JP6986426B2 - Turbine - Google Patents
Turbine Download PDFInfo
- Publication number
- JP6986426B2 JP6986426B2 JP2017229357A JP2017229357A JP6986426B2 JP 6986426 B2 JP6986426 B2 JP 6986426B2 JP 2017229357 A JP2017229357 A JP 2017229357A JP 2017229357 A JP2017229357 A JP 2017229357A JP 6986426 B2 JP6986426 B2 JP 6986426B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- seal
- axis
- groove
- shroud
- 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.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、タービンに関する。 The present invention relates to turbines.
蒸気タービンは、軸線回りに回転するロータと、ロータに取り付けられた複数の動翼と、ロータ及び動翼を外側から覆うケーシングと、ケーシングの内面に取り付けられた複数の静翼と、を備えている。軸線方向の一方側から高温高圧の蒸気が流入することで、動翼にエネルギーが付加され、回転軸は回転する。この回転エネルギーによって、蒸気タービンに接続された発電機等が駆動される。 A steam turbine comprises a rotor that rotates about an axis, multiple blades attached to the rotor, a casing that covers the rotor and blades from the outside, and multiple stationary blades that are attached to the inner surface of the casing. There is. Energy is added to the rotor blades by the inflow of high-temperature and high-pressure steam from one side in the axial direction, and the rotating shaft rotates. This rotational energy drives a generator or the like connected to the steam turbine.
ここで、上記のような蒸気タービンでは、ロータの円滑な回転を実現するため、動翼の先端部(シュラウド)とケーシングの内周面との間には、一定のクリアランスが設けられることが一般的である。しかしながら、当該クリアランスを流通する蒸気は、動翼や静翼に衝突することなく下流側に流れ去ってしまうことから、ロータの回転駆動に際して何ら寄与するところがない。加えて、クリアランスを流通する蒸気は、スワール成分(周方向の速度成分)を含んでいる。このようなスワール成分によって、クリアランス内部における圧力分布が不均一化になり、その結果としてロータに振動を生じる可能性がある。したがって、スワール成分を低減することが可能な技術が望まれている。 Here, in a steam turbine as described above, in order to realize smooth rotation of the rotor, a certain clearance is generally provided between the tip of the rotor blade (shroud) and the inner peripheral surface of the casing. It is a target. However, since the steam flowing through the clearance flows away to the downstream side without colliding with the moving blades and the stationary blades, there is no contribution to the rotational drive of the rotor. In addition, the vapor flowing through the clearance contains a swirl component (velocity component in the circumferential direction). Such swirl components can cause non-uniform pressure distribution within the clearance, resulting in vibrations in the rotor. Therefore, a technique capable of reducing the swirl component is desired.
このような技術の一例として、例えば下記特許文献1に記載された装置が知られている。特許文献1には、シュラウドカバーの上流側端部に、旋回流(スワール流れ)を遮る旋回防止板を設ける構成が記載されている。
As an example of such a technique, for example, the apparatus described in
しかしながら、上記特許文献1に記載された構成では、シュラウドカバーの上流側におけるスワール成分は低減できるものの、シュラウドカバーの外周面とケーシングの内周面との間のクリアランスには依然として蒸気の漏れ流れが流れ込んでしまう。その結果、この漏れ流れが再びスワール流れを形成してしまう可能性がある。即ち、上記特許文献1に記載された装置には改善の余地がある。
However, in the configuration described in
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、スワール成分をさらに低減することで、軸振動を抑制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。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a turbine capable of suppressing shaft vibration by further reducing the swirl component.
本発明の第一の態様によれば、タービンは、軸線回りに回転する回転軸と、該回転軸から径方向外側に向かって延びる翼本体、および該翼本体の先端に設けられたシュラウドを有する動翼と、前記回転軸及び前記動翼を外周側から囲うケーシングと、前記ケーシングの内面に設けられて、前記シュラウドの外周面に対向するシール部と、を備え、前記シュラウドの外周面が、前記シール部が対向するシール対向領域よりも上流側から該シール対向領域内にわたって配置されて、上流側から下流側に向かうに従って前記回転軸の回転方向後方側に向かって延びる複数の溝部が形成された溝形成領域と、前記シール対向領域における前記溝形成領域の下流側に配置され、前記軸線を中心とした円筒面状をなす平滑領域と、を有し、前記シール対向領域における前記平滑領域の下流側に配置され、上流側から下流側に向かうに従って前記回転軸の回転方向後方側に向かって延びる複数の誘導溝部が形成された誘導溝形成領域を有し、前記シール部は、前記ケーシングの内面のうち、前記溝形成領域及び前記平滑領域に対向する領域に設けられたハニカムシールと、前記誘導溝形成領域に対向する領域に設けられたシールフィンを有する。 According to the first aspect of the present invention, the turbine has a rotating shaft that rotates about an axis, a blade body extending radially outward from the rotating shaft, and a shroud provided at the tip of the blade body. A moving wing, a casing that surrounds the rotary shaft and the moving wing from the outer peripheral side, and a seal portion provided on the inner surface of the casing and facing the outer peripheral surface of the shroud are provided, and the outer peripheral surface of the shroud is provided. The seal portions are arranged from the upstream side of the facing seal facing region to the inside of the sealing facing region, and a plurality of groove portions extending toward the rear side in the rotation direction of the rotating shaft are formed from the upstream side to the downstream side. and a groove forming region, wherein is disposed on the downstream side of the groove forming region in the sealing face region, have a, a smooth region that forms a and a cylindrical surface shape centered on said axis, said smooth region in the sealing face region It has a guide groove forming region which is arranged on the downstream side and has a plurality of guide groove portions extending toward the rear side in the rotation direction of the rotation axis from the upstream side to the downstream side, and the seal portion is the casing. It has a honeycomb seal provided in a region of the inner surface facing the groove forming region and the smoothing region, and a seal fin provided in a region facing the induction groove forming region .
