DE112017000900T5 - Drehmaschine - Google Patents

Abstract

Eine Drehmaschine umfassend: einen stationären Körper, mit einer stationärseitigen Umfangsoberfläche (13), einen Rotationskörper mit einer rotationsseitigen Umfangsoberfläche (54), die der stationärseitigen Umfangsoberfläche (13) zugewandt ist. Eine Oberfläche, die die stationärseitige Umfangsoberfläche (13) oder die rotationszeitige Umfangsoberfläche (54) zugewandt ist, weist eine stromaufwärtsseitige Umfangsoberfläche (54A), eine stromabwärtsseitige Umfangsoberfläche (54B) und eine nach hinten abgestufte Oberfläche (53), auf. Die andere Oberfläche weist eine stromaufwärtsseitige Dichtungsrippe (5A), die einen kleinen Zwischenraum (H1) zwischen der stromaufwärtsseitigen Dichtrippe (5A) und der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche (54A) bildet, eine stromabwärtsseitige Dichtungsrippe (5B), die einen kleinen Zwischenraum (H2) zwischen der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe (5B) und der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche (54B) bildet, auf. Die nach hinten abgestufte Oberfläche (53) weist eine Leitoberfläche (55) auf, die sich stromabwärts (Da2) erstreckt, während sie zu der anderen Oberfläche gerichtet ist und mit der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche (54A) verbunden ist.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmaschine, die eine stationären Körper und einen Rotationskörper umfasst.
• Diese Anmeldung beansprucht Priorität von der am 19. Februar 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-030236 , deren Inhalt hierin durch Bezug einbezogen ist.
• Hintergrund
• Bekannterweise umfasst ein Typ einer Dampfturbine, die eine Drehmaschine ist, ein Gehäuse, einen Wellenkörper (Rotor), der in einer drehbaren Weise innerhalb des Gehäuses vorgesehen ist, eine Vielzahl von Leitschaufeln, die feststehend an einem Innenumfangsabschnitt des Gehäuses angeordnet sind, und eine Vielzahl von Laufschaufeln, die radial an dem Wellenkörper an einer stromabwärtigen Seite der Vielzahl von Leitschaufeln angeordnet sind.
• Im Falle einer Impulsturbine wie beispielsweise einer Dampfturbine, wird Druckenergie von Dampf (Fluid) durch die Leitschaufeln in Geschwindigkeitsenergie umgesetzt bzw. umgewandelt und diese Geschwindigkeitsenergie wird durch die Laufschaufeln in Rotationsenergie (mechanische Energie) umgesetzt. Zudem wird bei einer Reaktionsturbine die Druckenergie auch in den Laufschaufeln in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt und durch die Reaktionskraft, aus der der Dampf ausgestoßen wird, in Rotationsenergie (mechanische Energie) umgesetzt.
• Bei solch einer Dampfturbine ist ein radialer Zwischenraum bzw. Spalt zwischen einem Außenendabschnitt der Laufschaufel und einem Gehäuse, das die Laufschaufeln umgibt und einen Strömungspfad des Dampfs bildet, ausgebildet und ein radialer Zwischenraum bzw. Spalt ist auch zwischen einem Außenendabschnitt der Leitschaufel und dem Wellenkörper ausgebildet.
• Jedoch übermittelt ausgetretener Dampf, der durch den Zwischenraum zwischen dem Außenendabschnitt der Laufschaufel und dem Gehäuse hindurchtritt, keine Rotationskraft auf die Laufschaufeln. Darüber hinaus wird ausgetretener Dampf, der durch den Zwischenraum zwischen dem Außenende der Leitschaufel und dem Wellenkörper zu einer stromabwärtigen Seite hindurchtritt, nicht durch die Leitschaufeln in Geschwindigkeitsenergie umgesetzt und übermittelt daher kaum Rotationskraft auf die Laufschaufeln, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet sind. Daher ist es wichtig, um die Leistung der Dampfturbine zu erhöhen, die Strömungsrate (Leckageströmungsrate) des ausgetretenen Dampfs, der durch den Zwischenraum hindurchtritt, zu reduzieren.
• Konventionell wird, wie beispielsweise in Patentschrift 1 offenbart, eine Turbine vorgeschlagen, bei der eine Vielzahl von Stufenabschnitten, deren Höhen sich allmählich von einer stromaufwärtigen Seite in einer Axialrichtung zu einer stromabwärtigen Seite erhöhen, an einem Außenendabschnitt einer Laufschaufel vorgesehen sind, eine Vielzahl von Dichtrippen, die sich zu den jeweiligen Stufenabschnitten erstrecken an dem Gehäuse vorgesehen sind, und ein kleiner bzw. winziger Zwischenraum zwischen jedem Stufenabschnitt und dem Außenende von jeder Dichtungsrippe vorgesehen ist.
• Bei dieser Turbine wird, wenn das Fluid, das von der stromaufwärtigen Seite in den Zwischenraum hinein eintritt, mit einer Stufenoberfläche des Stufenabschnitts kollidiert, ein Hauptwirbel an einer stromaufwärtigen Seite der Stufenoberfläche gebildet und ein Trennwirbel wird an einer stromabwärtigen Seite der Stufenoberfläche (in der Nähe einer stromaufwärtigen Seite des kleinen Zwischenraums) gebildet. Dann kann durch den Trennwirbel, der in der Nähe der stromaufwärtigen Seite des kleinen Zwischenraums gebildet ist, die Leckageströmung, die durch den kleinen Zwischenraum hindurchtritt und durch den kleinen Zwischenraum hindurchtritt, reduziert werden. Mit anderen Worten kann die Strömungsrate des ausgetretenen Fluids, das durch den Zwischenraum zwischen dem Außenendabschnitt der Laufschaufel und dem Gehäuse hindurchtritt, reduziert sein.
• Stand der Technik
• Patentschrift
• Patentschrift 1 ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2011-080452 .
• Zusammenfassung der Erfindung
• Durch die Erfindung gelöste Probleme
• Jedoch gibt es ein großes Interesse die Leistung von Dampfturbinen zu verbessern und daher ist es erstrebenswert die Leckageströmung weiter zu reduzieren.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Drehmaschine vorzuschlagen, die eine Strömungsrate eines ausgetretenen Fluids weiter reduzieren kann.
• Mittel zum Lösen des Problems
• Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung schlägt eine Drehmaschine vor umfassend: einen stationären Körper mit einer stationärseitigen Umfangsoberfläche, die sich in einer Umfangsrichtung einer Achse erstreckt, und einen Rotationskörper, der um die Achse herum rotiert und eine rotationsseitige Umfangsoberfläche aufweist, die der stationärseitigen Umfangsoberfläche zugewandt ist, wobei eine Oberfläche, die die stationärseitige Umfangsoberfläche oder die rotationsseitige Umfangsoberfläche ist aufweisend: eine stromaufwärtsseitige Umfangsoberfläche, die sich in einer Axialrichtung erstreckt, eine stromabwärtsseitige Umfangsoberfläche, die sich an einer stromabwärtigen Seite eines Fluids an der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche befindet und sich in der Axialrichtung erstreckt und sich von der anderen Oberfläche, die die stationärseitige Umfangsoberfläche oder die rotationsseitige Umfangsoberfläche ist, hinsichtlich der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche zurückzieht bzw. zurückgeht, eine nach hinten abgestuften Oberfläche, die die stromaufwärtsseitige Umfangsoberfläche und die stromabwärtsseitige Umfangsoberfläche verbindet und der stromabwärtigen Seite zugewandt ist, eine stromaufwärtsseitige Dichtrippe, die sich von der anderen Oberfläche zu der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche erstreckt und einen kleinen Zwischenraum bzw. Spalt zwischen der stromaufwärtsseitigen Dichtungsrippe und der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche bildet, und eine stromabwärtsseitige Dichtrippe, die sich von der anderen Oberfläche zu der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche erstreckt und einen kleinen Zwischenraum bzw. Spalt zwischen der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe und der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche bildet, und wobei eine Leitoberfläche, die sich zu der stromabwärtigen Seite erstreckt, während sie zu der anderen Oberfläche gerichtet ist und mit der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche verbunden ist.
