JP5517530B2 - タービン - Google Patents
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Description
この発明は、ガスタービン、蒸気タービンをはじめとするタービンにおいて、動翼とケーシング間に形成される隙間から流体がリークするのを抑制することが可能なタービンに関する。
周知のように、タービンは、衝動タービンと反動タービンに分類することができ、衝動タービンは、ケーシング内を通過する高温ガス、蒸気等の流体の圧力エネルギーを静翼で速度エネルギーに変換し、この速度エネルギーを動翼で回転エネルギー（機械エネルギー）に変換するようになっており、反動タービンは、圧力エネルギーを動翼内でも速度エネルギーに変換し、動翼から噴出される流体の反動力を回転エネルギーに変換するようになっている。
これらタービンは、回転自在に支持された軸体の周面に周方向に配置され軸体から放射状に伸びる複数の動翼と、この動翼を囲むように形成されたケーシングとを備え、動翼の上流側のケーシング内に内周側に向かって伸びる複数の静翼が周方向に配置され、静翼を通過した流体を動翼に流して軸体を回転させるようになっている。
また、動翼とケーシングの間には、動翼がケーシングに対して回転するための隙間が形成されており、この隙間を通過する流体は動翼に回転力を付与しないため、この隙間を通過する流体の量を低減し、動翼にできるだけ多くの流体を流すことがタービンの性能向上のうえで重要である。
そこで、静翼を通過した後の流体が動翼とケーシング間の隙間を通過するのを低減するため、例えば、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を形成する場合がある。
そして、シール部材を構成するシールフィンを軸体の軸方向に複数配置するとともに、シールフィンの先端を高圧流体側はストレートに、低圧流体側はテーパとすることで、各シールフィンの下流側（低圧流体側）に渦流を発生させてシールフィンを通過する流体の量を低減する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
そして、シール部材を構成するシールフィンを軸体の軸方向に複数配置するとともに、シールフィンの先端を高圧流体側はストレートに、低圧流体側はテーパとすることで、各シールフィンの下流側（低圧流体側）に渦流を発生させてシールフィンを通過する流体の量を低減する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、動翼の段数を少なくしてコストを低減したいというニーズが高まるなか、動翼の段数を少なくすると各動翼の上流側と下流側の圧力差が大きくなるため、将来的に動翼の段数を少なくしつつタービン性能を向上するためには、特許文献１に記載された技術では充分とはいいがたく、動翼とケーシング間に形成される隙間からの流体のリークをより効率的に低減させたいという技術的要請がある。
この発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、タービンの動翼とケーシング間の隙間からの流体のリークを効率的に低減することでタービン性能を向上することが可能なタービンを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、軸線周りに回転自在に支持された軸体と、前記軸体の周面に周方向に配置され前記軸体から放射状に伸びる複数の動翼と、前記動翼を囲むように形成されたケーシングと、前記ケーシング内の前記動翼の上流側に、前記ケーシングの内周に周方向に配置され前記ケーシングの内周側に伸びる複数の静翼とを備え、前記静翼を通過した流体が前記動翼を通過するように構成されたタービンであって、前記動翼と前記ケーシングとの間に形成される隙間における前記流体のリークを抑制するシール部材が形成され、前記隙間の前記シール部材の上流側には、開口部が形成された板状体により構成され、背後に乱れを形成させることにより前記静翼を通過した流体に圧力損失を発生させ、全圧低下させる周方向流れ邪魔板が前記ケーシングの内周側に延在して形成されていることを特徴とする。
請求項１に記載の発明は、軸線周りに回転自在に支持された軸体と、前記軸体の周面に周方向に配置され前記軸体から放射状に伸びる複数の動翼と、前記動翼を囲むように形成されたケーシングと、前記ケーシング内の前記動翼の上流側に、前記ケーシングの内周に周方向に配置され前記ケーシングの内周側に伸びる複数の静翼とを備え、前記静翼を通過した流体が前記動翼を通過するように構成されたタービンであって、前記動翼と前記ケーシングとの間に形成される隙間における前記流体のリークを抑制するシール部材が形成され、前記隙間の前記シール部材の上流側には、開口部が形成された板状体により構成され、背後に乱れを形成させることにより前記静翼を通過した流体に圧力損失を発生させ、全圧低下させる周方向流れ邪魔板が前記ケーシングの内周側に延在して形成されていることを特徴とする。
