JP2014141912A - Rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸気タービン、ガスタービンなどの回転機械に関する。 The present invention relates to a rotary machine such as a steam turbine and a gas turbine.
蒸気タービン、ガスタービンなどの回転機械においては、静止側と回転側との間にできる隙間から蒸気などの作動流体が漏洩するのを防止するために、ラビリンスシールなどの非接触型のシール機構が用いられている。
具体的には、ラビリンスシールは、回転機械の外郭をなすケーシングの内周に動翼に向かって伸びるシールフィン等のシール部材と、動翼の先端に設けられたステップ状のシュラウドとを有している(例えば特許文献1参照)。
In a rotating machine such as a steam turbine or a gas turbine, a non-contact type sealing mechanism such as a labyrinth seal is used to prevent a working fluid such as steam from leaking through a gap formed between the stationary side and the rotating side. It is used.
Specifically, the labyrinth seal has a seal member such as a seal fin extending toward the moving blade on the inner periphery of the casing that forms the outer shell of the rotating machine, and a step-shaped shroud provided at the tip of the moving blade. (For example, refer to Patent Document 1).
ところで、近年、回転機械においては、低周波振動などの自励振動が発生する事例がある。
この自励振動の原因としては、静翼を通過して強い周方向速度成分(スワール成分)をもった流れが、ラビリンスシールのシールフィンを通過する際に、シールフィン間のキャビティ内に周方向に不均一な圧力分布を形成する事がその一因と考えられている。このような背景から、回転機械のシール機構には、主流からラビリンスシールへと漏れる流れの周方向成分(スワール成分)を低減・減衰させるための構造が望まれている。
Incidentally, in recent years, there are cases in which self-excited vibrations such as low-frequency vibrations occur in rotating machines.
The cause of this self-excited vibration is that a flow having a strong circumferential velocity component (swirl component) that passes through the stationary blade passes through the seal fins of the labyrinth seal and enters the cavity between the seal fins in the circumferential direction. The formation of a non-uniform pressure distribution is considered to be one of the causes. From such a background, a structure for reducing and attenuating the circumferential component (swirl component) of the flow leaking from the main flow to the labyrinth seal is desired for the sealing mechanism of the rotary machine.
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、回転機械の低周波振動などの自励振動の原因となる、漏出した蒸気の旋回流の旋回成分を低減することができる回転機械を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its object is to reduce the swirling component of the swirling flow of the leaked steam, which causes self-excited vibration such as low-frequency vibration of a rotating machine. An object of the present invention is to provide a rotating machine capable of performing the above.
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
即ち、本発明の回転機械は、回転軸と、前記回転軸の径方向に延在して、周方向に間隔をあけて複数設けられた動翼と、前記動翼を外周側から囲むケーシングと、前記動翼の先端と前記ケーシングとの隙間の上流側に設けられたスワール案内部とを備え、前記スワール案内部が、旋回流の流通方向に沿って延びる第一案内面と、第一案内面に連続して前記径方向に湾曲する第二案内面とを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
That is, the rotating machine of the present invention includes a rotating shaft, a plurality of moving blades extending in the radial direction of the rotating shaft and spaced apart in the circumferential direction, and a casing surrounding the moving blades from the outer peripheral side. A swirl guide portion provided upstream of a gap between the tip of the moving blade and the casing, the swirl guide portion extending along a circulation direction of the swirl flow, and a first guide And a second guide surface curved in the radial direction continuously to the surface.
上記構成によれば、スワール案内部が旋回流を第一案内面によってその流通方向を維持するように案内した後、第二案内面によって径方向に案内することができる。これにより、旋回流の周方向に沿う成分が弱められるため、旋回流の旋回成分を低減することができる。 According to the said structure, after a swirl guide part guides a swirling flow so that the distribution direction may be maintained with a 1st guide surface, it can guide to a radial direction with a 2nd guide surface. Thereby, since the component along the circumferential direction of the swirl flow is weakened, the swirl component of the swirl flow can be reduced.
上記回転機械において、前記スワール案内部の前記第二案内面は、径方向外周側に湾曲していることが好ましい。 In the rotating machine, it is preferable that the second guide surface of the swirl guide portion is curved radially outward.
上記構成によれば、径方向外周側に湾曲する第二案内面が、径方向内周側から流入する旋回流を径方向外周側に案内することによって、旋回流を回転方向とは反対方向に転向させて旋回流の旋回成分を低減することができる。 According to the above configuration, the second guide surface curved toward the radially outer peripheral side guides the swirling flow flowing from the radially inner peripheral side to the radially outer peripheral side, thereby causing the swirling flow to be in a direction opposite to the rotational direction. The swirl component of the swirl flow can be reduced by turning.
上記回転機械において、前記スワール案内部の前記第二案内面は、径方向内周側に湾曲している構成としてもよい。 In the rotating machine, the second guide surface of the swirl guide portion may be configured to be curved radially inward.
上記構成によれば、径方向内周側に湾曲する第二案内面が、径方向内周側から流入する旋回流を径方向内周側に案内することによって、漏出する蒸気をより低減することができる。 According to the above configuration, the second guide surface curved toward the radially inner peripheral side guides the swirling flow flowing from the radially inner peripheral side to the radially inner peripheral side, thereby further reducing the leaked steam. Can do.
上記回転機械において、前記スワール案内部は断面形状が周方向にわたって一様なリング状部材によって互いに接続されていることが好ましい。
上記構成によれば、スワール案内部が漏出する蒸気をさらに低減することができる。
In the rotating machine, the swirl guide portions are preferably connected to each other by a ring-shaped member having a uniform cross-sectional shape in the circumferential direction.
According to the said structure, the vapor | steam which a swirl guide part leaks can further be reduced.
本発明によれば、スワール案内部が旋回流を第一案内面によってその流通方向を維持するように案内した後、第二案内面によって径方向に案内することができる。これにより、旋回流の周方向に沿う成分が弱められるため、旋回流の旋回成分を低減することができる。 According to the present invention, the swirl guide portion can guide the swirl flow in the radial direction by the second guide surface after the swirl flow is guided by the first guide surface so as to maintain the flow direction thereof. Thereby, since the component along the circumferential direction of the swirl flow is weakened, the swirl component of the swirl flow can be reduced.
(第一実施形態)
以下、本発明の第一実施形態の回転機械である蒸気タービンについて図面に基づき説明する。
図1に示すように、本実施形態の蒸気タービン1は、ケーシング10と、ケーシング10に流入する蒸気Sの量と圧力を調整する調整弁20と、ケーシング10の内方に回転自在に設けられ、動力を図示しない発電機等の機械に伝達する回転軸30と、ケーシング10に保持された静翼40と、回転軸30に設けられた動翼50と、回転軸30を軸回りに回転可能に支持する軸受部60とを備えて大略構成されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a steam turbine which is a rotating machine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the steam turbine 1 of the present embodiment is rotatably provided inside a
ケーシング10は、内部空間が気密に封止されていると共に、蒸気Sの流路とされている。このケーシング10の内壁面には、回転軸30が挿通されるリング状の仕切板外輪(静止環状体)11が強固に固定されている。
The
調整弁20は、ケーシング10の内部に複数個取り付けられており、それぞれ図示しないボイラから蒸気Sが流入する調整弁室21と、弁体22と、弁座23とを備えており、弁体22が弁座23から離れると蒸気流路が開いて、蒸気室24を介して蒸気Sがケーシング10の内部空間に流入するようになっている。
A plurality of regulating
回転軸30は、軸本体31と、この軸本体31の外周から回転軸30の径方向(以下、単に径方向と呼ぶ)に延出した複数のディスク32とを備えている。この回転軸30は、回転エネルギーを図示しない発電機等の機械に伝達するようになっている。
軸受部60は、ジャーナル軸受装置61及びスラスト軸受装置62を備えており、回転軸30を回転自在に支持している。
The rotating
The
静翼40は、ケーシング10から内周側に向かって伸び、回転軸30を囲繞するように放射状に多数配置される環状静翼群を構成しており、それぞれ上述した仕切板外輪11に保持されている。これら静翼40の径方向における内方側は、回転軸30が挿通されたリング状の仕切板内輪14等で連結されている。
The
これら複数の静翼40からなる環状静翼群は、回転軸30の軸方向(以下、単に軸方向と呼ぶ)に間隔を空けて六つ形成されており、蒸気Sの圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して、下流側に隣接する動翼50に流入させる。
The group of annular stator blades composed of the plurality of
動翼50は、回転軸30が有するディスク32の外周部に強固に取り付けられ、各環状静翼群の下流側において、放射状に多数配置されて環状動翼群を構成している。
これら環状静翼群と環状動翼群とは、一組一段とされている。すなわち、蒸気タービン1は、六段に構成されている。このうち、最終段における動翼50の先端部は、回転軸30の周方向(以下、単に周方向と呼ぶ)に隣接する動翼の先端部同士と連結されておりシュラウド51と呼ばれている。
The
These annular stator blade groups and annular rotor blade groups are grouped into one stage. That is, the steam turbine 1 is configured in six stages. Among these, the tip part of the moving
図2及び図3に示すように、シュラウド51は、軸方向における中央部分が突出してステップ状に形成されたステップ部52(52A〜52C)を備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
仕切板外輪11の軸方向下流側には、仕切板外輪11の内周部から拡径されケーシング10の内周面を底部13とする円筒状の環状溝12が形成されており、環状溝12には、シュラウド51が収容され、底部13は、シュラウド51のステップ部52A、52B、52Cと隙間Gdを介して径方向に対向している。
On the downstream side in the axial direction of the partition plate
この底部13には、シュラウド51に向けて径方向に延出する三つのシールフィン17(17A〜17C)が設けられている。シールフィン17(17A〜17C)は、それぞれステップ部52(52A〜52C)に向けて、底部13から内周側に延出しており、周方向に延びている。これらシールフィン17(17A〜17C)は、ステップ部52(52A〜52C)と微小隙間m(mA〜mC)を径方向に形成している。
The
これら微小隙間m(mA〜mC)の各寸法は、ケーシング10や動翼50の熱伸び量や動翼50の遠心伸び量等を考慮して、シールフィン17(17A〜17C)と動翼50とが接触することがない範囲で設定されている。
Each dimension of these minute gaps m (mA to mC) takes into account the thermal elongation amount of the
ケーシング10内周の静翼40の下流側であって、動翼50の先端とケーシングとの隙間Gdの上流側には、複数のスワール案内板70(スワール案内部)がケーシング10の内周側に向かって延出して溶接により固定されている。複数のスワール案内板70は、仕切板外輪11の側面であって、シールフィン17の入口側に臨む位置に環状の配置されている。スワール案内板70の詳細形状については後述する。
A plurality of swirl guide plates 70 (swirl guide portions) are provided on the inner peripheral side of the
ここで、上記の構成からなる蒸気タービン1の動作について説明する。
まず、調整弁20(図1参照)を開状態とすると、図示しないボイラから蒸気Sがケーシング10の内部空間に流入する。
Here, operation | movement of the steam turbine 1 which consists of said structure is demonstrated.
First, when the regulating valve 20 (see FIG. 1) is opened, the steam S flows into the internal space of the
ケーシング10の内部空間に流入した蒸気Sは、各段における環状静翼群と環状動翼群とを順次通過する。
各段の環状静翼群において蒸気Sは、静翼40を通過しながらその周方向速度成分が増大する。この蒸気Sのうち大部分の蒸気SMは、動翼50間に流入し、蒸気SMのエネルギーが回転エネルギーに変換されて回転軸30に回転が付与される。
The steam S flowing into the internal space of the
The steam S increases in the circumferential velocity component while passing through the
一方、蒸気Sのうち一部(例えば、約数%)の蒸気SLは、静翼40から流出した後、強い周方向成分を維持した状態で環状溝12に流入する。
On the other hand, a part of the steam S (for example, about several percent) steam SL flows out from the
図4に示すように、スワール案内板70は、翼型をなしている。換言すれば、スワール案内板70は、ある流通方向に流れる流体の流通方向を転回させるようなターニングベーンの如き形状をなしている。
As shown in FIG. 4, the
具体的には、スワール案内板70は、旋回流を形成している蒸気SLに沿って延びる第一案内面71と、第一案内面71に連続して径方向外周側に湾曲する第二案内面72とを有している。第一案内面71と第二案内面72とは、滑らかに接続されている。
換言すれば、第一案内面71は、径方向内周側から外周側に向かうに従って回転軸30の回転方向Rに向かって傾斜し、第二案内面72は、径方向内周側から外周側に向かうに従って回転軸30の回転方向Rとは反対側に傾斜して形成されている。
Specifically, the
In other words, the
スワール案内板70は、例えば、静翼40と同数とされ、静翼40と同じピッチで配置されている。なお、スワール案内板70のピッチは静翼40と同じピッチに配置する必要はなく、任意に設定可能である。即ち、スワール案内板70の周方向の枚数は任意に設定可能であり、必要な箇所に一箇所のみ設置する構成としてもよい。
The
本実施形態の蒸気タービン1によれば、スワール案内板70が旋回流を第一案内面71によってその流通方向を維持するように案内し、次いで、第二案内面72によって、径方向外周側に案内することによって、旋回流を回転方向Rとは反対方向に転向させることができる。これにより、旋回流の旋回成分を低減することができる。
According to the steam turbine 1 of the present embodiment, the
(第二実施形態)
以下、本発明の第二実施形態の回転機械である蒸気タービンについて図面に基づき説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図5及び図6に示すように、本実施形態のスワール案内板70Bは、旋回流を形成している蒸気SLに沿って延びる第一案内面71Bと、第一案内面71に連続して径方向内周側に湾曲する第二案内面72Bとを有している。第一案内面71Bと第二案内面72Bとは、滑らかに接続されている。
(Second embodiment)
Hereinafter, the steam turbine which is a rotary machine of 2nd embodiment of this invention is demonstrated based on drawing. In the present embodiment, differences from the first embodiment described above will be mainly described, and description of similar parts will be omitted.
As shown in FIGS. 5 and 6, the
換言すれば、第一案内面71Bは、径方向内周側から外周側に向かうに従って回転軸30の回転方向Rに向かって傾斜し、第二案内面72Bは、径方向内周側から外周側に向かうに従って回転軸30の回転方向Rとは反対側に傾斜して形成されている。
さらに、本実施形態のスワール案内板70Bは、互いに接続されている。具体的には、周方向一方側のスワール案内板70Bの第一案内面71Bと周方向他方側のスワール案内板70Bの第二案内面72Bとが接続されている。
In other words, the
Furthermore, the
上記実施形態によれば、スワール案内板70Bが旋回流を第一案内面71Bによってその流通方向を維持するように案内した後、第二案内面72Bによって径方向内周側に案内することができる。これにより、旋回流の周方向に沿う成分が弱められるため、旋回流の旋回成分を低減することができる。
According to the embodiment, after the
また、径方向内周側に湾曲する第二案内面72Bが、径方向内周側から流入する旋回流を径方向内周側に案内することによって、漏出する蒸気をより低減することができる。
さらにスワール案内板70Bが互いに接続されていることによって、漏出する蒸気をさらに低減することができる。
Further, the
Furthermore, since the
(第三実施形態)
以下、本発明の第三実施形態の回転機械である蒸気タービンについて図面に基づき説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
(Third embodiment)
Hereinafter, the steam turbine which is a rotary machine of 3rd embodiment of this invention is demonstrated based on drawing. In the present embodiment, differences from the first embodiment described above will be mainly described, and description of similar parts will be omitted.
図7及び図8に示すように、本実施形態のスワール案内板70Cは、第一実施形態のスワール案内板と同様の形状の案内板本体部73と、この案内板本体部73に接続され、周方向に延在するリング状部材74とを有している。
リング状部材74は、径方向に沿う面を有するリング状の板部材であり、案内板本体部73の軸方向端部に接続されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
The ring-shaped
上記実施形態によれば、リング状部材74を設けることによって、スワール案内板70Cで形成される流路に径方向内側から流入した流れSLは、全てこの流路を通る為、確実に第二案内面72の方向に転向させられ、効果的にSLの周方向成分を低減できる。
According to the embodiment, since the ring-shaped
なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等は一例であり、適宜変更が可能である。
例えば、上述した各実施形態においては、回転機械として蒸気タービンを一例に説明したが、蒸気タービンに限られるものではなく、静止体であるステータと回転体であるロータとの間に設けられ高圧と低圧との間をシールする前記動翼の先端と前記ケーシングとの隙間の上流側に旋回流が形成されるような回転機械であれば、例えば、ガスタービンや圧縮機などの回転機械に適用してもよい。
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes those in which various modifications are made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. In other words, the configuration described in the above-described embodiment is an example, and can be appropriately changed.
For example, in each of the above-described embodiments, the steam turbine is described as an example of the rotating machine. However, the rotating turbine is not limited to the steam turbine, and a high pressure provided between a stationary stator and a rotor rotor. If the rotating machine is such that a swirling flow is formed upstream of the gap between the tip of the moving blade sealing the low pressure and the casing, it can be applied to a rotating machine such as a gas turbine or a compressor. May be.
また、上述した各実施形態においては、スワール案内板70を最終段の動翼50の上流側に設置する例を示したが、これに限ることはなく、スワール案内板70は、いずれの動翼50の上流側に設置してもよい。
また、上述した各実施形態においては、作動流体として蒸気Sを用いる場合について説明したが、スワールが発生し得る作動流体であれば蒸気Sに限られるものではない。
また、シュラウド51をステップ状に形成するのに代えて、平坦状に形成してもよい。
Moreover, in each embodiment mentioned above, although the example which installs the
Moreover, in each embodiment mentioned above, although the case where the steam S was used as a working fluid was demonstrated, if it is a working fluid which can generate | occur | produce a swirl, it will not be restricted to the steam S.
Further, instead of forming the
また、第三実施形態のリング状部材74を、第一実施形態に適用することも可能である。即ち、第一実施形態のスワール案内板70、第二実施形態のスワール案内板70Bを
第三実施形態のリング状部材74で互いに接続してもよい。
Further, the ring-shaped
1 蒸気タービン(回転機械)
10 ケーシング
11 仕切板外輪
12 環状溝
13 底部
14 仕切板内輪
17 シールフィン
20 調整弁
21 調整弁室
22 弁体
23 弁座
24 蒸気室
30 回転軸
31 軸本体
32 ディスク
40 静翼
50 動翼
51 シュラウド
52 ステップ部
60 軸受部
61 ジャーナル軸受装置
62 スラスト軸受装置
70,70B,70C スワール案内板(スワール案内部)
71,71B 第一案内面
72,72B 第二案内面
73 案内板本体部
74 リング状部材
SL 蒸気(旋回流)
1 Steam turbine (rotary machine)
10
71, 71B
Claims (4)
前記回転軸の径方向に延在して、周方向に間隔をあけて複数設けられた動翼と、
前記動翼を外周側から囲むケーシングと、
前記動翼の先端と前記ケーシングとの隙間の上流側に設けられたスワール案内部とを備え、
前記スワール案内部が、旋回流の流通方向に沿って延びる第一案内面と、第一案内面に連続して前記径方向に湾曲する第二案内面とを有することを特徴とする回転機械。 A rotation axis;
A plurality of rotor blades extending in the radial direction of the rotating shaft and provided with a plurality of intervals in the circumferential direction;
A casing surrounding the rotor blade from the outer peripheral side;
A swirl guide provided on the upstream side of the gap between the tip of the rotor blade and the casing;
The rotary machine characterized in that the swirl guide portion has a first guide surface extending along a circulation direction of the swirl flow and a second guide surface curved in the radial direction continuously to the first guide surface.
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Legal Events
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---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20150129 |
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A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20150202 |