DE102019202353A1

DE102019202353A1 - Turbinenlaufschaufel und drehmaschine

Info

Publication number: DE102019202353A1
Application number: DE102019202353.3A
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Matsumoto; Hideaki Sugishita
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2019-10-02
Also published as: JP2019173670A; JP6684842B2; US20190301297A1; CN110318818A; US10794209B2

Abstract

Eine Spitzendeckband einer Turbinenlaufschaufel umfasst mindestens eine erste Durchgangsbohrung. Die mindestens eine erste Durchgangsbohrung umfasst eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung, wobei die erste Öffnung das Spitzendeckband in radialer Richtung durchdringt, um eine erste Kavität und einen Zwischenschaufelströmungsdurchgang in Kommunikation zu bringen, und auf einer Seite der ersten Kavität geöffnet ist, wobei die zweite Öffnung auf einer Seite des Zwischenschaufelströmungsdurchgangs geöffnet ist. Die erste Kavität ist zwischen einer ersten Dichtungsrippe und einer zweiten Dichtungsrippe definiert, wobei sich die erste Dichtungsrippe in radialer Richtung auf einer Außenseite in radialer Richtung des Spitzendeckbands erstreckt, und sich die zweite Dichtungsrippe in radialer Richtung an einer von der ersten Dichtungsrippe in Richtung einer Achse eines Rotorkörpers beabstandeten Position erstreckt. Die erste Öffnung wird an einer Zwischenposition zwischen der ersten Dichtungsrippe und der zweiten Dichtungsrippe gebildet. Die zweite Öffnung wird an einer Position gebildet, die dem Zwischenschaufelströmungsdurchgang zugewandt ist und den gleichen statischen Druck wie ein statischer Druck an einer Position, die der ersten Öffnung zugewandt ist, aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Turbinenlaufschaufel und eine Drehmaschine.
STAND DER TECHNIK
In einer Drehmaschine wie einer Dampfturbine oder einer Gasturbine gibt es einen Fall, in dem selbsterregte Schwingungen wie niederfrequente Schwingungen auftreten, und es werden einige Maßnahmen vorgeschlagen (z.B. siehe Patentschrift 1).
So ist beispielsweise eine in Patentschrift 1 offenbarte Dampfturbine mit einem kleinen Loch in einem Laufschaufel-Deckband einer Dampfturbinenstufe versehen. Das Loch bringt den Zwischenlaufschaufeldurchgang von Laufschaufeln und den Laufschaufelspitzenspalt auf einer Einlassseite einer Laufschaufelspitzendichtungsrippe in Kommunikation und hat einen solchen Winkel, dass Dampf entgegen einer Drehrichtung der Laufschaufeln zu dem Laufschaufelspitzenspalt ausströmt.
Zitatliste
Patentliteratur
Patentdokument 1: JPS62-154201 (Gebrauchsmuster)
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In den letzten Jahren tendieren Drehmaschinen wie eine Dampfturbine oder eine Gasturbine dazu, den Rotordurchmesser zu verringern und eine mehrstufige Schaufel vorzusehen, um den Turbinenwirkungsgrad zu verbessern. Daher wird der Rotordurchmesser verringert und eine Rotorwelle verlängert, so dass selbsterregte Schwingungen wie niederfrequente Schwingungen leicht auftreten können. Daher ist es erforderlich, eine Maßnahme vorzusehen, um selbsterregte Schwingungen effektiver zu unterdrücken.
In Anbetracht des Obenstehenden ist es Aufgabe mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Auftreten von selbsterregten Schwingungen in der Drehmaschine unterdrücken.
(1) Eine Turbinenlaufschaufel gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl von Schaufelkörpern, die so montiert sind, dass sie sich in radialer Richtung von einem Rotorkörper, der sich um eine Achse in einem Gehäuse dreht, erstrecken, wobei die Vielzahl von Schaufelkörpern in Abständen in Umfangsrichtung des Rotorkörpers angeordnet ist, und ein ringförmiges Spitzendeckband, das mit jedem Endteil der Vielzahl von Schaufelkörpern verbunden ist.
Das Spitzendeckband umfasst mindestens eine erste Durchgangsbohrung, und die erste Durchgangsbohrung durchdringt das Spitzendeckband in radialer Richtung, um eine erste Kavität und einen Zwischenschaufelströmungsdurchgang in Kommunikation zu bringen
Die erste Kavität ist zwischen einer ersten Dichtungsrippe und einer zweiten Dichtungsrippe definiert. Die erste Dichtungsrippe erstreckt sich in radialer Richtung von einer äußeren Umfangsfläche des Spitzendeckbands oder einer inneren Umfangsfläche des Gehäuses zu dem jeweils anderen von äußerer Umfangsfläche und innerer Umfangsfläche, und weist ein Spitzenteil auf. Die erste Dichtungsrippe bildet einen Spalt zwischen dem Spitzenteil und dem jeweils anderen von äußerer Umfangsfläche und innerer Umfangsfläche. Die zweite Dichtungsrippe erstreckt sich in radialer Richtung von der äußeren Umfangsfläche des Spitzendeckbands oder der inneren Umfangsfläche des Gehäuses zu dem jeweils anderen von äußerer Umfangsfläche und innerer Umfangsfläche an einer von der ersten Dichtungsrippe in Richtung der Achse beabstandeten Position, und weist ein Spitzenteil auf. Die zweite Dichtungsrippe bildet einen Spalt zwischen dem Spitzenteil und dem jeweils anderen von äußerer Umfangsfläche und innerer Umfangsfläche. Der Zwischenschaufelströmungsdurchgang ist zwischen einem Paar benachbarter Schaufelkörper in Umfangsrichtung des Rotorkörpers ausgebildet.
Die erste Durchgangsbohrung umfasst eine erste Öffnung, die auf einer Seite der ersten Kavität geöffnet ist, und eine zweite Öffnung, die auf einer Seite Zwischenschaufelströmungsdurchgangs geöffnet ist.
Die erste Öffnung ist an einer Zwischenposition zwischen der ersten Dichtungsrippe und der zweiten Dichtungsrippe gebildet.
Die zweite Öffnung ist an einer Position gebildet, die dem Zwischenschaufelströmungsdurchgang zugewandt ist und den gleichen statischen Druck wie ein statischer Druck an einer Position, die der ersten Öffnung zugewandt ist, aufweist.
Es ist bekannt, dass im Allgemeinen selbsterregte Schwingungen in der Drehmaschine durch die Bildung einer über den Umfang ungleichmäßigen Druckverteilung in Kavitäten zwischen den Dichtungsrippen verursacht werden, wenn eine Strömung (Wirbelströmung), die durch eine Leitschaufel strömt und eine starke Umfangsgeschwindigkeitskomponente (eine Drallkomponente oder eine Wirbelkomponente) aufweist, durch die Dichtungsrippen strömt.
Wenn die über den Umfang ungleichmäßige Druckverteilung in den Kavitäten gebildet wird, während eine Kraft, die den Rotor in radialer Richtung durch einen Druck in jeder der Kavitäten nach innen drückt, in einem Abschnitt mit einem hohen Druck in jeder Kavität zwischen den Dichtungsrippen zunimmt, nimmt die Kraft, die den Rotor in radialer Richtung nach durch den Druck in jeder Kavität innen drückt, in einem Abschnitt mit einem niedrigen Druck in jeder Kavität zwischen den Dichtungsrippen ab.
In Bezug auf eine Druckkraft, die den Rotor durch den Druck in jeder Kavität in radialer Richtung nach innen drückt, gleichen sich, wenn eine Druckkraft von einer Seite und eine Druckkraft von der anderen Seite, die der einen Seite über die Achse des Rotors zugewandt ist, gleich groß sind, die Druckkraft von einer Seite und die Druckkraft von der anderen Seite, die der einen Seite über die Achse des Rotors zugewandt ist, gegenseitig aus. Wenn jedoch beispielsweise die Druckkraft von einer Seite größer wird als die Druckkraft von der anderen Seite, wird der Rotor von einer Seite zur anderen Seite durch eine Kraft einer Differenz zwischen den beiden Druckkräften, die einander über die Achse des Rotors zugewandt sind, gedrückt. Wenn demnach die Differenz zwischen der Druckkraft von der einen Seite und der Druckkraft von der anderen Seite, die über die Achse des Rotors zugewandt ist, zunimmt, wird eine selbsterregte Schwingung des Rotors ausgelöst.
In diesem Zusammenhang ist es mit der obigen Konfiguration (1) möglich, einen statischen Druck in der ersten Kavität näher an den statischen Druck des Zwischenschaufelströmungsdurchgangs zu bringen und die Bildung der über den Umfang ungleichmäßigen Druckverteilung in der ersten Kavität zu unterdrücken, da die erste Durchgangsbohrung gebildet ist, das das Spitzendeckband in radialer Richtung durchdringt, um die erste Kavität und den Zwischenschaufelströmungsdurchgang in Kommunikation zu bringen Somit ist es möglich, das Auftreten von selbsterregten Schwingungen in der Drehmaschine mit Hilfe der Turbinenlaufschaufel der obigen Konfiguration (1) zu unterdrücken.
Der Rotorkörper dehnt sich aus und zieht sich in Richtung der Achse zusammen, durch thermische Ausdehnung, und ändert seine Relativposition mit dem Gehäuse in Richtung der Achse. Wenn demnach die Dichtungsrippen in dem Gehäuse gebildet sind, ändert sich eine Relativposition der Spitzenteile der Dichtungsrippen und des Spitzendeckbands in Richtung der Achse. Wenn sich die Relativposition der Spitzenteile der Dichtungsrippen und des Spitzendeckbands in Richtung der Achse stark ändert, weicht die erste Öffnung von der ersten Kavität ab.
In diesem Zusammenhang ist es mit der obigen Konfiguration (1) im Vergleich zu einem Fall, in dem die erste Öffnung an einer Position gebildet ist, die sich einer der Dichtungsrippen von der Zwischenposition zwischen der ersten Dichtungsrippe und der zweiten Dichtungsrippe nähert, möglich, eine Möglichkeit, dass die erste Öffnung von der ersten Kavität abweicht, zu reduzieren, indem die Relativposition der Spitzenteile der Dichtungsrippen und des Spitzendeckbands in Richtung der Achse geändert wird, da die erste Öffnung an der Zwischenposition zwischen der ersten Dichtungsrippe und der zweiten Dichtungsrippe gebildet ist.
Ferner strömt bei der obigen Konfiguration (1), da die zweite Öffnung an der dem Zwischenschaufelströmungsdurchgang zugewandten Position gebildet ist und den gleichen statischen Druck wie der statische Druck der Position, die der ersten Öffnung zugewandt ist, aufweist, ein Arbeitsfluid nicht zwischen der ersten Kavität und dem Zwischenschaufelströmungsdurchgang, wenn die vorstehend beschriebene über den Umfang ungleichmäßige Druckverteilung, die selbsterregte Schwingungen in der Drehmaschine verursachen kann, nicht in den Kavitäten gebildet ist. Demnach ist es möglich, eine Verringerung des Turbinenwirkungsgrades zu unterdrücken, beispielsweise durch eine Strömung des Arbeitsfluids, die durch den Zwischenschaufelströmungsdurchgang in die erste Kavität strömt.
(2) In einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (1) umfasst die erste Durchgangsbohrung die erste Öffnung, die auf der Seite der ersten Kavität geöffnet ist, und einen Strömungsdurchgangsabschnitt auf der Seite der ersten Kavität, der mit der ersten Öffnung verbunden ist, und der Strömungsdurchgangsabschnitt auf der Seite der ersten Kavität ist zu einer stromaufwärtigen Seite einer Drehrichtung des Rotorkörpers in der ersten Kavität ausgerichtet.
Es ist bekannt, dass im Allgemeinen selbsterregte Schwingungen in der Drehmaschine leicht erzeugt werden, wenn eine Umfangsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids, das in den Kavitäten zwischen den Dichtungsrippen in Umfangsrichtung strömt, zunimmt. In diesem Zusammenhang strömt bei der obigen Konfiguration (2), da der Strömungsdurchgangsabschnitt auf der Seite der ersten Kavität zu der stromaufwärtigen Seite der Drehrichtung des Rotorkörpers in der ersten Kavität ausgerichtet ist, das durch den Zwischenschaufelströmungsdurchgang fließende Arbeitsfluid, wenn es zu der ersten Kavität ausströmt, von der ersten Öffnung zur stromaufwärtigen Seite der Drehrichtung des Rotorkörpers in der ersten Kavität aus, d.h. strömt aus, um gegen eine Strömung des Arbeitsfluids zu strömen, das in der ersten Kavität in Richtung der Umfangsrichtung strömt. Demnach trägt die Unterdrückung einer Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids, das in der ersten Kavität in Richtung der Umfangsrichtung strömt, zur Unterdrückung des Auftretens von selbsterregten Schwingungen bei.
(3) In einigen Ausführungsformen in der obigen Konfiguration (1) oder (2) umfasst die erste Durchgangsbohrung die zweite Öffnung, die auf der Seite des Zwischenschaufelströmungsdurchgangs geöffnet ist, und einen Strömungsdurchgangsabschnitt auf der Zwischenschaufelseite, der mit der zweiten Öffnung verbunden ist, und der Strömungsdurchgangsabschnitt auf der Zwischenschaufelseite ist zu einer stromabwärtigen Seite des Zwischenschaufelströmungsdurchgangs ausgerichtet.
Bei der obigen Konfiguration (3) strömt, da der Strömungsdurchgangsabschnitt auf der Zwischenschaufelseite zu der stromabwärtigen Seite des Zwischenschaufelströmungsdurchgangs ausgerichtet ist, das durch die erste Kavität ausströmende Arbeitsfluid, wenn es zu dem Zwischenschaufelströmungsdurchgang ausströmt, entlang der Strömung des Arbeitsfluids in dem Zwischenschaufelströmungsdurchgang aus. Demnach ist es möglich, einen Verlust zu unterdrücken, der mit dem Zusammenführen der Strömung des Arbeitsfluids in dem Zwischenschaufelströmungsdurchgang und des von der ersten Durchgangsbohrung zu dem Zwischenschaufelströmungsdurchgang ausströmenden Arbeitsfluids verbunden ist, und die Verringerung des Turbinenwirkungsgrades zu unterdrücken.
(4) In einigen Ausführungsformen in einerder obigen Konfigurationen (1) bis (3) umfasst die mindestens eine erste Durchgangsbohrung eine Vielzahl von ersten Durchgangsbohrungen mit dem gleichen Durchmesser, und die Vielzahl von ersten Durchgangsbohrungen ist in regelmäßigen Abständen entlang einer Umfangsrichtung über einen gesamten Umfang des ringförmigen Spitzendeckbands gebildet.
Mit der obigen Konfiguration (4) ist es möglich, einen Verlust des Rotationsgleichgewichts des Rotors mit dem Rotorkörper und der Turbinenlaufschaufel zu unterdrücken, da die Vielzahl der ersten Durchgangslöcher mit dem gleichem Durchmesser in regelmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung über den gesamten Umfang des ringförmigen Spitzendeckbands gebildet ist.
(5) In einigen Ausführungsformen in einer der obigen Konfigurationen (1) bis (4) umfasst das Spitzendeckband mindestens eine zweite Durchgangsbohrung, und die zweite Durchgangsbohrung durchdringt das Spitzendeckband in radialer Richtung, um eine zweite Kavität und den Zwischenschaufelströmungsdurchgang in Kommunikation zu bringen.
Die zweite Kavität ist zwischen der zweiten Dichtungsrippe und einer dritten Dichtungsrippe definiert. Die dritte Dichtungsrippe erstreckt sich in radialer Richtung von der äußeren Umfangsfläche des Spitzendeckbands oder der inneren Umfangsfläche des Gehäuses zu dem jeweils anderen von äußerer Umfangsfläche und innerer Umfangsfläche an einer von der zweiten Dichtungsrippe in Richtung der Achse von der ersten Dichtungsrippe zur zweiten Dichtungsrippe beabstandeten Position, und weist ein Spitzenteil auf. Die dritte Dichtungsrippe bildet einen Spalt zwischen dem Spitzenteil und dem jeweils anderen von äußerer Umfangsfläche und innerer Umfangsfläche.
Mit der obigen Konfiguration (5) ist es möglich, einen statischen Druck in der zweiten Kavität näher an den statischen Druck des Zwischenschaufelströmungsdurchgangs zu bringen und die Bildung einer über den Umfang ungleichmäßigen Druckverteilung in der zweiten Kavität zu unterdrücken, da die zweite Durchgangsbohrung gebildet ist, das das Spitzendeckband in radialer Richtung durchdringt, um die zweite Kavität und den Zwischenschaufelströmungsdurchgang in Kommunikation zu bringen
(6) Eine Drehmaschine gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Turbinenlaufschaufeln gemäß einer der obigen Konfigurationen (1) bis (5), das Gehäuse und den Rotorkörper.
Mit der obigen Konfiguration (6) ist es möglich, das Auftreten von selbsterregten Schwingungen zu unterdrücken da die Drehmaschine die Turbinenlaufschaufel gemäß einer der obigen Konfigurationen (1) bis (5) umfasst.
Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Auftreten von selbsterregten Schwingungen in der Drehmaschine zu unterdrücken.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht zur Beschreibung einer Dampfturbine als Beispiel für eine Drehmaschine mit einer Turbinenlaufschaufel gemäß einigen Ausführungsformen.
2 ist eine schematische Ansicht in der Nähe eines Spitzenendteils eines Schaufelelements derTurbinenlaufschaufeln gemäß einigen Ausführungsformen.
3 ist eine schematische Ansicht in der Nähe eines Spitzenendteils eines Schaufelelements der Turbinenlaufschaufel gemäß einigen Ausführungsformen.
4 ist eine schematische Ansicht in der Nähe eines Spitzenendteils eines Schaufelelements derTurbinenlaufschaufeln gemäß einigen Ausführungsformen.
5 ist eine schematische Ansicht in der Nähe eines Spitzenendteils eines Schaufelelements derTurbinenlaufschaufel gemäß einigen Ausführungsformen.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht der Turbinenlaufschaufel gemäß einer Ausführungsform entlang einer Umfangsrichtung.
7 ist eine schematische Ansicht der Turbinenlaufschaufel gemäß einer weiteren Ausführungsform, von einer Außenseite in radialer Richtung gesehen.
8 ist eine Querschnittsansicht eines Spitzendeckbands entlang der Linie A-A in 7.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass Abmessungen, Materialien, Formen, Relativpositionen und dergleichen der in den Ausführungsformen beschriebenen Bauteile, sofern nicht besonders gekennzeichnet, nur zur Veranschaulichung interpretiert werden und den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken sollen.
So ist beispielsweise ein Ausdruck einer relativen oder absoluten Anordnung wie „in eine Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so auszulegen, dass er nur die Anordnung im engeren wörtlichen Sinne anzeigt, sondern umfasst auch einen Zustand, in dem die Anordnung um eine Toleranz, einen Winkel oder eine Entfernung relativ verschoben ist, wodurch es möglich ist, die gleiche Funktion zu erreichen.
So ist beispielsweise ein Ausdruck eines gleichen Zustands wie „gleich“ „gleichwertig“ und „einheitlich“ nicht so auszulegen, dass er nur den Zustand anzeigt, in dem das Merkmal absolut gleich ist, sondern umfasst auch einen Zustand, in dem es eine Toleranz oder eine Differenz gibt, die noch die gleiche Funktion erreichen kann.
Ferner ist beispielsweise ein Ausdruck einer Form, wie beispielsweise eine rechteckige Form oder eine zylindrische Form, nicht nur als geometrisch strenge Form auszulegen, sondern umfasst auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs, in dem der gleiche Effekt erzielt werden kann.
Andererseits ist ein Ausdruck wie „umfassen“, „einschließen“, „haben“, „enthalten“ und „bilden“ nicht dazu bestimmt, andere Komponenten auszuschließen.
1 ist eine Ansicht zur Beschreibung einer Dampfturbine als Beispiel für eine Drehmaschine mit einer Turbinenlaufschaufel gemäß einigen Ausführungsformen. Die 2 bis 5 sind schematische Ansichten in der Nähe eines Spitzenendteils eines Schaufelelements derTurbinenlaufschaufeln gemäß einigen Ausführungsformen.
Wie in 1 dargestellt, umfasst eine Dampfturbinenanlage 100 einen Rotorkörper 11, der sich um eine Achse O dreht, einen Rotor 3, der mit dem Rotorkörper 11 verbunden ist, eine Dampfzufuhrleitung 12, die Dampf S als Arbeitsfluid von einer Dampfzufuhrquelle (nicht dargestellt) zu einer Dampfturbine 1 zuführt, und eine Dampfabfuhrleitung 13, die mit einer stromabwärtigen Seite der Dampfturbine 1 verbunden ist und Dampf abgibt.
In 1 wird eine Seite, auf der die Dampfzufuhrleitung 12 positioniert ist, als stromaufwärtige Seite und eine Seite, auf der die Dampfabfuhrleitung 13 positioniert ist, als stromabwärtige Seite bezeichnet. Die folgende Beschreibung wird dementsprechend vorgenommen.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Dampfturbine 1 den Rotor 3, der sich entlang einer Richtung der Achse O erstreckt, ein Gehäuse 2, das den Rotor 3 von einer äußeren Umfangsseite abdeckt, und Lagerabschnitte 4, die den Rotorkörper 11 drehbar um die Achse O lagern.
Der Rotor 3 umfasst den Rotorkörper 11 und eine Turbinenlaufschaufel 30. Die Turbinenlaufschaufel 30 ist eine Laufschaufelreihe mit einer Vielzahl von Schaufelkörpern 31 und einem Spitzendeckband 34. Die Vielzahl von Reihen ist in regelmäßigen Abständen in Richtung der Achse O angeordnet.
Die Vielzahl von Schaufelkörpern 31 ist so montiert, dass sie sich in radialer Richtung von dem Rotorkörper 11 erstreckt, der um die Achse O in dem Gehäuse 2 rotiert, und ist in Abständen in Umfangsrichtung des Rotorkörpers 11 angeordnet. Jeder der Vielzahl von Schaufelkörpern 31 ist ein Element mit einem Flügelquerschnitt, bei Betrachtung in radialer Richtung.
Das Spitzendeckband 34 ist ein ringförmiges Spitzendeckband, das mit jedem Spitzenendteil (einem Endteil auf der Außenseite in radialer Richtung) der Vielzahl von Schaufelkörpern 31 verbunden ist.
Das Gehäuse 2 ist ein nahezu zylindrisches Element, das so angeordnet ist, dass es den Rotor 3 von der äußeren Umfangsseite abdeckt. Ferner sind eine Vielzahl von Leitschaufeln 21 entlang einer inneren Umfangsfläche 25 des Gehäuses 2 angeordnet. Die Vielzahl der Leitschaufeln 21 ist entlang einer Umfangsrichtung der inneren Umfangsfläche 25 und der Richtung der Achse O angeordnet. Ferner ist die Turbinenlaufschaufel 30 so angeordnet, dass sie in Bereiche zwischen der Vielzahl der benachbarten Leitschaufeln 21 eintritt.
Im Inneren des Gehäuses 2 bildet ein Bereich, in dem die Leitschaufeln 21 und die Turbinenlaufschaufel 30 angeordnet sind, einen Hauptströmungsdurchgang 20, durch den der Dampf S als Arbeitsmedium strömt.
Ferner ist ein Raum zwischen dem Spitzendeckband 34 und der inneren Umfangsfläche 25 des Gehäuses 2 gebildet. Der Raum wird als Kavität 50 bezeichnet.
Wie in den 2 bis 5 dargestellt, umfassen die Kavitäten 50 gemäß einigen Ausführungsformen Dichtungsrippen (Dichtungsstrukturen) 40. Die Dichtungsrippen 40 einiger der in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen sind ringförmige Elemente, die sich von der inneren Umfangsfläche 25 des Gehäuses 2 nach innen in radialer Richtung erstrecken. Genauer gesagt stehen die Dichtungsrippen 40 jeweils von der inneren Umfangsfläche 25 des Gehäuses 2 hervor, so dass sie eine Form mit einer Dicke in Richtung der Achse O aufweisen, die von einer Außenseite in radialer Richtung zur Innenseite der radialen Richtung allmählich abnimmt. In einigen Ausführungsformen, die in den 2 bis 5 dargestellt sind, sind die drei Reihen von Dichtungsrippen 40 innerhalb der Kavitäten 50 entlang der Richtung der Achse O angeordnet, und die Dichtungsrippen werden als eine erste Dichtungsrippe 41, eine zweite Dichtungsrippe 42 und eine dritte Dichtungsrippe 43 bezeichnet, in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite. Wie eine Dichtungsrippe 40A (zweite Dichtungsrippe 42) der in 5 dargestellten Ausführungsform können die Dichtungsrippen 40 dazu eingerichtet sein, auf einer Außenfläche 35 des Spitzendeckbands 34 ausgebildet zu sein und sich von der Außenfläche 35 des Spitzendeckbands 34 nach außen in radialer Richtung zur inneren Umfangsfläche 25 des Gehäuses 2 zu erstrecken.
