JPWO2018230411A1 - 軸流回転機械 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2017年6月12日に日本国に出願された特願2017−115364号に基づき優先権を主張し、この内容をここに援用する。
軸線を中心として回転するロータと、前記ロータの外周側を覆うケーシングと、前記ケーシングの内側に設けられ、前記軸線に対する周方向に並んでいる複数の静翼と、前記軸線に対する径方向に延びる媒体流変更面を有する媒体流変更部材と、を備える。前記ケーシングは、作動媒体を内部に導く媒体入口と、前記媒体入口よりも前記軸線が延びる軸線方向における下流側である軸線下流側に位置する媒体出口と、を有する。前記ロータは、前記軸線を中心として、前記軸線が延びる軸線方向に長いロータ軸と、前記周方向に並んで前記ロータ軸に固定されている複数の動翼と、を有する。複数の前記静翼及び複数の前記動翼は、いずれも、前記軸線方向で前記媒体入口と前記媒体出口との間に配置されている。複数の前記動翼は、複数の前記静翼よりも前記軸線下流側に配置されている。複数の前記静翼は、いずれも、前記径方向に延びて翼形を成す翼体と、前記翼体の前記軸線に対する径方向内側に設けられている内側シュラウドと、前記内側シュラウドの前記径方向内側に設けられている一以上のシールフィンと、を有する。前記ロータ軸には、前記径方向内側に向かって凹んで前記軸線を中心として環状を成し、前記内側シュラウド及び一以上の前記シールフィンが非接触で入り込む環状溝が形成されている。前記環状溝は、前記軸線に対する径方向外側を向く溝底面と、前記溝底面の前記軸線下流側の端から前記径方向外側に向かって広がる下流側溝側面と、を有する。前記媒体流変更面は、前記軸線方向で前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側を向き、且つ前記溝底面から前記径方向外側に向かって広がっている。前記内側シュラウドで最も前記軸線下流側の端から前記下流側溝側面までの前記軸線方向の距離が距離Lである。前記媒体流変更面は、前記下流側溝側面よりも前記軸線上流側に配置されている。一以上の前記シールフィンのうちで最も前記軸線下流側の最下流シールフィンから前記媒体流変更面までの軸線方向の距離Lfは、前記軸線下流側に前記距離L以下である。
前記第一態様の軸流回転機械において、前記内側シュラウドは、前記軸線下流側を向いて前記下流側溝側面と対向する下流側端面を有する。この場合、前記下流側端面は、前記径方向外側に向かうに連れて次第に前記軸線下流側に向う傾斜面を含む。
前記第二態様の軸流回転機械において、前記媒体流変更面の前記径方向外側の端から、前記媒体流変更面に対して170°の方向に前記傾斜面が存在する。
軸線を中心として回転するロータと、前記ロータの外周側を覆うケーシングと、前記ケーシングの内側に設けられ、前記軸線に対する周方向に並んでいる複数の静翼と、前記軸線に対する径方向に延びる媒体流変更面を有する媒体流変更部材と、を備える。前記ケーシングは、作動媒体を内部に導く媒体入口と、前記媒体入口よりも前記軸線が延びる軸線方向における下流側である軸線下流側に位置する媒体出口と、を有する。前記ロータは、前記軸線を中心として、前記軸線が延びる軸線方向に長いロータ軸と、前記周方向に並んで前記ロータ軸に固定されている複数の動翼と、を有する。複数の前記静翼及び複数の前記動翼は、いずれも、前記軸線方向で前記媒体入口と前記媒体出口との間に配置されている。複数の前記動翼は、複数の前記静翼よりも前記軸線下流側に配置されている。複数の前記静翼は、いずれも、前記径方向に延びて翼形を成す翼体と、前記翼体の前記軸線に対する径方向内側に設けられている内側シュラウドと、前記内側シュラウドの前記径方向内側に設けられている一以上のシールフィンと、を有する。前記ロータ軸には、前記径方向内側に向かって凹んで前記軸線を中心として環状を成し、前記内側シュラウド及び一以上の前記シールフィンが非接触で入り込む環状溝が形成されている。前記環状溝は、前記軸線に対する径方向外側を向く溝底面と、前記溝底面の前記軸線下流側の端から前記径方向外側に向かって広がる下流側溝側面と、を有する。前記媒体流変更面は、前記軸線方向で前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側を向き、且つ前記溝底面から前記径方向外側に向かって広がっている。前記内側シュラウドは、前記軸線下流側を向いて前記下流側溝側面と対向する下流側端面を有する。前記下流側端面は、前記径方向外側に向かうに連れて次第に前記軸線下流側に向う傾斜面を含む。前記媒体流変更面は、前記下流側溝側面よりも前記軸線上流側であって、一以上の前記シールフィンのうちで最も前記軸線下流側の最下流シールフィンよりも前記軸線下流側に位置する。前記媒体流変更面の前記径方向外側の端から、前記媒体流変更面に対して170°の方向に前記傾斜面が存在する。
前記第二態様から前記第四態様のいずれかの軸流回転機械において、前記内側シュラウドは、前記径方向外側に前記翼体が設けられているシュラウド本体と、前記シュラウド本体の前記径方向内側に固定され、一以上の前記シールフィンが径方向内側に設けられているシールリングと、を有する。この場合、前記シールリングは、前記傾斜面を有する。
前記第二態様から前記第四態様のいずれかの軸流回転機械において、前記内側シュラウドは、前記径方向外側を向き、前記翼体が形成されているガスパス面を有する。この場合、前記傾斜面は、前記内側シュラウドの前記ガスパス面から、前記径方向内側に向って、前記内側シュラウドの前記径方向の厚さの半分の距離の位置までの範囲内に少なくとも存在する。
前記第六態様の軸流回転機械において、前記傾斜面の前記径方向内側の端は、前記内側シュラウドの前記ガスパス面から、前記径方向内側に向って、前記内側シュラウドの前記径方向の厚さの半分の距離の位置までの範囲内に位置する。
前記第二態様から前記第七態様のいずれかの軸流回転機械において、前記媒体流変更面は、前記軸線方向で、前記傾斜面が存在する領域内に位置する。
前記第二態様から前記第八態様のいずれかの軸流回転機械において、前記溝底面から前記媒体流変更面の前記径方向外側の端までの前記径方向の距離である変更面高さは、前記溝底面から前記傾斜面の前記径方向内側の端までの前記径方向の距離である傾斜面高さより低い。
前記第二態様から前記第九態様のいずれかの軸流回転機械において、前記傾斜面から前記径方向外側に向かいつつ前記軸線下流側に向う仮想延長線は、前記下流側溝側面と交わらない。
前記第一態様から前記第十態様のいずれかの軸流回転機械において、前記媒体流変更面の前記径方向外側の端から前記内側シュラウドまでの最短距離は、前記距離L以下である。
前記第一態様から前記第十一態様のいずれかの軸流回転機械において、前記距離Lfは、前記距離Lの0.5倍以上の距離である。
前記第一態様から前記第十二態様のいずれかの軸流回転機械において、前記溝底面から前記媒体流変更面の前記径方向外側の端までの前記径方向の距離である変更面高さは、前記溝底面から前記内側シュラウドの前記径方向内側の端までの径方向の距離であるシール面高さ以下である。
前記第一態様から前記第十二態様のいずれかの軸流回転機械において、前記溝底面から前記媒体流変更面の前記径方向外側の端までの前記径方向の距離である変更面高さは、一以上の前記シールフィンの前記径方向の長さであるフィン高さ以下である。
本発明に係る軸流回転機械の第一実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
0.5×L≦Lf≦L
但し、本実施形態で、媒体流変更面61は、内側シュラウド44で最も軸線下流側Dadの端58よりも軸線下流側Dadに位置している。
Hg<(Hg+Hh)=Hp<Hc
Hg:溝底面23からシールフィン49の径方向内側Driの端までの径方向Drの距離であるシール隙間
Hf:シールフィン49の径方向Drの長さであるフィン高さ
Hp:溝底面23から内側シュラウド44のシール面57までの径方向Drの距離であるシール面高さ
本発明に係る軸流回転機械の第二実施形態について、図5を参照して説明する。
Ls≦L
本発明に係る軸流回転機械の第三実施形態について、図6を参照して説明する。
0.5×L≦Lf≦L
Ls≦L
本発明に係る軸流回転機械の第四実施形態について、図7を参照して説明する。
本発明に係る軸流回転機械の第五実施形態について、図8を参照して説明する。
以上の各実施形態の媒体流変更部材は、板状を成し、その一部をロータ軸21に埋め込んだ部材である。すなわち、以上の各実施形態の媒体流変更部材は、ロータ軸21とは独立した部材である。
以上の各実施形態の傾斜面は、内側シュラウドの下流側端面中の一部のみに存在する。
以上の各実施形態及び以上の各変形例は、いずれも、軸流回転機械の一種である蒸気タービンを例にしたものである。しかしながら、軸流回転機械は、蒸気タービンに限定されない。例えば、軸流回転機械は、ガスタービンであってもよい。そこで、以下では、軸流回転機械の変形例として、軸流回転機械がガスタービンの場合について、図12〜図14を用いて説明する。
11:流入部
11i:蒸気入口(媒体入口)
12:胴部
13:外側環状溝
14:シールフィン
15:排気部
15o:蒸気出口(媒体出口)
16u:上流側軸封
16d:下流側軸封
17u:上流側軸受
17d:下流側軸受
18:媒体主流路
20:ロータ
21:ロータ軸
22:内側環状溝(又は、単に環状溝)
23:溝底面
24:上流側溝側面
25:下流側溝側面
26:キャビティ入口
27:キャビティ出口
31:動翼列
32:動翼
33:翼体
34:外側シュラウド
35:ガスパス面
41:静翼列
42:静翼
43:翼体
44,44a,44b,44c,44d:内側シュラウド
45,45b:シュラウド本体
46,46a:シールリング
49:シールフィン
49d:最下流シールフィン
51:上流側端面
52,52a,52b,52c,52d:下流側端面
53,53a,53b:平行面
54,54a,54b,54d:傾斜面
55:(傾斜面で径方向外側の)端
56:ガスパス面
57:シール面
58:(内側シュラウドで最も軸線下流側の)端
60,60a,60b,60c:媒体流変更部材
61,61a,61b:媒体流変更面
62,62b:(媒体流変更面の径方向外側の)端
100:ガスタービン
101:タービン
102:ガスタービンロータ
103:ガスタービンケーシング
105::中間ケーシング
110:タービンケーシング
111:燃焼ガス入口(媒体入口)
114:シールフィン
115:燃焼ガス出口(媒体出口)
118:媒体主流路
120:タービンロータ
121:ロータ軸
122:環状溝
123:溝底面
124:上流側溝側面
125:下流側溝側面
126:キャビティ入口
127:キャビティ出口
131:動翼列
132:動翼
133:翼体
141:静翼列
142:静翼
143:翼体
144:内側シュラウド
145:シュラウド本体
146:シールリング
149:シールフィン
149d:最下流シールフィン
151:上流側端面
152:下流側端面
154:傾斜面
156:ガスパス面
157:シール面
160:媒体流変更部材
161:媒体流変更面
189:発電機
170:圧縮機
171:圧縮機ロータ
172:ロータ軸
173:動翼列
174:静翼列
178:圧縮機ケーシング
179:空気圧縮流路
180:燃焼器
181:燃焼筒(又は尾筒)
182:燃料噴射器
185:燃料ライン
186:燃料調節弁
A:空気
F:燃料
G:燃焼ガス
Gl:漏れ燃焼ガス
Gm:主燃焼ガス
Sm:主蒸気
Sl:漏れ蒸気
Ss:二次流れ
Da:軸線方向
Dau:軸線上流側
Dad:軸線下流側
Dc:周方向
Dr:径方向
Dri:径方向内側
Dro:径方向外側
Claims (16)
- 軸線を中心として回転するロータと、
前記ロータの外周側を覆うケーシングと、
前記ケーシングの内側に設けられ、前記軸線に対する周方向に並んでいる複数の静翼と、
前記軸線に対する径方向に延びる媒体流変更面を有する媒体流変更部材と、
を備え、
前記ケーシングは、作動媒体を内部に導く媒体入口と、前記媒体入口よりも前記軸線が延びる軸線方向における下流側である軸線下流側に位置する媒体出口と、を有し、
前記ロータは、前記軸線を中心として、前記軸線が延びる軸線方向に長いロータ軸と、前記周方向に並んで前記ロータ軸に固定されている複数の動翼と、を有し、
複数の前記静翼及び複数の前記動翼は、いずれも、前記軸線方向で前記媒体入口と前記媒体出口との間に配置され、複数の前記動翼は、複数の前記静翼よりも前記軸線下流側に配置され、
複数の前記静翼は、いずれも、前記径方向に延びて翼形を成す翼体と、前記翼体の前記軸線に対する径方向内側に設けられている内側シュラウドと、前記内側シュラウドの前記径方向内側に設けられている一以上のシールフィンと、を有し、
前記ロータ軸には、前記径方向内側に向かって凹んで前記軸線を中心として環状を成し、前記内側シュラウド及び一以上の前記シールフィンが非接触で入り込む環状溝が形成され、
前記環状溝は、前記軸線に対する径方向外側を向く溝底面と、前記溝底面の前記軸線下流側の端から前記径方向外側に向かって広がる下流側溝側面と、を有し、
前記媒体流変更面は、前記軸線方向で前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側を向き、且つ前記溝底面から前記径方向外側に向かって広がり、
前記内側シュラウドで最も前記軸線下流側の端から前記下流側溝側面までの前記軸線方向の距離が距離Lであり、
前記媒体流変更面は、前記下流側溝側面よりも前記軸線上流側に配置され、
一以上の前記シールフィンのうちで最も前記軸線下流側の最下流シールフィンから前記媒体流変更面までの前記軸線方向の距離Lfは、前記軸線下流側に前記距離L以下である、
軸流回転機械。 - 請求項1に記載の軸流回転機械において、
前記内側シュラウドは、前記軸線下流側を向いて前記下流側溝側面と対向する下流側端面を有し、
前記下流側端面は、前記径方向外側に向かうに連れて次第に前記軸線下流側に向う傾斜面を含む、
軸流回転機械。 - 請求項2に記載の軸流回転機械において、
前記媒体流変更面の前記径方向外側の端から、前記媒体流変更面に対して170°の方向に前記傾斜面が存在する、
軸流回転機械。 - 軸線を中心として回転するロータと、
前記ロータの外周側を覆うケーシングと、
前記ケーシングの内側に設けられ、前記軸線に対する周方向に並んでいる複数の静翼と、
前記軸線に対する径方向に延びる媒体流変更面を有する媒体流変更部材と、
を備え、
前記ケーシングは、作動媒体を内部に導く媒体入口と、前記媒体入口よりも前記軸線が延びる軸線方向における下流側である軸線下流側に位置する媒体出口と、を有し、
前記ロータは、前記軸線を中心として、前記軸線が延びる軸線方向に長いロータ軸と、前記周方向に並んで前記ロータ軸に固定されている複数の動翼と、を有し、
複数の前記静翼及び複数の前記動翼は、いずれも、前記軸線方向で前記媒体入口と前記媒体出口との間に配置され、複数の前記動翼は、複数の前記静翼よりも前記軸線下流側に配置され、
複数の前記静翼は、いずれも、前記径方向に延びて翼形を成す翼体と、前記翼体の前記軸線に対する径方向内側に設けられている内側シュラウドと、前記内側シュラウドの前記径方向内側に設けられている一以上のシールフィンと、を有し、
前記ロータ軸には、前記径方向内側に向かって凹んで前記軸線を中心として環状を成し、前記内側シュラウド及び一以上の前記シールフィンが非接触で入り込む環状溝が形成され、
前記環状溝は、前記軸線に対する径方向外側を向く溝底面と、前記溝底面の前記軸線下流側の端から前記径方向外側に向かって広がる下流側溝側面と、を有し、
前記媒体流変更面は、前記軸線方向で前記軸線下流側とは反対側の軸線上流側を向き、且つ前記溝底面から前記径方向外側に向かって広がり、
前記内側シュラウドは、前記軸線下流側を向いて前記下流側溝側面と対向する下流側端面を有し、
前記下流側端面は、前記径方向外側に向かうに連れて次第に前記軸線下流側に向う傾斜面を含み、
前記媒体流変更面は、前記下流側溝側面よりも前記軸線上流側であって、一以上の前記シールフィンのうちで最も前記軸線下流側の最下流シールフィンよりも前記軸線下流側に位置し、
前記媒体流変更面の前記径方向外側の端から、前記媒体流変更面に対して170°の方向に前記傾斜面が存在する、
軸流回転機械。 - 請求項2から4のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記内側シュラウドは、前記径方向外側に前記翼体が設けられているシュラウド本体と、前記シュラウド本体の前記径方向内側に固定され、一以上の前記シールフィンが径方向内側に設けられているシールリングと、を有し、
前記シールリングは、前記傾斜面を有する、
軸流回転機械。 - 請求項2から4のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記内側シュラウドは、前記径方向外側を向き、前記翼体が形成されているガスパス面を有し、
前記傾斜面は、前記内側シュラウドの前記ガスパス面から、前記径方向内側に向って、前記内側シュラウドの前記径方向の厚さの半分の距離の位置までの範囲内に少なくとも存在する、
軸流回転機械。 - 請求項6に記載の軸流回転機械において、
前記傾斜面の前記径方向内側の端は、前記内側シュラウドの前記ガスパス面から、前記径方向内側に向って、前記内側シュラウドの前記径方向の厚さの半分の距離の位置までの範囲内に位置する、
軸流回転機械。 - 請求項2から7のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記媒体流変更面は、前記軸線方向で、前記傾斜面が存在する領域内に位置する、
軸流回転機械。 - 請求項2から8のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記溝底面から前記媒体流変更面の前記径方向外側の端までの前記径方向の距離である変更面高さは、前記溝底面から前記傾斜面の前記径方向内側の端までの前記径方向の距離である傾斜面高さより低い、
軸流回転機械。 - 請求項2から9のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記傾斜面から前記径方向外側に向かいつつ前記軸線下流側に向う仮想延長線は、前記下流側溝側面と交わらない、
軸流回転機械。 - 請求項1から10のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記媒体流変更面の前記径方向外側の端から前記内側シュラウドまでの最短距離は、前記距離L以下である、
軸流回転機械。 - 請求項1から11のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記距離Lfは、前記距離Lの0.5倍以上の距離である、
軸流回転機械。 - 請求項1から12のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記溝底面から前記媒体流変更面の前記径方向外側の端までの前記径方向の距離である変更面高さは、前記溝底面から前記内側シュラウドの前記径方向内側の端までの径方向の距離であるシール面高さ以下である、
軸流回転機械。 - 請求項1から12のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記溝底面から前記媒体流変更面の前記径方向外側の端までの前記径方向の距離である変更面高さは、一以上の前記シールフィンの前記径方向の長さであるフィン高さ以下である、
軸流回転機械。 - 請求項1から14のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記ケーシングは、蒸気タービンケーシングであり、
前記蒸気タービンケーシングは、前記作動媒体としての蒸気を内部に導く前記媒体入口としての蒸気入口と、前記媒体出口としての蒸気出口と、を有する、
軸流回転機械。 - 請求項1から14のいずれか一項に記載の軸流回転機械において、
前記ケーシングは、ガスタービンケーシングであり、
前記ガスタービンケーシングは、前記作動媒体としての燃焼ガスを内部に導く前記媒体入口としての燃焼ガス入口と、前記媒体出口としての燃焼ガス出口と、を有する、
軸流回転機械。
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