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Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationsmaschine, in der eine Dichtungsvorrichtung zum Unterdrücken von Fluidaustritt zwischen einer stationären Seite und einer Rotationsseite angeordnet ist.
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Hintergrund
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Beispielsweise ist eine Dampfturbine derart konfiguriert, dass ein Rotor durch Lager in einem Gehäuse drehbar getragen ist, und mehrere Stufen von Laufschaufeln oder Rotorschaufeln an dem Rotor befestigt sind, während mehrere Stufen von Leitschaufeln oder Statorschaufeln an dem Gehäuse befestigt sind, so dass sie sich zwischen den mehreren Stufen von Laufschaufeln befinden. Wenn Dampf von einer Zufuhröffnung des Gehäuses zugeführt wird, strömt der Dampf durch die Laufschaufeln und die Leitschaufeln, um den Rotor antreiben und über die Laufschaufeln in Drehung versetzen zu können, und wird von einer Austragsöffnung zur Außenseite ausgetragen.
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Bei einer derartigen Dampfturbine ist eine Dichtungsvorrichtung zwischen den Außenenden der Laufschaufeln und dem Gehäuse vorgesehen, um die axiale Austrittsströmung des Dampfes zwischen dem Gehäuse und den Außenenden der Laufschaufeln zu unterdrücken. Im Allgemeinen wird die Dichtungsvorrichtung mit einer Labyrinthdichtung ausgeführt. Die Labyrinthdichtung ist konfiguriert, indem eine Vielzahl von Dichtungsrippen an dem Außenende der Laufschaufel oder einer Innenoberfläche des Gehäuses vorgesehen ist. Durch Bildung eines Zwischenraums zwischen den Dichtungsrippen und der Innenoberfläche des Gehäuses oder dem Außenende der Laufschaufel wird ein Druckverhältnis an der Rückseite und Vorderseite von jeder Dichtungsrippe verringert, um eine Austrittsströmungsrate zu verringern.
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Die aus der Dichtungsvorrichtung austretende Dampfströmung geht in die Dampfhauptströmung über, die durch die Laufschaufeln oder die Leitschaufeln strömte. Die Dampfhauptströmung, die die Laufschaufeln durchströmte, ist eine Strömung entlang der Axialrichtung des Rotors, aber die Dampfströmung, die aus der Dichtungsvorrichtung austritt, ohne die Laufschaufeln zu durchströmen, ist eine Strömung, die von der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses zu der Rotorseite geneigt ist und in der Umfangsrichtung des Rotors durch die Leitschaufeln verwirbelt wird. In einem derartigen Fall ist es wichtig, Mischverluste in einem Übergangsabschnitt zu verringern und eine Leistungsverschlechterung zu unterdrücken, indem die Strömung des Austrittsdampfes aus der Dichtungsvorrichtung gleichmäßig in die Dampfhauptströmung übergehen kann. Eine derartige Technologie ist unten in der Patentliteratur 1 offenbart.
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Zitierliste
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1:
Japanisches Patent Nr. 5985351 -
Zusammenfassung
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Technisches Problem
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Bei einer Axialströmungsturbine der oben beschriebenen Patentliteratur 1 ist eine Drallströmungseinstellkammer an einer stromabwärtigen Seite von Dichtungsrippen vorgesehen und eine Vielzahl von Abschirmplatten, die sich in der Axialrichtung und in der Radialrichtung eines Drallströmungseinstellrotors erstrecken, sind befestigt. Daher nimmt die aus einer Dichtungsvorrichtung austretende Dampfströmung, ohne die Laufschaufeln zu durchströmen und in der Umfangsrichtung zu verwirbeln, durch die Abschirmplatten in der Geschwindigkeitskomponente ab, so dass die Strömung des Austrittsdampfes aus der Dichtungsvorrichtung gleichmäßig in die Dampfhauptströmung übergehen kann. Da jedoch in der Axialströmungsturbine gemäß dem verwandten Stand der Technik die Abschirmplatte eine sich in der Axialrichtung und in der Radialrichtung des Rotors erstreckende Plattenform aufweist, kann, wenn die Dampfströmung entlang der Umfangsrichtung mit der Abschirmplatte kollidiert, in einem Verbindungsabschnitt der Abschirmplatte ein Trennwirbel erzeugt werden, was zu einem Druckverlust führt.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Rotationsmaschine bereitzustellen, die Mischverluste an einem Übergangsabschnitt verringern und die Leistung verbessern kann, indem sie einem aus einer Dichtungsvorrichtung austretenden Fluid ermöglicht, gleichmäßig in die Fluidhauptströmung überzugehen.
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Lösung des Problems
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Um die Aufgabe zu erfüllen, umfasst eine Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse mit einer hohlen Form, einen Rotationskörper, der in dem Gehäuse drehbar getragen ist, eine Rotor- oder Laufschaufel, die an einem Außenumfangsabschnitt des Rotationskörpers befestigt ist, eine Stator- oder Leitschaufel, die an einer stromabwärtigen Seite in einer Fluidströmungsrichtung bezüglich der Rotor- oder Laufschaufel angeordnet und an einem Innenumfangsabschnitt des Gehäuses befestigt ist, eine Dichtungsvorrichtung, die zwischen dem Innenumfangsabschnitt des Gehäuses und einem Außenende der Rotor- oder Laufschaufel angeordnet ist, eine Drallströmungserzeugungskammer, die in dem Gehäuse an der stromabwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung von der Dichtungsvorrichtung entlang einer Umfangsrichtung des Rotationskörpers vorgesehen ist, und eine Vielzahl von Führungselementen, die in der Drallströmungserzeugungskammer entlang einer Radialrichtung des Rotationskörpers und in der Umfangsrichtung des Rotationskörpers in vorbestimmten Abständen vorgesehen sind. Die Drallströmungserzeugungskammer hat eine Wandoberfläche an der stromabwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung, wobei sich die Wandoberfläche an der stromabwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung von einem Randabschnitt der Leitschaufel an einer stromaufwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung befindet.
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Folglich strömt, wenn ein Fluid dem Inneren des Gehäuses zugeführt wird, die Fluidhauptströmung durch die Leitschaufel und die Laufschaufel, um die Laufschaufel zu drehen, ein Teil des Fluids strömt durch die Leitschaufel und strömt dann zwischen dem Gehäuse und dem Außenende der Laufschaufel, aber die Dichtungsvorrichtung dient dazu, den Austritt des Fluids zu verhindern. Zu diesem Zeitpunkt tritt ein Teil des Fluids aus der Dichtungsvorrichtung aus, und das Austrittsfluid wird in der Drallströmungserzeugungskammer verwirbelt und geht dann in die Fluidhauptströmung über, nachdem es die Leitschaufel und die Laufschaufel durchströmte. Da das aus der Dichtungsvorrichtung austretende Austrittsfluid eine Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung hat, weil es die Leitschaufel durchströmt, aber nicht durch die Laufschaufel strömt. Hierbei wird das Austrittsfluid mit der Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung beim Einströmen in die Drallströmungserzeugungskammer durch die Führungselemente geführt, so dass die Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung verringert wird. Das Austrittsfluid mit der verringerten Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung wirbelt in der Drallströmungserzeugungskammer und beeinflusst dann ein Austrittsfluid, das in die Drallströmungserzeugungskammer strömt und die Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung hat, so dass eine Wirbelströmung erzeugt wird. Da sich die Drallströmungserzeugungskammer zu diesem Zeitpunkt an der stromabwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung vom Randabschnitt der Leitschaufel befindet, ist das Volumen der Drallströmungserzeugungskammer so groß, dass die erzeugte Wirbelströmung eingeschränkt werden kann und das Austrittsfluid mit der reduzierten Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung gleichmäßig in die Fluidhauptströmung übergeht. Dadurch, dass das aus der Dichtungsvorrichtung austretende Fluid gleichmäßig in die Fluidhauptströmung übergehen kann, kann der Mischverlust im Übergangsabschnitt verringert und die Leistung verbessert werden.
