CN102822450B - 密封结构、具备该密封结构的涡轮机、以及具备该涡轮机的发电设备 - Google Patents

密封结构、具备该密封结构的涡轮机、以及具备该涡轮机的发电设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够抑制漏出的流体所导致的主流流体的混乱的密封结构。密封结构具备：护罩(3a)，该护罩(3a)设置于主流流体作用的多个叶片(2)的前端，相邻的每个护罩(3a)接触而形成为筒状；封固单元(5c)，该封固单元(5c)与结构体(4)连接，该结构体(4)以与护罩(3a)对置的方式设置；空间部(7)，该空间部(7)由护罩(3a)的下游侧、封固单元(5c)的下游侧、以及结构体(4)的下游侧的壁部(4b)形成，且与作用于叶片(2)的主流流体连通，结构体(4)的下游侧的壁部(4b)的端部(4d)形成为，远离护罩用延长线(11)和封固单元用延长线(10)，并且从封固单元用延长线(10)观察，位于护罩用延长线(11)的相反一侧，该护罩用延长线(11)朝护罩(3a)的下游侧延伸，该封固单元用延长线(10)以与护罩用延长线(11)具有规定的间隙的方式与该护罩用延长线(11)大致平行地设置，并朝封固单元(5c)的下游侧延伸。

Description

密封结构、具备该密封结构的涡轮机、以及具备该涡轮机的发电设备
技术领域
本发明涉及密封结构、具备该密封结构的涡轮机、以及具备该涡轮机的发电设备，特别是涉及与从封固单元与叶片前端的护罩之间漏出的流体相关的密封结构、具备该密封结构的涡轮机、以及具备该涡轮机的发电设备。
背景技术
一般来说，如图5所示，在涡轮的多个动叶片51的各前端以与涡轮壳体52对置的方式设置有动叶片护罩53。动叶片护罩53在上述动叶片51的旋转过程中使相邻的每个动叶片护罩53接触而形成为环状。在动叶片护罩53与涡轮壳体52之间，从涡轮壳体52朝向动叶片护罩53而设置有供密封片(seal fin)54与涡轮壳体52侧连接的密封部。为了减少导向动叶片51的主流流体从动叶片护罩53与涡轮壳体52之间漏出的流体(以下，称作“漏喷流(leak jet)”。)的泄漏量而设置有密封片54(例如，关于蒸汽涡轮的专利文献1以及专利文献2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-214051号公报
专利文献2：日本特开2006-138259号公报
专利文献3：日本特开2006-291967号公报
发明要解决的问题
然而，在专利文献1、专利文献3所记载的发明中，在密封部漏出的漏喷流的流动方向的下游侧存在有涡轮壳体的下游侧的壁部而未向大气开放，这是显而易见的。因此，如图5所示，向由涡轮壳体52的下游侧的壁部52a、动叶片护罩53、以及密封片54形成的空间部55导出的漏喷流(在图5中由虚线表示。)，与涡轮壳体52的下游侧的壁部52a发生碰撞并沿着该壁部52a而向径向内侧移动，并与作用于动叶片51之后的主流流体(在图5中由实线表示。)以大角度(例如90°)合流。当漏喷流与主流流体合流时，由于漏喷流相对于主流流体的流入角度变大，因此存在漏喷流使主流流体严重混乱而产生混合损失(混合损耗)并导致涡轮效率降低的问题。
另外，漏喷流与涡轮壳体52的下游侧的壁部52a发生碰撞，由此碰撞过的漏喷流沿着涡轮壳体52的下游侧的壁部52a而向径向内侧移动。沿着涡轮壳体52的壁部52a而向径向内侧移动的漏喷流卷进主流流体的一部分并如图5的虚线所示那样在空间部55内产生漩涡。由于主流流体的一部分卷进空间部55内，因此存在主流流体的流严重混乱而产生混合损失(混合损耗)的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制从密封部漏出的流体所导致的主流流体的流的混乱的密封结构、具备该密封结构的涡轮机、以及具备该涡轮机的发电设备。
用于解决问题的方法
为了解决上述课题，本发明的密封结构、具备该密封结构的涡轮机、以及具备该涡轮机的发电设备采用以下的方法。
即，根据本发明的第一方式所涉及的密封结构，具备：护罩，其设置在主流流体产生作用的多个叶片的前端，相邻护罩分别接触而成为筒状；封固单元，其与结构体连接，该结构体以与该护罩对置的方式设置；以及空间部，其由所述护罩的下游侧、所述封固单元的下游侧、以及所述结构体的下游侧的壁部形成，且与作用于所述叶片的主流流体连通，其中，所述结构体的下游侧的所述壁部的端部从护罩用延长线和封固单元用延长线远离，并且在从所述封固单元用延长线观察时位于所述护罩用延长线的相反一侧，所述护罩用延长线朝所述护罩的下游侧延伸，所述封固单元用延长线以与该护罩用延长线之间具有规定的间隙的方式与该护罩用延长线大致平行地设置，并朝所述封固单元的下游侧延伸。