この構成によれば、溝形成領域に形成された溝部によって、上流側から流れてきた流体を転向することができる。ここで、上流側から流れてくる流体は、上流側から下流側に向かうに従って、回転軸の回転方向前方側から後方側に向かうスワール成分を含んでいる。一方で、溝部は、上流側から下流側に向かうに従って、回転軸の回転方前方側から後方側に向かって延びている。このため、溝部内に流れ込んだスワール成分は当該溝部に案内されることで転向される。これにより、スワール成分が低減され、シュラウドの外周面における圧力分布の偏りを低減することができる。
さらに、この構成によれば、平滑領域の下流側に、誘導溝形成領域が形成されている。これにより、平滑領域を通じて上流側から流れてきた流体を転向することができる。特に、誘導溝部は、上流側から下流側に向かうに従って回転軸の回転方向前方側から後方側に向かって延びている。したがって、誘導溝部を通過した流体は、翼本体側を流れる流体の流れに沿って流れることになる。これにより、動翼の出口付近における混合損失を低減することができる。
加えて、この構成によれば、ケーシングの内面のうち、溝形成領域及び平滑領域に対向する領域にはハニカムシールが設けられ、誘導溝形成領域に対向する領域にはシールフィンが設けられている。これにより、溝形成領域及び平滑領域に対向する領域では、スワール流れを効率的に低減することができる。一方で、誘導溝形成領域に対向する領域では、上流側の溝部によって転向されることで、当初のスワール流れとは異なる方向に流れる周方向流れが生じている。誘導溝形成領域に対向する領域では、ハニカムシールではなく、シールフィンが設けられていることから、この周方向流れは、抑止されることなく、動翼の出口に向かって流れる。これにより、動翼の出口付近における混合損失を積極的に低減することができる。
According to this configuration, the groove portion formed in the groove forming region can convert the fluid flowing from the upstream side. Here, the fluid flowing from the upstream side contains a swirl component that goes from the front side to the rear side in the rotation direction of the rotation axis from the upstream side to the downstream side. On the other hand, the groove portion extends from the front side in the rotation direction of the rotation shaft toward the rear side from the upstream side to the downstream side. Therefore, the swirl component that has flowed into the groove is guided by the groove and turned. As a result, the swirl component is reduced, and the bias of the pressure distribution on the outer peripheral surface of the shroud can be reduced.
Further, according to this configuration, an induction groove forming region is formed on the downstream side of the smooth region. This makes it possible to divert the fluid flowing from the upstream side through the smooth region. In particular, the guide groove portion extends from the front side to the rear side in the rotation direction of the rotation axis from the upstream side to the downstream side. Therefore, the fluid that has passed through the guide groove portion will flow along the flow of the fluid that flows on the blade body side. This makes it possible to reduce the mixing loss near the outlet of the rotor blade.
In addition, according to this configuration, a honeycomb seal is provided in the region of the inner surface of the casing facing the groove forming region and the smooth region, and a seal fin is provided in the region facing the guide groove forming region. .. Thereby, the swirl flow can be efficiently reduced in the region facing the groove forming region and the smooth region. On the other hand, in the region facing the guide groove forming region, the circumferential flow is generated in a direction different from the initial swirl flow by being turned by the groove portion on the upstream side. In the region facing the guide groove forming region, the seal fins are provided instead of the honeycomb seals, so that the circumferential flow flows toward the outlet of the rotor blade without being suppressed. As a result, the mixing loss near the outlet of the rotor blade can be positively reduced.
さらに、溝形成領域の下流側には、平滑領域が形成されている。これにより、当該平滑領域におけるシュラウドの外周面とシール部との間のクリアランスを小さくすることができる。したがって、当該クリアランスを通じた軸線方向における流体の流れを低減することができる。したがって、タービンの性能を向上させることができる。 Further, a smooth region is formed on the downstream side of the groove forming region. As a result, the clearance between the outer peripheral surface of the shroud and the seal portion in the smooth region can be reduced. Therefore, the flow of fluid in the axial direction through the clearance can be reduced. Therefore, the performance of the turbine can be improved.
本発明の第二の態様によれば、前記溝部の深さは、前記シール部と前記シュラウドの外周面との間の離間寸法よりも大きくてもよい。 According to the second aspect of the present invention, the depth of the groove portion may be larger than the separation dimension between the seal portion and the outer peripheral surface of the shroud.
この構成によれば、溝部の深さが、シール部とシュラウドの外周面との間の離間寸法よりも大きいことから、上流側から流れてきた流体の大部分は、シール部とシュラウドの外周面との間ではなく、溝部に流れ込む。これにより、漏れ流れを低減するとともに、溝部によって効率的にスワール成分を低減することができる。 According to this configuration, since the depth of the groove portion is larger than the distance between the seal portion and the outer peripheral surface of the shroud, most of the fluid flowing from the upstream side is the outer peripheral surface of the seal portion and the shroud. It flows into the groove, not between. As a result, the leak flow can be reduced and the swirl component can be efficiently reduced by the groove portion.
本発明の第三の態様によれば、前記溝部の深さは、上流側から下流側に向かうに従って次第に小さくなってもよい。 According to the third aspect of the present invention, the depth of the groove may gradually decrease from the upstream side to the downstream side.
