JPS63205404A - 軸流タ−ビンの漏洩防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は軸流タービンの静止部と回転部との間における
流体の漏洩防止装置に係り、特に回転部の振動防止およ
びタービン効率向」二が有効に図　−れる軸流タービン
の漏洩防止装置に関する。

（従来の技術） 一般に、軸流タービンはロータ、羽根等からなる回転部
と、ケーシング、ノズル等からなる静止部とを有する構
成とされている。この回転部と静止部との間には相互の
接触を避けるために間隙が必要となるが、その間隙部で
の作動流体の漏洩はエネルギ損失となることから、従来
より漏洩流量を減少するための非接触シール機構が説（
プられている。

第５図は従来の漏洩防止＠置を示す。軸流タービン段落
を構成する静止部としてのノズル支持用のダイアフラム
内輪１と、回転部としてのロータ２との間隙部に位置し
て、そのダイアフラム内輪１にラビリンスフィン３が設
りられている。同様にダイアフラム外輪４と、ロータ２
に嵌合した羽根５の先端部のシュラウド６との間隙部に
位置して、そのダイアフラム外輪４にデツプフィン７が
設けられている。さらにロータ２の軸’４７！ｊｌ近傍
では、ケーシング８とロータ２との間隙部に位置して、
ケーシング８にグランドラビリンスフィン９が設けられ
ている。

しかして、段落主流から分岐した漏洩流が各フィン３，
７．９の先端の間隙を通り、フィン間に形成される膨張
室１０で膨張することにより、漏洩流の流速が失われ、
シール効果が得られる。

ところが、実際上フィン先端の間隙は微小であるため、
ロータ２が僅かでも偏心していると漏洩量が周方向で変
化し、膨張室１０内部の圧力も周方向で変化する。そし
て、この圧力差によってロータ２に対する流体励振力が
発生し、ロータ２の振動が増大する場合がある。特に人
容母タービンではロータ径が大きく、かつ作動流体が高
圧であるため、流体励振力が大きくなり、ロータの異常
振動が発生し易い。

従来、上述の流体励振力はフィン前後の圧力比、ロータ
偏心量、フィン形状およびフィン間に流れ込む流体のエ
ネルギ等に依存し、特にフィンに流入する流体の旋回方
向速度成分への依存度が大きいことが知られている（例
えばＨ，Ｂｅｒｃｋｅｔ、　ＴＨＩＥＣ２５８／８０　
、　Ｓｅｐ、１９８０）。

第６図により旋回方向速度の影響について考察する。縦
軸に励振力、横軸に流体の回転エネルギをとり、その関
係を示している。図示のように、旋回方向速度Ｃｕが増
大するに従って流体励振力が増大することが認められる
。

そこで、これまでに旋回方向速度成分に起因するロータ
の異常振動の発生を防止する技術が開発され、例えばラ
ビリンスフィンの入口部に旋回防止板を設（プること（
例えば特開昭５６−６９４０３号、特開昭５８−２２２
９０２号等）が提案されている。

しかしながら、旋回防止板を設ける手段では、ラビリン
スフィン入口の旋回流を抑制し、ロータの異常振動発生
を防止することが可能でも、流体の持つ速度エネルギが
軸方向に向けられるため、ラどリンスフィン入口の圧力
が高くなり、それだけラビリンスフィンを通過する漏洩
量が増加し、これによりタービン効率が低下する問題が
ある。

即ち第７図（ａ＞、（ｂ）に示すように、ノズルダイア
フラム内輪１のラビリンスフィン３人口部に周方向に間
隔的に旋回防止板１１を設けた場合、この旋回防止板１
１によって漏洩流体の旋回方向速度成分Ｃｕは消滅し、
軸方向速度成分Ｃｘだけが残り、流体の持つ速度は減少
する。ところが、第７図（Ｃ）に示すように、ラビリン
スフィン３部の軸方向圧力分布を調べると、旋回防止板
１１がない場合の圧力Ｐ。に比べて、旋回防止板１１を
設けた場合の圧力Ｐ１は高くなり、それだけ漏洩量が増
大することになる。

（発明が解決しようとする問題点） 旋回防止板を設ける従来の技術では旋回流抑制効果が得
られてもフィン入口の圧力上昇によって漏洩量が増大し
、タービン効率の低下を招く問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたちので、フィ
ン入口の旋回流による回転部の異常振動を防止できるだ
けでなく、フィン漏洩流量を減少してタービン効率の向
上も図れる軸流タービンの漏洩防止装置を提供すること
を目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、静止部に設けたフィンと回転部との間の間隙
を狭量に設定することにより、その間隙部分を介しての
流体漏洩を防止する軸流タービンの漏洩防止装置におい
て、前記回転部にフィン上流側に位置させて前記固定部
に向って突出づ−る突起を設けるとともに、前記固定部
に前記突起とフィンとの間に間口する流体噴出孔を設け
、この流体噴出孔は漏洩流体よりも高圧の流体供給部に
連通し、かつ流体噴出方向を回転部の回転方向と対向す
る方向に設定してなることを特徴とする。

（作用） フィンに流入しようとする通常の漏洩流体は回転部に設
りた突起によってフィンの上流側で流入を阻止され渦を
形成する。この渦には旋回方向成分が含まれるが、静止
部に設けた流体噴出孔から回転部の回転方向と対向する
方向に噴出する流体との衝突にＪ：って旋回速度成分を
消失させられるので、これにより流体の旋回成分に起因
する回転部の異常振動発生が防止される。

