JP2019157662A - 動翼側シール装置、静翼側シール装置及び回転機械 - Google Patents
動翼側シール装置、静翼側シール装置及び回転機械 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019157662A JP2019157662A JP2018041740A JP2018041740A JP2019157662A JP 2019157662 A JP2019157662 A JP 2019157662A JP 2018041740 A JP2018041740 A JP 2018041740A JP 2018041740 A JP2018041740 A JP 2018041740A JP 2019157662 A JP2019157662 A JP 2019157662A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- seal fin
- rotor
- upstream
- main body
- downstream
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- 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
- F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
- F01D25/04—Antivibration arrangements
- F01D25/06—Antivibration arrangements for preventing blade vibration
-
- 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
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/001—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between stator blade and rotor
-
- 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
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
-
- 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
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/44—Free-space packings
- F16J15/441—Free-space packings with floating ring
- F16J15/442—Free-space packings with floating ring segmented
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/44—Free-space packings
- F16J15/447—Labyrinth packings
- F16J15/4472—Labyrinth packings with axial path
-
- 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
- F01D5/22—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
- F01D5/225—Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/30—Application in turbines
- F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/55—Seals
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2260/00—Function
- F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
- Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)
Abstract
Description
ケーシング内で軸線周りに回転するロータ本体から径方向に延びるように取り付けられる複数の動翼本体の各々の先端部に連なる動翼環と、前記ケーシングの内周面との間で作動流体の漏れをシールする動翼側シール装置であって、
前記ケーシングの内周面側から前記動翼環に向かって前記径方向に突出し、前記ロータ本体の周方向に延在するシールフィンを備え、
前記シールフィンは、
前記周方向に沿って不連続となる隙間部を挟んで前記周方向において離間する第1シールフィン本体部及び第2シールフィン本体部と、
前記第1シールフィン本体部の端部から前記ロータ本体の回転方向下流側に向かって延在する第1延在部であって、前記回転方向下流側に向かうにつれて前記ロータ本体の前記軸線方向上流側に向かうように延在する第1延在部、を含む。
また、以下の説明では、スワール流における、ロータ本体の回転方向下流側に向かって流れる流速を、スワール流の周方向速度、あるいは、単に周方向速度と呼ぶこともある。
すなわち、第1延在部の傾斜角度が30度よりも小さい場合、上流側スワール流に対して、ロータ本体の軸線方向上流側に向かう速度成分を与える効果が小さいため、上流側スワール流に渦状の流れを発生させ難くなるおそれがある。そのため、上流側スワール流の周方向速度を抑制する効果が得られ難くなるおそれがある。したがって、第1延在部の傾斜角度は30度以上とすることが望ましい。
また、第1延在部の傾斜角度が60度よりも大きい場合、隙間部を介してシールフィンよりもロータ本体の軸線方向下流側に流れ込む作動流体における、ロータ本体の回転方向上流側に向かう速度成分が小さくなる。そのため、下流側スワール流の周方向速度を抑制する効果が小さくなってしまう。したがって、第1延在部の傾斜角度は60度以下とすることが望ましい。
