DE112017001043T5

DE112017001043T5 - Dichtstruktur und Strömungsmaschine

Info

Publication number: DE112017001043T5
Application number: DE112017001043.8T
Authority: DE
Inventors: Kazuyuki Matsumoto; Kenichi Fujikawa
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2017-02-24
Publication date: 2018-12-20
Also published as: JP6712873B2; KR102110066B1; CN108699915A; KR20180107176A; WO2017150365A1; US10669876B2; US20190048735A1; JP2017155625A; CN108699915B

Abstract

Eine Dichtungsstruktur und eine Strömungsmaschine, die in der Lage sind, instabile Vibrationen effektiv zu unterdrücken, werden vorgesehen.
Eine Dichtungsstruktur, die zum Unterdrücken einer Leckströmung (SL) eines Arbeitsfluids von einem Spalt (Gd) zwischen einer rotierenden Struktur (4) und einer stationären Struktur (10) dient, wobei die rotierende Struktur (4) so gestaltet ist, dass sie in einer vorgeschriebenen Richtung um eine axiale Mittellinie (CL) rotiert, wobei die stationäre Struktur (10) einem äußeren Umfang der rotierenden Struktur (4) in einer radialer Richtung (R) mit dem Spalt dazwischen zugewandt ist, wobei die stationäre Struktur (10) eine Kavität (12) aufweist, in der die rotierende Struktur untergebracht ist, eine innere Umfangsfläche (13) der Kavität (12) mit einer Dichtungsrippe (6), die sich in Richtung der axialen Mittellinie (CL) erstreckt, und einer Vielzahl von stationärseitigen Vertiefungen (14) versehen ist, die entlang einer Strömungsrichtung der Leckströmung (SL) angeordnet sind, und im Vergleich zu einer ersten stationärseitigen Vertiefung (14A), die an einer am weitesten stromaufwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung angeordnet ist, eine zweite stationärseitige Vertiefung (14B), die an einer unmittelbar stromabwärtigen Seite der ersten stationärseitigen Vertiefung in der Strömungsrichtung angeordnet ist, so eingestellt ist, dass sie eine kleinere Tiefenabmessung aufweist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsstruktur, die eine Leckage eines Arbeitsfluids zwischen zwei relativ zueinander rotierenden Strukturen unterdrücken kann, und eine Strömungsmaschine, die diese verwendet, wobei diese geeignet sind, instabile Vibrationen zu unterdrücken.
Stand der Technik
Wenn in einer Strömungsmaschine, wie beispielsweise einer Dampfturbine, einer Gasturbine und einem Turbokompressor, ein Arbeitsfluid, wie beispielsweise Dampf, durch einen zwischen einer stationären Struktur und einer rotierenden Struktur ausgebildeten Spalt austritt, verursacht das Austreten des Arbeitsfluids ein Wirkungsgradverlust (Leckverlust) in der Turbine. Daher wird, um das Austreten des Arbeitsfluids in der Strömungsmaschine zu verhindern, eine Dichtungsstruktur durch Vorsehen von Dichtungsrippen in dem Spalt gebildet (siehe zum Beispiel Patentliteratur 1).
Ferner können in der Strömungsmaschine niederfrequente Schwingungen, die als instabile Vibrationen angesehen werden, auftreten. Wenn instabile Vibrationen auftreten, ist es wahrscheinlich, dass eine Fehlfunktion auftritt, und daher ist es erforderlich, dass die Strömungsmaschine gestoppt wird. Eine Dichtungsanregungskraft wird als einer der Hauptfaktoren angesehen, die die instabilen Vibrationen verursachen. Betreffend die Mikrovibrationen der rotierenden Struktur, die aus bestimmten Gründen auftreten, wirkt die Dichtungsanregungskraft an der rotierenden Struktur, um das Wirbeln der rotierenden Struktur zu fördern, und verursacht die instabilen Vibrationen.
Um die Dichtungsanregungskraft im Detail zu beschreiben, strömt das durch den Dichtungsabschnitt (Bereich, wo die Dichtungsrippe vorgesehen ist) strömende Arbeitsfluid nicht nur mit einer axialen (Strömungsrichtung) Geschwindigkeitskomponente, sondern auch mit einer Umfangsgeschwindigkeitskomponente (nachfolgend wird eine Strömung in einer Umfangsrichtung als „Drallströmung“ bezeichnet), und die Dichtungsanregungskraft wird durch die Drallströmung erzeugt.
Mit anderen Worten, wenn die rotierende Struktur in einer radialen Richtung infinitesimal verschoben (exzentrisch) ist, werden ein Abschnitt, wo ein Strömungskanal zwischen der rotierenden Struktur und der Dichtungsrippe verschmälert ist, um einen statischen Druck zu erhöhen, und ein Abschnitt, wo der Strömungskanal erweitert ist, um den erzeugten statischen Druck zu verringern, ausgebildet und eine Phasendifferenz tritt in einer statischen Druckverteilung zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite der Dichtungsrippe aufgrund der Drallströmung des ausgetretenen Arbeitsfluids auf. Demzufolge wirkt die Kraft, die aufgrund der Ungleichförmigkeit des statischen Drucks erzeugt wird, auf einen rotierenden Körper, um die Dichtungsanregungskraft zu erzeugen.
Als eine Technologie zum Unterdrücken der instabilen Vibrationen der Turbine existiert eine Technologie, die in Patentliteratur 2 offenbart ist. Nachstehend wird die in Patentliteratur 2 offenbarte Technologie beschrieben. In der Beschreibung sind zur Bezugnahme Referenznummern, die in Patentliteratur 2 verwendet werden, in Klammern dargestellt.
In der in Patentliteratur 2 offenbarten Technologie ist eine Vielzahl von Dichtungsrippen (42) entlang einer Rotoraxialmittellinienrichtung (L) so vorgesehen, dass sie einem Deckbändern (12) gegenüberliegen, die an den Spitzen der Rotorschaufeln (11) vorgesehen ist, und Dichtungsringe (41), an denen die Dichtungsrippen (42) angebracht sind, sind mit Nutabschnitten (43) versehen, die zwischen jeder der Dichtungsrippen (42) die gleiche Tiefe (D2) aufweisen. Die Tiefe (D2) der Nutabschnitte (43) ist so eingestellt, dass die Nutabschnitte (43) die Festigkeit zum Tragen der Dichtungsrippen (42) nicht zu verringern. Patentliteratur 2 erklärt, dass es durch Vorsehen der Nutabschnitte (43) möglich ist, einen Raum zwischen den Dichtungsrippen (42) im Vergleich zu dem Fall der herkömmlichen Dichtungsstruktur ohne die Nutabschnitte in der Dampfturbine wesentlich zu vergrößern und ein Auftreten von Dampfwirbeln (instabilen Vibrationen) unterdrücken (siehe Absätze [0025] bis [0028], 4 und dergleichen).
Zitationsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2011-208602 A
Patentliteratur 2: JP 2013-076341 A

