JP4696147B2 - ターボ機械 - Google Patents

ターボ機械 Download PDF

Info

Publication number
JP4696147B2
JP4696147B2 JP2008169773A JP2008169773A JP4696147B2 JP 4696147 B2 JP4696147 B2 JP 4696147B2 JP 2008169773 A JP2008169773 A JP 2008169773A JP 2008169773 A JP2008169773 A JP 2008169773A JP 4696147 B2 JP4696147 B2 JP 4696147B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
segments
labyrinth seal
turbomachine
comb
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008169773A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010007611A (ja
Inventor
和幸 山口
洋平 真柄
豊美 吉田
亨之 高木
健一 村田
健 工藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2008169773A priority Critical patent/JP4696147B2/ja
Priority to US12/491,391 priority patent/US8388311B2/en
Priority to EP09164093A priority patent/EP2141363B1/en
Publication of JP2010007611A publication Critical patent/JP2010007611A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4696147B2 publication Critical patent/JP4696147B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/08—Sealings
    • F04D29/10—Shaft sealings
    • F04D29/102—Shaft sealings especially adapted for elastic fluid pumps
    • 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
    • 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
    • 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
    • F05D2250/00—Geometry
    • F05D2250/10—Two-dimensional
    • F05D2250/18—Two-dimensional patterned
    • F05D2250/182—Two-dimensional patterned crenellated, notched
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
    • Y10T29/49297—Seal or packing making
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/4932—Turbomachine making

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)

Description

本発明はターボ機械に係り、特に高速回転時におけるロータの不安定振動の防止に好適なターボ機械に関する。
ターボ機械は主に、回転羽根車を有するロータと、ロータを保持し、流路を形成するステータで構成されている。ステータとロータ間には間隙があり、この間隙からの流体漏洩を低減するために櫛歯構造のラビリンスシールが使用されることが多い。
ロータを高速回転させると、ラビリンスシールの櫛歯間に形成される溝部に流体の旋回流れが発生するため、ロータに不安定振動が発生することがある。不安定振動を防止するためには、上記溝部における流体の旋回流速を低減することが有効である。例えば特開平１０−６１４０７号公報の図１に開示されているように、ラビリンスシールの流体入口側に案内羽根を設置し、流体の旋回流速を低減する構造が考案されている。
一方、上記の不安定振動と類似の現象として、すべり軸受における潤滑油の旋回流れに起因するオイルホイップという現象がある。オイルホイップは真円軸受において発生しやすく、楕円軸受や多円弧軸受を採用することにより不安定振動が発生しにくくなることが知られている。
特開平１０−６１４０７号公報
例えば特許文献１の図１に開示されたラビリンスシールにおいて、流体の旋回流速を低減する案内羽根の構造は複雑であるため、製作に手間がかかり、製造コストが高くなるという問題がある。
本発明の目的は、製作が容易で、ロータの不安定振動を防止できるラビリンスシールを有するターボ機械を提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明に係るターボ機械は、回転羽根車を有するロータ
と、ロータを保持し、流路を形成するステータと、該ステータとロータ間における流体漏
洩を低減する櫛歯構造のラビリンスシールを有するターボ機械において、円周方向にセグ
メント分割し、櫛歯高さの異なるセグメントを組み合わせて溝部底部に段差を形成したラビリンスシールを有することを特徴とするものである。
そして、好ましくは、櫛歯高さの異なる２種類のセグメントを有し、回転軸直角断面上のある基準方向とその反対方向に櫛歯高さの高いセグメントを配置し、前記基準方向に直角な方向とその反対方向に櫛歯高さの低いセグメントを配置したラビリンスシールを有することを特徴とするものである。
本発明によれば、製作が容易で、ラビリンスシールにおける流体の旋回流速を低減でき、ロータの不安定振動を防止できる。
以下に、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて説明する。
図１に本発明のターボ機械１の一実施例におけるラビリンスシール２の軸直角断面図を、図２に本実施例のターボ機械１の要部断面図を示す。
図２に示すように、本実施例のターボ機械１は、図示しない回転羽根車を有し、高速回転するロータ３と、ロータ３を保持し、図示しない流路を形成するステータ４を有している。ターボ機械１には一般的に高圧部と低圧部が存在するので、ステータ４とロータ３間の間隙には、高圧部から低圧部への流体の漏れ流れが発生する。この漏れ流れを低減するために櫛歯５構造のラビリンスシール２を有している。
図１は図２のＡ−Ａ断面図である。ラビリンスシール２入口の旋回流れや、ロータ３の回転に伴うつれまわりにより、ラビリンスシール２の櫛歯５間に形成された溝部６内には旋回流れが発生する。
本実施例におけるラビリンスシール２は、円周方向に、８個のセグメント７に分割されており、櫛歯５高さの高いセグメント７ａと櫛歯５高さの低いセグメント７ｂを交互に並んで配置している。旋回流れが溝部６底部８の段差９を通過するため、流路抵抗が増加し、旋回流速が小さくなる。また、櫛歯５の高さの異なる２種類のラビリンスシール２をリング状に製作し、このリングを分割して組み合わせることにより製作できるので、案内羽根などを製作する場合と比較して、製作が容易である。
なお、ラビリンスシール２の円周方向分割数は複数であれば何個でもよい。櫛歯５高さの高いセグメント７ａと櫛歯５高さの低いセグメント７ｂの配置は交互でなくてもよい。櫛歯５の高さが異なるセグメント７の並びを複数有するのがよい。
図３に本発明のターボ機械の他の実施例におけるラビリンスシール２の軸直角断面図を示す。本実施例のラビリンスシール２は、円周方向に、８個のセグメント７に分割されている。上下それぞれ２個のセグメント７の櫛歯５高さが高く、左右それぞれ２個のセグメント７の櫛歯５高さが低くなっている。すなわち、上方向を基準方向とすると、基準方向である上方向とその反対方向である下方向に櫛歯５高さの高いセグメント７ａを配置し、基準方向に直角な右方向とその反対の左方向に櫛歯５高さの低いセグメント７ｂを配置している。上下方向を櫛歯５高さの高い長軸，左右方向を櫛歯５高さの低い短軸と考えると、溝部６底部８を楕円形状としたことと類似の効果が得られることがわかる。このため、楕円軸受採用によるオイルホイップ防止効果と同様の効果で、ロータ３の不安定振動を防止できる。
以上の記載によれば、本実施例におけるターボ機械は、櫛歯高さの異なるセグメントを組み合わせたラビリンスシールを有することにより、ラビリンスシールの溝部の外周面に段差ができるため、ラビリンスシールにおける流体の旋回流速を低減でき、ロータの不安定振動を防止できる。また、櫛歯の高さの異なる複数種類のラビリンスシールをリング状に製作し、このリングを分割して組み合わせることによりラビリンスシールを製作できるので、製作が容易である。
また、櫛歯高さの異なる２種類のセグメントを有し、回転軸直角断面上のある基準方向とその反対方向に櫛歯高さの高いセグメントを配置し、前記基準方向に直角な方向とその反対方向に櫛歯高さの低いセグメントを配置することにより、ラビリンスシール溝部外周面の回転軸直角断面形状に櫛歯高さの高い長軸と櫛歯高さの低い短軸が形成されるため、楕円軸受採用によるオイルホイップ防止効果と同様の効果で、ロータの不安定振動を防止できる。
本発明のターボ機械の一実施例におけるラビリンスシールの軸直角断面図である。 本実施例のターボ機械の要部断面図である。 本発明のターボ機械の他の実施例におけるラビリンスシールの軸直角断面図である。
符号の説明
１ ターボ機械
２ ラビリンスシール
３ ロータ
４ ステータ
５ 櫛歯
６ 溝部
７ セグメント
７ａ 櫛歯高さの高いセグメント
７ｂ 櫛歯高さの低いセグメント
８ 溝部底部
９ 溝部底部の段差

Claims (3)

  1. 回転羽根車を有するロータと、ロータを保持し、流路を形成するステータと、このステ
    ータと前記ロータ間における流体漏洩を低減する櫛歯構造のラビリンスシールと、を有す
    るターボ機械において、前記ラビリンスシールは、円周方向にセグメントに分かれていて
    、櫛歯高さの異なるセグメントを組み合わせて溝部底部に段差を形成したことを特徴とするターボ機械。
  2. 回転羽根車を有するロータと、ロータを保持し、流路を形成するステータと、このステ
    ータと前記ロータ間における流体漏洩を低減する櫛歯構造のラビリンスシールと、を有す
    るターボ機械において、前記ラビリンスシールは、円周方向にセグメントに分かれていて
    、櫛歯高さの異なる２種類の前記セグメントを有し、前記ロータの直角断面上のある基準方向及びその反対方向に櫛歯高さの高いセグメントを配置し、前記基準方向に直角な方向とその反対方向に櫛歯高さの低いセグメントを配置したラビリンスシールを有するターボ機械。
  3. 請求項１記載のターボ機械において、前記セグメントは、櫛歯高さの異なるセグメント
    が並んで配置しているターボ機械。
JP2008169773A 2008-06-30 2008-06-30 ターボ機械 Expired - Fee Related JP4696147B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008169773A JP4696147B2 (ja) 2008-06-30 2008-06-30 ターボ機械
US12/491,391 US8388311B2 (en) 2008-06-30 2009-06-25 Turbomachinery
EP09164093A EP2141363B1 (en) 2008-06-30 2009-06-30 Seal for turbomachine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008169773A JP4696147B2 (ja) 2008-06-30 2008-06-30 ターボ機械

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010007611A JP2010007611A (ja) 2010-01-14
JP4696147B2 true JP4696147B2 (ja) 2011-06-08

Family

ID=40873232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008169773A Expired - Fee Related JP4696147B2 (ja) 2008-06-30 2008-06-30 ターボ機械

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8388311B2 (ja)
EP (1) EP2141363B1 (ja)
JP (1) JP4696147B2 (ja)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
GB2480680B (en) * 2010-05-28 2012-10-03 Alstom Technology Ltd Labyrinth seal
JP2012102831A (ja) * 2010-11-12 2012-05-31 Hitachi Ltd ラビリンスシール装置、およびそれを用いたターボ機械
JP2014020509A (ja) * 2012-07-20 2014-02-03 Toshiba Corp シール装置、軸流タービン、および発電プラント
JP6049385B2 (ja) * 2012-10-04 2016-12-21 株式会社日立製作所 遠心圧縮機
JP5931708B2 (ja) * 2012-12-04 2016-06-08 三菱重工業株式会社 シール装置及び回転機械
CN103090012A (zh) * 2013-01-18 2013-05-08 沈阳航空航天大学 一种新型高稳定错位四气楔密封结构
US9574453B2 (en) * 2014-01-02 2017-02-21 General Electric Company Steam turbine and methods of assembling the same
US9359908B2 (en) 2014-07-08 2016-06-07 General Electric Company Film riding seal assembly for turbomachinery
US10161259B2 (en) 2014-10-28 2018-12-25 General Electric Company Flexible film-riding seal
GB201715169D0 (en) 2017-09-20 2017-11-01 Rolls Royce Plc Seal for a gas turbine
US20190195072A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-27 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Turbine rotor disc having multiple rims
CN108331783A (zh) * 2018-02-24 2018-07-27 西安交通大学 一种正交各向异性旋转密封结构
JP6846374B2 (ja) * 2018-03-08 2021-03-24 三菱重工業株式会社 動翼側シール装置、静翼側シール装置及び回転機械
CN110439631B (zh) * 2019-08-21 2024-05-28 沈阳航空航天大学 一种可主动间隙控制的迷宫密封结构
CN115021459A (zh) * 2022-05-30 2022-09-06 江苏中工高端装备研究院有限公司 一种用于环形永磁同步电机的高可靠防尘密封结构

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR852718A (fr) * 1938-10-21 1940-03-01 Automobiles Soc Nouv Perfectionnements apportés aux moteurs à huile lourde ou autre combustible
JPS56148152U (ja) * 1980-04-07 1981-11-07
IT1152732B (it) * 1982-10-19 1987-01-07 Nuovo Pignone Spa Tenuta a labirinto perfezionata
JPS633570U (ja) * 1986-06-26 1988-01-11
JPS63293365A (ja) * 1987-05-27 1988-11-30 Hitachi Plant Eng & Constr Co Ltd ラビリンスパツキン加工装置
JPH05195707A (ja) * 1992-01-17 1993-08-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd タービンロータの軸封装置
JP3492101B2 (ja) 1996-08-16 2004-02-03 三菱重工業株式会社 流体機械のスワール防止装置
US7004475B2 (en) * 2003-09-26 2006-02-28 Siemens Westinghouse Power Corporation Flow dam design for labyrinth seals to promote rotor stability
JP2005214144A (ja) * 2004-01-30 2005-08-11 Toshiba Corp 流体機械の旋回流防止装置
FR2893357B1 (fr) 2005-11-15 2011-05-06 Snecma Lechette annulaire destinee a un labyrinthe d'etancheite et son procede de fabrication
FR2930593B1 (fr) * 2008-04-23 2013-05-31 Snecma Piece thermomecanique de revolution autour d'un axe longitudinal, comprenant au moins une couronne abradable destinee a un labyrinthe d'etancheite

Also Published As

Publication number Publication date
EP2141363A3 (en) 2010-11-03
EP2141363A2 (en) 2010-01-06
US8388311B2 (en) 2013-03-05
JP2010007611A (ja) 2010-01-14
EP2141363B1 (en) 2012-08-01
US20100166544A1 (en) 2010-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4696147B2 (ja) ターボ機械
JP6198200B2 (ja) 回転機械
JP5524427B2 (ja) 過給機のスラスト軸受装置
US10281046B2 (en) Fluid machine having a labyrinth seal
JP5922796B2 (ja) シール装置、および、回転機械
JP2012087929A (ja) ラビリンスシールシステム
KR102020138B1 (ko) 라비린스 시일
JP5972374B2 (ja) 軸流流体機械
JP5574825B2 (ja) シール構造、これを備えたタービン機械およびこれを備えた発電プラント
WO2015115558A1 (ja) シール構造、及び回転機械
JP5643245B2 (ja) ターボ機械
JP6426993B2 (ja) ティルティングパッド型ジャーナル軸受
JP2016089768A (ja) シール装置及びターボ機械
JPWO2014091599A1 (ja) 回転流体機械
WO2017098932A1 (ja) シール構造及びタービン
JPWO2016030952A1 (ja) シール機構、回転機械
JP2006138259A (ja) 軸流タービン
JP2017227259A (ja) ラビリンスシール
JP2019157662A (ja) 動翼側シール装置、静翼側シール装置及び回転機械
JP6204757B2 (ja) 流体機械
JP2017155625A5 (ja)
JP2011163421A (ja) ターボ機械用ラビリンスシール装置
CN105318011B (zh) 一种可以适应转子振动的低泄漏f型交错齿迷宫密封
JP5694128B2 (ja) 蒸気タービン
CN205207690U (zh) 一种可以适应转子振动的低泄漏f型交错齿迷宫密封

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100311

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100609

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100615

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100809

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: 20110201

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110228

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140304

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees