KR101667517B1 - 증기 터빈을 포함하는 열기관의 유체 시일 구조 - Google Patents

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Abstract

증기 터빈을 포함하는 열기관의 유체 시일 구조는, 내부에 터빈 로터를 회전 가능하게 수용하는 내측 케이스와, 상기 내측 케이스를 수용하고, 상기 내측 케이스의 외측의 면 사이에 유체가 유통 가능한 공간부를 형성하는 외측 케이스와, 상기 내측 케이스의 외측의 면 및 상기 외측 케이스의 내측의 면 중 어느 한쪽의 면으로부터 상기 공간부 내로 돌출 설치되어 상기 면의 주위 방향으로 환상으로 형성된 돌기부와, 상기 외측의 면 및 상기 내측의 면 중 어느 다른 쪽의 면으로부터 상기 공간부 내로 연장하여 상기 면의 주위 방향으로 환상으로 형성되고, 해당 공간부를 상기 터빈 로터의 축방향 일방측의 제1 공간부와 타방측의 제2 공간부로 구획함과 함께, 상기 제1 공간부 및 상기 제2 공간부 내의 유체의 압력차에 의해 상기 터빈 로터의 축방향으로 휨 변형 가능한 구획판을 구비한다.

Description

증기 터빈을 포함하는 열기관의 유체 시일 구조 {FLUID SEAL STRUCTURE OF HEAT ENGINE INCLUDING STEAM TURBINE}
본 개시는 증기 터빈을 포함하는 열기관 내의 증기실 사이를 시일하는 유체 시일 구조에 관한 것이다.
열기관의 일례인 증기 터빈은, 일반적으로, 터빈 로터를 수용하는 내측 케이스와, 이 내측 케이스를 수용하는 외측 케이스를 구비하고 있다. 증기 터빈은 고압 증기를 외측 케이스에 형성된 증기 입구부로부터 내측 케이스 내에 도입한다. 내측 케이스 내에서는, 도입된 고압 증기를 고속으로 분출하고, 이 증기력에 의해 터빈 로터의 다단 단락에 회전력을 부여하여, 터빈 로터를 회전시킨다. 다단 단락에서 회전력을 부여한 고압 증기는 다단 단락의 상류측으로부터 하류측으로 이동하는 것에 따라 온도 및 압력을 내리면서 배기구로부터 유출된다.
그런데, 특허문헌 1에는 고중압단을 구비하는 증기 터빈이 개시되어 있다. 이 증기 터빈은, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 고압 단락과 중압 단락 사이에 고중압 일체 더미환을 구비하고, 고중압 일체 더미환과 외측 케이스(외차실) 사이에 환상 구획판이 설치되어 있다. 이 환상 구획판에 의해, 내측 케이스(내차실)가 고온의 중압 증기로부터 격리 보호되어, 내측 케이스의 열응력 저감이나, 내측 케이스를 고정하는 볼트 응력의 저감 등을 실현할 수 있다.
또한, 내측 케이스는 주연부에 수평 방향으로 연장되는 맞춤면을 갖고 상하로 2분할 가능한 구조를 갖고, 상하의 각 부분의 맞춤면끼리를 접촉시킨 상태에서 이들을 복수의 볼트로 체결함으로써, 상하의 각 부분이 일체적으로 고정되도록 되어 있다. 외측 케이스도 내측 케이스와 마찬가지로 구성되어 있다.