从封固单元与护罩之间漏到空间部内的流体沿着延伸至护罩的下游侧的护罩用延长线以及与护罩用延长线平行且延伸至封固单元的下游侧的封固单元用延长线而被导出。因此，在由封固单元用延长线以及护罩用延长线夹在中间的区域、即供漏出的流体流通的区域的延伸方向具有涡轮壳体、旋转轴体等结构体的下游侧的壁部的情况下，漏出的流体通过空间部内而与结构体的下游侧的壁部发生碰撞。与结构体的壁部发生过碰撞的漏出的流体沿着结构体的下游侧的壁部而朝结构体的相反方向、即主流流体侧流通。由于空间部与作用于叶片的主流流体连通，因此沿着壁部而漏出的流体与作用于叶片的主流流体以大角度(例如90°)合流。因此，作用于叶片的主流流体的流严重混乱。
另外，例如，如图5所示，在叶片为动叶片51、结构体为涡轮壳体52的情况下，漏出到空间部55内的流体与涡轮壳体52的下游侧的壁部52a发生碰撞，由此碰撞过漏出的流体沿着涡轮壳体52的下游侧的壁部52a而向径向内侧移动，如图5的虚线所示朝顺时针方向流通。因此，漏出的流体的流动方向与作用于动叶片51的主流流体的流动方向相反，将作用于动叶片51的主流流体卷进空间部55内。由此，作用于动叶片51的主流流体的流严重混乱。
如图6所示，在叶片为静叶片61、结构体为旋转轴体62的情况下，漏出到空间部65内的流体与旋转轴体62的下游侧的壁部62a发生碰撞，由此碰撞过的漏出的流体的一部分沿着旋转轴体62的下游侧的壁部62a而向径向外侧移动，如图6的虚线那样朝逆时针方向流通。因此，漏出的流体的流动方向与作用于静叶片61的主流流体的流动方向相反，将作用于静叶片61的主流流体卷进空间部65内。由此，作用于静叶片61的主流流体的流严重混乱。
因此，在本发明的第一方式中，形成空间部的结构体的下游侧的壁部的端部从护罩用延长线以及封固单元用延长线远离，并且在从封固单元用延长线观察时位于护罩用延长线的相反一侧，该护罩用延长线延伸至护罩的下游侧，该封固单元用延长线与护罩用延长线平行，并延伸至封固单元的下游侧。由此，能够防止从封固单元与护罩之间漏出的流体与结构体的下游侧的壁部发生碰撞。因此，能够使漏出的流体与作用于叶片的主流流体以小流入角度(例如，在30°以下)合流。由此，能够减少漏出的流体与主流流体合流所导致的混合损耗。
另外，由于能够将漏出的流体以远离结构体的下游侧的壁部(壁面)的端部的方式导出，因此能够防止从封固单元与护罩之间漏出的流体与结构体的下游侧的壁部发生碰撞。
因此，如图5所示，在叶片为动叶片51、结构体为涡轮壳体52的情况下，能够抑制如下的情况：通过漏出的流体与涡轮壳体52的下游侧的壁部52a发生碰撞，碰撞过的漏出的流体沿着涡轮壳体52的下游侧的壁部52a而向径向内侧移动，如图5的虚线那样朝顺时针方向流通而将作用于动叶片51的主流流体卷进空间部55内。即，漏出的流体朝图5所示的虚线的相反方向亦即逆时针方向流通。由此，能够防止作用于动叶片51的主流流体的流严重混乱，从而能够减少漏出的流体与主流流体的流合流所导致的混合损耗。
另外，如图6所示，在叶片为静叶片61、结构体为旋转轴体62的情况下，能够抑制如下的情况：通过漏出的流体与旋转轴体62的下游侧的壁部62a发生碰撞，碰撞过的漏出的流体的一部分沿着旋转轴体62的下游侧的壁部62a而向径向外侧移动，如图6的虚线所示那样朝逆时针方向流通而将作用于静叶片61的主流流体卷进空间部65内。即，漏出的流体朝图6所示的虚线的相反方向亦即顺时针方向流通。由此，能够防止作用于静叶片61的主流流体的流严重混乱，从而减少漏出的流体与主流流体的流合流所导致的混合损耗。
护罩用延长线与封固单元用延长线之间的规定的间隙是，能够在运转过程中不使封固单元与护罩接触且将从护罩与封固单元之间漏出的流体的泄漏量抑制在最小限度内的径向上的距离。
另外，根据本发明的第一方式所涉及的密封结构，所述护罩的与所述结构体对置一侧的面以与作用于所述叶片的主流流体的流动方向大致平行的方式设置。
以与作用于叶片的主流流体的流动方向大致平行的方式设置与护罩的结构体对置一侧的面(动叶片的情况下为外周面、静叶片的情况下为内周面)。因此，能够使从封固单元与护罩之间漏出的流体与作用于叶片的主流流体以小角度合流。由此，能够减少漏出的流体与主流流体合流所导致的混合损耗。