この発明に係るタービンによれば、静翼を通過して周方向流速成分が増加した流体が、静翼の下流側とされシール部材の上流側とされる位置に配置され、ケーシングの内周側に延在し開口部が形成された板状体からなる周方向流れ邪魔板により、板状体部分と接触した流体の周方向の流れが妨げられて流体の周方向流速成分が効率的に低下するとともに、開口部を通過した流体に開口部の下流側においてせん断渦が形成されて、隙間のシール部材上流側における流体の圧力損失が増大して全圧が効率的に低下する。
また、周方向流れ邪魔板により、流体に渦流や乱流が発生した場合には流体の圧力損失が増大して全圧が低下する。ここで、動翼とケーシングの間に形成される隙間を通じてのリーク流量は、リーク流量＝係数×隙間の流路断面積×（上流側の流体圧力−下流側の流体圧力）で表されるので、隙間のシール部材上流側における流体の全圧を低下させるとリーク流量が低下する。
その結果、シール部材の周囲の隙間を通じて下流側に流体がリークするのを効率的に抑制して、タービンの性能を向上することができる。
また、周方向流れ邪魔板により、流体に渦流や乱流が発生した場合には流体の圧力損失が増大して全圧が低下する。ここで、動翼とケーシングの間に形成される隙間を通じてのリーク流量は、リーク流量＝係数×隙間の流路断面積×（上流側の流体圧力−下流側の流体圧力）で表されるので、隙間のシール部材上流側における流体の全圧を低下させるとリーク流量が低下する。
その結果、シール部材の周囲の隙間を通じて下流側に流体がリークするのを効率的に抑制して、タービンの性能を向上することができる。
請求項２に記載の発明は、軸線周りに回転自在に支持された軸体と、前記軸体の周面に周方向に配置され前記軸体から放射状に伸びる複数の動翼と、前記動翼を囲むように形成されたケーシングと、前記ケーシング内の前記動翼の上流側に、前記ケーシングの内周に周方向に配置され前記ケーシングの内周側に伸びる複数の静翼とを備え、前記静翼を通過した流体が前記動翼を通過するように構成されたタービンであって、前記動翼と前記ケーシングとの間に形成される隙間における前記流体のリークを抑制するシール部材が形成され、前記隙間の前記シール部材の上流側には、複数の孔が形成された多孔板状体により構成され、背後に乱れを形成させることにより前記静翼を通過した流体に圧力損失を発生させ、全圧低下させる周方向流れ邪魔板が前記ケーシングの内周側に延在して形成されていることを特徴とする。
この発明に係るタービンによれば、静翼を通過して周方向流速成分が増加した流体が、静翼の下流側とされシール部材の上流側とされる位置に配置され、ケーシングの内周側に延在し複数の孔が形成された多孔板状体からなる周方向流れ邪魔板により、流体受面の広い範囲にわたって流体の周方向の流れが妨げられて流体の周方向流速成分が効率的に低下するとともに、孔を通って多孔板状体の背後に流れた流体は、孔の下流側において多数のせん断渦や乱れが発生して、隙間のシール部材上流側における流体の圧力損失が増大して全圧が低下する。その結果、動翼とケーシング間の隙間からのリークを効率的に低下させて、タービンの性能を向上することができる。
請求項３に記載の発明は、軸線周りに回転自在に支持された軸体と、前記軸体の周面に周方向に配置され前記軸体から放射状に伸びる複数の動翼と、前記動翼を囲むように形成されたケーシングと、前記ケーシング内の前記動翼の上流側に、前記ケーシングの内周に周方向に配置され前記ケーシングの内周側に伸びる複数の静翼とを備え、前記静翼を通過した流体が前記動翼を通過するように構成されたタービンであって、前記動翼と前記ケーシングとの間に形成される隙間における前記流体のリークを抑制するシール部材が形成され、前記隙間の前記シール部材の上流側には、網状体により構成され、背後に乱れを形成させることにより前記静翼を通過した流体に圧力損失を発生させ、全圧低下させる周方向流れ邪魔板が前記ケーシングの内周側に延在して形成されていることを特徴とする。
この発明に係るタービンによれば、静翼を通過して周方向流速成分が増加した流体が、静翼の下流側とされシール部材の上流側とされる位置に配置され、ケーシングの内周側に延在し網状体からなる周方向流れ邪魔板により、流体の周方向の流れが妨げられて流体の周方向流速成分が低下するとともに、網目から後方に流出した流体に多数の細かいせん断渦が形成されて、隙間のシール部材上流側における流体の圧力損失が増大して全圧が低下する。
その結果、動翼とケーシング間の隙間からのリークを効率的に低下させて、タービンの性能を向上することができる。
その結果、動翼とケーシング間の隙間からのリークを効率的に低下させて、タービンの性能を向上することができる。
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のタービンであって、前記周方向流れ邪魔板は、前記開口部の開口率が３０〜７０％の範囲に設定されていることを特徴とする。
この発明に係る翼体によれば、周方向流れ邪魔板は、開口部の開口率が３０〜７０％の範囲に設定されているので、高いタービン効率を確保することができる。
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のタービンであって、前記周方向流れ邪魔板は、前記軸線を含む面内に形成されていることを特徴とする。
この発明に係るタービンによれば、周方向流れ邪魔板が、軸線を含む面内に形成されているので、周方向流れ邪魔板に流体の周方向の流れが妨げられ、この部材近傍の流れにせん断渦や乱れが発生することで、圧力損失を増大させて、全圧を効率的に低下させることが可能となる。これにより、動翼とケーシングの間に形成される隙間を通じて流体が下流側にリークするのを効率的に抑制して、タービンの性能を向上することができる。
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のタービンであって、前記周方向流れ邪魔板は、複数の孔が形成された多孔板状体により構成されていることを特徴とする。
この発明に係るタービンによれば、周方向流れ邪魔板が、軸線の軸方向における流体の下流側が軸体の軸線を含む面よりも軸体の回転方向後方側に向かって傾斜し、又曲線をなすように形成することで、流体の周方向流れに加えて半径方向外向きの流速成分に対する渦流や乱れを発生させて全圧を効率的に低下させることが可能となる。
また、周方向流れ邪魔板に接触した場合に、タービンの径方向に形成される線周りに周回するせん断渦と、軸線に沿う方向の線周りに周回するせん断渦の双方が形成されやすくなるので、隙間のシール部材上流側における流体の圧力損失を増大させて全圧が効率的に低下される。その結果、動翼とケーシングの間に形成される隙間を通じて流体が下流側にリークするのを効率的に抑制して、タービンの性能を向上することができる。
なお、せん断渦を効率的に発生させるうえで、周方向流れ邪魔板を、流体の平均速度ベクトル（Ｖ θ 、Ｖ ｒ 、Ｖ ｘ ）に垂直に配置することが好適である。（Ｖ θ ：周方向流速成分、Ｖ ｒ ：半径方向流速成分、Ｖ ｘ ：軸線方向流速成分）
また、周方向流れ邪魔板に接触した場合に、タービンの径方向に形成される線周りに周回するせん断渦と、軸線に沿う方向の線周りに周回するせん断渦の双方が形成されやすくなるので、隙間のシール部材上流側における流体の圧力損失を増大させて全圧が効率的に低下される。その結果、動翼とケーシングの間に形成される隙間を通じて流体が下流側にリークするのを効率的に抑制して、タービンの性能を向上することができる。
なお、せん断渦を効率的に発生させるうえで、周方向流れ邪魔板を、流体の平均速度ベクトル（Ｖ θ 、Ｖ ｒ 、Ｖ ｘ ）に垂直に配置することが好適である。（Ｖ θ ：周方向流速成分、Ｖ ｒ ：半径方向流速成分、Ｖ ｘ ：軸線方向流速成分）
この発明に係るタービンによれば、静翼を通過した流体の周方向流速成分を効率的に低下させて隙間のシール部材上流側における流体の全圧を低下させることが可能とされるので、動翼とケーシング間の隙間から流体がリークするのを効率的に抑制することができる。
その結果、タービンの性能を向上することができる。
その結果、タービンの性能を向上することができる。
（第1の実施形態）
以下、図１から図４を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１から図４は、この発明の第１の実施形態に係る蒸気タービン（タービン）を示す図である。
蒸気タービン１は、図１に示すように、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軸体３０と、ケーシング１０に保持された静翼４０と、軸体３０に設けられた動翼５０と、軸体３０を軸回りに回転可能に支持する軸受部６０とを備えている。
以下、図１から図４を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１から図４は、この発明の第１の実施形態に係る蒸気タービン（タービン）を示す図である。
蒸気タービン１は、図１に示すように、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軸体３０と、ケーシング１０に保持された静翼４０と、軸体３０に設けられた動翼５０と、軸体３０を軸回りに回転可能に支持する軸受部６０とを備えている。
