KR101496530B1

KR101496530B1 - 터빈

Info

Publication number: KR101496530B1
Application number: KR1020127016623A
Authority: KR
Inventors: 가즈유키 마츠모토; 요시히로 구와무라; 히로하루 오야마; 요시노리 다나카; 아사하루 마츠오
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2011-01-27
Publication date: 2015-02-26
Also published as: KR20120092160A; CN102834589A; EP2540987A4; JP2011174451A; CN102834589B; EP2540987B1; US9593587B2; JP5558138B2; WO2011105155A1; EP2540987A1; US20120321449A1

Abstract

허브 슈라우드 (41) 에, 시일핀 (15) 을 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 을 향하여 세워 설치하고, 시일핀의 선단과 고리형 홈의 저면 사이에 미소 간극 (H) 을 형성한 터빈으로서, 시일핀 중, 허브 슈라우드의 전연측에 배치된 제 1 시일핀 (15a) 과, 허브 슈라우드의 전연 (41a) 사이의 축방향 거리를 (L) 로 하고, 허브 슈라우드의 전연과, 고리형 홈의 내측면 (33b) 사이의 축방향 거리를 (Bu) 로 했을 때, 제 1 시일핀은, L/Bu＜0.3 을 만족하도록 배치되어 있다.

Description

터빈{TURBINE}

이 발명은, 예를 들어, 발전 플랜트, 화학 플랜트, 가스 플랜트, 제철소, 선박 등에 사용되는 터빈에 관한 것이다. 본원은, 2010년 2월 25일에, 일본에 출원된 일본 특허출원 2010－040920호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래부터, 증기 터빈의 일종으로서, 케이싱과, 케이싱의 내부에 자유롭게 회전할 수 있도록 형성된 축체 (로터) 와, 케이싱의 내주부에 고정 배치된 정익 (靜翼) 과, 이 정익의 하류측에서 축체에 방사상으로 형성된 동익 (動翼) 을 복수단 구비하는 증기 터빈이 알려져 있다. 이와 같은 증기 터빈 중 충동 터빈의 경우에는, 증기의 압력 에너지가 정익에 의해 속도 에너지로 변환되고, 이 속도 에너지가 동익에 의해 회전 에너지 (기계 에너지) 로 변환된다. 또, 반동 터빈의 경우에는, 동익내에서도 압력 에너지가 속도 에너지로 변환되어, 증기가 분출되는 반동력에 의해, 속도 에너지가 회전 에너지 (기계 에너지) 로 변환된다.

이 종류의 증기 터빈에서는, 동익의 선단부와, 동익을 둘러싸 증기의 유로를 형성하는 케이싱 사이에 직경 방향의 간극이 형성되어 있음과 함께, 정익의 선단부와 축체 사이에도 직경 방향의 간극이 형성되어 있는 경우가 많다.

그러나, 동익 선단부의 간극을 하류측으로 통과하는 누설 증기는, 동익에 대해 회전력을 부여하지 않는다. 또, 정익 선단부의 간극을 하류측으로 통과하는 누설 증기는, 정익에 의해 압력 에너지를 속도 에너지로 변환하지 않는다. 이 때문에, 하류 동익에 대해 회전력이 거의 부여되지 않는다. 따라서, 증기 터빈의 성능 향상을 위해서는, 상기 간극을 통과하는 누설 증기의 양을 저감시킬 필요가 있다.

여기서, 동익의 선단부에, 축방향 상류측으로부터 하류측을 향하여 높이가 점차 높아지는 스텝부가 형성되고, 케이싱에, 스텝부에 대해 간극을 갖는 시일핀이 형성된 구조가 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

상기 구성에 의해, 시일핀의 간극을 빠져나간 누설 흐름이 스텝부의 단차면을 형성하는 단연부 (에지부) 에 충돌하여, 유동 저항이 증대된다. 이 때문에, 케이싱과 동익의 선단부의 간극을 통과하는 누설 유량이 저감된다.

일본 공개특허공보 2006－291967호

그런데, 더나은 증기 터빈의 저비용화, 고성능화를 실현하기 위해, 예를 들어 정익과 동익의 단 수를 감소시키고, 1 단당의 부하를 증대시키는 구조가 고려되고 있다. 이와 같은 구조에서는, 1 단당의 압력비가 커진다. 그 때문에, 시일핀을 통과하는 누설 유량이 증대되어, 증기 터빈의 성능이 저하된다.

본 발명은, 상기 서술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 누설 유량을 보다 저감화시킨 고성능인 터빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 관한 터빈은, 블레이드와, 상기 블레이드의 주위를 둘러싸도록 형성되어, 상기 블레이드에 대해 상대 회전하는 구조체를 구비한다. 그리고, 본 발명에 관한 터빈에서는, 상기 구조체의 상기 블레이드의 선단에 대응하는 위치에, 상기 블레이드의 선단과의 사이의 간극을 확보하는 고리형 홈이 형성됨과 함께, 상기 블레이드의 선단에, 적어도 1 개의 시일핀이 상기 고리형 홈의 저면을 향하여 세워 설치되고, 상기 시일핀의 선단과 상기 고리형 홈의 저면 사이에 직경 방향의 미소 간극이 형성된다. 또한, 본 발명에 관한 터빈에서는, 상기 시일핀 중, 상기 블레이드의 상류단측에 배치된 상류단측 시일핀과 상기 블레이드의 상류단 사이의 축방향 거리를 L 로 하고, 상기 블레이드의 상류단과 상기 고리형 홈의 상류측의 내측면 사이의 축방향 거리를 Bu 로 했을 때, 상기 상류단측 시일핀은,

L/Bu≤0.1…(1) 을 만족하도록 배치된다.

상기 구성에 의해, 본 발명에 관한 터빈에서는, 블레이드를 통과하는 주류의 유체의 일부가 블레이드에 충돌한다. 그리고, 고리형 홈 내로 유입되는 유체는, 상류단측 시일핀의 선단으로부터 고리형 홈의 저면을 향하는 방향 (다운 플로우, 직경 방향 내측을 향한 흐름) 으로 회전하는 제 1 주소용돌이를 형성한다. 이 제 1 주소용돌이에 의해, 시일핀의 선단과 고리형 홈의 저면 사이에 형성된 미소 간극을 통과하는 유체의 축류 효과가 얻어진다. 이 때문에, 누설 유량이 저감된다.

여기서, 상류단측 시일핀이, 식 (1) 을 만족하도록 배치됨으로써, 상류단측 시일핀의 선단과 고리형 홈의 저면 사이의 미소 간극에, 확실하게 상류단측 시일핀의 선단으로부터 고리형 홈의 저면을 향하는 흐름이 생기는 제 1 주소용돌이가 형성된다.

식 (1) 을 만족하지 않는 위치에 상류단측 시일핀이 배치되면, 제 1 주소용돌이의 일부가 박리되고, 제 1 주소용돌이의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하는 박리 소용돌이가 제 1 주소용돌이와 상류단측 시일핀 사이에 형성된다. 이 때문에, 상류단측 시일핀의 선단과 고리형 홈의 저면 사이의 미소 간극에, 고리형 홈의 저면으로부터 상류단측 시일핀의 기단측을 향하는 흐름 (업 플로우, 직경 방향 외측을 향한 흐름) 이 생긴다. 그리고, 미소 간극을 통과하는 유체의 축류 효과가 얻어지지 않게 될 우려가 있다.