另外，根据本发明的第一方式所涉及的密封结构，所述护罩的与所述结构体对置一侧的面以沿着作用于所述叶片的主流流体的流动方向逐渐远离所述结构体的方式倾斜。
与护罩的结构体对置一侧的面设置为以沿着作用于叶片的主流流体的流动方向而逐渐远离结构体的方式倾斜。由此，由于能够将漏出的流体以远离结构体的下游侧的壁部(壁面)的方式导出，因此能够防止从封固单元与护罩之间漏出的流体与结构体的下游侧的壁部发生碰撞。
因此，如图5所示，在叶片为动叶片51、结构体为涡轮壳体52的情况下，能够抑制如下的情况：通过漏出的流体与涡轮壳体52的下游侧的壁部52a发生碰撞，碰撞过的漏出的流体沿着涡轮壳体52的下游侧的壁部52a而向径向内侧移动，如图5的虚线那样朝顺时针方向流通而将作用于动叶片51的主流流体卷进空间部55内。即，漏出的流体朝图5所示的虚线的相反方向亦即逆时针方向流通。由此，能够防止作用于动叶片51的主流流体的流严重混乱，从而能够减少漏出的流体与主流流体的流合流所导致的混合损耗。
另外，如图6所示，在叶片为静叶片61、结构体为旋转轴体62的情况下，能够抑制如下的情况：通过漏出的流体与旋转轴体62的下游侧的壁部62a发生碰撞，碰撞过的漏出的流体的一部分沿着旋转轴体62的下游侧的壁部62a而向径向外侧移动，如图6的虚线所示那样朝逆时针方向流通而将作用于静叶片61的主流流体卷进空间部65内。即，漏出的流体朝图6所示的虚线的相反方向亦即顺时针方向流通。由此，能够防止作用于静叶片61的主流流体的流严重混乱，从而减少漏出的流体与主流流体的流合流所导致的混合损耗。
与护罩的结构体对置一侧的面的倾斜角度为，在漏出的流体与作用于叶片的主流流体合流时不使作用于叶片的主流流体的流严重混乱的角度。
漏出的流体流入作用于叶片的主流流体的角度优选在30°以下。
另外，根据本发明的第一方式所涉及的密封结构，所述护罩的与所述结构体对置一侧的面以沿着作用于所述叶片的主流流体的流动方向逐渐靠近所述结构体的方式倾斜。
与护罩的结构体对置一侧的面设置为以沿着作用于叶片的主流流体的流动方向而逐渐靠近结构体的方式倾斜。因此，不使从封固单元与护罩之间漏出的流体与作用于叶片的主流流体直接合流，并且能够进一步抑制作用于叶片的主流流体卷进空间部内。由此，能够减少漏出的流体与主流流体合流所导致的混合损耗。
与护罩的结构体对置一侧的面的倾斜角度为，在漏出的流体与作用于叶片的主流流体合流时不使作用于叶片的主流流体的流严重混乱的角度。
使漏出的流体流入作用于叶片的主流流体的角度优选在30°以下。
另外，根据本发明的第二方式所涉及的涡轮机，所述涡轮机具备上述任一项所记载的密封结构。
所述涡轮机具备能够减少从封固单元与护罩之间漏出的流体与作用于叶片的主流流体合流时产生的混合损耗的密封结构。因此，能够防止涡轮机的涡轮效率的降低。
另外，根据本发明的第三方式所涉及的发电设备，所述发电设备具备上述记载的涡轮机。
设置能够防止涡轮效率的降低的涡轮机。因此，能够防止发电设备的发电效率的降低。
发明效果
形成空间部的结构体的下游侧的壁部的端部从护罩用延长线和封固单元用延长线远离，并且在从封固单元用延长线观察时位于护罩用延长线的相反一侧，该护罩用延长线延伸至护罩的下游侧，该封固单元用延长线与护罩用延长线平行，并延伸至封固单元的下游侧。由此，能够防止从封固单元与护罩之间漏出的流体与结构体的下游侧的壁部发生碰撞。因此，能够使漏出的流体与作用于叶片的主流流体以小流入角度(例如，在30°以下)合流。由此，能够减少漏出的流体与主流流体合流所导致的混合损耗。
另外，由于能够使漏出的流体以远离结构体的下游侧的壁部(壁面)的端部的方式导出，因此能够防止从封固单元与护罩之间漏出的流体与结构体的下游侧的壁部发生碰撞。
因此，如图5所示，在叶片为动叶片51、结构体为涡轮壳体52的情况下，能够抑制如下的情况：通过漏出的流体与涡轮壳体52的下游侧的壁部52a发生碰撞，碰撞过的漏出的流体沿着涡轮壳体52的下游侧的壁部52a而向径向内侧移动，如图5的虚线那样朝顺时针方向流通而将作用于动叶片51的主流流体卷进空间部55内。即，漏出的流体朝图5所示的虚线的相反方向亦即逆时针方向流通。由此，能够防止作用于动叶片51的主流流体的流严重混乱，从而能够减少漏出的流体与主流流体的流合流所导致的混合损耗。
