KR101660204B1

KR101660204B1 - 회전 기계

Info

Publication number: KR101660204B1
Application number: KR1020157022298A
Authority: KR
Inventors: 가즈유키 마츠모토; 다카아키 카이코기
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2013-04-03
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2016-09-26
Also published as: EP2982832A4; KR20150114964A; US10247025B2; EP2982832A1; EP2982832B1; US20160047265A1; JP5951890B2; WO2014162767A1; CN105074134A; JPWO2014162767A1; CN105074134B

Abstract

동익(50)의 선단이 들어가는 캐비티(12)가 형성된 케이싱(10)과, 케이싱(10)의 캐비티(12)의 내주면으로부터 동익(50)의 선단을 향해 연장되어, 케이싱(10)과 동익(50) 사이의 공간을 시일하는 복수의 시일 핀(17)과, 복수의 시일 핀의 사이에 있어서, 케이싱(10)의 캐비티(12)의 내주면으로부터 직경 방향 내측을 향해 연장되고, 선회류가 충돌하는 선회류 충돌면(3)을 가짐과 함께, 선회류 충돌면(3)의 적어도 일부에 선회류를 주위 방향으로 통과시키는 선회류 통과부(n)가 형성된 스월 브레이커(2)를 구비하는 회전 기계.

Description

회전 기계 {ROTATING MACHINE}

본 발명은, 회전 기계에 관한 것으로, 특히 누설 손실을 저감시키는 시일 기구를 구비한 회전 기계에 관한 것이다.

본원은, 2013년 4월 3일에 출원된 일본 특허 출원 제2013-078029호에 대해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

증기 터빈, 가스 터빈 등의 회전 기계에 있어서는, 정지측(케이싱)과 회전측(동익) 사이에 발생하는 간극으로부터 증기 등의 작동 유체가 누설되는 것을 방지하기 위해, 시일 기구가 사용되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).

예를 들어, 정익을 통과한 후의 작동 유체가 동익과 케이싱 사이의 간극(동익 팁 캐비티)을 통과하는 것을 저감시키기 위해, 예를 들어 케이싱의 내주에 동익을 향해 신장되는 시일 핀 등의 시일 부재를 형성하는 기술이 알려져 있다.

일본 특허 공개 제2006-104952호 공보 미국 특허 제7004475호 명세서

그런데, 최근, 회전 기계에 있어서는, 저주파 진동 등의 자려 진동이 발생하는 사례가 있다. 이 자려 진동의 원인은, 정익을 통과하여 강한 주위 방향 속도 성분(스월 성분, 선회 성분)을 가진 흐름(선회류)이, 시일 핀을 통과할 때, 시일 핀 사이의 캐비티 내에 주위 방향으로 불균일한 압력 분포를 형성하는 것이다.

이러한 배경으로부터, 회전 기계의 시일 기구에는, 스월 성분을 저감·감쇠시키기 위한 구조가 요망되고 있다. 이러한 구조로서는, 특허문헌 2에 기재된 장치와 같이, 동익 팁 캐비티 내에 방해판을 설치하는 기술이 알려져 있다.

그러나, 이 장치에 사용되고 있는 시일 부재는, 시일 핀과 방해판으로 구성되는 허니콤 구조로 되어 있다. 구체적으로는, 이 허니콤 구조는, 축방향으로 연장되는 방해판에 의해 시일 핀이 분단되어 있는 구조로 되어 있고, 연속되어 있는 방해판에 의해 구조의 내부까지 작동 유체가 들어갈 수 없으므로, 스월 저감 효과가 낮다.

본 발명은, 선회류의 저감 효과를 보다 강화할 수 있는 시일 기구를 구비한 회전 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 형태에 의하면, 회전 기계는, 축선 주위로 회전하는 로터 본체와, 상기 로터 본체로부터 직경 방향 외측으로 연장되도록 배치된 동익을 갖는 로터와, 상기 로터를 외주측으로부터 둘러싸도록 배치되고, 상기 동익의 선단이 들어가는 캐비티가 형성된 케이싱과, 상기 케이싱의 상기 캐비티의 내주면으로부터 상기 동익의 선단을 향해 연장되어, 상기 케이싱과 상기 동익 사이의 공간을 시일하는 복수의 시일 핀과, 상기 복수의 시일 핀의 사이에 있어서, 상기 케이싱의 상기 캐비티의 내주면으로부터 직경 방향 내측을 향해 연장되고, 선회류가 충돌하는 선회류 충돌면을 가짐과 함께, 상기 선회류 충돌면의 적어도 일부에 상기 선회류를 주위 방향으로 통과시키는 선회류 통과부가 형성된 스윌 브레이커를 구비하고, 상기 스윌 브레이커는, 판상체에 의해 형성되고, 상기 선회류 충돌면은, 그 기단부측과 선단부측에서 상기 축선 방향에 대한 각도가 다르도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 시일 핀과 시일 핀 사이에 스월 브레이커를 배치함으로써, 선회류가 스월 브레이커에 충돌함으로써 선회류의 동압을 스월 브레이커에 의해 감쇠시켜 선회류를 저감시킬 수 있다.