• Gemäß dieser Ausgestaltung kann durch Anordnen der nach hinten abgestuften Oberfläche bzw. einer Oberfläche mit einer nach hinten ragenden Stufe an der stromaufwärtigen Seite der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe ein Trennwirbel an der stromaufwärtigen Seite der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe gebildet sein. Da dieser Trennwirbel bewirkt, dass eine Strömung, die einen Geschwindigkeitsvektor zu der einen Oberflächenseite an der stromaufwärtigen Seite der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe richtet, kann ein Kontraktionseffekt dargestellt sein, der die Leckageströmung durch den kleinen Zwischenraum reduziert.
• Die nach hinten abgestufte Oberfläche weist eine Leitoberfläche auf, so dass ein Trennwirbel, der zwischen der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe und der nach hinten abgestuften Oberfläche gebildet ist, verstärkt sein kann. Somit kann der Kontraktionseffekt des durch den kleinen Zwischenraum hindurchströmenden Fluids, der durch den Trennwirbel verursacht wird, weiter verstärkt und die Strömungsrate des ausgetretenen Fluids weiter reduziert sein.
• Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung schlägt die Drehmaschine gemäß dem ersten Aspekt vor, wobei die stromaufwärtsseitige Dichtungsrippe und die stromabwärtsseitige Dichtungsrippe zu der stromaufwärtigen Seite geneigt sein können, während sie zu der einen Oberflächenseite gerichtet sein können.
• Gemäß dieser Ausgestaltung kann ein Hauptwirbel in einem Hohlraum zwischen der stromaufwärtsseitigen Dichtungsrippe und der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe problemlos bzw. kontinuierlich ausgebildet sein, wenn das Fluid, das von zwischen der stromaufwärtsseitigen Dichtungsrippe und der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche in die stromabwärtige Seite hineinströmt, mit der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe kollidiert. Folglich kann der Hauptwirbel und somit der Trennwirbel verstärkt sein.
• Ein Dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung schlägt die Drehmaschine gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt vor, wobei ein gebogener Abschnitt zum kontinuierlichen bzw. nahtlosen Verbinden der nach hinten abgestuften Oberfläche und der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche vorgesehen sein kann.
• Gemäß dieser Ausgestaltung kann der Trennwirbel, der zwischen der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe und der nach hinten abgestuften Fläche gebildet ist, verstärkt sein.
• Ein vierter Aspekt gemäß der vorliegenden Erfindung schlägt die Drehmaschine gemäß einem der ersten bis dritten Aspekte vor, wobei ein gebogener Rippenabschnitt, der kontinuierlich bzw. nahtlos die stromaufwärtsseitige Dichtrippe, die stromabwärtsseitige Dichtungsrippe und die andere Oberfläche verbindet vorgesehen sein kann.
• Gemäß dieser Ausgestaltung kann der Hauptwirbel, der in dem Hohlraum zwischen der stromaufwärtsseitigen Dichtungsrippe und der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe ausgebildet ist, verstärkt sein und somit kann der Trennwirbel verstärkt sein.
• Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung schlägt die Drehmaschine vor umfassend: einen stationären Körper, der eine stationärseitige Umfangsoberfläche aufweist, die sich in einer Umfangsrichtung einer Achse erstreckt, und einen Rotationskörper, der um die Achse herum rotiert und eine rotationsseitige Umfangsoberfläche aufweist, die der stationärseitigen Umfangsoberfläche zugewandt ist, wobei eine Oberfläche, die die stationärseitige Umfangsoberfläche oder die rotationsseitige Umfangsoberfläche ist, aufweisend: eine stromaufwärtsseitige Umfangsoberfläche, die sich in einer Axialrichtung erstreckt, eine mittige Umfangsoberfläche, die sich an einer stromabwärtigen Seite des Arbeitsfluids an der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche befindet und sich in der Axialrichtung erstreckt und die zu der anderen der stationärseitigen Umfangsoberfläche oder der rotationsseitigen Umfangsoberfläche im Vergleich zu der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche vorsteht, eine stromabwärtsseitige Umfangsoberfläche, die sich an der stromabwärtigen Seite der mittigen Umfangsoberfläche befindet und sich in der Axialrichtung erstreckt und sich von der anderen Oberfläche im Vergleich zu der mittigen Umfangsoberfläche zurückzieht bzw. zurückgeht, und eine nach vorne abgestufte Oberfläche, die die stromaufwärtige Umfangsoberfläche und die mittige Umfangsoberfläche verbindet und der stromaufwärtigen Seite zugewandt ist, wobei eine stromaufwärtsseitige Dichtrippe, die sich von der anderen Oberfläche zu der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche erstreckt und einen kleinen Zwischenraum bzw. Spalt zwischen der stromaufwärtsseitigen Dichtungsrippe und der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche bildet, eine mittige Dichtrippe, die sich von der anderen Oberfläche zu der mittigen Umfangsoberfläche erstreckt und einen kleinen Zwischenraum bzw. Spalt zwischen der mittigen Dichtungsrippe und der mittigen Umfangsoberfläche bildet, und eine stromabwärtsseitige Dichtrippe, die sich von der anderen Oberfläche zu der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche erstreckt und einen kleinen Zwischenraum bzw. Spalt zwischen der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe und der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche bildet, wobei die nach vorne abgestufte Oberfläche eine Leitoberfläche aufweist, die zu der stromabwärtigen Seite geneigt ist, während sie zu der anderen Oberfläche gerichtet ist und mit der mittigen Umfangsoberfläche verbunden ist, und die stromaufwärtsseitige Dichtrippe, die mittige Dichtungsrippe und die stromabwärtsseitige Dichtungsrippe zu der stromaufwärtigen Seite geneigt sind, während sie zu der anderen Oberfläche gerichtet sind.
• Gemäß solch einer Ausgestaltung kann ein Trennwirbel an einer stromaufwärtigen Seite von jeder Dichtungsrippe gebildet werden. Dieser Trennwirbel erzeugt eine Strömung, die einen Geschwindigkeitsvektor zu der einen Oberflächenseite an einer stromaufwärtigen Seite von jeder Dichtungsrippe richtet und somit kann ein Kontraktionseffekt dargestellt sein, der eine Leckageströmung durch den kleinen Zwischenraum reduziert. Ferner wird, da die Leitoberfläche und die Dichtungsrippe in einer Neigung ausgebildet sind, der Hauptwirbel entlang der Dichtungsrippe gebildet. Folglich kann der Hauptwirbel und somit der Trennwirbel verstärkt sein.
• Effekte der Erfindung
• Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Anordnen der nach hinten abgestuften Oberfläche an einer stromaufwärtigen Seite der stromabwärtsseitigen Dichtrippe, ein Trennwirbel an der stromaufwärtigen Seite der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe gebildet werden. Da dieser Trennwirbel bewirkt, dass eine Strömung, die den Geschwindigkeitsvektor zu der einen Oberflächenseite an der stromaufwärtigen Seite der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe richtet, kann ein Kontraktionseffekt dargestellt sein, der die Leckageströmung durch den kleinen Zwischenraum reduziert.
• Die nach hinten abgestuften Oberfläche weist eine Leitoberfläche auf, sodass ein Trennwirbel, der zwischen der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe und der nach hinten abgestuften Oberfläche ausgebildet ist, verstärkt sein kann. Somit kann der Kontraktionseffekt des durch den kleinen Zwischenraum hindurchtretenden Fluids, der durch den Trennwirbel bewirkt wird, verstärkt sein und die Strömungsrate des ausgetretenen Fluids kann weiter reduziert sein.
• Figurenliste
• 1 ist ein schematisches Qüerschnittsdiagramm einer Dampfturbine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 2 ist ein Diagramm, das die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt und ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die einen Hauptabschnitt I aus 1 dargestellt.
• 3 ist ein Diagramm, das die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Dichtungsstruktur aus 2 darstellt.
• 4 ist ein erklärendes Diagramm eines Betriebs der Dampfturbine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• 5 ist ein vergrößertes Querschnittsdiagramm, das eine Modifikation der Dichtungsstruktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 6 ist ein vergrößertes Querschnittsdiagramm, das eine Dichtungsstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 7 ist ein vergrößertes Querschnittsdiagramm, das eine die Dichtungsstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
• 8 ist ein erklärendes Diagramm eines Betriebs einer Dampfturbine gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Wege zum Ausführen der Erfindung
• Erste Ausführungsform
• Im Folgenden wird eine Dampfturbine, die eine Drehmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Wie in 1 dargestellt umfasst eine Dampfturbine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Gehäuse 10, das ein stationärer Körper ist, eine Drehwelle 30, die ein Rotationskörper ist, die innerhalb des Gehäuses 10 so vorgesehen ist, dass sie um eine Achse davon herum drehbar ist und Energie zu einer Maschine wie beispielsweise einem Energiegenerator (nicht dargestellt) übermitteln kann, eine Leitschaufel bzw. eine feststehende Schaufel 40, die durch das Gehäuse 10 gehalten ist, eine Laufschaufel 50 bzw. eine sich drehende Schaufel 30, die an der Drehwelle vorgesehen ist, und einen Lagerabschnitt 60, der die Drehwelle 30 so lagert, dass sie um eine Achse davon herum drehbar ist.
• Zudem ist in der folgenden Beschreibung die Richtung, in der sich die Achse A der Drehwelle 30 erstreckt, als eine Axialrichtung Da definiert. Ferner ist eine Richtung orthogonal zu der Achse A als eine Radialrichtung Dr definiert, eine Seite (Richtung), die sich von der Achse A in der Radialrichtung Dr entfernt, wird eine Außenseite in der Radialrichtung genannt und eine Seite (Richtung) zu der Achse A in der Radialrichtung Dr wird als eine Innenseite in der Radialrichtung definiert. Zudem wird in der Axialrichtung Da die linke Seite aus 1 als eine stromaufwärtige Seite Da1 bezeichnet und die rechte Seite aus 1 wird als eine stromabwärtige Seite Da2 bezeichnet.
• Der Dampf, S der ein Fluid ist, wird von einem Hauptströmungseinlass 21, der in dem Gehäuse 10 ausgebildet ist, über eine Dampfzufuhrleitung bzw. -rohr 20, die bzw. das mit einer Dampfzufuhrquelle (nicht dargestellt) verbunden ist, eingetragen und wird von einer Dampfaustragleitung bzw.. -rohr 22, die bzw. das mit einer stromabwärtigen Seite der Dampfturbine 1 verbunden ist, ausgetragen.
• In dem Gehäuse 10 wird ein Innenraum hermetisch abgedichtet und als ein Strömungspfad des Dampfs verwendet. Ein ringförmiger Partitionsplatten-Außenring 11, in welchen eine Drehwelle bzw. Rotationswelle 30 hinein eingesetzt ist, ist fest an einer Innenwandoberfläche des Gehäuses 10 befestigt. Der Lagerabschnitt 60 umfasst eine Querlagervorrichtung 61 und eine Axiallagervorrichtung 62 und trägt die Drehwelle 30 in einer frei drehbaren Weise.
• Die Leitschaufel 40 erstreckt sich von dem Gehäuse 10 zu der Innenumfangseite und eine Vielzahl der Leitschaufeln bilden eine ringförmige Leitschaufelgruppe dadurch, dass sie so radial angeordnet sind, dass sie die Drehwelle 30 umgeben, und jede Leitschaufel ist durch den oben beschriebenen Partitionsplatten-Außenring 11, gehalten.
• Eine Vielzahl von den ringförmigen Leitschaufelgruppen, die aus der Vielzahl von Leitschaufeln 40 gebildet sind, ist in Intervallen in der Axialrichtung Da ausgebildet und die Druckenergie des Dampfs S wird in Geschwindigkeitsenergie umgewandelt bzw. umgesetzt und strömt in die Laufschaufel 50, die an der stromabwärtigen Seite angrenzt, hinein.
• Die Laufschaufel 50 ist fest an einem Außenumfangsabschnitt eines Drehwellenkörpers 31 der Drehwelle 30 angebracht und eine Vielzahl der Laufschaufeln bildet eine ringförmige Laufschaufelgruppe dadurch, dass sie an der stromabwärtigen Seite von jeder ringförmigen Leitschaufelgruppe angeordnet ist.
• Eine Stufe ist durch eine ringförmige Leitschaufelgruppe und eine ringförmige Laufschaufelgruppe gebildet. Ein Außenendabschnitt der Laufschaufel 50 in der letzten Stufe ist mit den Außenendabschnitten der Laufschaufeln 50, die in einer Umfangsrichtung der Drehwelle 30 (im Folgenden einfach als eine Umfangsrichtung bezeichnet) angrenzend sind, verbunden und wird als eine Abdeckung 51 bezeichnet.
• Wie in 2 dargestellt ist eine Abdeckung 51, die einen Außenendabschnitt der Laufschaufel 50 bildet, dem Partitionsplatten-Außenring 11 des Gehäuses 10 mit einem Zwischenraum in einer Radialrichtung Dr, der dazwischen eingefügt ist, gegenüberliegend angeordnet. Eine Dichtungsstruktur 2A ist zwischen der Abdeckung 51 und dem Partitionsplatten-Außenring 11 des Gehäuses 10 angeordnet. Die Dichtungsstruktur 2A ist eine Struktur zum Abdichten zwischen dem Partitionsplatten-Außenring 11, der ein stationärer Körper ist, und der Abdeckung 51, die ein Rotationskörper ist. Im Folgenden werden die Bestandteile der Dichtungsstruktur 2A im Detail beschrieben.
• Die Abdeckung 51 weist eine Außenumfangsoberfläche 54 (rotationsseitige Umfangsoberfläche), die dem Partitionsplatten-Außenring 11 zugewandt ist, auf. An der Außenumfangsoberfläche 54 der Abdeckung 51, die der Außenseite in der Radialrichtung zugewandt ist, ist eine Vielzahl von Stufen so vorgesehen, so dass sich ein Durchmesser zu der stromabwärtigen Seite verringert.
• Die Abdeckung 51 der vorliegenden Ausführungsform weist drei Stufenabschnitte 52 auf, die in der Axialrichtung Da durch Vorsehen von zwei Stufen angeordnet sind. Der Stufenabschnitt 52 umfasst einen ersten Stufenabschnitt 52A, der an der stromaufwärtigsten Seite angeordnet ist, einen dritten Stufenabschnitt 52C, der an der stromabwärtigsten Seite angeordnet ist, und einen zweiten Stufenabschnitt 52B, der zwischen dem ersten Stufenabschnitt 52A und dem dritten Stufenabschnitt 52C angeordnet ist.
• Ein Außendurchmesser dieser drei Stufenabschnitte 52 ist so eingestellt, dass er sich allmählich von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite in der Axialrichtung Da verringert.
• Die angrenzenden Stufenabschnitte 52 sind miteinander durch eine nach hinten abgestufte Oberfläche 53, die eine Stufe ist, verbunden. Die nach hinten abgestufte Fläche 53 ist einer stromabwärtigen Seite in der Axialrichtung Da zugewandt. Eine erste nach hinten abgestufte Fläche 53A ist zwischen dem ersten Stufenabschnitt 52A und dem zweiten Stufenabschnitt 52B ausgebildet und eine zweite nach hinten abgestufte Fläche 53B ist zwischen dem zweiten Stufenabschnitt 52B und dem dritten Stufenabschnitt 52C ausgebildet. Die erste nach hinten abgestufte Oberfläche 53A und die zweite nach hinten abgestufte Oberfläche 53B haben von der Umfangsrichtung aus betrachtet im Wesentlichen dieselbe Querschnittsform.
• Eine Ringnut bzw. ringförmige Nut 12, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt, ist in dem Partitionsplatten-Außenring 11 an einem Abschnitt, der der der Abdeckung 51 entspricht, ausgebildet. Die Ringnut 12 ist zu der Außenseite in der Radialrichtung von einer Innenumfangsoberfläche des Partitionsplatten-Außenrings 11 vertieft bzw. zurückversetzt. Die Abdeckung 51 erstreckt sich in die Ringnut 12 hinein. Drei ringförmige Vertiefungsabschnitte 13 (stationärseitige Umfangsoberflächen) sind so ausgebildet, dass sie in der Axialrichtung Da an einem Boden der Ringnut 12, die dem Inneren in der Radialrichtung zugewandt ist, um den drei Stufenabschnitten 52 zugewandt zu sein, angeordnet sind. Die drei ringförmigen Vertiefungsabschnitte 13 verringern allmählich ihren Durchmesser von der stromaufwärtigen Seite Da1 zu der stromabwärtigen Seite Da2 aufgrund der jeweiligen Stufen.
• Jeder gehäuseseitige Randabschnitt 14, der sich an der Grenze von zwei ringförmigen Vertiefungsabschnitten 13, die in der Axialrichtung Da an einander angrenzen, ist mit einer Dichtungsrippe bzw. Dichtungsflügel 5 versehen, die bzw. der sich zu der Innenseite in der Radialrichtung zu der Abdeckung 51 erstreckt. Die Positionen des gehäuseseitigen Randabschnitts 14 und der Dichtungsrippe 5 in der Axialrichtung Da sind so eingestellt, dass sie der Außenumfangsoberfläche 54 von jedem Stufenabschnitt 52 zugewandt sind.
• Drei Dichtrippen 5 sind in einem Abstand in der Axialrichtung Da angeordnet und sind so vorgesehen, dass sie den drei Stufenabschnitten 52 in einem Verhältnis von 1 : 1 entsprechen. Die drei Dichtungsrippen 5 sind in gleichen Intervallen in der Axialrichtung Da angeordnet. Im Folgenden wird die Dichtungsrippe 5, die sich zu einer Außenumfangsoberfläche 54A des ersten Stufenabschnitts 52A erstreckt, als eine erste Dichtungsrippe 5A (eine stromaufwärtsseitige Dichtrippe) bezeichnet, eine Dichtungsrippe 5, die sich zu einer Außenumfangsoberfläche 54B des zweiten Stufenabschnitts 52B erstreckt, wird als eine zweite Dichtungsrippe 5B (eine stromabwärtsseitige Dichtrippe) bezeichnet und eine Dichtungsrippe 5, die sich zu einer Außenumfangsoberfläche 54C des dritten Stufenabschnitt 52C erstreckt, wird als eine Dichtungsrippe 5C bezeichnet.
• Ein kleiner bzw. winziger Zwischenraum bzw. Spalt H in der Radialrichtung Dr ist zwischen der Außenumfangsoberfläche 54 von jedem Stufenabschnitt 52 und einem Außenende von jeder Dichtungsrippe 5 ausgebildet. Die Größe von jedem kleinen Zwischenraum H ist auf einen minimalen Wert innerhalb eines sicheren Bereichs eingestellt, in dem unter Berücksichtigung des thermischen Ausdehnungswerts des Gehäuses 10 und der Laufschaufel 50, der Zentrifugalverlängerung der Laufschaufel 50 und ähnlichem die zwei nicht miteinander in Kontakt kommen. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Größen der drei kleinen Zwischenräume H1, H2 und H3 so eingestellt, dass sie untereinander gleich sind.
• Die Dichtungsstruktur 2A der vorliegenden Ausführungsform wird unter Verwendung des ersten Stufenabschnitts 52A, des zweiten Stufenabschnitts 52B und der ersten nach hinten abgestuften Oberfläche 53A beschrieben. Wie in 3 dargestellt weist der erste Stufenabschnitt 52A eine Außenumfangsoberfläche 54A, die sich in der Axialrichtung Da (im Folgenden als eine stromaufwärtsseitige Umfangsoberfläche 54A bezeichnet) erstreckt, auf. Der zweite Stufenabschnitt 52B weist eine Außenumfangsoberfläche 54B, die sich in der Axialrichtung Da (im Folgenden als eine stromabwärtsseitige Umfangsoberfläche 54B bezeichnet) erstreckt, auf. Die stromabwärtsseitige Umfangsoberfläche 54B befindet sich an der stromabwärtigen Seite der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche 54A und zieht sich von der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche 54A in der Radialrichtung Dr hinsichtlich des ringförmigen Vertiefungsabschnitts 13 zurück. Mit anderen Worten befindet sich die stromabwärtsseitige Umfangsoberfläche 54B in der Radialrichtung an der Innenseite der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche 54A. Die stromaufwärtsseitige Umfangsoberfläche 54A und die stromabwärtsseitige Umfangsoberfläche 54B weisen eine zylindrische Form auf, die koaxial zu der Achse A ist.
• Die nach hinten abgestufte Oberfläche 53 weist eine Leitoberfläche 55 auf, die sich zu der stromabwärtigen Seite Da2 erstreckt, während sie zu der Außenseite in der Radialrichtung (ringförmiger Vertiefungsabschnitt 13) gerichtet ist und mit der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche 54A verbunden ist. Die Leitoberfläche 55 ist also nicht so ausgebildet, dass sie orthogonal zu der Achse A ist und ist in einer sich verjüngende Form ausgebildet, in der sich der Durchmesser davon allmählich zu der stromabwärtigen Seite Da2 vergrößert. Mit anderen Worten ist die nach hinten abgestufte Oberfläche 53 so geneigt, dass die Außenseite der nach hinten abgestuften Fläche 53 verglichen mit der Innenseite der nach hinten abgestuften Fläche 53 in der Radialrichtung an der stromabwärtigen Seite Da2 ist.
• Bei der Querschnittsform der Leitoberfläche 55 ist, wenn in der Umfangsrichtung aus betrachtet, ein Winkel α1 der Leitoberfläche 55 hinsichtlich einer Ebenen, die rechtwinklig zu der Achse A ist, vorzugsweise auf 0° < α1 ≤ 30° eingestellt.
• Die nach hinten abgestufte Oberfläche 53 weist einen gebogenen bzw. gekrümmten Abschnitt 56 auf, der nahtlos bzw. kontinuierlich die nach hinten abgestufte Oberfläche 53 und die stromabwärtsseitige Umfangsoberfläche 54B verbindet. Die Oberfläche des gebogenen Abschnitts 56 weist eine Bogenquerschnittsform in der Umfangsrichtung aus betrachtet auf. Der Radius der Krümmung R der Oberfläche des gebogenen Abschnitts kann beliebig sein, wenn die Höhe des ersten Stufenabschnitts 52A (ein Abstand in der Radialrichtung Dr zwischen der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche 54A und der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche 54B) eingestellt ist, um S1 zu sein.
• Wenn der Abstand zwischen der zweiten Dichtungsrippe 5B und dem unteren Endabschnitt der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche 54A (ein Endabschnitt an der Außenseite der Leitoberfläche 55 in der Radialrichtung) als L definiert ist und die Größe des kleinen Zwischenraums zwischen der ersten Dichtungsrippe 5B und der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche 54B als H2 definiert ist, dann sind der erste Stufenabschnitt 52A und die zweite Dichtungsrippe 5B so ausgebildet, dass sie den folgenden Ausdruck (1) erfüllen. $$\mathrm{1,5}\le \text{L}/\text{H2}\le \mathrm{5,0}$$

  
• Mit anderen Worten ist der Abstand L so eingestellt, um im Wesentlichen 1,5 bis 5,0 mal so lang zu sein, wie der des kleinen Zwischenraums H2. Es ist sehr zu bevorzugen L/H2 = 2,0 einzustellen und die Dichtungsstruktur 2A der vorliegenden Ausführungsform ist auf L/H2 = 2,0 eingestellt.
• Ein Betrieb der Dampfturbine 1 wird im Folgenden beschrieben.
• Zuerst strömt Dampf S von einer Dampfzufuhrquelle wie beispielsweise einem Boiler (nicht dargestellt) über eine Dampfzufuhrrohrleitung bzw. -rohr 20 in den Innenraum des Gehäuses 10 hinein.
• Der Dampf S, der in den Innenraum des Gehäuses 10 hineinströmt, tritt anschließend durch die ringförmige Leitschaufelgruppe und die ringförmige Laufschaufelgruppe in jeder Stufe hindurch. Gleichzeitig wird durch die Leitschaufeln 40 die Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie umgesetzt, das Meiste des Dampfs S, der durch die Leitschaufeln 40 hindurchtritt, strömt zwischen den Laufschaufeln 50, die die selbe Stufe bilden, und die Geschwindigkeitsenergie und die Druckenergie des Dampfs S werden durch die Laufschaufeln 50 in Rotationsenergie umgesetzt, sodass eine Rotation auf die Drehwelle 30 übertragen wird. Demgegenüber strömt ein Teil des Dampfs S (beispielsweise ein paar Prozent des Dampfs S) von den Leitschaufeln 40 aus und strömt dann in die Ringnut (den Zwischenraum zwischen der Abdeckung 51 der Laufschaufel 50 und des Partitionsplatten-Außenrings 11 des Gehäuses 10) und wird ein sogenannter Leckagestrom.
• Wie in 4 dargestellt kollidiert unter dem in die Ringnut 12 hineinströmenden Dampf S, der Dampf S, der von einem Raum zwischen der ersten Dichtungsrippe 5A und der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche 54A in die stromabwärtige Seite Da2 hineinströmt, mit der zweiten Dichtungsrippe 5B und strömt so, dass er zu der stromaufwärtigen Seite Da1 zurückkehrt. Folglich wird ein Hauptwirbel MV1, der sich in einer ersten Drehrichtung dreht, in einem Hohlraum C1 (einem Raum zwischen den angrenzenden Dichtungsrippen 5) erzeugt. Gleichzeitig wird ein Teil der Strömung von dem Hauptwirbel MV1 an einer Ecke (einem Rand) der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche 54A und der nach hintern abgestuften Oberfläche 53 (die Leitoberfläche 55) so separiert bzw. getrennt, dass ein Trennwirbel SV1, der sich in einer zweiten Drehrichtung entgegengesetzt zu dem Hauptwirbel MV1 dreht, in dem Raum zwischen der nach hinten abgestuften Oberfläche 53 und der zweiten Dichtungsrippe 5B erzeugt ist.
• Der Trennwirbel SV1 befindet sich in der Nähe der stromaufwärtigen Seite des kleinen Zwischenraums H2 zwischen der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche 54B und der zweiten Dichtungsrippe 5B. Insbesondere wird, da eine nach unten gerichtete Strömung des Trennwirbels SV1, die zu der Innenseite in der Radialrichtung gerichtet ist, direkt vor dem kleinen Zwischenraum H2 auftritt, ein Kontraktionseffekt, der eine Leckageströmung, die von dem Zwischenraum C1 durch den kleinen Zwischenraum H2 strömt und in die stromabwärtige Seite Da2 hineinströmt, reduziert, durch den Trennwirbel SV1 erlangt.
• Die nach hinten abgestufte Oberfläche 53 weist die Leitoberfläche 55 auf, die sich zu der stromabwärtigen Seite Da2 erstreckt, während sie zu der Außenseite in der Radialrichtung gerichtet ist und mit der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche 54A verbunden ist, wodurch der Trennwirbel SV1, der zwischen der zweiten Dichtungsrippe 5B und der nach hinten abgestuften Oberfläche 53 ausgebildet ist, verstärkt sein kan. Folglich kann der Kontraktionseffekt des durch den kleinen Zwischenraum H2 hindurchtretenden Dampfs S, der durch den Trennwirbel SV1 bewirkt wird, weiter verstärkt sein.
• Ferner wird, wenn der Abstand L eingestellt ist, um im Wesentlichen zweimal so groß zu sein, wie der kleine Zwischenraum H2 und angenommen wird, dass der Trennwirbel SV1 einen wahren Kreis bildet, ein Durchmesser des Trennwirbels SV1 zweimal so groß, wie der des kleinen Zwischenraums H2 und wenn der Außenumfang des Trennwirbels SV1 in Kontakt mit der zweiten Dichtungsrippe 5B ist, fällt die Position der maximalen Geschwindigkeitskomponente, die zu der Innenseite in der Radialrichtung in der nach unten gerichteten Strömung des Trennwirbel SV1 gerichtet ist, mit dem Außenende der zweiten Dichtungsrippe 5B zusammen. In diesem Fall ist, da die nach unten gerichtete Strömung unmittelbar vor dem kleinen Zwischenraum H2 vorbeitritt, der Kontraktionseffekt auf die Leckageströmung maximiert.
• Gemäß der obigen Ausführungsform kann durch Anordnen der nach hinten abgestuften Oberfläche 53 an der stromaufwärtigen Seite der Dichtungsrippe 5 der Trennwirbel SV1 an der stromaufwärtigen Seite der Dichtungsrippe 5 ausgebildet sein. Da der Trennwirbel SV1 eine nach unten gerichtete Strömung erzeugt, in der ein Geschwindigkeitsvektor zu der Innenseite in der Radialrichtung an der stromaufwärtigen Seite der Dichtungsrippe 5 gerichtet ist, kann ein Kontraktionseffekt dargestellt sein, der eine Leckageströmung, die durch den kleinen Zwischenraum H hindurchtritt, reduziert sein.
• Ferner kann, da die nach hinten abgestufte Oberfläche 53 eine Leitoberfläche 55 aufweist, die sich zu der stromabwärtigen Seite erstreckt, während sie zu der Außenseite in der Radialrichtung gerichtet ist, und mit der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche 54 verbunden ist, der Trennwirbel SV1, der zwischen der Dichtungsrippe 5 an der stromabwärtigen Seite der Leitoberfläche 55 und der nach hinten abgestufte Oberfläche 53 ausgebildet ist, verstärkt sein. Folglich kann der Kontraktionseffekt, der durch den Trennwirbel SV1 bewirkt wird, des durch den kleinen Zwischenraum H hindurchtretenden ausgetretenen Dampfs, verstärkt und die Strömungsrate des ausgetretenen Dampfs weiter reduziert sein.
• Ferner kann der Trennwirbel SV1, der zwischen der Dichtungsrippe 5 und der nach hinten abgestuften Oberfläche 53 ausgebildet ist, durch Aufweisen eines gebogenen Abschnitts 56, der nahtlos die nach hinten abgestufte Oberfläche 53 und die stromabwärtsseitige Umfangsoberfläche 54B verbindet, verstärkt sein.
• Zudem ist bei der oben beschriebenen Ausführungsform der gebogenen Abschnitt 56, der einen bogenförmigen Querschnitt aufweist, zwischen der nach hinten abgestuften Oberfläche 53 und der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche 54B angeordnet, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Beispielsweise können wie bei der in 5 dargestellten Modifikation die nach hinten abgestufte Oberfläche 53 und die stromabwärtsseitige Umfangsoberfläche 54B so verbunden sein, dass sie einen spitzen Winkel bilden, ohne dass ein gebogener Abschnitt vorgesehen ist.
• Ferner können wie bei der in 5 dargestellten Modifikation ein gebogener Abschnitt 57 mit einer Bogenform, die nahtlos die Hauptoberfläche der Dichtungsrippe 5 und den ringförmigen Vertiefungsabschnitt 13 miteinander an dem Verbindungsabschnitt zwischen der Dichtungsrippe 5 und den ringförmigen Vertiefungsabschnitt 13 verbindet, vorgesehen sein. Es ist möglich den Hauptwirbel MV1, der in dem Hohlraum erzeugt ist, durch Vorsehen eines gebogenen Abschnitts 57 mit einer Bogenform an dem Verbindungsabschnitt der Dichtungsrippe 5 und des ringförmigen Vertiefungsabschnitts 13 zu verstärken.
• Zudem beschreibt die obige Ausführungsform den Fall, bei dem eine Ringnut 12 an einem Abschnitt des Partitionsplatten-Außenrings 11, der der Abdeckung 51 entspricht, ausgebildet ist und die Ringnut 12 durch drei ringförmige Vertiefungsabschnitte 13 ausgestaltet ist, die allmählich im Durchmesser durch Stufen so reduziert sind, dass sie den drei Stufenabschnitten 52 entsprechend. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt und die gesamte Ringnut 12 kann ausgebildet sein, um im Wesentlichen denselben Durchmesser aufzuweisen.
• Zweite Ausführungsform
• Im Folgenden wird eine Dichtungsstruktur 2B gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Zudem werden bei der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich Unterschiede von der ersten Ausführungsform beschrieben, und eine Beschreibung derselben Teile wird weggelassen.
• Wie in 6 dargestellt ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Dichtungsrippe 6 der Dichtungsstruktur 2B zu der stromaufwärtigen Seite Da1 geneigt, während sie zu der Innenseite in der Radialrichtung (der Abdeckung 51) gerichtet ist. Die Hauptoberfläche der Dichtungsrippe 6 ist also nicht so ausgebildet, dass sie orthogonal zu der Achse A ist und ist in einer sich verjüngende Form ausgebildet, bei der sich der Durchmesser allmählich zu der stromabwärtigen Seite Da2 vergrößert. Mit anderen Worten ist die Dichtungsrippe 6 so geneigt, dass die Außenseite der Dichtungsrippe 6 sich in der Radialrichtung an der stromabwärtigen Seite der Innenseite in der Radialrichtung davon befindet.
• Angenommen, dass ein Winkel einer ersten Dichtungsrippe 6A hinsichtlich einer Ebene, die orthogonal zu der Achse A ist, β1 ist, ein Winkel der Leitoberfläche 55 hinsichtlich einer Ebene, die orthogonal zu der Achse A ist, α2 ist und ein Winkel der zweiten Dichtungsrippe 6B hinsichtlich einer Ebene, die orthogonal zu der Achse A ist, β2 ist, ist die Dichtungsstruktur 2B der vorliegenden Ausführungsform so ausgebildet, dass sie die folgenden Ausdrücke (2), (3) und (4) erfüllt. $$10°\le \mathrm{\beta 1}\le 25°$$

  

  $$10°\le \mathrm{\beta 2}\le 25°$$

  

  $$0°\le \mathrm{\alpha 2}\le \mathrm{\beta 2}+30°$$

  
• Gemäß der obigen Ausführungsform kann, da die Dichtungsrippe 6 geneigt ist, der Hauptwirbel MV2 problemloser bzw. nahtloser gebildet sein, wenn Dampf, der von dem kleinen Zwischenraum H1 zwischen der ersten Dichtungsrippe 6A und der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche 54A in die stromabwärtige Seite Da2 hineinströmt, mit der zweiten Dichtungsrippe 6B kollidiert. Folglich kann der Hauptwirbel MV2 verstärkt und zudem der Trennwirbel SV2 vergrößert sein.
• Zudem kann bei der Dichtungsstruktur 2B der vorliegenden Ausführungsform, obwohl ein gebogener Abschnitt 57 mit einer Bogenform, der nahtlos bzw. kontinuierlich die Hauptoberfläche der Dichtungsrippe 6 und den ringförmigen Vertiefungsabschnitt 13 verbindet, an dem Verbindungabschnitt zwischen der Dichtungsrippe 6 und dem ringförmigen Vertiefungsabschnitt 13 vorgesehen ist, die Dichtungsrippe 6 und der ringförmige Vertiefungsabschnitt 13 ohne Vorsehen eines gebogenen Abschnitts verbunden sein.
• Dritte Ausführungsform
• Im Folgenden wird eine Dichtungsstruktur 2C gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Zudem werden bei der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich Unterschiede von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform beschrieben und eine Beschreibung derselben Teile wird weggelassen.
• Wie in 7 dargestellt umfasst die Abdeckung 51 der Dichtungsstruktur 2C der vorliegenden Ausführungsform einen mittigen Stufenabschnitt 72, bei dem ein mittiger Abschnitt in der Axialrichtung Da vorsteht und in einer stufenartigen Form ausgebildet ist. Insbesondere weist eine Oberfläche der Abdeckung 51C an der Außenseite in der Radialrichtung eine Basisoberfläche bzw. Grundoberfläche 74 und eine mittige Stufenoberfläche 75 (eine mittige Umfangsoberfläche) auf, die zu der Außenseite in der Radialrichtung von der Basisoberfläche 74 vorsteht.
• Im Folgenden wird die Basisoberfläche 74 an der stromaufwärtigen Seite des mittigen Stufenabschnitts 72 als eine erste Basisoberfläche 74A bezeichnet und die Basisoberfläche 74 an einer stromabwärtige Seite des mittigen Stufenabschnitts 72 wird als eine zweite Basisoberfläche 74B bezeichnet.
• Drei Dichtrippen 7 sind in dem ringförmigen Vertiefungsabschnitt 13 vorgesehen und erstrecken sich in der Radialrichtung Dr zu der Abdeckung 51C. Jede der Dichtungsrippen 7 erstreckt sich zu der Abdeckung 51C von dem ringförmigen Vertiefungsabschnitt 13 zu der Innenseite in der Radialrichtung und erstreckt sich in der Umfangsrichtung.
• Insbesondere steht eine erste Dichtungsrippe 7A, die an der stromaufwärtigsten Seite angeordnet ist, zu der ersten Basisoberfläche 74A vor. Eine zweite Dichtungsrippe 7B, die an der stromabwärtigen Seite der ersten Dichtungsrippe 7A angeordnet ist, steht zu der mittigen Stufenoberfläche 75 vor. Die Dritte Dichtungsrippe 7C, die an der stromabwärtigen Seite der zweiten Dichtungsrippe 7B angeordnet ist, steht zu der zweiten Basisoberfläche 74B vor. Die zweite Dichtungsrippe 7B ist so ausgebildet, dass die Länge davon in der Radialrichtung Dr kürzer ist als die der ersten Dichtungsrippe 7A und der dritten Dichtungsrippe 7C.
• Ferner ist die Dichtungsrippe 7 zu der stromaufwärtigen Seite geneigt, während sie zu der Innenseite in der Radialrichtung (die Abdeckung 51) gerichtet ist. Die Dichtungsrippe 7 weist die Abdeckung 51C und den kleinen Zwischenraum H, der in der Radialrichtung Dr ausgebildet ist, auf.
• Mit anderen Worten ist die Dichtungsstruktur 2C, die vom Typ Stufen-Labyrinth-Dichtung ist, zwischen dem Partitionsplatten-Außenring 11 und der Abdeckung 51C der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen.
• Die erste Basisoberfläche 74A und die mittige Stufenoberfläche 75 sind durch eine nach vorne abgestuften Oberfläche bzw. eine Oberfläche mit einer nach vorne ragenden Stufe 73 verbunden. Die nach vorne abgestufte Oberfläche 73 ist der stromaufwärtigen Seite Da1 in der Axialrichtung Da zugewandt.
• Die mittige Stufenoberfläche 75 und die zweite Basisoberfläche 74B sind durch eine nach hinten abgestuften Oberfläche 76 verbunden. Die nach hinten abgestufte Oberfläche 76 ist der stromabwärtigen Seite Da2 in der Axialrichtung Da zugewandt.
• Die nach vorne abgestufte Oberfläche 73 weist eine Leitoberfläche 77 auf, die zu der stromabwärtigen Seite geneigt ist, während sie zu der Außenseite in der Radialrichtung (ringförmigen Vertiefungsabschnitt 13) gerichtet und mit der mittigen Stufenoberfläche 75 verbunden ist.
• Ein gebogener Abschnitt, der nahtlos bzw. kontinuierlich die nach vorne abgestufte Oberfläche 73 und die erste Basisoberfläche 74A verbindet, kann vorgesehen sein.
• Angenommen, dass ein Winkel der zweiten Dichtungsrippe 7B hinsichtlich einer Ebene, die orthogonal zu der Achse A ist, β3 ist, ein Winkel der Leitoberfläche 77 hinsichtlich einer Ebene, die orthogonal zu der Achse A ist, α3 ist und ein Winkel einer dritten Dichtungsrippe 7C hinsichtlich einer Ebene, die orthogonal zu der Achse A ist, β4 ist, ist die Dichtungsstruktur 2C der vorliegenden Ausführungsform so ausgebildet, dass die folgenden Ausdrücke (5), (6) und (7) erfüllt sind. $$10°\le \mathrm{\beta 3}\le 25°$$

  

  $$10°\le \mathrm{\beta 4}\le 25°$$

  

  $$0°<\mathrm{\alpha 3}\le \mathrm{\beta 3}+30°$$

  
• Wenn die Höhe der mittigen Stufenoberfläche 74 von der ersten Basisoberfläche 75A in der Radialrichtung Dr (der Vorpsrungswert des mittigen Stufenabschnitts 72 relativ zu der Basisoberfläche 74) S1 ist und der Abstand zwischen der mittigen Stufenoberfläche 75 und dem ringförmigen Vertiefungsabschnitt 13 in der Radialrichtung Dr (die Größe des Hohlraums in der Radialrichtung Dr, der zwischen der Abdeckung 51C und dem Partitionsplatten-Außenring 11 ausgebildet ist) D ist, ist die Dichtungsstruktur 2C so ausgebildet, dass sie den folgenden Ausdruck (8) erfüllt. $$\mathrm{1,5}\times \text{H1}\le \text{S1}\le \text{D}$$

  
• Mit anderen Worten ist der Abstand S 1 so eingestellt, dass er gleich oder größer ist als 1,5 mal der kleine Zwischenraum H1 ist und ist eingestellt, dass er gleich oder kleiner dem Abstand D ist.
• Als nächstes wird ein Betrieb der Dichtungsstruktur 2C gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
• Wie in 8 dargestellt wird, wenn der Dampf S, der in den Hohlraum C1 von dem kleinen Zwischenraum H1 zwischen der ersten Dichtungsrippe 7A und der ersten Basisoberfläche 74A hineinströmt, mit der nach vorne abgestuften Oberfläche 73 kollidiert, ein Hauptwirbel MV3 in dem Hohlraum C1 erzeugt.
• Gleichzeitig wird einen Teil der Strömung von dem Hauptwirbel MV3 an einer Ecke der Leitoberfläche 77 und der mittigen Stufenoberfläche 75 so abgetrennt bzw. separiert, dass ein Trennwirbel SV3 erzeugt ist. Ähnlich dem Trennwirbel SV1 der ersten Ausführungsform reduziert der Trennwirbel SV3 eine Leckageströmung, die in die stromabwärtige Seite Da2 durch den kleinen Zwischenraum H2 hineinströmt.
• Ferner kollidiert der Dampf S, der von dem kleinen Zwischenraum H2 in die stromabwärtige Seite der 2 hineinströmt, mit der dritten Dichtungsrippe 7C, sodass der Hauptwirbel MV4 in dem Hohlraum C2 erzeugt wird. Gleichzeitig wird ein Teil der Strömung von dem Hauptwirbel MV4 an der Ecke der mittigen Stufenoberfläche 75 und der nach hinten abgestuften Oberfläche 76 so abgetrennt bzw. separiert, dass ein Trennwirbel SV4 erzeugt ist.
• Entsprechend der obigen Ausführungsform ist die Leitoberfläche 77 der nach vorne abgestuften Oberfläche 73 so geneigt, dass der Trennwirbel SV3 ausgebildet ist um kleiner zu sein. Somit kann der Kontraktionseffekt, der durch den Trennwirbel SV3 verursacht wird, weiter verstärkt sein. Ferner kann durch Bilden des Hauptwirbels MV3 entlang der Dichtungsrippe 7 der Hauptwirbel MV3 verstärkt sein. Durch vergrößern des Hauptwirbel MV3 kann der Trennwirbel SV3 verstärkt sein.
• Ferner kann, da die Höhe S1 der mittigen Stufenoberfläche 75 von der ersten Basisoberfläche 74A eingestellt ist, um gleich oder größer zu sein als 1,5 mal die des kleinen Zwischenraums H1, der Dampf S, der durch den kleinen Zwischenraum H2 von dem kleinen Zwischenraum H1 strömt, reduziert sein. Ferner kann, da die Weite D des Hohlraums in der Radialrichtung Dr eingestellt ist, um gleich oder größer zu sein als die Höhe S1 der mittigen Stufenoberfläche 75 von der ersten Basisoberfläche 74A, der Hauptwirbel MV4, der in dem zweiten Hohlraum C2 zwischen der zweiten Dichtungsrippe 7B und der dritten Dichtungsrippe 7C ausgebildet ist, vergrößert sein. Somit kann der Druck an der stromabwärtigen Seite des kleinen Zwischenraums H2 vergrößert sein und die Menge des Dampf S, der durch den kleinen Zwischenraum H2 strömt kann verringert sein.
• Zudem ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsforme beschränkt und die vorliegende Erfindung umfasst eine Vielzahl von Modifikationen der oben beschriebenen Ausführungsform ohne den Geist der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Beispielsweise beschreibt die obige Ausführungsform den Fall, bei dem drei Dichtungsrippen vorgesehen sind und somit zwei Hohlräume ausgebildet sind. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt und die Anzahl der Dichtrippen und die entsprechenden Hohlräume können beliebig sein und können eins, drei oder vier oder mehr sein.
• Zudem ist bei der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei der Laufschaufel 50 und der Leitschaufel 40 der letzten Stufe angewendet, aber die vorliegende Erfindung kann bei der Laufschaufel 50 und der Leitschaufel 40 der anderen Stufen angewendet sein.
• Ferner beschreibt die obige Ausführungsform einen Fall, bei dem der Stufenabschnitt in der Abdeckung 51 ausgebildet ist und die Dichtungsrippe in dem Partitionsplatten-Außenring 11 vorgesehen ist. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt und die vorliegende Erfindung kann eine Ausgestaltung sein, bei der die Dichtungsrippe in der Abdeckung 51 vorgesehen ist und der Stufenabschnitt in dem Partitionsplatten-Außenring 11 vorgesehen ist.
• Ferner kann der Stufenabschnitt an einem Außenendabschnitt der Leitschaufel 40 ausgebildet sein und die Dichtungsrippe kann an der Drehwelle 30 vorgesehen sein. Ferner kann die Dichtungsrippe an dem Außenendabschnitt der Leitschaufel 40 vorgesehen sein und der Stufenabschnitt kann an der Drehwelle 30 ausgebildet sein.
• Zudem ist bei der obigen Ausführungsform die vorliegende Erfindung bei einer Kondensat Dampfturbine angewendet, jedoch kann die vorliegende Erfindung ebenfalls bei einem anderen Turbinentyp angewendet sein beispielsweise bei einer zweistufigen Dampfturbine, einer Extraktionsturbine einer Luftgemisch-Turbine und ähnlichem.
• Zudem ist bei der obigen Ausführungsform die vorliegende Erfindung bei einer Dampfturbine angewendet, jedoch kann die vorliegende Erfindung bei einer Gasturbine angewendet sein und darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung bei allem angewendet sein, das die drehenden Laufschaufeln aufweist.
• Ferner kann die Dichtungsstruktur bei einem Abschnitt angewendet sein, bei dem keine sich drehende Laufschaufel vorgesehen ist. Beispielsweise kann die Dichtungsstruktur der vorliegenden Erfindung bei einem Zwischenraum bzw. Zwischenraum zwischen einem Gehäuse und einer sich drehenden Welle angewendet sein.
• Industrielle Anwendbarkeit
• Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Anordnen der nach hinten abgestuften Oberfläche an der stromaufwärtigen Seite der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe, der Trennwirbel an der stromaufwärtigen Seite der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe gebildet werden. Da dieser Trennwirbel eine Strömung mit einem Geschwindigkeitsvektor zu einer Oberflächenseite an der stromaufwärtigen Seite der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe bewirkt, kann ein Kontraktionseffekt dargestellt sein, der die Leckageströmung durch den kleinen Zwischenraum reduziert.
• Die nach hinten abgestufte Oberfläche weist die Leitoberfläche auf, so dass ein Trennwirbel, der zwischen der stromabwärtsseitigen Rippe und der nach hinten abgestuften Oberfläche gebildet ist, verstärkt sein kann. Somit kann der Kontraktionseffekt des durch den kleinen Zwischenraum strömenden Fluids, der durch den Trennwirbel bewirkt wird, verstärkt und die Strömungsrate des ausgetretenen Fluids weiter reduziert sein.
• Bezugszeichenliste

1:

Dampfturbine

2a, 2b, 2c:

Dichtungsstruktur

5, 6, 7:

Dichtungsrippe

5A, 6A, 7A:

erste Dichtungsrippe

5B, 6B, 7B:

zweite Dichtungsrippe

5C, 6C, 7C:

dritte Dichtungsrippe

10:

Gehäuse

11:

Partitionsplatten-Außenring

12:

Ringnut bzw. ringförmige Nut

13:

ringförmiger Vertiefungsabschnitt

14:

gehäuseseitiger Randabschnitt

20:

Dampfzufuhrleitung bzw. -rohr

21:

Hauptströmungseinlass

22:

Dampfaustragleitung bzw. -rohr

30:

Drehwelle bzw. Rotationswelle

31:

Drehwellenkörper

40:

Leitschaufel bzw. feststehende Schaufel

50:

Laufschaufel bzw. sich drehende Schaufel

51:

Abdeckung

52:

Stufenabschnitt

52A:

erster Stufenabschnitt

52B:

zweiter Stufenabschnitt

52C:

dritter Stufenabschnitt

53:

nach hinten abgestufte Oberfläche

54:

Außenumfangsoberfläche

54A:

stromaufwärtsseitige Umfangsoberfläche

54B:

stromabwärtsseitige Umfangsoberfläche

55:

Leitoberfläche

56:

gebogener Abschnitt bzw. Bogenabschnitt

57:

gebogener Rippenbogenabschnitt

60:

Lagerabschnitt

61:

Querlagervorrichtung

62:

Axiallagervorrichtung

72:

mittiger Stufenabschnitt

73:

nach vorne abgestufte Oberfläche

74:

Basisoberfläche bzw. Grundoberfläche

75:

mittige Stufenoberfläche

76:

nach hinten abgestufte Oberfläche

A:

Achse

C:

Hohlraum

Da:

Axialrichtung

Dr:

Radialrichtung

H:

kleiner Zwischenraum

S:

Dampf

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• JP 2016030236 [0002]
• JP 2011080452 [0009]

Claims (5)

1. Eine Drehmaschine umfassend: einen stationären Körper mit einer stationärseitigen Umfangsoberfläche, die sich in einer Umfangsrichtung einer Achse erstreckt, und einen Rotationskörper, der um die Achse herum rotiert und eine rotationsseitige Umfangsoberfläche aufweist, die der stationärseitigen Umfangsoberfläche zugewandt ist, wobei eine Oberfläche, die die stationärseitige Umfangsoberfläche oder die rotationsseitige Umfangsoberfläche ist aufweisend: eine stromaufwärtsseitige Umfangsoberfläche, die sich in einer Axialrichtung erstreckt, eine stromabwärtsseitige Umfangsoberfläche, die sich an einer stromabwärtigen Seite eines Fluids an der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche befindet und sich in der Axialrichtung erstreckt und sich von der anderen Oberfläche, die die stationärseitige Umfangsoberfläche oder die rotationsseitige Umfangsoberfläche ist, hinsichtlich der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche zurückzieht bzw. zurückgeht, eine nach hinten abgestuften Oberfläche, die die stromaufwärtsseitige Umfangsoberfläche und die stromabwärtsseitige Umfangsoberfläche verbindet und der stromabwärtigen Seite zugewandt ist, eine stromaufwärtsseitige Dichtrippe, die sich von der anderen Oberfläche zu der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche erstreckt und einen kleinen Zwischenraum bzw. Spalt zwischen der stromaufwärtsseitigen Dichtungsrippe und der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche bildet, und eine stromabwärtsseitige Dichtrippe, die sich von der anderen Oberfläche zu der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche erstreckt und einen kleinen Zwischenraum bzw. Spalt zwischen der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe und der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche bildet, und wobei eine Leitoberfläche, die sich zu der stromabwärtigen Seite erstreckt, während sie zu der anderen Oberfläche gerichtet ist und mit der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche verbunden ist.
2. Die Drehmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die stromaufwärtsseitige Dichtungsrippe und die stromabwärtsseitige Dichtungsrippe zu der stromaufwärtigen Seite geneigt sind, während sie zu der einen Oberflächenseite gerichtet sind.
3. Die Drehmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: einen gebogenen Abschnitt zum kontinuierlichen bzw. nahtlosen Verbinden der nach hinten abgestuften Oberfläche und der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche.
4. Die Drehmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: einen gebogenen Rippenabschnitt, der kontinuierlich bzw. nahtlos die stromaufwärtsseitige Dichtrippe, die stromabwärtsseitige Dichtungsrippe und die andere Oberfläche verbindet.
5. Eine Drehmaschine umfassend: einen stationären Körper, der eine stationärseitige Umfangsoberfläche aufweist, die sich in einer Umfangsrichtung einer Achse erstreckt, und einen Rotationskörper, der um die Achse herum rotiert und eine rotationsseitige Umfangsoberfläche aufweist, die der stationärseitigen Umfangsoberfläche zugewandt ist, wobei eine Oberfläche, die die stationärseitige Umfangsoberfläche oder die rotationsseitige Umfangsoberfläche ist, aufweisend: eine stromaufwärtsseitige Umfangsoberfläche, die sich in einer Axialrichtung erstreckt, eine mittige Umfangsoberfläche, die sich an einer stromabwärtigen Seite des Arbeitsfluids an der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche befindet und sich in der Axialrichtung erstreckt und die zu der anderen der stationärseitigen Umfangsoberfläche oder der rotationsseitigen Umfangsoberfläche im Vergleich zu der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche vorsteht, eine stromabwärtsseitige Umfangsoberfläche, die sich an der stromabwärtigen Seite der mittigen Umfangsoberfläche befindet und sich in der Axialrichtung erstreckt und sich von der anderen Oberfläche im Vergleich zu der mittigen Umfangsoberfläche zurückzieht bzw. zurückgeht, und eine nach vorne abgestufte Oberfläche, die die stromaufwärtige Umfangsoberfläche und die mittige Umfangsoberfläche verbindet und der stromaufwärtigen Seite zugewandt ist, wobei eine stromaufwärtsseitige Dichtrippe, die sich von der anderen Oberfläche zu der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche erstreckt und einen kleinen Zwischenraum bzw. Spalt zwischen der stromaufwärtsseitigen Dichtungsrippe und der stromaufwärtsseitigen Umfangsoberfläche bildet, eine mittige Dichtrippe, die sich von der anderen Oberfläche zu der mittigen Umfangsoberfläche erstreckt und einen kleinen Zwischenraum bzw. Spalt zwischen der mittigen Dichtungsrippe und der mittigen Umfangsoberfläche bildet, und eine stromabwärtsseitige Dichtrippe, die sich von der anderen Oberfläche zu der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche erstreckt und einen kleinen Zwischenraum bzw. Spalt zwischen der stromabwärtsseitigen Dichtungsrippe und der stromabwärtsseitigen Umfangsoberfläche bildet, wobei die nach vorne abgestufte Oberfläche eine Leitoberfläche aufweist, die zu der stromabwärtigen Seite geneigt ist, während sie zu der anderen Oberfläche gerichtet ist und mit der mittigen Umfangsoberfläche verbunden ist, und die stromaufwärtsseitige Dichtrippe, die mittige Dichtungsrippe und die stromabwärtsseitige Dichtungsrippe zu der stromaufwärtigen Seite geneigt sind, während sie zu der anderen Oberfläche gerichtet sind.

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