JPS641644B2 - - Google Patents

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、タービン羽根車の外周部からの流体
漏洩を防止する装置に係り、特に漏洩量の低減を
図るのに好適なタービンの漏洩防止装置に関す
る。

（従来の技術） 一般に、蒸気・ガスタービン等の軸流タービン
は、静止しているノズルと回転する羽根とから構
成されており、ノズルは圧力の高い上流から圧力
の低い下流に流体を流して膨張させ、熱エネルギ
を速度エネルギに変換し、また羽根はこの速度エ
ネルギを受けて車軸の回転エネルギ（動力）に変
換する。羽根と車軸とを結合したものは羽根車と
呼ばれる。

この羽根車の外周部は、羽根車が回転している
ため、これに対向するノズルダイヤフラム外輪ま
たは車室等の静止部との間に必然的に所要の間〓
を有している。この間〓を漏洩する流体は、羽根
の内部を通過しないので有効な動力を生ぜしめな
いのみならず、本来の羽根の内部を通過する有効
な流れ（主流と呼ばれる）に干渉して乱れを与え
るため有害である。

したがつて、タービンの性能を向上させるため
には、この羽根車外周部における流体の漏洩量を
いかに低減するかが重要な課題となる。

一般に、この漏洩量を低減させる方法としては
羽根外周部にシユラウドを取付けて羽根車外周側
を仕切るとともに、ノズルダイヤフラム外輪また
は車室等の静止部にチツプフインを設け、シユラ
イド外周とチツプフイン先端との径方向（羽根の
長手方向）の間〓を詰めることが行なわれている 第１図は従来の最も一般的な構造の漏洩防止装
置を示すもので、羽根１の頂部にはシユラウド２
が設けられ、ノズルダイヤフラム３にはチツプフ
イン４が設けられている。そしてシユラウド２と
の径方向間〓が小さくなるようにチツプフイン４
を製作、調整して流体の漏洩を防止している。

第２図は第１図に示すものを改良した装置を示
すもので、シユラウド２を羽根１と一体削り出し
溶接または沈み込みテノン等によつて羽根１に固
定し、その外周面を凹凸のない平滑な回転面とす
るとともに、チツプフイン４の歯数を増して漏洩
量の低減を図つている。

（発明が解決しようとする問題点） 第１図に示す装置は、製作が容易で運用上も問
題なく多くの実績があるが、チツプフインの歯数
が少ないため漏洩量を極少にすることは困難であ
る。

これに対して第２図に示す装置は、漏洩量を低
減させるという機能の面で第１図より優れており
近年多用される傾向にある。このような構成によ
ると、軸線方向寸法が制約されている部位に複数
のチツプフインを植設しなければならない。この
フイン数が多すぎるとフインピツチが小さくな
り、フインを通過した漏洩流体が高速度エネルギ
ーで下流のフインへ流れる吹き抜け現象が発生す
る。すなわちシユラウド外周にそつて直接的に漏
洩する流体（第２図における矢印Ａ）が発生す
る。また逆にフインピツチを大きくすると、フイ
ン数が減少するために充分な漏洩効果が得られ
ず、漏洩量が増加する。このようにフインピツチ
の取り方によつて漏洩防止効果が大きく変化す
る。

本発明はかかる従来の難点を解決するためにな
されたもので、その目的とするところは、シユラ
ウド等の軸線方向寸法が制約されたタービンの漏
洩防止装置において、吹き抜け現象及び漏洩量増
大現象を抑制することのできる適切なフインビツ
チを有するとともに、シユラウドの外周の形状が
漏洩防止効果を増大することのできる構造からな
るタービンの漏洩防止装置を提供するにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、このような目的を達成するために次
のような手段からなる。すなわち、シユラウドの
外周面を断面矩形波状の凹凸面に形成し、かつチ
ツプフインをこの凹面と凸面とに交互に対応させ
て配置する。さらに、相隣るチツプフインの軸方
向のピツチをシユラウドとチツプフインとの間〓
の４ないし10倍とし、凸面の凹面からの立上がり
寸法を、シユラウドとチツプフインとの間〓の
1.2ないし２倍とする。

（作用） 本発明によると、漏洩流体の吹き抜け現象は抑
制され、チツプフインが少ないことによる漏洩量
が増大する現象も生じない。また、漏洩流体は凹
凸面とチツプフインに有効に衝突して速度エネル
ギーを消滅し、相乗効果により漏洩は防止され
る。

（実施例） 以下本発明を第３図に示す一実施例に基づいて
説明する。

図において１は羽根であり、この羽根１の先端
部にはシユラウド２が設けられ、またノズルダイ
ヤフラム３のシユラウド２に対向する部位には、
背丈の長いチツプフイン４ａと背丈の短かいチツ
プフイン４ｂとが軸方向に等間隔で交互に設けら
れている。

シユラウド２の外周面、すなわちチツプフイン
４ａ，４ｂとの対向面は、第３図に示すように断
面矩形波状の凹凸面に形成され、その凹面２ａに
は前記チツプフイン４ａが対向し、また凸面２ｂ
にはチツプフイン４ｂが対向している。

しかして、上流端の凹面２ａとチツプフイン４
ａとの間〓より漏洩した流体は、その下流側の凸
面２ｂによつて速度エネルギが消散した後、凸面
２ｂとチツプフイン４ｂとの間〓より漏洩するこ
とになる。この流体は、その下流側で前記同様の
動作が繰返されてそのエネルギが消散することに
なる。

ここで、第３図に示すように凸面２ｂの凹面２
ａからの立上がり寸法をｓ、相隣るチツプフイン
４ａ，４ｂの軸方向ピツチをｔ、フイン４ａ，４
ｂとシユラウド２との間〓をｃ、シユラウド２の
軸方向長さをＬとすると、これらの値s.t.c.Lは漏
洩防止機能に大きな影響を与える。

本出願人は漏洩防止機能に関する実験を行ない
第４図および第５図に示す結果を得た。第４図は
シユラウド２の軸方向長さＬを一定とした場合、
チツプフイン４ａ，４ｂの数すなわちそのピツチ
ｔとフイン４ａ，４ｂとシユラウド２との間〓を
ｃとの比（ｔ／ｃ）と漏洩量との関係を示す実験
結果である。一般にピツチｔの最適ピツチＴは、
理論的に導かれる方程式Ｔ＝Ｍ・Ｃ（Ｍは蒸気タ
ービンのシール部形状パラメータを示す実験定
数、Ｃはフインとシユラウドとの間〓値）から求
められる。この実験定数Ｍの値は、蒸気タービン
羽根が高速回転した時にシール部の流体に作用す
る旋回流によつて影響を受ける。それは次のよう
な理由によるものである。すなわち、タービン回
転体の周速が増加すると、シール部の漏洩流体の
漏洩方向は旋回して軸線方向に対する旋回角が大
きくなる。この旋回角の増大は、フイン間の膨脹
空間において、旋回損失により速度エネルギーを
消滅するために、吹き抜け現象を抑制する。その
ために結果的に漏洩防止効果が増大する。また旋
回により漏洩流体の旋回方向のフインピツチは
ｔ／cosθとなり、旋回なしに比べて長くなる。第
４図にこの旋回角が変化した場合の漏洩量の実験
結果を示す。

このようにシール構造や流体的条件によつてＭ
値は多少変化する。したがつてこのような論理的
根拠に加えて、個々の設計条件に合つた漏洩実験
により、Ｍの最適値を求める必要がある。発明者
は、Ｍの一般的な値を8.9とし、さらに漏洩実験
を行つた。

まず実験内容は次の通りである。一般に蒸気タ
ービン羽根の周速は高圧から低圧段落において約
150〜300ｍ／ｓと変化する。

そのため羽根先端の漏洩蒸気はシール部を通過
する際、羽根の回転により旋回流となり、各段落
によつて旋回角が異なり、また負荷変化に対して
も旋回角が変化する。このような旋回流の旋回角
の変化の範囲は最小旋回角を0゜とし、タービン設
計条件での最大旋回角度を45゜と仮定して実験を
行つた。この最大旋回角度の値は、一般的に旋回
流の旋回角が約45゜以上になると、シール室内で
複雑な渦流が発生し、完全に速度エネルギーが消
滅し吹抜け現象がなくなることから限定したもの
である。

実験は、段左ｓ／間隔ｃ＝1.35と2.0の両方で
行つたが、ほぼ同様の傾向を示した。実験の結
果、旋回角０〜45゜、段差ｓ／間隔ｃ＝1.2〜2.0の
範囲において、旋回角が0゜の場合には、第４図の
グラフａに示すように漏洩量の最小値はｔ／ｃ＝
10となりこれよりｔ／ｃを大きくすると（フイン
数を減らす）、漏洩量が急増し、逆にｔ／ｃを小
さくすると（フイン数を増やす）、吹抜け現象に
より漏洩量が増加する。旋回各45゜の場合には、
第４図のグラフｂに示すように漏洩量の最小値は
ｔ／ｃ＝４となり、上記同様の変化となる。この
ような実験結果より、フイン４ａ，４ｂのピツチ
ｔはシユラウド２とフイン４ａ，４ｂとの間〓ｃ
の４ないし10倍とするのが好ましい。

第５図は、凸面２ｂの凹面２ａからの立上がり
寸法ｓとフイン４ａ，４ｂとシユラウド２との間
〓ｃとの比（ｓ／ｃ）と、漏洩量との関係を示す
実験結果である（第５図のグラフは、ｔ／ｃ＝
4.8で行つた結果を示している）。これからも明ら
かなように、凸面２ｂの立上がり寸法ｓは、フイ
ン４ａ，４ｂとシユラウド２との間〓ｃの1.2倍
以上になつたときに漏洩防止効果が高まる。これ
は立上がり寸法ｓがある程度以上になると、漏洩
流体が凸面２ｂ、凹面２ａ、フイン４ａ，４ｂ等
に有効に衝突して、その速度エネルギーが消滅す
ることにより、前述の吹抜現象が発生しなくなる
からである。しかしながらこの立上がり寸法ｓを
極端に大きくすると、シユラウド２の厚さを増加
させなければならず、回転体の遠心力増加につな
がる。したがつて、この立上がり寸法ｓを間〓Ｃ
の２倍以内とするのが現実的である。

以上説明したように本実施例によれば、回転体
の周速が高速になり、旋回流が生じても、上述し
た実験結果により得られた適切なフインピツチを
有するので、吹き抜け現象や漏洩量増加現象を防
止できる。特にシユラウドの軸線方向寸法Ｌは一
定値で制限されており、この一定寸法Ｌに対して
最適なピツチ及び寸法形状とすることができる。

さらに、シユラウド外周面の形状を凹凸状に、
その立上がり寸法をフイン４ａ，４ｂとシユラウ
ド２との間〓ｃの1.2倍ないし２倍とすることに
より、吹き抜け現象を抑制して漏洩流体量を減少
することができる。とりわけ本実施例によると、
この両者の効果が相乗効果となつて、漏洩流体の
速度エネルギーを減少させることができるととも
に、漏洩流体の吹き抜け現象および漏洩量増加を
抑制することができる。したがつて、漏洩流体量
を激減することができ、タービンの性能を向上さ
せることができる。しかも構造が簡単であるので
制作費を増大させることがない。

〔発明の効果〕

以上本発明を好適な実施例に基づいて説明した
が、本発明によれば、漏洩流体の吹き抜け現象お
よび漏洩量増加現象を抑制できる最適のピツチで
チイプフインを配設することにより、漏洩流体を
有効に防止できる。さらにシユラウドの外周を凹
凸状にして、漏洩防止に有効な立上がり寸法とす
ることにより、漏洩防止効果が相乗効果となつ
て、漏洩流体を激減することができる。また、シ
ユラウド等の軸線方向は一定であるので、最も漏
洩防止効果のある構造からなるタービンの漏洩防
止装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来例をそれぞれ示す断
面図、第３図は本発明の一実施例を示す断面図、
第４図および第５図は本発明に係る装置の機能に
関する実験結果をそれぞれ示すグラフである。 １……羽根、２……シユラウド、２ａ……凹
面、２ｂ……凸面、３……ノズルダイヤフラム、
４ａ，４ｂ……チツプフイン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 羽車の先端に取付けられ、外周面が断面矩形
   波状の凹凸面に形成されたシユラウドと、このシ
   ユラウドに対向する静止部に取付けられ、前記凹
   面と凸面とに交互に対応されて配置された複数の
   チツプフインとによつて漏洩を防止するタービン
   の漏洩防止装置において、すべての運転状態にわ
   たつて相隣るチツプフインの軸方向のピツチをシ
   ユラウドとチツプフインとの間隙の４ないし10倍
   とし、凸面の凹面からの立上がり寸法を、シユラ
   ウドとチツプフインとの間〓の1.2ないし２倍と
   したことを特徴とするタービンの漏洩防止装置。