CN115280049A - 密封装置及旋转机械 - Google Patents

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CN115280049A CN202180021208.XA CN202180021208A CN115280049A CN 115280049 A CN115280049 A CN 115280049A CN 202180021208 A CN202180021208 A CN 202180021208A CN 115280049 A CN115280049 A CN 115280049A
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Abstract

至少一实施方式的密封装置具备在轴向上排列三根以上的圆弧状的翅片。圆弧状的翅片包括：第一翅片，其是在轴向上位于最外侧的两根最外翅片中的一方；第二翅片，其在轴向上与第一翅片相邻配置；以及至少一个第三翅片，其在轴向上配置于隔着第二翅片与第一翅片相反的一侧。第三翅片优选以在轴向上前端部位于比基端部靠第一翅片侧处的方式相对于径向倾斜地配置，并且相对于径向具有比第一翅片或第二翅片大的倾斜角。

Description

密封装置及旋转机械
技术领域
本发明涉及一种密封装置及旋转机械。
本申请基于2020年4月28日在日本专利局申请的特愿2020-079332号而主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
已知有用于发电设备等的蒸汽轮机、燃气轮机等旋转机械。该旋转机械具有支承于相对于壳体旋转自如的涡轮转子(以下，简称为转子)的动叶、以及支承于壳体的静叶，且构成为将从转子的轴线方向的上游向下游流动的工作流体的能量转换为转子的旋转能量。
在上述旋转机械中，已知在对转子或动叶与壳体之间进行密封的密封部中，从主流路偏离的工作流体以具有在通过喷嘴时被赋予的回旋流成分的状态流入，由此在转子的周向上产生回旋流(所谓涡流)。由于涡流，在转子产生偏心的情况下，在转子的周向上产生在与转子的偏心方向不同的方向上具有峰值的周期性的压力分布，例如在随着高输出的运转而涡流增加时，有时成为转子的自激振动的原因。因此，提出了各种用于抑制密封部中的涡流的结构。
例如，专利文献1所公开的密封装置具备在壳体的内周面上沿轴线方向排列的多个密封翅片、以及多个涡流破除器，该多个涡流破除器将多个密封翅片中的位于最靠轴线方向一侧的第一密封翅片和与第一密封翅片的轴线方向另一侧相邻设置的第二密封翅片连结，并在周向上隔开间隔地排列，在第一密封翅片形成有沿轴线方向贯通第一密封翅片的贯通部(参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-155859号公报
发明内容
发明要解决的课题
近年来，在蒸汽轮机、燃气轮机等旋转机械中，谋求进一步提高涡轮效率。因此，谋求抑制泄漏流量、即从主流路偏离而通过密封部的工作流体的流量。但是，若抑制泄漏流量，则上述的自激振动的激振力有可能增加。
鉴于上述情况，本发明的至少一实施方式的目的在于，抑制通过密封部的工作流体的流量，并且抑制旋转机械中的自激振动的产生。
用于解决课题的方案
(1)本发明的至少一实施方式的密封装置具备以在彼此之间隔开间隙的方式在轴向上排列3根以上、且分别沿着周向延伸的圆弧状的翅片，
所述圆弧状的翅片包括：
第一翅片，其是在所述轴向上位于最外侧的两根最外翅片中的一方；
第二翅片，其在所述轴向上与所述第一翅片相邻配置；以及
至少一个第三翅片，其在所述轴向上配置于隔着所述第二翅片与所述第一翅片相反的一侧，
所述第三翅片满足下述条件(a)和(b)中的至少任一方，
(a)所述第三翅片以在所述轴向上前端部位于比基端部靠所述第一翅片侧处的方式相对于所述径向倾斜地配置，并且所述第三翅片相对于所述径向具有比所述第一翅片或所述第二翅片大的倾斜角，
(b)所述第三翅片具有比所述第一翅片或所述第二翅片大的径向尺寸，以使得形成比所述第一翅片或所述第二翅片小的密封间隙。
(2)本发明的至少一实施方式的旋转机械具备：
上述(1)的结构的密封装置；
壳体；
转子主体，其在所述壳体内绕轴线旋转；
多个动叶主体，其以从所述转子主体沿径向延伸的方式安装；以及
护罩，其与所述多个动叶主体各自的前端部相连，
所述第三翅片位于比所述第一翅片靠所述转子主体的轴向下游侧处。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，能够抑制通过密封部的工作流体的流量，并且能够抑制旋转机械中的自激振动的产生。
附图说明
图1是用于说明作为具备几个实施方式的密封装置的旋转机械的一例的蒸汽轮机的图。
图2A是用于说明几个实施方式的密封装置的图。
图2B是用于说明几个实施方式的密封装置的图。
图2C是用于说明几个实施方式的密封装置的图。
图3A是用于说明几个实施方式的密封装置的图。
图3B是用于说明几个实施方式的密封装置的图。
图3C是用于说明几个实施方式的密封装置的图。
图4A是用于说明几个实施方式的密封装置的图。
图4B是用于说明几个实施方式的密封装置的图。
图4C是用于说明几个实施方式的密封装置的图。
图5A是用于说明几个实施方式的密封装置的图。
图5B是用于说明几个实施方式的密封装置的图。
图5C是用于说明几个实施方式的密封装置的图。
图6是用于说明几个实施方式的密封装置的图。
图7A是用于说明基于第三翅片的缩流效果的图表。
图7B是用于说明各翅片中的差压的图表。
图7C是用于说明在各空腔中产生的激振力的图表。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。其中，作为实施方式所记载的或附图中所示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不旨在将本发明的范围限定于此，而只不过是说明例。
例如，“在某一方向上”、“沿着某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或绝对的配置的表述不仅表示严格意义上这样的配置，还表示具有公差、或者可得到相同功能的程度的角度、距离而相对位移了的状态。
例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示事物相等的状态的表述不仅表示严格相等的状态，也表示存在公差、或者可得到相同功能的程度的差异的状态。
例如，四边形状、圆筒形状等表示形状的表述不仅表示几何学上严格意义的四边形状、圆筒形状等形状，也表示在可得到相同效果的范围内包含凹凸部、倒角部等的形状。
另一方面，“具备”、“含有”、“配备”、“包括”或者“具有”一个构成要素这样的表述不是将其他构成要素的存在排除在外的排他性表述。
(关于蒸汽轮机1的结构)
图1是用于说明作为具备几个实施方式的密封装置的旋转机械的一例的蒸汽轮机的图。
如图1所示，蒸汽轮机设备10具备作为轴流旋转机械的蒸汽轮机1、将作为工作流体的蒸气S从蒸气供给源(未图示)向蒸汽轮机1供给的蒸气供给管12、以及与蒸汽轮机1的下游侧连接并排出蒸气的蒸气排出管13。
如图1所示，几个实施方式的蒸汽轮机1具备壳体2、在壳体2内绕轴线AX旋转的转子主体11、与转子主体11连接的转子3、以及将转子主体11支承为能够绕轴线AX旋转的轴承部4。另外，图1所示的几个实施方式的蒸汽轮机1具备后面详细说明的密封装置100。
转子3具备转子主体11、以及涡轮动叶30。涡轮动叶30是具备多个动叶主体31、以及护罩(叶端护罩)34的动叶栅，在轴线AX方向上以恒定的间隔配置多列。
多个动叶主体31分别以从在壳体2内绕轴线AX旋转的转子主体11沿径向延伸的方式安装，在转子主体11的周向上隔开间隔设置。多个动叶主体31分别是从径向观察时具有翼型的截面的构件。
护罩34是与多个动叶主体31各自的前端部(径向外侧的端部)相连并连接各个前端部的环状的叶端护罩。
壳体2是以从外周侧覆盖转子3的方式设置的大致筒状的构件。在壳体2上设置有以朝向转子主体11向径向内侧延伸的方式安装的多个静叶主体21。静叶主体21沿着壳体2的内周面25的周向及轴线AX方向排列多个。在多个静叶主体21上安装有与多个静叶主体21各自的前端部相连的静叶环23。
在壳体2的内部，静叶主体21和动叶主体31排列的区域形成供作为工作流体的蒸气S流通的主流路20。
而且，在壳体2的内周面25与叶端护罩34之间形成有空间，将该空间称为空腔50。需要说明的是，在以下的说明中，将面向壳体2内部的空间的壳体2的内侧的面称为内表面250。因此，壳体2的内周面25是内表面250的一部分。
图2A至图2C是用于说明几个实施方式的密封装置的图，示意性地示出了从周向观察的叶端护罩34的附近。
图3A至图3C是用于说明几个实施方式的密封装置的图，示意性地示出了从周向观察的叶端护罩34的附近。
图4A至图4C是用于说明几个实施方式的密封装置的图，示意性地示出了从周向观察的叶端护罩34的附近。
图5A至图5C是用于说明几个实施方式的密封装置的图，示意性地示出了从周向观察的叶端护罩34的附近。
图6是用于说明几个实施方式的密封装置的图，示意性地示出了从周向观察的叶端护罩34的附近及翅片的前端部的放大图。
如图2A至图2C、图3A至图3C、图4A至图4C、图5A至图5C及图6所示，在几个实施方式的空腔50中设置有密封装置100。实施方式的密封装置100具备圆弧状的翅片(密封翅片)40，该圆弧状的翅片40以在彼此之间隔开间隙的方式在轴向上排列三根以上，并且分别沿着周向延伸。即，几个实施方式的翅片40是在旋转构件(护罩34)与静止构件(壳体2)之间的环状间隙(空腔50)中沿轴向设置多个的密封构件。
为了方便说明，各图所示的翅片40以在彼此之间隔开间隙的方式在轴向上排列有三根，但也可以是四根以上。另外，为了方便说明，对于各图所示的翅片40，从轴向上流侧起依次称为第一翅片41、第二翅片42及第三翅片43。
图1所示的几个实施方式的蒸汽轮机1具备后面详细说明的密封装置100，因此能够抑制通过密封部(密封装置100)的泄漏蒸气流SL的流量，并且能够抑制蒸汽轮机1中的自激振动的产生。
各图所示的翅片40包括作为在轴向上位于最外侧的两根最外翅片中的一方的第一翅片41、在轴向上与第一翅片41相邻配置的第二翅片42、以及在轴向上配置于隔着第二翅片42与第一翅片41相反的一侧的至少一个第三翅片43。
需要说明的是，第三翅片43也可以是在轴向上位于最外侧的两根最外翅片中的另一方。在几个实施方式的翅片40以在彼此之间隔开间隙的方式在轴向上排列有四根以上的情况下，优选至少配置于最靠轴向下游侧的翅片40作为第三翅片43满足后述的条件(a)和(b)中的至少任一方。即，第三翅片43优选包括两根最外翅片中的另一方的最外翅片。
各图所示的翅片40是从基端部40a朝向前端部40b沿径向延伸、并且具有如上述那样沿周向延伸的局部圆弧形状的构件。更详细而言，翅片40形成为具有随着从基端部40a朝向前端部40b而轴线AX方向的厚度逐渐减小的形状。
例如如图2A、图3A、图4A、图5A及图6所示，各图所示的翅片40也可以在轴向上交替地配置从壳体2的内周面25朝向护罩34突出的翅片(例如第一翅片41和第三翅片43)、以及从护罩34朝向壳体2的内周面25突出的翅片(例如第二翅片42)。
另外，例如如图2B、图3B、图4B及图5B所示，各图所示的翅片40也可以配置成从壳体2的内周面25朝向护罩34突出。
例如如图2C、图3C、图4C及图5C所示，各图所示的翅片40也可以配置成从护罩34朝向壳体2的内周面25突出。
在各图所示的几个实施方式中，在翅片40的前端部40b与和该前端部40b对置的护罩34的外表面35之间、或者在翅片40的前端部40b与壳体2的内周面25之间形成微小的间隙(密封间隙)m。关于径向上的间隙m的尺寸，考虑壳体2、动叶主体31的热膨胀量、动叶主体31的离心伸长量等，在翅片40的前端部40b不与和该前端部40b对置的对方侧的构件接触的范围内来决定。
在各图所示的几个实施方式的空腔50之中，将第一翅片41的上游侧的区域称为第一空腔51，将在第一翅片41与第二翅片42之间划分的区域称为第二空腔52，将在第二翅片42与第三翅片43之间划分的区域称为第三空腔53，将第三翅片43的下游侧的区域称为第四空腔54。
在几个实施方式的蒸汽轮机设备10中，来自蒸气供给源的蒸气S经由蒸气供给管12向蒸汽轮机1供给。
供给至蒸汽轮机1的蒸气S到达主流路20。到达主流路20的蒸气S随着在主流路20中流通而反复膨胀和流动的转向，同时朝向下游侧流通。由于动叶主体31具有翼型截面，因此蒸气S与动叶主体31碰撞、或者在沿着周向相邻的动叶主体31彼此之间形成的叶间流路的内部也受到蒸气膨胀时的反作用力，由此转子3旋转。由此，蒸气S所具有的能量作为蒸汽轮机1的旋转动力被获取。
在上述过程中，在主流路20中流通的蒸气S也流入前述的空腔50。即，流入主流路20的蒸气S在通过静叶主体21之后，分为主蒸气流SM和泄漏蒸气流SL。主蒸气流SM无泄漏地被导入涡轮动叶30。
泄漏蒸气流SL经由护罩34与壳体2之间流入空腔50。在此，蒸气S在通过静叶主体21之后成为涡流成分(周向速度成分)增大的状态，该蒸气S的一部分分离而作为泄漏蒸气流SL流入空腔50。因此，泄漏蒸气流SL也与蒸气S同样地包含涡流成分。
(关于蒸汽轮机1中的自激振动)
如上所述，已知在蒸汽轮机1那样的旋转机械中，在对转子或动叶与壳体之间进行密封的密封部中，从主流路偏离的工作流体以具有在通过喷嘴时被赋予的回旋流成分的状态流入，从而在转子的周向上产生回旋流(所谓涡流)。由于涡流，在转子产生偏心的情况下，在转子的周向上产生在与转子的偏心方向不同的方向上具有峰值的周期性的压力分布，例如在随着高输出的运转而涡流增加时，有时成为转子的自激振动的原因。因此，提出了各种用于抑制密封部中的涡流的结构。
