JP2002227606A - タービン動翼先端部シール構造 - Google Patents
タービン動翼先端部シール構造Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/20—Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
Abstract
(57)【要約】
【課題】 フリースタンディング型タービン動翼の周方
向リークを低減する。 【解決手段】 先端部にシュラウドを有さないフリース
タンディング型タービン動翼１の、タービンケーシング
内周面に対向する動翼先端部１ａに、先端部翼弦方向に
延びる複数列の突起３を配置する。これにより、タービ
ン動翼腹側１ｅからタービン先端とケーシング内周面と
の間隙を通ってタービン動翼背側１ｆに向かう作動流体
の周方向リーク流は、突起３を越える際に大きな抵抗を
生じるようになるため、動翼の周方向リークが低減され
タービン効率の低下が防止される。
向リークを低減する。 【解決手段】 先端部にシュラウドを有さないフリース
タンディング型タービン動翼１の、タービンケーシング
内周面に対向する動翼先端部１ａに、先端部翼弦方向に
延びる複数列の突起３を配置する。これにより、タービ
ン動翼腹側１ｅからタービン先端とケーシング内周面と
の間隙を通ってタービン動翼背側１ｆに向かう作動流体
の周方向リーク流は、突起３を越える際に大きな抵抗を
生じるようになるため、動翼の周方向リークが低減され
タービン効率の低下が防止される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、タービン動翼先端
部シール構造に関し、詳細には先端部にシュラウドを備
えていないフリースタンディング型タービン動翼先端部
のシール構造に関する。
部シール構造に関し、詳細には先端部にシュラウドを備
えていないフリースタンディング型タービン動翼先端部
のシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】スチームタービン、ガスタービン等は、
蒸気、燃焼ガスなどの作動流体の反力を受けて回転する
動翼を備えている。運転中、動翼の腹側（動翼回転方向
上流側、すなわち作動流体の反力を受ける側）では背側
（回転方向下流側）に較べて静圧が高くなり、動翼の両
側に流体圧力の差が生じるようになる。このため、動翼
先端部では、動翼先端とタービンケーシングとの間隙を
通って高圧の動翼腹側から低圧の背側に作動流体がリー
クする周方向リークが生じるようになる。周方向リーク
が生じると、作動流体の一部が動翼を回転させるために
有効に使用されないまま低圧部に逃げる事となるため、
タービン効率が低下する問題がある。
蒸気、燃焼ガスなどの作動流体の反力を受けて回転する
動翼を備えている。運転中、動翼の腹側（動翼回転方向
上流側、すなわち作動流体の反力を受ける側）では背側
（回転方向下流側）に較べて静圧が高くなり、動翼の両
側に流体圧力の差が生じるようになる。このため、動翼
先端部では、動翼先端とタービンケーシングとの間隙を
通って高圧の動翼腹側から低圧の背側に作動流体がリー
クする周方向リークが生じるようになる。周方向リーク
が生じると、作動流体の一部が動翼を回転させるために
有効に使用されないまま低圧部に逃げる事となるため、
タービン効率が低下する問題がある。
【０００３】一般に、上記周方向リークを防止するため
に、各動翼の先端を帯状の板で結んだ円環状のシュラウ
ドを供えたシュラウド付き動翼が知られている。シュラ
ウド付き動翼では、各動翼先端部を越えて腹側から背側
に流れる作動流体の流れはシュラウドにより遮断される
ため、周方向リークは生じない。この種のシュラウド付
き動翼の例としては、例えば特開平９−２６４１０１号
公報に記載されたものがある。
に、各動翼の先端を帯状の板で結んだ円環状のシュラウ
ドを供えたシュラウド付き動翼が知られている。シュラ
ウド付き動翼では、各動翼先端部を越えて腹側から背側
に流れる作動流体の流れはシュラウドにより遮断される
ため、周方向リークは生じない。この種のシュラウド付
き動翼の例としては、例えば特開平９−２６４１０１号
公報に記載されたものがある。
【０００４】同公報のタービン動翼では、各動翼の先端
を結んで円環状に形成したシュラウドの外周に、周方向
に延びる突起上のリブを設けるとともに、シュラウドに
対向するケーシング内周面にはシュラウド対向する位置
に円周方向に延びるシールフィンを形成している。前述
のように、シュラウド付き動翼では動翼先端を越えて腹
側から背側に流れる作動流体の流れはシュラウドに阻止
されるため、周方向のリークが防止される。しかし、タ
ービン動翼を通過した作動流体の圧力降下のため、作動