另外，如图6所示，在叶片为静叶片61、结构体为旋转轴体62的情况下，能够抑制如下的情况：通过漏出的流体与旋转轴体62的下游侧的壁部62a发生碰撞，碰撞过的漏出的流体的一部分沿着旋转轴体62的下游侧的壁部62a而向径向外侧移动，如图6的虚线所示那样朝逆时针方向流通而将作用于静叶片61的主流流体卷进空间部65内。即，漏出的流体朝图6所示的虚线的相反方向亦即顺时针方向流通。由此，能够防止作用于静叶片61的主流流体的流严重混乱，从而减少漏出的流体与主流流体的流合流所导致的混合损耗。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的发电设备中的燃气轮机的密封结构，(A)表示其概要结构图，(B)表示其局部放大图。
图2是本发明的第二实施方式所涉及的发电设备中的燃气轮机的密封结构，(A)表示其概要结构图，(B)表示其局部放大图。
图3是本发明的第三实施方式所涉及的发电设备中的燃气轮机的密封结构，(A)表示其概要结构图，(B)表示其局部放大图。
图4是本发明的第一实施方式的变形例所涉及的发电设备中的燃气轮机的密封结构的概要结构图。
图5是现有的发电设备中的涡轮机的动叶片与涡轮壳体之间的密封结构的概要结构图。
图6是现有的发电设备中的涡轮机的静叶片与旋转轴体之间的密封结构的概要结构图。
具体实施方式
[第一实施方式]
图1是第一实施方式所涉及的发电设备中的燃气轮机(涡轮机)的密封结构，(A)表示其概要结构图，(B)表示其局部放大图。
设置于发电设备的燃气轮机具有：静叶片(未图示)，该静叶片将被导向燃气轮机内的燃烧气体亦即主流气体(主流流体)的流导向多个动叶片(叶片)2；通过静叶片的主流气体作用的动叶片2；动叶片护罩3(3a)，该动叶片护罩3(3a)设置于动叶片2的前端且相邻的每一个动叶片护罩3(3a)接触而形成为筒状；亦即内包动叶片2以及动叶片护罩(护罩)3a的涡轮壳体(结构体)4。
涡轮壳体4形成为包围设置于动叶片2的前端的动叶片护罩3a的外周的筒形状。如图1(A)所示，涡轮壳体4的内周朝向涡轮壳体4的外周而形成为凹形状。设置于涡轮壳体4的内周的凹形状包括：动叶片2的上游侧的壁面(壁部)4a；动叶片2的下游侧的壁面4b；以与动叶片护罩3a的径向外侧对置的方式位于连接壁面4a以及壁面4b的位置的壁面4c。由此，设置于涡轮壳体4的内周的凹形状朝向涡轮壳体4的外周凹陷。
在形成设置于涡轮壳体4的内周的凹形状的壁面4c连接有密封片5的基端。密封片5具备至少一个以上的密封片，例如三个。各密封片5a、5b、5c从涡轮壳体4的壁面4c朝动叶片护罩3a而向径向内侧延伸。朝动叶片护罩3a延伸的各密封片5a、5b、5c的前端以距离动叶片护罩3a的与涡轮壳体4对置一侧的面(以下，称作“外周面”。)具有规定的间隙的方式远离该面。密封片5并不局限于三个，也可以是一个、两个、或者四个以上。
利用上述密封片5a、5b、5c，减少从动叶片2与涡轮壳体4之间漏出的气体(漏出的流体)从动叶片护罩3a与涡轮壳体4之间向动叶片2的下游侧泄漏的泄漏量。动叶片护罩3a的外周面与各密封片5a、5b、5c的前端在径向上的规定的间隙是，能够在运转过程中使动叶片护罩3a的外周面与各密封片5a、5b、5c小到不产生机械接触的程度的、并且将从动叶片2与涡轮壳体4之间漏出的气体(以下，称作“漏喷流”。)的泄漏量抑制在最小限度内的径向上的距离。
动叶片2沿着未图示的旋转轴体的周向而设置有多个。由上述多个动叶片2形成有动叶片列6。动叶片列6、与静叶片沿着旋转轴体的周向而设置有多个设的静叶片列(未图示)，交互沿旋转轴体的轴向设置为多段。向动叶片2作用主流气体。由此，燃气轮机被旋转驱动。作用于各动叶片2的主流气体被导向设置于下游侧的静叶片列。
腔室(空间部)7由动叶片护罩3a的下游侧、密封片5中的位于最下游的密封片5c(本发明中的封固单元)的下游侧、以及涡轮壳体4的凹形状的下游侧的壁面4b以及壁面4c形成，并与作用于动叶片2的主流气体连通。如图1(B)所示，形成腔室7的涡轮壳体4的壁面4b的内周侧的角部(端部)4d远离动叶片护罩用延长线(护罩用延长线)11以及密封片用延长线(封固单元用延长线)10，该动叶片护罩用延长线(护罩用延长线)11沿着动叶片护罩3a的外周面而延长，并延伸至动叶片护罩3a的下游侧，该密封片用延长线(封固单元用延长线)10以与动叶片护罩用延长线(护罩用延长线)11具有规定的间隙的方式与其大致平行地设置，并通过位于最下游的密封片5c的前端而延伸至位于最下游的密封片5c的下游侧，并且从密封片用延长线10观察来说，角部(端部)4d位于动叶片护罩用延长线11的相反一侧。
动叶片护罩用延长线11与密封片用延长线10之间的规定的间隙是，能够在运转过程中使密封片5a、5b、5c不与动叶片护罩3a接触的、并且将从动叶片护罩3a与密封片5a、5b、5c之间漏出的漏喷流的泄漏量抑制在最小限度内的径向上的距离。
动叶片护罩3a设置于各动叶片2的前端。动叶片护罩3a使相邻的动叶片护罩3a彼此接触而形成为筒状。如图1(A)所示，动叶片护罩3a的外周面沿着作用于动叶片2的主流气体的流动方向而形成为具有阶梯差的台阶形状。在动叶片护罩3a的主流气体的流动方向的中央部形成有朝涡轮壳体4侧(外周侧)突出的凸部。动叶片护罩3a的上游侧、中央部、下游侧的各外周面以与作用于动叶片2之后的主流气体的流动方向大致平行的方式设置。通过如上述那样将动叶片护罩3a形成为台阶形状，能够提高动叶片护罩3a与涡轮壳体4之间的密封效果。
动叶片护罩3a的形状并不局限于台阶形状，也可以是其他形状。
接着，对主流气体以及漏喷流的流进行说明。
被导向燃气轮机的主流气体从静叶片列导向动叶片列6。被导向动叶片列6的主流气体作用于各动叶片2并驱动燃气轮机。作用于动叶片2之后的主流气体被导向设置于动叶片2的下游侧的静叶片列。
另外，作用于动叶片2的主流气体的一部分自动叶片2的上游侧从动叶片护罩3a与涡轮壳体4之间漏出。从动叶片护罩3a与涡轮壳体4之间漏出的主流气体被从动叶片护罩3a与最下游的密封片5c之间导出而形成为漏喷流。
从动叶片护罩3a与最下游的密封片5c之间导出的漏喷流向被密封片用延长线10与动叶片护罩用延长线11夹在中间的区域(以下，称作“供漏喷流流通的区域”。)导出。在此，由于涡轮壳体4的下游侧的壁面4b的角部4d远离动叶片护罩用延长线11以及密封片用延长线10，并且在从密封片用延长线10观察时位于动叶片护罩用延长线11的相反一侧，因此从供漏喷流流通的区域导出的漏喷流不与涡轮壳体4的下游侧的壁面4b以及角部4d发生碰撞而向主流气体侧导出。
从供漏喷流流通的区域导出的漏喷流以与作用于各动叶片2之后的主流气体的流动方向具有小流入角度的方式与主流流体合流。虽然该流入角度在30°以下即可，但由于该流入角度越小越好，因此更优选是相对于主流气体的流动方向接近平行的角度，最优选与主流气体的流动方向平行的情况。
另外，由于能够使漏喷流以远离涡轮壳体4的下游侧的壁面4b以及角部4d的方式导出，因此能够防止从位于最下游的密封片5c与动叶片护罩3a之间漏出的漏喷流与涡轮壳体4的下游侧的壁面4b发生碰撞。因此，能够抑制如下的情况：通过漏喷流与涡轮壳体4的下游侧的壁面4b发生碰撞，碰撞过的漏喷流沿着涡轮壳体4的下游侧的壁面4b而向径向内侧移动，如图5所示的虚线那样形成顺时针方向流通的漩涡，当该漩涡与主流气体合流时，漩涡与主流气体朝相反方向流通，将作用于动叶片2的主流气体卷进腔室7内。即，漏喷流如图1(A)所示的虚线那样在腔室7内朝逆时针方向流通。
如上所述，根据密封结构、具备该密封结构的涡轮机、以及具备该涡轮机的发电设备，起到以下的作用效果。
形成腔室(空间部)7的涡轮壳体(结构体)4的下游侧的壁面(壁部)4b的角部(端部)4d远离动叶片护罩用延长线(护罩用延长线)11和密封片用延长线(封固单元用延长线)10，并且在从密封片用延长线10观察时位于动叶片护罩用延长线11的相反一侧，该动叶片护罩用延长线(护罩用延长线)11延伸至动叶片护罩(护罩)3a的下游侧，该密封片用延长线(封固单元用延长线)10与动叶片护罩用延长线(护罩用延长线)11平行，且延伸至位于最下游的密封片(封固单元)5c的下游侧。由此，能够防止从位于最下游的密封片5c与动叶片护罩3a之间漏出的漏喷流(漏出的流体)与涡轮壳体4的下游侧的壁面4b发生碰撞。因此，能够使漏喷流与作用于动叶片(叶片)2的主流气体(主流流体)以小流入角度合流。由此，能够减少漏喷流与主流气体合流所导致的混合损耗。
另外，由于将漏喷流以远离涡轮壳体4的下游侧的壁面4b的方式导出，因此能够防止从位于最下游的密封片5c与动叶片护罩3a之间漏出的漏喷流与涡轮壳体4的下游侧的壁面4b发生碰撞。因此，能够抑制如下的情况：通过漏喷流与涡轮壳体4的下游侧的壁面4b发生碰撞，碰撞过的漏喷流沿着涡轮壳体4的下游侧的壁面4b而向径向内侧移动，如图5所示的虚线那样，形成朝顺时针方向流通的漩涡，当该漩涡与主流气体合流时，漩涡与主流气体朝相反方向流通，将作用于动叶片2的主流气体卷进腔室7内。即漏喷流如图1(A)所示的虚线那样在腔室7内朝逆时针方向流通。由此，由于漏喷流的流的方向与作用于动叶片2的主流气体的流合流时大致相同，因此能够防止作用于动叶片2的主流气体的流严重混乱，并能够减少漏喷流与主流气体的流合流所导致的混合损耗。