Darstellung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der in Patentliteratur 2 offenbarten Technologie ist jedoch die Tiefe (D2) der Nutabschnitte (43) dahingehend beschränkt, dass die Nutabschnitte (43) die Festigkeit zum Tragen der Dichtungsrippen (42) nicht verringern. Aus diesem Grund ist der Bereich, in dem der Raum zwischen den Dichtungsrippen 42 wesentlich vergrößert werden kann, und der Effekt des Unterdrückens des Auftretens der instabilen Vibrationen ebenfalls begrenzt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Probleme getätigt, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsstruktur und eine Strömungsmaschine vorzusehen, die in der Lage sind, instabile Vibrationen effektiv zu unterdrücken.
Lösung des Problems

(1) Um die obige Aufgabe zu erzielen, dient eine Dichtungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung dazu, eine Leckströmung eines Arbeitsfluids von einem Spalt zwischen einer rotierenden Struktur und einer stationären Struktur, wobei die rotierende Struktur so gestaltet ist, dass sie in einer vorgeschriebenen Richtung um eine axiale Mittellinie rotiert, wobei die stationäre Struktur einem äußeren Umfang der rotierenden Struktur in einer radialer Richtung mit dem Spalt dazwischen zugewandt ist, wobei die stationäre Struktur eine Kavität aufweist, in der die rotierende Struktur untergebracht ist, eine innere Umfangsfläche der Kavität mit einer Dichtungsrippe, die sich in Richtung der axialen Mittellinie erstreckt, und einer Vielzahl von stationärseitigen Vertiefungen versehen ist, die entlang einer Strömungsrichtung der Leckströmung angeordnet sind, und im Vergleich zu einer ersten stationärseitigen Vertiefung, die an einer am weitesten stromaufwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung angeordnet ist, eine zweite stationärseitige Vertiefung, die an einer unmittelbar stromabwärtigen Seite der ersten stationärseitigen Vertiefung in der Strömungsrichtung angeordnet ist, so eingestellt ist, dass sie eine kleinere Tiefenabmessung aufweist.
(2) Es ist bevorzugt, dass die stationäre Struktur ein Turbinengehäuse ist, die rotierende Struktur eine Vielzahl von Deckbändern ist, die entlang einer axialen Richtung vorgesehen sind und an Spitzen von Rotorschaufeln angebracht sind, und die Dichtungsrippen so angeordnet sind, dass sie den Deckbändern in der radialen Richtung zugewandt sind.
(3) Es ist bevorzugt, dass drei oder mehr stationärseitige Vertiefungen entlang der Strömungsrichtung vorgesehen sind, und die Tiefenabmessungen so eingestellt sind, dass sie in Richtung der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung kleiner sind.
(4) Es ist bevorzugt, dass eine Vielzahl von Dichtungsrippen entlang der Strömungsrichtung vorgesehen ist, und die erste stationärseitige Vertiefung zwischen einer ersten Dichtungsrippe, die an einer am weitesten stromaufwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung angeordnet ist, und einer zweiten Dichtungsrippe vorgesehen ist, die an einer unmittelbar stromabwärtigen Seite der ersten Dichtungsrippe in der Strömungsrichtung angeordnet ist.
(5) Es ist bevorzugt, dass die Tiefenabmessung der ersten stationärseitigen Vertiefung so eingestellt ist, dass sie größer als das Doppelte eines Abstands zwischen der ersten Dichtungsrippe und der zweiten Dichtungsrippe ist.
(6) Es ist bevorzugt, dass die Abstände zwischen den Dichtungsrippen so eingestellt sind, dass sie einander gleich sind.
(7) Es ist bevorzugt, dass zumindest eine der Dichtungsrippen an einem vorgeschriebenen Abstand in einer axialen Richtung von der benachbarten stationärseitigen Vertiefung vorgesehen ist.
(8) Es ist bevorzugt, dass zumindest eine der ersten stationärseitigen Vertiefung und der zweiten stationärseitigen Vertiefung sich in der radialen Richtung erstreckt.
(9) Es ist bevorzugt, dass zumindest eine der stationärseitigen Vertiefungen mit einer axialen Vertiefung, die sich in einer axialen Richtung erstreckt, fortlaufend verbunden ist.
(10) Es ist bevorzugt, dass die stationärseitige Vertiefung zwischen den Dichtungsrippen vorgesehen ist, und eine Gesamtabmessung der stationärseitigen Vertiefung und der axialen Vertiefung als eine Abmessung in der axialen Richtung so eingestellt ist, dass sie größer als ein Abstand zwischen den Dichtungsrippen ist.
(11) Es ist bevorzugt, dass eine rotationsseitige Vertiefung in der rotierenden Struktur vorgesehen ist, so dass sie der stationärseitigen Vertiefung zugewandt ist, und als die rotationsseitige Vertiefung zumindest eine von einer ersten rotationsseitigen Vertiefung, die der ersten stationärseitigen Vertiefung zugewandt ist, und einer zweiten rotationsseitigen Vertiefung, die der zweiten stationärseitigen Vertiefung zugewandt ist, vorgesehen ist.
(12) Es ist bevorzugt, dass die rotierende Struktur mit der ersten rotationsseitigen Vertiefung und der zweiten rotationsseitigen Vertiefung versehen ist, und ein Abstand zwischen einer Bodenfläche der zweiten stationärseitigen Vertiefung und einer Bodenfläche der zweiten rotationsseitigen Vertiefung so eingestellt ist, dass er kürzer ist als ein Abstand zwischen einer Bodenfläche der ersten stationärseitigen Vertiefung und einer Bodenfläche der ersten rotationsseitigen Vertiefung.
(13) Um die obige Aufgabe zu erzielen, weist eine Strömungsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung auf: eine rotierende Struktur, die so gestaltet ist, dass sie sich in einer vorgeschriebenen Richtung um eine axiale Mittellinie dreht; eine stationäre Struktur, die einem äußeren Umfang der rotierenden Struktur in einer radialen Richtung mit einem Spalt dazwischen zugewandt ist; und die Dichtungsstruktur gemäß einem aus (1) bis (12).
(14) Es ist bevorzugt, dass als die rotierende Struktur eine Vielzahl von Deckbändern in der axialen Richtung vorgesehen ist, und als die stationäre Struktur ein Turbinengehäuse vorgesehen ist, das die Vielzahl von Deckbändern umgibt, und die Strömungsmaschine eine Turbine ist, bei der die Dichtungsstruktur an zumindest einem Deckband aus der Vielzahl von Deckbändern angebracht ist.
(15) Es ist bevorzugt, dass das zumindest eine Deckband am nächsten zu einem Einlass des Arbeitsfluids angeordnet ist.
(16) Es ist bevorzugt, dass das zumindest eine Deckband an einer Mitte in einer axialen Richtung angeordnet ist.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung
In der vorliegenden Erfindung ist die innere Umfangsfläche der Kavität der stationären Struktur, in der die rotierende Struktur und die Dichtungsrippe untergebracht sind, als die stationärseitige Vertiefung zum Verringern der Ungleichförmigkeit des statischen Drucks mit der ersten stationärseitigen Vertiefung und der zweiten stationärseitigen Vertiefung in Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite versehen, und die Tiefenabmessung der zweiten stationärseitigen Vertiefung ist so eingestellt, dass sie kleiner als die der ersten stationärseitigen Vertiefung ist.
Anstatt die Tiefenabmessungen der ersten stationärseitigen Vertiefung und der zweiten stationärseitigen Vertiefung so einzustellen, dass sie gleich sind, wird dadurch, dass die Tiefenabmessung der zweiten stationärseitigen Vertiefung, die an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, wo die Ungleichförmigkeit geringer ist, so eingestellt ist, dass sie kleiner ist, die Verringerung der Festigkeit der stationären Struktur unterdrückt, und somit ist es möglich, die Tiefenabmessung der ersten stationärseitigen Vertiefung, die an der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, wo die Ungleichförmigkeit hoch ist, so einzustellen, dass sie groß ist, während die Festigkeit der stationären Struktur sichergestellt wird.
Daher ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die instabilen Vibrationen effektiv zu unterdrücken, während die Abnahme in der Festigkeit der stationären Struktur aufgrund des Vorhandenseins der Vertiefungen unterdrückt wird.
Figurenliste

1 ist eine schematische Längsschnittansicht, die die Gesamtkonfiguration einer Dampfturbine gemäß jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Konfiguration einer Dichtungsstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang einer radialen Richtung.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Konfiguration einer Dichtungsstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang einer radialen Richtung.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Konfiguration einer Dichtungsstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entlang einer radialen Richtung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem eine Dichtungsstruktur und eine Strömungsmaschine der vorliegenden Erfindung an einer Dampfturbine angewendet werden.
Es sei angemerkt, dass jede der folgenden Ausführungsformen lediglich ein Beispiel ist und es nicht beabsichtigt ist, Anwendungen verschiedener Modifikationen und Technologien auszuschließen, die nicht explizit in jeder der folgenden Ausführungsformen beschrieben sind. Jede Konfiguration von jeder der folgenden Ausführungsformen kann, ohne von ihrem Zweck abzuweichen, verschiedenartig modifiziert werden, optional geeignet ausgewählt werden, oder geeignet kombiniert werden.
In der folgenden Beschreibung bedeuten die Begriffe „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ jeweils stromaufwärts und stromabwärts in Bezug auf eine Strömungskomponente in einer axialen Richtung A eines Leckdampfes SL, sofern nicht anders angegeben. Das heißt, die linke Seite in den 1 bis 4 ist als eine stromaufwärtige Seite definiert, und die rechte Seite ist als eine stromabwärtige Seite definiert.
Ferner ist eine Richtung zu einer axialen Mittellinie des Rotors (im Folgenden auch als „axiale Mittellinie“ bezeichnet) CL einer Dampfturbine als eine innere Umfangsseite oder eine innere Seite definiert und eine dazu entgegengesetzte Seite, d.h. eine Richtung, die von der axialen Mittellinie CL wegführt, wird als eine äußere Umfangsseite oder eine äußere Seite beschrieben.
In der folgenden Beschreibung bedeutet eine periphere Richtung eine Umfangsrichtung, die an der axialen Mittellinie CL zentriert ist, sofern nicht anders angegeben.
[Erste Ausführungsform]
[Gesamtkonfiguration der Dampfturbine]
Eine Dampfturbine 1 einer ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Wie in 1 dargestellt ist, ist die Dampfturbine 1 der ersten Ausführungsform so gestaltet, dass sie aufweist: ein Turbinengehäuse (stationäre Struktur, im Folgenden auch als „Gehäuse“ bezeichnet) 10; eine Rotorwelle 30, die drehbar im Inneren des Gehäuses 10 installiert ist und Energie zu nicht dargestellten Maschinen, wie beispielsweise einem Generator überträgt; Statorschaufeln 60, die an dem Gehäuse 10 vorgesehen sind; Rotorschaufeln 50, die an der Rotorwelle 30 vorgesehenen sind; und eine Lagereinheit 70, die die Rotorwelle 30 drehbar um eine axiale Mittellinie CL lagert. Die Statorschaufel 60 und die Rotorschaufel 50 sind Schaufeln, die sich in einer radialen Richtung R der Rotorwelle 30 erstrecken.
Das Gehäuse 10 ist stationär, wohingegen die Rotorschaufeln 50 um die axiale Mittellinie CL rotieren. Das heißt, das Gehäuse 10 und die Rotorschaufeln 50 (einschließlich der Deckbänder 4, die unten beschrieben werden) drehen sich relativ zueinander.
Ein Innenraum des Gehäuses 10 ist hermetisch abgedichtet und bildet einen Strömungskanal für Dampf (Fluid) S. Der Dampf S wird von einem Hauptströmungseinlass 21, der in dem Gehäuse 10 ausgebildet ist, durch ein mit einer Dampfzufuhrquelle (nicht dargestellt) verbundenem Dampfzufuhrrohr 20 eingeleitet, und wird von einer Dampfauslassleitung 22 abgegeben, die mit einer stromabwärtigen Seite der Dampfturbine 1 verbunden ist.
Ferner sind ringförmige Partitionsplattenaußenringe 11 fest an einer Innenwandfläche des Gehäuses 10 befestigt.
Die Lagereinheit 70 weist eine Radiallagervorrichtung 71 und Axiallagervorrichtungen 72 auf und lagert die Rotorwelle 30 drehbar.
Die Statorschaufeln 60 erstrecken sich von dem Gehäuse 10 zu einer inneren Umfangsseite und sind radial so angeordnet, dass sie die Rotorwelle 30 umgeben, wodurch ringförmige Statorschaufelgruppen gebildet werden und jede der Statorschaufeln 60 durch die oben beschriebenen Partitionsplattenaußenringe 11 gehalten wird.
Die ringförmigen Statorschaufelgruppen, die durch die Vielzahl von Statorschaufeln 60 gebildet sind, sind in Intervallen in der axialen Richtung A der Rotorwelle 30 ausgebildet und wandeln Druckenergie des Dampfes S in Geschwindigkeitsenergie um, um den Dampf S in die Rotorschaufeln 50 einzuleiten, die benachbart zu einer stromabwärtigen Seite davon sind.
Die Rotorschaufeln 50 sind fest an Scheiben 32 angebracht, die an einem äußeren Umfangsteil eines Rotorwellenkörpers 31 der Rotorwelle 30 ausgebildet sind, und sind radial an den stromabwärtigen Seiten der jeweiligen ringförmigen Statorschaufelgruppen angeordnet, wodurch sie ringförmigen Rotorschaufelgruppen bilden.
Die ringförmigen Statorschaufelgruppen und die ringförmigen Rotorschaufelgruppen sind in einer ein-Satz-eine-Stufe-Form ausgebildet. Spitzenteile der Vielzahl von Rotorschaufeln 50, die jede Rotorschaufelgruppe bilden, sind durch ein ringförmiges Deckband (rotierende Struktur) 4 verbunden.
[Dichtungsstruktur]
Die Dichtungsstruktur der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Wie in 2 dargestellt ist, sind von den inneren Umfangsflächen der Partitionsplattenaußenringe 11 vertiefte Kavitäten 12 zwischen jedem der Vielzahl von Partitionsplattenaußenringen 11 ausgebildet. Die Kavität 12 ist ein ringförmiger Raum, der an der axialen Mittellinie CL zentriert ist und weist eine Bodenfläche auf, die durch die innere Umfangsfläche 13 (nachfolgend auch als „Kavitätbodenfläche“ bezeichnet) des Gehäuses 10 definiert ist.
Die Kavität 12 nimmt das Deckband 4 auf, und die Kavitätbodenfläche 13 ist dem Deckband 4 in der radialen Richtung R über einen Spalt Gd zugewandt.
Der größte Teil SM des Dampfes S wird in die Rotorschaufeln 50 eingeleitet und die Energie des Dampfes S wird in Rotationsenergie umgewandelt, so dass die Rotorwelle 30 gedreht wird. Andererseits tritt eine Strömung (Leckströmung, im Folgenden auch als „Leckdampf“ bezeichnet) SL eines Teils (beispielsweise etwa einige %) des Dampfs S in den Spalt Gd ein, ohne in die Rotorschaufeln 50 eingeleitet zu werden. Da die Energie des Leckdampfes SL nicht in die Rotationsenergie umgewandelt wird, bewirkt der Leckdampf SL einen Leckverlust, der den Wirkungsgrad der Dampfturbine 1 verringert.
In Anbetracht dessen ist in jedem der Spalte Gd zwischen dem Gehäuse 10 und den Deckbändern 4 die Dichtungsstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Mit anderen Worten ist jede der Dichtungsstrukturen 2 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für jedes Deckband 4 vorgesehen.
Im Folgenden wird die Dichtungsstruktur 2 beschrieben.
Das Deckband 4 weist eine ringförmige Form auf, wie oben beschrieben und hat eine konstante rechteckige transversale Querschnittsform, die, wie in 2 dargestellt ist, in der axialen Richtung A über den gesamten Umfang langgestreckt ist.
Dichtungsrippen 6A, 6B und 6C (nicht in 1 dargestellt), die sich zu der inneren Umfangsseite in Richtung des Deckbands 4 erstrecken, sind an der Kavitätbodenfläche 13 vorgesehen. Diese Dichtungsrippen 6A, 6B und 6C sind so eingestellt, dass sie die gleiche Form haben, und sind in einer ringförmigen Form an der axialen Mittellinie CL zentriert, und weisen eine konstante rechteckige transversale Querschnittsform auf, die in der radialen Richtung R über den gesamten Umfang verlängert ist, wie in 2 dargestellt ist.
Ferner sind die Dichtungsrippen 6A, 6B und 6C in vorgeschriebenen Abständen B1 und B2 entlang der axialen Richtung A angeordnet, und in der ersten Ausführungsform sind der Abstand B1 zwischen der Dichtungsrippe 6A und der Dichtungsrippe 6B und der Abstand B2 zwischen der Dichtungsrippe 6B und der Dichtungsrippe 6C so eingestellt, dass sie die gleichen Abmessungen haben (B1 = B2). Das heißt, die Dichtungsrippen 6A, 6B und 6C sind in gleichen Abständen angeordnet.
Die hierin beschriebenen Abstände B1 und B2 beziehen sich auf gegenseitige Abstände der Mittellinien in einer Dickenrichtung (mit anderen Worten, der axialen Richtung A) der Dichtungsrippen 6A, 6B und 6C.
Wenn nachfolgend die Dichtungsrippen 6A, 6B und 6C nicht voneinander unterschieden werden, wird jede von ihnen als eine Dichtungsrippe 6 bezeichnet.
Es sei angemerkt, dass die Dichtungsrippen 6A, 6B und 6C nicht zwangsweise die gleiche Form aufweisen und unterschiedliche Formen aufweisen können.
An der Kavitätbodenfläche 13 sind Gehäusevertiefungen (nachfolgend auch als „Vertiefung“ oder „radiale Vertiefung“ bezeichnet) 14A und 14B, die sich in der radialen Richtung R in Richtung der äußeren Umfangsseite erstrecken, zwischen jeder der Dichtungsrippen 6A, 6B und 6C vorgesehen. Wenn im Folgenden die Vertiefungen 14A und 14B nicht voneinander unterschieden werden, wird jede von ihnen als eine Vertiefung 14 bezeichnet. In der ersten Ausführungsform ist die Vertiefung 14 eine ringförmige Vertiefung, die über den gesamten Umfang der Kavitätbodenfläche 13 ausgebildet ist und an der axialen Mittellinie CL zentriert ist, und die durch ringförmige Seitenflächen 14a und 14b, die einander zugewandt sind und Breiten in der radialen Richtung R aufweisen, und eine ringförmige Bodenfläche 14c, die äußere Umfangskanten der Seitenflächen 14a 14b miteinander verbindet und eine Breite in der axialen Richtung A aufweist, definiert ist.
Die Vertiefung 14 ist so eingestellt, dass sie flacher ist, wenn sie zur stromabwärtigen Seite hin verläuft, und eine Tiefenabmessung L2 der Vertiefung 14B an der stromabwärtigen Seite ist so eingestellt, dass sie kleiner (flacher) als eine Tiefenabmessung L1 der Vertiefung 14A an der stromaufwärtigen Seite (L2 <L1) ist.
Hier sind die Kavitätbodenfläche 13 und die Bodenflächen 14c, die die jeweiligen Vertiefungen 14A und 14B definieren, Umfangsflächen, die an der axialen Mittellinie CL zentriert sind, und die Tiefen L1 und L2 der Vertiefungen 14A und 14B entsprechen Abständen in der radialen Richtung R zwischen der Kavitätbodenfläche 13 und der Bodenflächen 14c.
Zusätzlich ist jede Vertiefung 14 an einem vorgeschriebenen Abstand ΔB (ΔB > 0) bezüglich der benachbarten Dichtungsrippen 6 in der axialen Richtung A ausgebildet.
[Auswirkung und Wirkung]
Die Auswirkung und Wirkung der Dichtungsstruktur 2 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Wie in dem Abschnitt „Technisches Problem“ beschrieben, kann die statische Druckverteilung um die Kavitätbodenfläche 13 und das Deckband 4 in Bezug auf die Umfangsrichtung ungleichmäßig werden. Da jedoch die Vertiefungen 14A und 14B an der Kavitätbodenfläche 13 vorgesehen sind, ist der Spalt Gd wesentlich vergrößert, so dass es möglich ist, Schwankungen in der statischen Druckverteilung in der Umfangsrichtung zu verringern. Mit anderen Worten weisen die Vertiefungen 14A und 14B eine Funktion als Absorber auf (nachfolgend als „Absorberfunktion“ bezeichnet), der die Ungleichförmigkeit (Ungleichmäßigkeit) der statischen Druckverteilung verringert.
Ferner tendiert die Ungleichförmigkeit der statischen Druckverteilung dazu, in Richtung der stromaufwärtigen Seite größer und in Richtung der stromabwärtigen Seite kleiner zu sein. Daher ist in der Dichtungsstruktur 2 an der stromaufwärtigen Seite, wo die Ungleichförmigkeit der statischen Druckverteilung relativ groß ist, die Vertiefung 14A mit relativ großer Tiefenabmessung und großem Volumen (relativ hohe Absorberfunktion) vorgesehen, und an der stromabwärtigen Seite, wo die Ungleichförmigkeit der statischen Druckverteilung relativ gering ist, ist die Vertiefung 14B mit relativ geringer Tiefenabmessung und geringem Volumen (relativ geringe Absorberfunktion) vorgesehen.
Die tieferen Vertiefungen 14A und 14B erzielen eine bessere Absorberfunktion, erniedrigen jedoch die Festigkeit des Gehäuses 10. In Anbetracht dessen ist in der Dichtungsstruktur 2 die Tiefenabmessung L2 der Vertiefung 14B an der stromabwärtigen Seite, wo die die Ungleichförmigkeit der statischen Druckverteilung gering ist, so eingestellt, dass sie klein ist, wodurch die Festigkeit des Gehäuses 10 nicht unnötig verringert wird. Da die Tiefenabmessung L2 der Vertiefung 14B klein ist, ist die Tiefenabmessung L1 der Vertiefung 14A an der stromaufwärtigen Seite, wo die Ungleichförmigkeit der statischen Druckverteilung hoch ist, so eingestellt, dass sie groß ist, so dass es möglich ist, die Absorberfunktion zu verbessern.
Daher ist es möglich, die instabilen Vibrationen der Turbine effektiv zu unterdrücken, während die Abnahme der Festigkeit des Gehäuses 10 im Vergleich zu dem Fall, in dem die Tiefenabmessungen L1 und L2 der Vertiefungen 14A und 14B gleich groß eingestellt sind, unterdrückt wird.
Ferner ist die Tiefenabmessung L1 der Vertiefung 14A zwischen der Dichtungsrippe 6A und der Dichtungsrippe 6B, das heißt, die Vertiefung 14A an der am weitesten stromaufwärts gelegenen Seite, so eingestellt, dass sie größer als das Doppelte des Abstands B1 zwischen der Dichtungsrippe 6A und der Dichtungsrippe 6B (L1 > B1 × 2) ist, so dass es möglich ist, die Gleichförmigkeit der statischen Druckverteilung weiter effektiv zu verbessern und die instabilen Vibrationen der Turbine zu unterdrücken.
Ferner ist jede Vertiefung 14 an einem vorgeschriebenen Abstand ΔB (ΔB > 0) bezüglich der benachbarten Dichtungsrippen 6 in der axialen Richtung A ausgebildet. Mit anderen Worten ist in jeder der Dichtungsrippen 6 ein Stützabschnitt, der einen Fußabschnitt (der Abschnitt, der die Dichtungsrippe 6 und die Kavitätbodenfläche 13 verbindet) stützt, über den vorgeschriebenen Abstand ΔB von der Vertiefung 14 ausgebildet. Daher ist es, verglichen mit dem Fall, in dem die Dichtungsrippe 6 so vorgesehen ist, dass sie bündig mit der Seitenfläche 14a oder der Seitenfläche 14b der Vertiefung 14 (ΔB = 0) ist, möglich, die Festigkeit des Fußes der Dichtungsrippe 6 zu verbessern.
[Zweite Ausführungsform]
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Es sei angemerkt, dass die gleichen Elemente wie jene der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und eine Beschreibung wird weggelassen.
[Dichtungsstruktur]
Im Vergleich zu der Dichtungsstruktur 2 der ersten Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, ist in einer Dichtungsstruktur 2A gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine axiale Vertiefung 14A', die sich in der axialen Richtung A von einem äußeren Umfangsende in Richtung der stromabwärtigen Seite erstreckt, fortlaufend mit der radialen Vertiefung 14A verbunden, und eine axiale Vertiefung 14B', die sich in der axialen Richtung A von einem äußeren Umfangsende der radialen Vertiefung 14B in Richtung der stromabwärtigen Seite erstreckt, fortlaufend mit der radialen Vertiefung 14B verbunden.
Die axialen Vertiefungen 14A' und 14B' sind Vertiefungen, die sich an den Seiten der radialen Vertiefungen 14A und 14B öffnen und in einer Ringform ausgebildet sind, die an der axialen Mittellinie CL zentriert ist. Jede der axialen Vertiefungen 14A' und 14B' ist durch eine äußere Umfangsbodenfläche 14d, eine innere Umfangsbodenfläche 14f und eine Seitenfläche 14e definiert. Die äußere Umfangsbodenfläche 14d und die innere Umfangsbodenfläche 14f sind ringförmige Flächen, die einander zugewandt sind und jeweils eine Breite in der axialen Richtung A aufweisen. Ferner ist die äußere Umfangsbodenfläche 14d so ausgebildet, dass sie bündig mit der Bodenfläche der radialen Vertiefung 14 ist. Die Seitenfläche 14e ist eine ringförmige Fläche, die stromabwärtige Kanten dieser Bodenflächen 14d und 14f verbindet und eine Breite in der radialen Richtung R aufweist.
Es ist möglich, die radiale Vertiefung 14A durch Vorsehen der axialen Vertiefung 14A' wesentlich zu vergrößern, und in der zweiten Ausführungsform ist eine axiale Gesamtabmessung D1 der radialen Vertiefung 14A und der axialen Vertiefung 14A' so eingestellt, dass sie größer ist als Abstand B1 zwischen den Rippen 6A und 6B (D1 > B1) ist. In ähnlicher Weise ist es möglich, die radiale Vertiefung 14B durch Vorsehen der axialen Vertiefung 14B' wesentlich zu vergrößern, und in der zweiten Ausführungsform ist eine axiale Gesamtabmessung D2 der radialen Vertiefung 14B und der axialen Vertiefung 14B' größer als der Abstand B2 zwischen den Rippen 6B und 6C (D2 > B2) eingestellt.
Da andere Strukturen die gleichen wie diejenigen der Dichtungsstruktur 2 der ersten Ausführungsform sind, wird eine Beschreibung davon weggelassen.
[Aktion und Wirkung]
Gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Volumen der Vertiefung zu vergrößern, um die Ungleichförmigkeit (Ungleichmäßigkeit) der statischen Druckverteilung zu verringern, indem zusätzlich zu den radialen Vertiefungen 14A und 14B die axialen Vertiefungen 14A' und 14B' vorgesehen werden, und demzufolge ist es möglich, die instabilen Vibrationen der Turbine im Vergleich zu der ersten Ausführungsform effektiver zu unterdrücken.
Insbesondere ist es mit nur den radialen Vertiefungen 14A und 14B, die sich in der radialen Richtung R zwischen den Dichtungsrippen 6A, 6B und 6C erstrecken, unmöglich, die Abmessung in der axialen Richtung A größer als die Abstände B1 und B2 der Dichtungsrippen 6A, 6B und 6C zu machen. Durch Vorsehen der axialen Vertiefungen 14A' und 14B' ist es jedoch möglich, die Abmessung in axialer Richtung A der radialen Vertiefungen 14A und 14B teilweise länger als die Abstände B1 oder B2 zu machen.
Da ferner die radiale Vertiefung 14B an der stromabwärtigen Seite so ausgebildet ist, dass sie flacher als die radiale Vertiefung 14A an der stromaufwärtigen Seite ist, ist ein leerer Raum an der stromabwärtigen Seite des äußeren Umfangsteils der radialen Vertiefung 14A ausgebildet. Durch Verwendung dieses leeren Raums ist es möglich, die axiale Vertiefung 14A' an der stromabwärtigen Seite des äußeren Umfangsabschnitts der radialen Vertiefung 14A auszubilden und die Vertiefungen effizient anzuordnen.
[Andere]

(1) In der zweiten Ausführungsform sind die axialen Vertiefungen 14A' und 14B' an den jeweiligen äußeren Umfangsenden der radialen Vertiefungen 14A und 14B vorgesehen, aber die axialen Vertiefungen 14A' und 14B' müssen nicht an den äußeren Umfangsenden der radialen Vertiefungen 14A und 14B vorgesehen sein. Zum Beispiel, wie durch eine Zweipunkt-Strich-Linie in 3 gezeigt ist, kann die axiale Vertiefung 14A' mit einem Zwischenteil in der radialen Richtung R der radialen Vertiefung 14A verbunden sein.
(2) In der zweiten Ausführungsform sind die stromabwärtigen Seiten der radialen Vertiefungen 14A und 14B jeweils mit den axialen Vertiefungen 14A' und 14B' versehen, aber die stromaufwärtigen Seiten der radialen Vertiefungen 14A und 14B können jeweils mit den axialen Vertiefungen 14A' bzw. 14B' versehen sein.

[Dritte Ausführungsform]
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Es sei angemerkt, dass die gleichen Elemente wie diejenigen der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und eine Beschreibung davon weggelassen wird.
[Dichtungsstruktur]
Eine Dichtungsstruktur 2B der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der Dichtungsstruktur 2 der ersten Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, darin, dass die Deckbandvertiefungen (im Folgenden auch als „Vertiefung“ bezeichnet) 41A und 41B, welche an einem Deckband 4 ausgebildet sind, hinzugefügt sind. Die Deckbandvertiefung 41A (erste rotationsseitige Vertiefung) ist so angeordnet, dass sie der Gehäusevertiefung 14A zugewandt ist, und die Deckbandvertiefung 41B (zweite rotationsseitige Vertiefung) ist so angeordnet, dass sie der Gehäusevertiefung 14B zugewandt ist. Wenn im Folgenden die Vertiefungen 41A und 41B nicht voneinander unterschieden werden, wird jede von ihnen als eine Vertiefung 41 bezeichnet.
In der dritten Ausführungsform ist die Vertiefung 41 eine ringförmige Vertiefung, die über den gesamten Umfang einer äußeren Umfangsfläche 42 des Deckbands 4 ausgebildet und an der axialen Mittellinie CL zentriert ist. Die Vertiefung 41 ist in Richtung der inneren Umfangsseite von der äußeren Umfangsfläche des Deckbands 4 vertieft (das heißt, die Vertiefung 41 erstreckt sich entlang der radialen Richtung R) und ist durch ringförmige Seitenflächen 41a und 41b, die einander zugewandt sind und Breiten in der radialen Richtung R aufweisen, und eine ringförmige Bodenfläche 41c, welche die inneren Umfangskanten der Seitenflächen 41a und 41b verbindet und eine Breite in der axialen Richtung A aufweist, definiert.
Wie oben beschrieben, ist die Tiefenabmessung L2 der Gehäusevertiefung 14B, die so angeordnet ist, dass sie der Gehäusevertiefung 41B zugewandt ist, so eingestellt, dass sie kleiner als die Tiefenabmessung L1 der Gehäusevertiefung 14A ist, die so angeordnet ist, dass sie der Deckbandvertiefung 41A zugewandt ist. Ferner ist eine Tiefenabmessung L2' der Deckbandvertiefung 41B an der stromabwärtigen Seite so eingestellt, dass sie kleiner (flacher) als eine Tiefenabmessung L1' der Deckbandvertiefung 41A an der stromaufwärtigen Seite (L2' < L1') ist.
Daher ist eine Höhenabmessung (das heißt, ein Abstand zwischen „der Bodenfläche 14c der Gehäusevertiefung 14B“ und „der Bodenfläche 41c der Deckbandvertiefung 41B“) H2 eines Raums 100B zwischen den Vertiefungen 14B und 41B so eingestellt, dass sie kleiner als eine Höhenabmessung (das heißt, ein Abstand zwischen „der Bodenfläche 14c der Gehäusevertiefung 14A“ und „der Bodenfläche 41c der Deckbandvertiefung 41A“) H1 eines Raums 100A zwischen den Vertiefungen 14A und 41A (H1 > H2) ist.
Die Räume 100A und 100B vergrößern den Spalt Gd zwischen der Kavitätbodenfläche 13 und dem Deckband 4 wesentlich, um die Ungleichförmigkeit der statischen Druckverteilung zu verringern, und ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel ist der große Raum 100A an der stromaufwärtigen Seite vorgesehen, wo die Ungleichförmigkeit relativ hoch ist, und der kleine Raum 100B ist an der stromabwärtigen Seite vorgesehen, wo die Ungleichförmigkeit relativ gering ist. Wenn nachfolgend der Raum 100A und der Raum 100B nicht voneinander unterschieden werden, wird jeder von ihnen als ein Raum 100 bezeichnet.
Hier ist jede der äußeren Umfangsflächen 42 des Deckbands 4 und der Bodenflächen 41c, welche jeweils die Vertiefungen 41A und 41B definieren, eine Umfangsfläche, die an der axialen Mittellinie CL zentriert ist, und die Tiefen L1' und L2' der jeweilige Deckbandvertiefungen 41A und 41B entsprechen Abständen in der radialen Richtung R zwischen den Bodenflächen 41c und der äußeren Umfangsfläche 42 des Deckbands 4. Ferner entspricht die Höhenabmessung H1 einem Abstand in der radialen Richtung R zwischen der Bodenfläche 14c der Gehäusevertiefung 14A und der Bodenfläche 41c der Deckbandvertiefung 41A, und die Höhenabmessung H2 entspricht einem Abstand in der radialen Richtung R zwischen der Bodenfläche 14c der Gehäusevertiefung 14B und der Bodenfläche 41c der Gehäusevertiefung 41B.
[Auswirkung und Wirkung]
Gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Deckbandvertiefung 41 zusätzlich zu der Gehäusevertiefung 14 vorgesehen, und der Raum 100, der zwischen den Vertiefungen 14 und 41 ausgebildet ist, ist so eingestellt, dass er in Richtung der stromabwärtigen Seite kleiner ist, so dass es möglich ist, die instabilen Vibrationen der Turbine weiter zu unterdrücken, während die Abnahme der Festigkeit des Gehäuses 10 im Vergleich zu der ersten Ausführungsform unterdrückt wird.
[Andere]