流体の主流方向、すなわち動翼回転方向に直角な方向
（タービン軸線方向）には動翼前後に圧力差が生じる。
このため、シュラウド付き動翼においても、シュラウド
外周とケーシングとの間の間隙を通って、タービン上流
側から下流側への軸線方向に沿ったリークが生じる。
を結んで円環状に形成したシュラウドの外周に、周方向
に延びる突起上のリブを設けるとともに、シュラウドに
対向するケーシング内周面にはシュラウド対向する位置
に円周方向に延びるシールフィンを形成している。前述
のように、シュラウド付き動翼では動翼先端を越えて腹
側から背側に流れる作動流体の流れはシュラウドに阻止
されるため、周方向のリークが防止される。しかし、タ
ービン動翼を通過した作動流体の圧力降下のため、作動
流体の主流方向、すなわち動翼回転方向に直角な方向
（タービン軸線方向）には動翼前後に圧力差が生じる。
このため、シュラウド付き動翼においても、シュラウド
外周とケーシングとの間の間隙を通って、タービン上流
側から下流側への軸線方向に沿ったリークが生じる。
【０００５】上記特開平９−２６４１０１号公報では、
この軸線方向へのリークを防止するために、シュラウド
外周に設けた円周方向リブとケーシングに設けた円周方
向シールフィンとでラビリンスシールを形成し、軸方向
リークを防止するとともに、シュラウド外周に周期的に
段差を設けることによりシュラウド外周に沿って周方向
への作動流体の流れを生成して軸方向に向かう作動流体
の流れを阻止するようにしたものである。
この軸線方向へのリークを防止するために、シュラウド
外周に設けた円周方向リブとケーシングに設けた円周方
向シールフィンとでラビリンスシールを形成し、軸方向
リークを防止するとともに、シュラウド外周に周期的に
段差を設けることによりシュラウド外周に沿って周方向
への作動流体の流れを生成して軸方向に向かう作動流体
の流れを阻止するようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術のよう
に、タービン動翼先端を結ぶ円環状のシュラウドを設け
れば、動翼先端を越えて腹側から背側に向かう作動流体
の周方向リークは完全に防止することができる。しか
し、タービン作動条件によっては、動翼先端にシュラウ
ドを形成することができず、シュラウドを有さない、い
わゆるフリースタンディング型の動翼を使用しなければ
ならない場合がある。
に、タービン動翼先端を結ぶ円環状のシュラウドを設け
れば、動翼先端を越えて腹側から背側に向かう作動流体
の周方向リークは完全に防止することができる。しか
し、タービン作動条件によっては、動翼先端にシュラウ
ドを形成することができず、シュラウドを有さない、い
わゆるフリースタンディング型の動翼を使用しなければ
ならない場合がある。
【０００７】例えば、ガスタービンのタービン動翼など
では作動流体温度（燃焼ガス温度）が極めて高くなる。
一般に動翼そのものは冷却空気などの冷却媒体を翼内部
に流通させることにより冷却を行うことができるが、薄
板円環形状のシュラウドでは内部冷却を行うことはでき
ない。このため、特にガスタービンの第１段動翼等で
は、高温の作動流体との接触によりシュラウドが溶損を
生じる場合があり、シュラウドを設けないフリースタン
ディング型の動翼を使用する必要がある。
では作動流体温度（燃焼ガス温度）が極めて高くなる。
一般に動翼そのものは冷却空気などの冷却媒体を翼内部
に流通させることにより冷却を行うことができるが、薄
板円環形状のシュラウドでは内部冷却を行うことはでき
ない。このため、特にガスタービンの第１段動翼等で
は、高温の作動流体との接触によりシュラウドが溶損を
生じる場合があり、シュラウドを設けないフリースタン
ディング型の動翼を使用する必要がある。
【０００８】従って、従来、特にガスタービンの第１段
動翼などでは、動翼先端の作動流体の周方向リークを防
止することが困難となる問題があった。本発明は上記問
題に鑑み、フリースタンディング型のタービン動翼にお
ける動翼先端の周方向リークを防止可能なタービン動翼
先端部シール構造を提供することを目的としている。
動翼などでは、動翼先端の作動流体の周方向リークを防
止することが困難となる問題があった。本発明は上記問
題に鑑み、フリースタンディング型のタービン動翼にお
ける動翼先端の周方向リークを防止可能なタービン動翼
先端部シール構造を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、先端部にシュラウドを有さないフリースタンデ
ィング型タービン動翼先端部のシール構造であって、タ
ービンケーシング内周面に対向する動翼先端部に、動翼
翼弦方向に延びる複数列の突起を配置したことを特徴と
するタービン動翼先端部シール構造が提供される。
よれば、先端部にシュラウドを有さないフリースタンデ