动叶片护罩3a的与涡轮壳体4对置一侧的面(外周面)以与作用于动叶片2的主流气体的流动方向大致平行的方式设置。因此，能够使从位于最下游的密封片5c与动叶片护罩3a之间漏出的漏喷流与作用于动叶片2的主流气体以小流入角度合流。由此，能够减少漏喷流与主流气体合流所导致的混合损耗。
燃气轮机具备能够减少从位于最下游的密封片5c与动叶片护罩3a之间漏出的漏喷流与作用于动叶片2的主流气体合流时产生的混合损耗的密封结构。因此，能够防止燃气轮机(涡轮机)的涡轮效率的降低。
发电设备设置能够防止涡轮效率的降低的燃气轮机(涡轮机)。因此，能够防止发电设备的发电效率的降低。
[第二实施方式]
以下，对本发明的第二实施方式进行说明。本实施方式的密封结构、具备该密封结构的涡轮机、以及具备该涡轮机的发电设备与第一实施方式不同的点是，以与位于最下游的密封片(封固单元)5c之间具有规定的间隙的方式远离的动叶片护罩的下游侧的外周面，沿着作用于动叶片的主流气体的流动方向而逐渐远离涡轮壳体的内侧，其他与第一实施方式相同。由此，对相同的结构以及相同的流标注相同的附图标记并省略其说明。
图2是本发明的第二实施方式所涉及的发电设备中的燃气轮机的密封结构，(A)表示其概要结构图，(B)表示其局部放大图。
动叶片护罩(护罩)3b的下游侧的外周面(与涡轮壳体4对置一侧的面)以从设置于动叶片护罩3b的中央部的凸部沿着作用于动叶片(叶片)2的主流气体(主流流体)的流动方向而逐渐远离涡轮壳体(结构体)4的内侧的方式倾斜。为了形成在漏喷流(漏出的流体)与作用于动叶片2之后的主流气体合流时不使主流气体的流严重乱的流入角度，动叶片护罩3b的下游侧的外周面逐渐远离涡轮壳体4的内侧的比例、即倾斜角度形成为与作用于动叶片2的主流气体的流动方向在30°以下即可。
从位于最下游的密封片5c与动叶片护罩3b之间导出的漏喷流不与涡轮壳体4的壁面(壁部)4b以及角部(端部)4d发生碰撞而向主流气体侧导出。
另外，从位于最下游的密封片5c与动叶片护罩3b之间导出的漏喷流以与作用于各动叶片2之后的主流气体的流动方向具有小流入角度的方式与主流气体合流。
如上所述，根据本实施方式所涉及的密封结构、具备该密封结构的涡轮机、以及具备该涡轮机的发电设备，起到以下的作用效果。
本实施方式设置为，动叶片护罩(护罩)3b的下游侧的外周面(与涡轮壳体4对置一侧的面)以沿着作用于动叶片(叶片)2的主流气体(主流流体)的流动方向而逐渐远离涡轮壳体(结构体)4的方式倾斜。由此，由于能够使漏喷流(漏出的流体)以远离涡轮壳体4的下游侧的壁面(壁部)4b的方式导出，因此能够防止从位于最下游的密封片(封固单元)5c与动叶片护罩3b之间漏出的漏喷流与涡轮壳体4的下游侧的壁面4b发生碰撞。因此，能够抑制如下的情况：通过漏喷流与涡轮壳体4的下游侧的壁面4b发生碰撞，碰撞过的漏喷流沿着涡轮壳体4的下游侧的壁面4b而向径向内侧移动，如图5所示的虚线那样在腔室7(空间部)内形成顺时针方向的漩涡，将作用于动叶片2的主流气体卷进腔室7内。即，漏喷流如图2(A)所示的虚线那样在腔室7内朝逆时针方向流通。由此，能够防止作用于动叶片2的主流气体的流严重混乱，并减少漏喷流与主流气体的流合流所导致的混合损耗。
[第三实施方式]
以下，对本发明的第三实施方式进行说明。本实施方式的密封结构、具备该密封结构的涡轮机、以及具备该涡轮机的发电设备与第一实施方式的不同点是，以与位于最下游的密封片(封固单元)5c具有规定的间隙的方式远离的动叶片护罩的下游侧的外周面，沿着作用于动叶片的主流气体的流动方向逐渐靠近涡轮壳体的内侧，其他与第一实施方式相同。由此，对相同的结构以及相同的流标注相同的附图标记并省略其说明。
图3是本发明的第三实施方式所涉及的发电设备中的燃气轮机的密封结构，(A)表示其概要结构图，(B)表示其局部放大图。
动叶片护罩(护罩)3c的下游侧的外周面(与涡轮壳体4对置一侧的面)以从设置于动叶片护罩3c的中央部的凸部沿着作用于动叶片(叶片)2的主流气体(主流流体)的流动方向逐渐靠近涡轮壳体(结构体)4的内侧的方式倾斜。为了形成在漏喷流(漏出的流体)与作用于动叶片2之后的主流气体合流时不使主流气体的流严重乱的流入角度，动叶片护罩3b的下游侧的外周面逐渐靠近涡轮壳体4的内侧的比例、即倾斜角度形成为与作用于动叶片2的主流气体的流动方向在30°以下即可。
从位于最下游的密封片(封固单元)5c与动叶片护罩3c之间导出的漏喷流不与涡轮壳体4的壁面(壁部)4b以及角部(端部)4d发生碰撞而向主流气体侧导出。
另外，从位于最下游的密封片5c与动叶片护罩3b之间导出的漏喷流以与作用于各动叶片2之后的主流气体的流动方向具有小流入角度的方式与主流气体合流。
如上所述，根据本实施方式所涉及的密封结构、具备该密封结构的涡轮机、以及具备该涡轮机的发电设备，起到以下的作用效果。
本实施方式设置为，动叶片护罩(护罩)3b的下游侧的外周面(与涡轮壳体4对置一侧的面)以沿着作用于动叶片(叶片)2的主流气体(主流流体)的流动方向而逐渐靠近涡轮壳体(结构体)4的方式倾斜。因此，能够使从位于最下游的密封片(封固单元)5c与动叶片护罩3c之间漏出的漏喷流(漏出的流体)不与作用于动叶片2的主流气体直接合流，并且进一步抑制向腔室(空间部)7内卷进作用于动叶片2的主流气体。由此，能够减少漏喷流与主流气体合流所导致的混合损耗。
在上述第一～第三实施方式中，虽然使用燃气轮机作为涡轮机进行了说明，但也可以是蒸汽涡轮等其他涡轮机。
另外，在上述第一～第三实施方式中，虽然使用动叶片2作为叶片、使用涡轮壳体4作为结构体进行了说明，但本发明并不局限于此，也可以将静叶片作为叶片、将旋转轴体作为结构体。
图4示出作为所述第一实施方式的变形例将静叶片作为叶片、将旋转轴体作为结构体的情况的概要结构图。
旋转轴体(结构体)20形成为朝通过所述静叶片列(未图示)以及动叶片列6(参照图1)的主流气体(主流流体)的流动方向延伸的棒状形状。旋转轴体20的外周朝旋转轴体20的中心轴向形成为凹形状。设置于旋转轴体20的外周的凹形状由静叶片(叶片)22的上游侧的壁面(壁部)20a、静叶片22的下游侧的壁面20b、以及以与静叶片护罩(护罩)23的径向内侧对置的方式位于连接壁面20a以及壁面20b的位置的壁面20c形成。由此，设置于旋转轴体20的外周的凹形状朝旋转轴体20的中心轴向凹陷。
在形成设置于旋转轴体20的外周的凹形状的壁面20c连接有密封片25的基端。密封片25具备至少一个以上的密封片25，例如三个。各密封片25a、25b、25c从旋转轴体20的壁面20c朝静叶片护罩23而向径向外侧延伸。朝静叶片护罩23延伸的各密封片25a、25b、25c的前端以与静叶片护罩23的与旋转轴体20对置一侧的面(以下，称作“内周面”。)具有规定的间隙的方式远离。密封片25并不局限于三个，也可以是一个、两个、或者四个以上。
利用上述密封片25a、25b、25c，静叶片22与旋转轴体20之间漏出的气体(漏出的流体)减少从静叶片护罩23与旋转轴体20之间向静叶片22的下游侧泄漏的泄漏量。静叶片护罩23的内周面与各密封片25a、25b、25c的前端在径向上的规定的间隙是，能够在运转过程中将静叶片22与旋转轴体20之间漏出的气体(以下，称作“漏喷流”。)的泄漏量抑制在最小限度内的径向上的距离。
静叶片22在其前端具有静叶片护罩23。静叶片护罩23使相邻的静叶片护罩23彼此接触而形成为筒状。静叶片护罩23的内周面与作用于静叶片22的主流气体的流动方向大致平行。
腔室(空间部)27由静叶片护罩23的下游侧、密封片25中的位于最下游的密封片(封固单元)25c的下游侧、以及旋转轴体20的凹形状的下游侧的壁面20b以及壁面20c形成，并与作用于静叶片22的主流气体连通。形成腔室27的旋转轴体20的壁面20b的外周侧的角部(端部)20d远离静叶片护罩用延长线(护罩用延长线)31和密封片用延长线(封固单元用延长线)30，并且在从密封片用延长线30观察时位于静叶片护罩用延长线31的相反一侧，该静叶片护罩用延长线(护罩用延长线)31沿着静叶片护罩23的内周面而延长，并延伸至静叶片护罩23的下游侧，该密封片用延长线(封固单元用延长线)30通过以与静叶片护罩用延长线(护罩用延长线)31具有规定的间隙的方式大致平行地设置的位于最下游的密封片25c的前端，并延伸至位于最下游的密封片25c的下游侧。
静叶片护罩用延长线31与密封片用延长线30之间的规定的间隙是，能够将从静叶片护罩31与位于最下游的密封片25之间漏出的漏喷流的泄漏量抑制在最小限度内的径向上的距离。
接着，对主流气体以及漏喷流的流进行说明。
被导向各静叶片22的主流气体的一部分自静叶片22的上游侧从静叶片护罩23与旋转轴体20之间漏出。从静叶片护罩23与旋转轴体20之间漏出的主流气体从静叶片护罩23与位于最下游的密封片25c之间导出而形成为漏喷流。
