JP2010523902A - 衝動タービン - Google Patents

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Abstract

本発明は、衝動タービンに関する。漏洩損失を最小限に抑えると同時に仕切り板（５）と案内羽根（３）との間のホイール摩擦を著しく減少させるためには、案内羽根（９）の自由端部にブラシシール（１１）が設けられており、該ブラシシール（１１）が、半径方向線に関してロータシャフトの回転方向で半径方向線と鋭角を成している。

Description

本発明は、衝動タービンに関する。
衝動タービンの原理は、反動タービンの動作原理に比べて効率利点を有している。しかし、衝動タービンの熱力学および流れ技術は、反動タービンに比べて大きなシャフト直径を要求する。回転するロータと、固定されたケーシングとの間には、蒸気通路をシーリングするために、案内羽根と回転羽根とにわたってラビリンスシールが組み付けられている。このシールの半径方向遊びは、衝動タービンと反動タービンとにおいてほぼ等しい。シールの最小の半径方向遊びは、軸受け内でのロータの運動と、シャフト振動とによって規定される。遊びは、接触ひいては損害を回避するために、最大のロータ運動よりも大きくなければならない。
しかし、より大きなシャフト直径によって、衝動タービンでは、より大きな環状ギャップ面積、ひいては、より大きな漏洩流が生ぜしめられる。
この損失を最小限に抑えるためには、案内羽根の領域でロータの直径が減少させられ、位置固定された案内羽根にわたって、それぞれ１つの仕切り板が組み付けられる。この仕切り板の外側の面は、要求された半径方向遊びに相応して、規定された間隔を置いてロータに向かい合って位置している。こうして、ギャップの量ひいてはギャップ面積が著しく減少させられる。シャフトに対する回転羽根の、形成されたディスク状の支持体は、「ホイールディスク」と呼ばれる。しかし、いま生ぜしめられる、仕切り板とホイールディスクとの間のホイール摩擦損失には、不利な影響が与えられる。反動タービンに対する衝動タービンの効率利点は、高い漏洩損失または仕切り板と案内羽根との間のホイール摩擦によって完全に消滅させられる。
付加的には、この構造が、仕切り板における強度に関する著しい問題と、構造手間による著しい多大コストとを招く。
本発明の課題は、衝動タービンを改良して、漏洩損失が最小限に抑えられると同時に仕切り板と案内羽根との間のホイール摩擦が著しく減少させられるようにすることである。
この課題を解決するために本発明の構成では、案内羽根の自由端部にブラシシールが設けられており、該ブラシシールが、半径方向線に関してロータシャフトの回転方向で半径方向線と鋭角を成しているようにした。
本発明の構成の有利な実施態様によれば、流れ方向で案内羽根の自由端部の前方にも後方にもブラシシールが設けられている。
本発明の構成の有利な実施態様によれば、ブラシシールの間に衝突金属薄板が配置されている。
剛性的な金属薄板から成るラビリンスシールと異なり、ブラシは多数の微細な線材から成っている。所定の圧力差未満では、線材が互いに確実に当て付けられ、蒸気不透過性の密な複合体を形成している。ラビリンスシールのように、漏洩流は、インペラとシールとの間の半径方向ギャップによってしか生ぜしめられ得ない。線材の、半径方向に対して斜めの組付けによって、シールが接触耐性を有している。半径方向のインペラ運動によって、シールの接触が生ぜしめられる場合には、ブラシ線材が傾斜位置に基づき逸らされる。接触後、線材はその出発位置に振り戻される。接触によって、損害は生ぜしめられない。したがって、最小の半径方向ギャップをインペラ運動に基づく最大の遊び未満に減少させることができる。
ブラシシールの小さな半径方向ギャップによって、仕切り板流れによる大きな漏洩損失を著しく減少させることができる。仕切り板とホイールディスクとを備えた構造は不要にすることができる。案内羽根配列および回転羽根配列の構造が、廉価な反動タービンの構造と同一になる。
本発明による衝動タービンの有利な改良態様は、流れ方向で案内羽根の自由端部の前方にも後方にもブラシシールが設けられていることによって特徴付けられている。これによって、既存の漏洩流が一層減少させられる。
別の有利な改良態様は、ブラシシールの間に衝突金属薄板が配置されていることによって特徴付けられている。この衝突金属薄板によって、漏洩流の更なる減少が可能となる。
慣用の衝動タービンの部分的な断面図である。 本発明による衝動タービンの部分的な断面図である。
以下に、添付した図面につき本発明による衝動タービンの実施例を詳しく説明する。
図１には、ケーシング１の一部が示してある。このケーシング１には、案内羽根３が固定されている。回転羽根４はロータシャフト２に固定されていて、ケーシング１に対してシーリングされている。
各案内羽根３の自由端部には、いわゆる「仕切り板５」が設けられている。この仕切り板５は、ロータシャフト２に設けられた凹部内に係合している。仕切り板５の自由端部とロータシャフト２との間には、ラビリンスシール６が設けられている。
図面から良好に認めることができるように、仕切り板５とホイールディスクとの間には、付加的な摩擦損失が生ぜしめられる。
図２には、本発明による衝動タービンの部分的な断面図が示してある。ケーシング７には、案内羽根９が配置されている。回転羽根１０はロータシャフト８に固く結合されている。
本発明による衝動タービンでは、シャフトの太さが案内羽根の領域で減少させられない。ロータシャフト８と案内羽根９の自由端部との間には、２つのブラシシール１１が設けられている。
冒頭ですでに述べたように、ブラシは多数の微細な線材から成っている。所定の圧力差の場合には、線材が互いに確実に当て付けられ、蒸気不透過性の密な複合体を形成している。線材の、半径方向に対して斜めの組付けによって、シールが接触耐性を有している。ラビリンスシールにおける３／１０の半径方向ギャップに比べて一般的に５〜７／１００であるブラシシールの小さな半径方向ギャップによって、大きな漏洩損失を著しく減少させることができる。
この漏洩損失の更なる減少は、両ブラシシールの間への衝突金属薄板１２の組付けによって得られる。
１ ケーシング
２ ロータシャフト
３ 案内羽根
４ 回転羽根
５ 仕切り板
６ ラビリンスシール
７ ケーシング
８ ロータシャフト
９ 案内羽根
１０ 回転羽根
１１ ブラシシール
１２ 衝突金属薄板

Claims (3)

  1. 衝動タービンにおいて、案内羽根（９）の自由端部にブラシシール（１１）が設けられており、該ブラシシール（１１）が、半径方向線に関してロータシャフトの回転方向で半径方向線と鋭角を成していることを特徴とする、衝動タービン。
  2. 流れ方向で案内羽根（９）の自由端部の前方にも後方にもブラシシールが設けられている、請求項１記載の衝動タービン。
  3. ブラシシールの間に衝突金属薄板（１２）が配置されている、請求項２記載の衝動タービン。
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