또한, 선회류 충돌면에 선회류 통과부가 형성되어 있음으로써, 선회류 충돌면이 존재하는 직경 방향 위치에서 선회류가 이 선회류 통과부를 통과하여 주위 방향으로 흐르므로, 선회류의 저감 효과를 강화할 수 있다.
또한, 상기 구성에 의하면, 상류측의 시일 핀과 하류측의 시일 핀 사이에서 되꺾임을 반복하는 선회류의 거동에 대해, 보다 최적의 스윌 브레이커로 할 수 있다.
본 발명의 제2 형태에 의하면, 회전 기계는, 축선 주위로 회전하는 로터 본체와, 상기 로터 본체로부터 직경 방향 외측으로 연장되도록 배치된 동익을 갖는 로터와, 상기 로터를 외주측으로부터 둘러싸도록 배치되고, 상기 동익의 선단이 들어가는 캐비티가 형성된 케이싱과, 상기 케이싱의 상기 캐비티의 내주면으로부터 상기 동익의 선단을 향해 연장되어, 상기 케이싱과 상기 동익 사이의 공간을 시일하는 복수의 시일 핀과, 상기 복수의 시일 핀의 사이에 있어서, 상기 케이싱의 상기 캐비티의 내주면으로부터 직경 방향 내측을 향해 연장되고, 선회류가 충돌하는 선회류 충돌면을 가짐과 함께, 상기 선회류 충돌면의 적어도 일부에 상기 선회류를 주위 방향으로 통과시키는 선회류 통과부가 형성된 스윌 브레이커를 구비하고, 상기 선회류 충돌면은, 상기 선회류의 흐름 방향에 직교하도록 상기 축선 방향에 대해 경사져 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 회전 기계에 있어서, 상기 선회류 통과부는, 상기 선회류 충돌면과, 축선 방향 일측의 상기 시일 핀 및 축선 방향 타측의 상기 시일 핀 중 적어도 한쪽과의 사이에 형성된 간극이면 된다.

상기 구성에 의하면, 보다 간소한 구성으로 선회류 통과부를 형성할 수 있다.

삭제

상기 회전 기계에 있어서, 스월 브레이커는, 적어도 하나의 구멍이 형성된 판상체에 의해 형성되고, 상기 선회류 통과부는, 상기 적어도 하나의 구멍인 구성으로 해도 된다.

상기 구성에 의하면, 구멍의 직경, 형상, 수량, 배치 등을 조정함으로써, 선회류의 거동에 대해, 보다 최적의 스월 브레이커로 할 수 있다.

상기 회전 기계에 있어서, 상기 스월 브레이커의 상기 선회류 충돌면과 상기 시일 핀의 표면 중 적어도 한쪽에 딤플 가공이 실시되어 있는 구성으로 해도 된다.

상기 구성에 의하면, 선회 충돌면 및 시일 핀을 평활면으로 하는 경우와 비교하여, 선회류와 스월 브레이커 및 시일 핀과의 마찰에 의한 에너지 손실이 증가하므로, 증기에 포함되는 선회 성분의 저감 효과가 커진다.

상기 회전 기계에 있어서, 상기 스월 브레이커는, 단면 형상이 파형으로 되어 있는 구성으로 해도 된다.

상기 구성에 의하면, 직경 방향의 와도를 가진 박리류에 더하여, 축방향·주위 방향의 와도를 가진 스케일이 작은 복수의 소용돌이가 발생한다. 이에 의해, 시일 핀 사이의 공간 내의 흐름의 흐트러짐이 증폭되어, 증기에 포함되는 선회 성분의 저감 효과가 커진다.

상기 회전 기계에 있어서, 상기 스월 브레이커는, 직경 방향 내주측을 향함에 따라서 폭이 좁아지도록 형성되어 있는 구성으로 해도 된다.

상기 구성에 의하면, 시일 핀을 통과한 누설 제트를, 스월 브레이커를 설치하고 있는 시일 핀으로 둘러싸인 공간 내로 유도하기 쉬워져, 스월 브레이커의 효과를 보다 강하게 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 시일 핀과 시일 핀 사이에, 스월 브레이커를 배치함으로써, 선회류가 스월 브레이커에 충돌함으로써 선회류의 동압을 스월 브레이커에 의해 감쇠시켜 선회류를 저감시킬 수 있다. 또한, 선회 충돌면에 선회류 통과부가 형성되어 있음으로써, 이 선회류 통과부를 선회류가 통과하기 쉬워져, 선회류의 저감 효과를 강화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 증기 터빈의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 증기 터빈의 시일 핀의 주요부 확대 단면도로, 도 1의 I의 확대 단면도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 증기 터빈의 시일 핀을 직경 방향 외측으로부터 본 도면이다.
도 4는 스월 브레이커를 배치하지 않는 경우에 있어서의, 환상 홈으로 유입되는 누설 증기의 거동에 대해 설명하는 도 2에 대응하는 도면이다.
도 5는 도 4의 A-A 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 6은 도 4의 B-B 화살표 방향에서 본 단면도이다.
도 7은 제1 실시 형태의 스월 브레이커의 작용을 설명하는 도면이다.
도 8은 제1 실시 형태의 스월 브레이커의 변형예를 설명하는 도 3에 대응하는 도면이다.
도 9는 제1 실시 형태의 스월 브레이커의 변형예를 설명하는 도 3에 대응하는 도면이다.
도 10은 제1 실시 형태의 스월 브레이커의 변형예를 설명하는 도 3에 대응하는 도면이다.
도 11은 제1 실시 형태의 스월 브레이커의 변형예를 설명하는 도 3에 대응하는 도면이다.
도 12는 제1 실시 형태의 스월 브레이커의 변형예를 설명하는 도 3에 대응하는 도면이다.
도 13은 제2 실시 형태의 스월 브레이커의 도 7에 대응하는 도면이다.
도 14는 제2 실시 형태의 스월 브레이커를 직경 방향 외측으로부터 본 도면이다.
도 15는 제3 실시 형태의 스월 브레이커의 도 7에 대응하는 도면이다.
도 16은 제3 실시 형태의 변형예의 스월 브레이커의 도 7에 대응하는 도면이다.
도 17은 제3 실시 형태의 변형예의 스월 브레이커의 도 7에 대응하는 도면이다.
도 18은 제4 실시 형태의 스월 브레이커의 도 3에 대응하는 도면이다.
도 19는 제4 실시 형태의 스월 브레이커의 정면도이며 선회류 충돌면을 도시하는 도면이다.
도 20은 제5 실시 형태의 스월 브레이커의 사시도이다.
도 21은 제5 실시 형태의 스월 브레이커의 변형예의 사시도이다.
도 22는 제5 실시 형태의 스월 브레이커를 직경 방향 외측으로부터 본 도면이다.
도 23은 제6 실시 형태의 스월 브레이커의 도 7에 대응하는 도면이다.
도 24는 제6 실시 형태의 스월 브레이커의 변형예의 도 7에 대응하는 도면이다.
도 25는 제6 실시 형태의 스월 브레이커의 변형예의 도 7에 대응하는 도면이다.

(제1 실시 형태)

이하, 본 발명의 제1 실시 형태의 회전 기계인 증기 터빈에 대해 도면에 기초하여 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 증기 터빈(1)은, 케이싱(10)과, 케이싱(10)으로 유입되는 증기(S)의 양과 압력을 조정하는 조정 밸브(20)와, 케이싱(10)의 내측에 회전 가능하게 설치되고, 동력을 도시하지 않은 발전기 등의 기계에 전달하는 로터(30)와, 케이싱(10)에 보유 지지된 정익(40)과, 로터(30)에 설치된 동익(50)과, 로터(30)를 축 주위로 회전 가능하게 지지하는 베어링부(60)를 구비하고 있다.

케이싱(10)은, 내부 공간이 기밀하게 밀봉되어 있음과 함께, 증기(S)의 유로로 되어 있다. 이 케이싱(10)의 내벽면에는, 로터(30)가 삽입 관통되는 링 형상의 구획판 외륜(정지 환상체)(11)이 강고하게 고정되어 있다.

조정 밸브(20)는, 케이싱(10)의 내부에 복수개 장착되어 있다. 복수의 조정 밸브(20)는, 도시하지 않은 보일러로부터 증기(S)가 유입되는 조정 밸브실(21)과, 밸브체(22)와, 밸브 시트(23)를 구비하고 있고, 밸브체(22)가 밸브 시트(23)로부터 이격되면 증기 유로가 개방되어, 증기실(24)을 통해 증기(S)가 케이싱(10)의 내부 공간으로 유입되도록 되어 있다.

로터(30)는, 로터 본체(31)와, 이 로터 본체(31)의 외주로부터 로터(30)의 직경 방향(이하, 단순히 직경 방향이라 칭함)으로 연장된 복수의 디스크(32)를 구비하고 있다. 이 로터(30)는, 회전 에너지를 도시하지 않은 발전기 등의 기계에 전달하도록 되어 있다.

베어링부(60)는, 저널 베어링 장치(61) 및 스러스트 베어링 장치(62)를 구비하고 있어, 로터(30)를 회전 가능하게 지지하고 있다.

정익(40)은, 케이싱(10)으로부터 내주측을 향해 신장되어, 로터(30)를 둘러싸도록 방사 형상으로 다수 배치되는 환상 정익군을 구성하고 있고, 각각 상술한 구획판 외륜(11)에 보유 지지되어 있다. 이들 정익(40)의 직경 방향에 있어서의 내측은, 로터(30)가 삽입 관통된 링 형상의 구획판 내륜(14) 등에 의해 연결되어 있다.