从静叶片护罩23与位于最下游的密封片25c之间导出的漏喷流向由密封片用延长线30与静叶片护罩用延长线31夹在中间的区域导出。在此，由于旋转轴体20的下游侧的壁面20b的角部20d远离静叶片护罩用延长线31以及密封片用延长线30，并且在从密封片用延长线30观察时位于静叶片护罩用延长线31的相反一侧，因此从密封片用延长线30与静叶片护罩用延长线31之间导出的漏喷流不与旋转轴体20的下游侧的壁面20b以及角部20d发生碰撞而向主流气体侧导出。
从密封片用延长线30与静叶片护罩用延长线31之间导出的漏喷流以与作用于各静叶片22之后的主流气体的流动方向具有小流入角度的方式与主流气体合流。虽然该流入角度只要在30°以下即可，但由于该流入角度越小越好，因此更优选为与主流气体的流动方向接近平行的角度，最优选与主流气体的流动方向平行的情况。
另外，由于能够使漏喷流以远离旋转轴体20的下游侧的壁面20b以及角部(端部)20d的方式导出，因此能够防止从位于最下游的密封片25c与静叶片护罩23之间漏出的漏喷流与旋转轴体20的下游侧的壁面20b发生碰撞。因此，能够抑制如下的情况：通过漏喷流与旋转轴体20的下游侧的壁面20b发生碰撞，碰撞过的漏喷流沿着旋转轴体20的下游侧的壁面20b而向径向外侧移动，如图6所示的虚线那样形成朝逆时针方向流通的漩涡，当该漩涡与主流气体合流时，漩涡与主流气体朝相反方向流通，将作用于静叶片22的主流气体卷进腔室27内。即漏喷流如图4所示的虚线那样在腔室27内朝顺时针方向流通。
因此，能够不使作用于静叶片22的主流气体的流严重混乱而使漏喷流合流，从而能够减少漏喷流与主流气体的流合流所导致的混合损耗。
静叶片护罩23的内周面也可以是本变形例中所示的形状以外的形状，也可以如图2所示的动叶片护罩3b、图3所示的动叶片护罩3c的下游侧的外周面那样倾斜。
即，以与位于最下游的密封片25c具有规定的间隙的方式远离的静叶片护罩23的下游侧的内周面以沿着作用于静叶片22的主流气体的流动方向而逐渐远离旋转轴体20的方式倾斜，或者也可以以沿着作用于静叶片22的主流气体的流动方向而逐渐靠近旋转轴体20的方式倾斜。
这样，在静叶片护罩23的下游侧的内周面倾斜的情况下，为了形成为在漏喷流与作用于静叶片22之后的主流气体合流时不使主流气体的流严重混乱的流入角度，上述倾斜角度只要与作用于静叶片22的主流气体的流动方向在30°以下即可。
附图标记说明：
2动叶片(叶片)
3(3a、3b、3c) 动叶片护罩(护罩)
4涡轮壳体(结构体)
4b壁面(壁部)
4d角部(端部)
5c位于最下游的密封片(封固单元)
7腔室(空间部)
10密封片用延长线(封固单元用延长线)
11动叶片护罩用延长线(护罩用延长线)

Claims (7)

1.一种密封结构，其中，
具备：
护罩，其设置在主流流体产生作用的多个静叶片的前端，相邻护罩分别接触而成为筒状；
封固单元，其与旋转轴体连接，该旋转轴体以与该护罩对置的方式设置；以及
空间部，其由所述护罩的下游侧、所述封固单元的下游侧、以及所述旋转轴体的下游侧的壁部形成，且与作用于所述静叶片的主流流体连通，
所述旋转轴体的下游侧的所述壁部的端部从护罩用延长线和封固单元用延长线远离，并且在从所述封固单元用延长线观察时位于所述护罩用延长线的相反一侧，所述护罩用延长线朝所述护罩的下游侧延伸，所述封固单元用延长线以与该护罩用延长线之间具有规定的间隙的方式与该护罩用延长线大致平行地设置，并朝所述封固单元的下游侧延伸。
2.根据权利要求1所述的密封结构，其中，
所述护罩的与所述旋转轴体对置一侧的面设置成与作用于所述静叶片的主流流体的流动方向大致平行。
3.根据权利要求1或2所述的密封结构，其中，
所述护罩的与所述旋转轴体对置一侧的面以沿着作用于所述静叶片的主流流体的流动方向逐渐远离所述旋转轴体的方式倾斜。
4.根据权利要求1或2所述的密封结构，其中，
所述护罩的与所述旋转轴体对置一侧的面以沿着作用于所述静叶片的主流流体的流动方向逐渐靠近所述旋转轴体的方式倾斜。
5.一种涡轮机，其具备权利要求1或2所述的密封结构。
6.一种发电设备，其具备权利要求5所述的涡轮机。
7.根据权利要求1或2所述的密封结构，其中，
所述旋转轴体为内包所述静叶片及所述护罩的形状。
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