Wie in den 2 bis 5 dargestellt, bilden die Dichtungsrippen 40 in einigen Ausführungsformen winzige Spalten m zwischen den Spitzenteilen auf der Innenseite der radialen Richtung und der Außenfläche 35 des Spitzendeckbands 34, die den Spitzenteilen oder der inneren Umfangsfläche 25 des Gehäuses 2 zugewandt ist. Unter Berücksichtigung der thermischen Ausdehnungsbeträge des Gehäuses 2 und des Schaufelkörpers 31, eines zentrifugalen Ausdehnungsbetrags des Schaufelkörpers 31 und dergleichen wird eine Abmessung jedes der Spalte m in radialer Richtung des Rotors 3 in einem Bereich bestimmt, in dem das Spitzenteil von einer entsprechenden der Dichtungsrippen 40 kein Element von einem dem Spitzenteil zugewandten Gegenteils berührt.
Von den Kavitäten 50 gemäß einigen in den 2 bis 5 dargestellten Ausführungsformen wird ein zwischen der ersten Dichtungsrippe 41 und der zweiten Dichtungsrippe 42 definierter Bereich als erste Kavität 51 und ein zwischen der zweiten Dichtungsrippe 42 und der dritten Dichtungsrippe 43 definierter Bereich als zweite Kavität 52 bezeichnet.
Nachfolgend wird mit Bezug auf die 2 bis 8 eine Wirkung der Dampfturbine 1 gemäß einigen Ausführungsformen beschrieben. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht der Turbinenlaufschaufel 30 gemäß einer Ausführungsform, entlang der Umfangsrichtung, d.h. in Richtung der Achse O gesehen. 7 ist eine schematische Ansicht der Turbinenlaufschaufel 30 gemäß einer anderen Ausführungsform, bei Betrachtung von der Außenseite in radialer Richtung gesehen. 8 ist eine Querschnittsansicht des Spitzendeckbands 34 entlang der Linie A-A in 7.
In der Dampfturbinenanlage 100 gemäß einigen Ausführungsformen wird der Dampf S von der Dampfzufuhrquelle der Dampfturbine 1 über die Dampfzufuhrleitung 12 zugeführt.
Der der Dampfturbine 1 zugeführte Dampf S erreicht den Hauptströmungsdurchgang 20. Der Dampf S, der den Hauptströmungsdurchgang 20 erreicht, strömt in Richtung der stromabwärtigen Seite, während er sich wiederholt ausdehnt und als Strömung dreht, während der Dampf S durch den Hauptströmungsdurchgang 20 strömt. Da die Schaufelkörper 31 Flügelquerschnitte aufweisen, trifft der Dampf S auf die Schaufelkörper 31, und Zwischenschaufelströmungsdurchgänge 36, die zwischen benachbarten Schaufelkörpern 31 entlang der Umfangsrichtung gebildet sind, erfahren intern eine Reaktionskraft bei der Expansion des Dampfes. Demzufolge dreht sich der Rotor 3. Folglich wird die Energie des Dampfes S der Dampfturbine als Rotationskraft 1 entnommen.
Der Dampf S, der in dem oben beschriebenen Prozess durch den Hauptströmungsdurchgang 20 strömt, strömt auch in die oben genannten Kavitäten 50. Das heißt, der in den Hauptströmungsdurchgang 20 strömende Dampf S wird in eine Hauptdampfströmung SM und eine Leckagedampfströmung SL unterteilt, nachdem er die Leitschaufel 21 passiert hat. Die Hauptdampfströmung SM wird leckagefrei in die Turbinenlaufschaufel 30 eingeleitet.
Die Leckagedampfströmungen SL strömen in die Kavitäten 50 zwischen dem Spitzendeckband 34 und dem Gehäuse 2. Zu diesem Zeitpunkt wird der Dampf S in einen Zustand versetzt, in dem eine Drallkomponente (Umfangsgeschwindigkeitskomponente) nach dem Durchlaufen der Leitschaufel 21 erhöht ist, und ein Teil des Dampfes S wird abgetrennt wird und strömt als Leckagedampfströmungen SL in die Kavitäten 50. Daher umfassen die Leckagedampfströmungen SL ähnlich wie der Dampf S auch Wirbelkomponenten.
Die in die Kavitäten 50 einströmenden Leckagedampfströmungen SL weisen selbst nach Erreichen der ersten Kavität 51 und der zweiten Kavität 52 über die Spalte m noch die Wirbelkomponenten auf. Daher werden die Leckagedampfströmungen SL in der ersten Kavität 51 und der zweiten Kavität 52 zu Wirbelströmungen in Richtung einer Drehrichtung R (siehe 1 und 6) des Rotors 3, während die Leckagedampfströmungen SL zur stromabwärtigen Seite in der ersten Kavität 51 und in der zweiten Kavität 52 strömen, wie beispielsweise in 6 dargestellt.
Wie vorstehend beschrieben, ist es im Allgemeinen bekannt, dass selbsterregte Schwingungen in der Drehmaschine durch die Bildung einer über den Umfang ungleichmäßigen Druckverteilung in den Kavitäten 50 zwischen den Dichtungsrippen 40 verursacht werden, wenn eine Strömung (Wirbelströmung), die durch die Leitschaufel 21 strömt und eine starke Umfangsgeschwindigkeitskomponente (eine Drallkomponente oder eine Wirbelkomponente) aufweist, durch die Dichtungsrippen 40 strömt.
Wenn die über den Umfang ungleichmäßige Druckverteilung in den Kavitäten 50 gebildet ist, während eine Kraft, die den Rotor 3 in radialer Richtung nach innen drückt durch einen Druck in jeder der Kavitäten 50 in einem Abschnitt mit einem hohen Druck in jeder Kavität 50 zwischen den Dichtungsrippen 40, zunimmt, nimmt die Kraft ab, die den Rotor 3 in radialer Richtung nach innen drückt durch den Druck in jeder Kavität 50 in einem Abschnitt mit einem niedrigen Druck in jeder Kavität 50 zwischen den Dichtungsrippen 40.
Wie vorstehend beschrieben, in Bezug auf eine Druckkraft, die den Rotor 3 durch den Druck in jeder Kavität 50 nach innen in radialer Richtung drückt, gleichen, wenn eine Druckkraft von einer Seite und eine Druckkraft von der anderen Seite, die der einen Seite über die Achse O des Rotors 3 zugewandt ist, gleich groß sind, die Druckkraft von einer Seite und die Druckkraft von der anderen Seite, die der einen Seite über die Achse O des Rotors 3 zugewandt ist, sich gegenseitig aus.
Wenn jedoch beispielsweise die Druckkraft von einer Seite größer wird als die Druckkraft von der anderen Seite, wird der Rotor 3 von einer Seite zur anderen Seite durch eine Kraft einer Differenz zwischen den beiden Druckkräften, die einander über die Achse des Rotors 3 zugewandt sind, gedrückt. Wenn demnach die Differenz zwischen der Druckkraft von der einen Seite und der Druckkraft von der anderen Seite, die über die Achse des Rotors zugewandt ist, zunimmt, wird eine selbsterregte Schwingung des Rotors ausgelöst.
Demnach werden in einigen der in den 2 bis 8 dargestellten Ausführungsformen Durchgangsbohrungen 60 in dem Spitzendeckbands 34 gebildet. Die Durchgangsbohrungen 60 durchdringen das Spitzendeckband 34 in radialer Richtung, um jeweils Bereiche (die erste Kavität 51 und die zweite Kavität 52), die zwischen einem Paar benachbarter Dichtungsrippen 40 und dem Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36 definiert sind, in Kommunikation zu bringen
Somit ist es möglich, einen statischen Druck der Kavität 50 zwischen dem Paar benachbarter Dichtungsrippen 40 näher an einen statischen Druck des Zwischenschaufelströmungsdurchgangs 36 zu bringen. Als Ergebnis intensiver Forschungen der Erfinder ist bekannt, dass eine Umfangsvariation der statischen Drücke der Zwischenschaufelströmungsdurchgänge 36 im Vergleich zu einem Umfangsschwankungsbereich des statischen Drucks der Kavität 50 zwischen dem Paar benachbarter Dichtungsrippen 40 klein ist. Daher werden die Kavität 50 zwischen dem Paar benachbarter Dichtungsrippen 40 und der Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36 durch die Durchgangsbohrung 60 in Kommunikation gebracht, wodurch es möglich ist, eine Schwankung des statischen Drucks der Kavität 50 zwischen dem Paar benachbarter Dichtungsrippen 40 zu unterdrücken und die Bildung der über den Umfang ungleichmäßigen Druckverteilung in der Kavität 50 zwischen dem Paar benachbarter Dichtungsrippen 40 zu unterdrücken. Demnach ist es in der Dampfturbine 1 mit dem Gehäuse 2, dem Rotorkörper 11 und der Turbinenlaufschaufel 30 gemäß einigen in den 2 bis 6 dargestellten Ausführungsformen möglich, das Auftreten von selbsterregten Schwingungen in dem Rotor 3 zu unterdrücken.
Mit Ausnahme der Lagerabschnitte 4 kann nur ein Dichtungsabschnitt Maßnahmen zur Unterdrückung selbsterregter Schwingungen im Rotor 3 implementieren. Zu diesem Zeitpunkt sind in einem Dichtungsabschnitt auf der Leitschaufelseite die Umfangsgeschwindigkeitskomponenten der durch die Dichtungsrippen strömenden Leckagedampfströmungen klein und verursachen kaum die Induzierung von selbsterregten Schwingungen in dem Rotor 3. In einem Dichtungsabschnitt auf der Laufschaufelseite strömen jedoch Leckagedampfströmungen, die durch die Leitschaufeln strömen und die starke Umfangsgeschwindigkeitskomponente aufweisen, durch die Dichtungsrippen 40 wie vorstehend beschrieben, was zu einer Induzierung von selbsterregten Schwingungen führen kann. Daher werden in einigen Ausführungsformen Maßnahmen zur Unterdrückung selbsterregter Schwingungen im Rotor 3 in dem Dichtungsabschnitt auf der Laufschaufelseite implementiert.
Jede der in den 2 bis 8 dargestellten Ausführungsformen wird im Folgenden beschrieben.
(Erste Durchgangsbohrung 61)
In der Turbinenlaufschaufel 30 der in den 2 bis 8 dargestellten Ausführungsformen umfasst das Spitzendeckband 34 mindestens eine erste Durchgangsbohrung 61. Die mindestens eine erste Durchgangsbohrung 61 durchdringt das Spitzendeckband 34 in radialer Richtung, um die erste Kavität 51 und den Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36 in Kommunikation zu bringen. Die erste Kavität 51 ist zwischen der ersten Dichtungsrippe 41 und der zweiten Dichtungsrippe 42 definiert, und der Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36 ist zwischen dem Paar benachbarter Schaufelkörper 31 in Umfangsrichtung des Rotorkörpers 11 ausgebildet.
Daher ist es möglich, einen statischen Druck in der ersten Kavität 51 näher an den statischen Druck des Zwischenschaufelströmungsdurchgangs 36 zu bringen und die Bildung einer über den Umfang ungleichmäßigen Druckverteilung in der ersten Kavität 51 zu unterdrücken. Somit ist es möglich, das Auftreten von selbsterregten Schwingungen in der Dampfturbine 1 mit Hilfe der Turbinenlaufschaufel 30 der in den 2 bis 8 dargestellten Ausführungsformen zu unterdrücken.
(Zweite Durchgangsbohrung 62)
In der Turbinenlaufschaufel 30 der in den 2 bis 8 dargestellten Ausführungsformen umfasst das Spitzendeckband 34 mindestens eine zweite Durchgangsbohrung 62. Die mindestens eine zweite Durchgangsbohrung 62 durchdringt das Spitzendeckband 34 in radialer Richtung, um die zweite Kavität 52, die zwischen der zweiten Dichtungsrippe 42 und der dritten Dichtungsrippe 43 definiert ist, und den Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36 in Kommunikation zu bringen
So ist es möglich, einen statischen Druck in der zweiten Kavität 52 näher an den statischen Druck des Zwischenschaufelströmungsdurchgangs 36 zu bringen und die Bildung einer über den Umfang ungleichmäßigen Druckverteilung in der zweiten Kavität 52 zu unterdrücken.
(Über die Bildungsposition der ersten Öffnung 60a)
In der Turbinenlaufschaufel 30 der in den 2 bis 8 dargestellten Ausführungsformen umfasst die erste Durchgangsbohrung 61 eine erste Öffnung 60a, die auf einer Seite der ersten Kavität 51 geöffnet ist, und eine zweite Öffnung 60b, die auf einer Seite des Zwischenschaufelströmungsdurchgangs 36 geöffnet ist. In der Turbinenlaufschaufel 30 der in den 2 bis 5 dargestellten Ausführungsformen ist die erste Öffnung 60a der ersten Durchgangsbohrung 61 an einer Zwischenposition zwischen der ersten Dichtungsrippe 41 und der zweiten Dichtungsrippe 42 ausgebildet.
Die oben beschriebene Zwischenposition zwischen der ersten Dichtungsrippe 41 und der zweiten Dichtungsrippe 42 ist nicht nur eine strenge Zwischenposition zwischen der ersten Dichtungsrippe 41 und der zweiten Dichtungsrippe 42, sondern kann beispielsweise in einem Bereich von 40% bis 60% liegen, wenn eine Position der ersten Dichtungsrippe 41 in Richtung der Achse O 0% und eine Position der zweiten Dichtungsrippe 42 in Richtung der Achse O 100% beträgt. Gleiches gilt auch für eine Zwischenposition zwischen der zweiten Dichtungsrippe 42 und der dritten Dichtungsrippe 43, die später beschrieben werden.
Der Rotorkörper 11 dehnt sich aus und zieht sich in Richtung der Achse O zusammen, durch Wärmeausdehnung, und ändert seine Relativposition mit dem Gehäuse 2 in Richtung der Achse O. Wenn demnach die Dichtungsrippen 40 in dem Gehäuse 2 gebildet sind, ändert sich eine Relativposition der Spitzenteile der Dichtungsrippen 40 und des Spitzendeckbands 34 in Richtung der Achse O. Wenn sich die Relativposition der Spitzenteile der Dichtungsrippen 40 und des Spitzendeckbands 34 in Richtung der Achse O stark ändert, weicht die erste Öffnung 60a der ersten Durchgangsbohrung 61 von der ersten Kavität 51 ab.
In diesem Zusammenhang wird in der Turbinenlaufschaufel 30 der in den 2 bis 5 dargestellten Ausführungsformen die erste Öffnung 60a der ersten Durchgangsbohrung 61 an der Zwischenposition zwischen der ersten Dichtungsrippe 41 und der zweiten Dichtungsrippe 42 gebildet. Im Vergleich zu einem Fall, in dem die erste Öffnung 60a der ersten Durchgangsbohrung 61 an einer Position gebildet ist, die sich einer der Dichtungsrippen 40 aus der Zwischenposition zwischen der ersten Dichtungsrippe 41 und der zweiten Dichtungsrippe 42 nähert, ist es also möglich, die Möglichkeit zu verringern, dass die erste Öffnung 60a der ersten Durchgangsbohrung 61 von der ersten Kavität 51 abweicht, indem die Relativposition der Spitzenteile der Dichtungsrippen 40 und des Spitzendeckbands 34 in Richtung der Achse O geändert wird.
In derTurbinenlaufschaufel 30 der in den 2 bis 5 dargestellten Ausführungsformen kann die erste Öffnung 60a der zweiten Durchgangsbohrung 62 an der Zwischenposition zwischen der zweiten Dichtungsrippe 42 und der dritten Dichtungsrippe 43 gebildet sein. Wenn in der Turbinenlaufschaufel 30 der in den 2 bis 5 dargestellten Ausführungsformen die erste Öffnung 60a der zweiten Durchgangsbohrung 62 an der Zwischenposition zwischen der zweiten Dichtungsrippe 42 und der dritten Dichtungsrippe 43 gebildet ist, wird der gleiche Effekt wie der oben beschriebene Effekt erzielt.
(Über die Bildungsposition der zweiten Öffnung 60b)
In der Turbinenlaufschaufel 30 der in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsformen ist die zweite Öffnung 60b der ersten Durchgangsbohrung 61 an einer Position gebildet, die dem Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36 zugewandt ist und den gleichen statischen Druck wie ein statischer Druck an einer Position aufweist, die der ersten Öffnung 60a der ersten Durchgangsbohrung 61 zugewandt ist, wie beispielsweise in 3 dargestellt. Dies wird im Folgenden ausführlich beschrieben.
Ein Diagramm, das in 3 dargestellt ist, ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Position in Richtung der Achse O und einem mittleren statischen Druck Psc in den Kavitäten 50 und einem mittleren statischen Druck Pcp in den Zwischenschaufelströmungsdurchgängen 36 darstellt. Im Diagramm von 3 ist die x-Achse, die Positionen in Richtung der Achse O anzeigt, so dargestellt, dass sie den Positionen in Richtung der Achse O in der schematischen Darstellung der Turbinenlaufschaufel 30 in 3 entspricht. Eine durchgezogene Linie 91 zeigt den mittleren statischen Druck Psc in den Kavitäten 50 an, und eine Strichpunktlinie 92 zeigt den mittleren statischen Druck Psp in den Zwischenschaufelströmungsdurchgängen 36 an.
Der mittlere statische Druck Psc in den Kavitäten 50 und der mittlere statische Druck Psp in den zwischen den Zwischenschaufelströmungsdurchgängen 36 sind beispielsweise Zeitdurchschnittswerte im stationären Zustand bei einem bestimmten Betriebszustand der Dampfturbine 1.
Der mittlere statische Druck Psc in den Kavitäten 50 und der mittlere statische Druck Psp in den Zwischenschaufelströmungsdurchgängen 36 sind auf einer stromaufwärtigen Seite des Schaufelkörpers 31 im Wesentlichen gleich. Der mittlere statische Druck Psc in den Kavitäten 50 nimmt nach jedem Durchlauf durch die Dichtungsrippe 40 schrittweise ab. Ferner nimmt der mittlere statische Druck Psp in den Zwischenschaufelströmungsdurchgängen 36 in Richtung der stromabwärts gerichteten Seite entlang der Achse O graduell ab. Der mittlere statische Druck Psc in den Kavitäten 50 und der mittlere statische Druck Psp in den Zwischenschaufelströmungsdurchgängen 36 werden auf einer stromabwärtigen Seite des Schaufelkörpers 31 wieder im Wesentlichen gleich.
In einem Abschnitt zwischen einer Bildungsposition x1 der ersten Dichtungsrippe 41 und einer Bildungsposition x3 der zweiten Dichtungsrippe 42 ist der mittlere statische Druck Psp in den Zwischenschaufelströmungsdurchgängen 36 höher als der mittlere statische Druck Psc in den Kavitäten 50 in einem Abschnitt auf der stromaufwärtigen Seite, d.h. ein Abschnitt auf der linken Seite in der Zeichnung und der mittlere statische Druck Psp in den Zwischenschaufelströmungsdurchgängen 36 ist niedriger als der mittlere statische Druck Psc in den Kavitäten 50 in einem Abschnitt auf der stromabwärtigen Seite, d.h. ein Abschnitt auf der rechten Seite in der Zeichnung. Daher werden an einer Position x2 zwischen der Bildungsposition x1 der ersten Dichtungsrippe 41 und der Bildungsposition x3 der zweiten Dichtungsrippe 42 der mittlere statische Druck Psp in den Zwischenschaufelströmungsdurchgängen 36 und der mittlere statische Druck Psc in den Kavitäten 50 miteinander gleich.
Ebenso ist in einem Abschnitt zwischen der Bildungsposition x3 der zweiten Dichtungsrippe 42 und einer Bildungsposition x5 der dritten Dichtungsrippe 43 der mittlere statische Druck Psp in den Zwischenschaufelströmungsdurchgängen 36 höher als der mittlere statische Druck Psc in den Kavitäten 50 in dem Abschnitt auf der stromaufwärtigen Seite und der mittlere statische Druck Psp in den Zwischenschaufelströmungsdurchgängen 36 niedriger als der mittlere statische Druck Psc in den Kavitäten 50 in dem Abschnitt auf der stromabwärtigen Seite. Daher werden an einer Position x4 zwischen der Bildungsposition x3 der zweiten Dichtungsrippe 42 und der Bildungsposition x5 der dritten Dichtungsrippe 43 der mittlere statische Druck Psp in den Zwischenschaufelströmungsdurchgängen 36 und der mittlere statische Druck Psc in den Kavitäten 50 miteinander gleich.
In derTurbinenlaufschaufel 30 der in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsformen ist die zweite Öffnung 60b der ersten Durchgangsbohrung 61 an der Position x2 ausgebildet, die den gleichen statischen Druck wie der statische Druck an der Position aufweist, die der ersten Öffnung 60a der ersten Durchgangsbohrung 61 zugewandt ist, wie beispielsweise in 3 dargestellt.
Wenn daher die vorstehend beschriebene über den Umfang ungleichmäßige Druckverteilung, die selbsterregte Schwingungen in der Dampfturbine 1 verursachen kann, nicht in den Kavitäten 50 gebildet ist, strömt der Dampf S nicht zwischen der ersten Kavität 51 und dem Schaufelzwischenströmungsdurchgang 36. So ist es möglich, eine Verringerung des Turbinenwirkungsgrades zu unterdrücken, indem beispielsweise ein Strom der Hauptdampfströmung SM durch den Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36 zu der ersten Kavität 51 strömt.
Die Position x2, die den gleichen statischen Druck wie der statische Druck an der Position aufweist, die der ersten Öffnung 60a der ersten Durchgangsbohrung 61 zugewandt ist, ist nicht auf eine Position beschränkt, bei der der mittlere statische Druck Psc der ersten Kavität 51 an der Position, die der ersten Öffnung 60a der ersten Durchgangsbohrung 61 zugewandt ist, und der mittlere statische Druck Psp der Zwischenschaufelströmungsdurchgänge 36 an der Position, die der zweiten Öffnung 60b der ersten Durchgangsbohrung 61 zugewandt ist, genau übereinstimmen.
So kann beispielsweise die Position x2, die den gleichen statischen Druck wie der statische Druck an der Position aufweist, die der ersten Öffnung 60a der ersten Durchgangsbohrung 61 zugewandt ist, eine Position sein, an der der mittlere statische Druck Psp der Zwischenschaufelströmungsdurchgänge 36 an der Position, die der zweiten Öffnung 60b der ersten Durchgangsbohrung 61 zugewandt ist, zu einem Druck innerhalb eines Bereichs von beispielsweise minus 10% bis plus 10% eines Differenzdrucks vor und nach der ersten Dichtungsrippe 41 wird, in Bezug auf den mittleren statischen Druck Psc der ersten Kavität 51 an der Position, die der ersten Öffnung 60a der ersten Durchgangsbohrung 61 zugewandt ist.
Gleiches gilt auch für die Position x4.
In derTurbinenlaufschaufel 30 der in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsformen kann die zweite Öffnung 60b der zweiten Durchgangsbohrung 62 an der Position x4 gebildet sein, die den gleichen statischen Druck wie der statische Druck an der Position aufweist, die der ersten Öffnung 60a der zweiten Durchgangsbohrung 62 zugewandt ist. Wenn in der Turbinenlaufschaufel 30 der in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsformen, die zweite Öffnung 60b der zweiten Durchgangsbohrung 62 an der Position x4 gebildet ist, die den gleichen statischen Druck wie der statische Druck an der Position aufweist, die der ersten Öffnung 60a der zweiten Durchgangsbohrung 62 zugewandt ist, wird der gleiche Effekt wie der oben beschriebene Effekt erzielt.
Beim Bilden der zweiten Öffnung 60b der ersten Durchgangsbohrung 61 an der Position x2 und beim Bilden der zweiten Öffnung 60b der zweiten Durchgangsbohrung 62 an der Position x4, die in den 3 und 5 dargestellt sind, können die erste Durchgangsbohrung 61 und die zweite Durchgangsbohrung 62 linear ausgebildet werden. Ferner können beim Bilden der zweiten Öffnung 60b der ersten Durchgangsbohrung 61 an der Position x2 und beim Bilden der zweiten Öffnung 60b der zweiten Durchgangsbohrung 62 an der Position x4, die beispielsweise in 4 dargestellt sind, die erste Durchgangsbohrung 61 und die zweite Durchgangsbohrung 62 jeweils Strömungsdurchgangsabschnitte 611 und 621 auf der Seite der ersten Kavität und Strömungsdurchgangsabschnitte 612 und 621 auf der Zwischenschaufelseite mit unterschiedlichen Erstreckungsrichtungen aufweisen, wie später beschrieben wird.
(Über die Strömungsdurchgangsabschnitte 612 und 621 auf der Zwischenschaufelseite )
In der Turbinenlaufschaufel 30 der in den 4 und 6 bis 8 dargestellten Ausführungsformen umfassen die ersten Durchgangsbohrungen 61 die Strömungsdurchgangsabschnitte 611 auf der Seite der ersten Kavität, die mit den ersten Öffnungen 60a verbunden sind, und die Strömungsdurchgangsabschnitte 612 auf der Zwischenschaufelseite, die mit den zweiten Öffnungen 60b verbunden sind. Ferner umfassen in der Turbinenlaufschaufel 30 der in den 4 und 6 bis 8 dargestellten Ausführungsformen die zweiten Durchgangsbohrungen 62 die Strömungsdurchgangsabschnitte 621 auf der Seite der zweiten Kavität, die mit den ersten Öffnungen 60a verbunden sind, und die Strömungsdurchgangsabschnitte 622 auf der Zwischenschaufelseite, die mit den zweiten Öffnungen 60b verbunden sind. Das heißt, in der Turbinenlaufschaufel 30 der in den 4 und 6 bis 8 dargestellten Ausführungsformen umfassen die ersten Durchgangsbohrungen 61 die Strömungsdurchgangsabschnitte 611 auf der Seite der ersten Kavität und die Strömungsdurchgangsabschnitte 612 auf der Zwischenschaufelseite mit unterschiedlichen Erstreckungsrichtungen. Ferner umfassen die zweiten Durchgangsbohrungen 62 die Strömungsdurchgangsabschnitte 621 auf der Seite der zweiten Kavität und die Strömungsdurchgangsabschnitte 622 auf der Zwischenschaufelseite mit unterschiedlichen Erstreckungsrichtungen
In derTurbinenlaufschaufel 30 der in den 7 und 8 dargestellten Ausführungsformen sind die Strömungsdurchgangsabschnitte 612 auf der Zwischenschaufelseite der ersten Durchgangsbohrungen 61 zu den stromabwärtigen Seiten der Zwischenschaufelströmungsdurchgänge 36 ausgerichtet. Das heißt, die erste Durchgangsbohrung 61, die in den 7 und 8 dargestellt ist, ist so ausgebildet, dass sie sich entlang einer Richtung einer Hauptströmung der Hauptdampfströmung SM erstreckt, wenn man die Turbinenlaufschaufel 30 auf der Außenseite in radialer Richtung betrachtet.
Die Erstreckungsrichtung der ersten Durchgangsbohrung 61, die in den 7 und 8 dargestellt ist, wenn man die Turbinenlaufschaufel 30 auf der Außenseite in radialer Richtung betrachtet, muss z.B. nicht unbedingt mit der Richtung der Hauptströmung der durch den Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36 strömenden Hauptdampfströmung SM übereinstimmen, und es ist nur notwendig, dass beispielsweise eine Abweichung von der Richtung der Hauptströmung der durch den Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36 strömenden Hauptdampfströmung SM beispielsweise 45 Grad oder weniger beträgt.
Wenn demnach die Leckagedampfströmung SL, die durch die erste Kavität 51 strömt, in den Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36 ausströmt, strömt die Leckagedampfströmung SL entlang einer Strömung der Hauptdampfströmung SM in dem Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36 aus. Somit ist es möglich, einen Verlust zu unterdrücken, der mit der Zusammenführung der Strömung der Hauptdampfströmung SM im Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36 und der Leckagedampfströmung SL, die von der ersten Durchgangsbohrung 61 zu dem Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36 strömt, verbunden ist, und die Abnahme des Turbinenwirkungsgrades zu unterdrücken.
In derTurbinenlaufschaufel 30 der in 7 dargestellten Ausführungsform können, ähnlich wie in den Strömungsdurchgangsabschnitten 612 auf der Zwischenschaufelseite der ersten Durchgangsbohrungen 61, die Strömungsdurchgangsabschnitten 622 auf der Zwischenschaufelseite der zweiten Durchgangsbohrungen 62 zu den stromabwärtigen Seiten der Zwischenschaufelströmungsdurchgänge 36 ausgerichtet sein. Wenn in der Turbinenlaufschaufel 30 der in 7 dargestellten Ausführungsform der Strömungsdurchgangsabschnitt 622 auf der Zwischenschaufelseite der zweiten Durchgangsbohrung 62 in Richtung der Hauptströmung der Hauptdampfströmung SM ausgerichtet ist, wird der gleiche Effekt wie der oben beschriebene Effekt erzielt.
Auch für die Turbinenlaufschaufel 30 der in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsformen wird der gleiche Effekt wie der vorstehend beschriebene Effekt erzielt, in dem die erste Durchgangsbohrung 61 und die zweite Durchgangsbohrung 62 in Richtung der stromabwärtigen Seiten der Zwischenschaufelströmungsdurchgänge 36 auf den Seiten der zweiten Öffnungen 60b ausgerichtet werden.
(Über den Strömungsdurchgangsabschnitt 611 auf der Seite der ersten Kavität und den Strömungsdurchgangsabschnitt 612 auf der Seite der zweiten Kavität)
In der Turbinenlaufschaufel 30 der in 6 dargestellten Ausführungsform sind Strömungsdurchgangsabschnitte 611 auf der Seite der ersten Kavität der ersten Durchgangsbohrungen 61 zu einer stromaufwärtigen Seite der Drehrichtung R des Rotorkörpers 11 in der ersten Kavität 51 ausgerichtet.
Wie vorstehend beschrieben, ist bekannt, dass im Allgemeinen selbsterregte Schwingungen in der Drehmaschine leicht erzeugt werden, da die Umfangsgeschwindigkeit eines Arbeitsfluids, das in den Kavitäten 50 zwischen den Dichtungsrippen 40 in Umfangsrichtung strömt, zunimmt.
In dieser Hinsicht strömt in der Turbinenlaufschaufel 30 der in 6 dargestellten Ausführungsform, da die ersten Strömungsdurchgangsabschnitte 611 auf der Seite der ersten Kavität der ersten Durchgangsbohrungen 61 zu der stromaufwärtigen Seite der Drehrichtung R des Rotorkörpers 11 in der ersten Kavität 51 ausgerichtet sind, wenn sie zu der ersten Kavität 51 ausströmt, die Hauptdampfströmung SM, die durch die Zwischenschaufelströmungsdurchgänge strömt, von den ersten Öffnungen 60a in Richtung der stromaufwärtigen Seite der Drehrichtung R des Rotorkörpers 11 in der ersten Kavität 51 aus, d.h. strömt aus, um gegen die Strömung der Leckagedampfströmung zu strömen, die in der ersten Kavität 51 in Richtung der Umfangsrichtung strömt. Demnach trägt die Unterdrückung einer Strömungsgeschwindigkeit der Leckagedampfströmung SL, die in der ersten Kavität 51 in Richtung der Umfangsrichtung strömt, zur Unterdrückung des Auftretens von selbsterregten Schwingungen bei.
In der Turbinenlaufschaufel 30 der in 6 dargestellten Ausführungsform können die zweiten Strömungsdurchgangsabschnitte 621 auf der Seite der zweiten Kavität der zweiten Durchgangsbohrungen 62 in Richtung der stromaufwärtigen Seite der Drehrichtung R des Rotorkörpers 11 in der zweiten Kavität 52 ausgerichtet sein. Wenn in der Turbinenlaufschaufel 30 der in 6 dargestellten Ausführungsform die zweiten Strömungsdurchgangsabschnitte 621 auf der Seite der zweiten Kavität der zweiten Durchgangsbohrungen 62 in Richtung stromaufwärtigen Seite der Drehrichtung R des Rotorkörpers 11 in der zweiten Kavität 52 ausgerichtet sind, wird der gleiche Effekt wie der oben beschriebene Effekt erzielt.
(Über das Rotationsgleichgewicht von Rotor 3)
Wie beispielsweise in 6 dargestellt, umfasst die Turbinenlaufschaufel 30 einiger Ausführungsformen die Vielzahl der ersten Durchgangsbohrungen 61 mit dem gleichen Durchmesser. Die Vielzahl der ersten Durchgangsbohrungen 61 sind in regelmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung über den gesamten Umfang des ringförmigen Spitzendeckbands 34 ausgebildet.
Dadurch ist es möglich, einen Verlust der Rotationsgleichgewicht des Rotors 3 zu unterdrücken.
Ferner wird beispielsweise, wie in 6 dargestellt, in der Turbinenlaufschaufel 30 einiger Ausführungsformen der gleiche Effekt wie der vorstehend beschriebene Effekt erzielt, indem die Vielzahl der zweiten Durchgangsbohrungen 62 mit gleichem Durchmesser in regelmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung über den gesamten Umfang des ringförmigen Spitzendeckbands 34 gebildet ist.
Die ersten Durchgangslöcher 61 und die zweiten Durchgangslöcher 62 können so ausgebildet sein, dass sie der gesamten Vielzahl der entlang der Umfangsrichtung angeordneten Zwischenschaufelströmungsdurchgänge 36 entsprechen, oder sie können in gleichen Abständen so ausgebildet sein, dass sie einigen der Vielzahl der entlang der Umfangsrichtung angeordneten Zwischenschaufelströmungsdurchgänge 36 entsprechen, wie beispielsweise jedem zweiten oder jedem dritten Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36.
Ferner können, z.B., wie in 6 dargestellt, in Bezug auf zwei Arten von ersten Durchgangsbohrungen 61A und ersten Durchgangsbohrungen 61B mit unterschiedlichen Durchmessern, die ersten Durchgangsbohrungen 61A mit jeweils einem Durchmesser so ausgebildet werden, dass sie beispielsweise jedem zweiten Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36 in Bezug auf die Vielzahl der entlang der Umfangsrichtung angeordneten Zwischenschaufelströmungsdurchgänge 36 entsprechen. Dann kann beispielsweise die erste Durchgangsbohrung 61B mit dem anderen Durchmesser so gebildet werden, dass sie der Vielzahl der entlang der Umfangsrichtung angeordneten Zwischenschaufelströmungsdurchgänge 36 entspricht, wobei der Zwischenschaufelströmungsdurchgang 36, der nicht mit der ersten Durchgangsbohrung 61A verbunden ist, den einen Durchmesser aufweist. Selbst in diesem Fall werden die ersten Durchgangsbohrungen 61A, die jeweils den einen Durchmesser aufweisen, in regelmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung über den gesamten Umfang des ringförmigen Spitzendeckbands 34 gebildet und die ersten Durchgangsbohrungen 61B, die jeweils den anderen Durchmesser aufweisen, in regelmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung über den gesamten Umfang der Ringspitzenabdeckung 34 gebildet.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden oben im Detail beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und es können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden.
So werden beispielsweise in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Lochdurchmesser der ersten Durchgangsbohrungen 61 und zweiten Durchgangsbohrungen 62 nicht besonders erwähnt. Ein Lochdurchmesser von jeder ersten Öffnung 60a zu einer entsprechenden der zweiten Öffnungen 60b kann jedoch konstant sein oder sich in der Mitte ändern. Ferner können Querschnittsformen der ersten Durchgangslöcher 61 und zweiten Durchgangslöcher 62 eine kreisförmige oder ovale Form sein oder eine andere Form als die kreisförmige oder ovale Form, wie beispielsweise eine polygonale Form sein.
Ferner wurde in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Dampfturbine 1 als Beispiel für die Drehmaschine beschrieben. Es kann jedoch auch eine andere Drehmaschine, wie beispielsweise eine Gasturbine, verwendet werden.

Claims

Turbinenlaufschaufel, aufweisend: eine Vielzahl von Schaufelkörpern, die so montiert sind, dass sie sich in radialer Richtung von einem Rotorkörper erstrecken, der sich um eine Achse in einem Gehäuse dreht, wobei die Vielzahl von Schaufelkörpern in Abständen in Umfangsrichtung des Rotorkörpers angeordnet ist; und ein ringförmiges Spitzendeckband, das mit jedem Spitzenendteil der Vielzahl von Schaufelkörpern verbunden ist, wobei das Spitzendeckband mindestens eine erste Durchgangsbohrung umfasst, und die erste Durchgangsbohrung das Spitzendeckband in radialer Richtung durchdringt, um eine erste Kavität und einen Zwischenschaufelströmungsdurchgang in Kommunikation zu bringen, wobei die erste Kavität zwischen einer ersten Dichtungsrippe und einer zweiten Dichtungsrippe definiert ist, die erste Dichtungsrippe sich in radialer Richtung von einer äußeren Umfangsflächen des Spitzendeckbands oder einer inneren Umfangsfläche des Gehäuses in Richtung der jeweils anderen von äußerer Umfangsfläche und innerer Umfangsfläche erstreckt, und ein Spitzenteil aufweist, die erste Dichtungsrippe einen Spalt zwischen dem Spitzenteil und dem jeweils anderen von äußerer Umfangsfläche und innerer Umfangsfläche bildet, die zweite Dichtungsrippe sich in radialer Richtung von der äußeren Umfangsflächen des Spitzendeckbands oder der inneren Umfangsfläche des Gehäuses in Richtung in Richtung der jeweils anderen von äußerer Umfangsfläche und innerer Umfangsfläche an einer von der ersten Dichtungsrippe in Richtung der Achse beabstandeten Position erstreckt, und ein Spitzenteil aufweist, die zweite Dichtungsrippe einen Spalt zwischen dem Spitzenteil und dem jeweils anderen von äußerer Umfangsfläche und innerer Umfangsfläche bildet, der Zwischenschaufelströmungsdurchgang zwischen einem Paar benachbarter Schaufelkörper in Umfangsrichtung des Rotorkörpers gebildet ist, die erste Durchgangsbohrung eine erste Öffnung umfasst, die auf einer Seite der ersten Kavität geöffnet ist, und eine zweite Öffnung, die auf einer Seite Zwischenschaufelströmungsdurchgangs geöffnet ist, die erste Öffnung an einer Zwischenposition zwischen der ersten Dichtungsrippe und der zweiten Dichtungsrippe gebildet ist, und die zweite Öffnung an einer Position gebildet ist, die dem Zwischenschaufelströmungsdurchgang zugewandt ist, wobei die Position den gleichen statischen Druck wie ein statischer Druck an einer Position, die der ersten Öffnung zugewandt ist, aufweist.
Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1, wobei die erste Durchgangsbohrung die erste Öffnung, die auf der Seite der ersten Kavität geöffnet ist, und einen Strömungsdurchgangsabschnitt auf der Seite der ersten Kavität umfasst, der mit der ersten Öffnung verbunden ist, und wobei der Strömungsdurchgangsabschnitt auf der Seite der ersten Kavität zu einer stromaufwärtigen Seite einer Drehrichtung des Rotorkörpers in der ersten Kavität ausgerichtet ist.
Turbinenlaufschaufel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Durchgangsbohrung die zweite Öffnung umfasst, die auf der Seite des Zwischenschaufelströmungsdurchgangs geöffnet ist, und einen Strömungsdurchgangsabschnitt auf der Zwischenschaufelseite, der mit der zweiten Öffnung verbunden ist, und wobei der Strömungsdurchgangsabschnitt auf der Zwischenschaufelseite zu einer stromabwärtigen Seite des Zwischenschaufelströmungsdurchgangs ausgerichtet ist.
Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens eine erste Durchgangsbohrung eine Vielzahl von ersten Durchgangsbohrungen mit dem gleichen Durchmesser umfasst, und wobei die Vielzahl der ersten Durchgangslöcher in regelmäßigen Abständen entlang der Umfangsrichtung über einen gesamten Umfang des ringförmigen Spitzendeckbands gebildet ist.
Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Spitzendeckband mindestens eine zweite Durchgangsbohrung umfasst, und die zweite Durchgangsbohrung das Spitzendeckband in radialer Richtung durchdringt, um eine zweite Kavität und den Zwischenschaufelströmungsdurchgang in Kommunikation zu bringen, wobei die zweite Kavität zwischen der zweiten Dichtungsrippe und einer dritten Dichtungsrippe definiert ist, die dritte Dichtungsrippe sich in radialer Richtung von der äußeren Umfangsflächen des Spitzendeckbands oder der inneren Umfangsfläche des Gehäuses in Richtung der jeweils anderen von äußerer Umfangsfläche und innerer Umfangsfläche erstreckt, an einer von der zweiten Dichtungsrippe in Richtung der Achse von der ersten Dichtungsrippe in Richtung der zweiten Dichtungsrippe beabstandeten Position, und ein Spitzenteil aufweist, und die dritte Dichtungsrippe einen Spalt zwischen dem Spitzenteil und dem jeweils anderen von äußerer Umfangsfläche und innerer Umfangsfläche bildet.
Drehmaschine, aufweisend: die Turbinenlaufschaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 5; das Gehäuse; und den Rotorkörper.