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Bei der Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Drallströmungserzeugungskammer eine Innenumfangsoberfläche des Gehäuses, eine erste Wandoberfläche, die der stromabwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung bezüglich der Dichtungsvorrichtung in dem Gehäuse zugewandt ist, und eine zweite Wandoberfläche, die in der Radialrichtung des Rotationskörpers bezüglich der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses nach innen gewandt ist, die Vielzahl von Führungselementen zumindest an der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses und der ersten Wandoberfläche befestigt sind, und die erste Wandoberfläche, die als die Wandoberfläche dient, sich an der stromabwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung von dem Randabschnitt der Leitschaufel an der stromaufwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung befindet.
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Folglich befindet sich die erste Wandoberfläche, an der das Führungselement befestigt ist, an der stromabwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung von dem Randabschnitt der Leitschaufel an der stromaufwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung, so dass die Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung des Austrittsfluids durch die Führungselemente verringert werden kann und die erzeugte Wirbelströmung in der Drallströmungserzeugungskammer durch Vergrößerung des Volumens der Drallströmungserzeugungskammer begrenzt werden kann.
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Bei der Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Ausnehmungsabschnitt in der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses ausgebildet, ist das Außenende der Laufschaufel in dem Ausnehmungsabschnitt mit einem vorbestimmten Zwischenraum angeordnet, ist die Drallströmungserzeugungskammer in dem Ausnehmungsabschnitt an der stromabwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung vorgesehen und weist eine Innenumfangsoberfläche des Ausnehmungsabschnitts auf, wobei die erste Wandoberfläche in dem Ausnehmungsabschnitt vorgesehen ist und die zweite Wandoberfläche an einem Vorsprung vorgesehen ist, der sich von der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses zu der stromaufwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung erstreckt, und die erste Wandoberfläche sich an der stromabwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung von dem Randabschnitt der Leitschaufel an der stromaufwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung befindet.
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Folglich ist die Drallströmungserzeugungskammer in dem Ausnehmungsabschnitt vorgesehen, in dem das Außenende der Laufschaufel angeordnet ist, und die erste Wandoberfläche, die die Drallströmungserzeugungskammer bildet, befindet sich an der stromabwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung von dem Randabschnitt der stromabwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung, so dass die erzeugte Wirbelströmung in der Drallströmungserzeugungskammer durch Vergrößerung des Volumens der Drallströmungserzeugungskammer begrenzt werden kann.
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Bei der Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich ein Endabschnitt des Vorsprungs an der stromaufwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung an der stromaufwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung von einem Endabschnitt von jedem Führungselement an der stromaufwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung.
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Da sich der Endabschnitt des Vorsprungs an der stromaufwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung von dem Endabschnitt des Führungselements befindet, wird folglich ein Ausgang des Austrittsfluids, das in die Fluidhauptströmung des Fluids aus der Drallströmungserzeugungskammer übergeht, verengt, so dass eine Wirbelströmung, die durch Wechselwirkung zwischen einem Austrittsfluid, das aus der Drallströmungserzeugungskammer austritt und eine verringerte Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung hat, und einem Austrittsfluid, das in die Drallströmungserzeugungskammer strömt und eine Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung hat, erzeugt wird, einfach in der Drallströmungserzeugungskammer eingeschränkt werden kann.
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Bei der Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich ein Endabschnitt von jedem Führungselement an der stromaufwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung an der stromaufwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung von einem Endabschnitt des Vorsprungs an der stromaufwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung.
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Da sich der Endabschnitt des Führungselements an der stromaufwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung von dem Endabschnitt des Vorsprungs befindet, wird folglich ein Austrittsfluid, das in die Drallströmungserzeugungskammer geströmt ist, durch die Führungselemente geführt, so dass die Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung verringert wird und die Intensität des Austrittsfluids mit einer Zunahme von Abrieb aufgrund des Kontakts mit den Führungselementen verringert wird. Daher kann eine Wirbelströmung verringert werden, die durch Wechselwirkung zwischen einem Austrittsfluid, das aus der Drallströmungserzeugungskammer ausgetragen wird und eine verringerte Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung hat, und einem Austrittsfluid, das in die Drallströmungserzeugungskammer einströmt und eine Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung hat, erzeugt wird.
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Bei der Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verbindungsbereich zwischen den Führungselementen und der zweiten Wandoberfläche vorgesehen, um in der Umfangsrichtung des Rotationskörpers in Verbindung zu stehen.
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Folglich ist der Verbindungsbereich zwischen dem Führungselement und der zweiten Wandoberfläche so vorgesehen, dass eine Wirbelströmung, die durch Wechselwirkung zwischen einem Austrittsfluid, das aus der Drallströmungserzeugungskammer ausgetragen wird und eine verringerte Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung hat, und einem Austrittsfluid, das in die Drallströmungserzeugungskammer einströmt und eine Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung hat, erzeugt wird, in dem Verbindungsbereich der Drallströmungserzeugungskammer eingeschränkt werden kann und seine Wirbelintensität verringert werden kann.
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Bei der Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Verbindungsbereich von dem Außenende der Laufschaufel nach außen in der Radialrichtung des Rotationskörpers vorgesehen.
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Folglich ist der Verbindungsbereich von dem Außenende der Laufschaufel nach außen vorgesehen, so dass die erzeugte Wirbelströmung geeignet in den Verbindungsbereich der Drallströmungserzeugungskammer eingeschränkt werden kann und seine Wirbelintensität verringert werden kann.
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Bei der Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Abdeckung an dem Außenende der Laufschaufel befestigt und an der stromabwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung mit einer ersten Führungsoberfläche versehen, die sich zu dem Verbindungsbereich erstreckt.
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Folglich ist die erste Führungsoberfläche, die sich zu dem Verbindungsbereich erstreckt, an der stromabwärtigen Seite der Abdeckung, die an der Laufschaufel befestigt ist, vorgesehen, so dass eine Austrittsströmung von der Dichtungsvorrichtung zu dem Verbindungsbereich geeignet geführt werden kann.
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Bei der Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Abdeckung an der stromabwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung mit einer zweiten Führungsoberfläche versehen, die nach innen in der Radialrichtung des Rotationskörpers gewandt ist.
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Folglich ist die zweite Führungsoberfläche, die nach innen in der Radialrichtung gewandt ist, an der stromabwärtigen Seite der Abdeckung vorgesehen, so dass ein Austrittsfluid, das in die Fluidhauptströmung aus der Drallströmungserzeugungskammer übergeht, gleichmäßig in die Hauptströmung durch die zweite Führungsoberfläche übergehen kann.