前記シールフィンは、前記ロータ本体の前記軸線方向上流側に形成された上流側シールフィンと、前記上流側シールフィンよりも前記ロータ本体の前記軸線方向下流側に形成された下流側シールフィンとを含み、
前記上流側シールフィン及び前記下流側シールフィンは、それぞれ前記第1シールフィン本体部、前記第2シールフィン本体部及び前記第1延在部を含む。
なお、上流側シールフィンと下流側シールフィンとの間に流れるスワール流は、上流側シールフィンに対しては、上流側シールフィンに係る下流側スワール流となるが、下流側シールフィンに対しては、下流側シールフィンに係る上流側スワール流となる。
これにより、上記(11)の構成による動翼側シール装置を用いた回転機械において、自励振動の発生を効果的に抑制することができる。
すなわち、上記(12)の構成によれば、下流側隙間部が上流側隙間部よりもロータ本体の回転方向上流側に設けられていない場合と比べて、上流側隙間部を通過した作動流体が上流側シールフィンと下流側シールフィンとの間に流れ込んだ後、下流側隙間部からさらに下流側シールフィンよりもロータ本体の軸線方向下流側に流れ易くなる。したがって、上記(12)の構成によれば、下流側隙間部が上流側隙間部よりもロータ本体の回転方向上流側に設けられていない場合と比べて、上流側隙間部を通過した作動流体の通過速度を大きくすることができる。
ここで、上記(12)の構成では、上記(11)の構成を含むので、上流側隙間部を通過して上流側シールフィンと下流側シールフィンとの間に流れ込む作動流体には、上流側隙間部を通過する際にロータ本体の回転方向上流側に向かう速度成分が与えられる。したがって、上流側隙間部を通過する作動流体の通過速度が大きくなれば、該作動流体のロータ本体の回転方向上流側に向かう速度成分も大きくなる。これにより、該作動流体による、上流側シールフィンと下流側シールフィンとの間に流れるスワール流の周方向速度の抑制効果を高めることができる。
前記シールフィンは、前記第2シールフィン本体部の端部から前記ロータ本体の回転方向上流側に向かって延在する第2延在部であって、前記回転方向上流側に向かうにつれて前記ロータ本体の前記軸線方向下流側に向かうように延在する第2延在部、をさらに含み、
前記シールフィンは、前記シールフィンが前記ロータ本体の前記周方向に分割された第1セグメント及び第2セグメントを少なくとも含み、
前記第1シールフィン本体部及び前記第1延在部は、前記第1セグメントに設けられ、
前記第2シールフィン本体部及び前記第2延在部は、前記第2セグメントに設けられる。
ケーシング内で軸線周りに回転するロータ本体に向かって径方向内側に延在するように取り付けられる複数の静翼本体の各々の先端部に連なる静翼環と、前記ロータ本体の外周面との間で作動流体の漏れをシールする静翼側シール装置であって、
前記静翼環側から前記ロータ本体の前記外周面に向かって前記径方向に突出し、前記ロータ本体の周方向に延在するシールフィンを備え、
前記シールフィンは、
前記周方向に沿って不連続となる隙間部を挟んで前記周方向において離間する第1シールフィン本体部及び第2シールフィン本体部と、
前記第1シールフィン本体部の端部から前記ロータ本体の回転方向下流側に向かって延在する第1延在部であって、前記回転方向下流側に向かうにつれて前記ロータ本体の前記軸線方向上流側に向かうように延在する第1延在部、を含む。
前記ケーシングと、
前記ロータ本体と、
前記複数の動翼本体と、
前記動翼環と、
請求項1乃至13の何れか一項に記載の動翼側シール装置と、
を備える。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1は、幾つかの実施形態に係る動翼側シール装置を備える回転機械の一例としての蒸気タービンについて説明するための図である。
図1に示すように、蒸気タービンプラント10は、軸流回転機械である蒸気タービン1と、作動流体としての蒸気Sを蒸気供給源(不図示)から蒸気タービン1に供給する蒸気供給管12と、蒸気タービン1の下流側に接続されて蒸気を排出する蒸気排出管13とを備えている。
図2は、幾つかの実施形態に係る動翼側シール装置100を模式的に示す図であり、ロータ本体11の回転方向から見た断面図である。幾つかの実施形態に係る動翼側シール装置100は、動翼環34と、ケーシング2の内周面25との間で蒸気Sの漏れをシールするシール装置である。幾つかの実施形態に係る動翼側シール装置100は、ケーシング2に対して径方向内側に向かって付勢された円弧形状を呈する複数のシールセグメント101を備える。
すなわち、図3において不図示のロータ本体11が時計方向に回転する場合、例えば、互いに隣り合う、図3の右上のシールセグメント101と右下のシールセグメント101とでは、右上のシールセグメント101が第1シールセグメント101Aであり、右下のシールセグメント101が第2シールセグメント101Bである。しかし、互いに隣り合う、図3の右下のシールセグメント101と下のシールセグメント101とでは、右下のシールセグメント101が第1シールセグメント101Aであり、下のシールセグメント101が第2シールセグメント101Bである。このように、図3の右下のシールセグメント101は、隣接する右上のシールセグメント101との関係では、第2シールセグメント101Bであり、隣接する下のシールセグメント101との関係では、第1シールセグメント101Aである。
すなわち、図2に示すように図示左側がロータ本体11の軸線O方向上流側であり、図示右側がロータ本体11の軸線O方向下流側である場合、例えば、互いに隣り合う、図2の一番左側のシールフィン110と左から2番目のシールフィン110とでは、一番左側のシールフィン110が上流側シールフィン110Aであり、左から2番目のシールフィン110が下流側シールフィン110Bである。しかし、互いに隣り合う、図2の左から2番目のシールフィン110と左から3番目のシールフィン110とでは、左から2番目のシールフィン110が上流側シールフィン110Aであり、左から3番目のシールフィン110が下流側シールフィン110Bである。このように、図2の左から2番目のシールフィン110は、一番左側のシールフィン110との関係では、下流側シールフィン110Bであり、左から3番目のシールフィン110との関係では、上流側シールフィン110Aである。