(1) In der dritten Ausführungsform ist die Tiefenabmessung L2' der Deckbandvertiefung 41B so eingestellt, dass sie kleiner ist als die Tiefenabmessung L1' der Deckbandvertiefung 41A ist, aber wenn die Höhenabmessung H2 des Raums 100B an der stromabwärtigen Seite kleiner als die Höhenabmessung H1 des Raums 100A an der stromaufwärtigen Seite ist, muss die Tiefenabmessung L2' nicht so eingestellt sein, dass sie kleiner als die Tiefenabmessung L1' ist. Zum Beispiel können in der dritten Ausführungsform die Tiefenabmessung L1' und die Tiefenabmessung L2' so eingestellt sein, dass sie die gleiche Abmessung aufweisen.
(2) In der dritten Ausführungsform sind die Gehäusevertiefung 14 und die Deckbandvertiefung 41, die so angeordnet sind, dass sie der Gehäusevertiefung 14 zugewandt sind, als ein Satz vorgesehen, und zwei Sätze sind für ein Deckband 4 vorgesehen, aber es können drei oder mehr Sätze für ein Deckband vorgesehen sein. In diesem Fall ist die Höhenabmessung des Raums 100, der zwischen der Gehäusevertiefung 14 und der Deckbandvertiefung 41 ausgebildet ist, vorzugsweise in Richtung der stromabwärtigen Seite verringert. Solange jedoch die Höhenabmessung H2 des zweiten Raums 100B von der stromaufwärtigen Seite kleiner als die Höhenabmessung H1 des Raums 100A an der am weitesten stromaufwärts gelegenen Seite ist, sind die Höhenabmessungen nicht auf das Obenstehende beschränkt. Beispielsweise können die Höhenabmessung H2 des zweiten Raums 100B von der stromaufwärtigen Seite und die Höhenabmessungen der dritten und nachfolgenden Räume (zwischen der Vertiefung 14 und der Vertiefung 41) von der stromaufwärtigen Seite auf die gleiche Abmessung eingestellt werden.
(3) In der dritten Ausführungsform kann auch, ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform, eine axiale Vertiefung an zumindest einer der Vertiefungen 14A und 14B vorgesehen sein.

[Andere]

(1) In jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen sind drei Dichtungsrippen 6 für jedes Deckband 4 vorgesehen, und insgesamt zwei Gehäusevertiefungen 14 sind zwischen jeder der Dichtungsrippen 6 vorgesehen. Die Anzahl der Dichtungsrippen 6 und die Anzahl der Gehäusevertiefungen 14, die für ein Deckband 4 vorgesehen sind, sind jedoch nicht auf diese Zahlen beschränkt. In dem Fall, in dem drei oder mehr Gehäusevertiefungen 14 für ein Deckband 4 vorgesehen sind, wird die Tiefenabmessung der Gehäusevertiefung 14 vorzugsweise so eingestellt, dass sie kürzer ist, wenn die Gehäusevertiefung in Richtung der stromabwärtigen Seite geht, aber die Tiefenabmessung der Gehäusevertiefung 14 ist nicht darauf beschränkt, solange die Tiefenabmessung L2 der zweiten Gehäusevertiefung 14B von der stromaufwärtigen Seite kleiner ist als die Tiefenabmessung L1 der Gehäusevertiefung 14A an der am weitesten stromaufwärts gelegenen Seite. Zum Beispiel können die Tiefenabmessung der zweiten Gehäusevertiefung 14 von der stromaufwärtigen Seite und die Tiefenabmessungen der dritten und nachfolgenden Gehäusevertiefungen 14 von der stromaufwärtigen Seite auf die gleiche Abmessung eingestellt werden.
(2) In der Dampfturbine von jeder der obigen Ausführungsformen ist die Dichtungsstruktur der vorliegenden Erfindung an jedem Deckband 4 angebracht, aber die Dichtungsstruktur der vorliegenden Erfindung kann nur an einigen (zumindest eines) der Deckbänder 4 angebracht werden.

In dem Fall, in dem die Dichtungsstruktur der vorliegenden Erfindung an einigen der Deckbänder 4 angebracht wird, wird die Dichtungsstruktur der vorliegenden Erfindung vorzugsweise an dem Deckband 4A (siehe 1) angebracht, das dem Hauptströmungseinlass 21, der der Einlass des Dampfes S ist, am nächsten ist (mit anderen Worten, das Deckband 4A an der höchsten Druckseite), da die Ungleichförmigkeit des statischen Drucks in dem Bereich maximiert ist.
Alternativ, wenn die instabilen Vibrationen in einem primären Modus der Rotorwelle 30 auftreten, wird die Amplitude in der Mitte in der axialen Richtung A maximiert, so dass die Dichtungsstruktur der vorliegenden Erfindung vorzugsweise auf das Deckband 4B (siehe 1) an der Mitte in der axialen Richtung A angebracht wird.
Wenn die Dampfturbine von der Mitte in der axialen Richtung A mit Dampf versorgt wird, dient das Deckband in der Mitte in der axialen Richtung A als das Deckband, das am nächsten zu dem Hauptströmungseinlass 21 ist, so dass durch Anbringen der Dichtungsstruktur der vorliegenden Erfindung an dem Deckband in der Mitte in der axialen Richtung A und am nächsten zu dem Hauptströmungseinlass 21, synergistische Effekte erhalten werden können.
(3) In der obigen Ausführungsform wurde das Beispiel, in dem die vorliegende Erfindung auf die Dampfturbine angewendet wird, beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist auch auf eine Dichtung in anderen Strömungsmaschinen als einer Dampfturbine, wie beispielsweise eine Gasturbine und einen Turboverdichter anwendbar.
Bezugszeichenliste

1: Dampfturbine (Strömungsmaschine)
2, 2A, 2B: Dichtungsstruktur
4: Deckband (rotierende Struktur)
4A: Deckband, das an der am weitesten stromaufwärts gelegenen Seite angeordnet ist
4B: Deckband, das mittig in Strömungsrichtung des Leckdampfes SL angeordnet ist
6, 6A, 6B, 6C: Dichtungsrippe
10: Turbinengehäuse (stationäre Struktur)
12: Kavität
13: Kavitätbodenfläche (innere Umfangsfläche)
14: Gehäusevertiefung(stationärseitige Vertiefung)
14A: Gehäusevertiefung (erste stationärseitige Vertiefung)
14B: Gehäusevertiefung (zweite stationärseitige Vertiefung)
14A', 14B': Axiale Vertiefung
14a, 14b: Seitenflächen, die Vertiefungen 14, 14A, 14B definieren
14c: Bodenfläche, die Vertiefungen 14, 14A, 14B definiert
14d, 14f: Bodenflächen, die axiale Vertiefungen 14A', 14B' definieren
14e: Seitenfläche, die axiale Vertiefungen 14A', 14B' definiert
20: Dampfzufuhrrohr
21: Hauptströmungseinlass
30: Rotorwelle
31: Rotorwellenkörper
50: Rotorschaufel
41: Deckbandvertiefung
41A: Deckbandvertiefung (erste rotationsseitige Vertiefung)
41B: Deckbandvertiefung (zweite rotationsseitige Vertiefung)
42: Äußere Umfangsfläche des Deckbands 4
60: Statorschaufel
100, 100A, 100B: Raum zwischen der Gehäusevertiefung 14 und der Gehäusevertiefung 41
A: Axiale Richtung
B1: Abstand der Dichtungsrippen 6A und 6B in axialer Richtung A
D1, D2: Maximale Abmessung
B2: Abstand der Dichtungsrippen 6B und 6C in axialer Richtung A
CL: Rotoraxialmittellinie (axiale Mittellinie)
Gd: Spalt
L1: Tiefenabmessung der Vertiefung 14A
L2: Tiefenabmessung der Vertiefung 14B
R: Radiale Richtung
S: Dampf (Arbeitsfluid)
SL: Leckdampf (Leckströmung)
ΔB: Abstand zwischen Dichtungsrippe 6 und Vertiefung 14

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2011208602 A [0007]
JP 2013076341 A [0007]

Claims

Dichtungsstruktur zum Unterdrücken einer Leckströmung eines Arbeitsfluids von einem Spalt zwischen einer rotierenden Struktur und einer stationären Struktur, wobei die rotierende Struktur so gestaltet ist, dass sie in einer vorgeschriebenen Richtung um eine axiale Mittellinie rotiert, wobei die stationäre Struktur einem äußeren Umfang der rotierenden Struktur in einer radialer Richtung mit dem Spalt dazwischen zugewandt ist, wobei die stationäre Struktur eine Kavität aufweist, in der die rotierende Struktur untergebracht ist, eine innere Umfangsfläche der Kavität mit einer Dichtungsrippe, die sich in Richtung der axialen Mittellinie erstreckt, und einer Vielzahl von stationärseitigen Vertiefungen versehen ist, die entlang einer Strömungsrichtung der Leckströmung angeordnet sind, und im Vergleich zu einer ersten stationärseitigen Vertiefung, die an einer am weitesten stromaufwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung angeordnet ist, eine zweite stationärseitige Vertiefung, die an einer unmittelbar stromabwärtigen Seite der ersten stationärseitigen Vertiefung in der Strömungsrichtung angeordnet ist, so eingestellt ist, dass sie eine kleinere Tiefenabmessung aufweist.
Dichtungsstruktur nach Anspruch 1, wobei die stationäre Struktur ein Turbinengehäuse ist, die rotierende Struktur eine Vielzahl von Deckbändern ist, die entlang einer axialen Richtung vorgesehen sind und an Spitzen von Rotorschaufeln angebracht sind, und die Dichtungsrippen so angeordnet sind, dass sie den Deckbändern in der radialen Richtung zugewandt sind.
Dichtungsstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei drei oder mehr stationärseitige Vertiefungen entlang der Strömungsrichtung vorgesehen sind, und die Tiefenabmessungen so eingestellt sind, dass sie in Richtung der stromabwärtigen Seite in der Strömungsrichtung kleiner sind.
Dichtungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Vielzahl von Dichtungsrippen entlang der Strömungsrichtung vorgesehen ist, und die erste stationärseitige Vertiefung zwischen einer ersten Dichtungsrippe, die an einer am weitesten stromaufwärts gelegenen Seite in der Strömungsrichtung angeordnet ist, und einer zweiten Dichtungsrippe vorgesehen ist, die an einer unmittelbar stromabwärtigen Seite der ersten Dichtungsrippe in der Strömungsrichtung angeordnet ist.
Dichtungsstruktur nach Anspruch 4, wobei die Tiefenabmessung der ersten stationärseitigen Vertiefung so eingestellt ist, dass sie größer als das Doppelte eines Abstands zwischen der ersten Dichtungsrippe und der zweiten Dichtungsrippe ist.
Dichtungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abstände zwischen den Dichtungsrippen so eingestellt sind, dass sie einander gleich sind.
Dichtungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zumindest eine der Dichtungsrippen an einem vorgeschriebenen Abstand in einer axialen Richtung von der benachbarten stationärseitigen Vertiefung vorgesehen ist.
Dichtungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zumindest eine der ersten stationärseitigen Vertiefung und der zweiten stationärseitigen Vertiefung sich in der radialen Richtung erstreckt.
Dichtungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest eine der stationärseitigen Vertiefungen mit einer axialen Vertiefung, die sich in einer axialen Richtung erstreckt, fortlaufend verbunden ist.
Dichtungsstruktur nach Anspruch 9, wobei die stationärseitige Vertiefung zwischen den Dichtungsrippen vorgesehen ist, und eine Gesamtabmessung der stationärseitigen Vertiefung und der axialen Vertiefung als eine Abmessung in der axialen Richtung so eingestellt ist, dass sie größer als ein Abstand zwischen den Dichtungsrippen ist.
Dichtungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine rotationsseitige Vertiefung in der rotierenden Struktur vorgesehen ist, so dass sie der stationärseitigen Vertiefung zugewandt ist, und als die rotationsseitige Vertiefung zumindest eine von einer ersten rotationsseitigen Vertiefung, die der ersten stationärseitigen Vertiefung zugewandt ist, und einer zweiten rotationsseitigen Vertiefung, die der zweiten stationärseitigen Vertiefung zugewandt ist, vorgesehen ist.
Dichtungsstruktur nach Anspruch 11, wobei die rotierende Struktur mit der ersten rotationsseitigen Vertiefung und der zweiten rotationsseitigen Vertiefung versehen ist, und ein Abstand zwischen einer Bodenfläche der zweiten stationärseitigen Vertiefung und einer Bodenfläche der zweiten rotationsseitigen Vertiefung so eingestellt ist, dass er kürzer ist als ein Abstand zwischen einer Bodenfläche der ersten stationärseitigen Vertiefung und einer Bodenfläche der ersten rotationsseitigen Vertiefung.
Strömungsmaschine, aufweisend: eine rotierende Struktur, die so gestaltet ist, dass sie sich in einer vorgeschriebenen Richtung um eine axiale Mittellinie dreht; eine stationäre Struktur, die einem äußeren Umfang der rotierenden Struktur in einer radialen Richtung mit einem Spalt dazwischen zugewandt ist; und die Dichtungsstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Strömungsmaschine nach Anspruch 13, wobei als die rotierende Struktur eine Vielzahl von Deckbändern in der axialen Richtung vorgesehen ist, und als die stationäre Struktur ein Turbinengehäuse vorgesehen ist, das die Vielzahl von Deckbändern umgibt, und die Strömungsmaschine eine Turbine ist, bei der die Dichtungsstruktur an zumindest einem Deckband aus der Vielzahl von Deckbändern angebracht ist.
Strömungsmaschine nach Anspruch 14, wobei das zumindest eine Deckband am nächsten zu einem Einlass des Arbeitsfluids angeordnet ist.
Strömungsmaschine nach Anspruch 14 oder 15, wobei das zumindest ein Deckband an einer Mitte in einer axialen Richtung angeordnet ist.