JPH0711243B2 - 蒸気タービン用のハニカム状ラビリンスシール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】

【発明の分野】本発明は、蜂巣状もしくはハニカム状ラ
ビリンスシールに関し、特に、低圧蒸気タービンに使用
される改良式シールに関するものである。

【０００２】

【関連技術の説明】蒸気タービン用の溝付きの蜂巣状も
しくはハニカム状（以下、ハニカム状という）ラビリン
スシールは、米国特許第４,４１６,４５７号明細書に記
載されている。

【０００３】添付図面中、図１及び図２を参照するに、
上記米国特許明細書に記載されているハニカム状ラビリ
ンスシール３は、それぞれベース部分７と、該ベース部
分７から半径方向内向きに延び、それぞれ翼１に隣接し
て開口している複数個のハニカム状セル９の列を含む複
数個の円弧状のセグメントから形成されている。複数個
の通路もしくは溝１１は、各セル９が少なくとも１つの
溝１１に連通し、大多数のセルは、２つの溝１１に連通
するように配置されている。図において、左側の溝１１
は、上流側に開口しており、他方、図において右側の溝
１１は下流側に開口しており、溝１１とセル９との間に
は相互接続部が存在し、蒸気と該蒸気に随伴する水分と
が、シールの上流側から、シールのベース部分７を横切
ってシールの下流側に流れることができるようになって
いる。セル９は６つの壁を有するほぼ六角形の形状を有
し、該壁の内の複数の壁は隣接するセルに対し共通の壁
を形成している。

【０００４】円周方向に隣接するハニカム状ラビリンス
シールのセグメント間には、軸方向の隙間１３が設けら
れていて、該隙間１３により、溝１１内に集められた水
を該溝１１から排水することができる。また、翼リング
５に形成されているシール配設溝４から水を排水するた
めに、翼リング５にも適当なドレン（図示せず）が設け
られている。

【０００５】図３は、蒸気タービン翼列における現存の
ハニカム状シール構造のための典型的な配列を示す図で
ある。下流側の静翼１６の外径とシール内径間には半径
方向の段部が形成されている。翼列における流れから蒸
気及び水分を除去する目的で、表面１２と表面１２ａと
の間には半径方向の通路が形成されている。（シールの
下側に位置する）回転翼の先端領域を去る流体の効率の
良い旋回を達成するのは困難であり、従って、水分が水
分除去・抽出スロット１４に流入するのは困難である。
このため、上述の領域には乱流状態が生じ得る。

【０００６】シールから排出される水分はほぼ軸方向の
流路をたどり、静翼１６を介して下流側の主蒸気流に混
入し随伴することは当然考えられることであり、そのた
め、下流側の回転翼もしくは動翼には水分による侵食損
傷が生じ得る。

【０００７】典型的なハニカム状シールの設置場所の下
流側における流れ場の挙動及び水分侵食特性を観察した
結果、下流側の静翼列への入口におけるシールの内径と
外径表面との間の半径方向の段部と関連し乱流パターン
（定在渦流）が存在し得ることが判明した。また、シー
ルによって集められた水分は、所期せるように、渦流側
の水分除去もしくは抽出スロット内へと流れることはで
きない。これ等の２つの現象は、シールの出口側の縁に
おける鋭い９０°の角部が原因で、それを飛び越えて蒸
気を抽出し水分の流れを転向する能力が制限されている
ことに起因すると考えられる。

【０００８】

【発明の概要】本発明の１つの目的は、シールにより集
められた水分に対する排水通路が出口における水の流れ
を軸方向ではなく半径方向外向きの方向に指向する改良
されたハニカム状ラビリンスシールを提供することにあ
る。

【０００９】本発明の他の目的は、動翼の遠心力作用を
利用して、蒸気及び凝縮水の、出口縁部近傍の翼先端領
域からの半径方向外向きの流れを促進するのに利用する
改良構造のハニカム状ラビリンスシールを提供すること
にある。

【００１０】本発明の上述の目的及び他の目的は、回転
可能な蒸気タービン翼と協働するように関連して設けら
れたハニカム状ラビリンスシールにおいて、入口縁部及
び出口縁部を有するベース部分と、上記ベース部分から
半径方向内向きに延び、各セルが翼に隣接して開放して
いる複数個のハニカム状セル列と、各セルが少なくとも
１つの通路に接続され、少なくとも１つの通路がハニカ
ム状セルの列の上流側で開き、少なくとも１つの通路が
ハニカム状セルの列の下流側で開き、それにより、蒸気
が上記通路及びセルを通り、ハニカム状ラビリンスシー
ルの上流側から下流側に流れることを可能にする、よう
に配置された複数個の上記通路とを備え、ハニカム状セ
ルの最も下流側の列が上記ベース部分の出口縁部を越え
て延びるか、或は回転翼の出口縁部がハニカム状ラビリ
ンスシールを越えて延在しているハニカム状ラビリンス
シールを提供することにより達成される。

【００１１】本発明のハニカム状ラビリンスシールの上
述の目的及び利点は、以下の詳細な説明及び添付図面を
参照することにより一層明らかになるであろう。

【００１２】

【好適な実施例の詳細な説明】図４〜図７を参照する
に、ハニカム状ラビリンスシール３は、ベース部分７を
介して慣用の手段によりシール支持リング５ａに接続さ
れている。水分除去・抽出スロット開口１４が上流側の
静翼１８に隣接して下流側の静翼１６とシール支持リン
グ５ａとの間に形成されている。動翼１は流れ方向に対
し垂直な方向に回転する。

【００１３】ベース部分７には、溝１１により複数個の
通路が設けられている。ラビリンスシール３は、それぞ
れ、ベース部分７と、該ベース部分７から半径方向内向
きに延び、それぞれが動翼１に隣接して開口している複
数個のハニカム状セル９の列を含む複数個の円弧状のセ
グメントから形成されている。各セル９は、少なくとも
１つの通路１１に接続されている。

【００１４】ベース部分７は、出口縁部２０を有してい
る。これと関連して、図１〜３を参照して述べた公知の
シールの場合には、対応の出口縁部２０はハニカム状セ
ルを越えて突出し、ハニカム状セルの最も下流側の列は
最も下流側の溝１１上に整列され、そしてこれ等のセル
の最も下流側の側部がベース部分７上に支持されてい
た。

【００１５】これに対し、本発明によれば、ハニカム状
セル９の最も下流側の列９ａは、出口側でベース部分の
ストリップ７ａ上方に整列され（該ストリップ７ａは溝
１１の幅と実質的に同じ幅を有する）、その結果、列９
ａ内のセルの一部はベース部分７から張り出ている。こ
の配列によれば、排水の溝１１上方に整列され円周方向
に配位されたセル壁要素を有するこれ等の交番するセル
群に対する内部排水路が縮小される。このようにして、
出口側の排水流は、出口側からハニカム状セルを去る際
に半径方向に指向される。半径方向排水路は、ベース部
分７の出口縁部２０と列９ａ内のセル９の最も外側の壁
２２との間に画成される（図６）。動翼の先端から遠心
力により外向きに放出されてハニカム状セル９の解放面
に飛び込む水滴流は、シールの出口側の排水流に対する
半径方向外向きにの流れを促進する。

【００１６】図７は、図６に示したセルに隣接する全て
のセル群に対する円周方向−軸方向排水路連絡を示す図
である。

【００１７】一般に、シール３に対する所望の内部排水
特性は、回転翼列を横切る入口−出口間圧力降下並びに
翼先端を去り、ハニカム状セル構造の開放面に流入する
水滴によって発生される外向きの圧力によって決定され
る。

【００１８】ハニカム状セルの最も下流側もしくは出口
側の列は、溝幅の約２分の１だけ、ベース部分７の出口
縁部２０を越えて突出もしくは延在するのが好ましい。

【００１９】図４を参照するに、翼１は、図１及び図２
に示した公知のシールにおけるようにシールの下側に整
列されるのではなく、シール３を越えて延在するのが有
利である。また、延出量は、先端断面幅により決定さ
れ、翼１の最適な延出量はスロート開口の幅と関連して
決定するのが有利である。動翼の出口側の縁の張り出し
により、翼先端を去る遠心分離された水滴流からの圧力
に起因して、半径方向外向きの方向におけるシール出口
側排水流路の効果が高められる。また、動翼の出口側の
縁部張り出しも、シール３の直ぐ下流側の蒸気流の半径
方向膨張を促進する。これにより、流れは、水分除去・
抽出スロット１４の方向に指向される傾向となり、入口
における大径面近傍には、下流側の静翼列に対し良好な
挙動を示す（損失の低い）流れ状態が生ずる。

【００２０】本発明によれば、下流側の水分除去・抽出
スロットの幅を増すことができ、また別法として、水分
除去・抽出スロットが重要な拘束要因である場合には、
動翼に対するシールの出口縁部２０及び翼リングの出口
表面１２（図４）の上流側への変位に起因し、翼列の軸
方向間隔を減少することができる。

【００２１】当業者には、本発明の数多の変形及び適応
を想到し得るであろう。従って、本発明の範囲及び精神
から逸脱しない限り、これ等の全ての変形例及び適応例
も本発明の範囲により包含されるものであることを付記
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図２の線Ｉ−Ｉに沿う蒸気タービンの部分に配
置された公知のハニカム状ラビリンスシールの部分断面
図。

【図２】図１のラビリンスシールの平面図。

【図３】本発明以前に使用されていたハニカム状ラビリ
ンスシールを示す一部切除側面図。

【図４】本発明の好適な実施例によるハニカム状ラビリ
ンスシールを示す一部切除側面図。

【図５】図４のラビリンスシールの一部分を示す拡大頂
面図。

【図６】図５の線V−Vにおける横断面図。

【図７】図５の線VI−VIにおける横断面図。

【符号の説明】

１ 回転翼もしくは動翼（蒸気タービン翼） ３ ハニカム状ラビリンスシール ７ ベース部分 ９ ハニカム状セル ９ａ 下流側のセル列 １１ 溝（通路） ２０ 出口縁部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転可能な蒸気タービン翼と協働するよう
   関連して設けられたハニカム状ラビリンスシールであっ
   て、入口縁部及び出口縁部を有するベース部分と、該ベ
   ース部分から半径方向内向きに延び、各セルが前記翼に
   隣接して開放している複数個のハニカム状セル列と、複
   数個の通路であって、各セルが少なくとも１つの通路に
   接続され、少なくとも１つの通路が前記ハニカム状セル
   列の上流側で開き、そして少なくとも１つの通路が前記
   ハニカム状セル列の下流側で開き、それにより蒸気が前
   記通路及びセルを通り前記ハニカム状ラビリンスシール
   の上流側から下流側に流れることを可能にする、ように
   配置された前記複数個の通路と、を備え、ハニカム状セ
   ルの最も下流側の列が前記ベース部分の出口縁部を越え
   て延びている、蒸気タービン用のハニカム状ラビリンス
   シール。
2. 【請求項２】回転可能な蒸気タービン翼と協働するよう
   に関連して設けられたハニカム状ラビリンスシールであ
   って、入口縁部及び出口縁部を有するベース部分と、前
   記ベース部分から半径方向内向きに延び、各セルが前記
   翼に隣接して開放している複数個のハニカム状セル列
   と、複数個の通路であって、各セルが少なくとも１つの
   通路に接続され、少なくとも１つの通路が前記ハニカム
   状セル列の上流側で開き、少なくとも１つの通路が前記
   ハニカム状セル列の下流側で開き、それにより蒸気が前
   記通路及びセルを通り前記ハニカム状ラビリンスシール
   の上流側から下流側に流れることを可能にする、ように
   配置された前記複数個の通路と、を備え、各回転翼が、
   ハニカム状セルの最も下流側の列を越えて延びる出口縁
   部を有している、蒸気タービン用のハニカム状ラビリン
   スシール。