上述したように、蒸気タービン1のような軸流回転機械では、ロータ又は動翼とケーシングとの間をシールするシール部において、主流路から逸れた作動流体がノズルを通過した際に与えられた旋回流成分を有したまま流入することにより、ロータの周方向に旋回流(所謂スワール流)が生ずることが知られている。スワール流により、ロータに偏心が発生した場合にロータの周方向にはロータの偏心方向と異なる方向にピークを有する正弦波状の圧力分布が生じ、例えば高出力の運転に伴ってスワール流が増加した際にはロータの自励振動の原因になることがある。このため、シール部におけるスワール流を抑制するための構造が種々考案されている。
図5〜図15は、それぞれ幾つかの実施形態に係る動翼側シール装置100のシールフィン110の形状を模式的に示す図である。なお、図11〜図14は、後述する第1延在部115及び第2延在部117の形状を説明する図でもある。
以下で説明する内容は、静翼側シール装置200のシールフィン210についても適用可能であるので、以下の説明では、動翼側シール装置100のシールフィン110について主に説明し、静翼側シール装置200のシールフィン210についての説明は適宜省略する。
動翼側シール装置100のシールフィン110は、第1シールフィン本体部111の端部111aからロータ本体11の回転方向R下流側に向かって延在する第1延在部115を含む。第1延在部115は、回転方向R下流側に向かうにつれてロータ本体11の軸線O方向上流側に向かうように延在する。
なお、ロータ本体11の軸線O方向に沿った蒸気Sの漏れ流れを抑制するための動翼側シール装置100において、以下で説明するように、隙間部113を介してロータ本体11の軸線O方向上流側から下流側へ蒸気Sを積極的に流すことができるという隙間部113の機能を考慮すれば、隙間部113は、シールフィン110をロータ本体11の軸線O方向に貫通する貫通孔や切り欠き部分であってもよい。
また、以下の説明では、スワール流における、ロータ本体11の回転方向R下流側に向かって流れる流速を、スワール流の周方向速度、あるいは、単に周方向速度と呼ぶこともある。
なお、各図においてスワール流を矢印で表す際に、矢印に符号SWを付すことがあり、以下の説明においてスワール流SWと表すこともある。同様に、各図において上流側スワール流を矢印で表す際に、矢印に符号SWuを付すことがあり、以下の説明において上流側スワール流SWuと表すこともある。各図において下流側スワール流を矢印で表す際に、矢印に符号SWdを付すことがあり、以下の説明において下流側スワール流SWdと表すこともある。
さらに、図5〜図15に示す幾つかの実施形態に係る動翼側シール装置100では、上流側スワール流SWuの一部が、例えば図5,6における矢印Cで示すように、隙間部113を介してシールフィン110よりもロータ本体11の軸線O方向下流側に流れ込む。そのため、矢印Cで示すように隙間部113を介してシールフィン110よりもロータ本体11の軸線O方向下流側に流れ込む蒸気Sが下流側スワール流SWdの流れに影響を与え、下流側スワール流SWdの周方向速度を抑制できる。これにより、図5〜図15に示す幾つかの実施形態に係る動翼側シール装置100を用いた蒸気タービン1において、自励振動の発生を抑制することができる。
さらに、図5〜図15に示す幾つかの実施形態に係る静翼側シール装置200では、シールフィン210に沿ってロータ本体11の回転方向R下流側に向かって流れるスワール流の一部が、隙間部113を介してシールフィン210よりもロータ本体11の軸線O方向の下流側に流れ込む。そのため、隙間部113を介してシールフィン210よりもロータ本体11の軸線O方向の下流側に流れ込む蒸気Sがシールフィン210よりもロータ本体11の軸線O方向の下流側におけるスワール流の流れに影響を与え、該スワール流の周方向速度を抑制できる。これにより、図5〜図15に示す幾つかの実施形態に係る静翼側シール装置200を用いた蒸気タービン1において、自励振動の発生を抑制することができる。
後で説明するが、図7,8に示すように、第1延在部115及び第2延在部117が隣り合うシールセグメント101の境界近傍に形成される場合がある。この場合において、第1延在部115及び第2延在部117の軸線O方向への延在長さが0.5Pを超えると、シールセグメント101の製作の都合上、第1延在部115及び第2延在部117の軸線O方向への延在長さを0.5P以下とした場合と比べると、端面101a近傍を成型し難くなるからである。
以下の説明では、第1延在部115と第2延在部117とが隙間部113を挟んで対向している部分を対向区間Osとも呼ぶ。対向区間Osでは、隙間部113を挟んで対向している第1延在部115と第2延在部117とによって、蒸気Sの流路が形成される。図11〜14に示す幾つかの実施形態において、対向区間Osを例示する。
そのため、第1延在部115と第2延在部117とが対向する対向区間Osを通過する蒸気Sの流れが下流側スワール流SWdに逆らって下流側に流入することで、対向区間Osを通過する流れと下流側スワール流SWdが乱れながら混合する。これにより、対向区間Osを通過してシールフィン110よりもロータ本体11の軸線Os方向下流側に流れ込む蒸気Sによる、下流側スワール流SWdの周方向速度の抑制効果を高めることができる。
これにより、第1延在部115の形状が単純となり、第1延在部115の形成が容易となる。
なお、第2延在部117についても同様であり、図6〜図12、図15に示す幾つかの実施形態のように、ロータ本体11の回転方向R下流側に向かうにつれてロータ本体11の軸線O方向上流側に向かうように直線状に延在するように第2延在部117を構成すれば、第2延在部117の形状が単純となり、第2延在部117の形成が容易となる。