이들 복수의 정익(40)으로 이루어지는 환상 정익군은, 로터(30)의 축방향(이하, 단순히 축방향이라 칭함)으로 간격을 두고 6개 형성되어 있고, 증기(S)의 압력 에너지를 속도 에너지로 변환하여, 하류측에 인접하는 동익(50)으로 유입시킨다.

동익(50)은, 로터(30)가 갖는 디스크(32)의 외주부에 강고하게 장착되고, 각 환상 정익군의 하류측에 있어서, 방사 형상으로 다수 배치되어 환상 동익군을 구성하고 있다.

이들 환상 정익군과 환상 동익군은, 1세트 1단으로 되어 있다. 즉, 증기 터빈(1)은 6단으로 구성되어 있다. 이 중, 최종단에 있어서의 동익(50)의 선단부는, 로터(30)의 주위 방향(이하, 단순히 주위 방향이라 칭함)으로 인접하는 동익의 선단부끼리 연결되어 있고 슈라우드(51)라 불리고 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 구획판 외륜(11)의 축방향 하류측에는, 구획판 외륜(11)의 내주부로부터 직경 확장되어 케이싱(10)의 내주면을 저부(13)로 하는 환상 홈(12)(캐비티)이 형성되어 있다. 환상 홈(12)에는, 슈라우드(51)가 수용되고, 저부(13)는 슈라우드(51)의 외주면(52)과 간극(Gd)을 개재하여 직경 방향으로 대향하고 있다.

이 저부(13)에는, 슈라우드(51)를 향해 직경 방향으로 연장되는 3개의 시일 핀[17(17A∼17C)]이 설치되어 있다. 시일 핀[17(17A∼17C)]은, 슈라우드(51)의 외주면(52)을 향해 저부(13)로부터 내주측으로 연장되어 있고, 주위 방향으로 연장되어 있다. 이들 시일 핀[17(17A∼17C)]은, 슈라우드(51)의 외주면(52)과 미소 간극(m)을 직경 방향으로 형성하고 있다.

이들 미소한 간극(m)의 치수는, 케이싱(10)이나 동익(50)의 열신장량이나 동익(50)의 원심 신장량 등을 고려하여, 시일 핀[17(17A∼17C)]과 동익(50)이 접촉하는 일이 없는 범위에서 설정되어 있다.

축방향으로 인접하는 시일 핀(17)끼리의 사이에는, 주위 방향으로 소정의 간격을 두고 복수의 스월 브레이커(2)가 배치되어 있다. 스월 브레이커(2)는, 주위 방향으로 등간격으로 배치되어 있다. 구체적으로는, 스월 브레이커(2)는 시일 핀(17A)과 시일 핀(17B) 사이에 있어서, 케이싱(10)의 환상 홈(12)의 내주면[저부(13)]으로부터 직경 방향 내측을 향해 돌출되도록 연장되는 판상체이다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 스월 브레이커(2)의 일면은, 선회류가 충돌하는 선회류 충돌면(3)으로 되어 있다. 선회류 충돌면(3)은, 축방향을 따르도록 배치되어 있고, 주위 방향(부호 C로 나타냄)의 일측을 향하고 있다.

또한, 스월 브레이커(2)와, 스월 브레이커(2)의 축방향의 제1측(상류측) 및 제1측과는 반대측의 축방향의 제2측(하류측)에 배치되어 있는 시일 핀(17)의 사이에는, 선회류 통과부로서 기능하는 간극(n)이 형성되어 있다. 즉, 스월 브레이커(2)와 시일 핀(17)은 축방향으로 접속되어 있지 않다. 이 간극(n)의 치수에 관해서는 후술한다.

여기서, 상기한 구성으로 이루어지는 증기 터빈(1)의 동작에 대해 설명한다.

우선, 조정 밸브(20)(도 1 참조)를 개방 상태로 하면, 도시하지 않은 보일러로부터 증기(S)가 케이싱(10)의 내부 공간으로 유입된다.

케이싱(10)의 내부 공간으로 유입된 증기(S)는, 각 단에 있어서의 환상 정익군과 환상 동익군을 순차 통과한다.

각 단의 환상 정익군에 있어서 증기(S)는, 정익(40)을 통과하면서 그 주위 방향 속도 성분이 증대된다. 이 증기(S) 중 대부분의 증기(SM)는, 동익(50) 사이로 유입되고, 증기(SM)의 에너지가 회전 에너지로 변환되어 로터(30)에 회전이 부여된다.

한편, 증기(S) 중 일부(예를 들어, 약 수％)의 증기(SL)는, 정익(40)으로부터 유출된 후, 주위 방향 성분이 증대된 상태, 즉 선회류로 되어 환상 홈(12)으로 유입된다.

여기서, 스월 브레이커(2)를 배치하지 않는 경우에 있어서의, 환상 홈(12)으로 유입되는 누설 증기(SL)의 거동에 대해 설명한다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 누설 증기(SL)의 일부는, 시일 핀(17A)을 넘을 때, 시일 핀(17A)의 상류측과 하류측의 차압의 크기의 함수로 산출되는 축방향 속도를 갖는 누설 제트(LJ)로 되어 축방향으로 인접하는 시일 핀(17B)을 향해 흐른다.

한편, 도 5에 도시하는 바와 같이, 누설 증기(SL)는, 전후의 시일 핀(17A)과 시일 핀(17B)으로 둘러싸이는 핀 공간(F)에 주위 방향 성분(Vc)을 가진 선회류로서 유입된다. 즉, 선회류는, 정익(40) 출구에서 강한 주위 방향 성분(Vc)을 갖고 있고, 축방향의 속도 성분(Vx)보다도, 주위 방향 성분(Vc)의 속도의 쪽이 빠르게 되어 있다.

그리고, 선회류는, 시일 핀(17)을 통과하는 누설 제트(LJ)의 점성에 의해, 그 회전 중심축이 주위 방향을 따르는 소용돌이 상태(도 4 및 도 5 참조)로 된다. 또한, 누설 제트(LJ) 부근의 흐름은, 도 6에 도시하는 바와 같은 플로우 패턴으로 된다.

다음으로, 스월 브레이커(2)를 설치한 경우의 누설 증기(SL)의 거동에 대해 설명한다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 누설 증기(SL)인 선회류는, 축방향 상류측의 시일 핀(17A)을 넘으면서 축방향으로 인접하는 2개의 시일 핀(17)의 사이에 소용돌이 형상으로 되어 유입되면(부호 S1로 나타냄), 축방향 하류측의 시일 핀(17B)에 접촉하여 되꺾인다(부호 S2로 나타냄). 되꺾인 선회류(S2)는, 축방향 상류측의 시일 핀(17A)에 접촉하여 되꺾인 후, 스월 브레이커(2)의 선회류 충돌면(3)에 충돌한다. 이에 의해, 선회류(S2)가 저감된다.

한편, 선회류(S2)는, 스월 브레이커(2)와 시일 핀(17) 사이의 간극(n)을 통과한다. 즉, 선회류(S2)는, 스월 브레이커(2)에 의해 그 흐름이 완전히 차단되는 일 없이, 주위 방향 타측으로 빠진다. 여기서, 스월 브레이커(2)와 시일 핀(17) 사이의 간극(n)은, 선회류(S2)와 충돌함으로써 선회류(S2)를 저감시키는 데 필요한 스월 브레이커(2)의 면적과, 간극(n)을 통해 통과시키고자 하는 선회류(S2)의 양에 따라서 적절하게 조정된다.

상기 실시 형태에 따르면, 시일 핀(17)과 시일 핀(17) 사이에, 스월 브레이커(2)를 배치함으로써, 선회류가 스월 브레이커(2)에 충돌한다. 이에 의해, 선회류의 동압을 스월 브레이커(2)에 의해 감쇠시켜, 증기(SL)에 포함되는 선회 성분을 저감시킬 수 있다.

또한, 스월 브레이커(2)와 시일 핀(17) 사이에 간극(n)이 형성되어 있음으로써, 이 간극(n)을 선회류가 통과하기 쉬워져, 선회류의 저감 효과가 강해진다.

또한, 스월 브레이커(2)의 선회류 충돌면(3)이, 선회류의 흐름 방향에 직교하도록 설치되어 있음으로써, 선회류를 보다 효과적으로 저감시킬 수 있다.

또한, 스월 브레이커(2)와 시일 핀(17) 사이의 간극(n)을 선회류 통과부로 함으로써, 보다 간소한 구성으로 선회류 통과부를 형성할 수 있다.

또한, 스월 브레이커(2)는, 주위 방향 일측으로부터 유입되는 선회류를 주위 방향 타측으로 릴리프시킬 수 있으면, 스월 브레이커(2)의 축방향에 대한 각도 및 위치는, 상술한 실시 형태와 달라도 된다. 즉, 스월 브레이커(2) 및 간극(n)의 구성은, 선회류의 거동에 따라서 적절하게 조정할 수 있다.

예를 들어, 도 8에 도시하는 바와 같이, 스월 브레이커(2)의 선회류 충돌면(3)은, 축방향(부호 X로 나타냄)에 대해 경사지도록 배치해도 된다. 선회류 충돌면(3)의 축방향에 대한 각도는, 선회류(S2)의 거동에 따라서 적절하게 조정된다. 구체적으로는, 선회류 충돌면(3)은, 선회류(S2)의 흐름 방향에 대해 직교하도록 조정되어 있다.

또한, 개개의 스월 브레이커(2)는 연속되어 형성되어 있을 필요는 없다. 예를 들어, 도 9에 도시하는 바와 같이, 스월 브레이커(2)의 축방향을 따르는 연장 방향의 중앙에, 직경 방향을 따르는 슬릿(54)을 형성해도 된다.

또한, 도 10에 도시하는 바와 같이, 축방향의 제1측의 스월 브레이커(2a)와 축방향의 제2측의 스월 브레이커(2b)를 주위 방향으로 교대로 배치하는 구성으로 해도 된다.

또한, 간극(n)은, 스월 브레이커(2)와 하류측의 시일 핀[도 7에 있어서의 시일 핀(17B)] 사이에 설치하는 쪽이, 선회류(S2)가 주위 방향으로 빠져나가 케이싱(10) 부근까지 이른 후에, 선회 방향 하류측의 스월 브레이커(2)와 충돌시킬 수 있으므로 바람직하다.

예를 들어, 도 11에 도시하는 바와 같이, 스월 브레이커(2)의 축방향의 한쪽 측만이 시일 핀(17)과 접속되어 있는 구성으로 해도 된다. 즉, 스월 브레이커(2)의 축방향의 제2측에만 간극(n)이 형성되는 구성으로 해도 된다.

또한, 도 12에 도시하는 바와 같이, 축방향의 한쪽 측이 시일 핀(17)과 접속된 스월 브레이커(2)와 축방향의 제2측이 시일 핀(17)과 접속된 스월 브레이커(2)를 주위 방향으로 교대로 배치하는 구성으로 해도 된다.

(제2 실시 형태)

이하, 본 발명의 제2 실시 형태의 회전 기계를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 서술하고, 마찬가지의 부분에 대해서는 그 설명을 생략한다.

도 13 및 도 14에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 회전 기계의 스월 브레이커(2B)는, 선회류 충돌면(3)의 경사가, 스월 브레이커(2B)의 기단부측(직경 방향 외주측)과 선단부측(직경 방향 내주측)에서 다르다.

구체적으로는, 스월 브레이커(2B)는, 기단부(5)와 선단부(6)로 구성되어 있고, 기단부(5)와 선단부(6)의 사이는, 비틀어지도록 하여 접속되어 있다. 기단부(5)는, 그 주면이, 하류측의 시일 핀(17B)에 접촉하여 되꺾인 선회류(S2)의 흐름 방향에 직교하도록 축방향에 대해 경사져 있다. 선단부(6)는, 상류측의 시일 핀(17A)에 접촉하여 되꺾인 선회류(S2)의 선회 성분을 상쇄하도록 각도가 조정되어 있다.

상기 실시 형태에 따르면, 상류측의 시일 핀(17A)과 하류측의 시일 핀(17B) 사이에서 되꺾임을 반복하는 선회류(S2)의 거동에 대해 보다 최적의 스월 브레이커로 할 수 있다.

(제3 실시 형태)

이하, 본 발명의 제3 실시 형태의 회전 기계를 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태와의 차이점을 중심으로 설명하고, 마찬가지의 부분에 대해서는 그 설명을 생략한다.

도 15에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 스월 브레이커(2C)는, 복수의 구멍(9)이 형성된 다공 판상체에 의해 형성되고, 그 축방향 양단부가 시일 핀(17)과 접속되어 있다. 즉, 복수의 구멍(9)이 선회류 통과부로서 기능한다.

상기 실시 형태에 따르면, 스월 브레이커(2C)와 시일 핀(17)이 접속되어 있음으로써, 시일 장치의 강성을 높일 수 있다.

또한, 구멍(9)의 직경, 형상, 수량, 배치 등은 적절하게 변경할 수 있다. 예를 들어, 도 16에 도시하는 바와 같이, 단일의 구멍(9A)을 스월 브레이커(2C)의 대략 중앙에 배치해도 된다. 또한, 도 17에 도시하는 바와 같이, 단일의 직사각형 구멍(9B)을 스월 브레이커(2C)의 대략 중앙에 배치해도 된다. 이와 같이, 구멍의 구성을 변경함으로써, 선회류의 거동에 대해, 보다 최적의 스월 브레이커로 할 수 있다.

(제4 실시 형태)

이하, 본 발명의 제4 실시 형태의 회전 기계를 도면에 기초하여 설명한다.

도 18 및 도 19에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 스월 브레이커(2D)의 선회류 충돌면(3) 및 시일 핀(17)의 표면에는, 딤플 가공(골프공의 표면과 같은 요철 가공)이 실시되어 있다. 즉, 선회류 충돌면(3) 및 시일 핀(17)의 표면에는, 규칙적으로 배열된 복수의 오목부(55)가 형성되어 있다.

오목부(55)는, 반구 형상의 오목부여도 되고, 원뿔 형상의 오목부여도 된다. 또는, 육각뿔 형상 등의 각뿔 형상의 오목부로 해도 된다. 또한, 딤플 가공은, 선회 충돌면(3)과 시일 핀(17)의 표면의 양쪽에 형성할 필요는 없고, 선회 충돌면(3)과 시일 핀(17) 중 어느 한쪽에 형성해도 된다.

상기 실시 형태에 따르면, 선회 충돌면(3) 및 시일 핀(17)을 평활면으로 하는 경우와 비교하여, 선회류와 스월 브레이커(2D) 및 시일 핀(17)과의 마찰에 의한 에너지 손실이 증가하므로, 증기(SL)에 포함되는 선회 성분의 저감 효과가 커진다.

(제5 실시 형태)

이하, 본 발명의 제5 실시 형태의 회전 기계를 도면에 기초하여 설명한다.

도 20에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 스월 브레이커(2E)는, 저면(13)(도 2 참조)과의 접속변(56)을 따르는 방향으로부터 본 단면 형상이 파형으로 되어 있다. 바꾸어 말하면, 본 실시 형태의 스월 브레이커(2E)는, 기단부측(부호 R로 나타내는 직경 방향 외주측)으로부터 선단부측(직경 방향 R 내주측)을 향해 주면에 직교하는 일방향 및 그 반대 방향으로 연속하여 만곡되는 파형으로 형성되어 있다. 파형으로서는, 구형파형이어도 되고 정현파형이어도 된다.

또한, 스월 브레이커(2E)를 파형으로 함으로써 선회 충돌면(3)에 형성되는 접속변(56)과 평행한 긴 홈(57)(오목 형상의 라인)의 깊이는, 하류(화살표 S2E)를 향함에 따라서 깊게 하는 것이 바람직하다.

상기 실시 형태에 따르면, 제1 실시 형태로부터 제4 실시 형태의 스월 브레이커(2)에 의해 형성되는 직경 방향(R)의 와도를 가진 박리류(MV1, MV2)에 더하여, 축방향(X)·주위 방향(C)의 와도를 가진 스케일이 작은 복수의 소용돌이(SV)가 발생한다. 이에 의해, 시일 핀(17)(도 2 참조) 사이의 공간 내의 흐름의 흐트러짐이 증폭되어, 증기(SL)에 포함되는 선회 성분의 저감 효과가 커진다.

또한, 스월 브레이커(2E)는, 도 21에 도시하는 바와 같이, 기단부측[직경 방향(R) 외주측]으로부터 선단부측[직경 방향(R) 내주측]을 향하는 방향으로부터 본 형상을, 선회류(S2)를 향해 볼록 또는 오목해지는 원호 형상으로 해도 된다. 즉, 선회류 충돌면(3)을 만곡 형상으로 해도 된다.

또한, 스월 브레이커(2E)는, 도 22에 도시하는 바와 같이, 기단부(5)[직경 방향 외주측, 접속변(56)]를 선회류(S2)를 향해 오목해지는 원호 형상으로 하고, 선단부(6)(직경 방향 내주측)를 선회류(S2)를 향해 볼록해지는 원호 형상으로 해도 된다. 기단부(5)와 선단부(6) 사이는 매끄럽게 연결되어, 3차원적으로 비틀어진 형상으로 되어 있다.

(제6 실시 형태)

이하, 본 발명의 제6 실시 형태의 회전 기계를 도면에 기초하여 설명한다.

도 23에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 스월 브레이커(2F)는, 기단부(5)(직경 방향 외주측)로부터 선단부(6)(직경 방향 내주측)를 향함에 따라서, 폭을 좁게 한 형상으로 되어 있다. 구체적으로는, 스월 브레이커(2F)의 선회류 충돌면(3)은, 한 쌍의 저변 중 긴 쪽의 저변이 케이싱에 접속되고, 짧은 쪽의 저변이 슈라우드(51)측에 배치되는 사다리꼴 형상을 이루고 있다.

상기 실시 형태에 따르면, 시일 핀(17)을 통과한 누설 제트(LJ)를, 스월 브레이커(2F)를 설치하고 있는 시일 핀(17)으로 둘러싸인 공간 내로 유도하기 쉬워져, 스월 브레이커(2F)의 효과를 보다 강하게 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 스월 브레이커(2F)는, 도 23에 도시한 바와 같은 형상에 한정되는 일은 없다. 예를 들어, 도 24의 변형예에 도시하는 바와 같이, 기단부(5)측의 절반을 제1 실시 형태의 스월 브레이커(2)와 동일한 폭으로 하고, 선단부(6)측의 절반을 기단부측의 절반보다도 폭을 좁게 하는 것과 같은, 단차 형상으로 해도 된다.

또한, 도 25의 변형예에 도시하는 바와 같이, 상류측의 시일 핀(17)측의 변(58)을 시일 핀(17)을 따르는 사다리꼴 형상으로 해도 된다.

또한, 본 발명의 기술 범위는 상기람 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 다양한 변경을 가하는 것이 가능하다. 또한, 상기 복수의 실시 형태에서 설명한 특징을 임의로 조합한 구성이어도 된다.

예를 들어, 스월 브레이커는 평면 형상에 한정되는 일은 없고, 만곡된 판 형상으로 할 수도 있다.

또한, 상기 각 실시 형태의 슈라우드(51)의 외주면(52)은 평면 형상이지만, 외주면(52)에 스텝이 형성된 슈라우드에도, 본 발명의 스월 브레이커를 적용할 수 있다.

1 : 증기 터빈
2 : 스월 브레이커
3 : 선회류 충돌면
5 : 기단부
6 : 선단부
9, 9A, 9B : 구멍(선회류 통과부)
10 : 케이싱
11 : 구획판 외륜
12 : 환상 홈(캐비티)
13 : 저부
14 : 구획판 내륜
17, 17A, 17B, 17C : 시일 핀
20 : 조정 밸브
21 : 조정 밸브실
22 : 밸브체
23 : 밸브 시트
30 : 로터
31 : 로터 본체
32 : 디스크
40 : 정익
50 : 동익
51 : 슈라우드
52 : 외주면
54 : 슬릿
55 : 오목부
60 : 베어링부
61 : 저널 베어링 장치
62 : 스러스트 베어링 장치
m : 미소 간극
n : 간극(선회류 통과부)
F : 핀 공간
Gd : 간극
LJ : 누설 제트
S1, S2 : 선회류
S, SL, SM : 증기

Claims

축선 주위로 회전하는 로터 본체와, 상기 로터 본체로부터 직경 방향 외측으로 연장되도록 배치된 동익을 갖는 로터와,
상기 로터를 외주측으로부터 둘러싸도록 배치되고, 상기 동익의 선단이 들어가는 캐비티가 형성된 케이싱과,
상기 케이싱의 상기 캐비티의 내주면으로부터 상기 동익의 선단을 향해 연장되어, 상기 케이싱과 상기 동익 사이의 공간을 시일하는 복수의 시일 핀과,
상기 복수의 시일 핀의 사이에 있어서, 상기 케이싱의 상기 캐비티의 내주면으로부터 직경 방향 내측을 향해 연장되고, 선회류가 충돌하는 선회류 충돌면을 가짐과 함께, 상기 선회류 충돌면의 적어도 일부에 상기 선회류를 주위 방향으로 통과시키는 선회류 통과부가 형성된 스윌 브레이커를 구비하고,
상기 스윌 브레이커는, 판상체에 의해 형성되고,
상기 선회류 충돌면은, 그 기단부측과 선단부측에서 상기 축선 방향에 대한 각도가 다르도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전 기계.
제1항에 있어서,
상기 선회류 통과부는, 상기 선회류 충돌면과, 축선 방향 일측의 상기 시일 핀 및 축선 방향 타측의 상기 시일 핀 중 적어도 한쪽과의 사이에 형성된 간극인 것을 특징으로 하는, 회전 기계.
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제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스윌 브레이커는, 적어도 하나의 구멍이 형성된 판상체에 의해 형성되고, 상기 선회류 통과부는, 상기 적어도 하나의 구멍인 것을 특징으로 하는, 회전 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스윌 브레이커의 상기 선회류 충돌면과 상기 시일 핀의 표면 중 적어도 한쪽에 딤플 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스윌 브레이커는, 단면 형상이 파형으로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스윌 브레이커는, 직경 방향 내주측을 향함에 따라서 폭이 좁아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전 기계.
축선 주위로 회전하는 로터 본체와, 상기 로터 본체로부터 직경 방향 외측으로 연장되도록 배치된 동익을 갖는 로터와,
상기 로터를 외주측으로부터 둘러싸도록 배치되고, 상기 동익의 선단이 들어가는 캐비티가 형성된 케이싱과,
상기 케이싱의 상기 캐비티의 내주면으로부터 상기 동익의 선단을 향해 연장되어, 상기 케이싱과 상기 동익 사이의 공간을 시일하는 복수의 시일 핀과,
상기 복수의 시일 핀의 사이에 있어서, 상기 케이싱의 상기 캐비티의 내주면으로부터 직경 방향 내측을 향해 연장되고, 선회류가 충돌하는 선회류 충돌면을 가짐과 함께, 상기 선회류 충돌면의 적어도 일부에 상기 선회류를 주위 방향으로 통과시키는 선회류 통과부가 형성된 스윌 브레이커를 구비하고,
상기 선회류 충돌면은, 상기 선회류의 흐름 방향에 직교하도록 상기 축선 방향에 대해 경사져 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전 기계.
제9항에 있어서,
상기 선회류 통과부는, 상기 선회류 충돌면과, 축선 방향 일측의 상기 시일 핀 및 축선 방향 타측의 상기 시일 핀 중 적어도 한쪽과의 사이에 형성된 간극인 것을 특징으로 하는, 회전 기계.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 스윌 브레이커는, 적어도 하나의 구멍이 형성된 판상체에 의해 형성되고, 상기 선회류 통과부는, 상기 적어도 하나의 구멍인 것을 특징으로 하는, 회전 기계.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 스윌 브레이커의 상기 선회류 충돌면과 상기 시일 핀의 표면 중 적어도 한쪽에 딤플 가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전 기계.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 스윌 브레이커는, 단면 형상이 파형으로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전 기계.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 스윌 브레이커는, 직경 방향 내주측을 향함에 따라서 폭이 좁아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 회전 기계.