일본 특허 공개 소62-284905(도 1 참조)
전술한 바와 같이 고압 증기가 다단 단락을 통해 배기구로 유출되는 증기 터빈의 경우, 다단 단락을 통과한 고압 증기의 일부는 난류가 되어 배기구측으로 흐르지 않고 외측 케이스와 내측 케이스 사이의 공간부에 흐르는 경우가 있다. 이 다단 단락을 통과한 저온 증기가 공간부를 흐르면, 외측 케이스는 터빈 로터의 축방향을 따라 냉각된다. 한편, 배기구와 반대측으로부터 공간부에 고압 증기가 흐르면, 외측 케이스는 터빈 로터의 축방향을 따라 고온 상태가 된다. 이로 인해, 외측 케이스는 터빈 로터의 축방향에 있어서 온도차가 발생하고, 특히, 고온의 증기에 접하는 외측 케이스의 부분과 온도가 저하된 증기가 접하는 외측 케이스의 부분은, 더욱 큰 온도차가 발생한다. 따라서, 온도가 급격하게 저하되는 위치의 주변에 설치되어 외측 케이스의 상하의 각 부분을 체결하는 볼트의 체결력은 약해질 우려가 있다.
따라서, 특허문헌 1에 기재된 구획판을 공간부 내에 설치하고, 이 구획판에 의해 공간부를 구획하는 것이 생각된다. 이 구획판에 의해, 저온 증기의 흐름을 완전히 차단할 수 있으면, 외측 케이스의 급격한 온도 변화를 방지할 수 있다. 그러나, 증기 터빈의 조립 시에 있어서, 구획판의 양측의 공간부끼리를 기밀하게 하도록 구획판을 설치해도, 증기 터빈의 운전 시에는 증기 터빈 내의 온도는 고온이 되고, 또한 장소에 따라 온도차가 발생하므로, 구획판과 외측 케이스 사이나 구획판과 내측 케이스 사이에 간극이 생길 우려가 있다. 따라서, 저온 증기가 상류측의 공간부에 흐르고, 외측 케이스의 상하의 각 부분을 체결하는 볼트의 체결력이 약해질 우려가 발생한다.
따라서, 공간부에 구획판을 설치한 경우에, 증기 터빈의 운전 시에 간극이 생기지 않고, 구획판에 의해 구획된 한 쌍의 공간부 사이를 기밀하게 할 수 있는 시일 구조의 개발이 요망되고 있다.
상술한 사정을 감안하여, 본 발명의 적어도 몇 가지의 실시 형태는 열기관의 운전 시에 있어서, 구획판에 의해 구획된 한 쌍의 공간부 사이를 기밀하게 할 수 있는 증기 터빈을 포함하는 열기관의 유체 시일 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 몇 가지 실시 형태에 관한 증기 터빈을 포함하는 열기관의 유체 시일 구조는,
내부에 터빈 로터를 회전 가능하게 수용하는 내측 케이스와,
상기 내측 케이스를 수용하고, 상기 내측 케이스의 외측의 면과의 사이에 유체가 유통 가능한 공간부를 형성하는 외측 케이스와,
상기 내측 케이스의 외측의 면 및 상기 외측 케이스의 내측의 면 중 어느 한쪽의 면으로부터 상기 공간부 내로 돌출되어 당해 면의 주위 방향으로 환상으로 형성된 돌기부와,
상기 외측의 면 및 상기 내측의 면 중 어느 다른 쪽의 면으로부터 상기 공간부 내로 연장되어 당해 면의 주위 방향으로 환상으로 형성되고, 당해 공간부를 상기 터빈 로터의 축방향 일방측의 상기 돌기부를 포함하지 않는 제1 공간부와 타방측의 상기 돌기부를 포함하는 제2 공간부로 구획함과 함께, 상기 제1 공간부 및 상기 제2 공간부 내의 유체의 압력차에 의해 상기 터빈 로터의 축방향으로 휨 변형 가능한 구획판을 구비하고,
상기 구획판은 상기 유체의 압력차를 받아 상기 제2 공간부측으로 휘면 상기 돌기부에 접촉하도록 구성된다.
상기 증기 터빈을 포함하는 열기관의 유체 시일 구조에 의하면, 열기관의 운전 시에, 제1 공간부 및 제2 공간부 내의 각 유체에 압력차가 발생하고, 이 압력차가, 돌기부를 포함하지 않는 제1 공간부측의 압력이 돌기부를 포함하는 제2 공간부측의 압력보다도 클 때의 압력차인 경우에는, 구획판은 터빈 로터의 축방향의 제2 공간부측으로 휘고 구획판이 돌기부에 접촉한다. 이로 인해, 구획판과 돌기부 사이의 간극이 없어진다. 이로 인해, 터빈 로터의 축방향 타방측의 제2 공간부를 흐르는 유체가 축방향 일방측의 제1 공간부측으로 흐르려고 해도, 구획판에 의해 제1 공간부측에의 유체의 흐름을 확실하게 차단할 수 있다. 따라서, 열기관의 운전 시에 구획판에 의해 구획된 한 쌍의 제1 공간부 및 제2 공간부 사이를 기밀하게 할 수 있는 증기 터빈을 포함하는 열기관의 유체 시일 구조를 실현할 수 있다.
몇 가지의 실시 형태에서는,
상기 구획판은 적어도 선단부의 터빈 로터축 방향의 두께가 직경 방향 외측으로 연장되는 것에 따라 얇아지도록 형성되어 있도록 구성된다.
이 경우, 구획판의 적어도 선단부는 끝이 가는 형상으로 형성되어 있으므로, 구획판의 굴곡 강성은 선단측으로 진행함에 따라 약해진다. 이로 인해, 구획판에 터빈 로터축 방향 중 돌기부측을 향하는 힘이 작용하면, 구획판의 선단부는 구획판의 터빈 로터 직경 방향 내측의 단부를 지지점으로 하여 돌기부측으로 휜다. 이로 인해, 구획판의 적어도 선단부를 확실하게 돌기부에 접촉시킬 수 있다. 따라서, 열기관의 운전 시에 구획판에 의해 구획된 한 쌍의 제1 공간부 및 제2 공간부 사이를 보다 확실하게 기밀하게 할 수 있다.
몇 가지의 실시 형태에서는,
상기 외측 케이스는 상기 내측 케이스에 상기 유체를 공급하는 유체 공급 유로를 포함하고,
상기 내측 케이스는 상기 유체 공급 유로로부터 공급된 유체를 상기 터빈 로터에 유도하여 당해 터빈 로터를 구동시키는 구동 유로를 포함하고,
상기 구동 유로와 제1 공간부가 접속 유로를 통해 연통하고 있도록 구성된다.
이 경우, 접속 유로를 통해 구동 유로를 흐르는 유체를 제1 공간부에 공급할 수 있다. 여기서, 구동 유로를 흐르는 유체에 의해 터빈 로터에 회전력을 부여하므로, 구동 유로는 유체를 더 고압으로 하도록 구성되어 있다. 이로 인해, 구동 유로를 흐르는 유체를 제1 공간부에 도입함으로써, 제1 공간부 내의 유체 압력을 더 높게 할 수 있다. 따라서, 제1 공간부 및 제2 공간부 사이의 유체의 압력차를 더욱 증대시킬 수 있고, 구획판을 보다 용이하게 돌기부에 접촉시킬 수 있다. 따라서, 열기관의 운전 시에 구획판에 의해 구획된 한 쌍의 제1 공간부 및 제2 공간부 사이를 기밀하게 할 수 있는 증기 터빈을 포함하는 열기관의 유체 시일 구조를 실현할 수 있다.
일 실시 형태에 있어서,
상기 돌기부의 상기 구획판측에 대향하는 측면에는, 상기 돌기부보다도 선팽창률이 큰 재료로 형성된 환상 시일 부재가 설치되어 있도록 구성된다.
이 경우, 구획판이 돌기부측으로 휘어 환상 시일 부재에 접촉하면, 환상 시일 부재가 변형된다. 그리고, 구획판이 돌기부측으로 더 휘면, 환상 시일 부재를 변형시킨 채로 구획판이 돌기부에 접촉한다. 이로 인해, 구획판은 돌기부 외에 환상 시일 부재와 접촉하므로, 한 쌍의 공간부 사이의 기밀성을 더 향상시킬 수 있다.
본 발명의 적어도 몇 가지의 실시 형태에 따르면, 열기관의 운전 시에 있어서, 구획판에 의해 구획된 한 쌍의 공간부 사이를 기밀하게 할 수 있는 증기 터빈을 포함하는 열기관의 유체 시일 구조를 제공할 수 있다.
도 1은 유체 시일 구조의 구성예를 도시하는 증기 터빈의 부분 단면도이다.
도 2는 일 실시 형태에 관한 증기 터빈의 내부 구조도이다.
도 3은 일 실시 형태에 관한 시일 링을 포함하는 내측 케이스의 개략 사시도이다.
도 4는 일 실시 형태에 관한 시일 링의 작용을 설명하기 위한 증기 터빈의 부분 단면도이다.
도 5는 일 실시 형태에 관한 다른 시일 링의 부분 단면도이다.
도 6의 (a)는 일 실시 형태에 관한 다른 시일 링의 부분 단면도이고, 도 6의 (b)는 다른 시일 링의 사시도이다.
이하, 첨부 도면에 따라 본 발명의 증기 터빈을 포함하는 열기관의 유체 시일 구조의 실시 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는 열기관 중 증기 터빈을 예로 들어 이하에 설명한다. 단, 이 실시 형태에 기재되어 있는 구성 부품의 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 본 발명의 범위를 이것으로 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
증기 터빈의 유체 시일 구조(1)는 도 1(부분 단면도) 및 도 2(내부 구조도)에 도시한 바와 같이, 내부에 터빈 로터(2)를 회전 가능하게 수용하는 내측 케이스(10)와, 내측 케이스(10)를 수용하고, 내측 케이스(10)의 외측의 면(10a)과의 사이에 증기가 유통 가능한 공간부(4)를 형성하는 외측 케이스(20)와, 외측 케이스(20)의 내측의 면(20a)으로부터 공간부(4) 내로 돌출되어 내측의 면(20a)의 주위 방향으로 환상으로 형성된 돌기부(30)와, 내측 케이스(10)의 외측의 면(10a)으로부터 공간부(4) 내로 연장되어 외측의 면(10a)의 주위 방향으로 환상으로 형성되고, 공간부(4)를 터빈 로터(2)의 축방향 일방측의 제1 공간부(4a)와 타방측의 제2 공간부(4b)로 구획함과 함께, 제1 공간부(4a) 및 제2 공간부(4b) 내의 증기의 압력차에 의해 터빈 로터(2)의 축방향으로 휨 변형 가능한 구획판(40)을 갖고 구성된다.
몇 가지의 실시 형태에서는, 내측 케이스(10)는 금속제(예를 들어, Cr 주강)이고, 터빈 로터(2)의 동익렬(3)(도 1 참조)과 합쳐지는 정익렬(11)(도 1 참조)이 터빈 로터(2)의 축방향으로 연장되어 있다. 이하, 동익렬(3)과 정익렬(11)을 합쳐서, 「고압 단락(6)」이라고 기재한다. 동익렬(3)과 정익렬(11) 사이에는 고온 고압 증기의 유통이 가능한 구동 유로(50)(도 1 참조)가 형성되어 있다. 이 구동 유로(50)에 고온 고압 증기가 흐르면, 동익렬(3)이 고온 고압 증기의 흐름을 수용하여 터빈 로터(2)를 회전시킨다.
내측 케이스(10)는 주연부에 수평 방향으로 연장되는 맞춤면(도시하지 않음)을 갖고 상하로 2분할 가능하게 구성되고, 내측 케이스(10)의 하측 부분에 터빈 로터(2)가 설치되어 있다. 내측 케이스(10)는 이 하측 부분 위에 상측 부분이 적재되고, 하측 부분과 상측 부분의 맞춤면끼리를 접촉시킨 상태에서 이들을 복수의 볼트로 체결함으로써, 내측 케이스(10)의 하측 부분과 상측 부분이 일체화되어 고정되어 있다. 내측 케이스(10)의 외측의 면(10a)에는, 도 1 및 도 3(개략 사시도)에 도시한 바와 같이, 터빈 로터(2)의 직경 방향 외측으로 돌출되고 외측의 면(10a)의 주위 방향으로 환상으로 형성된 구획판(40)이 형성되어 있다. 구획판(40)은 내측 케이스(10)와 일체 성형된다. 구획판(40)의 상세에 대해서는, 후술한다.
몇 가지의 실시 형태에서는, 외측 케이스(20)는 금속제이고(예를 들어, Cr-Mo 주강), 내측 케이스(10)와 마찬가지로, 주연부에 수평 방향으로 연장되는 맞춤면(도시하지 않음)을 갖고 상하로 2분할 가능하게 구성되어 있다. 외측 케이스(20)는 이 하측 부분 위에 상측 부분이 적재되고, 하측 부분과 상측 부분의 맞춤면끼리를 접촉시킨 상태에서 이들을 복수의 볼트로 체결함으로써, 외측 케이스(20)의 하측 부분과 상측 부분이 일체화되어 고정되어 있다.
외측 케이스(20)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 내측 케이스(10)를 수용한 상태에서, 외측 케이스(20)의 내측의 면(20a)과 내측 케이스(10)의 외측의 면(10a) 사이에 증기의 유통이 가능한 공간부(4)가 형성되어 있다. 외측 케이스(20)의 상부에는 고온 고압 증기를 도입하기 위한 고압 증기 입구부(21)가 형성되고, 고압 증기 입구부(21)는 유체 공급 통로(22)를 통해 내측 케이스(10)의 구동 유로(50)에 연통하고 있다. 이로 인해, 고온 고압 증기는 고압 증기 입구부(21) 및 유체 공급 통로(22)를 통해 구동 유로(50)에 공급된다. 고압 증기 입구부(21)보다도 터빈 로터(2)의 축방향 우측에는 중압의 증기로부터 회전 동력을 취출하는 중압 단락(7)이 형성되고, 중압 단락(7)에는 고온 고압 증기(S3)가 공간부(4)를 통해 공급되도록 되어 있다.
또한, 고압 단락(6)보다도 터빈 로터(2)의 축방향 좌측에는 구동 유로(50)로부터 배출된 저온 증기를 배출시키기 위한 배기구(8)(도 2 참조)가 형성되어 있다. 또한, 구동 유로(50)로부터 배출된 저온 증기는 공간부(4)를 통해 배기구(8)로부터 배출된 후, 재열 가열기(도시하지 않음)로 가열된다.
몇 가지의 실시 형태에서는, 돌기부(30)는 고압 단락(6)의 정익렬(11)이 형성된 내측 케이스(10)의 외측의 면(10a)에 면하는 외측 케이스(20)의 내측의 면(20a)에 형성되어 있다. 돌기부(30)는 외측 케이스(20)의 내측의 면(20a)에 주위 방향으로 환상으로 형성되고, 외측 케이스(20)와 일체 성형된다. 돌기부(30)는 단면에서 볼 때에 있어서 직사각 형상으로 형성되어 있다. 또한, 돌기부(30)의 단면 형상은 직사각 형상으로 한정되는 것은 아니고, 사다리꼴 형상이어도 된다.
돌기부(30)는, 도 1 및 도 4(부분 단면도)에 도시한 바와 같이, 구획판(40)의 터빈 로터(2)의 축방향 위치보다도 약간 터빈 로터(2)의 축방향 좌측의 위치에 배치되어 있다. 즉, 돌기부(30)는 제2 공간부(4b) 내에 돌출되어 있다. 이로 인해, 구획판(40)이 휘어 있지 않은 경우에는, 구획판(40)의 선단부와 돌기부(30) 사이에는 간극(31)이 형성된다. 따라서, 외측 케이스(20)의 조립 작업 시에, 구획판(40)과 돌기부(30)가 접촉한 상태로 할 필요는 없고, 조립 작업을 용이하게 할 수 있다.
이 돌기부(30)에 접촉 가능한 구획판(40)은 금속제(예를 들어, Cr 주강)이며 탄성을 갖고, 내측 케이스(10)와 일체 성형된다. 구획판(40)은 그 두께[터빈 로터(2)의 축방향 두께]가 내측 케이스(10)의 외면으로부터 터빈 로터(2)의 직경 방향 외측으로 연장되는 것에 따라 얇게 되어 있다. 이로 인해, 구획판(40)의 터빈 로터(2)의 축방향으로부터 고온 고압 증기에 의한 압력 P가 작용했을 때의 굴곡 강성을 약하게 할 수 있다. 따라서, 구획판(40)의 측면에 터빈 로터(2)의 축방향을 향하는 압력 P의 작용 시에, 구획판(40)을 터빈 로터(2)의 축방향으로 용이하게 휘게 할 수 있다.
또한, 구획판(40)은 내측 케이스(10)의 외측의 면(10a)으로부터 끝이 가늘어지도록 형성된 것으로 한정하는 것은 아니고, 도 5에 도시한 바와 같이, 구획판(40)의 선단측의 끝이 가늘어지는 정도가 근원측의 끝이 가늘어지는 정도보다도 커지도록 해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 몇 가지의 실시 형태에 관한 증기 터빈의 유체 시일 구조(1)에 의하면, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 고온 고압 증기(S1)(예를 들어, 500℃ 내지 600℃, 170 내지 240㎏/㎠)가 고온 증기 입구부(21)에 공급되면, 고온 고압 증기(S1)는 내측 케이스(10) 내를 통해 고압 단락(6)의 구동 유로(50)에 고속으로 도입된다. 고속의 고온 고압 증기(S1)가 구동 유로(50)를 흐르면, 고온 고압 증기(S1)는 고압 단락(6)의 동익렬(3)에 회전력을 부여함과 함께, 점차 온도 및 압력이 저하되어 간다. 이 온도가 저하된 증기(S2)(예를 들어, 300 내지 400℃, 35 내지 60㎏/㎠)는 대부분이 공간부(4)를 통해 배기구(8)로부터 배출되어 재가열된다.
그러나, 온도가 저하된 증기(S2)의 일부는 공간부(4)에 있어서 난류가 되어 배기구(8)측을 향하지 않고 외측 케이스(20)와 내측 케이스(10) 사이의 공간부(4)에 흐르는 것이 있다. 이 공간부(4)에 온도가 저하된 증기(S2)가 흐르면, 외측 케이스(20)는 터빈 로터(2)의 축방향을 따라 냉각된다.
한편, 고압 증기 입구부(21)보다도 터빈 로터(2)의 축방향 우측에는, 전술한 바와 같이 중압 단락(7)이 설치되고, 이 중압 단락(7)에는 공간부(4)를 통해 고온 고압 증기(S3)가 공급되어 있다. 이로 인해, 이 고온 고압 증기(S3)에 의해, 고압 증기 입구부(21)보다도 터빈 로터(2)의 축방향 우측의 외측 케이스(20)는 고온 상태가 된다. 따라서, 외측 케이스(20)는 터빈 로터(2)의 축방향의 다른 위치에 있어서 온도차가 발생하고, 특히, 고온의 증기에 접하는 외측 케이스(20)의 부분과 온도가 저하된 증기(S2)가 접하는 외측 케이스(20)의 부분은, 보다 큰 온도차가 발생한다. 따라서, 온도가 급격하게 변화하는 외측 케이스(20)의 부분 중, 온도가 상승한 외측 케이스(20)의 부분은 연신되고, 온도가 저하된 외측 케이스(20)의 부분은 수축하여, 외측 케이스(20)의 상측 부분과 하측 부분을 체결 고정하는 볼트의 체결력이 약해질 우려가 발생한다.
그러나, 본 실시 형태에서는, 공간부(4) 내에 배치된 구획판(40)보다도 터빈 로터(2)의 축방향 우측의 공간부(4)[이하, 「제1 공간부(4a)」라고 기재함] 내의 고온 고압 증기(S3)와, 터빈 로터(2)의 축방향 좌측의 공간부[이하, 「제2 공간부(4b)」라고 기재함] 내의 저온 저압 증기(S2)의 압력차가 소정값을 초과하면, 구획판(40)이 돌기부(30)측으로 휘고 구획판(40)의 선단부가 돌기부(30)에 기밀하게 접촉한다.
따라서, 제1 공간부(4a)와 제2 공간부(4b)가 차단되어, 저온 저압 증기(S2)가 제1 공간부(4a)에 유입되는 것을 저지할 수 있다. 이로 인해, 제1 공간부(4a)에는 고온 고압 증기(S3)밖에 흐르지 않으므로, 고온 고압 증기(S3)가 접하는 외측 케이스(20)의 터빈 로터(2)의 축방향의 온도차를 비교적 작게 할 수 있다. 또한, 제2 공간부(4b)에는 저온 저압 증기(S2)밖에 흐르지 않으므로, 이 저온 저압 증기(S2)가 접하는 외측 케이스(20)의 터빈 로터(2)의 축방향의 온도차를 비교적 작게 할 수 있다. 즉, 제1 공간부(4a) 및 제2 공간부(4b) 각각에 있어서 접하는 외측 케이스(20)의 터빈 로터(2)의 축방향의 온도 구배의 급변을 방지할 수 있다. 따라서, 외측 케이스(20)의 상측 부분과 하측 부분을 체결 고정하는 고정용의 볼트가 느슨해질 우려를 방지할 수 있다.
또한, 제1 공간부(4a)의 터빈 로터(2)의 축방향 길이는 제2 공간부(4b)의 그것과 비교하여 길기 때문에, 제1 공간부(4a)에 있어서의 제2 공간부(4b)측의 단부의 외측 케이스(20)의 온도와, 저온 저압 증기(S2)가 접하는 외측 케이스(20)의 온도의 차는 비교적 작다. 이로 인해, 제1 공간부(4a)와 제2 공간부(4b)가 인접하는 위치의 외측 케이스(20)에 배치된 볼트가 느슨해질 우려는 없다.
다음에, 예시적인 실시 형태의 개별적 내용에 대해 도 1, 도 6의 (a), 도 6의 (b)를 참조하면서 설명한다. 도 1에 도시하는 예시적인 실시 형태에서는, 내측 케이스(10)에는 구동 유로(50)와 제1 공간부(4a)를 연통하는 접속 유로(12)가 설치되어 있다. 이 접속 유로(12)는 구동 유로(50)를 흐르는 고압 증기를 제1 공간부(4a)에 공급하여 제1 공간부(4a) 내의 압력을 조정할 수 있다. 접속 유로(12)의 수는 제1 공간부(4a) 내에 필요한 압력에 따라 선정된다. 따라서, 접속 유로(12)에 의해, 제1 공간부(4a) 내의 압력 설정을 임의로 행할 수 있고, 제1 공간부(4a) 내의 증기에 노출되는 외측 케이스(20) 및 내측 케이스(10)의 재질이나 두께의 최적 설계를 행할 수 있다.
도 6에 도시하는 예시적인 실시 형태에서는, 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 돌기부(30)의 구획판(40)측에 대향하는 측면(30a)에는 돌기부(30)보다도 선팽창률이 큰 재료(예를 들어, 오스테나이트계 스테인리스강이나 인코넬 등)로 형성된 환상 시일 부재(60)가 설치되어 있다. 이 환상 시일 부재(60)는 돌기부(30)의 측면(30a)에 설치된 환상 홈(30b) 내에 장착된다. 환상 시일 부재(60)는 축방향 일단부측으로부터 타단부측으로 진행함에 따라 외경이 커지도록 원뿔대 형상의 측면(60a)을 갖고 환상으로 형성되어 있다.
환상 시일 부재(60)는 띠상으로 형성된 시일 본체(61)와, 시일 본체(61)의 양단부를 연결하여 환상으로 형성하는 소켓(62)을 갖고 이루어진다. 환상 시일 부재(60)는, 구획판(40)과 비접촉 상태에서는, 환상 시일 부재(60)의 축방향 일단부가 환상 홈(30b)으로부터 돌출되고, 구획판(40)과의 접촉 시에는 환상 시일 부재(60)의 축방향 타단부측으로 휜다. 이로 인해, 구획판(40)이 돌기부(30)에 접촉하면, 구획판(40)은 돌기부(30) 외에 환상 시일 부재(60)와도 접촉한 상태가 되므로, 제1 공간부(4a)(도 4 참조)와 제2 공간부(4b)(도 4 참조) 사이의 기밀성을 보다 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상기의 형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 목적을 일탈하지 않는 범위에서의 다양한 변경이 가능하다. 예를 들어, 본 발명은 증기 터빈뿐만 아니라, 가스 터빈에도 적용할 수 있고, 또한 상술한 각종 실시 형태를 적절히 조합해도 된다.
1 : 증기 터빈의 유체 시일 구조
2 : 터빈 로터
3 : 동익렬
4 : 공간부
4a : 제1 공간부
4b : 제2 공간부
6 : 고압 단락
7 : 중압 단락
8 : 배기구
10 : 내측 케이스
10a : 외측의 면
11 : 정익렬
12 : 접속 유로
20 : 외측 케이스
20a : 내측의 면
21 : 고압 증기 입구부
30 : 돌기부
30a, 60a : 측면
30b : 환상 홈
31 : 간극
40 : 구획판
50 : 구동 유로
60 : 환상 시일 부재
61 : 시일 본체
62 : 소켓

Claims (4)

  1. 내부에 터빈 로터를 회전 가능하게 수용하는 내측 케이스와,
    상기 내측 케이스를 수용하고, 상기 내측 케이스의 외측의 면과의 사이에 유체가 유통 가능한 공간부를 형성하는 외측 케이스와,
    상기 내측 케이스의 외측의 면 및 상기 외측 케이스의 내측의 면 중 어느 한쪽의 면으로부터 상기 공간부 내로 돌출되어 당해 면의 주위 방향으로 환상으로 형성된 돌기부와,
    상기 외측의 면 및 상기 내측의 면 중 어느 다른 쪽의 면으로부터 상기 공간부 내로 연장되어 당해 면의 주위 방향으로 환상으로 형성되고, 당해 공간부를 상기 터빈 로터의 축방향 일방측의 상기 돌기부를 포함하지 않는 제1 공간부와 타방측의 상기 돌기부를 포함하는 제2 공간부로 구획함과 함께, 상기 제1 공간부 및 상기 제2 공간부 내의 유체의 압력차에 의해 상기 터빈 로터의 축방향으로 휨 변형 가능한 구획판을 구비하고,
    상기 구획판은 상기 유체의 압력차를 받아 상기 제2 공간부측으로 휘면 상기 돌기부에 접촉하는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈을 포함하는 열기관의 유체 시일 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구획판은 적어도 선단부의 상기 터빈 로터의 축방향의 두께가 당해 터빈 로터의 직경 방향 외측으로 연장됨에 따라 얇아지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈을 포함하는 열기관의 유체 시일 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외측 케이스는 상기 내측 케이스에 상기 유체를 공급하는 유체 공급 유로를 포함하고,
    상기 내측 케이스는 상기 유체 공급 유로로부터 공급된 유체를 상기 터빈 로터로 유도하여 당해 터빈 로터를 구동시키는 구동 유로를 포함하고,
    상기 구동 유로와 제1 공간부가 접속 유로를 통해 연통하고 있는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈을 포함하는 열기관의 유체 시일 구조.
  4. 제1항에 있어서, 상기 돌기부의 상기 구획판측에 대향하는 측면에는 상기 돌기부보다도 선팽창률이 큰 재료로 형성된 환상 시일 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 증기 터빈을 포함하는 열기관의 유체 시일 구조.
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