すなわち、第1延在部115の傾斜角度θ1が30度よりも小さい場合、上流側スワール流SWu(図5,6参照)に対して、ロータ本体11の軸線O方向上流側に向かう速度成分を与える効果が小さいため、上流側スワール流SWuに渦状の流れを発生させ難くなるおそれがある。そのため、上流側スワール流SWuの周方向速度を抑制する効果が得られ難くなるおそれがある。したがって、第1延在部115の傾斜角度θ1は30度以上とすることが望ましい。
また、第1延在部115の傾斜角度θ1が60度よりも大きい場合、隙間部113を介してシールフィン110よりもロータ本体11の軸線O方向下流側に流れ込む蒸気Sにおける、ロータ本体11の回転方向R上流側に向かう速度成分が小さくなる。そのため、下流側スワール流SWdの周方向速度を抑制する効果が小さくなってしまう。したがって、第1延在部115の傾斜角度θ1は60度以下とすることが望ましい。
なお、第2シールフィン本体部112の延在方向に対する第2延在部117の傾斜角度θ2、すなわち、第2延在部117の延在方向と第2シールフィン本体部112の延在方向とのずれ角度を、第2延在部117の傾斜角度θ2、又は、単に、傾斜角度θ2とも呼ぶ。上述したように、第2延在部117は、第1延在部115とともに対向区間Osを形成し、対向区間Osを通過する蒸気Sによって下流側スワール流SWdの周方向速度の抑制効果を得ることができる。そのため、図6〜図12、図15に示す幾つかの実施形態では、図12に示した一実施形態のように、対向区間Osから吹き出される蒸気Sの通過速度を大きくする場合を除けば、第2延在部117の延在方向と第1延在部115の延在方向とのずれは、小さい方がよいと考えられる。
そこで、図6〜図11、図15に示す幾つかの実施形態では、第2延在部117の傾斜角度θ2は、30度以上60度以下とすることが望ましい。
図13に示す一実施形態では、第1シールフィン本体部111の延在方向に対する先端側第1延在部115bの傾斜角度θ1bは、第1シールフィン本体部111の延在方向に対する基端側第1延在部115aの傾斜角度θ1aよりも大きい。そのため、図13に示す一実施形態では、第1延在部115は、ロータ本体11の回転方向R下流側に向かうにつれてロータ本体11の軸線O方向上流側に向かうように、隙間部113に向かって凸となるように延在する。
例えば図13に示す一実施形態では、第2延在部117は、第2シールフィン本体部112の端部112aからロータ本体11の回転方向R上流側に向かって延在する基端側第2延在部117aと、基端側第2延在部117aの回転方向R上流側の端部からさらに回転方向R上流側に向かって延在する先端側第2延在部117bとを含む。
図13に示す一実施形態では、第2シールフィン本体部112の延在方向に対する先端側第2延在部117bの傾斜角度θ2bは、第2シールフィン本体部112の延在方向に対する基端側第2延在部117aの傾斜角度θ2aよりも大きい。
これにより、第1シールフィン本体部111と第2シールフィン本体部112とをロータ本体11の軸線O方向における異なる位置に形成する場合と比べて、シールフィン110を形成し易い。
なお、図15に示す一実施形態では、第2シールフィン本体部112に対してロータ本体11の回転方向R下流側で隣り合うシールフィン110は、該第2シールフィン本体部112よりもロータ本体11の軸線O方向下流側に形成されている。このように、該第2シールフィン本体部112に対してロータ本体11の回転方向R下流側で隣り合うシールフィン110を、該第2シールフィン本体部112よりもロータ本体11の軸線O方向下流側に形成することで、シールフィン110の形成位置がロータ本体11の回転方向R下流側に向かうにつれて順次ロータ本体11の軸線O方向上流側にずれてしまうことを防止している。すなわち、図15に示す一実施形態では、第1シールフィン本体部111と、第1シールフィン本体部111よりもロータ本体11の軸線O方向上流側に形成された第2シールフィン本体部112との対がロータ本体11の回転方向Rに沿って順次現れるように、第1シールフィン本体部111と第2シールフィン本体部112とが形成されている。
さらに、図5〜図10に示す幾つかの実施形態では、例えば図5,6によく示すように、上流側シールフィン110Aに係る上流側スワール流SWuの一部が、矢印Cで示すように、上流側シールフィン110Aの隙間部113を介して上流側シールフィン110Aと下流側シールフィン110Bとの間に流れ込む。そのため、上流側シールフィン110Aの隙間部113を介して上流側シールフィン110Aと下流側シールフィン110Bとの間に流れ込む蒸気Sが上流側シールフィン110Aと下流側シールフィン110Bとの間に流れるスワール流SW、すなわち、上流側シールフィン110Aに係る下流側スワール流SWdの流れに影響を与え、該スワール流SWdの周方向速度を抑制できる。
さらに、図5〜図10に示す幾つかの実施形態では、例えば図5,6によく示すように、下流側シールフィン110Bに係る上流側スワール流の一部が、下流側シールフィン110Bの隙間部113を介して下流側シールフィン110Bよりもロータ本体11の軸線O方向下流側に流れ込む。そのため、下流側シールフィン110Bの隙間部113を介して下流側シールフィン110Bよりもロータ本体11の軸線O方向下流側に流れ込む蒸気Sが下流側シールフィン110Bよりもロータ本体11の軸線O方向下流側におけるスワール流SW、すなわち、下流側シールフィン110Bに係る下流側スワール流の流れに影響を与え、該スワール流SWの周方向速度を抑制できる。
これにより、図5〜図10に示す幾つかの実施形態に係る動翼側シール装置100を用いた蒸気タービン1において、自励振動の発生を効果的に抑制することができる。
これにより、下流側隙間部113Bが上流側隙間部113Aよりもロータ本体11の回転方向R上流側に設けられていない場合と比べると、以下で説明するように、上流側シールフィン110Aと下流側シールフィン110Bとの間に流れるスワール流SWの周方向速度を効果的に抑制できる。
上述したように、上流側隙間部113Aを通過して上流側シールフィン110Aと下流側シールフィン110Bとの間に流れ込む蒸気Sには、上流側隙間部113Aを通過する際にロータ本体11の回転方向R上流側に向かう速度成分が与えられる。したがって、上流側隙間部113Aを通過する蒸気Sの通過速度が大きくなれば、該蒸気Sのロータ本体11の回転方向R上流側に向かう速度成分も大きくなる。これにより、該蒸気Sによる、上流側シールフィン110Aと下流側シールフィン110Bとの間に流れるスワール流SWの周方向速度の抑制効果を高めることができる。
動翼チップシールのように入口スワール速度が大きい場合、シールフィン110よりもロータ本体11の軸線O方向上流側の上流側スワール流SWuは、シールフィン110よりもロータ本体11の軸線O方向下流側の下流側スワール流SWdよりも、周方向速度が大きい。そのため、上流側隙間部113Aを介してシールフィン110の下流側に流れ込む蒸気Sの流速は、下流側隙間部113Bを介してシールフィン110の下流側に流れ込む蒸気Sの流速よりも大きいことが望ましい。
その点、図10に示す一実施形態のように、下流側隙間部113Bにおける離間間隔L2よりも上流側隙間部113Aにおける離間間隔L1を小さくすることで、上流側隙間部113Aを介してシールフィン110の下流側に流れ込む蒸気Sの流速を下流側隙間部113Bを介してシールフィン110の下流側に流れ込む蒸気Sの流速よりも大きくすることができる。
すなわち、図7,8に示す幾つかの実施形態では、隙間部113を挟んで設けられた第1シールフィン本体部111及び第1延在部115と、第2シールフィン本体部112及び第2延在部117とが、異なるシールセグメント101に配置されたこととなる。このように、図7,8に示す幾つかの実施形態では、第1延在部115及び第2延在部117は、隣り合うシールセグメント101の境界近傍に形成されている。
なお、1つのシールセグメント101について注目した場合、該シールセグメント101のシールフィン110には、ロータ本体11の回転方向R上流側に第2延在部117が設けられ、ロータ本体11の回転方向R下流側に第1延在部115が設けられている。
なお、隙間部113を挟んで第1延在部115と第2延在部117とを同一のシールセグメント101に形成してもよい。
例えば、図6〜15に示した幾つかの実施形態において、第1延在部115と第2延在部117とは、隙間部113を挟んで対称となるように形成されていてもよく、第1延在部115又は第2延在部117の一方の長さや延在角度等を変更する等して非対称となるようにしてもよい。
2 ケーシング
3 ロータ
11 ロータ本体
21 静翼本体
23 静翼環
31 動翼本体
34 動翼環
100 動翼側シール装置
105 第1セグメント
106 第2セグメント
110,210 シールフィン
110A 上流側シールフィン
110B 下流側シールフィン
111 第1シールフィン本体部
112 第2シールフィン本体部
113 隙間部
113A 上流側隙間部
113B 下流側隙間部
115 第1延在部
117 第2延在部
200 静翼側シール装置
Claims (15)
- ケーシング内で軸線周りに回転するロータ本体から径方向に延びるように取り付けられる複数の動翼本体の各々の先端部に連なる動翼環と、前記ケーシングの内周面との間で作動流体の漏れをシールする動翼側シール装置であって、
前記ケーシングの内周面側から前記動翼環に向かって前記径方向に突出し、前記ロータ本体の周方向に延在するシールフィンを備え、
前記シールフィンは、
前記周方向に沿って不連続となる隙間部を挟んで前記周方向において離間する第1シールフィン本体部及び第2シールフィン本体部と、
前記第1シールフィン本体部の端部から前記ロータ本体の回転方向下流側に向かって延在する第1延在部であって、前記回転方向下流側に向かうにつれて前記ロータ本体の前記軸線方向上流側に向かうように延在する第1延在部、を含む
動翼側シール装置。 - 前記シールフィンは、前記第2シールフィン本体部の端部から前記ロータ本体の回転方向上流側に向かって延在する第2延在部であって、前記回転方向上流側に向かうにつれて前記ロータ本体の前記軸線方向下流側に向かうように延在する第2延在部、をさらに含む
請求項1に記載の動翼側シール装置。 - 前記第1延在部における前記ロータ本体の前記軸線方向下流側の面の少なくとも一部と、前記第2延在部における前記ロータ本体の前記軸線方向上流側の面の少なくとも一部とは、前記隙間部を挟んで対向している
請求項2に記載の動翼側シール装置。 - 前記第1延在部における前記ロータ本体の前記軸線方向下流側の面の少なくとも一部と、前記第2延在部における前記ロータ本体の前記軸線方向上流側の面の少なくとも一部とは、前記隙間部を挟んで一定の離間距離で対向している
請求項3に記載の動翼側シール装置。 - 前記第1延在部における前記ロータ本体の前記軸線方向下流側の面の少なくとも一部と、前記第2延在部における前記ロータ本体の前記軸線方向上流側の面の少なくとも一部とは、前記隙間部を挟んで対向しており、前記ロータ本体の前記軸線方向下流側に向かうにつれて離間距離が小さくなる
請求項3に記載の動翼側シール装置。 - 前記第1延在部は、前記ロータ本体の回転方向下流側に向かうにつれて前記ロータ本体の前記軸線方向上流側に向かうように直線状に延在する
請求項1乃至5の何れか一項に記載の動翼側シール装置。 - 前記第1延在部は、前記ロータ本体の回転方向下流側に向かうにつれて、前記第1シールフィン本体部の延在方向に対して30度以上60度以下の傾斜角度で前記ロータ本体の前記軸線方向上流側に向かうように延在する
請求項6に記載の動翼側シール装置。 - 前記第1延在部は、前記ロータ本体の回転方向下流側に向かうにつれて前記ロータ本体の前記軸線方向上流側に向かうように、前記隙間部に向かって凸となるように延在する
請求項1乃至5の何れか一項に記載の動翼側シール装置。 - 前記第1シールフィン本体部と前記第2シールフィン本体部とは、前記ロータ本体の前記軸線方向における同じ位置に形成されている
請求項3乃至5の何れか一項に記載の動翼側シール装置。 - 前記第2シールフィン本体部は、前記第1シールフィン本体部よりも前記ロータ本体の前記軸線方向上流側に形成されている
請求項3乃至5の何れか一項に記載の動翼側シール装置。 - 前記シールフィンは、前記ロータ本体の前記軸線方向上流側に形成された上流側シールフィンと、前記上流側シールフィンよりも前記ロータ本体の前記軸線方向下流側に形成された下流側シールフィンとを含み、
前記上流側シールフィン及び前記下流側シールフィンは、それぞれ前記第1シールフィン本体部、前記第2シールフィン本体部及び前記第1延在部を含む
請求項1乃至10の何れか一項に記載の動翼側シール装置。 - 前記下流側シールフィンにおいて前記周方向に沿って不連続となる下流側隙間部は、前記上流側シールフィンにおいて前記周方向に沿って不連続となる上流側隙間部よりも前記ロータ本体の前記回転方向上流側に設けられている
請求項11に記載の動翼側シール装置。 - 前記シールフィンは、前記第2シールフィン本体部の端部から前記ロータ本体の回転方向上流側に向かって延在する第2延在部であって、前記回転方向上流側に向かうにつれて前記ロータ本体の前記軸線方向下流側に向かうように延在する第2延在部、をさらに含み、
前記シールフィンは、前記シールフィンが前記ロータ本体の前記周方向に分割された第1セグメント及び第2セグメントを少なくとも含み、
前記第1シールフィン本体部及び前記第1延在部は、前記第1セグメントに設けられ、
前記第2シールフィン本体部及び前記第2延在部は、前記第2セグメントに設けられる
請求項1乃至12の何れか一項に記載の動翼側シール装置。 - ケーシング内で軸線周りに回転するロータ本体に向かって径方向内側に延在するように取り付けられる複数の静翼本体の各々の先端部に連なる静翼環と、前記ロータ本体の外周面との間で作動流体の漏れをシールする静翼側シール装置であって、
前記静翼環側から前記ロータ本体の前記外周面に向かって前記径方向に突出し、前記ロータ本体の周方向に延在するシールフィンを備え、
前記シールフィンは、
前記周方向に沿って不連続となる隙間部を挟んで前記周方向において離間する第1シールフィン本体部及び第2シールフィン本体部と、
前記第1シールフィン本体部の端部から前記ロータ本体の回転方向下流側に向かって延在する第1延在部であって、前記回転方向下流側に向かうにつれて前記ロータ本体の前記軸線方向上流側に向かうように延在する第1延在部、を含む
静翼側シール装置。 - 前記ケーシングと、
前記ロータ本体と、
前記複数の動翼本体と、
前記動翼環と、
請求項1乃至13の何れか一項に記載の動翼側シール装置と、
を備える回転機械。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018041740A JP6846374B2 (ja) | 2018-03-08 | 2018-03-08 | 動翼側シール装置、静翼側シール装置及び回転機械 |
CN201910123521.9A CN110242360B (zh) | 2018-03-08 | 2019-02-14 | 动叶片侧密封装置、静叶片侧密封装置及旋转机械 |
DE102019202356.8A DE102019202356A1 (de) | 2018-03-08 | 2019-02-21 | Laufschaufelseitige Dichtungsvorrichtung, stationäre schaufelseitige Dichtungsvorrichtung und Rotationsmaschine |
US16/282,611 US10907499B2 (en) | 2018-03-08 | 2019-02-22 | Rotor-blade-side sealing apparatus, stationary-blade-side sealing apparatus, and rotary machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018041740A JP6846374B2 (ja) | 2018-03-08 | 2018-03-08 | 動翼側シール装置、静翼側シール装置及び回転機械 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019157662A true JP2019157662A (ja) | 2019-09-19 |
JP6846374B2 JP6846374B2 (ja) | 2021-03-24 |
Family
ID=67701872
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018041740A Active JP6846374B2 (ja) | 2018-03-08 | 2018-03-08 | 動翼側シール装置、静翼側シール装置及び回転機械 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10907499B2 (ja) |
JP (1) | JP6846374B2 (ja) |
CN (1) | CN110242360B (ja) |
DE (1) | DE102019202356A1 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110863863A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-03-06 | 四川大学 | 一种燃气轮机带蓖齿封严的动叶护环结构 |
JP2021113513A (ja) * | 2020-01-17 | 2021-08-05 | 三菱重工業株式会社 | 流体制御装置及び回転機械 |
CN113653803B (zh) * | 2021-08-11 | 2024-06-11 | 中国联合重型燃气轮机技术有限公司 | 轴封结构和具有其的燃气轮机 |
CN115163213B (zh) * | 2022-08-17 | 2024-06-11 | 东方电气集团东方汽轮机有限公司 | 一种带有隔离汽封结构的旋转发电设备 |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62116101U (ja) * | 1986-01-17 | 1987-07-23 | ||
