冷卻機構開始上述凸緣部的加熱或冷卻，在上述測量機構的測量值達到表示用蒸汽加熱冷卻上述轉子及上述外殼 的時刻的第一設定值時，開始或停止向上述外殼內導入蒸汽，在上述測量值達到表示僅用蒸汽加熱冷卻上述轉子及上述外殼的時刻的 第二設定值時，停止利用上述加熱冷卻機構進行的上述凸緣部的加熱或冷卻，在上述測量值達到表示可過渡到正常運轉的時刻的第三設定值時，通過上 述密封體驅動部使上述密封體返回到原位置。
15. —種密封裝置的控制方法，該密封裝置設置在具有安裝有動葉的轉子、 從外周包圍該轉子的隔板、將該隔板及上述轉子包圍在內部并將上半部和下半 部連結在凸緣部上而成一體的外殼的汽輪機上，其特征在于，具備測量上述外殼和上述轉子在上述轉子的軸向上因熱引起的伸縮差的測量 機構；安裝在上述凸緣部上并進行上述凸緣部的加熱冷卻的加熱冷卻機構； 上述轉子側突出的凸部的密封體；以及使該密封體從中立位置移動到上述轉子的徑向外側的密封體驅動部； 在非正常運轉開始時，通過上述加熱冷卻才幾構開始上述凸緣部的加熱或冷卻，在上述測量機構的測量值達到表示用蒸汽加熱冷卻上述轉子及上述外殼 的時刻的第一設定值時，開始或停止向上述外殼內導入蒸汽，在上述測量值達到表示僅用蒸汽加熱冷卻上述轉子及上述外殼的時刻的 第二設定值時，停止利用上述加熱冷卻機構進行的上述凸緣部的加熱或冷卻，在上述測量值達到用于防止上述密封體的凸部與其它部件接觸的第三設 定值時，通過上述密封體驅動部使上述密封體退避到上述轉子的徑向外側。
全文摘要
本發(fā)明涉及用蒸汽獲得能量的汽輪機、抑制蒸汽泄漏的密封裝置及它們的控制方法。目的在于提高汽輪機的效率。本發(fā)明的汽輪機具備安裝有動葉(10)的轉子(1)；從外周包圍該轉子(1)的隔板(2)；將該隔板(2)及轉子(1)包圍在內部并將上半部(18)和下半部(19)連結在凸緣部(5)上而成一體的外殼(3)；測量該外殼(3)和轉子(1)在轉子(1)的軸向上因熱引起的伸縮差(d)的位移檢測器(4)；安裝在凸緣部(5)上并進行凸緣部(5)的加熱冷卻的加熱冷卻機構(6)；以及控制部(7)，其在非正常運轉時通過加熱冷卻裝置(6)加熱或冷卻凸緣部(5)，直到位移檢測器(4)的測量值達到設定值(M)或(S)。
文檔編號F01D25/14GK101109297SQ20071013617
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月19日 優(yōu)先權日2006年7月20日
發(fā)明者工藤健, 成田健次郎 申請人:株式會社日立制作所