ケーシング１０内周の各静翼４０の下流側には、図２に示すように、周方向流れ邪魔板７０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。
周方向流れ邪魔板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、周方向流れ邪魔板７０を、静翼４０と同数又は静翼４０の整数倍とするかどうか、また、静翼４０と同ピッチとするかどうかは任意に設定可能である。
なお、図２は、蒸気タービン１の図１のＡ−Ａ断面における断面を、軸体３０の軸線Ｏ方向から見た図である。
周方向流れ邪魔板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、周方向流れ邪魔板７０を、静翼４０と同数又は静翼４０の整数倍とするかどうか、また、静翼４０と同ピッチとするかどうかは任意に設定可能である。
なお、図２は、蒸気タービン１の図１のＡ−Ａ断面における断面を、軸体３０の軸線Ｏ方向から見た図である。
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、軸体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。
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。
軸体３０は、軸本体３１と、この軸本体３１の外周から径方向に延出した複数のディスク３２とを備えている。この軸体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。
静翼４０は、ケーシング１０から内周側に向かって伸び、軸体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、軸体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。
これら複数の静翼４０からなる環状静翼群は、軸方向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。
動翼５０は、軸体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、周方向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。
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、周方向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。
シュラウド５１は、図３に示すように、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。
仕切板外輪１１の軸方向下流側には、図３に示すように、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。
この底部１３には、図３に示すように、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。これら三つのシールフィン１７（１７Ａ〜１７Ｃ）については、後述する。
周方向流れ邪魔板７０は、静翼４０を通過した流体の周方向の流れを妨げるものであり、図３、図４に示すように、動翼５０とケーシング１０間に形成される隙間Ｇｄの上流部に基端部を環状溝１２の底部１３に接続して配置されている。
また、この実施形態において、周方向流れ邪魔板７０は、平板状に形成された板部材７０Ａとされている。
また、板部材７０Ａは、図４に示すように、軸線Ｏに沿うとともにタービン１の内周側が軸線Ｏに向かって延出され、軸線Ｏを含む面内に配置されている。
なお、図４は、タービン１の概略構成を示す部分断面図であり、図３におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。
また、板部材７０Ａは、図４に示すように、軸線Ｏに沿うとともにタービン１の内周側が軸線Ｏに向かって延出され、軸線Ｏを含む面内に配置されている。
なお、図４は、タービン１の概略構成を示す部分断面図であり、図３におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。
シールフィン１７（１７Ａ〜１７Ｃ）は、図３に示すように、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。
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。
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。
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、軸体３０を回転自在に支持している。
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、軸体３０を回転自在に支持している。
次に、上記の構成からなる蒸気タービン１の動作について、図を用いて説明する。
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。
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。
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静翼４０を通過した蒸気Ｓのうち大部分の蒸気ＳＭは、動翼５０間に流入し、蒸気ＳＭの速度エネルギーが回転エネルギーに変換されて軸体３０に回転が付与される。
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、周方向成分が増大した状態で環状溝１２に流入する。
環状溝１２に流入した蒸気ＳＬは、図４に示すように、板部材７０Ａと接触して周方向流速成分が低下させられる。
また、蒸気ＳＬは、周方向流速等の条件によって、板部材７０Ａの回転方向Ｔの前方側においてせん断渦や乱れが発生されやすく、せん断渦や乱れが発生した場合には、蒸気ＳＬに圧力損失が発生して、この領域（シールフィン１７Ａの軸方向上流側の空間）における圧力が低下する。
各段の環状静翼群において静翼４０を通過した蒸気Ｓのうち大部分の蒸気ＳＭは、動翼５０間に流入し、蒸気ＳＭの速度エネルギーが回転エネルギーに変換されて軸体３０に回転が付与される。
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、周方向成分が増大した状態で環状溝１２に流入する。
環状溝１２に流入した蒸気ＳＬは、図４に示すように、板部材７０Ａと接触して周方向流速成分が低下させられる。
また、蒸気ＳＬは、周方向流速等の条件によって、板部材７０Ａの回転方向Ｔの前方側においてせん断渦や乱れが発生されやすく、せん断渦や乱れが発生した場合には、蒸気ＳＬに圧力損失が発生して、この領域（シールフィン１７Ａの軸方向上流側の空間）における圧力が低下する。
蒸気タービン１によれば、板部材７０Ａを用いて蒸気ＳＬの流れを局所的なせん断渦により乱すことによって、微小隙間ｍＡの上流側における蒸気Ｓの圧力損失が大きくなり圧力が低下するので、微小隙間ｍＡから軸方向下流側への蒸気Ｓのリークが抑制される。
また、蒸気タービン１によれば、隙間Ｇｄを介して蒸気Ｓが下流側にリークすることが抑制されるので、動翼５０間を流れる蒸気ＳＭが増加し、その結果、蒸気タービン１の性能を向上することができる。
なお、仕事を終えた排気蒸気は、排気室１９を通って図示しない復水器に送られる。
よって、蒸気Ｓのエネルギーを効率よく回転エネルギーに変換することで、高性能な蒸気タービンを提供することができる。
なお、仕事を終えた排気蒸気は、排気室１９を通って図示しない復水器に送られる。
よって、蒸気Ｓのエネルギーを効率よく回転エネルギーに変換することで、高性能な蒸気タービンを提供することができる。
また、板部材７０Ａの内周端は、動翼５０のステップ部５２Ａよりも径方向外方に位置しているので、熱伸びや圧力差によりシュラウド５１が相対的に上流側に変位したとしても、シュラウド５１が板部材７０Ａに干渉するのを抑制することができる。
なお、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。
なお、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。
（第２の実施形態）
次に、図５を参照して、この発明の第２の実施形態について説明する。
図５は、この発明の第２の実施形態に係る蒸気タービン２の概略構成を示す部分断面図であり、図３におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。
蒸気タービン２の周方向流れ邪魔板７０は、平板状に形成された板部材７０Ｂからなり、板部材７０Ｂは板部材７０Ａと同様の構成とされている。
次に、図５を参照して、この発明の第２の実施形態について説明する。
図５は、この発明の第２の実施形態に係る蒸気タービン２の概略構成を示す部分断面図であり、図３におけるＢ−Ｂ断面を示す図である。
蒸気タービン２の周方向流れ邪魔板７０は、平板状に形成された板部材７０Ｂからなり、板部材７０Ｂは板部材７０Ａと同様の構成とされている。
蒸気タービン２が、蒸気タービン１と異なるのは、図５に示すように、板部材７０Ｂの下流側が、軸体３０の軸線Ｏを含む面よりも軸体３０の回転方向Ｔの後方側（回転方向Ｔと反対側）に傾斜して形成されている点である。その結果、板部材７０Ｂは、静翼４０を通過した蒸気Ｓの流れ方向とほぼ直交する方向になっている。
なお、図５において、図１〜図４と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。
なお、図５において、図１〜図４と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。
タービン２によれば、板部材７０Ｂが、下流側において軸体３０の軸線Ｏを含む面よりも軸体３０の回転方向Ｔの後方側（回転方向Ｔと反対側）に形成されているので、蒸気Ｓの流れ方向とほぼ直交する面で接触して周方向流れが低下するとともに、板部材７０Ｂと接触した蒸気Ｓに、軸線Ｏの径方向における回転成分と、軸線Ｏ方向における回転成分の双方の回転成分を有するせん断渦や乱れが容易に形成されやすく、その結果、蒸気Ｓの圧力損失が大きくなり全圧が低下して、隙間Ｇｄからのリーク流量を効率的に低下させることができる。
その結果、タービンの性能を向上することができる。
その結果、タービンの性能を向上することができる。
（第３の実施形態）
次に、図６を参照して、この発明の第３の実施形態について説明する。
図６は、この発明の第３の実施形態に係る蒸気タービン３の要部拡大断面図であり、図１における要部Ｉの拡大断面図である。
次に、図６を参照して、この発明の第３の実施形態について説明する。
図６は、この発明の第３の実施形態に係る蒸気タービン３の要部拡大断面図であり、図１における要部Ｉの拡大断面図である。
蒸気タービン３が、蒸気タービン１と異なるのは、周方向流れ邪魔板７０が平板状に形成された板部材７０Ｃからなり、板部材７０Ｃの中央部に板部材７０Ｃの流体受面の面積に対して開口率が５０％とされ、板部材７０Ｃの外形と相似形の開口部７１が形成されている点である。
なお、図６において、図１〜図４と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。
なお、図６において、図１〜図４と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。
タービン３によれば、周方向流れ邪魔板７０が平板状に形成された板部材７０Ｃからなり、中央部に開口率が５０％の開口部７１が形成されているので、板部材７０Ｃと接触した流体は周方向の流れが妨げられ、開口部７１を通過した流体は開口部７１の下流側にせん断渦や大きな乱れが形成されやすく、その結果、圧力損失が発生して微小隙間ｍＡの上流側における蒸気ＳＬの圧力が低下するので、隙間Ｇｄからのリーク流量を効率的に低下させることができ、タービンの効率を向上することができる。
なお、図７は、板部材７０Ｃの効果を示す図であり、横軸は板部材７０Ｃの開口率（％）を、縦軸はタービン効率（改善率）を示している。なお、この数値解析例において、板部材７０Ｃは、軸線Ｏを含む面内に配置されている。
板部材７０Ｃによれば、開口率が大きくなるにつれて、タービンの効率は漸次上昇し、開口率が約５０％のときにタービン効率の改善率が最高となる。また、開口率が５０％を超えて１００％に近づくにつれて改善率は、漸次ゼロに近づく。以上のように、開口率を約３０％〜７０％の範囲内に、好ましくは、５０％近傍に設定して配置することが好適であるといえる。
（第４の実施形態）
次に、図８を参照して、この発明の第４の実施形態について説明する。
図８は、この発明の第４の実施形態に係る蒸気タービン４の要部拡大断面図であり、図１における要部Ｉの拡大断面図である。
次に、図８を参照して、この発明の第４の実施形態について説明する。
図８は、この発明の第４の実施形態に係る蒸気タービン４の要部拡大断面図であり、図１における要部Ｉの拡大断面図である。
蒸気タービン４が、蒸気タービン１と異なるのは、図８に示すように、周方向流れ邪魔板７０が平板状に形成された多孔板部材７０Ｄからなり、流体受面に多数の孔７２が配列されている点である。
なお、図８において、図１〜図４と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。
なお、図８において、図１〜図４と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。
タービン４によれば、周方向流れ邪魔板７０が多孔板部材（多孔板状体）７０Ｄにより構成されているので、流体受面の広い範囲にわたって蒸気Ｓの周方向流れが遮られて蒸気Ｓの周方向流速が低下するとともに、孔７２を通って多孔板部材７０Ｄの背後に流れた蒸気Ｓにより孔７２の下流側に多数のせん断渦や乱れが形成されるので、蒸気Ｓの圧力損失が増大することにより全圧が低下して、隙間Ｇｄからのリーク流量を効率的に低下させることができる。
その結果、タービンの性能を向上することができる。
その結果、タービンの性能を向上することができる。
（第５の実施形態）
次に、図９を参照して、この発明の第５の実施形態について説明する。
図９は、この発明の第５の実施形態に係る蒸気タービン５の要部拡大断面図であり、図１における要部Ｉの拡大断面図である。
次に、図９を参照して、この発明の第５の実施形態について説明する。
図９は、この発明の第５の実施形態に係る蒸気タービン５の要部拡大断面図であり、図１における要部Ｉの拡大断面図である。
蒸気タービン５が、蒸気タービン１と異なるのは、図９に示すように、周方向流れ邪魔板７０が、網状体７０Ｅにより構成されている点である。
なお、図９において、図１〜図４と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。
網状体７０Ｅは、例えば、複数のステンレス線材を直交する方向に配列した網目構造を有する構成とされており、線材と線材の間を通じて蒸気Ｓが流通可能とされている。
なお、図９において、図１〜図４と同様の構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。
網状体７０Ｅは、例えば、複数のステンレス線材を直交する方向に配列した網目構造を有する構成とされており、線材と線材の間を通じて蒸気Ｓが流通可能とされている。
タービン５によれば、周方向流れ邪魔板７０が、網状体７０Ｅにより構成されているので、網目を通じて網状体７０Ｅの背後に流出した蒸気Ｓによって線材の背後に多数の渦流や乱れが形成されやすく、その結果、蒸気Ｓの圧力損失が増大することにより全圧が低下して、隙間Ｇｄからのリーク流量を効率的に低下させることができる。
その結果、タービンの性能を向上することができる。
その結果、タービンの性能を向上することができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、第３から第５の実施形態において、板部材７０Ｃ、多孔板部材７０Ｄ、網状体７０Ｅを、第１の実施形態のように軸線Ｏを含む面内に配置するか、下流側が軸線Ｏを含む面内より軸体３０の回転方向後方側に傾斜して配置するかは任意に設定可能である。
また、上記実施の形態においては、周方向流れ邪魔板７０が、平板状に形成される場合について説明したが、例えば、曲面を有する構成としてもよい。
また、上記実施の形態においては、周方向流れ邪魔板７０がケーシング１０に溶接固定される場合について説明したが、ロー付やリベット、ボルト等で固定してもよいし、ケーシング１０と一体成形してもよい。
また、周方向流れ邪魔板７０が径方向に延出する場合について説明したが、流体の周方向流れに対してせん断渦や乱れを生成させて圧力損失を発生させるものであれば、周方向流れ邪魔板７０は、内周側が径方向に対して回転方向Ｔの前方側又は後方側に傾斜した向きに配置してもよい。
また、上記実施の形態においては、周方向流れ邪魔板７０が、平板状に形成される場合について説明したが、例えば、曲面を有する構成としてもよい。
また、上記実施の形態においては、周方向流れ邪魔板７０がケーシング１０に溶接固定される場合について説明したが、ロー付やリベット、ボルト等で固定してもよいし、ケーシング１０と一体成形してもよい。
また、周方向流れ邪魔板７０が径方向に延出する場合について説明したが、流体の周方向流れに対してせん断渦や乱れを生成させて圧力損失を発生させるものであれば、周方向流れ邪魔板７０は、内周側が径方向に対して回転方向Ｔの前方側又は後方側に傾斜した向きに配置してもよい。
また、上記実施の形態においては、タービンが蒸気タービンである場合について説明したが、蒸気タービンに代えて、ガスタービンに適用してもよい。
また、上述した実施の形態では、衝動タービンに本発明を適用した場合について説明したが、反動タービンに本発明を適用してもよい。
また、上述した実施の形態では、復水式の蒸気タービンに本発明を適用したが、他の型式の蒸気タービン、例えば、二段抽気タービン、抽気タービン、混気タービン等のタービン型式に本発明を適用することができる。
また、上述した実施の形態では、復水式の蒸気タービンに本発明を適用したが、他の型式の蒸気タービン、例えば、二段抽気タービン、抽気タービン、混気タービン等のタービン型式に本発明を適用することができる。
また、上述した実施の形態では、最終段の動翼５０に本発明を適用したが、他の段の動翼５０に本発明を適用してもよい。
また、上記実施の形態においては、シール部材が、ケーシング１０の内周側に伸びるシールフィン１７により構成される場合について説明したが、例えば、ラビリンス構造や、他の構成によるシール部材を用いてもよい。
また、上記実施の形態においては、シール部材が、ケーシング１０の内周側に伸びるシールフィン１７により構成される場合について説明したが、例えば、ラビリンス構造や、他の構成によるシール部材を用いてもよい。
この発明に係るタービンによれば、動翼とケーシングの間の流体のリークを低減することによりタービンの効率を向上することができるので、産業上利用可能である。
Ｏ 軸線
１、２、３、４、５ 蒸気タービン（タービン）
１０ ケーシング
１７、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ シールフィン
３０ 軸体
４０ 静翼
５０ 動翼
７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ 板部材（周方向流れ邪魔板）
７０Ｄ 多孔板部材（周方向流れ邪魔板）
７０Ｅ 網状体（周方向流れ邪魔板）
１、２、３、４、５ 蒸気タービン（タービン）
１０ ケーシング
１７、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ シールフィン
３０ 軸体
４０ 静翼
５０ 動翼
７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ 板部材（周方向流れ邪魔板）
７０Ｄ 多孔板部材（周方向流れ邪魔板）
７０Ｅ 網状体（周方向流れ邪魔板）
Claims (6)
- 軸線周りに回転自在に支持された軸体と、
前記軸体の周面に周方向に配置され前記軸体から放射状に伸びる複数の動翼と、
前記動翼を囲むように形成されたケーシングと、
前記ケーシング内の前記動翼の上流側に、前記ケーシングの内周に周方向に配置され前記ケーシングの内周側に伸びる複数の静翼と、を備え、
前記静翼を通過した流体が前記動翼を通過するように構成されたタービンであって、
前記動翼と前記ケーシングとの間に形成される隙間における前記流体のリークを抑制するシール部材が形成され、前記隙間の前記シール部材の上流側には、開口部が形成された板状体により構成され、背後に乱れを形成させることにより前記静翼を通過した流体に圧力損失を発生させ、全圧低下させる周方向流れ邪魔板が前記ケーシングの内周側に延在して形成されていることを特徴とするタービン。 - 軸線周りに回転自在に支持された軸体と、
前記軸体の周面に周方向に配置され前記軸体から放射状に伸びる複数の動翼と、
前記動翼を囲むように形成されたケーシングと、
前記ケーシング内の前記動翼の上流側に、前記ケーシングの内周に周方向に配置され前記ケーシングの内周側に伸びる複数の静翼と、を備え、
前記静翼を通過した流体が前記動翼を通過するように構成されたタービンであって、
前記動翼と前記ケーシングとの間に形成される隙間における前記流体のリークを抑制するシール部材が形成され、前記隙間の前記シール部材の上流側には、複数の孔が形成された多孔板状体により構成され、背後に乱れを形成させることにより前記静翼を通過した流体に圧力損失を発生させ、全圧低下させる周方向流れ邪魔板が前記ケーシングの内周側に延在して形成されていることを特徴とするタービン。 - 軸線周りに回転自在に支持された軸体と、
前記軸体の周面に周方向に配置され前記軸体から放射状に伸びる複数の動翼と、
前記動翼を囲むように形成されたケーシングと、
前記ケーシング内の前記動翼の上流側に、前記ケーシングの内周に周方向に配置され前記ケーシングの内周側に伸びる複数の静翼と、を備え、
前記静翼を通過した流体が前記動翼を通過するように構成されたタービンであって、
前記動翼と前記ケーシングとの間に形成される隙間における前記流体のリークを抑制するシール部材が形成され、前記隙間の前記シール部材の上流側には、網状体により構成され、背後に乱れを形成させることにより前記静翼を通過した流体に圧力損失を発生させ、全圧低下させる周方向流れ邪魔板が前記ケーシングの内周側に延在して形成されていることを特徴とするタービン。 - 請求項１に記載のタービンであって、
前記周方向流れ邪魔板は、前記開口部の開口率が３０〜７０％の範囲に設定されていることを特徴とするタービン。 - 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のタービンであって、
前記周方向流れ邪魔板は、
前記軸線を含む面内に形成されていることを特徴とするタービン。 - 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のタービンであって、
前記周方向流れ邪魔板は、
前記軸線の軸方向における前記流体の下流側が、前記軸線を含む面よりも前記軸体の回転方向後方側に向かって形成されていることを特徴とするタービン。
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