본 발명에 관한 터빈에서는, 상기 블레이드의 상류단과 동일면이 되도록, 상기 상류단측 시일핀이 배치된다.

상기 구성에 의해, 제 1 주소용돌이가 효율적으로 이용되어, 상류단측 시일핀의 선단과 고리형 홈의 저면 사이의 미소 간극에 상류단측 시일핀의 선단으로부터 고리형 홈의 저면을 향하는 흐름이 생긴다. 이 때문에, 보다 확실하게 미소 간극을 통과하는 유체의 축류 효과가 얻어진다.

본 발명에 관한 터빈에서는, 상기 고리형 홈에는, 상기 블레이드의 상류단에 대응하는 위치에 소고리형 홈 (小環狀溝) 이 형성된다.

상기 구성에 의해, 제 1 주소용돌이의 선회 중심이 미소 간극에 가까워진다. 그 때문에, 제 1 주소용돌이의 선회 중심이 미소 간극에 가까워진 만큼, 제 1 주소용돌이의 직경 방향 속도가 강한 부분을 이용하고, 미소 간극에, 상류단측 시일핀의 선단으로부터 고리형 홈의 저면을 향하는 보다 강한 흐름이 생긴다. 이 때문에, 더욱 확실하게 미소 간극을 통과하는 유체의 축류 효과가 얻어진다.

본 발명에 관한 터빈에서는, 상기 블레이드의 선단에, 상기 시일핀이 복수 형성되고, 상기 고리형 홈에, 상기 블레이드의 상류단으로부터 하류측을 향하여 스텝부가 형성된다. 그리고, 상기 스텝부는, 적어도 1 개의 단차에 의해 하류측을 향함에 따라 점차 높이가 낮아지도록 형성됨과 함께, 상기 단차에 형성되는 하류측 에지부가 인접하는 시일핀 사이에 위치하도록 형성된다.

여기서, 상류단측 시일핀의 선단과 고리형 홈의 저면 사이의 미소 간극을 통과한 유체는, 상류단측 시일핀의 1 개 하류측에 존재하는 제 2 시일핀에 충돌한다. 그리고, 제 2 시일핀과 상류단측 시일핀 사이에 형성되는 공동 내에 제 2 주소용돌이가 형성된다. 이 제 2 주소용돌이의 회전 방향은, 제 1 주소용돌이의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하므로, 제 2 시일핀과 고리형 홈의 저면 사이의 미소 간극에 고리형 홈의 저면으로부터 시일핀의 기단측을 향하는 흐름이 생긴다.

그러나, 고리형 홈에, 하류측을 향함에 따라 점차 높이가 낮아지는 스텝부가 형성됨으로써, 단차면에 있어서 제 2 주소용돌이로부터 일부의 흐름이 박리된다. 그리고, 제 2 주소용돌이의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하는 박리 소용돌이가 형성된다. 이 박리 소용돌이에 의해 제 2 시일핀과 고리형 홈의 저면 사이의 미소 간극에 시일핀의 선단으로부터 고리형 홈의 저면을 향하는 흐름이 생겨, 더욱 누설 유량이 저감된다.

본 발명에 관한 터빈에서는, 상기 고리형 홈에는, 상기 상류단측 시일핀보다 하류측에 위치하는 시일핀 중, 적어도 어느 것의 시일핀에 대응하는 위치에, 상기 소고리형 홈이 형성된다.

상기 구성에 의해, 제 2 시일핀 이후의 소고리형 홈에 형성되는 소용돌이의 선회 중심이, 대응하는 미소 간극에 가까워진다. 이 때문에, 미소 간극의 시일핀의 선단으로부터 고리형 홈의 저면을 향하는 흐름이 커져, 보다 확실하게 누설 유량이 저감된다.

본 발명에 의하면, 상류단측 시일핀의 선단으로부터 고리형 홈의 저면을 향하는 방향으로 흐르는 제 1 주소용돌이가 형성된다. 이 때문에, 제 1 주소용돌이에 의해, 시일핀의 선단과 고리형 홈의 저면 사이에 형성된 미소 간극을 통과하는 유체가 축류되어, 누설 유량이 저감된다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 증기 터빈을 나타내는 개략 구성 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 A 부의 확대도이다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 시일핀의 작용 설명도이다.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 허브 슈라우드 (shroud) 와 시일핀의 상대 위치 관계를 나타내는 설명도이다.
도 5 는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 리크 유량의 저감률의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시형태를 설명하기 위한 설명도로서, 도 1 의 A 부의 확대도에 대응되는 도면이다.
도 7 은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 리크 유량의 저감률의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8 은 본 발명의 제 3 실시형태를 설명하기 위한 설명도로서, 도 1 의 A 부의 확대도에 대응되는 도면이다.
도 9 는 본 발명의 제 4 실시형태를 설명하기 위한 설명도로서, 도 1 의 A 부의 확대도에 대응되는 도면이다.
도 10 은 도 1 의 B 부의 확대도이다.

(제 1 실시형태) (증기 터빈)

다음으로, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 증기 터빈을 도 1 ∼ 도 5 에 기초하여 설명한다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 증기 터빈 (1) 을 나타내는 개략 구성 단면도이다.

증기 터빈 (1) 은, 케이싱 (10) 과, 케이싱 (10) 에 유입되는 증기 (J) 의 양과 압력을 조정하는 조정 밸브 (20) 와, 케이싱 (10) 의 내방에 자유롭게 회전할 수 있도록 형성되고, 동력을 도시가 생략된 발전기 등의 기계에 전달하는 축체 (로터) (30) 와, 케이싱 (10) 에 유지된 정익 (40) 과, 축체 (30) 에 형성된 동익 (50) 과, 축체 (30) 를 축 둘레로 회전 가능하게 지지하는 베어링부 (60) 를 구비한다.

케이싱 (10) 은, 내부 공간이 기밀하게 봉지되어 있음과 함께, 증기 (J) 의 유로이다. 이 케이싱 (10) 의 내벽면에는, 축체 (30) 가 삽입 통과된 링상의 칸막이판 외륜 (11) 이 강고하게 고정되어 있다.

케이싱 (10) 의 내부에는, 복수의 조정 밸브 (20) 가 장착되어 있다. 조정 밸브 (20) 는, 각각 도시가 생략된 보일러로부터 증기 (J) 가 유입되는 조정 밸브실 (21) 과, 밸브체 (22) 와, 밸브 시트 (23) 를 구비하고 있다. 그리고, 밸브체 (22) 가 밸브 시트 (23) 로부터 멀어지면 증기 유로가 열리고, 증기실 (24) 을 개재하여 증기 (J) 가 케이싱 (10) 의 내부 공간에 유입된다.

축체 (30) 는, 축 본체 (31) 와, 이 축 본체 (31) 의 외주로부터 직경 방향으로 연장된 복수의 디스크 (32) 를 구비하고 있다. 이 축체 (30) 는, 도시가 생략된 발전기 등의 기계에 회전 에너지를 전달한다.

정익 (40) 은, 축체 (30) 를 둘러싸도록 방사상으로 복수 배치되어 고리형 정익군을 구성하고, 각각 칸막이판 외륜 (11) 에 유지되어 있다. 이들 정익 (40) 의 직경 방향 내측 (선단측) 에는, 축체 (30) 가 삽입 통과된 링상의 허브 슈라우드 (41) 가 연결되어 있다.

또, 복수의 정익 (40) 으로 구성되는 고리형 정익군은, 회전축 방향으로 간격을 두고 6 개 형성되어 있다. 고리형 정익군은, 증기 (J) 의 압력 에너지를 속도 에너지로 변환하여, 하류측에 인접하는 동익 (50) 측에 안내한다.

동익 (50) 은, 축체 (30) 가 갖는 디스크 (32) 의 외주부에 강고하게 장착되어 있다. 이 동익 (50) 은, 각 고리형 정익군의 하류측에 있어서, 방사상으로 복수 배치되어 고리형 동익군을 구성하고 있다.

이들 고리형 정익군과 고리형 동익군은, 1 쌍 1 단으로 구성되어 있다. 즉, 증기 터빈 (1) 은, 6 단으로 구성되어 있다. 이 중, 최종단에 있어서의 동익 (50) 의 선단부는, 둘레 방향으로 연장된 칩 슈라우드 (51) 이다.

여기서, 본 실시형태에서는, 축체 (30) 및 칸막이판 외륜 (11) 이 본 발명에 있어서의 「구조체」이다. 또, 정익 (40), 허브 슈라우드 (41), 칩 슈라우드 (51) 및 동익 (50) 이 본 발명에 있어서의 「블레이드」이다. 구체적으로는, 정익 (40) 및 허브 슈라우드 (41) 가 「블레이드」인 경우에는 축체 (30) 가 「구조체」이다. 한편, 동익 (50) 및 칩 슈라우드 (51) 가 「블레이드」인 경우에는 칸막이판 외륜 (11) 이 「구조체」이다.

도 2 는, 도 1 의 A 부의 확대도이다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 축체 (구조체) (30) 에는, 정익 (블레이드) (40) 에 대응하는 부위에 고리형 홈 (33) 이 형성된다. 그리고, 이 고리형 홈 (33) 에 정익 (40) 의 선단부가 되는 허브 슈라우드 (블레이드) (41) 가 대향된다. 이 고리형 홈 (33) 에 의해, 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 과 허브 슈라우드 (41) 사이에, 축체 (30) 에 있어서의 직경 방향의 간극 (S1) 이 형성된다. 고리형 홈 (33) 은, 이 저면 (33a) 이 축방향에 있어서 대략 동 직경이 되도록 형성되어 있다.

한편, 허브 슈라우드 (41) 의 선단 (도 2 에 있어서의 하측, 허브 슈라우드의 반경 방향 내측면) 에는, 3 개의 시일핀 (15) (15a, 15b, 15c) 이 직경 방향을 따라, 또한 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 을 향하여 간극 (S1) 을 차단하도록 세워 설치되어 있다. 3 개의 시일핀 (15) 은, 각각 허브 슈라우드 (41) 의 상류측의 단면 (41a) 측 (도 2 에 있어서의 좌측) 에 배치된 제 1 시일핀 (상류단측 시일핀) (15a) 과, 허브 슈라우드 (41) 의 축방향 대략 중앙에 배치된 제 2 시일핀 (15b) 과, 이 제 2 시일핀 (15b) 보다 후류측 (도 2 에 있어서의 우측) 에 배치된 제 3 시일핀 (15c) 에 의해 구성되어 있다.

각 시일핀 (15) (15a∼15c) 은 대략 동일 길이로 설정되어 있고, 각각의 선단부와 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 사이에는, 대략 동일 치수로 설정된 미소 간극 (H) (H1, H2, H3) 이 형성되어 있다.

미소 간극 (H) (H1 ∼ H3) 은, 축체 (30) 나 정익 (40) 의 열신장량, 축체 (30) 의 원심 신장량 등을 고려한 후, 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 과 각 시일핀 (15) (15a∼15c) 이 접촉하지 않는 안전한 범위 내에서, 최소의 길이로 설정되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 각 시일핀 (15a ∼ 15c) 의 선단부와 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 사이의 미소 간극 (H) 이 동일해지도록 설정되어 있는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 이 경우에 한정되지 않고, 필요에 따라 각 시일핀 (15a ∼ 15c) 의 선단부와 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 사이의 미소 간극 (H) 을 각각 변경해도 된다.

또, 고리형 홈 (33) 내에 있어서, 축체 (30) 와 허브 슈라우드 (41) 사이에는, 공동 (C) (C1 ∼ C3) 이 형성되어 있다. 공동 (C) (C1 ∼ C3) 은, 각각 상류측으로부터 순서대로, 고리형 홈 (33) 의 상류측의 내측면 (33b) 과 제 1 시일핀 (15a) 사이에 형성된 제 1 공동 (C1) 과, 제 1 시일핀 (15a) 과 제 2 시일핀 (15b) 사이에 형성된 제 2 공동 (C2) 과, 제 2 시일핀 (15b) 과 제 3 시일핀 (15c) 사이에 형성된 제 3 공동 (C3) 에 의해 구성된다.

여기서, 제 1 시일핀 (15a) 은, 허브 슈라우드 (41) 의 상류측의 단면 (41a) 과 동일면이 되도록 배치되어 있다. 그 때문에, 제 1 시일핀 (15a) 과 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 사이에 형성된 미소 간극 (H) 을 통과하는 증기 (J) 의 누설 흐름이 저감되는 축류 효과가 얻어진다. 보다 상세하게 이하에서 설명한다.

(작용)

도 3 은, 시일핀 (15) 의 작용 설명도이다.

여기서, 제 1 시일핀 (15a) 의 축류 효과에 대해 설명하기 전에, 도 1 에 기초하여 증기 터빈 (1) 의 동작에 대해 설명한다.

먼저, 조정 밸브 (20) 를 열림 상태로 하면, 도시되지 않은 보일러로부터 증기 (J) 가 케이싱 (10) 의 내부 공간에 유입된다.

케이싱 (10) 의 내부 공간에 유입된 증기 (J) 는, 각 단에 있어서의 고리형 정익군과 고리형 동익군을 순차 통과한다. 이 때, 압력 에너지가 정익 (40) 에 의해 속도 에너지로 변환된다. 그리고, 정익 (40) 을 거친 증기 (J) 중 대부분이 동일한 단을 구성하는 동익 (50) 사이에 유입된다. 그리고, 동익 (50) 에 의해 증기 (J) 의 속도 에너지가 회전 에너지로 변환된다. 그러면, 축체 (30) 에 회전이 부여된다.

한편, 증기 (J) 의 일부 (예를 들어, 수％) 는, 정익 (40) 의 허브 슈라우드 (41) 가 대향되는 고리형 홈 (33) 내에 유입된다. 이 고리형 홈 (33) 내에 유입되는 증기 (J) 가, 이른바 누설 증기가 된다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 고리형 홈 (33) 내에 유입된 증기 (J) 의 일부는, 먼저 제 1 공동 (C1) 내에 유입되고, 허브 슈라우드 (41) 의 상류측 단면 (41a) 에 충돌한다. 그리고, 증기 (J) 는, 제 1 시일핀 (15a) 을 따르도록, 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 을 향하여 흐른다. 또한 이 후, 증기 (J) 는 상류측으로 돌아오도록 흐르고, 도 3 에 있어서의 시계 방향으로 회전하는 주소용돌이 (제 1 주소용돌이) (Y1) 가 형성된다.

즉, 주소용돌이 (Y1) 가 형성되면, 제 1 시일핀 (15a) 의 상류측에 있어서, 속도 벡터가 직경 방향 내측을 향한 흐름 (다운 플로우) 이 생긴다. 이 다운 플로우는, 제 1 시일핀 (15a) 과, 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 사이에 형성되어 있는 미소 간극 (H1) 의 바로 앞에서 직경 방향 내측을 향하는 관성력을 보유하고 있다. 이 때문에, 미소 간극 (H1) 을 통과하는 누설 흐름에 대해, 직경 방향 내측으로 줄어드는 효과 (축류 효과) 가 얻어진다. 따라서, 증기 (J) 의 누설 유량이 저감된다.

여기서, 제 1 시일핀 (15a) 이 허브 슈라우드 (41) 의 상류측 단면 (41a) 과 동일면이 되도록 배치되는 것은, 제 1 시일핀 (15a) 이 허브 슈라우드 (41) 의 상류측 단면 (41a) 으로부터 소정 거리 이상 이반된 위치에 배치되면 (도 3 에 있어서의 2 점쇄선 참조), 허브 슈라우드 (41) 의 상류측의 단면 (41a) 의 에지부 (41b) 에 있어서, 주소용돌이 (Y1) 로부터 일부의 흐름이 박리되고, 이 주소용돌이 (Y1) 의 회전 방향과는 반대 방향 (도 3 에 있어서의 반시계 방향) 으로 회전하는 박리 소용돌이 (Y2) (도 3 에 있어서의 2 점쇄선으로 나타낸다) 가 생기기 때문이다.

박리 소용돌이 (Y2) 의 회전 방향은, 주소용돌이 (Y1) 의 회전 방향과 반대이다. 그 때문에, 박리 소용돌이 (Y2) 가 생기면 제 1 시일핀 (15a) 의 상류측에 있어서, 속도 벡터가 직경 방향 외측을 향한 업 플로우가 생긴다. 그리고, 업 플로우가 생김으로써, 미소 간극 (H1) 을 통과하는 흐름에 대해, 축류 효과 가 얻어지지 않는다.

즉, 제 1 시일핀 (15a) 이 배치되는 위치는, 허브 슈라우드 (41) 의 상류측의 단면 (41a) 과 동일면이 되는 위치에 한정되지 않는다. 즉, 제 1 시일핀 (15a) 은, 제 1 시일핀 (15a) 의 상류측에 있어서, 이 제 1 시일핀 (15a) 의 선단으로부터 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 을 향하는 흐름이 생기는 위치에 배치되어 있으면 된다.

그래서, 축류 효과가 충분히 얻어지는 조건이 존재한다는 지견하에, 본원 발명자는 이하의 시뮬레이션을 실시하였다. 그 결과, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 허브 슈라우드 (41) 의 상류측의 단면 (41a) 과 제 1 시일핀 (15a) (엄밀히 말하면, 제 1 시일핀 (15a) 의 상류측의 단면, 이하, 동일) 사이의 축체 (30) 의 축방향 거리를 L 로 하고, 허브 슈라우드 (41) 의 상류측의 단면 (41a) 과 고리형 홈 (33) 의 축방향 상류측에 위치하는 내측면 (33b) 사이의 축체 (30) 의 축방향 거리를 Bu 로 했을 때, 제 1 시일핀 (15a) 이,

L/Bu≤0.1 … (1)

을 만족하도록 배치됨으로써, 제 1 시일핀 (15a) 의 상류측에 있어서, 이 제 1 시일핀 (15a) 의 선단으로부터 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 을 향하는 흐름이 생긴다.

(시뮬레이션)

여기서, 도 4 에 나타낸 거리 L, Bu 의 상호 관계에 있어서의 조건과, 누설 유량 (리크 유량) 의 저감률 (％) 의 관계에 대해, 시뮬레이션을 실시한 결과에 대해 설명한다.

도 5 는, 리크 유량의 저감률의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 5 에 있어서, 세로축은 리크 유량의 저감률 (％) 이며, 가로축은 L/Bu 이다.

동 도면에 나타내는 바와 같이,

L/Bu=0

요컨대, 제 1 시일핀 (15a) 이 허브 슈라우드 (41) 의 상류측의 단면 (41a) 과 동일면이 되도록 배치되는 경우, 리크 유량의 저감률이 최대가 된다. 이 저감률은, L/Bu=0.1 인 경우에는 최대시 (L/Bu=0 시) 의 약 80 ％, L/Bu=0.15 인 경우에는 최대시의 약 50 ％, L/Bu=0.2 인 경우에는 최대시의 약 20 ％ 가 된다.

즉, L/Bu 의 값이 0.1 을 초과하면 급격하게 리크 유량의 저감 효과가 감소하고, 효과적인 누설 유량의 저감화가 얻어지지 않는다. 또,

L/Bu=0.3

인 경우, 미소 간극 (H1) 을 통과하는 흐름에 대해, 거의 축류 효과가 얻어지지 않는다.

따라서, 상기 서술한 제 1 실시형태에 의하면, 제 1 시일핀 (15a) 이, 식 (1) 을 만족하도록 배치됨으로써 누설 유량이 효과적으로 저감되어, 터빈 효율이 향상된다.

또, 제 1 시일핀 (15a) 이 허브 슈라우드 (41) 의 상류측의 단면 (41a) 과 동일면이 되도록 배치됨으로써, 주소용돌이 (Y1) 가 효율적으로 이용되어, 미소 간극 (H1) 에 제 1 시일핀 (15a) 의 선단으로부터 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 을 향하는 흐름이 생긴다. 이 때문에, 보다 확실하게 누설 유량이 저감된다.

또한, 구조체로서의 축체 (30) 가 아니라, 블레이드로서의 허브 슈라우드 (41) 에 시일핀 (15) (15a ∼ 15c) 이 형성됨으로써, 축체 (30) 나 정익 (40) 의 열신장량, 축체 (30) 의 원심 신장량 등에 의해 허브 슈라우드 (41) 의 상류측의 단면 (41a) 과 제 1 시일핀 (15a) 의 상대 위치 관계의 변화를 방지할 수 있다. 이 때문에, 운전 조건에 따라 누설 유량의 저감 효과가 변화하지 않고, 안정적인 누설 유량의 저감 효과가 얻어진다.

(제 2 실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태를, 도 1 을 원용하고, 도 6, 도 7 에 기초하여 설명한다. 또한, 제 1 실시형태와 동일 양태에는, 동일 부호를 교부하여 설명한다 (이하의 실시형태에 대해서도 동일).

도 6 은, 제 2 실시형태를 설명하기 위한 설명도로서, 도 2 (도 1 의 A 부의 확대도) 에 대응된다.

본 발명의 제 2 실시형태에 있어서, 증기 터빈 (1) 은, 케이싱 (10) 과, 케이싱 (10) 에 유입되는 증기 (J) 의 양과 압력을 조정하는 조정 밸브 (20) 와, 케이싱 (10) 의 내방으로 자유롭게 회전할 수 있도록 형성되고, 동력을 도시가 생략된 발전기 등의 기계에 전달하는 축체 (로터) (30) 와, 케이싱 (10) 에 유지된 정익 (40) 과, 축체 (30) 에 형성된 동익 (50) 과, 축체 (30) 를 축 둘레로 회전 가능하도록 지지하는 베어링부 (60) 를 구비하는 점, 정익 (40) 은, 축체 (30) 를 둘러싸도록 방사상으로 복수 배치되어 고리형 정익군을 구성하고 있고, 각각 칸막이판 외륜 (11) 에 유지되어 있는 점, 이들 정익 (40) 의 직경 방향 내측에는, 축체 (30) 가 삽입 통과된 링상의 허브 슈라우드 (41) 가 연결되어 있는 점, 동익 (50) 은, 각 고리형 정익군의 하류측에 있어서, 방사상으로 복수 배치되어, 고리형 동익군을 구성하고 있고, 그 선단부는, 둘레 방향으로 연장된 칩 슈라우드 (51) 인 점, 고리형 정익군과 고리형 동익군은, 1 쌍 1 단으로 구성되어 있는 점, 축체 (30) 에는, 정익 (40) 에 대응하는 부위에 고리형 홈 (33) 이 형성되고, 여기에 허브 슈라우드 (41) 가 대향하는 점 등의 기본적인 구성은, 전술한 제 1 실시형태와 동일하다 (이하의 실시형태에 대해서도 동일).

여기서, 제 2 실시형태와 제 1 실시형태의 상이점은, 제 1 실시형태의 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 이 축방향에 있어서 대략 동 직경이 되도록 형성되어 있는 것에 반해, 제 2 실시형태의 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 에는, 제 1 공동 (C1) 에 대응하는 부위에, 소고리형 홈 (34) 이 형성되어 있는 점이다.

즉, 허브 슈라우드 (41) 의 선단에는, 3 개의 시일핀 (15) (15a, 15b, 15c) 이 직경 방향을 따라, 또한 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 을 향하여 간극 (S1) 을 차단하도록 세워 설치되어 있다. 제 1 시일핀 (15a) 은, 식 (1) 을 만족하도록, 바람직하게는, 허브 슈라우드 (41) 의 상류측의 단면 (41a) 과 동일면이 되도록 배치되어 있다.

그리고, 제 1 시일핀 (15a) 의 상류측에 형성되어 있는 제 1 공동 (C1) 에 대응하는 저면 (33a) 에 소고리형 홈 (34) 이 형성되어 있다. 또, 소고리형 홈 (34) 은, 이 축방향 하류측에 위치하는 내측면 (34b) 이 제 1 시일핀 (15a) 과 동일면이 되도록 형성되어 있다.

(작용)

다음으로, 제 2 실시형태의 작용에 대해 설명한다.

상기 서술한 구성에 있어서, 고리형 홈 (33) 내에 유입된 증기 (J) 의 일부의 증기는, 허브 슈라우드 (41) 의 상류측 단면 (41a) 에 충돌한다. 그리고, 상기 증기는, 제 1 시일핀 (15a) 을 따라, 또한 소고리형 홈 (34) 의 저면 (34a) 을 향하여 흐른다. 또한 이 후, 상기 증기는, 상류측으로 돌아오도록 흐르고, 도 6 에 있어서의 시계 방향으로 회전하는 주소용돌이 (제 1 주소용돌이) (Y1') 를 형성한다.

즉, 주소용돌이 (Y1') 는, 제 1 시일핀 (15a) 을 따르면서 제 1 시일핀 (15a) 의 선단과 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 사이에 형성되는 미소 간극 (H1) 의 축방향의 상류측 근방을 통과한다. 또한, 주소용돌이 (Y1') 는, 소고리형 홈 (34) 의 저면 (34a) 을 향하여 흐른다. 바꾸어 말하면, 주소용돌이 (Y1') 의 선회 중심이 제 1 실시형태에 있어서의 주소용돌이 (Y1) 보다 미소 간극 (H1) 에 가까워진다. 그 때문에, 주소용돌이 (Y1') 의 선회 중심이 제 1 실시형태에 있어서의 주소용돌이 (Y1) 보다 미소 간극 (H1) 에 가까워지는 만큼 주소용돌이 (Y1') 에 있어서의 직경 방향의 속도가 강한 부분을 이용하여 미소 간극 (H1) 에 제 1 시일핀 (15a) 의 선단으로부터 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 을 향하는 강한 흐름이 생긴다.

따라서, 상기 서술한 제 2 실시형태에 의하면, 전술한 제 1 실시형태의 효과와 비교하여, 미소 간극 (H1) 을 통과하는 누설 흐름에 대해, 직경 방향 내측으로 줄어드는 효과 (축류 효과) 가 더욱 얻어진다. 그 때문에, 증기 (J) 의 누설 유량이 저감된다.

도 7 은, 제 2 실시형태의 리크 유량의 저감률의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 7 에 있어서, L 은 허브 슈라우드 (41) 의 상류측 단면 (41a) 과 제 1 시일핀 (15a) 사이의 축방향 거리이며, Bu 는 허브 슈라우드 (41) 의 상류측 단면 (41a) 과 고리형 홈 (33) 의 축방향 상류측에 위치하는 내측면 (33b) 사이의 축방향 거리이다 (도 4 참조). 또, 도 7 에 있어서, 세로축은 리크 유량의 저감률 (％) 이며, 가로축은 L/Bu 이다.

동 도면에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시형태의 리크 유량의 저감률이 제 1 실시형태의 리크 유량의 저감률 (도 5, 및, 도 7 의 파선부 참조) 보다 향상되어 있다. 또, 동 도면에 나타내는 바와 같이, L/Bu 의 값이 0.1 을 초과하면 급격하게 리크 유량의 저감 효과가 감소되어, 효과적인 누설 유량의 저감화를 도모하기 어렵다.

또한, 상기 서술한 제 2 실시형태에서는, 소고리형 홈 (34) 이, 이 소고리형 홈 (34) 의 축방향의 하류측에 위치하는 내측면 (34b) 이 제 1 시일핀 (15a) 과 동일면이 되도록 형성되는 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 소고리형 홈 (34) 의 에지부 (34c) 에 주소용돌이 (Y1') 로부터 박리된 박리 소용돌이가 형성되지 않는 범위에서, 소고리형 홈 (34) 의 내측면 (34b) 과 제 1 시일핀 (15a) 의 상대 위치가 어긋나도 된다. 이와 같은 경우에도 상기 서술한 제 2 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.

또, 증기 터빈 (1) 이 정지할 때, 소고리형 홈 (34) 의 축방향 하류측에 위치하는 내측면 (34b) 과 제 1 시일핀 (15a) 의 상대 위치 관계가 만족되어 있어도, 증기 터빈 (1) 이 가동할 때에 상기 상대 위치 관계가 만족되어 있지 않으면, 의도하는 효과가 얻어지지 않는다. 즉, 증기 터빈 (1) 이 정지할 때, 소고리형 홈 (34) 의 축방향 하류측에 위치하는 내측면 (34b) 과 제 1 시일핀 (15a) 이 동일면이 되도록 형성되어 있어도, 증기 터빈 (1) 이 가동할 때, 소고리형 홈 (34) 의 축방향 하류측에 위치하는 내측면 (34b) 과 제 1 시일핀 (15a) 이 동일면이 되도록 형성되어 있지 않으면, 의도하는 효과가 얻어지지 않는다.

이 때문에, 증기 터빈 (1) 이 가동할 때, 소고리형 홈 (34) 의 내측면 (34b) 과 제 1 시일핀 (15a) 의 상대 위치 관계가 만족되는 것이 바람직하다. 즉, 증기 터빈 (1) 이 가동할 때, 소고리형 홈 (34) 의 내측면 (34b) 과 제 1 시일핀 (15a) 이 동일면이 되도록 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 정격시에 상기 상대 위치 관계가 만족되는 것이 최적이다. 즉, 정격시에, 소고리형 홈 (34) 의 축방향 하류측에 위치하는 내측면 (34b) 과 제 1 시일핀 (15a) 이 동일면이 되도록 형성되는 것이 최적이다.

(제 3 실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태를 도 8 에 기초하여 설명한다.

도 8 은, 제 3 실시형태를 설명하기 위한 설명도로서, 도 2 (도 1 의 A 부의 확대도) 에 대응된다.

여기서, 제 3 실시형태와 제 2 실시형태의 상이점은, 제 2 실시형태의 고리형 홈 (33) 에는, 제 1 공동 (C1) 에 대응하는 부위에 소고리형 홈 (34) 이 형성되어 있을 뿐인데 반해, 제 3 실시형태의 고리형 홈 (33) 에는, 소고리형 홈 (34) 에 더하여, 스텝부 (35) 가 형성되어 있는 점이다.

스텝부 (35) 는, 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 의 제 2 공동 (C2) 에 대응하는 위치로서, 또한 상류측, 요컨대, 제 1 시일핀 (15a) 가까이에 돌출 형성된 볼록부 (36) 를 가지고 있다. 이 볼록부 (36) 에 의해, 고리형 홈 (33) 의 저면 (33a) 은, 허브 슈라우드 (41) 의 상류측 단면 (41a) 으로부터 후류측을 향하여 1 단 높이가 낮아지는 스텝부 (35) 가 형성된다.

또, 볼록부 (36) 는, 이 후류측의 측면 (36a), 및 하류측의 에지부 (36c) 가, 인접하는 제 1 시일핀 (15a) 과 제 2 시일핀 (15b) 사이에, 바람직하게는, 제 2 공동 (C2) 의 축방향의 대략 중앙에 위치하도록 형성된다.

즉, 허브 슈라우드 (41) 에 세워 설치되어 있는 3 개의 시일핀 (15) (15a ∼ 15c) 중, 제 2 시일핀 (15b), 및 제 3 시일핀 (15c) 은, 이들 선단과 제 1 단차면 (37) 사이에 미소 간극 (H2, H3) 을 형성하도록 연장되어 있다.

(작용)

다음으로, 제 3 실시형태의 작용에 대해 설명한다.

상기 서술한 구성에 있어서, 고리형 홈 (33) 내에 유입된 증기 (J) 의 일부의 증기는, 허브 슈라우드 (41) 의 상류측 단면 (41a) 에 충돌한다. 그리고, 상기 증기는, 제 1 시일핀 (15a) 을 따라, 또한 소고리형 홈 (34) 의 저면 (34a) 을 향하여 흐른다. 또한 이 후, 상기 증기는, 상류측으로 돌아오도록 흐르고, 도 6 에 있어서의 시계 방향으로 회전하는 주소용돌이 (Y1') 를 형성한다.

또, 제 1 시일핀 (15a) 과 볼록부 (36) 의 직경 방향의 외방측에 위치하는 상면 (36b) 사이에 형성된 미소 간극 (H1) 을 통과한 누설 흐름은, 제 2 시일핀 (15b) 에 충돌한다. 그리고, 상기 누설 흐름은, 상류측으로 돌아오도록 흐르고, 제 2 공동 (C2) 내에 있어서, 도 7 에 있어서의 반시계 방향으로 회전하는 주소용돌이 (제 2 주소용돌이) (Y3) 를 형성한다.

여기서, 제 2 공동 (C2) 에는, 스텝부 (35) (볼록부 (36)) 가 형성되어 있기 때문에, 볼록부 (36) 의 후류측의 에지부 (36c) 에 있어서, 주소용돌이 (Y3) 로부터 일부의 흐름이 박리된다. 그리고, 이 주소용돌이 (Y3) 의 회전 방향과는 반대 방향 (도 7 에 있어서의 시계 방향) 으로 회전하는 박리 소용돌이 (Y4) 가 형성된다.

박리 소용돌이 (Y4) 가 형성되면, 제 2 시일핀 (15b) 의 상류측에 있어서, 속도 벡터가 직경 방향의 내측을 향한 다운 플로우가 생긴다. 이 다운 플로우는, 제 2 시일핀 (15b) 과 제 1 단차면 (37) 사이에 형성되어 있는 미소 간극 (H2) 의 바로 앞에서 직경 방향의 내측을 향하는 관성력을 보유하고 있다. 그 때문에, 미소 간극 (H2) 을 통과하는 누설 흐름에 대해, 직경 방향 내측으로 줄어드는 효과 (축류 효과) 가 얻어진다.

따라서, 상기 서술한 제 3 실시형태에 의하면, 상기 서술한 제 2 실시형태와 비교하여, 더욱 누설 유량이 저감된다.

또한, 제 1 단차면 (37) 에, 소고리형 홈 (도 8 에 있어서의 2 점쇄선 참조) 이 형성되어도 된다. 이 경우, 소고리형 홈의 축방향의 하류측에 위치하는 내측면이 제 2 시일핀 (15b) 과 동일면이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 그 결과, 더욱 누설 유량이 저감된다.

(제 4 실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 4 실시형태를 도 9 에 기초하여 설명한다.

도 9 는, 제 4 실시형태를 설명하기 위한 설명도로서, 도 2 (도 1 의 A 부의 확대도) 에 대응된다.

여기서, 제 4 실시형태와 제 3 실시형태의 상이점은, 제 3 실시형태의 고리형 홈 (33) 에는, 1 단의 스텝부 (35) 가 형성되어 있는 것에 반해, 제 4 실시형태의 고리형 홈 (33) 에는, 2 단의 스텝부 (38) 가 형성되어 있는 점이다.

즉, 제 4 실시형태의 고리형 홈 (33) 에는, 단차면 (37) 의 하류측에, 더욱 1 단 낮아진 제 2 단차면 (39) 이 형성되어 있다. 또, 제 2 단차면 (39) 은, 단차면 (37) 의 하류측의 에지부 (37a) 가, 인접하는 제 2 시일핀 (15b) 과 제 3 시일핀 (15c) 사이에, 바람직하게는, 제 3 공동 (C3) 의 축방향 대략 중앙에 위치하도록 형성되어 있다.

또한, 허브 슈라우드 (41) 에 세워 설치되어 있는 3 개의 시일핀 (15) (15a ∼ 15c) 은, 이들 선단과, 각각 대응하는 볼록부 (36), 제 1 단차면 (37), 및 제 2 단차면 (39) 사이에 미소 간극 (H) (H1 ∼ H3) 이 형성되도록 연장되어 있다.

(작용)

상기 구성에 있어서, 제 3 공동 (C3) 에는, 미소 간극 (H2) 을 통과한 흐름에 의해 도 9 에 있어서의 반시계 방향으로 회전하는 주소용돌이 (Y5) 가 형성된다. 또, 제 1 단차면 (37) 의 하류측의 에지부 (37a) 에 있어서, 주소용돌이 (Y5) 로부터 일부의 흐름이 박리되고, 이 주소용돌이 (Y5) 의 회전 방향과는 반대 방향 (도 9 에 있어서의 시계 방향) 으로 회전하는 박리 소용돌이 (Y6) 가 형성된다.

따라서, 상기 서술한 제 4 실시형태에 의하면, 상기 서술한 제 3 실시형태와 비교하여, 더욱 누설 유량이 저감된다.

또한, 제 1 단차면 (37), 및 제 2 단차면 (39) 에 소고리형 홈 (도 9 에 있어서의 2 점쇄선 참조) 이 형성되어도 된다. 이 경우, 소고리형 홈의 축방향의 하류측에 위치하는 내측면이 각각 제 2 시일핀 (15b), 및 제 3 시일핀 (15c) 과 동일면이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 그 결과, 더욱 누설 유량이 저감된다.

(제 ５ 실시형태)

다음으로, 본 발명의 제 ５ 실시형태를 도 1 을 원용하고, 도 10 에 기초하여 설명한다.

도 10 은, 도 1 의 B 부의 확대도이다.

여기서, 제 ５ 실시형태와 제 1 실시형태의 상이점은, 제 1 실시형태가 허브 슈라우드 (41) 에 시일핀 (15) 을 형성하고 있는 것에 반해, 제 ５ 실시형태가 칩 슈라우드 (51) 에 시일핀 (115) 을 형성하고 있는 점이다.

도 10 에 나타내는 바와 같이, 칸막이판 외륜 (구조체) (11) 에는, 동익 (블레이드) (50) 에 대응하는 부위에 고리형 홈 (12) 이 형성된다. 그리고, 이 고리형 홈 (12) 에 동익 (50) 의 선단부가 되는 칩 슈라우드 (블레이드) (51) 가 대향된다. 이 고리형 홈 (12) 에 의해, 고리형 홈 (12) 의 저면 (12a) 과 칩 슈라우드 (51) 사이에 축체 (30) 의 직경 방향의 간극 (S2) 이 형성된다. 고리형 홈 (12) 은, 이 저면 (12a) 이 축방향으로 대략 동 직경이 되도록 형성되어 있다.

한편, 칩 슈라우드 (51) 의 선단에는, 3 개의 시일핀 (115) (115a, 115b, 115c) 이 직경 방향을 따라, 또한 고리형 홈 (12) 의 저면 (12a) 을 향하여 간극 (S2) 을 차단하도록 세워 설치되어 있다. 3 개의 시일핀 (115) 은, 각각 칩 슈라우드 (51) 의 상류측의 단면 (51a) 측 (도 10 에 있어서의 좌측) 에 배치된 제 1 시일핀 (상류단측 시일핀) (115a) 과, 칩 슈라우드 (51) 의 축방향의 대략 중앙에 배치된 제 2 시일핀 (115b) 과, 이 제 2 시일핀 (115b) 보다 후류측 (도 10 에 있어서의 우측) 에 배치된 제 3 시일핀 (115c) 에 의해 구성되어 있다.

각 시일핀 (115) (115a ∼ 115c) 은 대략 동일 길이로 설정되어 있다. 그리고, 각 시일핀 (115) 의 선단부와 고리형 홈 (12) 사이에는, 대략 동일 치수로 설정된 직경 방향의 미소 간극 (H) (H1, H2, H3) 이 형성되어 있다.

상기 구성에 있어서, 고리형 홈 (12) 내의, 칸막이판 외륜 (11) 과 칩 슈라우드 (51) 사이에는, 공동 (C) (C4 ∼ C6) 이 형성되어 있다. 공동 (C) (C4 ∼ C6) 은, 각각 상류측으로부터 순서대로, 고리형 홈 (12) 의 축방향의 상류측에 위치하는 내측면 (12b) 과 제 1 시일핀 (115a) 사이에 형성된 제 1 공동 (C4) 과, 제 1 시일핀 (115a) 과 제 2 시일핀 (115b) 사이에 형성된 제 2 공동 (C5) 과, 제 2 시일핀 (115b) 과 제 3 시일핀 (115c) 사이에 형성된 제 3 공동 (C6) 에 의해 구성되어 있다.

여기서, 제 1 시일핀 (115a) 은, 칩 슈라우드 (51) 의 상류측의 단면 (51a) 과 대략 동일면이 되도록 배치되어 있다.

(작용)

다음으로, 본 발명의 제 ５ 실시형태의 작용에 대해 설명한다.

증기 터빈 (1) 이 가동하면, 증기 (J) 의 일부 (예를 들어, 수％) 가 동익 (50) 의 칩 슈라우드 (51) 가 대향하는 고리형 홈 (12) 내에 유입된다. 고리형 홈 (12) 내에 유입된 증기 (J) 의 일부는, 먼저 제 1 공동 (C4) 내에 유입되고, 칩 슈라우드 (51) 의 상류측 단면 (51a) 에 충돌한다. 그리고, 증기 (J) 는, 제 1 시일핀 (115a) 을 따르도록, 고리형 홈 (12) 의 저면 (12a) 을 향하여 흐른다. 또한 이 후, 증기 (J) 는, 상류측으로 돌아오도록 흐르고, 도 10 에 있어서의 반시계 방향으로 회전하는 주소용돌이 (Y7) 가 형성된다.

즉, 주소용돌이 (Y7) 가 형성되면, 제 1 시일핀 (115a) 의 상류측에 있어서, 속도 벡터가 직경 방향의 외측을 향한 흐름이 생긴다. 이 흐름은, 제 1 시일핀 (115a) 과 고리형 홈 (12) 의 저면 (12a) 사이에 형성되어 있는 미소 간극 (H1) 의 바로 앞에서 직경 방향의 외측을 향하는 관성력을 보유한다. 이 때문에, 미소 간극 (H1) 을 통과하는 누설 흐름에 대해, 직경 방향의 외측으로 줄어드는 효과 (축류 효과) 가 얻어진다. 따라서, 증기 (J) 의 누설 유량이 저감된다.

따라서, 상기 서술한 제 ５ 실시형태에 의하면, 전술한 제 1 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기 서술한 실시형태에 여러 가지의 변경이 더해져도 된다.

예를 들어, 상기 서술한 제 ５ 실시형태에, 전술한 제 2 실시형태, 제 3 실시형태, 및 제 4 실시형태에서 상세히 서술한 소고리형 홈 (34) 이나 스텝부 (35, 38) 가 적용되어도 된다.

또, 상기 서술한 제 1 실시형태 내지 제 4 실시형태에서는, 허브 슈라우드 (41) 에 3 개의 시일핀 (15a ∼ 15c) 이 형성된 구성에 대해 설명하였다. 또, 제 ５ 실시형태에서는, 칩 슈라우드 (51) 에 3 개의 시일핀 (115a ∼ 115c) 이 형성된 구성에 대해 설명하였다. 그러나, 허브 슈라우드 (41), 및 칩 슈라우드 (51) 에, 각각 임의의 개수의 시일핀 (15, 115) 이 형성되어도 된다.

또한, 상기 서술한 실시형태에서는, 최종단의 정익 (40) 이나 동익 (50) 에 본 발명이 적용된 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 다른 단의 정익 (40) 이나 동익 (50) 에 본 발명이 적용되어도 된다.

그리고, 상기 서술한 실시형태에서는, 증기 터빈 (1) 이 복수식 (復水式) 의 증기 터빈인 경우에 대해 설명하였다. 그러나, 다른 형식의 증기 터빈, 예를 들어, 2 단 추기 터빈, 추기 터빈, 혼기 터빈 등의 터빈 형식에 본 발명이 적용되어도 된다. 또, 가스 터빈에 본 발명이 적용되어도 된다. 나아가서는, 회전 날개가 있는 모든 장치에 본 발명이 적용되어도 된다.

또한, 상기 서술한 실시형태에서는, 정익 (40) 의 선단측에 허브 슈라우드 (41) 가 형성됨과 함께, 동익 (50) 의 선단측에 칩 슈라우드 (51) 가 형성되는 구성에 대해 설명하였다. 그러나, 허브 슈라우드 (41), 및 칩 슈라우드 (51) 가 형성되지 않은 구성이어도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우, 정익 (40) 및 동익 (50) 만이 본 발명에 있어서의 「블레이드」가 된다. 즉, 정익 (40) 이 「블레이드」인 경우에는 축체 (30) 가 「구조체」가 된다. 한편, 동익 (50) 이 「블레이드」인 경우에는 칸막이판 외륜 (11) 이 「구조체」가 된다. 그리고, 정익 (40) 의 선단에 시일핀 (15) 이 형성되고, 및/또는 동익 (50) 의 선단에 시일핀 (115) 이 형성되면 된다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 제 1 주소용돌이에 의해, 시일핀의 선단과 고리형 홈의 저면 사이에 형성된 미소 간극을 통과하는 유체가 축류되어, 누설 유량이 저감된다.

1…증기 터빈
11…칸막이판 외륜 (구조체)
12, 33…고리형 홈
12a, 33a…저면
12b, 33b…내측면
15, 115…시일핀
15a, 115a…제 1 시일핀 (상류단측 시일핀)
15b, 115b…제 2 시일핀
15c, 115c…제 3 시일핀
30…축체 (구조체)
34…소고리형 홈
35, 38…스텝부
36…볼록부
36c, 37a…에지부
37…제 1 단차면 (단차)
39…제 2 단차면 (단차)
40…정익 (블레이드)
41…허브 슈라우드 (블레이드)
41a, 51a…상류측 단면 (상류단)
50…동익 (블레이드)
51…칩 슈라우드 (블레이드)
H (H1 ∼ H3)…미소 간극
S1, S2…간극
Y1, Y1', Y3, Y5, Y7…주소용돌이
Y2, Y4, Y6…박리 소용돌이

Claims

블레이드와,
상기 블레이드의 주위를 둘러싸도록 형성되어, 상기 블레이드에 대해 상대 회전하는 구조체를 구비하고,
상기 구조체의 상기 블레이드의 선단에 대응하는 위치에, 상기 블레이드의 선단과의 사이의 간극을 확보하는 고리형 홈이 형성됨과 함께,
상기 블레이드의 선단에, 적어도 1 개의 시일핀이 상기 고리형 홈의 저면을 향하여 세워 설치하고, 상기 시일핀의 선단과 상기 고리형 홈의 저면 사이에 직경 방향의 미소 간극이 형성된 터빈으로서,
상기 시일핀 중, 상기 블레이드의 상류단측에 배치된 상류단측 시일핀과 상기 블레이드의 상류단 사이의 축방향 거리를 L 로 하고, 상기 블레이드의 상류단과 상기 고리형 홈의 상류측의 내측면 사이의 축방향 거리를 Bu 로 했을 때,
상기 상류단측 시일핀은,
0≤L/Bu≤0.1…(1)
을 만족하도록 배치되어 있고,
상기 블레이드의 상류단에 대응하는 위치에 제 1 소고리형 홈 (第一小環狀溝) 이 형성되고,
상기 시일핀 중, 상기 블레이드의 상류단에 배치된 상류단측 시일핀과, 상기 제 1 소고리형 홈의 하류측의 내측면이 동일면이 되도록 배치되어 있고,
상기 미소 간극에 상기 상류단측 시일핀의 선단으로부터 상기 고리형 홈의 저면을 향하는 흐름이 생기는 터빈.
제 1 항에 있어서,
상기 블레이드의 상류단과 동일면이 되도록, 상기 상류단측 시일핀이 배치된 터빈.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 블레이드의 선단에는, 상기 시일핀이 복수 형성되고,
상기 고리형 홈에는, 상기 블레이드의 상류단으로부터 하류측을 향하여 스텝부가 형성되고,
상기 스텝부는, 적어도 1 개의 단차에 의해 하류측을 향함에 따라 점차 높이가 낮아지도록 형성되어 있음과 함께, 상기 단차에 형성되는 하류측 에지부가 인접하는 시일핀 사이에 위치하도록 형성되어 있는 터빈.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 고리형 홈에는, 상기 상류단측 시일핀보다 하류측에 위치하는 시일핀 중, 적어도 어느 것의 시일핀에 대응하는 위치에, 제 2 소고리형 홈이 형성되어 있는 터빈.
삭제
삭제
제 4 항에 있어서,
상기 고리형 홈에는, 상기 상류단측 시일핀보다 하류측에 위치하는 시일핀 중, 적어도 어느 것의 시일핀에 대응하는 위치에, 제 2 소고리형 홈이 형성되어 있는 터빈.
삭제
블레이드와,
상기 블레이드의 주위를 둘러싸도록 형성되어, 상기 블레이드에 대해 상대 회전하는 구조체를 구비하고,
상기 구조체의 상기 블레이드의 선단에 대응하는 위치에, 상기 블레이드의 선단과의 사이의 간극을 확보하는 고리형 홈이 형성됨과 함께,
상기 블레이드의 선단에, 적어도 1 개의 시일핀이 상기 고리형 홈의 저면을 향하여 세워 설치하고, 상기 시일핀의 선단과 상기 고리형 홈의 저면 사이에 직경 방향의 미소 간극이 형성된 터빈으로서,
상기 블레이드의 상류단에 대응하는 위치에 제 1 소고리형 홈 (第一小環狀溝) 이 형성되고, 상기 시일핀 중, 상기 블레이드의 상류단에 배치된 상류단측 시일핀과, 상기 제 1 소고리형 홈의 하류측의 내측면이 동일면이 되도록 배치되어 있는 터빈.
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