この構成によれば、溝部の深さが、上流側から下流側に向かうに従って次第に小さくなる。即ち、上流側では溝部内に流れ込んだスワール成分は当該溝部に案内されることで転向されるためスワール成分の低減が期待でき、溝部の下流側では溝部の深さが一定である場合に比べて溝部の深さが浅くなるため、流体が溝部を経由した漏れ流れを低減することができる。これにより、タービンの性能をさらに向上させることができる。 According to this configuration, the depth of the groove gradually decreases from the upstream side to the downstream side. That is, on the upstream side, the swirl component that has flowed into the groove is turned by being guided by the groove, so that reduction of the swirl component can be expected, and on the downstream side of the groove, the depth of the groove is constant as compared with the case where the depth is constant. Since the depth of the groove is shallow, the flow of fluid through the groove can be reduced. This makes it possible to further improve the performance of the turbine.
本発明の第四の態様によれば、前記シールフィンは、前記ケーシングの内面から前記シュラウドの外周面に向かって延びるとともに、前記軸線方向に間隔をあけて複数が配列されていてもよい。 According to the fourth aspect of the present invention, the seal fins may extend from the inner surface of the casing toward the outer peripheral surface of the shroud, and a plurality of the seal fins may be arranged at intervals in the axial direction.
この構成によれば、シールフィンを用いることによって、シール部としてのシール性能を向上させることができる。特に、複数のシールフィンが軸線方向に間隔をあけて配列されていることから、軸線方向における流体の漏れ流れをさらに低減することができる。 According to this configuration, the sealing performance as a sealing portion can be improved by using the sealing fins. In particular, since the plurality of seal fins are arranged at intervals in the axial direction, the leakage flow of the fluid in the axial direction can be further reduced.
本発明の第五の態様によれば、前記ハニカムシールは、前記ケーシングの内面に設けられ、前記軸線に対する径方向に延びる複数の孔部を有していてもよい。 According to the fifth aspect of the present invention, the honeycomb seal may be provided on the inner surface of the casing and may have a plurality of holes extending in the radial direction with respect to the axis.
この構成によれば、ハニカムシールを用いることによって、シール部としてのシール性能を向上させることができる。特に、ハニカムシールに形成された複数の孔部によって効率的に流体を捕捉することができるため、軸線方向における流体の漏れ流れをさらに低減することができる。 According to this configuration, the sealing performance as a sealing portion can be improved by using the honeycomb seal. In particular, since the fluid can be efficiently captured by the plurality of holes formed in the honeycomb seal, the leakage flow of the fluid in the axial direction can be further reduced.
本発明の第六の態様によれば、前記誘導溝部の深さは、上流側から下流側に向かうに従って次第に大きくなってもよい。 According to the sixth aspect of the present invention, the depth of the guide groove portion may be gradually increased from the upstream side to the downstream side.
この構成によれば、誘導溝部の深さが、上流側から下流側に向かうに従って次第に大きくなる。即ち、溝部の深さが一定である場合に比べて、流体が誘導溝部内に滞留する可能性を低減することができる。これにより、タービンの性能をさらに向上させることができる。 According to this configuration, the depth of the guide groove portion gradually increases from the upstream side to the downstream side. That is, the possibility that the fluid stays in the guide groove can be reduced as compared with the case where the depth of the groove is constant. This makes it possible to further improve the performance of the turbine.
本発明の第七の態様によれば、前記軸線に対する径方向から見て、前記誘導溝部が前記軸線に対してなす角度は、前記溝部が前記軸線に対してなす角度と異なっていてもよい。 According to the seventh aspect of the present invention, the angle formed by the guide groove portion with respect to the axis line may be different from the angle formed by the groove portion with respect to the axis line when viewed in the radial direction with respect to the axis line.
この構成によれば、翼本体の形状や、スワール流れの方向に応じて、溝部及び誘導溝部が軸線に対してなす角度を適切に設定することができる。これにより、スワール流れを効率的に低減することができる。 According to this configuration, the angle formed by the groove portion and the guide groove portion with respect to the axis can be appropriately set according to the shape of the blade body and the direction of the swirl flow. This makes it possible to efficiently reduce the swirl flow.
本発明の第八の態様によれば、前記シール部は、前記ケーシングの内面のうち、前記溝形成領域及び前記平滑領域に対向する領域に設けられたハニカムシールと、前記誘導溝形成領域に対向する領域に設けられたシールフィンを有してもよい。 According to the eighth aspect of the present invention, the seal portion faces the honeycomb seal provided in the region of the inner surface of the casing facing the groove forming region and the smooth region, and the guide groove forming region. It may have a seal fin provided in the area to be used.
この構成によれば、ケーシングの内面のうち、溝形成領域及び平滑領域に対向する領域にはハニカムシールが設けられ、誘導溝形成領域に対向する領域にはシールフィンが設けられている。これにより、溝形成領域及び平滑領域に対向する領域では、スワール流れを効率的に低減することができる。一方で、誘導溝形成領域に対向する領域では、上流側の溝部によって転向されることで、当初のスワール流れとは異なる方向に流れる周方向流れが生じている。誘導溝形成領域に対向する領域では、ハニカムシールではなく、シールフィンが設けられていることから、この周方向流れは、抑止されることなく、動翼の出口に向かって流れる。これにより、動翼の出口付近における混合損失を積極的に低減することができる。 According to this configuration, a honeycomb seal is provided in the region of the inner surface of the casing facing the groove forming region and the smooth region, and a seal fin is provided in the region facing the guide groove forming region. Thereby, the swirl flow can be efficiently reduced in the region facing the groove forming region and the smooth region. On the other hand, in the region facing the guide groove forming region, the circumferential flow is generated in a direction different from the initial swirl flow by being turned by the groove portion on the upstream side. In the region facing the guide groove forming region, the seal fins are provided instead of the honeycomb seals, so that the circumferential flow flows toward the outlet of the rotor blade without being suppressed. As a result, the mixing loss near the outlet of the rotor blade can be positively reduced.
