JP4195882B2 - 軸流フロー流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、タービン及びエアーコンプレッサー構成の分野に係わり、特に、シールが囲い上に位置するタービンローター翼のシールした囲いに組み込むか、タービン固定子に組み込むスチームタービン並びにガスタービン及びエアーコンプレッサー圧力ステージに関する。

本発明は、タービン製造プラントの蒸気タービンの開発に、火力発電所の蒸気及びガスタービンの強化に、及びガスタービン及びコンプレッサーを備えた航空発動機の強化に使用することができる。

公知のスチームタービン圧力ステージは、図１及び図２に示すように、ノズル（方向）翼２及びシールド３を備えたノズル（方向）ブロック１、ディスク６、回転翼７、囲い８及び囲いシール４及び５からなる回転歯車であって、該囲いシールは図１または図２のノズルブロックのシールド３に組み入れるか、図２の回転翼の囲い上に位置するように設計されている。

タービンステージの囲いシールは、一般に、シール内に位置する蒸気の流れに従って第１の隆起４と第２の隆起５の二つの隆起からなり、両方で囲い上に位置する囲い板室１１を形成し、該囲い板室１１は、シールを通過する蒸気の流速を決定する半径隙間ｈ１及びｈ２を含む。

半径隙間ｈ１及びｈ２は、各ステージ又はステージ群の絶対値に等しいようにセットされ、該値は、タービン部品の熱膨張状態、並びにターボユニットしきい値電力即ち低い振動数の振動を生ずる電力に依存する。

図３及び図４に示す配置の回転翼囲い８は、６枚若しくはそれ以上の翼で１群を形成する回転翼を取り付けた後に、リベットを外す回転翼ピン９のための開口１５を有する小板の形状をしている。単一のフローチャンネルを覆うこれら囲いの部品１３は、いかなる開口も有していない。

図１及び図２に示す蒸気及びガスタービンステージは、タービン操作中に現れる次の重要な欠点を有している。

ａ）ステージの周囲をシールする囲い板の隙間の不均一な配置により、エアーダイナミック囲い及び隆起トーマス力が現れ、タービンのローター及びその支持体の不安定な操作をもたらす。

ｂ）回転翼囲いの内表面８は、金属及び塩酸化物１０の形成をもたらし、これらの存在は回転翼のフロー域の開きの一部を閉鎖し、このことが定格効率ファクターの減少と、その後のタービンパワーの減少に導く。

ｃ）かなりのタービン荷重の変化をもたらすｂ）による過度の燃料燃焼は、燃料資源の余分な消費をもたらす。

本発明の目的は、蒸気及びガスタービンの操作の信頼性を改善し、現存するパラメーターと比べて、実際の効率ファクターを増加することにある。

上記目的は、囲いのシールの隆起の隙間ｈ１及びｈ２について、第２の隆起５上の半径シールｈ２を第１の隆起４上の半径シールｈ１よりも小さくし、囲い室１１を通過する蒸気の流速を特定範囲内に調整し得るようにすることによって達成される。

排出開口１２のシステムは、図５及び図６の囲いの孔あけによって、単一の翼内チャンネルを覆うローター翼囲いの部品１３に必要な手段を与える。開口は、囲い８の部品１３及び１４の表面に沿って均一に位置し、翼内チャンネル１４の図４の蒸気の流れ方向１８に連なっている。該開口は、付着物の性質及び容積並びにシールの設計に応じて、千鳥状の順番１６に構成され得る。

開口の数ｎとその直径ｄとの比率は、次式で表される。

ｄ＝２・（（０．０２／０．５０）・Ｓｋ／ｎ・π） ^１／２
式中、Ｓｋは、ローターホイールの各単一翼内チャンネルを覆う囲い部の正方形面積を表す。

回転翼７の囲い８の開口１２により、タービン操作中、囲い及び覆い１７上並びに図５の囲い上に位置したチャンバー１１から蒸気が、囲いの下に位置したフローチャンネルの部分にオーバーフローし、障害効果の創造に導き、囲いの内面への金属及び塩酸化物の形成を防止する。

囲い上に位置するチャンバー１１及び囲い上のエンクロシャー１７からの圧力の排出は、蒸気のオーバーフローと同様のプロセスによって、必要な手段が与えられ、タービンのローター及びその支持体の不安定な操作をもたらす、囲い及び隆起上のエアーダイナミックトーマス力の出現を排除する。このことが、順に、第２の隆起５上の半径隙間ｈ２の減少を容易とし、ターボユニット限界電力を制御し、シール上をオーバーフローする蒸気の減少による効率性要因の増加をもたらす。

このように本発明は、次の目的に使用することができる。

ａ）回転翼囲い内面上への金属及び塩酸化物の形成を防止する手段を提供すること
ｂ）ターボユニット振動状態の向上の手段を提供すること
ｃ）上記ａ）及びｂ）による修理の間の期間とタービン有効寿命とを延長すること
本発明は、上記及びガスタービン、圧縮エアープラント及びガス力ポンプの製造及び操作に言及する。

隣接シールを含む、このような機械のベルト囲い又は同一部分の不完全な設計は、信頼性と効率性の減少に導く。

１．囲いの円周に沿った半径隙間の不均一な分布は、振動挙動が減少するエアーダイナミックトーマス力が現れる。

２．囲いの内面は、金属酸化物及び塩付着物の形成を受ける。

これら欠点は、翼の囲い中の半径方向の孔を、ドリルで開けることによって除去される。

囲いの孔を通しての蒸気の移動は、囲いの表面の圧力勾配の逃げをもたらし、囲いの内面上への金属酸化物、塩及び他の付着物の形成を防止する。

孔の量及び直径並びにこれらの対応する配列、及び囲い中高シールの半径隙間の値は、効率性を調節する。

図１及び図２に示すように、ノズル（方向上の）翼２及びシールド３を備えたノズル（方向上の）ブロック１、図２の囲い８上に位置したシール囲い隆起４及び５又は隆起４及び５、及び回転翼７上に位置する囲い８を有するローターホイールを具備するスチーム（ガス）タービン（コンプレッサー）圧力ステージは、タービンの効率化要因の増加と操作の信頼性の増加の目的を有する点と、蒸気／ガスフローに沿って位置する囲いシールの第２の隆起５の半径隙間ｈ２を、囲いシールの隆起４の半径隙間ｈ１よりも小さくし、そして単一翼内チャンネルを閉じる囲い８の部品１３、１４、１５には、囲い８の部品１３、１４、１６の表面に均一に分布した図３、図４、図５及び図６に示す半径方向の排出開口がある点で異なっている。

半径方向に排出する開口は、千鳥状の順１６に、並びにメジウムスチームフローライン１４及び１８に沿って、又は内翼チャンネル中の図４のスチームフローライン１８と対称の位置に、編成することができる。この開口は、図５の囲い上に位置した覆い１７及び囲い上のチャンバー１１から、蒸気（ガス）がフローチャンネルにオーバーフローし、囲い上の圧力を排出する。該圧力は、タービンローター及びその支持体の不安定な操作に導く囲い及び隆起上のエアーダイナミック“トーマス力”の源である。一方、囲い８の排出開口１２からフローチャンネルの覆いに蒸気が流入することにより、囲い８の内面上の金属及び塩酸化物１０の形成を防止する。単一の翼内チャンネルを覆う囲い部分１３、１４、１６の各フローチャンネル各表面積Ｓｋ上の開口１２の直径ｄとその貫通孔の数ｎとの比率は、次式で表わされる。

ｄ＝２・（（０．０２／０．５０）・Ｓｋ／ｎ・π） ^１／２

ノズルブロックシールド中の囲いシールを有するタービン圧力ステージの縦断面図である。 ローター翼囲い中に配設した囲いシールを有するタービン圧力ステージの縦断面図である。 図１の囲いの断面図である。 図２の囲いの断面図である。 図２のＤ−Ｄ断面詳細図である。 図１のＣ−Ｃ断面詳細図である。

符号の説明

１・・・・・・・据付ハウジング
６・・・・・・・内側円板
８・・・・・・・外側囲い
７・・・・・・・複数の翼を有するローター部材
１２・・・・・・複数の貫通孔
４、５・・・・・第１、第２の隆起
ｈ１、ｈ２・・・半径シール隙間（半径隙間）
１１・・・・・・囲い室

Claims (5)

1. 据付ハウジングと、内側円板、外側囲い並びに前記内側円板及び前記外側囲いの間に設けた複数の翼を有するローター部材とを備えた蒸気若しくはガスで作動する軸流フロー流体機械であって、
   前記外側囲いの少なくとも一部分に、複数の貫通孔（１２）を形成し、
   前記囲いのシールに第１、第２の隆起（４、５）の半径シール隙間（ｈ１、ｈ２）を設け、
   前記第２の隆起上の半径シール隙間（ｈ２）を前記第１の隆起上の半径シール隙間（ｈ１）よりも小さくし、前記半径シール隙間で形成される囲い室（１１）を通過する蒸気の流速を特定範囲内に調整することにより、前記貫通孔を蒸気又はガスが半径方向内側に通過して前記外側囲いの内面への金属・塩酸化物の形成を防ぐことを特徴とする軸流フロー流体機械。
2. 前記複数の貫通孔は、前記外側囲いの前記部分に均一に分布していることを特徴とする請求項１記載の軸流フロー流体機械。
3. 前記複数の貫通孔は、前記外側囲いの前記部分上に千鳥状に位置していることを特徴とする請求項１記載の軸流フロー流体機械。
4. 前記複数の貫通孔は、その直径ｄが、次式：
   ｄ＝２・（（０．０２／０．５０）・Ｓｋ／ｎ・π） ^１／２
   （式中、ｎは前記貫通孔の数を表し、そしてＳＫは前記外側囲いの表面積を表す）
   に一致するように選択されることを特徴とする請求項１記載の軸流フロー流体機械。
5. 前記外側囲いの外側表面または前記外側囲いの半径方向に面する前記据付ハウジングの内面に位置する２個のシールエレメントを含む囲いシールを備え、
   前記シールエレメントは、前記ローター部材と前記ハウジングとの間に、上流側、下流側の２個の半径隙間（ｈ１、ｈ２）を有し、前記下流側半径隙間（ｈ２）は前記上流側半径隙間（ｈ１）より小さいことを特徴とする請求項１記載の軸流フロー流体機械。

Images