ィング型タービン動翼先端部のシール構造であって、タ
ービンケーシング内周面に対向する動翼先端部に、動翼
翼弦方向に延びる複数列の突起を配置したことを特徴と
するタービン動翼先端部シール構造が提供される。
【００１０】すなわち、請求項１の発明では、動翼先端
部には動翼翼弦方向、すなわち動翼先端を越えて腹側か
ら背側に向かう周方向リークの流れに対して略直角方向
に延びる複数列の突起が配置されている。このため、リ
ーク流れは翼先端を越える際に突起とケーシング内周面
との狭い間隙を通過することになり、突起通過時に流路
急拡大と急縮小とを繰り返すことになる。これにより、
リーク流の流路抵抗が増大し、周方向リークが防止され
る。
部には動翼翼弦方向、すなわち動翼先端を越えて腹側か
ら背側に向かう周方向リークの流れに対して略直角方向
に延びる複数列の突起が配置されている。このため、リ
ーク流れは翼先端を越える際に突起とケーシング内周面
との狭い間隙を通過することになり、突起通過時に流路
急拡大と急縮小とを繰り返すことになる。これにより、
リーク流の流路抵抗が増大し、周方向リークが防止され
る。
【００１１】請求項２に記載の発明によれば、先端部に
シュラウドを有さないフリースタンディング型タービン
動翼先端部のシール構造であって、タービンケーシング
内周面の、動翼先端に対向する位置に動翼翼弦方向に延
びる突起を予め定めた間隔をあけてタービンケーシング
内周面全周にわたって配置したことを特徴とするタービ
ン動翼先端部シール構造が提供される。
シュラウドを有さないフリースタンディング型タービン
動翼先端部のシール構造であって、タービンケーシング
内周面の、動翼先端に対向する位置に動翼翼弦方向に延
びる突起を予め定めた間隔をあけてタービンケーシング
内周面全周にわたって配置したことを特徴とするタービ
ン動翼先端部シール構造が提供される。
【００１２】すなわち、請求項２の発明では動翼先端部
に突起を設ける代わりにケーシング内周面に全周にわた
って突起が設けられている。この場合も、動翼先端に突
起を設けた場合と同様、周方向リーク流の流路抵抗が増
大するため、周方向リークが防止される。
に突起を設ける代わりにケーシング内周面に全周にわた
って突起が設けられている。この場合も、動翼先端に突
起を設けた場合と同様、周方向リーク流の流路抵抗が増
大するため、周方向リークが防止される。
【００１３】請求項３に記載の発明によれば、更に、前
記タービンケーシング内周面の動翼先端に対向する位置
に、前記動翼翼弦方向に延びる突起と略直交する円周方
向突起を予め定めた間隔をあけて配置し、タービンケー
シング内周面全周にわたって動翼先端に対向する位置に
格子状の突起を配置したことを特徴とする請求項２に記
載のタービン動翼先端部シール構造が提供される。
記タービンケーシング内周面の動翼先端に対向する位置
に、前記動翼翼弦方向に延びる突起と略直交する円周方
向突起を予め定めた間隔をあけて配置し、タービンケー
シング内周面全周にわたって動翼先端に対向する位置に
格子状の突起を配置したことを特徴とする請求項２に記
載のタービン動翼先端部シール構造が提供される。
【００１４】すなわち、請求項３に記載の発明では、ケ
ーシング内周面には動翼翼弦方向に延びる突起に加え
て、周方向に延びる突起が所定の間隔をあけて設けられ
ている。このため、請求項３と同様に周方向リークが防
止されるとともに、更に動翼先端を越えてタービン上流
側から下流側に向けて流れる作動流体の軸線方向リーク
が低減される。
ーシング内周面には動翼翼弦方向に延びる突起に加え
て、周方向に延びる突起が所定の間隔をあけて設けられ
ている。このため、請求項３と同様に周方向リークが防
止されるとともに、更に動翼先端を越えてタービン上流
側から下流側に向けて流れる作動流体の軸線方向リーク
が低減される。
【００１５】請求項４に記載の発明によれば、先端部に
シュラウドを有さないフリースタンディング型タービン
動翼先端部のシール構造であって、タービンケーシング
内周面の、動翼先端に対向する位置に動翼翼弦方向に配
置した複数個の噴射孔からなる噴射孔列を予め定めた間
隔をあけてタービンケーシング内周面全周にわたって配
置し、前記それぞれの噴射孔から動翼先端部に向けて空
気を噴射することを特徴とするタービン動翼先端部シー
ル構造が提供される。
シュラウドを有さないフリースタンディング型タービン
動翼先端部のシール構造であって、タービンケーシング
内周面の、動翼先端に対向する位置に動翼翼弦方向に配
置した複数個の噴射孔からなる噴射孔列を予め定めた間
隔をあけてタービンケーシング内周面全周にわたって配
置し、前記それぞれの噴射孔から動翼先端部に向けて空
気を噴射することを特徴とするタービン動翼先端部シー
ル構造が提供される。
【００１６】すなわち、請求項４の発明ではタービンケ
ーシング内周の動翼先端に対向する位置に設けられた噴
射孔列から動翼先端部に向けて空気が噴射されるため、
周方向に向かうリーク流は噴射された空気流に阻止され
タービン動翼を越えるリーク流が生じなくなり作動流体
の周方向リークが防止される。
ーシング内周の動翼先端に対向する位置に設けられた噴
射孔列から動翼先端部に向けて空気が噴射されるため、
周方向に向かうリーク流は噴射された空気流に阻止され
タービン動翼を越えるリーク流が生じなくなり作動流体
の周方向リークが防止される。
【００１７】請求項５に記載の発明によれば、前記噴射
孔は、ケーシング半径方向に対して、動翼回転方向と反
対方向に傾斜した方向を指向して空気を噴射することを
特徴とする請求項４に記載のタービン動翼先端部シール
構造が提供される。
孔は、ケーシング半径方向に対して、動翼回転方向と反
対方向に傾斜した方向を指向して空気を噴射することを
特徴とする請求項４に記載のタービン動翼先端部シール
構造が提供される。
【００１８】すなわち、請求項５の発明ではケーシング
内周の動翼先端に対向する位置に設けられた噴射孔列か
ら、ケーシング半径方向に対して動翼回転方向と反対方
向に（動翼回転方向上流側に）傾斜した方向に空気が噴
射されるため、動翼先端を越えて周方向に流れるリーク
流が更に良好に阻止されるようになる。
内周の動翼先端に対向する位置に設けられた噴射孔列か
ら、ケーシング半径方向に対して動翼回転方向と反対方
向に（動翼回転方向上流側に）傾斜した方向に空気が噴
射されるため、動翼先端を越えて周方向に流れるリーク
流が更に良好に阻止されるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施形態について説明する。図１は、本発明をガスター
ビン動翼に適用した場合の実施形態を示すタービン動翼
先端部の斜視図である。
実施形態について説明する。図１は、本発明をガスター
ビン動翼に適用した場合の実施形態を示すタービン動翼
先端部の斜視図である。
【００２０】図１において１は、ガスタービン動翼、１
ａは動翼１の先端部を示す。実際には、動翼１は図示し
ないロータの周囲に放射状に多数配置されてタービンロ
ータを形成しているが、図１ではそのうちの１つの動翼
のみを示している。本実施形態では、各動翼の先端部１
ａには周縁部を残して略平面状の凹部１ｃが形成されて
いる。先端周縁部には動翼先端とケーシング内周面とが
接触した時に、接触面積をできるだけ小さくしてケーシ
ング及び動翼の損傷を少なくするため薄肉の帯状の突起
（シニング）１ｂが全周わたってに形成されている。
ａは動翼１の先端部を示す。実際には、動翼１は図示し
ないロータの周囲に放射状に多数配置されてタービンロ
ータを形成しているが、図１ではそのうちの１つの動翼
のみを示している。本実施形態では、各動翼の先端部１
ａには周縁部を残して略平面状の凹部１ｃが形成されて
いる。先端周縁部には動翼先端とケーシング内周面とが
接触した時に、接触面積をできるだけ小さくしてケーシ
ング及び動翼の損傷を少なくするため薄肉の帯状の突起
（シニング）１ｂが全周わたってに形成されている。
【００２１】本実施形態では、図１に示すようにシニン
グ１ｂに加えて、動翼先端凹部１ｃには、翼先端部断面
の翼弦方向に延びる突起３が複数列形成されている。各
突起３は、シニング１ｂと略同一高さとされる。突起３
は動翼先端とケーシング内面とが接触した時のケーシン
グ損傷を避けるためにできるだけ軟らかい金属で形成す
ることが望ましい。しかし、動翼は、高温の燃焼ガスと
接触するため軟らかい金属を使用したのでは耐熱性の面
で問題が生じる可能性がある。そこで、本実施形態で
は、各突起３は動翼１本体と同一の金属（耐熱メタル）
で形成するが、突起の肉圧をできるだけ薄くしてフィン
状に形成している。この場合、シール性能を向上させる
ため、突起（フィン）３の列数はできるだけ多くするこ
とが好ましい。また、各突起（フィン）３は、その翼長
方向両端が周縁部のシニング１ｂに接する位置まで延設
されている。
グ１ｂに加えて、動翼先端凹部１ｃには、翼先端部断面
の翼弦方向に延びる突起３が複数列形成されている。各
突起３は、シニング１ｂと略同一高さとされる。突起３
は動翼先端とケーシング内面とが接触した時のケーシン
グ損傷を避けるためにできるだけ軟らかい金属で形成す
ることが望ましい。しかし、動翼は、高温の燃焼ガスと
接触するため軟らかい金属を使用したのでは耐熱性の面
で問題が生じる可能性がある。そこで、本実施形態で
は、各突起３は動翼１本体と同一の金属（耐熱メタル）
で形成するが、突起の肉圧をできるだけ薄くしてフィン
状に形成している。この場合、シール性能を向上させる
ため、突起（フィン）３の列数はできるだけ多くするこ
とが好ましい。また、各突起（フィン）３は、その翼長
方向両端が周縁部のシニング１ｂに接する位置まで延設
されている。
【００２２】図１において、動翼の側面１ｅは翼断面形
状において腹に相当している。燃焼ガスは図１において
矢印Ｆで示す方向から動翼の翼列に流入する。このた
め、燃焼ガスは動翼１の腹側の側面１ｅに沿って流れ、
動翼を矢印Ｒで示す回転方向に回転させる。このため、
動翼の腹側の側面１ｅでは、反対側の側面（背側の側
面）に較べて圧力が高くなり、動翼先端部では腹側と背
側の側面の圧力差により、動翼先端を越えて腹側から背
側に矢印Ｌで示す方向に作動流体が洩れる周方向リーク
が生じる。周方向リークにより腹側から背側に流れる作
動流体は動翼に対して仕事をしないため、周方向リーク
の量が大きいとタービンの効率が低下してしまう問題が
生じる。
状において腹に相当している。燃焼ガスは図１において
矢印Ｆで示す方向から動翼の翼列に流入する。このた
め、燃焼ガスは動翼１の腹側の側面１ｅに沿って流れ、
動翼を矢印Ｒで示す回転方向に回転させる。このため、
動翼の腹側の側面１ｅでは、反対側の側面（背側の側
面）に較べて圧力が高くなり、動翼先端部では腹側と背
側の側面の圧力差により、動翼先端を越えて腹側から背
側に矢印Ｌで示す方向に作動流体が洩れる周方向リーク
が生じる。周方向リークにより腹側から背側に流れる作
動流体は動翼に対して仕事をしないため、周方向リーク
の量が大きいとタービンの効率が低下してしまう問題が
生じる。
【００２３】本実施形態では、動翼先端部に翼弦方向に
延びるフィン状の突起３を複数列配置したことにより、
上記周方向リークを防止している。なお、図１では突起
３を２列設けた場合を示しているが、突起３の数は多い
ほどシール性能が向上するようになる。
延びるフィン状の突起３を複数列配置したことにより、
上記周方向リークを防止している。なお、図１では突起
３を２列設けた場合を示しているが、突起３の数は多い
ほどシール性能が向上するようになる。
【００２４】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面
を模式的に示す図である。図２において、１ｅは動翼１
の腹側の側面、１ｆは背側の側面、Ｒは動翼１の回転方
向、５はタービンケーシング内周面を示している。図２
に示すように、本実施形態では動翼先端部１ａには、複
数のフィン状の突起３が設けられているため、動翼先端
部１ａとガスタービンケーシング内周面５との間隙は、
突起３（及びシニング１ｂ）の部分では小さく、他の部
分では大きくなっている。このため、動翼１の腹側１ｅ
から動翼先端とケーシング内周面５との間隙を通って動
翼背側１ｆに向かう作動流体の周方向リーク流Ｌには、
フィン状の突起３を越える毎に流路の急縮小と急拡大と
による圧力損失を生じることになる。このため、本実施
形態では、動翼先端を越えて腹側から背側に向かう周方
向リーク流の流路抵抗は極めて大きくなり、周方向リー
クがほとんど生じなくなる。
を模式的に示す図である。図２において、１ｅは動翼１
の腹側の側面、１ｆは背側の側面、Ｒは動翼１の回転方
向、５はタービンケーシング内周面を示している。図２
に示すように、本実施形態では動翼先端部１ａには、複
数のフィン状の突起３が設けられているため、動翼先端
部１ａとガスタービンケーシング内周面５との間隙は、
突起３（及びシニング１ｂ）の部分では小さく、他の部
分では大きくなっている。このため、動翼１の腹側１ｅ
から動翼先端とケーシング内周面５との間隙を通って動
翼背側１ｆに向かう作動流体の周方向リーク流Ｌには、
フィン状の突起３を越える毎に流路の急縮小と急拡大と
による圧力損失を生じることになる。このため、本実施
形態では、動翼先端を越えて腹側から背側に向かう周方
向リーク流の流路抵抗は極めて大きくなり、周方向リー
クがほとんど生じなくなる。
【００２５】次に、図３、図４を用いて本発明の第２の
実施形態について説明する。前述の実施形態では、周方
向リークを防止するフィン状の突起３を動翼１の先端部
１ａに設けていたのに対して、本実施形態では、突起３
を動翼先端部１ａと対向するケーシング内周面５側に設
けている点が第１の実施形態と相異している。
実施形態について説明する。前述の実施形態では、周方
向リークを防止するフィン状の突起３を動翼１の先端部
１ａに設けていたのに対して、本実施形態では、突起３
を動翼先端部１ａと対向するケーシング内周面５側に設
けている点が第１の実施形態と相異している。
【００２６】図３は、動翼回転方向Ｒに直角な方向から
見たタービンケーシング内周面５と動翼１を、図４は、
図３の矢印ＩＶ方向から見たケーシング内周面５と動翼
１とを示している。本実施形態では、ケーシング内周面
５には、動翼１先端部１ａに対向して動翼先端部の翼弦
方向に延びるフィン状の突起３が設けられている。
見たタービンケーシング内周面５と動翼１を、図４は、
図３の矢印ＩＶ方向から見たケーシング内周面５と動翼
１とを示している。本実施形態では、ケーシング内周面
５には、動翼１先端部１ａに対向して動翼先端部の翼弦
方向に延びるフィン状の突起３が設けられている。
【００２７】図４に示すように、突起３は動翼先端の翼
弦長と略同一の長さとされ、動翼先端と狭い間隙を介し
て対向している。また、突起３は、所定の間隔をあけて
ケーシング内周面の全周にわたって配置されている。本
実施形態においても、動翼１の先端部を越えて腹側の側
面１ｅから背側の側面１ｆに向かう周方向リーク流Ｌ
は、突起３と動翼先端との間の狭い間隙を通過すること
になり、突起３を越えるたびに流路の急縮小と急拡大を
生じ、流路抵抗が大きくなる。このため、本実施形態に
おいても周方向リークが防止される用になる。
弦長と略同一の長さとされ、動翼先端と狭い間隙を介し
て対向している。また、突起３は、所定の間隔をあけて
ケーシング内周面の全周にわたって配置されている。本
実施形態においても、動翼１の先端部を越えて腹側の側
面１ｅから背側の側面１ｆに向かう周方向リーク流Ｌ
は、突起３と動翼先端との間の狭い間隙を通過すること
になり、突起３を越えるたびに流路の急縮小と急拡大を
生じ、流路抵抗が大きくなる。このため、本実施形態に
おいても周方向リークが防止される用になる。
【００２８】図５は、動翼先端部１ａと突起３の方向と
の関係を示す略示図である。図３、図４の実施形態で
は、図５（Ａ）に示すように、タービンケーシング内周
面には、対向する動翼先端部の翼弦方向に延びる突起３
のみが互いに平行ケーシング内周面全周にわたって設け
られていた。これに対して、図５（Ｂ）に示すように、
更に突起３に直角に交差する円周方向に延びるフィン状
の突起３ａを配置して、全体として格子状の突起を形成
すれば、周方向リークのみならず、動翼先端を越えてタ
ービン上流側から下流側に向けて流れる作動流体の軸線
方向リークをも低減することが可能となる。
の関係を示す略示図である。図３、図４の実施形態で
は、図５（Ａ）に示すように、タービンケーシング内周
面には、対向する動翼先端部の翼弦方向に延びる突起３
のみが互いに平行ケーシング内周面全周にわたって設け
られていた。これに対して、図５（Ｂ）に示すように、
更に突起３に直角に交差する円周方向に延びるフィン状
の突起３ａを配置して、全体として格子状の突起を形成
すれば、周方向リークのみならず、動翼先端を越えてタ
ービン上流側から下流側に向けて流れる作動流体の軸線
方向リークをも低減することが可能となる。
【００２９】次に、図６、図７を用いて本発明の第３の
実施形態について説明する。本実施形態では、動翼先端
と対向するタービンケーシング内周面５から、対向する
動翼先端に向けて冷却空気を噴射する噴射孔を設けるこ
とにより、上記第１と第２の実施形態のようにフィン状
の突起３を用いることなく周方向のリークを防止してい
る。
実施形態について説明する。本実施形態では、動翼先端
と対向するタービンケーシング内周面５から、対向する
動翼先端に向けて冷却空気を噴射する噴射孔を設けるこ
とにより、上記第１と第２の実施形態のようにフィン状
の突起３を用いることなく周方向のリークを防止してい
る。
【００３０】図６は、本実施形態の噴射孔７ａの配置と
動翼先端１ａとの位置関係を示す図５と同様な略示図で
ある。図６に示すように、本実施形態では動翼先端１ａ
の翼弦方向に沿って略翼弦全長にわたって所定の間隔で
一列に配置された複数の噴射孔７ａからなる噴射孔列７
が、互いに所定の間隔をあけて、周方向にケーシング内
周面全周にわたって配列されている。本実施形態では、
タービンケーシングは外部から供給される冷却空気によ
り空気冷却されており、内部に冷却空気通路を有してい
る。各噴射孔７ａからは、タービンケーシング冷却後の
冷却空気が噴射される。
動翼先端１ａとの位置関係を示す図５と同様な略示図で
ある。図６に示すように、本実施形態では動翼先端１ａ
の翼弦方向に沿って略翼弦全長にわたって所定の間隔で
一列に配置された複数の噴射孔７ａからなる噴射孔列７
が、互いに所定の間隔をあけて、周方向にケーシング内
周面全周にわたって配列されている。本実施形態では、
タービンケーシングは外部から供給される冷却空気によ
り空気冷却されており、内部に冷却空気通路を有してい
る。各噴射孔７ａからは、タービンケーシング冷却後の
冷却空気が噴射される。
【００３１】タービン動翼先端１ａがケーシング内周面
の噴射孔７ａを通過する際には、動翼先端１ａとケーシ
ング内周面３との間の狭い間隙に噴射孔７ａから空気が
噴射されることになり、この間隙内の圧力は噴射された
空気により周囲に較べて上昇する。このため、この間隙
内の高圧に阻止されて動翼腹側側面１ｅの作動流体は間
隙内に流入できなくなる。これにより、動翼先端を越え
て動翼腹側から背側に流れる周方向リークが生じること
が防止される。
の噴射孔７ａを通過する際には、動翼先端１ａとケーシ
ング内周面３との間の狭い間隙に噴射孔７ａから空気が
噴射されることになり、この間隙内の圧力は噴射された
空気により周囲に較べて上昇する。このため、この間隙
内の高圧に阻止されて動翼腹側側面１ｅの作動流体は間
隙内に流入できなくなる。これにより、動翼先端を越え
て動翼腹側から背側に流れる周方向リークが生じること
が防止される。
【００３２】なお、噴射孔７からはケーシング中心軸線
に向けて放射状に冷却空気を噴射するようにしても良い
が、図７に示すように、動翼回転方向Ｒに対してやや逆
方向（回転方向に対して上流側）を指向して冷却空気を
噴射するようにすれば、周方向リークの防止効果が更に
高くなる。
に向けて放射状に冷却空気を噴射するようにしても良い
が、図７に示すように、動翼回転方向Ｒに対してやや逆
方向（回転方向に対して上流側）を指向して冷却空気を
噴射するようにすれば、周方向リークの防止効果が更に
高くなる。
【００３３】また、本実施形態のようにケーシング内面
の噴射孔７ａから動翼先端１ａとの間の間隙に冷却空気
を噴射して間隙内を高圧に保持することにより、動翼先
端部を越えて作動流体の流れ方向上流側から下流側に流
れる作動流体の軸線方向リークをも同時に防止すること
ができる。
の噴射孔７ａから動翼先端１ａとの間の間隙に冷却空気
を噴射して間隙内を高圧に保持することにより、動翼先
端部を越えて作動流体の流れ方向上流側から下流側に流
れる作動流体の軸線方向リークをも同時に防止すること
ができる。
【００３４】なお、上記実施形態はいずれも本発明をガ
スタービンのフリースタンディング型タービン動翼に適
用した場合について説明したが、本発明は蒸気タービン
のフリースタンディング動翼に対しても適用可能である
ことはいうまでもない。
スタービンのフリースタンディング型タービン動翼に適
用した場合について説明したが、本発明は蒸気タービン
のフリースタンディング動翼に対しても適用可能である
ことはいうまでもない。
【００３５】
【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、シュラ
ウドを有さないフリースタンディング型タービン動翼の
先端部を越えて動翼腹側から背側に向かう作動流体の周
方向リークを効果的に防止することが可能となり、周方
向リークによるタービン効率の低下を防止することがで
きるという共通の効果を奏する。
ウドを有さないフリースタンディング型タービン動翼の
先端部を越えて動翼腹側から背側に向かう作動流体の周
方向リークを効果的に防止することが可能となり、周方
向リークによるタービン効率の低下を防止することがで
きるという共通の効果を奏する。
【図１】本発明の第１の実施形態を説明するタービン動
翼先端の斜視図である。
翼先端の斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を模式的に示
す図である。
す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示す図である。
１…タービン動翼 １ａ…動翼先端部 ３…突起（フィン） ５…タービンケーシング内周面 ７…噴射孔列 ７ａ…噴射孔
Claims (5)
- 【請求項１】 先端部にシュラウドを有さないフリース
タンディング型タービン動翼先端部のシール構造であっ
て、 タービンケーシング内周面に対向する動翼先端部に、動
翼翼弦方向に延びる複数列の突起を配置したことを特徴
とするタービン動翼先端部シール構造。 - 【請求項２】 先端部にシュラウドを有さないフリース
タンディング型タービン動翼先端部のシール構造であっ
て、 タービンケーシング内周面の、動翼先端に対向する位置
に動翼翼弦方向に延びる突起を予め定めた間隔をあけて
タービンケーシング内周面全周にわたって配置したこと
を特徴とするタービン動翼先端部シール構造。 - 【請求項３】 更に、前記タービンケーシング内周面の
動翼先端に対向する位置に、前記動翼翼弦方向に延びる
突起と略直交する円周方向突起を予め定めた間隔をあけ
て配置し、タービンケーシング内周面全周にわたって動
翼先端に対向する位置に格子状の突起を配置したことを
特徴とする請求項２に記載のタービン動翼先端部シール
構造。 - 【請求項４】 先端部にシュラウドを有さないフリース
タンディング型タービン動翼先端部のシール構造であっ
て、 タービンケーシング内周面の、動翼先端に対向する位置
に動翼翼弦方向に配置した複数個の噴射孔からなる噴射
孔列を予め定めた間隔をあけてタービンケーシング内周
面全周にわたって配置し、前記それぞれの噴射孔から動
翼先端部に向けて空気を噴射することを特徴とするター
ビン動翼先端部シール構造。 - 【請求項５】 前記噴射孔は、ケーシング半径方向に対
して、動翼回転方向と反対方向に傾斜した方向を指向し
て空気を噴射することを特徴とする請求項４に記載のタ
ービン動翼先端部シール構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001027433A JP2002227606A (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | タービン動翼先端部シール構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001027433A JP2002227606A (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | タービン動翼先端部シール構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002227606A true JP2002227606A (ja) | 2002-08-14 |
Family
ID=18892089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001027433A Withdrawn JP2002227606A (ja) | 2001-02-02 | 2001-02-02 | タービン動翼先端部シール構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002227606A (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2008051098A (ja) * | 2006-08-21 | 2008-03-06 | General Electric Co <Ge> | 逆先端バッフル式翼形部 |
| JP2008128247A (ja) * | 2006-11-20 | 2008-06-05 | General Electric Co <Ge> | トリフォリアル先端空洞翼形部 |
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| JP2011513638A (ja) * | 2008-03-05 | 2011-04-28 | スネクマ | 端部の冷却を備えているタービン翼ならびに関連のタービンおよびターボエンジン |
| KR101204821B1 (ko) | 2007-03-06 | 2012-11-26 | 삼성테크윈 주식회사 | 터빈 |
| WO2013084260A1 (ja) | 2011-12-07 | 2013-06-13 | 株式会社 日立製作所 | タービン動翼 |
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| WO2016020614A1 (fr) * | 2014-08-05 | 2016-02-11 | Snecma | Baignoire de sommet d'aubes d'une turbine de turbomachine |
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| US10107108B2 (en) | 2015-04-29 | 2018-10-23 | General Electric Company | Rotor blade having a flared tip |
| US11879353B2 (en) | 2021-10-25 | 2024-01-23 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Blade set and blisk |
-
2001
- 2001-02-02 JP JP2001027433A patent/JP2002227606A/ja not_active Withdrawn
Cited By (30)
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| JP2011528769A (ja) * | 2008-07-21 | 2011-11-24 | ターボメカ | リブを備える中空タービンホイール羽根および関連するホイールおよびターボ機械 |
| KR101596068B1 (ko) | 2008-07-21 | 2016-02-19 | 터보메카 | 리브를 구비하고 휠에 결합된 공동의 터빈 휠 날개 및 터보머신 |
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