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Bei der Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst jedes Führungselement einen ersten Führungskörper, der sich in der Radialrichtung des Rotationskörpers innen befindet, und einen zweiten Führungskörper, der sich in der Radialrichtung des Rotationskörpers außen befindet und sich von dem ersten Führungskörper zu der stromaufwärtigen Seite in der Fluidströmungsrichtung erstreckt.
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Da der erste Führungskörper, der sich in der Radialrichtung innen befindet, und der zweite Führungskörper, der sich in der Radialrichtung außen befindet und sich von dem ersten Führungskörper zu der stromaufwärtigen Seite erstreckt, als die Führungselemente vorgesehen sind, wird folglich die Intensität des Austrittsfluids, das in die Drallströmungserzeugungskammer eingeströmt ist, verringert, bevor es durch die Führungselemente geführt wird, und anschließend das Austrittsfluid durch die ersten Führungskörper und die zweiten Führungskörper geführt wird, so dass eine Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung verringert wird und die Intensität des Austrittsfluids mit einer Zunahme von Abrieb aufgrund von Kontakt mit den zweiten Führungskörpern verringert wird. Daher kann eine Wirbelströmung verringert werden, die durch Wechselwirkung zwischen einem Austrittsfluid, das aus der Drallströmungserzeugungskammer austritt und eine verringerte Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung hat, und einem Austrittsfluid, das in die Drallströmungserzeugungskammer strömt und eine Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung hat, erzeugt wird.
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Vorteilhafte Effekte der Erfindung
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Mit der Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung können Mischverluste an einem Übergangsabschnitt verringert und die Leistung verbessert werden, indem ein aus der Dichtungsvorrichtung austretendes Fluid gleichmäßig in die Fluidhauptströmung übergehen kann.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schnittansicht von Hauptelementen zur Erläuterung der Dampfströmung in einer Dampfturbine als Rotationsmaschine einer ersten Ausführungsform.
- 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II von 1.
- 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III von 1.
- 4 ist eine schematische Ansicht, die die Dampfturbine der ersten Ausführungsform darstellt.
- 5 ist eine Schnittansicht von Hauptelementen zur Erläuterung der Dampfströmung in einer Dampfturbine als Rotationsmaschine einer zweiten Ausführungsform.
- 6 ist eine Schnittansicht von Hauptelementen zur Erläuterung der Dampfströmung in einer Dampfturbine als Rotationsmaschine einer dritten Ausführungsform.
- 7 ist eine Schnittansicht von Hauptelementen zur Erläuterung der Dampfströmung in einer Dampfturbine als Rotationsmaschine einer vierten Ausführungsform.
- 8 ist eine Schnittansicht von Hauptelementen zur Erläuterung der Dampfströmung in einer Dampfturbine als Rotationsmaschine einer fünften Ausführungsform. Beschreibung der Ausführungsformen
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen einer Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die Ausführungsformen beschränkt ist und darüber hinaus bei der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch solche Ausführungsformen umfasst, die durch Kombination dieser Ausführungsformen konfiguriert sind.
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[Erste Ausführungsform]
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4 ist eine schematische Ansicht, die eine Dampfturbine einer ersten Ausführungsform darstellt. In der folgenden Beschreibung ist die Axialrichtung eines Rotors mit A, die Radialrichtung des Rotors mit R und die Umfangsrichtung des Rotors mit C angegeben.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine Dampfturbine als ein Beispiel einer Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in 4 dargestellt umfasst eine Dampfturbine 10 ein Gehäuse 11, einen Rotor (Rotationskörper) 12, Leitschaufeln oder Statorschaufeln 13, Laufschaufeln oder Rotorschaufeln 14 und Dichtungsvorrichtungen 15.
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Das Gehäuse 11 hat eine hohle Form und der Rotor 12 ist innerhalb des Gehäuses 11 entlang der Horizontalrichtung angeordnet. Der Rotor 12 ist durch Lager 20, die in dem Gehäuse 11 vorgesehen sind, um eine zentrale Achse O drehbar getragen. Eine Vielzahl von Leitschaufeln 13 sind an einem Innenumfangsabschnitt des Gehäuses 11 in vorbestimmten Abständen in der Axialrichtung A des Rotors 12 befestigt. Eine Vielzahl von Rotorscheiben 21 sind an einem Außenumfangsabschnitt des Rotors 12 in vorbestimmten Abständen in der Axialrichtung A befestigt, und eine Vielzahl von Laufschaufeln 14 sind jeweils an Außenumfangsabschnitten der Rotorscheiben 21 befestigt. Die Leitschaufeln 13 und die Laufschaufeln 14 sind entlang der Radialrichtung R des Rotors 12 angeordnet, sind in vorgegebenen Abständen in der Umfangsrichtung des Rotors 12 angeordnet und sind abwechselnd in der Axialrichtung A des Rotors 12 angeordnet.
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Das Gehäuse 11 ist an einer Endseite davon in der Axialrichtung A mit einem Dampfeinlass 22 versehen, und der Dampfeinlass 22 steht über einen Dampfdurchgang 23 mit einem Schaufelkaskadenteil 24 in Verbindung, in dem die Leitschaufeln 13 und die Laufschaufeln 14 angeordnet sind. Das Schaufelkaskadenteil 24 steht über eine Auslasshaube 25 mit einer Dampfaustragsöffnung 26 in Verbindung.
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Weiterhin ist der Rotor 12 mit einem Dichtungselement 27 zwischen jedem Endabschnitt in der Axialrichtung A und dem Gehäuse 11 versehen. Jedes Dichtungselement 27 ist von jedem Lager 20 nach innen angeordnet, d.h. an der Seite der Leitschaufel 13 und der Laufschaufel 14. Außerdem ist die Dichtungsvorrichtung 15 zwischen dem Außenende der Laufschaufel 14, das sich außerhalb der Radialrichtung R befindet, und dem Innenumfangsabschnitt des Gehäuses 11 vorgesehen.
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Wenn daher Dampf S vom Dampfeinlass 22 dem Schaufelkaskadenteil 24 durch den Dampfdurchgang 23 zugeführt wird, durchströmt der Dampf S die Leitschaufeln 13 und die Laufschaufeln 14, so dass der Rotor 12 über jede Laufschaufel 14 angetrieben und gedreht wird, um einen mit dem Rotor 12 verbundenen Generator (nicht dargestellt) anzutreiben. Danach wird der Dampf S, der die Laufschaufeln 14 angetrieben hat, aus der Dampfaustragsöffnung 26 durch die Auslasshaube 25 ausgetragen.
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Nachfolgend wird die Beziehung zwischen dem Gehäuse 11, den Leitschaufeln 13, den Laufschaufeln 14 und der Dichtungsvorrichtung 15 in der oben genannten Dampfturbine 10 im Detail beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht von Hauptelementen zur Erläuterung der Dampfhauptströmung in der Dampfturbine als Rotationsmaschine der ersten Ausführungsform, 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie II-II von 1, und 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III von 1.
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Wie in 1 bis 3 dargestellt ist die Dichtungsvorrichtung 15 zwischen dem Gehäuse 11 und dem Außenende der Laufschaufel 14 vorgesehen. Die Dichtungsvorrichtung 15 unterdrückt das Austreten der Dampfströmung (Fluid) S, die zwischen dem Gehäuse 11 und dem Außenende der Laufschaufel 14 von einer Hochdruckseite H zu einer Niederdruckseite L entlang der Axialrichtung A des Rotors 12 strömt. Dabei strömt der Dampf S von der Hochdruckseite H zu der Niederdruckseite L, und der Hauptströmungsdampf S1 strömt entlang einer Dampfströmungsrichtung A1, um die Leitschaufeln 13 und die Laufschaufeln 14 zu durchströmen. Nachdem der Dampfhauptströmung S1 die Leitschaufeln 13 durchströmte, strömt ein Teil der Dampfhauptströmung S1 zu der Dichtungsvorrichtung 15 zwischen dem Gehäuse 11 und dem Außenende der Laufschaufel 14 und wird als Austrittsdampf S2 erzeugt, der an der Dichtungsvorrichtung 15 austritt. Da der Austrittsdampf S2 die Leitschaufeln 13 durchströmt, aber nicht durch die Laufschaufeln 14 strömt, hat der Austrittsdampf S2 eine Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C.
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Die Dampfhauptströmung S1 ist also eine Strömung in der Axialrichtung A mit nahezu keiner Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C, und strömt in eine vordere Randseite der Leitschaufel 13 mit einem absoluten Geschwindigkeitsvektor V1 ein. Die Dampfhauptströmung S1 wird beim Durchströmen zwischen den Leitschaufeln 13 beschleunigt und gedreht, erhält einen absoluten Geschwindigkeitsvektor V2 mit der Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C und strömt aus einer hinteren Randseite der Leitschaufel 13 aus. Der größte Teil des aus der Leitschaufel 13 ausgeströmten Dampfes S kollidiert mit der Laufschaufel 14, wodurch der Rotor 12 zusammen mit der Laufschaufel 14 in einer Rotationsrichtung C1 mit einer vorbestimmten Drehzahl rotiert. Zu diesem Zeitpunkt wird der Dampf S beim Durchströmen der Laufschaufel 14 verzögert und gedreht und wird zu einem absoluten Geschwindigkeitsvektor V3 entlang der Axialrichtung A, der nahezu keine Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C hat. Allerdings ist der Betrieb der Drehung der Laufschaufel 14 selbst dann derselbe, wenn die Dampfhauptströmung S1 eine Strömung mit der Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C ist.
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Andererseits hat der absolute Geschwindigkeitsvektor V2 des Dampfes S, der zwischen den Leitschaufeln 13 durchgeströmt ist, die Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C, und der Austrittsdampf S2, der aus der Dichtungsvorrichtung 15 austritt, ohne die Laufschaufel 14 zu durchströmen, ist eine Strömung mit der Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C, obwohl sich seine Geschwindigkeit aufgrund der später zu beschreibenden Beschleunigung/Verzögerung durch die Dichtungsrippen und der Viskositätsreibung einer Seitenwand und einer Abdeckung ändert. Wenn also der Austrittsdampf S2 in den Hauptströmungsdampf S1 mit dem absoluten Geschwindigkeitsvektor V3 übergeht, der in der Umfangsrichtung C nahezu keine Geschwindigkeitskomponente aufweist, kommt es im Übergangsabschnitt zu Mischverlusten.
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Bisher wurde eine Impulsturbine beschrieben, bei der der Hauptströmungsdampf S1 nahezu keine Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C hat, aber selbst bei einer Reaktionsturbine, bei der der Hauptströmungsdampf S1 die Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C hat, treten, da die Richtungsvektoren des Hauptströmungsdampfes S1 und des Austrittsdampfes S2 voneinander verschieden sind, Mischverluste am Übergangsabschnitt wie bei der Impulsturbine auf. Die vorliegende Erfindung ist auch für die Reaktionsturbine anwendbar und wirksam.
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Die Dampfturbine 10 der ersten Ausführungsform umfasst eine Drallströmungserzeugungskammer 31 und eine Vielzahl von Führungselementen 32. Die Drallströmungserzeugungskammer 31 ist in dem Gehäuse 11 an einer stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von der Dichtungsvorrichtung 15 entlang der Umfangsrichtung C des Rotors 12 vorgesehen. Die Führungselemente 32 sind in der Drallströmungserzeugungskammer 31 entlang der Radialrichtung R des Rotors 12 und in der Umfangsrichtung C des Rotors 12 in vorbestimmten Abständen angeordnet.
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Ein Basis-Endabschnitt der Leitschaufel 13, der sich außen in der Radialrichtung R befindet, ist an dem Innenumfangsabschnitt des Gehäuses 11 befestigt, und ein Basis-Endabschnitt der Laufschaufel 14, der sich innen in der Radialrichtung R befindet, ist an dem Außenumfangsabschnitt des Rotors 12 befestigt (siehe 4). Die Laufschaufel 14 ist zwischen den in vorbestimmten Abständen in der Axialrichtung A angeordneten Leitschaufeln 13 angeordnet. Die Laufschaufel 14 ist an dem Außenende, das sich außen in der Radialrichtung R befindet, mit einer Abdeckung 41 versehen. Die Dichtungsvorrichtung 15 ist zwischen dem Innenumfangsabschnitt des Gehäuses 11 und einem Außenumfangsabschnitt der Abdeckung 41 der Laufschaufel 14 angeordnet.
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Das Gehäuse 11 ist an einer Innenumfangsoberfläche 11a mit einem Ausnehmungsabschnitt 42 versehen, der dem Außenumfangsabschnitt der Abdeckung 41 zugewandt ist. Der Ausnehmungsabschnitt 42 ist eine ringförmige Nut, die entlang der Umfangsrichtung C des Rotors 12 vorgesehen ist. Die Abdeckung 41 der Laufschaufel 14 ist in dem Ausnehmungsabschnitt 42 des Gehäuses 11 mit einem vorbestimmten Zwischenraum angeordnet. Die Dichtungsvorrichtung 15 weist eine Vielzahl von Dichtungsrippen 43, 44, 45 auf. Basis-Endabschnitte der Dichtungsrippen 43 und 44 sind an einer Innenumfangsoberfläche 42a des Ausnehmungsabschnitts 42 des Gehäuses 11 befestigt, und die Außenenden der Dichtungsrippen 43 und 44 erstrecken sich zu einer Außenumfangsoberfläche 41a der Abdeckung 41 der Laufschaufel 14. Die Dichtungsrippe 45 ist zwischen den Dichtungsrippen 43 und 44 angeordnet und hat einen Basis-Endabschnitt, der an der Außenumfangsoberfläche 41a der Abdeckung 41 der Laufschaufel 14 befestigt ist, und ein Außenende, das sich zu der Innenumfangsoberfläche 42a des Ausnehmungsabschnitts 42 des Gehäuses 11 erstreckt.
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Die Dichtungsrippen 43, 44, 45 sind in vorbestimmten Abständen in der Axialrichtung A des Rotors 12 vorgesehen. Die Dichtungsrippen 43, 44, 45 sind entlang der Umfangsrichtung C des Rotors 12 vorgesehen. Zwischen den Außenenden der Dichtungsrippen 43 und 44 und der Außenumfangsoberfläche 41a der Abdeckung 41 ist ein vorbestimmter Zwischenraum sichergestellt. Weiterhin ist ein vorbestimmter Zwischenraum zwischen dem Außenende der Dichtungsrippe 45 und der Innenumfangsoberfläche 42a des Ausnehmungsabschnitts 42 sichergestellt. Die jeweiligen Zwischenräume sind im Wesentlichen auf die gleichen Maße eingestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl und die Anbringungspositionen der Dichtungsrippen 43, 44, 45 nicht auf die oben beschriebenen beschränkt sind.
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Die Länge des Ausnehmungsabschnitts 42 des Gehäuses 11 in der Axialrichtung A ist länger als die der Abdeckung 41 der Laufschaufel 14 in der Axialrichtung A. Der Ausnehmungsabschnitt 42 ist also von einer stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von einem vorderen Rand der Laufschaufel 14 zu der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von einem hinteren Rand der Laufschaufel 14 vorgesehen. Die Drallströmungserzeugungskammer 31 ist in dem Ausnehmungsabschnitt 42 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von dem hinteren Rand der Laufschaufel 14 vorgesehen. Die Drallströmungserzeugungskammer 31 hat eine Innenumfangsoberfläche 46 des Gehäuses 11 (Ausnehmungsabschnitt 42), eine erste Wandoberfläche 47, die der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 bezüglich der Dichtungsvorrichtung 15 in dem Gehäuse 11 zugewandt ist, und eine zweite Wandoberfläche 48, die dem Inneren in der Radialrichtung R des Rotors 12 zugewandt ist (siehe 4), bezüglich der Innenumfangsoberfläche 11a des Gehäuses 11. Dabei befindet sich in der Drallströmungserzeugungskammer 31 die erste Wandoberfläche 47 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von einem vorderen Randabschnitt 13a der Leitschaufel 13 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1.
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Die Innenumfangsoberfläche 46 befindet sich also in der Radialrichtung R von der Innenumfangsoberfläche 42a des Ausnehmungsabschnitts 42 außen und ist entlang der Umfangsrichtung C kontinuierlich. Die erste Wandoberfläche 47 ist eine Oberfläche parallel zu der Radialrichtung R und orthogonal zu der Innenumfangsoberfläche 46 und ist entlang der Umfangsrichtung C kontinuierlich. Die erste Wandoberfläche 47 befindet sich an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von dem vorderen Randabschnitt 13a der Leitschaufel 13, die an der Innenumfangsoberfläche 11a an der Innenseite in der Radialrichtung R des Rotors 12 von der Drallströmungserzeugungskammer 31 befestigt ist. Das Gehäuse 11 ist mit einem Vorsprung 49 versehen, der an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 in dem Ausnehmungsabschnitt 42 ausgebildet ist und sich von der Innenumfangsoberfläche 11a des Gehäuses 11 zu der stromaufwärtigen Seite (Seite des Ausnehmungsabschnitts 42) in der Dampfströmungsrichtung A1 erstreckt. Die zweite Wandoberfläche 48 ist eine Oberfläche, die außerhalb des Vorsprungs 49 in einer Radialrichtung R und parallel zu der Innenumfangsoberfläche 46 vorgesehen ist, während sie orthogonal zu der ersten Wandoberfläche 47 ist, und entlang der Umfangsrichtung C kontinuierlich ist.
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Das Führungselement 32 hat eine Plattenform entlang der Radialrichtung R und der Axialrichtung A des Rotors 12. Das Führungselement 32 ist an der Innenumfangsoberfläche 46, der ersten Wandoberfläche 47 und der zweiten Wandoberfläche 48 befestigt. Die Position eines Endabschnitts des Führungselements 32 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 und die Position eines stromaufwärtigen Endabschnitts des Vorsprungs 49 in der Dampfströmungsrichtung A1 sind dieselben Positionen in der Axialrichtung A. Ferner ist eine Endoberfläche 32a des Führungselements 32 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 um einen vorbestimmten Abstand in der Axialrichtung A von der Dichtrippe 44 und der Abdeckung 41 angeordnet.
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Wenn also der Dampf S dem Inneren des Gehäuses 11 zugeführt wird und die Laufschaufel 14 gedreht wird, strömt der Dampf S von der Hochdruckseite H zu der Niederdruckseite L entlang der Dampfströmungsrichtung A1. Dabei strömt der Dampf S so, dass der Hauptströmungsdampf S1 die Leitschaufel 13 und die Laufschaufel 14 durchströmt, und ein Teil des Dampfes S strömt zu der Dichtungsvorrichtung 15, die zwischen dem Gehäuse 11 und dem Außenende der Laufschaufel 14 vorgesehen ist, ohne die Laufschaufeln 14 zu durchströmen. Obwohl die Dichtungsvorrichtung 15 das Austreten des Dampfes S unterdrückt, tritt ein Teil des Dampfes S aus und der Austrittsdampf S2 wird erzeugt. Der aus der Dichtungsvorrichtung 15 austretende Austrittsdampf S2 wird in der Drallströmungserzeugungskammer 31 verwirbelt und geht anschließend in den Hauptströmungsdampf S1 über, der die Leitschaufel 13 und die Laufschaufel 14 durchströmte.
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Zu diesem Zeitpunkt hat der aus der Dichtungsvorrichtung 15 austretende Austrittsdampf S2 die Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C, weil er die Leitschaufel 13 durchströmt, aber nicht durch die Laufschaufel 14 strömt. Der Austrittsdampf S2 mit der Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C wird in der Drallströmungserzeugungskammer 31 zu einem Dralldampf S3 mit einer zentralen Achse in der Umfangsrichtung C. Der Austrittsdampf S2 wird also durch das Führungselement 32 geführt und wird zum Dralldampf S3 mit einer verringerten Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C. Der in der Drallströmungserzeugungskammer 31 verwirbelte Dralldampf S3 mit der verringerten Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C beeinflusst anschließend den in die Drallströmungserzeugungskammer 31 einströmenden Austrittsdampf S2 mit der Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C, so dass eine Wirbelströmung erzeugt wird. Da sich bei der vorliegenden Ausführungsform die Drallströmungserzeugungskammer 31 an der stromabwärtigen Seite in Dampfströmungsrichtung A1 von dem vorderen Randabschnitt 13a der Leitschaufel 13 befindet, ist das Volumen der Drallströmungserzeugungskammer 31 groß. Daher kann die erzeugte Drallströmung in der Drallströmungserzeugungskammer 31 eingeschränkt werden, und ein Austrittsdampf S4 mit der verringerten Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C strömt zwischen der Abdeckung 41 und dem Vorsprung 49 durch und geht in den Hauptströmungsdampf S1 über, der die Laufschaufel 14 durchströmte.
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Wie oben beschrieben umfasst die Rotationsmaschine der ersten Ausführungsform das Gehäuse 11, das eine hohle Form aufweist, den Rotor 12, der in dem Gehäuse 11 drehbar getragen ist, die Laufschaufel 14, die an dem Außenumfangsabschnitt des Rotors 12 befestigt ist, die Leitschaufel 13, die an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 bezüglich der Laufschaufel 14 angeordnet und an dem Innenumfangsabschnitt des Gehäuses 11 befestigt ist, die Dichtungsvorrichtung 15, die zwischen dem Innenumfangsabschnitt des Gehäuses 11 und dem Außenende der Laufschaufel 14 angeordnet ist, die Drallströmungserzeugungskammer 31, die in dem Gehäuse 11 entlang der Umfangsrichtung C des Rotors 12 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von der Dichtungsvorrichtung 15 vorgesehen ist, und die Führungselemente 32, die in der Drallströmungserzeugungskammer 31 entlang der Radialrichtung R des Rotors 12 und in der Umfangsrichtung C des Rotors 12 in vorbestimmten Abständen vorgesehen sind. In der Drallströmungserzeugungskammer 31 ist die erste Wandoberfläche 47 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von dem vorderen Randabschnitt 13a der Leitschaufel 13 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 angeordnet.
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Folglich wird der Austrittsdampf S2 mit der Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C beim Einströmen in die Drallströmungserzeugungskammer 31 durch die Führungselemente 32 geführt, so dass die Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C verringert wird. Der in der Drallströmungserzeugungskammer 31 verwirbelte Austrittsdampf S3 mit der verringerten Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung C beeinflusst anschließend den in die Drallströmungserzeugungskammer 31 einströmenden Austrittsdampf S2 mit der Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung C, so dass eine Wirbelströmung erzeugt wird. Die Wirbelströmung kann jedoch in der Drallströmungserzeugungskammer 31 mit großem Volumen eingeschränkt werden, und der Austrittsdampf S4 mit der verringerten Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C geht gleichmäßig in den Hauptströmungsdampf S1 über. Dadurch, dass der aus der Dichtungsvorrichtung 15 austretende Dampf S gleichmäßig in den Hauptströmungsdampf S1 übergehen kann, kann der Mischverlust in dem Übergangsabschnitt verringert und die Leistung verbessert werden.
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Bei der Rotationsmaschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Wirbelstromerzeugungskammer 31 die Innenumfangsoberfläche 46 des Ausnehmungsabschnitts 42, die erste Wandoberfläche 47, die der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 bezüglich der Dichtungsvorrichtung 15 in dem Gehäuse 11 zugewandt ist, und die zweite Wandoberfläche 48, die der Innenseite in der Radialrichtung R des Rotors 12 bezüglich der Innenumfangsoberfläche 42a des Ausnehmungsabschnitts 42 zugewandt ist, sind die Führungselemente 32 an der Innenumfangsoberfläche 46 und der ersten Wandoberfläche 47 befestigt, und die erste Wandoberfläche 47 ist an der stromabwärtigen Seite von dem vorderen Randabschnitt 13a der Leitschaufel 13 angeordnet. Folglich kann die Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C des Austrittsdampfes S2 durch die Führungselemente 32 verringert und die erzeugte Wirbelströmung in der Drallströmungserzeugungskammer 31 durch Vergrößerung des Volumens der Drallströmungserzeugungskammer 31 eingeschränkt werden.
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Bei der Rotationsmaschine der ersten Ausführungsform ist die Drallströmungserzeugungskammer 31 in dem Ausnehmungsabschnitt 42 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 vorgesehen, und umfasst die Innenumfangsoberfläche 46 des Ausnehmungsabschnitts 42, die erste Wandoberfläche 47, die in dem Ausnehmungsabschnitt 42 vorgesehen ist, und die zweite Wandoberfläche 48, die an dem Randabschnitt 49 vorgesehen ist, der sich von der Innenumfangsoberfläche 11a des Gehäuses 11 zu der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 erstreckt, und die erste Wandoberfläche 47 befindet sich an der stromabwärtigen Seite von dem vorderen Randabschnitt 13a der Leitschaufel 13. Folglich kann die erzeugte Wirbelströmung in der Drallströmungserzeugungskammer 31 durch Vergrößerung des Volumens der Drallströmungserzeugungskammer 31 eingeschränkt werden.
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[Zweite Ausführungsform]
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5 ist eine Schnittansicht von Hauptelementen zur Erläuterung der Dampfströmung in einer Dampfturbine als Rotationsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform. Es sei darauf hingewiesen, dass die Grundkonfiguration der zweiten Ausführungsform die gleiche ist wie die der oben erwähnten ersten Ausführungsform, dass die Elemente, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind und die gleichen Funktionen wie die der ersten Ausführungsform haben, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und dass eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen wird.
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Bei der zweiten Ausführungsform, wie in 1 und 5 dargestellt ist, umfasst die Dampfturbine 10 das Gehäuse 11, den Rotor 12, die Leitschaufeln 13, die Laufschaufeln 14, die Dichtungsvorrichtung 15, die Drallströmungserzeugungskammer 31 und eine Vielzahl von Führungselementen 61.
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Die Drallströmungserzeugungskammer 31 ist in dem Gehäuse 11 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von der Dichtungsvorrichtung 15 entlang der Umfangsrichtung C des Rotors 12 vorgesehen. Die Führungselemente 61 sind in der Drallströmungserzeugungskammer 31 entlang der Radialrichtung R des Rotors 12 und in der Umfangsrichtung C des Rotors 12 in vorbestimmten Abständen angeordnet. Das Führungselement 61 ist an der Innenumfangsoberfläche 46, der ersten Wandoberfläche 47 und der zweiten Wandoberfläche 48 befestigt. Dabei ist bei der Drallströmungserzeugungskammer 31 die erste Wandoberfläche 47 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von dem vorderen Randabschnitt 13a der Leitschaufel 13 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 angeordnet.
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Ferner befindet sich die Position des stromaufwärtigen Endabschnitts des Vorsprungs 49 in der Dampfströmungsrichtung A1 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von der Position des Endabschnitts des Führungselements 61 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1. Ein Abstand L1 zwischen einer hinteren Endoberfläche 41b der Abdeckung 41 und einer Endoberfläche 61a des Führungselements 61 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 ist also größer als ein Abstand L2 zwischen der hinteren Endoberfläche 41b der Abdeckung 41 und einer stromaufwärtigen Endoberfläche 49a des Vorsprungs 49 in der Dampfströmungsrichtung A1. Das heißt, L1 > L2.
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Wie oben beschrieben befindet sich bei der Rotationsmaschine der zweiten Ausführungsform die Endoberfläche 49a des Vorsprungs 49 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von der Endoberfläche 61a des Führungselements 61 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1.
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Folglich kann durch Verengung eines Ausgangs des Austrittsdampfes S4, der in den Hauptströmungsdampf S1 aus der Drallströmungserzeugungskammer 31 übergeht, eine Wirbelströmung, die durch Wechselwirkung zwischen dem aus der Drallströmungserzeugungskammer 31 ausgetragenen Dralldampf S3 mit der verringerten Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C und dem in die Drallströmungserzeugungskammer 31 einströmenden Austrittsdampf S2 mit der Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C erzeugt wird, einfach in der Drallströmungserzeugungskammer 31 eingeschränkt werden.
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[Dritte Ausführungsform]
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6 ist eine Schnittansicht von Hauptelementen zur Erläuterung der Dampfströmung in einer Dampfturbine als Rotationsmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform. Es sei darauf hingewiesen, dass die Grundkonfiguration der dritten Ausführungsform die gleiche ist wie die der oben erwähnten ersten Ausführungsform, dass die Elemente, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind und die gleichen Funktionen wie die der ersten Ausführungsform haben, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und dass eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen wird.
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Bei der dritten Ausführungsform, wie sie in 1 und 6 dargestellt ist, umfasst die Dampfturbine 10 das Gehäuse 11, den Rotor 12, die Leitschaufeln 13, die Laufschaufeln 14, die Dichtungsvorrichtung 15, die Drallströmungserzeugungskammer 31 und eine Vielzahl von Führungselementen 71.
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Die Drallströmungserzeugungskammer 31 ist in dem Gehäuse 11 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von der Dichtungsvorrichtung 15 entlang der Umfangsrichtung C des Rotors 12 vorgesehen. Die Führungselemente 71 sind in der Drallströmungserzeugungskammer 31 entlang der Radialrichtung R des Rotors 12 und in der Umfangsrichtung C des Rotors 12 in vorbestimmten Abständen angeordnet. Das Führungselement 71 ist an der Innenumfangsoberfläche 46 und der ersten Wandoberfläche 47 befestigt. Dabei ist bei der Drallströmungserzeugungskammer 31 die erste Wandoberfläche 47 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von dem vorderen Randabschnitt 13a der Leitschaufel 13 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 angeordnet.
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Ferner befindet sich ein Endabschnitt des Führungselements 71 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von dem Endabschnitt des Vorsprungs 49 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1. Ein Abstand L1 zwischen der hinteren Endoberfläche 41b der Abdeckung 41 und einer Endoberfläche 71a des Führungselements 71 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 ist also kürzer als ein Abstand L2 zwischen der hinteren Endoberfläche 41b der Abdeckung 41 und der stromaufwärtigen Endoberfläche 49a des Vorsprungs 49 in der Dampfströmungsrichtung A1. Das heißt, L1 < L2.
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Weiterhin ist ein Verbindungsbereich 72 zwischen dem Führungselement 71 und der zweiten Wandoberfläche 48 vorgesehen, um in der Umfangsrichtung des Rotors 12 in Verbindung zu stehen. Das Führungselement 71 ist also nur an der Innenumfangsoberfläche 46 und der ersten Wandoberfläche 47 befestigt und nicht an der zweiten Wandoberfläche 48, und der Verbindungsbereich 72 ist hier vorgesehen. Der Verbindungsbereich 72 ist von der Außenumfangsoberfläche 41a der Abdeckung 41 der Laufschaufel 14 zur Außenseite in der Radialrichtung R des Rotors 12 vorgesehen.
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Wie oben beschrieben befindet sich bei der Rotationsmaschine der dritten Ausführungsform die Endoberfläche 71a des Führungselements 71 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von der Endoberfläche 49a des Vorsprungs 49 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1.
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Folglich wird der Austrittsdampf S2, der in die Drallströmungserzeugungskammer 31 eingeströmt ist, durch die Führungselemente 71 geführt, so dass die Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C verringert wird und die Intensität des Austrittsdampfes S2 mit einer Erhöhung von Abrieb aufgrund von Kontakt mit den Führungselementen 71 verringert wird. Daher kann eine durch Wechselwirkung zwischen dem Drallströmungsdampf S3, der aus der Drallströmungserzeugungskammer 31 austritt und die reduzierte Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C hat, und dem Austrittsdampf S2, der in die Drallströmungserzeugungskammer 31 einströmt und die Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C hat, erzeugte Wirbelströmung verringert werden.
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Bei der Rotationsmaschine der dritten Ausführungsform ist der Verbindungsbereich 72 zwischen dem Führungselement 71 und der zweiten Wandoberfläche 48 vorgesehen, um in der Umfangsrichtung C des Rotors 12 in Verbindung zu stehen. Folglich kann die durch Wechselwirkung zwischen dem Drallströmungsdampf S3, der aus der Drallströmungserzeugungskammer 31 ausgetragen wird und die verringerte Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C hat, und dem Austrittsdampf S2, der in die Drallströmungserzeugungskammer 31 strömt und die Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C hat, erzeugte Wirbelströmung in dem Verbindungsbereich 72 der Drallströmungserzeugungskammer 31 eingeschränkt werden und ihre Wirbelintensität kann verringert werden.
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Bei dieser Ausführungsform der Rotationsmaschine ist der Verbindungsbereich 72 von der Außenumfangsoberfläche 41a der Abdeckung 41 der Laufschaufel 14 zur Außenseite in der Radialrichtung R des Rotors 12 vorgesehen. Dadurch wird die erzeugte Drallströmung in dem Verbindungsbereich 72 der Drallströmungserzeugungskammer 31 in geeigneter Weise eingeschränkt, so dass deren Wirbelintensität verringert werden kann.
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[Vierte Ausführungsform]
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7 ist eine Schnittansicht von Hauptelementen zur Erläuterung der Dampfströmung in einer Dampfturbine als Rotationsmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform. Es sei darauf hingewiesen, dass die Grundkonfiguration der vierten Ausführungsform die gleiche ist wie die der oben erwähnten ersten Ausführungsform, dass die Elemente, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind und die gleichen Funktionen wie die der ersten Ausführungsform haben, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und dass eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen wird.
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Bei der vierten Ausführungsform, wie in 1 und 7 dargestellt ist, umfasst die Dampfturbine 10 das Gehäuse 11, den Rotor 12, die Leitschaufeln 13, die Laufschaufeln 14, die Dichtungsvorrichtung 15, die Drallströmungserzeugungskammer 31 und eine Vielzahl von Führungselementen 81.
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Die Drallströmungserzeugungskammer 31 ist in dem Gehäuse 11 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von der Dichtungsvorrichtung 15 entlang der Umfangsrichtung C des Rotors 12 vorgesehen. Die Führungselemente 81 sind in der Drallströmungserzeugungskammer 31 entlang der Radialrichtung R des Rotors 12 und in der Umfangsrichtung C des Rotors 12 in vorbestimmten Abständen angeordnet. Das Führungselement 81 ist an der Innenumfangsoberfläche 46, der ersten Wandoberfläche 47 und der zweiten Wandoberfläche 48 befestigt. Dabei befindet sich in der Drallströmungserzeugungskammer 31 die erste Wandoberfläche 47 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von dem vorderen Randabschnitt 13a der Leitschaufel 13 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1.
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Das Führungselement 81 weist einen ersten Führungskörper 82, der sich in der Radialrichtung R des Rotors 12 innen befindet, und einen zweiten Führungskörper 83, der sich in der Radialrichtung R des Rotors 12 außen befindet und sich vom ersten Führungskörper 82 zu der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 erstreckt, auf. Ferner sind die Position des stromaufwärtigen Endabschnitts des Vorsprungs 49 in der Dampfströmungsrichtung A1 und die Position eines Endabschnitts des ersten Führungskörpers 82 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 identisch in der Axialrichtung A. Ein Abstand L1 zwischen der hinteren Endoberfläche 41b der Abdeckung 41 und einer Endoberfläche 83a des zweiten Führungskörpers 83 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 ist also kürzer als ein Abstand L2 zwischen der hinteren Endoberfläche 41b der Abdeckung 41 und der stromaufwärtigen Endoberfläche 49a des Vorsprungs 49 in der Dampfströmungsrichtung A1 und einer stromaufwärtigen Endoberfläche 82a des ersten Führungskörpers 82 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1. Das heißt, L1 < L2.
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Wie oben beschrieben weist bei der Rotationsmaschine der vierten Ausführungsform das Führungselement 81 den ersten Führungskörper 82, der sich in der Radialrichtung R des Rotors 12 innen befindet, und den zweiten Führungskörper 83, der sich in der Radialrichtung R des Rotors 12 außen befindet und sich vom ersten Führungskörper 82 zu der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 erstreckt, auf.
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Folglich wird die Intensität des Austrittsdampfes S2, der in die Drallströmungserzeugungskammer 31 einströmte, verringert, bevor er durch die Führungselemente 81 geführt wird, und anschließend wird der Austrittsdampf S2 durch die ersten Führungskörper 82 und die zweiten Führungskörper 83 geführt, so dass die Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung verringert wird und die Intensität des Austrittsdampfes S2 mit einer Zunahme von Abrieb aufgrund von Kontakt mit den zweiten Führungskörpern 83 verringert wird. Somit kann eine durch Wechselwirkung erzeugte Wirbelströmung zwischen dem aus der Drallströmungserzeugungskammer 31 austretenden Drallströmungsdampf S3 mit der verringerten Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C und dem in die Drallströmungserzeugungskammer 31 einströmenden Austrittsdampf S2 mit der Geschwindigkeitskomponente in der Umfangsrichtung C verringert werden.
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[Fünfte Ausführungsform]
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8 ist eine Schnittansicht von Hauptelementen zur Erläuterung der Dampfströmung in einer Dampfturbine als Rotationsmaschine gemäß einer fünften Ausführungsform. Es sei darauf hingewiesen, dass die Grundkonfiguration der fünften Ausführungsform die gleiche ist wie die der oben erwähnten ersten Ausführungsform, dass die Elemente, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind und die gleichen Funktionen wie die der ersten Ausführungsform haben, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und dass eine detaillierte Beschreibung derselben weggelassen wird.
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Bei der fünften Ausführungsform, wie in 1 und 8 dargestellt ist, umfasst die Dampfturbine 10 das Gehäuse 11, den Rotor 12, die Leitschaufeln 13, die Laufschaufeln 14, die Dichtungsvorrichtung 15, die Drallströmungserzeugungskammer 31 und eine Vielzahl von Führungselementen 91.
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Die Drallströmungserzeugungskammer 31 ist in dem Gehäuse 11 an der Stromabseite in der Dampfströmungsrichtung A1 von der Dichtungsvorrichtung 15 entlang der Umfangsrichtung C des Rotors 12 vorgesehen. Die Führungselemente 91 sind in der Drallströmungserzeugungskammer 31 entlang der Radialrichtung R des Rotors 12 und in der Umfangsrichtung C des Rotors 12 in vorbestimmten Abständen vorgesehen. Das Führungselement 91 ist an der Innenumfangsoberfläche 46 und der ersten Wandoberfläche 47 befestigt. Dabei befindet sich in der Drallströmungserzeugungskammer 31 die erste Wandoberfläche 47 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von dem vorderen Randabschnitt 13a der Leitschaufel 13 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1.
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Ferner befindet sich ein Endabschnitt des Führungselements 91 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 von dem Endabschnitt des Vorsprungs 49 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1. Weiterhin ist ein Verbindungsbereich 92 zwischen dem Führungselement 91 und der zweiten Wandoberfläche 48 vorgesehen, der in der Umfangsrichtung des Rotors 12 in Verbindung steht. Das Führungselement 91 ist also nur an der Innenumfangsoberfläche 46 und der ersten Wandoberfläche 47 befestigt und nicht an der zweiten Wandoberfläche 48, und der Verbindungsbereich 92 ist hier vorgesehen. Der Verbindungsbereich 92 ist von der Außenumfangsoberfläche 41a der Abdeckung 41 der Laufschaufel 14 zur Außenseite in der Radialrichtung R des Rotors 12 vorgesehen.
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Darüber hinaus ist die Abdeckung 41 der Laufschaufel 14 an der Außenumfangsoberfläche 41a davon an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 mit einer ersten Führungsoberfläche 93 versehen, die sich zu dem Verbindungsbereich 92 erstreckt, und ist an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 mit einer zweiten Führungsoberfläche 94 versehen, die nach innen in die Radialrichtung R des Rotors 12 gewandt ist. Ferner ist ein Abstand L1 zwischen der ersten Führungsoberfläche 93 der Abdeckung 41 und einer Endoberfläche 91a des Führungselements 91 an der stromaufwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 kleiner als ein Abstand L2 zwischen der hinteren Endoberfläche 41b der Abdeckung 41 und der stromaufwärtigen Endoberfläche 49a des Vorsprungs 49 in der Dampfströmungsrichtung A1. Das heißt, L1 < L2.
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Wie oben beschrieben ist bei der Rotationsmaschine der fünften Ausführungsform die Abdeckung 41 der Laufschaufel 14 an der Außenumfangsoberfläche 41a davon an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 mit der ersten Führungsoberfläche 93 versehen, die sich zu dem Verbindungsbereich 92 erstreckt. Dadurch kann der Austrittsdampf S2 aus der Dichtungsvorrichtung 15 in geeigneter Weise zu dem Verbindungsbereich 92 geführt werden.
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Bei der Rotationsmaschine der fünften Ausführungsform ist die Abdeckung 41 der Laufschaufel 14 an der stromabwärtigen Seite in der Dampfströmungsrichtung A1 mit der zweiten Führungsoberfläche 94 versehen, die nach innen in der Radialrichtung R des Rotors 12 gewandt ist. Somit kann der aus der Drallströmungserzeugungskammer 31 in den Hauptströmungsdampf S1 übergehende Drallströmungsdampf S3 durch die zweite Führungsoberfläche 94 gleichmäßig in den Hauptströmungsdampf S1 überführt werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in den vorgenannten Ausführungsformen die Dichtungsvorrichtung eine Labyrinthdichtung ist, aber auch andere berührungslose Dichtungen sein können.
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Ferner wird in den vorgenannten Ausführungsformen die Rotationsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung auf die Dampfturbine 10 angewendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Dampfturbine beschränkt und kann auf eine Rotationsmaschine, wie beispielsweise einen Verdichter und eine Abgasturbine, in der der Innendruck höher ist als der Außendruck während seines Betriebs angewendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dampfturbine (Rotationsmaschine)
- 11
- Gehäuse
- 11a
- Innenumfangsoberfläche
- 12
- Rotor
- 13
- Leitschaufel (Statorschaufel)
- 14
- Laufschaufel (Rotorschaufel)
- 15
- Dichtungsvorrichtung
- 20
- Lager
- 21
- Rotorscheibe
- 22
- Dampfeintritt
- 23
- Dampfdurchgang
- 24
- Schaufelkaskadenteil
- 25
- Auslasshaube
- 26
- Dampfaustragsöffnung
- 31
- Drallströmungserzeugungskammer
- 32, 61, 71, 81, 91
- Führungselement
- 32a, 61a, 71a, 82a, 83a, 91a
- Endoberfläche
- 41
- Abdeckung
- 41a
- Außenumfangsoberfläche
- 41b
- hintere Endoberfläche
- 42
- Ausnehmungsabschnitt
- 42a
- Innenumfangsoberfläche
- 43, 44, 45
- Dichtungsrippe
- 46
- Innenumfangsoberfläche
- 47
- erste Wandoberfläche
- 48
- zweite Wandoberfläche
- 49
- Vorsprung
- 49a
- Endoberfläche
- 72, 92
- Verbindungsbereich
- 82
- erster Führungskörper
- 83
- zweiter Führungskörper
- 93
- erste Führungsoberfläche
- 94
- zweite Führungsoberfläche
- a
- Axialrichtung
- A1
- Dampfströmungsrichtung
- C
- Umfangsrichtung
- C1
- Rotationsrichtung
- R
- Radialrichtung
- s
- Dampf
- s1
- Hauptströmungsdampf
- s2
- Austrittsdampf
- s3
- Dralldampf
- s4
- Austrittsdampf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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