JPS6350607A (ja) * | 1986-08-18 | 1988-03-03 | Toshiba Corp | ラビリンスシ−ル装置 |
JPH06280504A (ja) * | 1993-03-26 | 1994-10-04 | Hitachi Ltd | 流体シール構造 |
US6126391A (en) * | 1999-04-01 | 2000-10-03 | Atraghji; Edward | Fluid flow machine |
US20050067789A1 (en) * | 2003-09-26 | 2005-03-31 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Flow dam design for labyrinth seals to promote rotor stability |
JP2011247307A (ja) * | 2010-05-25 | 2011-12-08 | Hitachi Ltd | ラビリンスシール装置 |
JP2014055588A (ja) * | 2012-09-11 | 2014-03-27 | General Electric Co <Ge> | シールアセンブリのスワール遮断シール歯 |
WO2014162767A1 (ja) * | 2013-04-03 | 2014-10-09 | 三菱重工業株式会社 | 回転機械 |
JP2015102236A (ja) * | 2013-11-28 | 2015-06-04 | 三菱重工業株式会社 | シール構造及び回転機械 |
JP2017155859A (ja) * | 2016-03-02 | 2017-09-07 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | シール装置、回転機械 |
US20170298754A1 (en) * | 2016-04-15 | 2017-10-19 | William P. Sanders | Contra-flow strips, contra-flow seal segments, and methods for inhibiting leakage |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5271712A (en) * | 1993-01-06 | 1993-12-21 | Brandon Ronald E | Turbine geometry to reduce damage from hard particles |
US5547340A (en) * | 1994-03-23 | 1996-08-20 | Imo Industries, Inc. | Spillstrip design for elastic fluid turbines |
US5735667A (en) * | 1996-05-06 | 1998-04-07 | Innovative Technology, L.L.C. | Method and apparatus for minimizing leakage in turbine seals |
US6116608A (en) * | 1998-11-12 | 2000-09-12 | General Electric Co. | Apparatus for guiding solid particles through a brush seal in a turbine |
CN2789416Y (zh) * | 2005-05-20 | 2006-06-21 | 上海汽轮机有限公司 | 反向旋流防汽轮机激振汽封装置 |
JP4696147B2 (ja) * | 2008-06-30 | 2011-06-08 | 株式会社日立製作所 | ターボ機械 |
JP5147885B2 (ja) * | 2010-03-26 | 2013-02-20 | 株式会社日立製作所 | ロータ振動防止構造、およびそれを用いた蒸気タービン |
US20120027573A1 (en) * | 2010-08-02 | 2012-02-02 | General Electric Company | Seal teeth for seal assembly |
JP5774963B2 (ja) * | 2011-10-21 | 2015-09-09 | 三菱重工業株式会社 | シール装置 |
CN104912604B (zh) * | 2015-06-01 | 2016-08-24 | 西安交通大学 | 一种具有止旋抑振作用的防旋板结构 |
-
2018
- 2018-03-08 JP JP2018041740A patent/JP6846374B2/ja active Active
-
2019
- 2019-02-14 CN CN201910123521.9A patent/CN110242360B/zh active Active
- 2019-02-21 DE DE102019202356.8A patent/DE102019202356A1/de active Pending
- 2019-02-22 US US16/282,611 patent/US10907499B2/en active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62116101U (ja) * | 1986-01-17 | 1987-07-23 | ||
JPS6350607A (ja) * | 1986-08-18 | 1988-03-03 | Toshiba Corp | ラビリンスシ−ル装置 |
JPH06280504A (ja) * | 1993-03-26 | 1994-10-04 | Hitachi Ltd | 流体シール構造 |
US6126391A (en) * | 1999-04-01 | 2000-10-03 | Atraghji; Edward | Fluid flow machine |
US20050067789A1 (en) * | 2003-09-26 | 2005-03-31 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Flow dam design for labyrinth seals to promote rotor stability |
JP2011247307A (ja) * | 2010-05-25 | 2011-12-08 | Hitachi Ltd | ラビリンスシール装置 |
JP2014055588A (ja) * | 2012-09-11 | 2014-03-27 | General Electric Co <Ge> | シールアセンブリのスワール遮断シール歯 |
WO2014162767A1 (ja) * | 2013-04-03 | 2014-10-09 | 三菱重工業株式会社 | 回転機械 |
JP2015102236A (ja) * | 2013-11-28 | 2015-06-04 | 三菱重工業株式会社 | シール構造及び回転機械 |
JP2017155859A (ja) * | 2016-03-02 | 2017-09-07 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | シール装置、回転機械 |
US20170298754A1 (en) * | 2016-04-15 | 2017-10-19 | William P. Sanders | Contra-flow strips, contra-flow seal segments, and methods for inhibiting leakage |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US10907499B2 (en) | 2021-02-02 |
JP6846374B2 (ja) | 2021-03-24 |
US20190277158A1 (en) | 2019-09-12 |
CN110242360B (zh) | 2022-01-28 |
DE102019202356A1 (de) | 2019-09-12 |
CN110242360A (zh) | 2019-09-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6344735B2 (ja) | シール構造、及び回転機械 | |
JP6846374B2 (ja) | 動翼側シール装置、静翼側シール装置及び回転機械 | |
CN105934615B (zh) | 密封构造及旋转机械 | |
WO2017098960A1 (ja) | ステップシール,シール構造,ターボ機械及びステップシールの製造方法 | |
JP5972374B2 (ja) | 軸流流体機械 | |
WO2017098932A1 (ja) | シール構造及びタービン | |
KR20130114165A (ko) | 터빈 | |
US11187097B2 (en) | Rotary machine | |
JP6684842B2 (ja) | タービン動翼及び回転機械 | |
JP2018135847A (ja) | 軸流回転機械 | |
US11927112B2 (en) | Sealing device and rotary machine | |
JP7054582B2 (ja) | シール装置およびターボ機械 | |
WO2017098944A1 (ja) | シールフィン,シール構造及びターボ機械 | |
JP2011247307A (ja) | ラビリンスシール装置 | |
JP2014152696A (ja) | ラビリンスシール装置、およびそれを用いたターボ機械 | |
WO2021039811A1 (ja) | スワールブレーカ組立体及び回転機械 | |
JP2017155626A (ja) | シール構造及びターボ機械 | |
WO2019151221A1 (ja) | 軸流回転機械 | |
JP6930896B2 (ja) | タービン及び動翼 | |
JP7445495B2 (ja) | ラビリンスシール及びガスタービン | |
JP2013142435A (ja) | シール装置 | |
JP6986426B2 (ja) | タービン | |
WO2017163911A1 (ja) | 回転機械 | |
JP2015102236A (ja) | シール構造及び回転機械 | |
JP2020176680A (ja) | シール装置、タービン |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190212 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200225 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200423 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200915 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20201104 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210106 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210202 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210301 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6846374 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |