JP2023128491A - Seal device and rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、シール装置及び回転機械に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to sealing devices and rotating machines.
タービン等の回転機械では、タービン翼列の翼先端から発生する漏れ流れが空力性能を大きく低下させるため、漏れ流れを低減させることが重要とされている。漏れ流れを低減するために、シールが用いられる。
また、シール部には、ロータの回転によって周方向の速度成分を有するスワールが発生する。ロータに変位が発生した際、シール部を流れるスワールによって不均一な圧力分布が発生し、ロータの変位と直角方向の力がロータに作用する。以下、この力を、「シール励振力」と称する。シール励振力は、ロータの振れ回りを助長して軸系の安定性を低下させ、不安定な自励振動を引き起こすことがある。軸系の安定性の観点からシール励振力の低減は重要であり、シール励振力を引き起こすスワールの低減が求められている。
In rotating machines such as turbines, leakage flow generated from the blade tips of turbine blade rows significantly reduces aerodynamic performance, and therefore it is important to reduce leakage flow. Seals are used to reduce leakage flow.
Furthermore, a swirl having a velocity component in the circumferential direction is generated in the seal portion due to the rotation of the rotor. When a displacement occurs in the rotor, a swirl flowing through the seal portion generates an uneven pressure distribution, and a force in a direction perpendicular to the rotor displacement acts on the rotor. Hereinafter, this force will be referred to as "seal excitation force." The seal excitation force may promote whirling of the rotor, reduce the stability of the shaft system, and cause unstable self-excited vibrations. Reducing the seal excitation force is important from the viewpoint of shaft system stability, and there is a need to reduce the swirl that causes the seal excitation force.
例えば特許文献1には、漏れ流れの低減とスワールの低減の2つの効果を両立させるシールが開示されている。このシールには、シール面に複数の孔を設けたダンパーシール部および環状平行溝を設けたラビリンスシール部が設けられている。ダンパーシール部は、シールの高圧側に設けられ、ラビリンスシール部は、シールの低圧側に設けられている。ラビリンスシール部は、ダンパーシール部と比較してスワールが増大し易いが、漏れ流量を低減させることができる。また、ダンパーシール部は、ラビリンスシール部と比較して漏れ流量が増大し易いが、スワールを低減させることができる。
For example,
ところで、ダンパーシール部は、低圧側に向かうしたがいスワール低減効果が弱まる。このため、特許文献1に記載のシールでは、ダンパーシール部の低圧側にスワールを殆ど低減することができない領域が生じてしまう。また、ラビリンスシール部には、ロータとの連れ回りによってスワールが増大する領域が多く生じてしまう。このため、特許文献1のシールでは、スワール低減効果を十分に発揮することができなかった。
By the way, the swirl reduction effect of the damper seal portion becomes weaker toward the low pressure side. For this reason, in the seal described in
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、漏れ流れを低減しつつ、スワール低減効果を向上させることができるシール装置及び回転機械を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in order to solve the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a seal device and a rotating machine that can improve the swirl reduction effect while reducing leakage flow.
上記課題を解決するために、本開示に係るシール装置は、軸線に沿って延び、前記軸線回りに回転可能なロータと、前記ロータの外周側に配置されたステータとの間に設けられ、前記ロータと前記ステータとの空間を高圧側と低圧側とに区画する、前記ロータの外周側を覆う円筒状のシール装置であって、内周面に複数の穴部が設けられたダンパーシール部と、前記ダンパーシール部の前記軸線方向の低圧側に連続し、内周面から前記軸線の径方向内側に突出するとともに前記軸線の周方向に延びる第一フィン部が設けられたラビリンスシール部と、を有するシール群を備え、前記シール群は、前記軸線方向に並んで複数設けられている。 In order to solve the above problems, a sealing device according to the present disclosure is provided between a rotor that extends along an axis and is rotatable about the axis, and a stator that is disposed on the outer peripheral side of the rotor, A cylindrical seal device that covers the outer peripheral side of the rotor and divides a space between the rotor and the stator into a high-pressure side and a low-pressure side, the damper seal having a plurality of holes on the inner peripheral surface. a labyrinth seal portion provided with a first fin portion that is continuous with the low pressure side of the damper seal portion in the axial direction, protrudes radially inward from the inner circumferential surface of the axis, and extends in the circumferential direction of the axis; A plurality of the seal groups are provided in line in the axial direction.
本開示に係るシール装置は、軸線に沿って延び、前記軸線回りに回転可能なロータと、前記ロータの外周側に配置されたステータとの間に設けられ、前記ロータと前記ステータとの空間を高圧側と低圧側とに区画する、前記ロータの外周側を覆う円筒状のシール装置であって、内周面から前記軸線の径方向内側に突出するとともに前記軸線の周方向に延びる第一フィン部と、内周面から前記径方向内側に突出するとともに前記軸線方向に延びる第二フィン部と、が設けられたラビリンスシール部を備える。 A sealing device according to the present disclosure is provided between a rotor that extends along an axis and is rotatable around the axis, and a stator that is disposed on the outer peripheral side of the rotor, and that seals a space between the rotor and the stator. A cylindrical sealing device that covers the outer peripheral side of the rotor and partitions it into a high pressure side and a low pressure side, the first fin protruding from the inner peripheral surface inward in the radial direction of the axis and extending in the circumferential direction of the axis. and a second fin portion that projects inward in the radial direction from the inner circumferential surface and extends in the axial direction.
本開示に係る回転機械は、軸線に沿って延び、前記軸線回りに回転可能なロータと、前記ロータの外周側に配置されたステータと、前記ロータと前記ステータとの間に設けられ、前記ロータと前記ステータとの空間を高圧側と低圧側とに区画する、前記ロータの外周側を覆う円筒状のシール装置と、を備え、前記シール装置は、内周面に複数の穴部が設けられたダンパーシール部と、前記ダンパーシール部の前記軸線方向の低圧側に連続し、内周面から前記軸線の径方向内側に突出するとともに前記軸線の周方向に延びる第一フィン部が設けられたラビリンスシール部と、を有するシール群を備え、前記シール群は、前記軸線方向に並んで複数設けられている。 A rotating machine according to the present disclosure includes a rotor that extends along an axis and is rotatable about the axis, a stator that is disposed on an outer peripheral side of the rotor, and a rotor that is provided between the rotor and the stator, and that is provided between the rotor and the stator. and a cylindrical sealing device that covers the outer peripheral side of the rotor and partitions a space between the rotor and the stator into a high-pressure side and a low-pressure side, and the sealing device has a plurality of holes provided in an inner peripheral surface. a damper seal portion, and a first fin portion that is continuous with the low pressure side of the damper seal portion in the axial direction, projects from an inner circumferential surface inward in the radial direction of the axis, and extends in the circumferential direction of the axis. A seal group having a labyrinth seal portion is provided, and a plurality of the seal groups are provided in line in the axial direction.
本開示のシール装置及び回転機械によれば、漏れ流れを低減しつつ、スワール低減効果を向上させることができる。 According to the seal device and rotating machine of the present disclosure, it is possible to improve the swirl reduction effect while reducing leakage flow.
<第一実施形態>
以下、本開示の第一実施形態に係るシール装置50及びシール装置50を備えたタービン10(回転機械の例示)について、図1から図6を参照して説明する。タービン10は、ガスタービン1の構成の一部である。
<First embodiment>
Hereinafter, a
(ガスタービン)
図1に示す本実施形態に係るガスタービン1は、例えば、航空推進用ジェットエンジンや発電用ガスタービン等で利用される。ガスタービン1は、圧縮空気を生成する圧縮機2と、圧縮空気に燃料を混合して燃焼させることで燃焼ガスG(流体の例示)を生成する燃焼器9と、燃焼ガスGによって駆動されるタービン10と、を備える。
(gas turbine)
A
(圧縮機)
圧縮機2は、軸線О回りに回転可能な圧縮機ロータ3と、圧縮機ロータ3を外周側から覆う圧縮機ケーシング4と、を有する。圧縮機ロータ3は、軸線Оに沿って延びる柱状に形成されている。圧縮機ロータ3の外周面上には、軸線О方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼段5が設けられている。各圧縮機動翼段5は、圧縮機ロータ3の外周面上で軸線Оの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機動翼を有する。
(compressor)
The
圧縮機ケーシング4は、軸線Оを中心とする筒状に形成されている。圧縮機ケーシング4の内周面には、軸線О方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼段7が設けられている。これらの圧縮機静翼段7は、上記の圧縮機動翼段5に対して、軸線О方向で交互に配列されている。各圧縮機静翼段7は、圧縮機ケーシング4の内周面上で、軸線Оの周方向に間隔をあけて配列された複数の圧縮機静翼を有する。
The
(燃焼器)
燃焼器9は、圧縮機2と、下流側(図1の右側)へ続くタービン10との間に設けられている。圧縮機2で生成された圧縮空気は、燃焼器9内部で燃料と混合されて予混合ガスとなる。燃焼器9内で、この予混合ガスが燃焼することで高温高圧の燃焼ガスGが生成され、燃焼ガスGはタービン10内へと導かれる。
(combustor)
The
(タービン)
タービン10は、軸線О回りに回転可能なロータ11と、ロータ11を囲うステータ12と、シール装置50(図2参照)と、を有する。
(turbine)
The
(ロータ)
ロータ11は、軸線O方向に延び、軸線O回りに回転可能である。
以下、ロータ11の軸線Oを単に「軸線O」と称する場合がある。また、ロータ11の軸線O方向を単に「軸線O方向」と称し、軸線Oの径方向を単に「径方向」と称し、軸線Oの周方向を単に「周方向」と称する場合がある。
(rotor)
The
Hereinafter, the axis O of the
ロータ11は、回転軸11aと、複数のタービン動翼段20と、ロータ側フィン部51(図5参照)とを有する。
回転軸11aは、軸線Оに沿って延びる柱状に形成される。回転軸11aは、上記の圧縮機ロータ3に軸線О方向に一体に連結されることで、軸線О回りに回転するガスタービンロータを形成する。
The
The
複数のタービン動翼段20は、回転軸11aの外周面に設けられており、軸線О方向に間隔をあけて配列されている。
図1、図2に示すように、各タービン動翼段20は、複数のタービン動翼30と、環状のシュラウド42と、を有する。
The plurality of turbine rotor blade stages 20 are provided on the outer circumferential surface of the
As shown in FIGS. 1 and 2, each turbine
複数のタービン動翼30は、回転軸11aの外周面上で、軸線Оの周方向に間隔をあけて配列されている。
シュラウド42は、複数のタービン動翼30の翼先端に設けられており、軸線Оの周方向に配列したタービン動翼30と一体となることでタービン動翼段20の剛性を高めている。
以下、シュラウド42の外周面を、ロータ11の外周面として記載する場合がある。
The plurality of
The
Hereinafter, the outer circumferential surface of the
図5に示すロータ側フィン部51は、ロータ11の外周面(シュラウド42の外周面)に設けられている。ロータ側フィン部51は、シール装置50と協働して燃焼ガスGの漏れ流れを防止するものである。ロータ側フィン部51の詳細については、シール装置50とともに後述する。
The rotor-
(ステータ)
図1、図2に示すように、ステータ12は、ロータ11の外周側に配置されている。ステータ12は、タービンケーシング15と、複数のタービン静翼段13と、環状の保持環40と、を有する。
(stator)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
タービンケーシング15は、軸線Оを中心とする筒状をなしている。
複数のタービン静翼段13は、タービンケーシング15の内周側に設けられており、軸線О方向に間隔をあけて配列されている。これらのタービン静翼段13は、上記のタービン動翼段20に対して、軸線О方向で交互に配列されている。
各タービン静翼段13は、タービンケーシング15の内周面付近で、軸線Оの周方向に間隔をあけて配列された複数のタービン静翼14を有している。
The
The plurality of turbine stationary blade stages 13 are provided on the inner peripheral side of the
Each turbine
保持環40は、タービンケーシング15の内周面にわたって環状に設けられている。保持環40は、高温高圧の燃焼ガスGが直接タービンケーシング15に接触するのを防止するために設けられている。保持環40は、タービン動翼段20に対応するようにタービンケーシング15の内周面にタービン動翼段20の段数と同じ個数が設けられている。
図2に示すように、タービン静翼14は、軸線О方向に隣り合う保持環40同士の間にまたがって支持されている。
タービン動翼30と保持環40との間には、シール装置50が設けられている。
The retaining
As shown in FIG. 2, the turbine
A sealing
(シール装置)
シール装置50は、ロータ11とステータ12との間に設けられている。シール装置50は、ロータ11の外周側を覆う円筒状の部材である。ロータ11とステータ12との空間を高圧側HPと低圧側LPとに区画する。これにより、シール装置50は、タービン動翼30と保持環40の間から後段に存在するタービン静翼14付近の空間へ燃焼ガスGが漏出するのを防止する。
(Seal device)
本実施形態では、シール装置50を基準として、燃焼ガスGが流入する上流側が高圧側HPであり、燃焼ガスGが流出する下流側が低圧側LPである。
以下、軸線O方向の高圧側HPを単に「高圧側HP」と称し、軸線O方向の低圧側LPを単に「低圧側LP」と称する場合がある。
In this embodiment, with the
Hereinafter, the high pressure side HP in the direction of the axis O may be simply referred to as the "high pressure side HP", and the low pressure side LP in the direction of the axis O may be simply referred to as the "low pressure side LP".
図3に示すように、シール装置50は、ダンパーシール部60と、ダンパーシール部60の軸線O方向の低圧側LPに連続するラビリンスシール部70と、を有するシール群50aを備える。1つのシール群50a内では、高圧側HPにダンパーシール部60が配置され、低圧側LPにラビリンスシール部70が配置される。シール群50aは、軸線O方向に並んで複数設けられている。このため、ダンパーシール部60とラビリンスシール部70とは、軸線O方向で交互に配置される。
As shown in FIG. 3, the sealing
(ダンパーシール部)
図3、図4に示すように、ダンパーシール部60は、ラビリンスシール部70を挟んで軸線O方向に並ぶように複数設けられている。
なお、ダンパーシール部60の軸線O方向の寸法は、適宜変更可能である。
ダンパーシール部60は、ホール構造を有する。ダンパーシール部60の内周面には、複数の穴部61が設けられている。
(damper seal part)
As shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of
Note that the dimension of the
The
(穴部)
複数の穴部61は、ダンパーシール部60の内周面全体に軸線O方向及び周方向にわたって設けられている。穴部61は、径方向内側に開口する。穴部61は、径方向に延びる円柱穴である。すなわち、穴部61は、開口方向から見て、円形状に形成されている。複数の穴部61は、全て穴径が等しくなるように形成されている。
(hole)
The plurality of
複数の穴部61は、径方向内側から見て千鳥状に配列されている。具体的には、1つの穴部61を囲うように6つの穴部61が配列された構造が、ダンパーシール部60の内周面全体にわたって形成されている。複数の穴部61は、軸線O方向及び周方向に等間隔に配列されている。すなわち、複数の穴部61は、ダンパーシール部60の内周面上で最密となるように配列されている。
The plurality of
また、軸線O方向に並ぶ複数の穴部61は、軸線O方向に延びる穴列を形成している。穴列は、ダンパーシール部60に複数形成されている。複数の穴列は、軸線O方向から見て円環状に配列されている。
なお、穴部61の個数は、適宜変更可能である。
Further, the plurality of
Note that the number of
(ラビリンスシール部)
図3に示すように、ラビリンスシール部70は、ダンパーシール部60を挟んで軸線O方向に並ぶように複数設けられている。
なお、ラビリンスシール部70の軸線O方向の寸法は、適宜変更である。
図5に示すように、ラビリンスシール部70の内周面には、第一フィン部71が設けられている。
(Labyrinth seal part)
As shown in FIG. 3, a plurality of
Note that the dimensions of the
As shown in FIG. 5, a
(第一フィン部)
第一フィン部71は、ラビリンスシール部70の内周面から径方向内側に突出している。また、第一フィン部71は、周方向に延びている。第一フィン部71の周方向の断面は、径方向内側に向かうに従い先細る台形状に形成されている。第一フィン部71は、軸線O方向に並んで複数設けられている。
なお、第一フィン部71の個数は、適宜変更可能である。
(first fin part)
The
Note that the number of
(ロータ側フィン部)
ロータ11には、第一フィン部71と軸線O方向に隣り合うように配置されたロータ側フィン部51が設けられている。ロータ側フィン部51は、ロータ11の外周面から径方向外側に突出している。
また、ロータ側フィン部51は、周方向に延びている。ロータ側フィン部51の周方向の断面は、径方向外側に向かうにしたがい先細る台形状に形成されている。
なお、ロータ側フィン部51の個数は、適宜変更可能である。
(Rotor side fin part)
The
Further, the rotor
Note that the number of rotor-
上述したシール装置50とロータ11は、図5のように、第一フィン部71とロータ側フィン部51とが交互に入り組んで配置されている。このようなシール装置50とロータ11を、インターロッキング型、と称する。
As shown in FIG. 5, the sealing
(作用効果)
次に、上述したシール装置50によるスワール低減の作用について図6等を参照して説明する。図6では、上側にシール装置50の模式図が図示され、下側に軸線O方向位置に対するスワール速度の推移を示すグラフが図示されている。下側のグラフの横軸は、上のシール装置50の模式図に対応する軸線O方向位置Pを示し、縦軸は、スワール流速Vを示している。
ところで、上述したロータ11が回転すると、ロータ11の周囲の燃焼ガスGには、ロータ11から回転方向にせん断力が作用する。このせん断力の作用によって周方向の速度成分を有するスワールが発生する。このスワールを含む燃焼ガスGが、軸線O方向両側の圧力差(静圧差)によって高圧側HPから低圧側LPに向かって流れようとする。
(effect)
Next, the effect of reducing swirl by the sealing
By the way, when the
燃焼ガスGは、まず、最も高圧側HPのダンパーシール部60に導かれる。ダンパーシール部60に導かれた燃焼ガスGは、各穴部61に径方向内側から流入する。穴部61に導かれた燃焼ガスGは、周方向の速度成分によって、穴部61の内周面に沿う螺旋状の渦となる。これにより、燃焼ガスGに含まれるスワールが穴部61の内周面に衝突して低減される。低圧側LPに向かうしたがい、スワールが徐々に低減される。
The combustion gas G is first guided to the
スワールが殆ど低減されなくなると、燃焼ガスGは、ラビリンスシール部70に導かれる。ラビリンスシール部70では、ダンパーシール部60よりも漏れ流れを低減することができるが、低圧側LPに向かうにしたがい、スワールが徐々に増大する。
When the swirl is hardly reduced, the combustion gas G is guided to the
スワールが許容できない程度にまで増大する前に、燃焼ガスGは、1つ低圧側LPのダンパーシール部60に導かれる。これにより、スワールが再び低減される。スワールが低減されると、再び1つの低圧側LPのダンパーシール部60に導かれる。
このように、シール装置50は、燃焼ガスGをダンパーシール部60とラビリンスシール部70とに交互に通過させることにより、スワールが許容できない程度にまで増大すること防止し、低スワールの状態を保っている。
Before the swirl increases to an unacceptable extent, the combustion gas G is guided to the
In this way, the sealing
本実施形態では、シール装置50は、ダンパーシール部60と、ダンパーシール部60の軸線O方向の低圧側LPに連続するラビリンスシール部70と、を有するシール群50aを備える。シール群50aは、軸線O方向に並んで複数設けられている。
In the present embodiment, the
本実施形態では、ダンパーシール部60は、燃焼ガスGを穴部61に流入させてスワールを低減する。また、ラビリンスシール部70は、第一フィン部71によって流体の経路を入り組ませて流体の漏れ流れを低減する。すなわち、本実施形態のシール装置50は、ダンパーシール部60でスワールを低減し、ラビリンスシール部70で漏れ流れを低減する。本実施形態によれば、1つのシール群50a内で、ラビリンスシール部70よりも高圧側HPにダンパーシール部60が配置される。このため、ダンパーシール部60でスワールを低減させてからラビリンスシール部70に燃焼ガスを導くことができる。これにより、ラビリンスシール部70でスワールが増大したとしても、スワールが許容できない程度にまで増大することを抑制することができる。
In this embodiment, the
また、ダンパーシール部60とラビリンスシール部70とが軸線O方向で交互に配置される。このため、ダンパーシール部60のスワール低減効果が得られないレベルまで到達しないように、ダンパーシール部60の軸線O方向の長さを調整し、ラビリンスシール部70でスワールが高いレベルにまで到達しないように、ラビリンスシール部70の軸線O方向の長さを調整することができる。これにより、漏れ流れを低減しつつ、スワール低減効果を向上させることができる。すなわち、ダンパーシール部60のスワール低減効果を最大限活用することができる。
Further, the
また、シール装置50は、ダンパーシール部60でスワールを低減することにより、スワールによるロータ11の自励振動を減衰させることができる。これにより、ロータ11及びシール装置50等から構成される軸系を安定化させることができる。
Further, the sealing
本実施形態では、ロータ11には、外周面から径方向外側に突出するとともに周方向に延びるロータ側フィン部51が設けられている。ロータ側フィン部51は、第一フィン部71と軸線O方向に隣り合うように配置されている。
In this embodiment, the
本実施形態よれば、ラビリンスシール部70を流れる流体の経路を、第一フィン部71とロータ側フィン部51とによって、より複雑に入り組ませることができる。これにより、ラビリンスシール部70の漏れ流れ低減効果を増大させることができる。
According to this embodiment, the path of the fluid flowing through the
なお、上記第一実施形態では、穴部61は、径方向に延びる円柱穴であるとしたが、これに限るものではない。穴部61は、例えば径方向に延びる角柱穴であってもよい。
In addition, in the said first embodiment, although the
なお、上記第一実施形態では、複数の穴部61は、径方向内側から見て千鳥状に配列されているとしたが、これに限るものではない。複数の穴部61は、径方向内側から見て四角形格子状に配列されていてもよい。
In the first embodiment, the plurality of
続いて、第一実施形態の第一変形例について図7を参照して説明する。
図7に示すように、ダンパーシール部60は、ポケットダンパー構造を有してもよい。この場合、ダンパーシール部60は、内周面に、軸線O方向に延びる複数の第一ポケットフィン部62と、周方向に延びる複数の第二ポケットフィン部63と、を有する。第一ポケットフィン部62と第二ポケットフィン部63とは、互いに直交するように配置されている。穴部61は、第一ポケットフィン部62と第二ポケットフィン部63とによって区画されている。このため、穴部61は、矩形穴となる。
Next, a first modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. 7.
As shown in FIG. 7, the
続いて、第一実施形態の第二変形例について図8を参照して説明する。
図8に示すように、ダンパーシール部60は、ハニカム構造を有してもよい。この場合、穴部61は、断面正六角形状の穴となり、径方向に貫通している。ダンパーシール部60には、このような穴部61が隙間なく敷き詰められている。
Next, a second modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. 8.
As shown in FIG. 8, the
続いて、第一実施形態の第三変形例について図9を参照して説明する。
図9に示すように、シール装置50のラビリンスシール部70とロータ11とは、ロータ11にロータ側フィン部51が設けられていない、いわゆるストレート型であってもよい。ロータ11の外周面うち、シール装置50と径方向で対向する部分は、平坦面状に形成されている。
Next, a third modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. 9.
As shown in FIG. 9, the
続いて、第一実施形態の第四変形例について図10を参照して説明する。
図10に示すように、シール装置50のラビリンスシール部70とロータ11とは、いわゆる段付き型であってもよい。この場合、第一フィン部71は、径方向の寸法が長いものと短いものとが軸線O方向で交互に並ぶように設けられている。また、ロータ側フィン部51は、短い方の第一フィン部71と径方向で対向するように設けられている。ロータ側フィン部51の周方向の断面は、軸線O方向に長い長方形状に形成されている。ロータ側フィン部51の軸線O方向の寸法は、第一フィン部71の軸線O方向の寸法よりも長い。
Next, a fourth modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. 10.
As shown in FIG. 10, the
続いて、第一実施形態の第五変形例について図11を参照して説明する。
図11に示すように、シール装置50のラビリンスシール部70とロータ11とは、いわゆる階段型であってもよい。この場合、ラビリンスシール部70は、高圧側HPから低圧側LPに向かうにしたがい、径方向の寸法が短くなっている。軸線O方向に並ぶ複数の第一フィン部71は、径方向内側の端部が高圧側HPから低圧側LPに向かうにしたがい、径方向外側に位置するように設けられている。また、ロータ側フィン部51は、第一フィン部71に径方向で対向するように設けられている。ロータ側フィン部51は、高圧側HPから低圧側LPに向かうにしたがい、径方向の寸法が長くなるように階段状に形成されている。
Next, a fifth modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. 11.
As shown in FIG. 11, the
上記第一実施形態及び各変形例に示すダンパーシール部60及びラビリンスシール部70を、設計条件に合わせて適宜選択することができる。
The
<第二実施形態>
以下、本開示の第二実施形態に係るシール装置250について、図12を参照して説明する。第二実施形態では、第一実施形態と同様の構成については、同一の名称や同一の符合を付す等して説明を適宜省略する。
<Second embodiment>
Hereinafter, a
図12に示すように、軸線O方向で最も高圧側HPに位置するダンパーシール部260の軸線O方向の寸法は、他のダンパーシール部260の軸線O方向の寸法よりも大きい。また、複数のダンパーシール部260は、軸線O方向の高圧側HPから低圧側LPに向かうにしたがい、軸線O方向の寸法が小さくなる。
As shown in FIG. 12, the dimension of the
複数のラビリンスシール部270は、軸線O方向の高圧側HPから低圧側LPに向かうにしたがい、軸線O方向の寸法が大きくなる。
The dimensions of the plurality of
本実施形態では、最も高圧側HPに位置するダンパーシール部260の軸線O方向の寸法は、他のダンパーシール部260の軸線O方向の寸法よりも大きい。
In this embodiment, the dimension of the
本実施形態によれば、最も高圧側HPのダンパーシール部260によってスワールを十分に低減してから、低圧側LPのラビリンスシール部270及び他のダンパーシール部260に導くことができる。これにより、シール励起力をより一層抑制し、軸系を安定化させることができる。
According to this embodiment, the swirl can be sufficiently reduced by the
本実施形態では、複数のダンパーシール部260は、高圧側HPから低圧側LPに向かうにしたがい、軸線O方向の寸法が大きくなる。
In this embodiment, the dimensions of the plurality of
低圧側LPは、高圧側HPと比較してスワールによるロータ11の不安定振動が小さくなる。このため、低圧側LPは高圧側HPほどスワールを低減しなくとも、スワールによるロータ11の不安定振動を抑制することができる。本実施形態によれば、スワールを高圧側HPほど低減する必要ない低圧側LPのダンパーシール部260を短くすることができる。したがって、スワール低減効果をより一層向上させることができる。
On the low pressure side LP, unstable vibration of the
また、低圧側LPのダンパーシール部260を短くした分だけ、ラビリンスシール部270の長さを長くすることができる。例えば、本実施系形態のように、複数のラビリンスシール部270は、軸線O方向の高圧側HPから低圧側LPに向かうにしたがい、軸線O方向の寸法が大きくなる。これにより、漏れ流量低減効果を向上させることができる。
Further, the length of the
上記第二実施形態では、複数のダンパーシール部260は、高圧側HPから低圧側LPに向かうにしたがい、軸線O方向の寸法が小さくなるとしたが、これに限るものではない。最も高圧側HPのダンパーシール部260のみ、軸線O方向の寸法が大きく、他のダンパーシール部260の軸線O方向の寸法は、全て等しくてもよい。
In the second embodiment, the dimensions of the plurality of
<第三実施形態>
以下、本開示の第三実施形態に係るシール装置350について、図13を参照して説明する。第三実施形態では、上記各実施形態と同様の構成については、同一の名称や同一の符合を付す等して説明を適宜省略する。
<Third embodiment>
Hereinafter, a
図13に示すように、軸線O方向で最も高圧側HPに位置するラビリンスシール部370の軸線O方向の寸法は、他のラビリンスシール部370の軸線O方向の寸法よりも大きい。また、複数のラビリンスシール部370は、軸線O方向の高圧側HPから低圧側LPに向かうにしたがい、軸線O方向の寸法が小さくなる。
As shown in FIG. 13, the dimension in the axis O direction of the
本実施形態では、複数のラビリンスシール部370は、軸線O方向の高圧側HPから低圧側LPに向かうにしたがい、軸線O方向の寸法が小さくなる。
In this embodiment, the dimensions of the plurality of
低圧側LPは、高圧側HPと比較して漏れ流れが小さくなる。このため、低圧側LPは高圧側HPほど漏れ流れを低減する必要がないとされる。本実施形態によれば、漏れ流れを高圧側HPほど低減する必要のない低圧側LPのラビリンスシール部370を短くすることができる。したがって、漏れ流量低減効果をより一層向上させることができる。したがって、スワール低減効果をより一層向上させることができる。
The leakage flow on the low pressure side LP is smaller than that on the high pressure side HP. For this reason, it is said that it is not necessary to reduce leakage flow as much on the low pressure side LP as on the high pressure side HP. According to this embodiment, the
<第四実施形態>
以下、本開示の第四実施形態に係るシール装置450について、図14を参照して説明する。第四実施形態では、上記各実施形態と同様の構成については、同一の名称や同一の符合を付す等して説明を適宜省略する。
<Fourth embodiment>
A
図14に示すように、シール装置450とロータ11とは、段付き型に形成されている。
さらに、全てのラビリンスシール部470の内周面には、第二フィン部472が設けられている。第二フィン部472は、ラビリンスシール部470の内周面から径方向内側に突出している。また、第二フィン部472は、軸線O方向に延びている。第二フィン部472は、周方向に間隔をあけて複数もうけられている。
As shown in FIG. 14, the
Further, a
なお、シール装置450は、ダンパーシール部60と第二フィン部472を有するラビリンスシール部470とを備えてもよく、第二フィン部472を有するラビリンスシール部470のみから構成されていてもよい。
Note that the
本実施形態では、ラビリンスシール部470には、内周面から径方向内側に突出するとともに軸線O方向に延びる第二フィン部472が設けられている。
In this embodiment, the
本実施形態よれば、シール装置450は、第二フィン部472にスワールを衝突させることにより、スワールを低減することができる。これにより、シール装置450は、ラビリンスシール部470でもスワールを低減することができる。したがって、シール励振力をより一層低減し、軸系をより一層安定化させることができる。
According to this embodiment, the
また、シール装置450が第二フィン部472を有するラビリンスシール部470のみから構成されている場合、一種類のラビリンスシール部470の構造のみで、スワール低減効果と漏れ流れ低減効果とを得ることができる。
Further, when the
上記第四実施形態では、全てのラビリンスシール部470の内周面には、第二フィン部472が設けられているとしたが、これに限るものではない。第二フィン部472は、少なくとも一部のラビリンスシール部470に設けられていてもよい。
In the fourth embodiment, the
上記第四実施形態では、シール装置450とロータ11とが段付き型である場合に、第二フィン部472が設けられている場合について説明したが、これに限るものではない。シール装置450とロータ11が階段型である場合や、シール装置450とロータ11とがストレート型である場合に第二フィン部472が設けられていてもよい。
In the fourth embodiment, a case has been described in which the
<その他の実施形態>
以上、本開示の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。各実施形態及び各変形例を適宜組み合わせてもよい。
なお、上記実施形態では、シール装置50,250,350,450が、ガスタービン1に用いられる使用される場合について説明したが、これに限るものではない。シール装置50,250,350,450は、蒸気タービンや他の圧縮機等の大型の回転機械に用いられてもよい。
<Other embodiments>
Although the embodiment of the present disclosure has been described above in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes within the scope of the gist of the present disclosure. . Each embodiment and each modification may be combined as appropriate.
In addition, although the said embodiment demonstrated the case where the
<付記>
各実施形態に記載のシール装置50,250,350,450は、例えば以下のように把握される。
<Additional notes>
The
(1)第1の態様に係るシール装置50,250,350,450は、軸線Oに沿って延び、前記軸線O回りに回転可能なロータ11と、前記ロータ11の外周側に配置されたステータ12との間に設けられ、前記ロータ11と前記ステータ12との空間を高圧側HPと低圧側LPとに区画する、前記ロータ11の外周側を覆う円筒状のシール装置50,250,350,450であって、内周面に複数の穴部61が設けられたダンパーシール部60,260と、前記ダンパーシール部60,260の前記軸線O方向の低圧側LPに連続し、内周面から前記軸線Oの径方向内側に突出するとともに前記軸線Oの周方向に延びる第一フィン部71が設けられたラビリンスシール部70,270,370,470と、を有するシール群50aを備え、前記シール群50aは、前記軸線O方向に並んで複数設けられている。
流体の例として、燃焼ガスGや蒸気等が挙げられる。
(1) The
Examples of the fluid include combustion gas G and steam.
本態様のシール装置50,250,350,450は、ダンパーシール部60,260でスワールを低減し、ラビリンスシール部70,270,370,470で漏れ流れを低減する。本態様によれば、ダンパーシール部60,260とラビリンスシール部70,270,370,470とが軸線O方向で交互に配置される。このため、ダンパーシール部60,260のスワール低減効果が得られないレベルまで到達しないように、ダンパーシール部60,260の軸線O方向の長さを調整し、ラビリンスシール部70,270,370,470でスワールが高いレベルにまで到達しないように、ラビリンスシール部70,270,370,470の軸線O方向の長さを調整することができる。
In the
(2)第2の態様のシール装置250は、(1)のシール装置250であって、前記軸線O方向で最も高圧側HPに位置する前記ダンパーシール部260の前記軸線O方向の寸法は、他の前記ダンパーシール部260の前記軸線O方向の寸法よりも大きくてもよい。
(2) The
本態様によれば、最も高圧側HPのダンパーシール部260によってスワールを十分に低減してから、低圧側LPのラビリンスシール部270及び他のダンパーシール部260に導くことができる。
According to this aspect, the swirl can be sufficiently reduced by the
(3)第3の態様のシール装置250は、(1)又は(2)のシール装置250であって、前記複数のダンパーシール部260は、前記軸線O方向の高圧側HPから低圧側LPに向かうにしたがい、前記軸線O方向の寸法が小さくなってもよい。
(3) The
低圧側LPは、高圧側HPと比較してスワールによるロータ11の不安定振動が小さくなる。このため、低圧側LPは高圧側HPほどスワールを低減しなくとも、スワールによるロータ11の不安定振動を抑制することができる。本態様よれば、スワールを高圧側HPほど低減する必要ない低圧側LPのダンパーシール部260を短くすることができる。
On the low pressure side LP, unstable vibration of the
(4)第4の態様のシール装置350は、(1)から(3)のいずれかのシール装置350であって、前記複数のラビリンスシール部370は、前記軸線O方向の高圧側HPから低圧側LPに向かうにしたがい、前記軸線O方向の寸法が小さくなってもよい。
(4) The
低圧側LPは、高圧側HPと比較して漏れ流れが小さくなる。このため、低圧側LPは高圧側HPほど漏れ流れを低減する必要がないとされる。本態様によれば、漏れ流れを高圧側HPほど低減する必要のない低圧側LPのラビリンスシール部370を短くすることができる。
The leakage flow on the low pressure side LP is smaller than that on the high pressure side HP. For this reason, it is said that it is not necessary to reduce leakage flow as much on the low pressure side LP as on the high pressure side HP. According to this aspect, it is possible to shorten the
(5)第5の態様のシール装置450は、(1)から(4)のいずれかのシール装置450であって、前記複数のラビリンスシール部470の少なくとも一部には、内周面から径方向内側に突出するとともに前記軸線O方向に延びる第二フィン部472が設けられていてもよい。
(5) The
本態様よれば、シール装置450は、第二フィン部472にスワールを衝突させることにより、スワールを低減することができる。これにより、シール装置450は、ラビリンスシール部470でもスワールを低減することができる。
According to this aspect, the
(6)第6の態様のシール装置450は、軸線Oに沿って延び、前記軸線O回りに回転可能なロータ11と、前記ロータ11の外周側に配置されたステータ12との間に設けられ、前記ロータ11と前記ステータ12との空間を高圧側HPと低圧側LPとに区画する、前記ロータ11の外周側を覆う円筒状のシール装置450であって、内周面から前記軸線Oの径方向内側に突出するとともに前記軸線Oの周方向に延びる第一フィン部71と、内周面から前記径方向内側に突出するとともに前記軸線O方向に延びる第二フィン部472と、が設けられたラビリンスシール部470を備える。
(6) The
(7)第7の態様の回転機械は、軸線Oに沿って延び、前記軸線O回りに回転可能なロータ11と、前記ロータ11の外周側に配置されたステータ12と、前記ロータ11と前記ステータ12との間に設けられ、前記ロータ11と前記ステータ12との空間を高圧側HPと低圧側LPとに区画する、前記ロータ11の外周側を覆う円筒状のシール装置50,250,350,450と、を備え、前記シール装置50,250,350,450は、内周面に複数の穴部61が設けられたダンパーシール部60,260と、前記ダンパーシール部60,260の前記軸線O方向の低圧側LPに連続し、内周面から前記軸線Oの径方向内側に突出するとともに前記軸線Oの周方向に延びる第一フィン部71が設けられたラビリンスシール部70,270,370,470と、を有するシール群50aを備え、前記シール群50aは、前記軸線O方向に並んで複数設けられている。
回転機械の例として、ガスタービン1に用いられるタービン10や、蒸気タービン、圧縮機等の大型の回転機械が挙げられる。
(7) A rotating machine according to a seventh aspect includes a
Examples of the rotating machine include a
(8)第8の態様の回転機械は、(7)の回転機械であって、前記ロータ11には、外周面から前記径方向外側に突出するとともに前記周方向に延びるロータ側フィン部51が設けられ、前記ロータ側フィン部51は、前記第一フィン部71と前記軸線O方向に隣り合うように配置されていてもよい。
(8) A rotating machine according to an eighth aspect is the rotating machine according to (7), in which the
本態様よれば、ラビリンスシール部70,270,370,470を流れる流体の経路を、第一フィン部71とロータ側フィン部51とによって、より複雑に入り組ませることができる。これにより、ラビリンスシール部70,270,370,470の漏れ流れ低減効果を増大させることができる。
According to this aspect, the path of the fluid flowing through the
1…ガスタービン 2…圧縮機 3…圧縮機ロータ 4…圧縮機ケーシング 5…圧縮機動翼段 7…圧縮機静翼段 9…燃焼器 10…タービン(回転機械) 11…ロータ 11a…回転軸 12…ステータ 13…タービン静翼段 14…タービン静翼 15…タービンケーシング 20…タービン動翼段 30…タービン動翼 40…保持環 42…シュラウド 50…シール装置 50a…シール群 51…ロータ側フィン部 60…ダンパーシール部 61…穴部 62…第一ポケットフィン部 63…第二ポケットフィン部 70…ラビリンスシール部 71…第一フィン部 250…シール装置 260…ダンパーシール部 270…ラビリンスシール部 350…シール装置 370…ラビリンスシール部 450…シール装置 470…ラビリンスシール部 472…第二フィン部 G…燃焼ガス(流体) HP…高圧側 LP…低圧側 O…軸線 P…軸線方向位置 V…スワール流速
1...
Claims (8)
内周面に複数の穴部が設けられたダンパーシール部と、前記ダンパーシール部の前記軸線方向の低圧側に連続し、内周面から前記軸線の径方向内側に突出するとともに前記軸線の周方向に延びる第一フィン部が設けられたラビリンスシール部と、を有するシール群を備え、
前記シール群は、前記軸線方向に並んで複数設けられているシール装置。 A rotor extending along an axis and rotatable around the axis, and a stator disposed on the outer peripheral side of the rotor, the space between the rotor and the stator being divided into a high pressure side and a low pressure side. A cylindrical sealing device that covers the outer peripheral side of the rotor,
a damper seal portion having a plurality of holes provided on an inner peripheral surface; and a damper seal portion that is continuous with the low pressure side of the damper seal portion in the axial direction, protrudes from the inner peripheral surface inward in the radial direction of the axis, and has a labyrinth seal portion provided with a first fin portion extending in the direction;
The seal group is a seal device in which a plurality of seal groups are provided in line in the axial direction.
内周面から前記軸線の径方向内側に突出するとともに前記軸線の周方向に延びる第一フィン部と、内周面から前記径方向内側に突出するとともに前記軸線方向に延びる第二フィン部と、が設けられたラビリンスシール部を備えるシール装置。 A rotor extending along an axis and rotatable around the axis, and a stator disposed on the outer peripheral side of the rotor, the space between the rotor and the stator being divided into a high pressure side and a low pressure side. A cylindrical sealing device that covers the outer peripheral side of the rotor,
a first fin portion that projects radially inward from the inner circumferential surface of the axis and extends in the circumferential direction of the axis; a second fin portion that protrudes radially inward from the inner circumferential surface and extends in the axial direction; A sealing device comprising a labyrinth seal portion provided with a.
前記ロータの外周側に配置されたステータと、
前記ロータと前記ステータとの間に設けられ、前記ロータと前記ステータとの空間を高圧側と低圧側とに区画する、前記ロータの外周側を覆う円筒状のシール装置と、
を備え、
前記シール装置は、
内周面に複数の穴部が設けられたダンパーシール部と、前記ダンパーシール部の前記軸線方向の低圧側に連続し、内周面から前記軸線の径方向内側に突出するとともに前記軸線の周方向に延びる第一フィン部が設けられたラビリンスシール部と、を有するシール群を備え、
前記シール群は、前記軸線方向に並んで複数設けられている回転機械。 a rotor extending along an axis and rotatable about the axis;
a stator disposed on the outer peripheral side of the rotor;
a cylindrical sealing device provided between the rotor and the stator, covering the outer peripheral side of the rotor and partitioning a space between the rotor and the stator into a high pressure side and a low pressure side;
Equipped with
The sealing device includes:
a damper seal portion having a plurality of holes provided on an inner peripheral surface; and a damper seal portion that is continuous with the low pressure side of the damper seal portion in the axial direction, protrudes from the inner peripheral surface inward in the radial direction of the axis, and has a labyrinth seal portion provided with a first fin portion extending in the direction;
The rotary machine includes a plurality of seal groups arranged in the axial direction.
前記ロータ側フィン部は、前記第一フィン部と前記軸線方向に隣り合うように配置されている請求項7に記載の回転機械。 The rotor is provided with a rotor-side fin portion that protrudes outward in the radial direction from the outer circumferential surface and extends in the circumferential direction,
The rotating machine according to claim 7, wherein the rotor-side fin portion is arranged adjacent to the first fin portion in the axial direction.
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