近年来，在蒸汽轮机、燃气轮机等旋转机械中，谋求进一步提高涡轮效率。因此，谋求抑制泄漏流量、即从主流路偏离而通过密封部的工作流体的流量。但是，若抑制泄漏流量，则上述的自激振动的激振力有可能增加。
为此，在几个实施方式中，如下述那样抑制通过密封装置100的泄漏蒸气流SL的流量，并且抑制蒸汽轮机1中的自激振动的产生。以下，进行详细说明。
(关于用于抑制泄漏蒸气流及抑制自激振动的具体结构)
例如如图2A至图2C、图4A至图4C、图5A至图5C及图6所示，在几个实施方式的密封装置100中，第三翅片43优选满足下述条件(a)和(b)中的至少任一方。
(a)第三翅片43以在轴向上前端部40b位于比基端部40a靠第一翅片41侧的方式相对于径向倾斜地配置，并且相对于径向具有比第一翅片41或第二翅片42大的倾斜角θ3。
(b)第三翅片43具有比第一翅片41或第二翅片42大的径向尺寸Hr，以使得形成比第一翅片41或第二翅片42小的密封间隙m。
(关于满足上述条件(a)的情况)
如各图所示，几个实施方式的密封装置100配置为，第三翅片43位于比第一翅片41靠轴向下游侧处。并且，泄漏蒸气流SL通过密封间隙m，该密封间隙m是第一翅片41、第二翅片42及第三翅片43各自的前端部40b与在径向上和该各自的前端部40b对置的构件的表面之间的间隙。
例如，考虑如下情况：第三翅片43构成为满足上述条件(a)，在第三翅片的轴向上流侧的侧面43u所面向的第三空腔53中，如图2A、图2B、图4A、图4B、图5A、图5B及图6所示，泄漏蒸气流SL的半径方向流SLr沿着该侧面43u从第三翅片43的基端部40a侧朝向前端部40b侧流动。
在该情况下，与第三翅片43不构成为满足上述条件(a)的情况相比，沿着该侧面43u流动的半径方向流SLr相对于在上述密封间隙m中流动的泄漏蒸气流SL能够更多地赋予使流动在径向上收缩的缩流效果。
图7A是用于说明由满足上述条件(a)的第三翅片43带来的上述的缩流效果的图表，示出了由各翅片40形成的密封间隙m中的流量系数。在图7A中，作为实施例记载的数据是具有满足上述条件(a)的第三翅片43的密封装置100的流量系数，作为比较例记载的数据是第三翅片43具有与第一翅片41或第二翅片42相同的倾斜角θ3的密封装置的流量系数。
如图7A所示，通过满足上述条件(a)，能够减小由第三翅片43形成的密封间隙m中的流量系数。
这样，在图2A、图2B、图4A、图4B、图5A、图5B及图6所示的密封装置100中，工作流体不容易通过密封间隙m，该密封间隙m是第三翅片43的前端部40b与在径向上和该前端部40b对置的构件的表面即护罩34的外表面35之间的间隙。
因此，在图2A、图2B、图4A、图4B、图5A、图5B及图6所示的密封装置100中，能够增大作为第三翅片43的上游侧的空腔50的第三空腔53与作为下游侧的空腔50的第四空腔54之间的差压。
在此，如果第一翅片41及第三翅片43分别是在轴向上位于最外侧的最外翅片，则作为第一翅片41的上游侧的空腔50的第一空腔51与作为第三翅片43的下游侧的空腔50的第四空腔54之间的压力差、即密封装置100的前后差压大致等于动叶主体31的入口侧与出口侧之间的压力差。因此，若第三空腔53与第四空腔54之间的差压、即第三翅片43的前后差压增加，则第一空腔51与作为第一翅片41的下游侧的空腔50的第二空腔52之间的差压、即第一翅片41的前后差压减少。
图7B是用于说明各翅片40中的差压的图表，示出了泄漏蒸气流SL通过各翅片40前后的膨胀比。在图7B中，作为实施例记载的数据是具有满足上述条件(a)的第三翅片43的密封装置100的膨胀比，作为比较例记载的数据是第三翅片43具有与第一翅片41或第二翅片42相同的倾斜角θ3的密封装置的膨胀比。
如图7B所示，通过满足上述条件(a)，第三翅片43的前后差压增加，因此泄漏蒸气流SL通过第三翅片43前后的膨胀比变大。另外，由于第三翅片43的前后差压增加，第一翅片41的前后差压减少，因此泄漏蒸气流SL通过第一翅片41前后的膨胀比变小。
通常，密封部(密封装置100)中的工作流体向周向的回旋速度越大，则越容易产生上述的自激振动。另外，通常，对于密封部中的工作流体向周向的回旋速度，上游侧比下游侧大。通常，通过抑制密封翅片的前后差压，能够抑制由该密封翅片的下游侧的空腔内的工作流体引起的激振力。
因此，通过如上述那样抑制第一翅片41的前后差压，能够抑制由第二空腔52内的泄漏蒸气流SL引起的激振力，因此能够抑制上述的自激振动的产生。
另外，如上所述，由于能够增大第三翅片43的前后差压，因此能够抑制通过密封装置100的工作流体的流量。
图7C是用于说明各空腔50中产生的激振力的图表。在图7C中，作为实施例记载的数据是具有满足上述条件(a)的第三翅片43的密封装置100的激振力，作为比较例记载的数据是第三翅片43具有与第一翅片41或第二翅片42相同的倾斜角θ3的密封装置的激振力。
如图7C所示，通过满足上述条件(a)，能够抑制第二空腔52及第三空腔53中的激振力。另外，通过满足上述条件(a)，与第三空腔53中的激振力相比，能够进一步抑制第二空腔52中的激振力。
例如，考虑如下情况：第三翅片43构成为满足上述条件(a)，在第三翅片43的轴向上流侧的侧面43u所面向的第三空腔53中，如图2C、图4C及图5C所示，半径方向流SLr沿着该侧面43u从第三翅片43的前端部40b侧朝向基端部40a侧流动。
在该情况下，与第三翅片43不构成为满足上述条件(a)的情况相比，该半径方向流SLr容易从第三翅片43的前端部40b侧朝向基端部40a侧沿着该侧面流动。因此，从第二翅片42侧朝向第三翅片43侧流来的泄漏蒸气流SL不容易朝向比第三翅片43靠下游侧处流动，因此能够增大第三翅片43的前后差压。由此，能够抑制第一翅片41的前后差压，因此能够抑制上述的自激振动的产生。
另外，由于能够增大第三翅片43的前后差压，因此能够抑制通过密封装置100的泄漏蒸气流SL的流量。
(关于满足上述条件(b)的情况)
与对上述条件(a)进行说明时同样地，几个实施方式的密封装置100配置成第三翅片43位于比第一翅片41靠轴向下游侧处。而且，泄漏蒸气流SL通过密封间隙m，该密封间隙m是第一翅片41、第二翅片42及第三翅片43各自的前端部40b与在径向上和该各自的前端部40b对置的构件的表面之间的间隙。
例如，第三翅片43构成为满足上述条件(b)。
在该情况下，与第三翅片43不构成为满足上述条件(b)的情况相比，能够增大第三翅片43的前后差压。由此，能够抑制第一翅片41的前后差压，因此能够抑制上述的自激振动的产生。
另外，由于能够增大第三翅片43的前后差压，因此能够抑制通过密封装置100的泄漏蒸气流SL的流量。
需要说明的是，在几个实施方式的翅片40以在彼此之间隔开间隙的方式在轴向上排列有四根以上的情况下，优选至少配置于最靠轴向下游侧的翅片40作为第三翅片43满足上述条件(a)和(b)中的至少任一方。即，第三翅片43优选包括两根最外翅片中的另一方的最外翅片。
通过将至少配置于最靠轴向下游侧的翅片40作为第三翅片43而满足上述条件(a)和(b)中的至少任一方，如上所述，能够抑制第一翅片41的前后差压而抑制自激振动的产生，并且能够增大第三翅片43的前后差压而抑制通过密封装置100的泄漏蒸气流SL的流量。
例如，如图2B、图2C、图4B、图4C、图5B及图5C所示的密封装置100那样，除了作为第三翅片43的上述另一方的最外翅片以外，其他翅片40也可以具有相同形状。
假设将上述另一方的最外翅片以外的其他翅片40构成为满足上述条件(a)和(b)中的至少任一方，则虽然能够进一步抑制泄漏蒸气流SL的流量，但产生自激振动的可能性变高。因此，如图2B、图2C、图4B、图4C、图5B及图5C所示的密封装置100那样，除了作为第三翅片43的上述另一方的最外翅片以外，将其他翅片40构成为具有相同形状，由此能够抑制自激振动的产生。
(关于弯曲凹面430)
如图4A至图4C所示，在几个实施方式的密封装置100中，在第三翅片43的基端部40a侧，在轴向上朝向第一翅片41侧的第三翅片43的侧面43u可以具有弯曲凹面430。
在图4A及图4B所示的密封装置100中，弯曲凹面430是将壳体2的内周面25中的比侧面43u靠轴向上流侧的面与第三翅片43的侧面43u平滑地连接的曲面，在比侧面43u靠轴向上流侧处具有曲率中心O。
在图4C所示的密封装置100中，弯曲凹面430是将护罩34的外表面35中的比侧面43u靠轴向上流侧的面与第三翅片43的侧面43u平滑地连接的曲面，在比侧面43u靠轴向上流侧处具有曲率中心O。
由此，第三翅片43的侧面43u所面向的空腔50(第三空腔53)内的泄漏蒸气流SL的半径方向流SLr的流动被弯曲凹面430引导而容易流动。
由此，如图4A及图4B所示，在第三空腔53中，在半径方向流SLr沿着该侧面43u从第三翅片43的基端部40a侧朝向前端部40b侧流动的情况下，沿着该侧面43u流动的半径方向流SLr相对于在密封间隙m中流动的泄漏蒸气流SL能够更多地赋予缩流效果。由此，能够增大第三翅片43的前后差压。
另外，如图4C所示，在半径方向流SLr沿着该侧面43u从第三翅片43的前端部40b侧朝向基端部40a侧流动的情况下，该半径方向流SLr容易从第三翅片43的前端部40b侧朝向基端部40a侧沿着该侧面43u流动。因此，泄漏蒸气流SL不容易朝向比第三翅片43靠下游侧处流动，因此能够增大第三翅片43的前后差压。
(关于第四空腔54的扩张部541)
如图5A及图5B所示，几个实施方式的蒸汽轮机1具备由作为最外翅片40的第三翅片43、以及壳体2的内表面250中的比该最外翅片40(第三翅片43)靠轴向下游侧的内表面250划分的空腔50(第四空腔54)。并且，第四空腔54可以在上述内表面250具有向径向外侧或轴向下游侧扩张的扩张部(壳体侧扩张部)541。
如图5A及图5B所示，在几个实施方式的蒸汽轮机1中，扩张部541的径向外侧的面的至少一部分例如也可以由位于比面向第三空腔53的内周面25靠径向外侧的内周面251划分。另外，如图5A及图5B所示，在几个实施方式的蒸汽轮机1中，扩张部541的轴向外下游侧的面的至少一部分也可以由下述的环状内壁面253划分径向外侧的面。需要说明的是，环状内壁面253例如在比动叶主体31靠轴向下游侧处与划分主流路20的壳体2的内周面25A连接，且在比内壁面25B靠轴向下游侧处朝向轴向上流侧，该内壁面25B是在该内周面25A的轴向上流侧处朝向轴向上流侧的内表面250。
如果第四空腔54具有扩张部541，则与第四空腔54不具有扩张部541的情况相比，通过密封间隙m后的泄漏蒸气流SL膨胀，因此能够增大第三翅片43的前后差压，其中，密封间隙m是第三翅片43的前端部40b与在径向上和该前端部40b对置的构件的表面(例如护罩34的外表面35)之间的间隙。
需要说明的是，如图5C所示，也可以通过从径向外侧对护罩34中的比第三翅片43靠下游侧的区域进行切口来设置扩张部(护罩侧扩张部)543。另外，在几个实施方式的蒸汽轮机1中，也可以设置壳体侧扩张部541和护罩侧扩张部543。
(关于第三翅片43的前端部40b的形状)
在几个实施方式的密封装置100中，如图6所示，在轴向上朝向第一翅片41侧的第三翅片43的侧面43uu与前端面43t之间的角部431的曲率半径ru优选比在轴向上朝向第一翅片41侧的第二翅片42的侧面42u与前端面42t之间的角部421的曲率半径ru小。
由此，在第三空腔中，在半径方向流SLr沿着第三翅片43的侧面43u从第三翅片43的基端部40a侧朝向前端部40b侧流动的情况下，该半径方向流SLr在前端部40b侧容易从该侧面43u剥离。因此，沿着该侧面43u流动的半径方向流SLr相对于在密封间隙m中流动的泄漏蒸气流SL能够更多地赋予缩流效果。由此，能够增大第三翅片43的前后差压。
需要说明的是，在几个实施方式的密封装置100中，如图6所示，朝向轴向下游侧的第三翅片43的侧面43d与前端面43t之间的角部433的曲率半径rd也可以与角部431的曲率半径ru相同。另外，朝向轴向下游侧的第二翅片42的侧面42d与前端面42t之间的角部423的曲率半径rd也可以与角部421的曲率半径ru相同。
本发明不限定于上述的实施方式，也包括对上述的实施方式施加了变形的形态、将这些形态适当组合的形态。
例如，上述的一实施方式的第三翅片43也可以构成为满足上述条件(a)及(b)双方。
另外，在图2A至图2C、图3A至图3C、图5A至图5C及图6所示的密封装置100中，也可以如图4A至图4C所示那样设置弯曲凹面430。
在图2A至图2C、图3A至图3C、图4A至图4C及图6所示的蒸汽轮机1中，也可以如图5A至图5C所示那样设置壳体侧扩张部541和护罩侧扩张部543中的至少任一方。
上述各实施方式所记载的内容例如如以下那样进行掌握。
(1)本发明的至少一实施方式的密封装置具备以在彼此之间隔开间隙的方式在轴向上排列3根以上、且分别沿着周向延伸的圆弧状的翅片。
圆弧状的翅片包括：第一翅片，其是在轴向上位于最外侧的两根最外翅片中的一方；第二翅片，其在轴向上与第一翅片相邻配置；以及至少一个第三翅片，其在轴向上配置于隔着第二翅片与第一翅片相反的一侧。
第三翅片满足下述条件(a)和(b)中的至少任一方。
(a)第三翅片以在轴向上前端部位于比基端部靠第一翅片侧处的方式相对于径向倾斜地配置，并且第三翅片相对于径向具有比第一翅片或第二翅片大的倾斜角。
(b)第三翅片具有比第一翅片或第二翅片大的径向尺寸，以使得形成比第一翅片或第二翅片小的密封间隙。
根据上述(1)的结构，通过将第三翅片43构成为满足上述条件(a)和(b)中的至少任一方，在具备具有上述(1)的结构的密封装置100的作为旋转机械的一例的蒸汽轮机1中，能够抑制通过密封部(密封装置100)的工作流体即泄漏蒸气流SL的流量，并且能够抑制蒸汽轮机1中的自激振动的产生。
(2)在几个实施方式中，在上述(1)的结构的基础上，第三翅片43优选包括两根最外翅片40中的另一方的最外翅片40。
通过将至少配置于最靠轴向下游侧的翅片40作为第三翅片43满足上述条件(a)和(b)中的至少任一方，如上所述，能够抑制第一翅片41的前后差压而抑制自激振动的产生，并且能够增大第三翅片43的前后差压而能够抑制通过密封装置100的泄漏蒸气流SL的流量。
(3)在几个实施方式中，在上述(2)的结构的基础上，除了作为第三翅片43的上述另一方的最外翅片40以外，圆弧状的翅片40具有相同形状即可。
假设将上述另一方的最外翅片以外的其他翅片40构成为满足上述条件(a)和(b)中的至少任一方，则虽然能够进一步抑制泄漏蒸气流SL的流量，但产生自激振动的可能性变高。因此，如图2B、图2C、图4B、图4C、图5B及图5C所示的密封装置100那样，除了作为第三翅片43的上述另一方的最外翅片以外，使其他翅片40构成为具有相同形状，从而能够抑制自激振动的产生。
(4)在几个实施方式中，在上述(1)至(3)中的任一结构的基础上，在第三翅片43的基端侧(基端部40a侧)，在轴向上朝向第一翅片41侧的第三翅片43的侧面43u优选具有弯曲凹面430。
根据上述(4)的结构，如上所述，能够增大第三翅片43的前后差压。
(5)在几个实施方式中，在上述(1)至(4)中任一个结构的基础上，在轴向上朝向第一翅片41侧的第三翅片43的侧面43u与前端面43t之间的角部431的曲率半径ru优选比在轴向上朝向第一翅片41侧的第二翅片42的侧面42u与前端面42t之间的角部421的曲率半径ru小。
根据上述(5)的结构，在朝向第一翅片41侧的第三翅片43的侧面43u所面向的第三空腔53中，在半径方向流SLr沿着该侧面43u从第三翅片43的基端部40a侧朝向前端部40b侧流动的情况下，该半径方向流SLr在前端部40b侧容易从该侧面43u剥离，因此，沿着该侧面43u流动的半径方向流SLr相对于在密封间隙m中流动的泄漏蒸气流SL能够更多地赋予缩流效果。由此，能够增大第三翅片43的前后差压。
(6)作为本发明的至少一实施方式的旋转机械的蒸汽轮机1具备：上述(1)至(5)中任一个结构的密封装置100；壳体2；转子主体11，在壳体2内绕轴线AX旋转；多个动叶主体31，其以从转子主体11沿径向延伸的方式安装；以及护罩(叶端护罩)34，其与多个动叶主体31各自的前端部相连。第三翅片43位于比第一翅片41靠转子主体11的轴向下游侧处。
根据上述(6)的结构，由于具备上述(1)至(5)中任一结构的密封装置100，因此能够抑制通过密封装置100的泄漏蒸气流SL的流量，并且能够抑制蒸汽轮机1中的自激振动的产生。
(7)在几个实施方式中，在上述(6)的结构的基础上，第三翅片43包括两根最外翅片40中的另一方的最外翅片40。作为旋转机械的蒸汽轮机1具有空腔50(第四空腔54)，该空腔50由该最外翅片40(第三翅片43)、以及壳体2的内表面250中的比该最外翅片40(第三翅片43)靠轴向下游侧的内表面250划分。第四空腔54优选具有在上述内表面250上向径向外侧或轴向下游侧扩张的扩张部541。
根据上述(7)的结构，与第四空腔54不具有扩张部541的情况相比，通过密封间隙m之后的泄漏蒸气流SL膨胀，因此能够增大第三翅片43的前后差压，该密封间隙m是第三翅片43的前端部40b与在径向上和该前端部40b对置的构件的表面之间的间隙。
(8)在几个实施方式中，在上述(6)或(7)的结构的基础上，圆弧状的翅片40也可以从壳体2的内周面25朝向护罩34突出。
根据上述(8)的结构，密封装置100的所有圆弧状的翅片40构成为从壳体2的内周面25朝向护罩34突出，由此，即使壳体2和转子主体11的轴向的相对位置因热膨胀变化，圆弧状的翅片40彼此也不会接触。
(9)在几个实施方式中，在上述(6)或(7)的结构的基础上，圆弧状的翅片40也可以从护罩34朝向壳体2的内周面25突出。
根据上述(9)的结构，密封装置100的所有圆弧状的翅片40构成为从护罩34朝向壳体2的内周面25突出，由此，即使壳体2与转子主体11的轴向的相对位置因热膨胀变化，圆弧状的翅片40彼此也不会接触。
(10)在几个实施方式中，在上述(6)或(7)的结构的基础上，圆弧状的翅片40也可以在轴向上交替地配置有从壳体2的内周面25朝向护罩34突出的翅片40、以及从护罩34朝向壳体2的内周面25突出的翅片40。
根据上述(10)的结构，通过在轴向上交替地配置从壳体2的内周面25朝向护罩34突出的翅片40、以及从护罩34朝向壳体2的内周面25突出的翅片40，能够进一步抑制通过密封装置100的泄漏蒸气流SL的流量。
附图标记说明：
1...蒸汽轮机；
2...壳体；
3...转子；
11...转子主体；
25...内周面；
30...涡轮动叶；
31...动叶主体；
34...护罩(叶端护罩)；
40...翅片(密封翅片)；
40a...基端部；
40b...前端部；
41...第一翅片；
42...第二翅片；
43...第三翅片；
50...空腔；
51...第一空腔；
52...第二空腔；
53...第三空腔；
54...第四空腔；
100...密封装置；
430...弯曲凹面；
541...扩张部(壳体侧扩张部)；
543...扩张部(护罩侧扩张部)。

Claims (12)

1.一种密封装置，其中，
所述密封装置具备以在彼此之间隔开间隙的方式在轴向上排列3根以上、且分别沿着周向延伸的圆弧状的翅片，
所述圆弧状的翅片包括：
第一翅片，其是在所述轴向上位于最外侧的两根最外翅片中的一方；
第二翅片，其在所述轴向上与所述第一翅片相邻配置；以及
至少一个第三翅片，其在所述轴向上配置于隔着所述第二翅片与所述第一翅片相反的一侧，
所述第三翅片满足下述条件(a)和(b)中的至少任一方，
(a)所述第三翅片以在所述轴向上前端部位于比基端部靠所述第一翅片侧处的方式相对于径向倾斜地配置，并且所述第三翅片相对于所述径向具有比所述第一翅片或所述第二翅片大的倾斜角，
(b)所述第三翅片具有比所述第一翅片或所述第二翅片大的径向尺寸，以使得形成比所述第一翅片或所述第二翅片小的密封间隙。
2.一种密封装置，其中，
所述密封装置具备以在彼此之间隔开间隙的方式在轴向上排列3根以上、且分别沿着周向延伸的圆弧状的翅片，
所述圆弧状的翅片包括：
第一翅片，其是在所述轴向上位于最外侧的两根最外翅片中的一方；
第二翅片，其在所述轴向上与所述第一翅片相邻配置；以及
至少一个第三翅片，其在所述轴向上配置于隔着所述第二翅片与所述第一翅片相反的一侧，
所述第三翅片以在所述轴向上前端部位于比基端部靠所述第一翅片侧处的方式相对于径向倾斜地配置，并且所述第三翅片相对于所述径向具有比所述第二翅片大的倾斜角。
3.一种密封装置，其中，
所述密封装置具备以在彼此之间隔开间隙的方式在轴向上排列3根以上、且分别沿着周向延伸的圆弧状的翅片，
所述圆弧状的翅片包括：
第一翅片，其是在所述轴向上位于最外侧的两根最外翅片中的一方；
第二翅片，其在所述轴向上与所述第一翅片相邻配置；以及
至少一个第三翅片，其在所述轴向上配置于隔着所述第二翅片与所述第一翅片相反的一侧，
所述第三翅片具有比所述第一翅片或所述第二翅片大的径向尺寸，以使得形成比所述第一翅片或所述第二翅片小的密封间隙。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的密封装置，其中，
所述第三翅片包括所述两根最外翅片中的另一方的最外翅片。
5.根据权利要求4所述的密封装置，其中，
除了作为所述第三翅片的所述另一方的最外翅片以外，所述圆弧状的翅片具有相同形状。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的密封装置，其中，
在所述第三翅片的基端侧，在所述轴向上朝向所述第一翅片侧的所述第三翅片的侧面具有弯曲凹面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的密封装置，其中，
在所述轴向上朝向所述第一翅片侧的所述第三翅片的侧面与前端面之间的角部的曲率半径比在所述轴向上朝向所述第一翅片侧的所述第二翅片的侧面与前端面之间的角部的曲率半径小。
8.一种旋转机械，其中，
所述旋转机械具备：
权利要求1至7中任一项所述的密封装置；
壳体；
转子主体，其在所述壳体内绕轴线旋转；
多个动叶主体，其以从所述转子主体沿径向延伸的方式安装；以及
护罩，其与所述多个动叶主体各自的前端部相连，
所述第三翅片位于比所述第一翅片靠所述转子主体的轴向下游侧处。
9.根据权利要求8所述的旋转机械，其中，
所述第三翅片包括所述两根最外翅片中的另一方的最外翅片，
所述旋转机械具备由该最外翅片、以及所述壳体的内表面中的比该最外翅片靠轴向下游侧的所述内表面划分的空腔，
所述空腔具有所述内表面向径向外侧或所述轴向下游侧扩张的扩张部。
10.根据权利要求8或9所述的旋转机械，其中，
所述圆弧状的翅片从所述壳体的内周面朝向所述护罩突出。
11.根据权利要求8或9所述的旋转机械，其中，
所述圆弧状的翅片从所述护罩朝向所述壳体的内周面突出。
12.根据权利要求8或9所述的旋转机械，其中，
所述圆弧状的翅片在所述轴向上交替地配置有从所述壳体的内周面朝向所述护罩突出的翅片、以及从所述护罩朝向所述壳体的内周面突出的翅片。
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