また、フィン入口部の旋回速度成分を持つ流体と、静止
部側からの噴出流体との衝突によって、旋回速度成分を
持つ流体のエネルギも消滅し、フィン入口部の圧力が低
下するため、フィンを介して漏洩する流体の量も低減す
る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図を参照して説
明する。

第１図および第２図は静止部としてのノズルダイアフラ
ム内輪２１と、回転部としてのロータ２２との間の流体
シール部構成を示す。ダイアフラム内輪２１にラビリン
スフィン２３を突設し、このラビリンスフィン２３とロ
ータ２２との間の間隙を狭量に設定している。このもの
において、ロータ２２の外周部にラビリンスフィン２３
上流側に位置させてダイアフラム内輪２１に向って鍔状
に突出する突起２４を設けている。なお、この突起２４
の突出高さはラビリンスフィン２３の先端よりも外周側
に高く設定している。

また、ダイアフラム内輪２１にはラビリンスフィン２３
と突起２４との間に開口する流体噴出孔２５を設けてい
る。この流体噴出孔２５は後述するように漏洩流体より
も高圧の流体供給部に連通している。また、第２図に示
すように、この流体噴出孔２５は周方向に等間隔で複数
設け、かつロータ２２の回転方向ａと対向する方向すに
流体噴出方向を設定しである。

第３図は流体噴出孔２５の流体供給部側への経路を示し
ている。流体噴出孔２５はノズル２６およびダイアフラ
ム外輪２７に設けた供給管２８ａおよび供給孔２８ｂを
介して段落人口部に連通し、この高圧な段落人口部を流
体供給部２９として高圧流体が供給される。つまり、流
体供給部２９は　　　　。

流体噴出孔２５が配置する段落よりも上流側の段落に連
通ずることにより、漏洩流体よりも高圧の流体供給を受
けるようになっている。

しかして、ラビリンスフィン２３を通過しようとする漏
洩流体はロータ２２の回転方向に沿う旋回速度成分をも
ってフィン入口部に流入するが、突起２４により半径方
向外向きに転向し、ラビリンスフィン２３の手前で渦３
０を形成する。この渦３０は、なお強い旋回速度成分を
有しているが、流体噴出孔２５から噴出する流体３１が
旋回速度を停止する方向に沿うものであることから、両
流体の衝突によって漏洩流体の旋回速度エネルギが損失
となって消滅し、ラビリンスフィン２３を流通する流体
は旋回速度成分を持たないものとなる。

また、渦３０と噴出流体３１とが衝突することにより、
圧力損失が生じるため、ラビリンスフィン２３の入口圧
力が低く保たれ、ラビリンスフィン２３を通過する流量
は十分に抑制される。

したがって、漏洩流体の旋回速度成分の消失によりロー
タ２２の異常振動発生が防止されるとともに、ラビリン
スフィン２３の漏洩流量の減少によってタービン効率が
向上し、タービンの信頼性および性能の向上が図れるも
のとなる。

なお、第３図に示すように、ケーシング３２に取付けた
グランドラビリンスフィン３３部分についても、ケーシ
ング内に流体噴出孔３４を設り、これを供給管３５ａお
よび供給孔３５ｂにより、上流側段落からなる高圧の流
体供給部３６に連通させて、前記同様の作用効果を得る
ことができる。

なお、３７は突起を示す。

第４図はダイアフラム外輪２７と、ロータ２２に取付け
た羽根３９との間の間隙シール部を示している。羽根３
９の外周側シュラウド４０に突起４１を設置Ｊ、この突
起４１とチップフィン４２との間に位置させてダイアフ
ラム外輪３８に流体噴出孔４３を設けている。流体噴出
孔４３は上流側の段落からなる流体供給部４４に連通し
ている。

このような構成部においても、前記同様の作用効果が得
られることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、フィン入「１側の回転
部に突起を設け、この突起とフィンとの間の静止部に高
圧部と連通した流体噴出孔を設けたことにより、旋回成
分を持った漏洩流体と噴出流体を衝突させ、これにより
漏洩流体の持つ旋回速痕成分を消失させて回転部の異常
振動防止が図れるとともに、フィンを漏洩する流量を減
少させることによりタービン効率の向上が図れるものと
なり、所期の目的を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る軸流タービンの漏洩防止装量の一
実施例を示す要部拡大図、第２図は第１図の■−■線断
面図、第３図は段落部を数段に亘って示した図、第４図
は羽根先端側を示す拡大図第５図は従来例を示す図、第
６図は異常振動の要因を示すグラフ、第７図（ａ）は従
来の旋回防止技術を示す図、同図（ｂ）は同図（ａ）の
Ｂ−Ｂ線矢視図、同図（Ｃ）は同図（ａ）、（ｂ）に対
応する圧力の軸方向分布を示すグラフである。 ２１．２７．３２・・・静止部、２２．３９・・・回転
部、２４．３７．４１・・・突起、２５．３４．４３・
・・流体噴出孔、２９，３９．４４・・・流体供給部。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久第１図 、ＩＤｑＥごｈｇｃｕ Ｅ：；汽イ本の回転エネルキ” 第６図 軸方向４立置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 静止部に設けたフィンと回転部との間の間隙を狭量に設
   定することにより、その間隙部分を介しての流体漏洩を
   防止する軸流タービンの漏洩防止装置において、前記回
   転部にフィン上流側に位置させて前記固定部に向つて突
   出する突起を設けるとともに、前記固定部に前記突起と
   フィンとの間に開口する流体噴出孔を設け、この流体噴
   出孔は漏洩流体よりも高圧の流体供給部に連通し、かつ
   流体噴出方向を回転部の回転方向と対向する方向に設定
   してなることを特徴とする軸流タービンの漏洩防止装置
   。