本発明の第十の態様によれば、タービンは、前記平滑領域に設けられ、前記軸線に対する周方向に延びるとともに、該平滑領域から前記ハニカムシールに向かって突出するレール部を有してもよい。 According to the tenth aspect of the present invention, the turbine may have a rail portion provided in the smooth region, extending in the circumferential direction with respect to the axis line, and protruding from the smooth region toward the honeycomb seal. ..
この構成によれば、レール部がハニカムシールに向かって突出していることから、シュラウドの外周面とハニカムシールとの隙間をさらに小さくすることができる。これにより、軸線方向の漏れ流れをさらに低減することができる。 According to this configuration, since the rail portion protrudes toward the honeycomb seal, the gap between the outer peripheral surface of the shroud and the honeycomb seal can be further reduced. This makes it possible to further reduce the leakage flow in the axial direction.
本発明によれば、スワール成分をさらに低減することで、軸振動を抑制することが可能なタービンを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a turbine capable of suppressing shaft vibration by further reducing the swirl component.
[第一実施形態]
本発明の第一実施形態について、図1から図3を参照して説明する。図1に示すように、本実施形態に係る蒸気タービン100(タービン)は、軸線O回りに回転する回転軸1と、回転軸1に取り付けられた複数の動翼2と、回転軸1及び動翼2を外周側から覆うケーシング3と、ケーシング3の内周面(内面)に設けられたシール部4(図2参照)と、を備えている。
[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. As shown in FIG. 1, the steam turbine 100 (turbine) according to the present embodiment has a
回転軸1は、軸線Oに沿って延びる円柱状をなしている。回転軸1の軸線O方向における全領域のうち、ケーシング3で覆われる部分は、他の部分に比べて径寸法が大きい。回転軸1の軸端は、ジャーナル軸受5、及びスラスト軸受6によって支持されている。ジャーナル軸受5は、回転軸1における軸線Oに対する径方向への荷重を支持する。ジャーナル軸受5は、回転軸1の両端部に1つずつ設けられている。スラスト軸受6は、回転軸1における軸線O方向への荷重を支持する。スラスト軸受6は、回転軸1の軸線O方向一方側に1つのみ設けられている。
The
回転軸1の外周面上には、軸線O方向に間隔をあけて、複数の動翼列20が設けられている。各動翼列20は、軸線Oに対する周方向に配列された複数の動翼2を有している。動翼2は、回転軸1の外周面に設けられたプラットフォーム21から径方向外側に向かって突出している。動翼2は、翼型の断面形状を有する翼本体22と、翼本体22の先端(径方向外側の端部)に取り付けられた動翼シュラウド23(シュラウド)と、を有している。
A plurality of
ケーシング3は、軸線Oを中心とする略筒状をなしている。ケーシング3の軸線O方向一方側の端部には、外部から供給された作動流体(蒸気S)を取り込む蒸気供給管31が設けられている。ケーシング3の軸線O方向他方側の端部には、蒸気Sを排出する蒸気排出管32が設けられている。以降の説明では、蒸気排出管32から見て蒸気供給管31が位置する側を上流側と呼び、蒸気供給管31から見て蒸気排出管32が位置する側を下流側と呼ぶ。
The casing 3 has a substantially cylindrical shape centered on the axis O. A
ケーシング3の内周面には、軸線O方向に間隔をあけて、複数の静翼列33が設けられている。上述の動翼列20と静翼列33は、軸線O方向に交互に配列されている。言い換えると、各動翼列20は、互いに隣接する一対の静翼列33同士の間に入り込むようにして配置されている。各静翼列33は、軸線Oに対する周方向に配列された複数の静翼34を有している。各静翼34は、動翼2とは異なる方向に延びる翼型断面を有している。静翼34の径方向内側の端部には、静翼シュラウド35が設けられている。
A plurality of
ケーシング3の内部において、静翼34と動翼2が配列された領域は、蒸気Sが流通する主流路F1を形成する。さらに、ケーシング3の内周面と動翼シュラウド23との間には空間が形成されており、この空間はキャビティ50とされている。蒸気Sは、上流側の蒸気供給管31を介して、上述のように構成された蒸気タービン100に供給される。その後、回転軸1の回転に伴って静翼34と動翼2の列を通過し、やがて下流側の蒸気排出管32を通じて後続の装置(不図示)に向かって排出される。ここで、静翼34と動翼2の列を通過する際、前述のキャビティ50にも蒸気Sは流入する。
Inside the casing 3, the region where the
シール部4は、キャビティ50に流入する蒸気の流れを低減するために設けられる。図2に示すように、本実施形態に係るシール部4は、ケーシング3の内周面から径方向内側に向かって突出する複数のシールフィン41である。シールフィン41は板面が軸線O方向を向く板状をなしている。キャビティ50内には、軸線O方向に間隔をあけて複数のシールフィン41が配列されている。各シールフィン41は、動翼シュラウド23の外周面に、わずかな隙間(クリアランス)をあけて対向している。動翼シュラウド23の外周面のうち、シールフィン41と対向する領域は、シール対向領域A1とされている。
The seal portion 4 is provided to reduce the flow of steam flowing into the
次に、本実施形態に係る動翼2の詳細な構成について、図2と図3を参照して説明する。図2に示すように、動翼2の翼本体22は、回転軸1の外周面上に設けられたプラットフォーム21によって支持されている。翼本体22は、上述の主流路F1上に露出している。図3に示すように、翼本体22は、径方向から見て翼型の断面形状を有している。翼本体22は、径方向外側から見て、回転軸1の回転方向R前方側に向かって突出するように曲面状に湾曲している。より詳細には、翼本体22の上流側(前縁2L側)の端部を含む部分は、上流側から下流側に向かうに従って、回転軸1の回転方向R後方側から前方側に向かって延びている。一方で、翼本体22の下流側(後縁2T側)の端部を含む部分は、上流側から下流側に向かうに従って、回転軸1の回転方向R前方側から後方側に向かって延びている。
Next, the detailed configuration of the moving
動翼シュラウド23は、翼本体22の径方向外側の端部に取り付けられている。動翼シュラウド23は、径方向外側から見て、例えば平行四辺形状をなしている。動翼シュラウド23は、上述のキャビティ50内に収容されている。キャビティ50は、軸線Oに対する周方向から見て、略矩形の断面形状を有している。キャビティ50内における上流側の面(キャビティ上流面51)は、動翼シュラウド23における上流側の面(シュラウド上流面231)と軸線O方向に隙間をあけて対向している。キャビティ50内における径方向外側の面(キャビティ底面52)は、上述のシールフィン41を介して、動翼シュラウド23の外周面(シュラウド外周面232)に対向している。キャビティ50内における下流側の面(キャビティ下流面53)は、動翼シュラウド23における下流側の面(シュラウド下流面233)と隙間をあけて対向している。
The
シュラウド外周面232は、上流側から下流側に向かって順に配置された溝形成領域A2、平滑領域A3を有している。図3に示すように、溝形成領域A2には、複数の溝部60が形成されている。複数の溝部60は、溝部60自身の延びる方向に直交する方向に間隔をあけて配列されている。溝形成領域A2は、シュラウド外周面232の上流端から当該シール対向領域A1内にわたって配置されている。図3では、溝形成領域A2の軸線O方向における寸法は、平滑領域A3の軸線O方向における寸法よりも小さく図示しているが、平滑領域A3の軸線O方向より大きくても良い。
The shroud outer
各溝部60は、例えば、シュラウド外周面232から径方向内側に向かって凹む角溝である。溝形状は角溝である必要はなく、U字溝やV字溝でも同様の効果は得られる。各溝部60は、上流側から下流側に向かうに従って、回転軸1の回転方向R前方側から後方側に向かって直線状に延びている。なお、溝部60が軸線Oに対してなす角度は、実際に形成されるスワール流れ(後述)の流れ方向に応じて、90°から180°までの範囲内で適宜設定される。本実施形態では、溝部60の深さ(軸線Oに対する径方向における溝部60の寸法)は、上流側から下流側にかけて一定とされている。また、溝部60の深さは、シールフィン41の先端(径方向内側の端部)とシュラウド外周面232との間の離間寸法よりも大きい。
Each
溝形成領域A2の下流側には、平滑領域A3が形成されている。平滑領域A3は、軸線Oを中心とする円筒面状をなしている。平滑領域A3上には、突起や段差等が形成されていない。平滑領域A3は、上述のシールフィン41に隙間をあけて対向することで、シール対向領域A1の一部をなしている。
A smooth region A3 is formed on the downstream side of the groove forming region A2. The smooth region A3 has a cylindrical surface shape centered on the axis O. No protrusions, steps, or the like are formed on the smooth region A3. The smooth region A3 forms a part of the seal facing region A1 by facing the
次に、本実施形態に係る蒸気タービン100の動作について説明する。蒸気タービン100を駆動するに当たっては、まず外部の蒸気供給源(不図示)から、上述の蒸気供給管31を通じて蒸気Sがケーシング3内に供給される。ケーシング3内に供給された蒸気Sは、主流路F1を通過する間に、動翼2と静翼34に交互に衝突することで、回転軸1を回転させる。回転軸1の回転エネルギーは、軸端に接続された発電機等(不図示)によって取り出される。
Next, the operation of the
ここで、ケーシング3内に流入した蒸気Sの一部は、主流路F1ではなく、キャビティ50内に流入する。以下では、主流路F1に流入する蒸気を主流S1と呼び、キャビティ50内に流入する蒸気を副流S2と呼ぶ。キャビティ50内に流入した副流S2は、回転軸1の回転に伴うスワール成分(周方向速度成分)を含んでいる。具体的には、副流S2は、上流側から下流側に向かうに従って、回転軸1の回転方向R後方側から前方側に向かって流れる。このようなスワール成分が卓越した場合、ケーシング3内における周方向の圧力分布に偏りが生じてしまう。圧力分布の偏りによって、回転軸1に振動を生じる場合がある。
Here, a part of the steam S that has flowed into the casing 3 flows into the
しかしながら、本実施形態では、動翼シュラウド23に溝形成領域A2が形成されている。溝形成領域A2の溝部60は、上述のように、上流側から下流側に向かうに従って回転方向R前方側から後方側に向かって延びている。即ち、溝部60は、上記の副流S2におけるスワール成分を打ち消す方向に延びている。したがって、溝部60に流入することで副流S2は転向し、上流側から下流側に向かうに従って回転方向R前方側から後方側に向かって流れる。これにより、スワール成分が低減され、回転軸1に振動が生じる可能性が低減される。さらに、溝部60を通過することで転向した副流S2は、下流側の平滑領域A3に向かう。平滑領域A3は、複数のシールフィン41に対向している。したがって、副流S2は、シールフィン41によってせき止められる。これにより、副流S2の流量自体が低減され、蒸気タービン100の性能を向上させることができる。
However, in the present embodiment, the groove forming region A2 is formed in the
以上、説明したように、上記の構成によれば、溝形成領域A2に形成された溝部60によって、上流側から流れてきた流体を転向することができる。ここで、上流側から流れてくる流体は、上流側から下流側に向かうに従って、回転軸1の回転方向R前方側から後方側に向かうスワール成分を含んでいる。一方で、溝部60は、上流側から下流側に向かうに従って、回転軸1の回転方前方側から後方側に向かって延びている。このため、溝部60内に流れ込んだスワール成分は当該溝部60に案内されることで転向される。これにより、スワール成分が低減され、シュラウド外周面232における圧力分布の偏りを低減することができる。
As described above, according to the above configuration, the
さらに、溝形成領域A2の下流側には、平滑領域A3が形成されている。これにより、当該平滑領域A3におけるシュラウド外周面232とシール部4との間のクリアランスを小さくすることができる。したがって、当該クリアランスを通じた軸線O方向における流体の流れを低減することができる。したがって、タービンの性能を向上させることができる。
Further, a smooth region A3 is formed on the downstream side of the groove forming region A2. As a result, the clearance between the shroud outer
加えて、上記の構成によれば、溝部60の深さが、シール部4とシュラウド外周面232との間の離間寸法よりも大きいことから、上流側から流れてきた流体の大部分は、シール部4とシュラウド外周面232との間ではなく、溝部60に流れ込む。これにより、漏れ流れを低減するとともに、溝部60によって効率的にスワール成分を低減することができる。
In addition, according to the above configuration, since the depth of the
さらに加えて、上記の構成によれば、シールフィン41を用いることによって、シール部4としてのシール性能を向上させることができる。特に、複数のシールフィン41が軸線O方向に間隔をあけて配列されていることから、軸線O方向における蒸気の副流S2をさらに低減することができる。
Furthermore, according to the above configuration, the sealing performance of the sealing portion 4 can be improved by using the sealing
以上、本発明の第一実施形態について図面を参照して説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。 The first embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings. It should be noted that various changes and modifications can be made to the above configuration as long as the gist of the present invention is not deviated.
[第二実施形態]
続いて、本発明の第二実施形態について、図4と図5を参照して説明する。なお、上記の第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図4に示すように、本実施形態では、シール部4として、上記のシールフィン41に代えて、ハニカムシール42が設けられている。ハニカムシール42は、キャビティ底面52に沿って配置されている。ハニカムシール42は、軸線Oに対する径方向に延びる複数の孔部が形成された多孔質の部材である。ハニカムシール42は、例えばセラミック等のように被削性が比較的に良好な材料で一体に形成されている。
[Second Embodiment]
Subsequently, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the
さらに、本実施形態では、シュラウド外周面232における平滑領域A3上に、当該平滑領域A3からハニカムシール42に向かって突出するレール部70が設けられている。レール部70は、軸線Oに対する周方向から見て略矩形の断面形状を有している。図5に示すように、レール部70は、軸線Oに対する周方向に延びている。レール部70は、シュラウド外周面232上において、軸線O方向の略中央部に設けられている。レール部70の径方向外側の面(レール部外周面71)は、蒸気タービン100を組み立てた直後の状態において、ハニカムシール42の径方向内側の面(シール内周面421)に対して隙間なく対向している。蒸気タービン100を駆動すると、レール部外周面71とシール内周面421とが互いにこすれ、シール内周面421がわずかに削られる。即ち、レール部外周面71とシール内周面421との間には、動翼シュラウド23(回転軸1)の回転を妨げない限りにおいて最小限の隙間が形成される。
Further, in the present embodiment, a
上記の構成によれば、ハニカムシール42を用いることによって、シール部4としてのシール性能を向上させることができる。特に、ハニカムシール42に形成された複数の孔部によって効率的に副流S2を捕捉することができるため、軸線O方向における蒸気の漏れ流れをさらに低減することができる。
According to the above configuration, the sealing performance of the sealing portion 4 can be improved by using the
さらに、上記の構成によれば、レール部70がハニカムシール42に向かって突出していることから、シュラウドの外周面とハニカムシール42との隙間をさらに小さくすることができる。これにより、軸線O方向の漏れ流れをさらに低減することができる。
Further, according to the above configuration, since the
以上、本発明の第二実施形態について図面を参照して説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。 The second embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings. It should be noted that various changes and modifications can be made to the above configuration as long as the gist of the present invention is not deviated.
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態について、図6と図7を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図6に示すように、本実施形態では、上述の平滑領域A3の下流側に、誘導溝形成領域A4が設けられている。誘導溝形成領域A4には、複数の誘導溝部80が形成されている。
[Third Embodiment]
Next, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. The same components as those of the above embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. As shown in FIG. 6, in the present embodiment, the guide groove forming region A4 is provided on the downstream side of the smooth region A3 described above. A plurality of
各誘導溝部80は、シュラウド外周面232から径方向内側に向かって凹む角溝である。溝形状は角溝である必要はなく、U字溝やV字溝でも同様の効果は得られる。図7に示すように、各誘導溝部80は、上流側から下流側に向かうに従って、回転軸1の回転方向R前方側から後方側に向かって直線状に延びている。なお、誘導溝部80が軸線Oに対してなす角度は、上述した翼本体22の出口角度(即ち、翼本体22の後縁2Tが軸線Oに対してなす角度)に応じて、90°から180°までの範囲内で適宜設定される。言い換えると、誘導溝部80が軸線Oに対してなす角度は、翼本体22の出口角度に略等しく、後続の静翼列33の入口角度に略等しい。特に、誘導溝部80が軸線Oに対してなす角度は、溝部60が軸線Oに対してなす角度と異なっていてもよい。
Each
本実施形態では、誘導溝部80の深さ(軸線Oに対する径方向における溝部60の寸法)は、上流側から下流側にかけて一定とされている。また、誘導溝部80の深さは、シールフィン41の先端(径方向内側の端部)とシュラウド外周面232との間の離間寸法よりも大きい。
In the present embodiment, the depth of the guide groove portion 80 (the dimension of the
上記の構成では、平滑領域A3に沿って上流側から下流側に流れてきた副流S2を、誘導溝部80の延びる方向に応じて転向することができる。具体的には、副流S2の流れ方向は、翼本体22の出口角度に略等しくなるとともに、後続の静翼列33の入口角度に略等しくなる。即ち、副流S2は、翼本体22側を流れる蒸気の流れ(主流S1)と略同一の方向に転向される。
In the above configuration, the side flow S2 flowing from the upstream side to the downstream side along the smooth region A3 can be turned according to the extending direction of the
このように、上記の構成によれば、平滑領域A3の下流側に、誘導溝形成領域A4が形成されている。これにより、平滑領域A3を通じて上流側から流れてきた流体を転向することができる。特に、誘導溝部80は、上流側から下流側に向かうに従って回転軸1の回転方向R前方側から後方側に向かって延びている。したがって、誘導溝部80を通過した流体は、翼本体22側を流れる蒸気の流れ(主流S1)に沿って流れることになる。これにより、動翼2の出口付近における混合損失を低減することができる。
As described above, according to the above configuration, the guide groove forming region A4 is formed on the downstream side of the smooth region A3. As a result, the fluid flowing from the upstream side through the smooth region A3 can be turned. In particular, the
さらに、上記の構成によれば、翼本体22の形状や、スワール流れの方向に応じて、溝部60及び誘導溝部80が軸線Oに対してなす角度を適切に設定することができる。これにより、スワール流れを効率的に低減することができる。
Further, according to the above configuration, the angle formed by the
以上、本発明の第三実施形態について図面を参照して説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。 The third embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings. It should be noted that various changes and modifications can be made to the above configuration as long as the gist of the present invention is not deviated.
[第四実施形態]
次に、本発明の第四実施形態について、図8を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図8に示すように、本実施形態では、平滑領域A3上に、上述のレール部70が設けられ、平滑領域A3の下流側には、誘導溝形成部が設けられている。さらに、溝形成領域A2と平滑領域A3に対向するキャビティ底面52上には、上述のハニカムシール42が設けられている。一方で、誘導溝形成領域A4に対向するキャビティ底面52上には、シールフィン41が設けられている。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those of the above embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. As shown in FIG. 8, in the present embodiment, the
この構成によれば、溝形成領域A2及び平滑領域A3に対向する領域では、溝部60によって副流S2を転向することで、スワール流れを効率的に低減することができる。一方で、誘導溝形成領域A4に対向する領域では、上流側の溝部60によって転向されることで、当初のスワール流れとは異なる方向に流れる周方向流れが生じている。誘導溝形成領域A4に対向する領域では、ハニカムシール42ではなく、シールフィン41が設けられていることから、この周方向流れは、動翼2の出口に向かって流れる。これにより、動翼2の出口付近における混合損失を積極的に低減することができる。
According to this configuration, in the region facing the groove forming region A2 and the smoothing region A3, the swirl flow can be efficiently reduced by turning the side flow S2 by the
以上、本発明の各実施形態について図面を参照して説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、上記の各実施形態では、溝部60、及び誘導溝部80が、軸線O方向の全域にわたって一定の深さを有している構成を例に説明した。しかしながら、溝部60、及び誘導溝部80の態様は上記に限定されず、図9に示す構成を採ることも可能である。図9の例では、溝部60の深さが、上流側から下流側に向かうに従って次第に小さくなっている。さらに、誘導溝部80の深さは、上流側から下流側に向かうに従って次第に大きくなっている。この構成によれば、溝部60の深さが一定である場合に比べて、流体が溝部60内、及び誘導溝部80内に滞留する可能性を低減することができる。これにより、タービンの性能をさらに向上させることができる。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. It should be noted that various changes and modifications can be made to the above configuration as long as the gist of the present invention is not deviated. For example, in each of the above embodiments, the configuration in which the
加えて、上記の各実施形態では、蒸気タービン100の動翼2を例に構成を説明した。しかしながら、本発明の適用対象は蒸気タービン100に限定されず、ガスタービンのタービン部に適用することも可能である。
In addition, in each of the above embodiments, the configuration has been described by taking the moving
なお、上記の溝部60、及び誘導溝部80(溝形成領域A2、及び誘導溝形成領域A4)は、回転軸1に設けられた全ての動翼列20のうち、最も下流側の動翼列20を除く動翼列20に適用することが望ましい。副流S2を転向させるために各動翼2が仕事をすることで各動翼2段の効率がわずかに低下するが、このような構成によれば、最終段の動翼2によって熱落差を回収することができるため、蒸気タービン100全体としての効率低下を最小限に抑えることができる。
The
1…回転軸
2…動翼
2L…前縁
2T…後縁
3…ケーシング
4…シール部
5…ジャーナル軸受
6…スラスト軸受
20…動翼列
21…プラットフォーム
22…翼本体
23…動翼シュラウド
31…蒸気供給管
32…蒸気排出管
33…静翼列
34…静翼
35…静翼シュラウド
41…シールフィン
42…ハニカムシール
50…キャビティ
51…キャビティ上流面
52…キャビティ底面
53…キャビティ下流面
60…溝部
70…レール部
71…レール部外周面
80…誘導溝部
100…蒸気タービン
231…シュラウド上流面
232…シュラウド外周面
233…シュラウド下流面
421…シール内周面
A1…シール対向領域
A2…溝形成領域
A3…平滑領域
A4…誘導溝形成領域
F1…主流路
O…軸線
1 ...
Claims (8)
該回転軸から径方向外側に向かって延びる翼本体、および該翼本体の先端に設けられたシュラウドを有する動翼と、
前記回転軸及び前記動翼を外周側から囲うケーシングと、
前記ケーシングの内面に設けられて、前記シュラウドの外周面に対向するシール部と、
を備え、
前記シュラウドの外周面が、
前記シール部が対向するシール対向領域よりも上流側から該シール対向領域内にわたって配置されて、上流側から下流側に向かうに従って前記回転軸の回転方向後方側に向かって延びる複数の溝部が形成された溝形成領域と、
前記シール対向領域における前記溝形成領域の下流側に配置され、前記軸線を中心とした円筒面状をなす平滑領域と、
を有し、
前記シール対向領域における前記平滑領域の下流側に配置され、上流側から下流側に向かうに従って前記回転軸の回転方向後方側に向かって延びる複数の誘導溝部が形成された誘導溝形成領域を有し、
前記シール部は、前記ケーシングの内面のうち、前記溝形成領域及び前記平滑領域に対向する領域に設けられたハニカムシールと、前記誘導溝形成領域に対向する領域に設けられたシールフィンを有するタービン。 A rotating shaft that rotates around the axis, and
A blade body extending radially outward from the rotation axis, and a moving blade having a shroud provided at the tip of the blade body,
A casing that surrounds the rotating shaft and the moving blade from the outer peripheral side,
A sealing portion provided on the inner surface of the casing and facing the outer peripheral surface of the shroud,
Equipped with
The outer peripheral surface of the shroud
The seal portions are arranged from the upstream side of the facing seal facing region to the inside of the sealing facing region, and a plurality of groove portions extending toward the rear side in the rotation direction of the rotating shaft are formed from the upstream side to the downstream side. Groove formation area and
A smooth region having a cylindrical surface shape centered on the axis, which is arranged on the downstream side of the groove forming region in the seal facing region,
Have,
Yes said arranged downstream of the smoothing region in the seal face region, guide grooves formed region in which a plurality of induction groove is formed extending toward the rotation direction rear side of the rotary shaft according to buy direction from the upstream side to the downstream side death,
The seal portion is a turbine having a honeycomb seal provided in a region of the inner surface of the casing facing the groove forming region and the smoothing region, and a seal fin provided in a region facing the guide groove forming region. ..
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017229357A JP6986426B2 (en) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Turbine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017229357A JP6986426B2 (en) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Turbine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019100204A JP2019100204A (en) | 2019-06-24 |
JP6986426B2 true JP6986426B2 (en) | 2021-12-22 |
Family
ID=66976360
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017229357A Active JP6986426B2 (en) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Turbine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6986426B2 (en) |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2413655C3 (en) * | 1974-03-21 | 1978-05-03 | Maschinenfabrik Augsburg-Nuernberg Ag, 8500 Nuernberg | Device for dynamic stabilization of the rotor of a gas or steam turbine |
EP0894944A1 (en) * | 1997-07-29 | 1999-02-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbine blading |
JP2003106107A (en) * | 2001-09-27 | 2003-04-09 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Turbine |
JP2007321721A (en) * | 2006-06-05 | 2007-12-13 | Toshiba Corp | Axial flow turbine stage and axial flow turbine |
DE102009040298A1 (en) * | 2009-09-04 | 2011-03-10 | Mtu Aero Engines Gmbh | Turbomachine and method for producing a structured inlet lining |
JP5147885B2 (en) * | 2010-03-26 | 2013-02-20 | 株式会社日立製作所 | Rotor vibration preventing structure and steam turbine using the same |
JP5591042B2 (en) * | 2010-09-17 | 2014-09-17 | 三菱重工業株式会社 | Turbine |
US20130017072A1 (en) * | 2011-07-14 | 2013-01-17 | General Electric Company | Pattern-abradable/abrasive coatings for steam turbine stationary component surfaces |
US20130230379A1 (en) * | 2012-03-01 | 2013-09-05 | General Electric Company | Rotating turbomachine component having a tip leakage flow guide |
JP5567077B2 (en) * | 2012-08-23 | 2014-08-06 | 三菱重工業株式会社 | Rotating machine |
US9995164B2 (en) * | 2012-12-13 | 2018-06-12 | Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. | Rotating fluid machine |
JP6184173B2 (en) * | 2013-05-29 | 2017-08-23 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | gas turbine |
JP6712873B2 (en) * | 2016-02-29 | 2020-06-24 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Seal structure and turbo machine |
JP6726986B2 (en) * | 2016-03-02 | 2020-07-22 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | Sealing device, rotary machine |
-
2017
- 2017-11-29 JP JP2017229357A patent/JP6986426B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019100204A (en) | 2019-06-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6131177B2 (en) | Seal structure and rotating machine | |
US8727713B2 (en) | Rotor oscillation preventing structure and steam turbine using the same | |
US8784045B2 (en) | Seal assembly | |
EP2096262A1 (en) | Axial flow turbine with low shroud leakage losses | |
JP6888907B2 (en) | gas turbine | |
JP2007321721A (en) | Axial flow turbine stage and axial flow turbine | |
WO2017098932A1 (en) | Seal structure and turbine | |
JP6742753B2 (en) | Turbine bucket platform for controlling intrusion loss | |
WO2014010052A1 (en) | Axial flow fluid machine | |
US8561997B2 (en) | Adverse pressure gradient seal mechanism | |
JP2011106474A (en) | Axial flow turbine stage and axial flow turbine | |
JP6222876B2 (en) | Cascade, gas turbine | |
JP2015129512A (en) | Steam turbine and methods of assembling the same | |
JP2017155625A5 (en) | ||
JP7054582B2 (en) | Sealing device and turbomachinery | |
JP6986426B2 (en) | Turbine | |
US20160123169A1 (en) | Methods and system for fluidic sealing in gas turbine engines | |
JP6924233B2 (en) | Rotating machine | |
JP5852191B2 (en) | End wall member and gas turbine | |
JP6662661B2 (en) | Seal structure and turbo machinery | |
KR101920693B1 (en) | Turbine including a sealing member for preventing gas ingestion. | |
JP6209787B2 (en) | Seal structure and rotating machine | |
JP5404187B2 (en) | End wall member and gas turbine | |
JP6930896B2 (en) | Turbines and blades | |
WO2021199718A1 (en) | Secondary flow suppression structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200820 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210421 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210427 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210628 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210803 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211004 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20211019 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211101 |
|
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: 20211116 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20211129 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6986426 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |