JPS5941002B2 - Turbine wheel and diaphragm sealing device - Google Patents

Turbine wheel and diaphragm sealing device

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Publication number
JPS5941002B2
JPS5941002B2 JP51110704A JP11070476A JPS5941002B2 JP S5941002 B2 JPS5941002 B2 JP S5941002B2 JP 51110704 A JP51110704 A JP 51110704A JP 11070476 A JP11070476 A JP 11070476A JP S5941002 B2 JPS5941002 B2 JP S5941002B2
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diaphragm
fins
degrees
nozzle
gap
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宗一 黒沢
信之 飯塚
文之 広瀬
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガスタービンにおけるホイール冷却用空気ま
たは前段からのパツキン漏洩空気をシールするためのタ
ービンホイールとダイヤフラムのシールフィン装置に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a sealing fin device for a turbine wheel and diaphragm for sealing wheel cooling air or gas leakage air from a previous stage in a gas turbine.

ガスタービンはますます大容量化する傾向にあり、効率
向上のために燃焼ガス温度も高くなり、それに加えて起
動停止が短時間(約10分で定格負荷となる)で頻繁(
2回7日)Kなされなければならないという特有の本質
的な特徴を持っているので、熱変形及び熱応力に対する
諸対策が肝要となる。
Gas turbines are becoming increasingly larger in capacity, and combustion gas temperatures are also becoming higher in order to improve efficiency.
Since it has a unique and essential feature of having to be heated twice (for 7 days), various measures against thermal deformation and thermal stress are essential.

熱変形及び熱応力を緩和するためには、第1図に示すよ
うなタービンホイール冷却系が設けられる。
In order to alleviate thermal deformation and thermal stress, a turbine wheel cooling system as shown in FIG. 1 is provided.

この第1図に示す冷却系についてまず説明する。First, the cooling system shown in FIG. 1 will be explained.

圧縮機1にて圧縮された空気10は燃焼器2にて燃料と
混合して燃焼され、約1000℃の高温ガス11となっ
て第1段ノズル6に流入する。
Air 10 compressed by the compressor 1 is mixed with fuel and combusted in the combustor 2, becoming a high temperature gas 11 at about 1000° C. and flowing into the first stage nozzle 6.

このガスはロータ3に固定した第1段ホイール4で仕事
がなされ、第2段ノズル70入口では約750℃となり
、第2段ホイール5で仕事がなされた後、排気ガス12
となって放出される。
Work is done on this gas by the first stage wheel 4 fixed to the rotor 3, and the temperature reaches about 750°C at the inlet of the second stage nozzle 70. After work is done by the second stage wheel 5, the exhaust gas 12
and is released.

このガスにより第1段ホイール4及び第2段ホイール5
が高温にさらされ、ホイールの回転強度が得られなくな
って破壊につながるため、圧縮機1の中途に抽気口13
を設け、約200°Cの冷温の冷却空気14を抽出し、
この冷却空気をタービンシェル21と第2段ノズル7及
び第2段ダイヤフラム8の内部を貫通させた孔34を通
し、第1段ホイール4と第2段ダイヤフラム80間に放
出させ、第1段ホイール4と第2段ホイール5とを冷却
している。
This gas causes the first stage wheel 4 and the second stage wheel 5 to
The air bleed port 13 is installed in the middle of the compressor 1 because the wheel is exposed to high temperatures and the rotational strength of the wheel cannot be obtained, leading to damage.
is provided to extract cooling air 14 at a temperature of about 200°C,
This cooling air passes through the turbine shell 21, the second-stage nozzle 7, and the second-stage diaphragm 8 through holes 34, and is discharged between the first-stage wheel 4 and the second-stage diaphragm 80. 4 and the second stage wheel 5.

第2図にこの冷却系統の主たる構成要素である第2段ダ
イヤフラム付近の詳細を示す。
FIG. 2 shows details of the vicinity of the second stage diaphragm, which is the main component of this cooling system.

第2ダイヤフラム8の第1段ホイール4との対向面には
円環状のフィン26.27が同心に突設してあり、第1
段ホイール4側にもこれらのフィン26゜27に対応し
てこれらのフィンよりやや小径の円環状のフィン(以下
プラットホームという)29.30が突設しである。
Annular fins 26 and 27 are concentrically protruded from the surface of the second diaphragm 8 facing the first stage wheel 4.
Also on the step wheel 4 side, corresponding to these fins 26 and 27, annular fins (hereinafter referred to as platform) 29 and 30 having a diameter slightly smaller than these fins are protruded.

第2段ダイヤフラム8の第2段ホイール5との対向面に
も円環状フィン28が突設され、第2段ホイール5にも
それに対応するプラットホーム31が突設しである。
An annular fin 28 is also protruded from the surface of the second stage diaphragm 8 facing the second stage wheel 5, and a corresponding platform 31 is also projected from the second stage wheel 5.

冷却空気14の一部は矢印32で示すように、フィン2
7とプラットホーム30との間隙及びフィン26とプラ
ットホーム29との間隙を通って流れて第1段ホイール
4を冷却し、他の一部はラビリンスパツキン9とホイー
ルとの間隙35を通り抜けた後、矢印33で示すように
流れ、プラットホーム31とフィン28との間隙を通っ
て流れる間に第2段ホイール5を冷却する。
A portion of the cooling air 14 is directed toward the fins 2 as shown by arrows 32.
7 and the platform 30 and the gap between the fin 26 and the platform 29 to cool the first stage wheel 4, and the other part passes through the gap 35 between the labyrinth packing 9 and the wheel, and then flows as shown by the arrow 33, cooling the second stage wheel 5 while flowing through the gap between the platform 31 and the fins 28.

一方、第1段バケット22を通過した750℃という高
温燃焼ガス11は第2段ノズル7、ノズル内壁25、及
びノズル外壁24を通過する間にこれらに高温の影響を
直接与え、また、起動停止時に常温から750℃近辺の
温度の間を数分間で変化するから、急激に伸縮されるの
で、熱応力が発生し、度重なる起動停止(2回/日)に
より永久歪を生じ、−上下方向に縦長に変形し、これに
より停止中のコールド状態では内壁25側にて水平面で
6〜12闘程度の口開き状態となり、負荷運転中のホッ
ト状態ではこの口開き状態が元に戻るという現象が繰り
返されている。
On the other hand, the high-temperature combustion gas 11 of 750° C. that has passed through the first stage bucket 22 has a direct high temperature effect on the second stage nozzle 7, the nozzle inner wall 25, and the nozzle outer wall 24 while passing through them, and also causes startup and shutdown. Sometimes, the temperature changes from room temperature to around 750℃ in a few minutes, and as it expands and contracts rapidly, thermal stress is generated, and permanent deformation occurs due to repeated startup and shutdown (twice a day). As a result, in the cold state during stoppage, the inner wall 25 side becomes open about 6 to 12 degrees on the horizontal plane, and in the hot state during load operation, this open state returns to the original state. It's being repeated.

この現象に伴い、第3図により以下で説明するようにダ
イヤフラム8が上下する。
As a result of this phenomenon, the diaphragm 8 moves up and down as will be explained below with reference to FIG.

すなわち、ノズル7(7a、7bはそれぞれ上半、下半
ノズル)とダイヤフラム8 (8a + 8 bはそれ
ぞれ上半、下半ダイヤフラム)は4本のピン36a〜3
6dで、半径方向の変化が若干許容されうるように連結
されており、ダイヤフラム8の上下方向の支えは水平面
(上半タービンシェル21aと下半タービンシェル21
bとの接合面)39より若干下のピン36b 、36a
の2本で下半ノズル7bで行なわれているので、上下ノ
ズル7 a 、7 bの変形の影響を直接受け、停止中
のコールド状態では、ダイヤフラム8の中心は水平面3
9より約3〜8mrn程度沈下(37)L、逆にホット
状態では水平面39より約1.5mm上る(38)。
That is, the nozzle 7 (7a and 7b are upper and lower half nozzles, respectively) and the diaphragm 8 (8a + 8b are upper and lower half diaphragms, respectively) are connected to four pins 36a to 36.
6d, the diaphragm 8 is connected in such a way that a slight change in the radial direction can be tolerated, and the vertical support of the diaphragm 8 is provided by a horizontal plane (the upper half turbine shell 21a and the lower half turbine shell 21
pins 36b and 36a slightly below 39 (junction surface with b)
, the center of the diaphragm 8 is directly affected by the deformation of the upper and lower nozzles 7a and 7b, and in the stopped cold state, the center of the diaphragm 8 is on the horizontal plane 3.
9, it sinks by about 3 to 8 mrn (37) L, and conversely, in a hot state, it rises about 1.5 mm above the horizontal surface 39 (38).

この間4.5〜9.5間程度ダイヤフラム8の中心位置
が移動することになる。
During this time, the center position of the diaphragm 8 will move by about 4.5 to 9.5 degrees.

このため、フィン26〜28とプラットホーム29〜3
10間隙もそれにつれて変化し、上半ダイヤフラム8a
においては、コールド時の中心位置沈下のため前記間隙
が大幅に減少し、両者が接触、摺動する結果となる。
For this reason, the fins 26-28 and the platforms 29-3
10 The gap also changes accordingly, and the upper half diaphragm 8a
In this case, due to the center position sinking when cold, the gap is significantly reduced, resulting in contact and sliding between the two.

よって、コールド状態から起動する際と、ホット状態か
ら停止させる際、回転部の曲りを防止すべく温度の一様
化を図るため、ロータを低速でターニングさせている。
Therefore, when starting from a cold state and stopping from a hot state, the rotor is turned at a low speed in order to equalize the temperature to prevent bending of the rotating part.

しかしこのターニング用モータの容量が、静止部から出
ているフィンと、回転部のプラットホームの間隙が無い
ため、接触による摩擦力が発生するので容量不足となっ
てしまい、ターニング不可能という事態を生じ、そのた
め、タービン起動ができなくなる。
However, since there is no gap between the fins protruding from the stationary part and the platform of the rotating part, the capacity of this turning motor is insufficient due to frictional force generated by contact, resulting in a situation where turning is impossible. , Therefore, the turbine cannot be started.

またホット時にはこの逆で間隙がダイヤフラム浮沈浮上
りのため拡大し、それにコールド時の枯損による拡大も
加わって、間隙は非常に大きくなる。
In addition, when the diaphragm is hot, the gap expands due to the rising and falling of the diaphragm, and when it is cold, the gap becomes extremely large due to the expansion caused by withering.

一方、下半ダイヤフラム8bにおいては、上記した上半
ダイヤフラム8aにおける場合とは逆の現象を示し、コ
ールド時の間隙が大きく、ホット時少し枯損するという
事態を招(。
On the other hand, the lower half diaphragm 8b exhibits a phenomenon opposite to the above-mentioned upper half diaphragm 8a, and the gap is large when it is cold, leading to a situation where it dries out a little when it is hot.

このようなフィン26〜28とロータがわとの間隙の変
化及びそれに伴うトラブルの可能性は、ダイヤフラム8
がノズル7によって支持されているものにおいては常に
起こり得る問題である。
Such a change in the gap between the fins 26 to 28 and the rotor side and the possibility of trouble associated with it are caused by the diaphragm 8
This is a problem that can always occur where the nozzle is supported by the nozzle 7.

第3図の例ではピン36b 、36dによりダイヤフラ
ム8を下半ノズル7bに連結し、主にこれによってダイ
ヤフラム8の上下方向の支えを達成したが、この構造に
限らず突起と溝や、ボルトによるものなどの周知手段を
用いて連結を行う構造のものにあっても、下半ノズル7
bによりダイヤフラム8が支持されている構成ならばい
ずれもこの問題が生じる。
In the example shown in Fig. 3, the diaphragm 8 is connected to the lower nozzle half 7b by the pins 36b and 36d, and the diaphragm 8 is supported in the vertical direction mainly by this. Even if the structure is such that the connection is made using well-known means such as
This problem occurs in any configuration in which the diaphragm 8 is supported by b.

いずれの場合も上記した如き下半ノズル7bの熱伸び差
により下半ノズル7bが変形し、よってこれに支持され
ているダイヤフラム8も同様に変形してこれに伴い該ダ
イヤフラム8が上下し、結局上下方向と水平方向のギャ
ップに差が生じてしまうからである。
In either case, the lower half nozzle 7b is deformed due to the thermal expansion difference of the lower half nozzle 7b as described above, and the diaphragm 8 supported by it is also deformed, and the diaphragm 8 moves up and down accordingly. This is because a difference occurs between the vertical and horizontal gaps.

上記フィン26〜28とロータがわとの間隙の変化とそ
れによるトラブルを回避すべく、従来はその対策として
、ダイヤフラム側フィン26〜28の内径を、プラント
フオーム29〜31の外径よりも十分大きく設定し、ダ
イヤフラムが変形してもフィンとプラットフォームとが
接触しないようにしていた。
In order to avoid changes in the gaps between the fins 26 to 28 and the rotor sides and the resulting troubles, conventionally, as a countermeasure, the inner diameters of the diaphragm side fins 26 to 28 were made sufficiently larger than the outer diameters of the plant forms 29 to 31. The fins were set large to prevent contact between the fins and the platform even if the diaphragm deformed.

しかしながらこのプラットフォームとフィンとを通る冷
却空気32,33(第2図)はホイールを冷却した後、
燃焼ガス11,12の主流に加わるが、この空気は低温
であるため機械的仕事には変換されず、熱効率的には損
失となるのみならず、主流ガスの流れを乱すため効率低
下をさらに助長させている。
However, after the cooling air 32, 33 (FIG. 2) passing through the platform and fins cools the wheel,
It joins the mainstream of combustion gases 11 and 12, but since this air is at a low temperature, it is not converted into mechanical work, which not only results in a loss in terms of thermal efficiency, but also disturbs the flow of the mainstream gas, further contributing to a decrease in efficiency. I'm letting you do it.

このためこの冷却空気量をホイールの冷却に必要な最小
限にコントロールする必要がある。
Therefore, it is necessary to control the amount of cooling air to the minimum required for cooling the wheels.

ところが従来のようにフィンとプラットフォーム間に大
きな間隙をとった場合、冷却空気通過量がホイール冷却
に必要な最少空気量よりも増大し、効率低下を増加させ
ることになる。
However, if a large gap is provided between the fins and the platform as in the past, the amount of cooling air passing through will be larger than the minimum amount of air required for wheel cooling, resulting in an increased reduction in efficiency.

本発明の目的は、上記の欠点を無くし、いずれの運転状
態においてもホイールのプラントホームとダイヤフラム
のフィンが接触しないことは勿論、効率低下を最小限に
とどめることのできるシールフィン装置を提供すること
にある。
An object of the present invention is to provide a seal fin device that eliminates the above-mentioned drawbacks, and that can prevent the plant home of the wheel from coming into contact with the fins of the diaphragm in any operating state, and can also minimize the decrease in efficiency. It is in.

本発明は、ダイヤフラム側フィンの上部及び下部にプラ
ットフォームとの間隙を増大させる膨出部を形成した構
造とすることにより上記目的を達成したものである。
The present invention achieves the above object by providing a structure in which bulges are formed at the upper and lower portions of the diaphragm side fins to increase the gap with the platform.

第4図は本発明によるダイヤフラム側フィン26.27
.28の構成の一例を示す図であり、ダイヤフラム側フ
ィンの上半の上部と下半の下部には、ロータ軸心を通る
鉛直線50を挾むように、θで示す角度範囲にわたり、
それぞれ円弧状の膨出部46a + 46bを形成した
ものである。
FIG. 4 shows diaphragm side fins 26 and 27 according to the present invention.
.. 28, the upper part of the upper half and the lower part of the lower half of the diaphragm-side fin are provided with angular ranges indicated by θ so as to sandwich a vertical line 50 passing through the rotor axis.
Arc-shaped bulges 46a + 46b are formed respectively.

この場合、膨出部46a 、46bを設ける角度範囲θ
は、概ね90度乃至100度近傍とする。
In this case, the angular range θ in which the bulges 46a and 46b are provided
is approximately 90 degrees to 100 degrees.

この膨出部46a 、46bは、次のようにして構成す
る。
The bulges 46a and 46b are constructed as follows.

すなわち、円形のタービンホイール側フィン29゜30
.31と向応の中心Oを中心とし、Roを半径とする弧
状部46cの−L部及び下部を、中心0より上方向及び
下方向に偏心させた点P2.R2′を中心とし、半径R
6より小径のR2を半径とする円弧状の膨出部46a、
46bをそれぞれ形成することによって、これを設ける
ものである。
That is, the circular turbine wheel side fins 29°30
.. A point P2.31 is a point P2.31 which is centered at the center O of the parallel response, and the −L portion and the lower part of the arcuate portion 46c, whose radius is Ro, are eccentrically upward and downward from the center 0. Centered on R2', radius R
an arcuate bulge 46a whose radius is R2, which is smaller than 6;
This is provided by forming 46b, respectively.

この場合、ホイール側フィンであるプラントフオーム外
径49と中心を点Oとするダイヤフラム側フィンの弧状
部46cの内径との水平方向間隙41は冷却空気通過の
ための間隙であり、中心を点P2.P2′とする円弧状
の膨出部46a 、46bによりもたらされる垂直方向
の増加した間隙42はダイヤフラム浮沈を考慮した間隙
である。
In this case, the horizontal gap 41 between the outer diameter 49 of the plant form, which is the wheel side fin, and the inner diameter of the arcuate portion 46c of the diaphragm side fin, whose center is at point O, is a gap for cooling air to pass through, and whose center is at point P2. .. The vertically increased gap 42 provided by the arcuate bulges 46a and 46b, denoted P2', is a gap that takes into consideration the ups and downs of the diaphragm.

両間隙により構成される環状の間隙全体によって、冷却
に必要な空気量に見合う最低量が確保されればよい。
It is sufficient that the entire annular gap constituted by both gaps ensures a minimum amount of air corresponding to the amount of air required for cooling.

膨出部4′6aの最上部及び46bの最下部は中心Oと
点P2 、 P2’との間に位置し、半径をRo と同
じR1とした破線で示す楕円形状のダイヤフラム側フィ
ン45の最上部及び最下部と一致するように形成する。
The top of the bulging portion 4'6a and the bottom of the bulge 46b are located between the center O and points P2 and P2', and are located at the top of the elliptical diaphragm side fin 45 shown by the broken line with radius R1 being the same as Ro. Form to match the top and bottom.

第5図は、第4図に示したフィンの構成における円弧状
の膨出部であるθの範囲と最大変形時(このときのプラ
ントフオーム外径の相対位置を49′で示す)の最少間
隙43との関係、及びθの範囲と効率向上量との関係を
示す。
Figure 5 shows the range of θ, which is the arc-shaped bulge in the fin configuration shown in Figure 4, and the minimum gap at the time of maximum deformation (the relative position of the plant form outer diameter at this time is indicated by 49'). 43 and the relationship between the range of θ and the amount of efficiency improvement.

最少間隙43は、接触を発生させないためには0(mm
)以上必要であり、従ってO(mm)が接触限界という
ことになる。
The minimum gap 43 is 0 (mm) in order to prevent contact.
) or more, and therefore O (mm) is the contact limit.

しかし0(mm)以上といっても、最少間隙43が大き
くなると、前記した通り効率が悪くなる。
However, even if it is 0 (mm) or more, when the minimum gap 43 becomes large, the efficiency deteriorates as described above.

よって、効率を落とすことなく、しかも接触を生じさせ
ないためには、ぎりぎりのO(mm)が最も望ましい。
Therefore, in order not to reduce the efficiency and also to prevent contact, it is most desirable to set the thickness to the minimum O (mm).

第5図から、最少間隙43をゼロにする角度は、θ−9
0度近傍であることがわかる。
From FIG. 5, the angle that makes the minimum gap 43 zero is θ-9
It can be seen that the angle is close to 0 degrees.

よって90度近傍とするのが理想的であるが、90度近
傍としてあくまで最少間隙43をO(mm)とすること
をねらって設計する場合でも、実用上は加工公差の存在
を余儀なくされるため、予めこの分を見込んで設計する
必要がある。
Therefore, it is ideal to set it near 90 degrees, but even when designing with the aim of making the minimum gap 43 O (mm) near 90 degrees, in practice, there must be a processing tolerance. , it is necessary to take this into consideration in the design.

第5図を参照すると、θが100度のときの変形時の最
小間隙43は0.05闘であり、これは実用上の加工公
差上不可欠の程度である。
Referring to FIG. 5, the minimum gap 43 during deformation when θ is 100 degrees is 0.05 mm, which is an indispensable level for practical machining tolerances.

よって90度近傍から100度近傍までの範囲で、θを
設定するものである。
Therefore, θ is set in a range from around 90 degrees to around 100 degrees.

(加工公差ゼロの技術を有する場合は、90度で可能で
ある)。
(90 degrees is possible if you have technology with zero processing tolerances).

このように、θの角度が約90度以上であれば、基本的
に最大熱変形時(ダイヤフラムが最も浮上した時)にお
いてもプラン1゛フオームとダイヤフラム側フィンとが
接触して枯損することはなく、一方、θの角度が大きく
なると効率向上量は下がるので、100度近傍程度を上
限とするものである。
In this way, if the angle θ is approximately 90 degrees or more, the plan 1 form and the diaphragm side fins will not come into contact with each other and wither, even during maximum thermal deformation (when the diaphragm is at its highest level). On the other hand, as the angle θ increases, the amount of efficiency improvement decreases, so the upper limit is set at around 100 degrees.

図の効率向上量を見れば、θがこの範囲の場合、従来の
ダイヤフラム側フィンの内径を単にプラントフオーム2
9〜31の外径よりも十分大きく設定して両者の接触を
防止した装置と比較すると、それよりも本構成における
効率の方が格段に向上していることは明白であろう。
Looking at the amount of efficiency improvement in the figure, if θ is within this range, the inner diameter of the conventional diaphragm side fin can be simply changed to plant form 2.
When compared with a device in which contact between the two is prevented by setting the outer diameter to be sufficiently larger than the outer diameter of No. 9 to No. 31, it will be clear that the efficiency of this configuration is much improved.

フィンを点線45で示した構成とする技術を仮定すれば
、これと実線46a〜46cとで囲まれた部分だけ間隙
が減少し、これに基づいて効率向上という効果をもたら
すことができるのである。
Assuming a technique in which the fins are configured as shown by the dotted line 45, the gap is reduced by the portion surrounded by this and the solid lines 46a to 46c, and based on this, the effect of improving efficiency can be brought about.

例えばθを100度にすれば効率は点線45の技術より
0.05%も向上する。
For example, if θ is set to 100 degrees, the efficiency improves by 0.05% compared to the technique indicated by the dotted line 45.

これからも、従来技術に対しての効率の良さが理解され
よう。
From now on, it will be understood that the efficiency is better than the conventional technology.

第6図は本発明の他の実施例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention.

この実施例は、ダイヤフラムの中心Oを中心としてθ度
(100度近傍)の角度範囲にわたり膨出部を形成した
もので、該膨出部は、第4図で示したP、、P、’を中
心とした弧状部46d(この部分は点Oを中心としてα
度(約60度)の範囲に形成されている)と曲線部46
eからなる。
In this embodiment, a bulge is formed over an angular range of θ degrees (near 100 degrees) around the center O of the diaphragm, and the bulge is formed as shown in FIG. An arcuate portion 46d centered at (this portion is α centered at point O)
(formed in the range of approximately 60 degrees) and the curved portion 46
Consists of e.

49はダイヤフラムの中心Oとロータ軸心とが一致した
時のプラントフオーム外径を示しており、49’はダイ
ヤフラムの最大浮上時(ロータ軸心がσの点に一致する
時)のプラントフオーム外径を示す。
49 indicates the outside diameter of the plant form when the center O of the diaphragm coincides with the rotor axis, and 49' indicates the outside diameter of the plant form when the diaphragm has maximum floating (when the rotor axis coincides with the point σ). Indicates diameter.

このような構成とすることにより、プラットフォームと
ダイヤフラムフィンとの間隙は、矢印で示すロータの回
転方向に沿って、48a、48b。
With this configuration, the gaps between the platform and the diaphragm fins are 48a and 48b along the rotational direction of the rotor shown by the arrow.

48cと変化し、48bで絞られ48cで増加するとい
うサイクルが1回転のうちで左右2ケ所で行われること
になり、冷却空気の漏洩の割合が第4図の実施例よりも
更に減少するので効率がより向上する。
The cycle of changing to 48c, narrowing at 48b, and increasing at 48c is performed at two places on the left and right in one rotation, and the rate of leakage of cooling air is further reduced than in the embodiment shown in Fig. 4. Greater efficiency.

なお、この実施例のように構成する場合も、第5図の実
施例について説明したのと同様の理由により、θは90
度近傍から100度近傍の範囲とする。
Note that even when configured as in this embodiment, θ is 90 for the same reason as explained in the embodiment of FIG.
The range is from around 100 degrees to around 100 degrees.

曲線部46eの範囲は、このθに対応して定まることに
なる。
The range of the curved portion 46e is determined corresponding to this θ.

以上説明したように、本発明のシールフィン装置は、ノ
ズルとダイヤフラムが各々水平面で分割されて成るとと
もに該ダイヤフラムはノズルにより支持することにより
該ダイヤフラムの上下方向の支えを下半ノズルによって
行う構成のタービンに用いる装置であるにも拘らず、該
ノズルの熱による変形(特に下半ノズルの変形)に伴っ
てこれに支持されたダイヤフラムの浮沈の発生があって
も、フィンと回転がわとの接触も起きず、かつ効率低下
も最小限にとどめ得るものである。
As explained above, the seal fin device of the present invention has a configuration in which the nozzle and the diaphragm are each divided on a horizontal plane, and the diaphragm is supported by the nozzle, so that the diaphragm is supported in the vertical direction by the lower half nozzle. Although the device is used in a turbine, even if the diaphragm supported by the nozzle floats or sinks due to thermal deformation of the nozzle (particularly the deformation of the lower half nozzle), the relationship between the fins and the rotating gauntlet will be maintained. No contact occurs, and the decrease in efficiency can be kept to a minimum.

すなわち本発明においては、冷却に必要な空気量を環状
の間隙で確保するとともにその間隙のうち上部及び下部
はダイヤフラムの浮沈を考慮した間隙となるように、ダ
イヤフラム側フィンの上部及び下部に膨出部を設け、こ
の膨出部の角度範囲は概ね90度乃至100度近傍とし
、その場合該膨出部はフィンにホイール側のフィン中心
よりも上方及び下方にそれぞれ偏位した点を中心として
ホイール側フィンよりも半径が小径の弧状部を設けて、
ダイヤフラム側のフィンの上部及び下部をそれぞれ」二
方向及び下方向に膨出させるか、あるいはダイヤフラム
側フィンの上部及び下部に膨出して形成した弧状部を設
けてこの弧状部の端部は非膨出部の端部との間を曲線部
により結ばれるように構成することにより設けたものな
ので、かかる膨出部によりフィン枯損のおそれが確実に
防止されよって該枯損による補修の必要が無く、かつ当
然フィン枯損による振動も無く、またフィン接触による
摩擦力の増大に伴うターニングモータの容量不足が解消
でき、スムーズな起動停止が可能となる。
That is, in the present invention, the amount of air necessary for cooling is secured in the annular gap, and the upper and lower portions of the gap are bulged at the upper and lower portions of the diaphragm side fins so that the upper and lower portions are gaps that take into consideration the ups and downs of the diaphragm. The angular range of this bulge is approximately 90 degrees to 100 degrees, and in this case, the bulge is located on the wheel with the center of the fin being offset above and below the center of the fin on the wheel side. By providing an arcuate portion with a smaller radius than the side fins,
Either the upper and lower parts of the fins on the diaphragm side are bulged in two directions and downwards, respectively, or the upper and lower parts of the fins on the diaphragm side are provided with bulged arcuate parts, and the ends of these arcuate parts are not swollen. Since the protruding part is configured to be connected to the end of the fin by a curved part, the risk of the fin withering is reliably prevented by the bulging part, and there is no need for repair due to the withering. Naturally, there is no vibration due to fin deterioration, and the lack of capacity of the turning motor due to increased frictional force due to fin contact can be resolved, making smooth starting and stopping possible.

さらにそればかりでな(、ダイヤフラム浮沈を考慮した
間隙量の増大を少なくすることができるので、従来のも
のに比べて効率の向上が達成できるという効果を有する
Furthermore, since it is possible to reduce the increase in the amount of gap in consideration of diaphragm floating and sinking, it has the effect of achieving an improvement in efficiency compared to the conventional one.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は回転ホイール部を低温冷却空気で冷却するため
の概略系統図、第2図はシールフィン部の詳細図、第3
図は第2段ノズル及びダイヤフラムの断面図、第4図は
本発明によるダイヤフラムフィンの一実施例の構成を従
来例と比較して示す図、第5図は第4図の実施例の効果
を示す図、第6図は本発明の他の実施例を示す図である
。 4・・・・・・第1段ホイール、5・・・・・・第2段
ホイール、7・・・・・・第2段ノズル、8・・・・・
・第2段ダイヤフラム、14・・・・・・冷却空気、2
6〜28・・・・・・ダイヤフラム側フィン、29〜3
1・・・・・・ホイール側フィン、41・・・・・・冷
却空気通過所要間隙、42・・・・・・ダイヤフラム浮
沈を考慮した拡大間隙、46 a 、46 b・・・・
・・弧状膨出部、46c・・・・・・弧状部(非膨出部
)、46d・・・・・・弧状部(膨出部の一部)、46
e・・・・・・曲線部(膨出部の一部)、θ・・・・・
・角度範囲。
Figure 1 is a schematic system diagram for cooling the rotating wheel part with low-temperature cooling air, Figure 2 is a detailed diagram of the seal fin part, and Figure 3 is a detailed diagram of the seal fin part.
The figure is a cross-sectional view of the second stage nozzle and the diaphragm, FIG. 4 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the diaphragm fin according to the present invention in comparison with a conventional example, and FIG. 5 shows the effect of the embodiment of FIG. 4. The figure shown in FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention. 4... 1st stage wheel, 5... 2nd stage wheel, 7... 2nd stage nozzle, 8...
・Second stage diaphragm, 14... Cooling air, 2
6-28...Diaphragm side fin, 29-3
1...Wheel side fin, 41...Gap required for passage of cooling air, 42...Gap enlarged in consideration of diaphragm ups and downs, 46 a, 46 b...
...Arc-shaped bulge, 46c...Arc-shaped part (non-bulge), 46d...Arc-shaped part (part of the bulge), 46
e...Curved part (part of the bulge), θ...
・Angle range.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ノズルとダイヤフラムが各々水平面で分割されて成
るとともに該ダイヤフラムはノズルにより支持すること
により該ダイヤフラムの上下方向の支えを下半ノズルに
よって行う構成のタービンに用いる装置であって、その
タービンホイールとダイヤフラムの相互の対向面にダイ
ヤフラム側のものがより大径をなす円環状のフィンをそ
れぞれ突設し、両フィン間の間隙に冷却空気を流すシー
ルフィン装置において、 前記両フィン間の環状の間隙が冷却に必要な空気量に見
合うものとなるとともにその環状の間隙の上部及び下部
はダイヤフラムの浮沈を考慮した間隙となるように、前
記ダイヤフラム側フィンの上部及び下部に膨出部を設け
、該ダイヤフラム側フィンの上部及び下部に膨出した膨
出部はロータ軸心を通る鉛直線を挾んで概ね90度乃至
100度近傍の角度範囲にわたって形成するものとし、
かつ該膨出部は、ダイヤフラム側フィンの上部及び下部
をホイール側のフィン中心よりも上方及び下方にそれぞ
れ偏位した点を中心としてホイール側フィンよりも半径
が小径の弧状部に形成することによりダイヤフラム側フ
ィンの上部及び下部をそれぞれ上方向及び下方向に膨出
させて設けたものであることを特徴とするタービンホイ
ールとダイヤフラムのシールフィン装置。 2 ノズルとダイヤフラムが各々水平面で分割されて成
るとともに該ダイヤフラムはノズルにより支持すること
により該ダイヤフラムの上下方向の支えを下半ノズルに
よって行う構成のタービンに用いる装置であって、その
タービンホイールとダイヤフラムの相互の対向面にダイ
ヤフラム側のものがより大径をなす円環状のフィンをそ
れぞれ突設し、両フィン間の間隙に冷却空気を流すシー
ルフィン装置において、 前記両フィン間の環状の間隙が冷却に必要な空気量に見
合うものとなるとともにその環状の間隙の上部及び下部
はダイヤフラムの浮沈を考慮した間隙となるように、前
記ダイヤフラム側フィンの上部及び下部に膨出部を設け
、該ダイヤフラム側フィンの上部及び下部に膨出した膨
出部はロータ軸心を通る鉛直線を挾んで概ね90度乃至
100度近傍の角度範囲にわたって形成するものとし、
かつ該膨出部は、ダイヤフラム側フィンの上部及び下部
を膨出させて弧状部に形成し、かつこの弧状部の端部は
、非膨出部の端部との間を曲線部により結ばれる構成と
することにより設けたものであり、かつこの場合該弧状
部と曲線部が、ロータ軸心を通る鉛直線を挾んでそれぞ
れ60°近傍の角度範囲及び前記膨出部の膨出角度に対
応して90度乃至100度近傍の角度範囲にわたって形
成されていることを特徴とするタービンホイールとダイ
ヤフラムのシールフィン装置。
[Scope of Claims] 1. A device used in a turbine in which a nozzle and a diaphragm are each divided in a horizontal plane, and the diaphragm is supported by a nozzle, so that the diaphragm is supported in the vertical direction by a lower half nozzle. , a seal fin device in which annular fins, the one on the diaphragm side having a larger diameter, are provided on mutually opposing surfaces of the turbine wheel and the diaphragm, and cooling air flows into the gap between the two fins, The upper and lower portions of the diaphragm-side fins are bulged so that the annular gap between them is suitable for the amount of air required for cooling, and the upper and lower portions of the annular gap are gaps that take into consideration the ups and downs of the diaphragm. The bulges at the top and bottom of the diaphragm side fins are formed over an angular range of approximately 90 degrees to 100 degrees across a vertical line passing through the rotor axis,
The bulging portion is formed by forming the upper and lower portions of the diaphragm side fins into arcuate portions having a radius smaller than that of the wheel side fins, with the centers being at points offset upward and downward, respectively, from the center of the wheel side fins. A seal fin device for a turbine wheel and a diaphragm, characterized in that the upper and lower portions of the diaphragm side fins are bulged upward and downward, respectively. 2. A device used in a turbine having a configuration in which a nozzle and a diaphragm are each divided in a horizontal plane, and the diaphragm is supported by a nozzle, so that the diaphragm is supported in the vertical direction by a lower half nozzle, and the turbine wheel and diaphragm are In a seal fin device in which annular fins, the one on the diaphragm side having a larger diameter, are protruded from mutually opposing surfaces of the fins, and cooling air is flowed into the gap between the two fins, the annular gap between the two fins is A bulge is provided at the upper and lower parts of the diaphragm side fin so that the upper and lower parts of the annular gap correspond to the amount of air required for cooling, and the upper and lower parts of the annular gap take into consideration the ups and downs of the diaphragm. The bulges bulging at the top and bottom of the side fins are formed over an angular range of approximately 90 degrees to 100 degrees between the vertical line passing through the rotor axis,
The bulging portion is formed into an arcuate portion by bulging the upper and lower portions of the diaphragm side fin, and the end of the arcuate portion is connected to the end of the non-bulging portion by a curved portion. In this case, the arcuate portion and the curved portion correspond to an angular range of around 60° and a bulging angle of the bulging portion, respectively, sandwiching a vertical line passing through the rotor axis. A seal fin device for a turbine wheel and a diaphragm, characterized in that the seal fin device is formed over an angular range of approximately 90 degrees to 100 degrees.
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