KR101843299B1

KR101843299B1 - 시일 구조 및 회전 기계

Info

Publication number: KR101843299B1
Application number: KR1020167017190A
Authority: KR
Inventors: 가즈유키 마츠모토; 요시히로 구와무라; 히로하루 오야마; 요시노리 다나카
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2018-03-28
Also published as: DE112015001111T5; KR20160091406A; CN105849369B; CN105849369A; WO2015133313A1; JP2015169077A; US10557363B2; JP6296649B2; US20160333714A1

Abstract

축선 주위로 회전하는 로터(51)의 외주면(54)과, 로터(51)를 직경 방향 외주측으로부터 둘러싸도록 배치된 스테이터(10)의 내주면(13) 사이의 간극을 시일하는 시일 구조(2)이며, 로터(51)의 외주면(54)과 스테이터(10)의 내주면(13) 중 한쪽에 축선 방향으로 나열되어 설치되고, 로터(51)의 축선 방향의 상류측을 향하는 단차면(53)을 갖고 다른 쪽으로 돌출된 복수의 스텝부(52)와, 다른 쪽에 설치되고, 각각의 스텝부(52)의 주위면(54)을 향하여 연장되어, 대응하는 스텝부(52)의 주위면(54)과의 사이에 미소 간극(H)을 형성하는 시일 핀(5)을 갖고, 시일 핀(5)은, 직경 방향에 있어서 다른 쪽으로부터 소정 거리의 영역보다 한쪽의 선단부 근방이 상류측을 향하여 더 경사져 있는 시일 구조.

Description

시일 구조 및 회전 기계 {SEAL STRUCTURE AND ROTARY MACHINE}

본 발명은, 로터와 스테이터 사이의 간극을 시일하는 시일 구조 및 회전 기계에 관한 것이다.

본원은, 2014년 3월 4일에 출원된 일본 특허 출원 제2014-042142호에 대하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.

주지된 바와 같이, 회전 기계인 증기 터빈의 일종으로서, 케이싱과, 케이싱의 내부에 회전 가능하게 설치된 축체(로터)와, 케이싱의 내주부에 고정 배치된 복수의 정익과, 이들 복수의 정익의 하류측에 있어서 축체에 방사상으로 설치된 복수의 동익을 구비한 것이 있다. 이러한 증기 터빈 중 충동 터빈의 경우에는, 증기(유체)의 압력 에너지를 정익에 의하여 속도 에너지로 변환하고, 이 속도 에너지를 동익에 의하여 회전 에너지(기계 에너지)로 변환하고 있다. 또한 반동 터빈의 경우에는, 동익 내에서도 압력 에너지가 속도 에너지로 변환되고, 증기가 분출하는 반동력에 의하여 회전 에너지(기계 에너지)로 변환된다.

이러한 종류의 증기 터빈에서는, 동익의 선단부와, 동익을 둘러싸고 증기의 유로를 형성하는 케이싱 사이에 직경 방향의 간극이 형성되고, 또한 정익의 선단부와 축체 사이에도 직경 방향의 간극이 형성되어 있다. 그러나 동익 선단부와 케이싱의 간극을 하류측으로 통과하는 누설 증기는 동익에 대하여 회전력을 부여하지 않는다. 또한 정익 선단부와 축체 간극을 하류측으로 통과하는 누설 증기는, 그 압력 에너지가 정익에 의하여 속도 에너지로 변환되지 않기 때문에, 하류측의 동익에 대하여 회전력을 거의 부여하지 않는다. 따라서 증기 터빈의 성능 향상을 위해서는, 간극을 통과하는 누설 증기의 유량(누설 유량)을 저감시키는 것이 중요해진다.

종래, 예를 들어 특허문헌 1과 같이, 동익의 선단부에, 축 방향 상류측으로부터 하류측을 향하여 높이가 점차 높아지는 복수의 스텝부를 설치하고, 케이싱에, 각 스텝부를 향하여 연장되는 복수의 시일 핀을 설치하고, 각 스텝부와 각 시일 핀의 선단부 사이에 미소 간극을 형성한 구조의 터빈이 제안되어 있다.

이 터빈에서는, 상류측으로부터 간극에 인입된 유체가 스텝부의 단차면에 충돌함으로써, 단차면의 상류측에 주 소용돌이가 발생하고 단차면의 하류측(미소 간극의 상류측 근방)에 박리 소용돌이가 발생한다. 그리고 미소 간극의 상류측 근방에 발생하는 박리 소용돌이에 의하여, 미소 간극을 빠져나가는 누설 흐름의 저감화가 도모되어 있다. 즉, 동익의 선단부와 케이싱의 간극을 통과하는 누설 유체의 유량의 저감화가 도모되어 있다.

일본 특허 공개 제2011-080452호 공보

그러나 증기 터빈의 성능 향상에 대한 요망은 강하며, 따라서 누설 유량을 더 저감화할 것이 요구되고 있다.

본 발명은, 로터와 스테이터 사이의 간극을 시일하는 시일 구조에 있어서, 누설 유량을 보다 저감화한 고성능 시일 구조 및 회전 기계를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 제1 형태에 의하면, 시일 구조는, 축선 주위로 회전하는 로터의 외주면과, 상기 로터를 직경 방향 외주측으로부터 둘러싸도록 배치된 스테이터의 내주면 사이의 간극을 시일하는 시일 구조이며, 상기 로터의 외주면과 상기 스테이터의 내주면 중 한쪽에 축선 방향으로 나열되어 설치되고, 상기 로터의 축선 방향의 상류측을 향하는 단차면을 갖고 다른 쪽으로 돌출된 복수의 스텝부와, 상기 다른 쪽에 설치되고, 각각의 상기 스텝부의 주위면을 향하여 연장되어, 대응하는 스텝부의 주위면과의 사이에 미소 간극을 형성하는 시일 핀을 갖고, 상기 시일 핀은, 직경 방향에 있어서 상기 다른 쪽으로부터 소정 거리의 영역보다 상기 한쪽의 선단부 근방이 상류측을 향하여 더 경사져 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 종래의 경우와 마찬가지로, 상류측으로부터 간극에 인입된 유체가 각각의 스텝부의 단차면에 충돌함으로써, 단차면의 상류측에는 주 소용돌이가 발생한다. 또한 각각의 스텝부의 단차면과 주위면의 코너부(에지)에 있어서, 주 소용돌이로부터 일부의 흐름이 박리됨으로써, 단차면의 하류측에 위치하는 각각의 스텝부의 주위면 상에는 주 소용돌이와 반대 방향으로 회전하는 박리 소용돌이가 발생한다. 이 박리 소용돌이는, 시일 핀의 선단부로부터 스텝부의 주위면을 향하는 다운 플로우를 발생시키기 때문에, 박리 소용돌이가 시일 핀의 선단부과 스텝부 사이의 미소 간극을 통과하는 유체를 저감시키는 축류 효과를 발휘한다.

그리고 시일 핀 상에 있어서 다른 쪽으로부터 한쪽을 향하여 흐르는 유체가, 시일 핀의 선단부 근방의 경사에 의하여 상류측으로 복귀되면서 미소 간극을 빠져나감으로써, 유체가 시일 핀의 선단부 근방을 우회하듯이 흐른다. 이 유체의 흐름과 박리 소용돌이에 의하여, 축류 효과를 강화하여 누설 유량을 저감시킬 수 있다.

상기 시일 구조에 있어서, 상기 미소 간극을 H로 하고, 상기 시일 핀과, 상기 스텝부의 상기 축선 방향 상류측에 있어서의 단차면 사이의 거리를 L로 하면, 이하의 식을 만족시키는 구성으로 해도 된다.

1.25 < L/H < 2.75

이와 같은 구성에 의하면, 후술하는 시뮬레이션 결과에 나타내는 바와 같이, 박리 소용돌이에 의한 축류 효과가 더 높아져 누설 유량을 더 저감시킬 수 있다.

상기 시일 구조에 있어서, 상기 시일 핀의 각도는, 직경 방향에 있어서 상기 다른 쪽으로부터 소정 거리의 영역까지 연속적으로 변화되어 있는 구성으로 해도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 발생한 주 소용돌이나 박리 소용돌이의 흐름이 시일 핀에 의하여 저해되기 어려워지기 때문에, 시일 핀의 선단부 근방의 경사의 효과를 더 강화할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 중 어느 하나의 시일 구조를 구비하는 회전 기계를 제공한다.

본 발명에 따르면, 로터의 외주면과, 로터를 직경 방향 외주측으로부터 둘러싸도록 배치된 스테이터의 내주면 사이의 간극을 시일하는 시일 구조에 있어서, 축류 효과를 강화하여 누설 유량을 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태의 증기 터빈의 개략 구성 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태를 도시하는 도면이며, 도 1에 있어서의 주요부 Ⅰ를 도시하는 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태를 도시하는 도면이며, 도 2의 시일 핀을 도시하는 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태의 증기 터빈의 작용 설명도이다.
도 5a는 미소 간극을 흐르는 증기의 거동을 설명하는 도면이며, 본 발명의 실시 형태의 시일 핀에 있어서의 증기의 거동을 설명하는 도면이다.
도 5b는 미소 간극을 흐르는 증기의 거동을 설명하는 도면이며, 종래의 경사 없는 시일 핀에 있어서의 증기의 거동을 설명하는 도면이다.
도 6은 거리 L과 미소 간극 H의 종횡비 L/H와, 미소 간극 H를 통과하는 증기의 유량 계수 Cd의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시 형태의 회전 기계인 증기 터빈에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 증기 터빈(1)은, 케이싱(10)(스테이터)과, 케이싱(10)의 내측에 회전 가능하게 설치되고, 동력을 도시되지 않은 발전기 등의 기계에 전달하는 회전축(30)과, 케이싱(10)에 보유 지지된 정익(40)과, 회전축(30)에 설치된 동익(50)과, 회전축(30)을 축 주위로 회전 가능하게 지지하는 베어링부(60)를 구비하고 있다.

증기 S는, 도시되지 않은 증기 공급원과 접속된 증기 공급관(20)을 통하여, 케이싱(10)에 형성된 주 유입구(21)로부터 도입되어, 증기 터빈(1)의 하류측에 접속된 증기 배출관(22)으로부터 배출된다.

케이싱(10)은, 내부 공간이 기밀하게 밀봉되어 있음과 함께, 증기 S의 유로로 되어 있다. 케이싱(10)의 내벽면에는, 회전축(30)이 삽입 관통되는 링형의 구획판 외륜(11)이 견고히 고정되어 있다.

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

정익(40)은, 케이싱(10)으로부터 내주측을 향하여 신장되어, 회전축(30)을 둘러싸도록 방사상으로 다수 배치되는 환상 정익 군을 구성하고 있다. 복수의 정익(40)은 각각 구획판 외륜(11)에 보유 지지되어 있다.

복수의 정익(40)으로 이루어지는 환상 정익 군은, 회전축(30)의 축 방향(이하, 간단히 축 방향이라 칭함)으로 간격을 두고 복수 형성되어 있다. 복수의 정익(40)은 증기의 압력 에너지를 속도 에너지로 변환하여, 하류측에 인접하는 동익(50)에 유입시킨다.

동익(50)은 회전축(30)의 회전축 본체(31)의 외주부에 견고히 설치되고, 각 환상 정익 군의 하류측에 있어서 방사상으로 다수 배치되어 환상 동익 군을 구성하고 있다.

이들 환상 정익 군과 환상 동익 군은 1조 1단으로 되어 있다. 이 중, 최종단에 있어서의 동익(50)의 선단부는, 회전축(30)의 주위 방향(이하, 간단히 주위 방향이라 칭함)에 인접하는 동익(50)의 선단부끼리와 연결되어 있으며, 슈라우드(51)(로터)라 칭해지고 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 동익(50)의 선단부를 이루는 슈라우드(51)는, 케이싱(10)의 구획판 외륜(11)과의 사이에 직경 방향의 간극을 두고 대향 배치되어 있다. 그리고 슈라우드(51)와, 케이싱(10)의 구획판 외륜(11) 사이에는, 시일 구조(2)가 형성되어 있다. 이하, 시일 구조(2)의 구성 요소에 대하여 상세히 설명한다.

슈라우드(51)에는, 단차면{53(53A 내지 53C)}을 갖고 구획판 외륜(11)측으로 돌출된 3개의 스텝부{52(52A 내지 52C)}가 축 방향으로 나열되어 설치되어 있다.

동익(50)으로부터 3개의 스텝부(52A 내지 52C)의 외주면(주위면){54A 내지 54C(54)}에 이르는 3개의 스텝부(52A 내지 52C)의 돌출 높이는, 축 방향의 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 점차 높아지도록 설정되어 있다. 이것에 의하여, 각각의 스텝부(52)의 단차면(53)은 축 방향의 상류측을 향하고 있다. 또한 본 실시 형태에서는, 각각의 스텝부(52)의 단차면(53)이 직경 방향으로 평행하게 되어 있어, 3개의 단차면(53A 내지 53C)의 높이가 동일하게 설정되어 있다. 또한 본 실시 형태에서는, 각각의 스텝부(52)의 외주면(54)이 축 방향으로 평행하게 되어 있다.

한편, 구획판 외륜(11)에는, 슈라우드(51)에 대응하는 부위에 주위 방향으로 연장되는 환상 홈(12)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 환상 홈(12)이 구획판 외륜(11)의 내주면으로부터 직경 방향 외측으로 오목하게 형성되어 있다. 슈라우드(51)는 이 환상 홈(12) 내에 인입되도록 배치되어 있다.

그리고 3개의 스텝부(52A 내지 52C)에 대향하도록 직경 방향 내측을 향하는 환상 홈(12)의 저부에는, 3개의 환상 오목부{13(13A 내지 13C, 내주면)}가 축 방향으로 나열되어 형성되어 있다. 3개의 환상 오목부(13A 내지 13C)는, 상류측으로부터 하류측을 향하여 단차에 의하여 점차 직경 확장되어 형성되어 있다.

또한 축 방향으로 인접하는 2개의 환상 오목부(13, 13)의 경계에 위치하는 각각의 케이싱측 단부 테두리부(14)에는, 슈라우드(51)를 향하여 직경 방향 내측으로 연장되는 시일 핀{5(5A 내지 5C)}이 설치되어 있다. 이들 케이싱측 단부 테두리부(14) 및 시일 핀(5)의 축 방향 위치는, 각각의 스텝부(52)의 외주면(54)에 대향하도록 설정되어 있다. 구체적으로는, 3개의 시일 핀(5A 내지 5C)은 축 방향으로 간격을 두고 배열되어, 3개의 스텝부(52A 내지 52C)에 1:1로 대응하도록 설치되어 있다. 그리고 본 실시 형태에서는, 3개의 시일 핀(5A 내지 5C)이 축 방향으로 등간격으로 배열되어 있다.

각각의 스텝부(52)의 외주면(54)과 각각의 시일 핀(5)의 선단부 사이에는 직경 방향의 미소 간극 H(H1 내지 H3)가 구획 형성되어 있다. 미소 간극 H의 각 치수는, 케이싱(10)이나 동익(50)의 열 신장량, 동익(50)의 원심 신장량 등을 고려한 후에, 양자가 접촉하지 않는 안전한 범위에서 최소의 것으로 설정되어 있다. 그리고 본 실시 형태에서는, 3개의 미소 간극 H1 내지 H3의 치수가 동일하도록 설정되어 있다.

시일 핀(5)이 설치됨으로써, 슈라우드(51)와 구획판 외륜(11) 사이에는 3개의 캐비티 C(C1 내지 C3)가 축 방향으로 배열되어 형성된다. 각각의 캐비티 C는, 각각의 스텝부(52)에 대응하는 시일 핀(5)과, 이 시일 핀(5)에 대하여 축 방향 상류측에 대향하는 격벽 사이에 형성되어 있다.

또한 각 캐비티 C의 직경 방향 치수 D와 축 방향 치수 W의 비 D/W(캐비티의 종횡비 D/W)는, 후술하는 바와 같이, 동일한 캐비티 C 내에 발생하는 박리 소용돌이 SV의 크기가 주 소용돌이 MV보다도 작아지도록, 1.0에 근접하도록 설정되는 것이 바람직하다(도 4 참조).

도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 시일 핀(5)은, 직경 방향에 있어서의 환상 오목부(13)로부터 소정 거리의 영역 R1보다 슈라우드(51)측의 선단부 근방이 상류측을 향하여 더 경사져 있다. 즉, 본 실시 형태의 시일 핀(5)은, 시일 핀(5)의 선단부 근방만이 부분적으로 구부러져 있으며, 선단부 근방에 상류측으로 경사지는 절곡부(19)가 형성되어 있다.

또한 시일 핀(5)과, 그에 대응하는 스텝부(52)의 축 방향 상류측에 있어서의 단차면(53) 사이의 거리{각각의 미소 간극 H로부터 상류측의 단차면(53)에 이르는 각각의 스텝부(52)의 외주면(54)의 길이 치수}을 L로 하면, 이 거리 L 중 적어도 하나는 이하의 식 (1)을 만족시켜 형성되어 있다.

즉, 거리 L은 미소 간극 H의 2배 정도로 설정되어 있다.

또한 시일 핀(5) 전체의 각도는, 직경 방향에 있어서 환상 오목부(13)로부터 소정 거리의 영역 R1까지 연속적으로 변화되어 있다. 즉, 시일 핀(5)의 직경 방향에 있어서의 영역 R1에 있어서는, 시일 핀(5)에는 돌기물은 형성되어 있지 않다.

여기서, 상기의 구성으로 이루어지는 증기 터빈(1)의 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 도시되지 않은 보일러 등의 증기 공급원으로부터 증기 공급관(20)을 통하여 증기 S가 케이싱(10)의 내부 공간에 유입된다.

케이싱(10)의 내부 공간에 유입된 증기 S는, 각 단에 있어서의 환상 정익 군과 환상 동익 군을 순차 통과한다. 이때는, 압력 에너지가 정익(40)에 의하여 속도 에너지로 변환되고, 정익(40)을 거친 증기 S 중 대부분이 동일한 단을 구성하는 동익(50) 사이에 유입되고, 동익(50)에 의하여 증기 S의 속도 에너지·압력 에너지가 회전 에너지로 변환되어, 축체(30)에 회전이 부여된다. 한편, 증기 S 중 일부(예를 들어 수 %)는, 정익(40)으로부터 유출된 후, 환상 홈(12) 내{동익(50)의 슈라우드(51)와 케이싱(10)의 구획판 외륜(11)의 간극)에 유입되는, 소위, 누설 증기로 된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 환상 홈(12) 내에 유입된 증기 S는, 먼저 제1 캐비티 C1에 유입됨과 함께, 1단째의 스텝부(52A)의 단차면(53A)에 충돌하고, 상류측으로 복귀되듯이 흐른다. 이것에 의하여, 제1 캐비티 C1 내에는 반시계 방향(제1 회전 방향)으로 회전하는 주 소용돌이 MV1이 발생한다.

그때, 특히 1단째의 스텝부(52A)의 단차면(53A)과 외주면(54A)의 코너부(에지)에 있어서, 주 소용돌이 MV1로부터 일부의 흐름이 박리됨으로써, 1단째의 스텝부(52A)의 외주면(54A) 상에는, 주 소용돌이 MV1과 반대인 시계 방향(제2 회전 방향)으로 회전하는 박리 소용돌이 SV1이 발생한다.

이 박리 소용돌이 SV1은, 1단째의 스텝부(52A)와 시일 핀(5A) 사이의 제1 미소 간극 H1의 상류측 근방에 위치하고 있다. 특히 박리 소용돌이 SV1 중 직경 방향 내측을 향하는 다운 플로우가 제1 미소 간극 H1 직전에서 발생하기 때문에, 제1 캐비티 C1로부터 제1 미소 간극 H1을 통하여 하류측의 제2 캐비티 C2에 유입되는 누설 흐름을 저감시키는 축류 효과가, 상기 박리 소용돌이 SV1에 의하여 얻어진다.

증기 S가 제1 캐비티 C1로부터 제1 미소 간극 H1을 빠져나가 제2 캐비티 C2 내에 유입되면, 제2 캐비티 C2 내에는 제1 캐비티 C1의 경우와 마찬가지로 주 소용돌이 MV2가 발생함과 함께, 박리 소용돌이 SV2가 발생한다.

또한 증기 S가 제2 미소 간극 H2를 통과하여 제3 캐비티 C3 내에 유입되면, 제1, 제2 캐비티 C1, C2의 경우와 마찬가지로, 제3 캐비티 C3 내에는 주 소용돌이 MV3이 발생함과 함께 박리 소용돌이 SV3이 발생한다.

도 5a에 도시한 바와 같이, 시일 핀(5) 상에 있어서 직경 방향 외주측으로부터 직경 방향 내주측을 향하여 흐르는 증기 S는, 시일 핀의 선단부 근방의 절곡부(19)의 경사에 의하여 상류측으로 복귀되면서 미소 간극 H를 빠져나감으로써, 증기 S가 시일 핀(5)의 선단부 근방을 우회하듯이 흐른다. 이 증기 S의 흐름과 박리 소용돌이 SV에 의하여, 축류 효과가 강해져 의사적인 간극 V1이 작아지기 때문에, 누설 유량을 저감시킬 수 있다.

한편, 도 5b에 도시한 바와 같이, 종래의 경사 없는 시일 핀(105)의 경우, 시일 핀(105) 상에 있어서 직경 방향 외주측으로부터 직경 방향 내주측을 향하여 흐르는 증기 S는 우회량이 작기 때문에, 본 실시 형태의 시일 핀(5)과 비교하면 의사적인 간극 V2는 커, 누설 유량은 본 실시 형태의 시일 구조보다도 커진다.

상기 실시 형태에 따르면, 시일 핀(5) 상에 있어서 상류측으로부터 하류측을 향하여 흐르는 증기 S가, 시일 핀(5)의 선단부 근방의 경사에 의하여 상류측으로 복귀되면서 미소 간극 H를 빠져나간다. 이것에 의하여, 증기 S가 시일 핀(5)의 선단부 근방을 우회하듯이 흐른다. 이 증기 S의 흐름과 박리 소용돌이 SV에 의하여, 축류 효과를 강화하여 누설 유량을 저감시킬 수 있다.

또한 미소 간극을 H로 하고, 시일 핀(5)과, 스텝부(52)의 축 방향 상류측에 있어서의 단차면(53) 사이의 거리를 L로 하면, 수식 1.25<L/H<2.75를 만족시키도록 설정하였다. 이것에 의하여, 후술하는 시뮬레이션 결과에 나타내는 바와 같이, 박리 소용돌이 SV에 의한 축류 효과가 더 높아져 누설 유량을 더 저감시킬 수 있다.

또한 시일 핀(5) 전체의 각도가, 직경 방향에 있어서 환상 오목부(13)로부터 소정 거리의 영역 R1까지 연속적으로 변화되어 있음으로써, 발생한 주 소용돌이 MV나 박리 소용돌이 SV의 흐름이 시일 핀(5)에 의하여 저해되기 어려워진다. 이것에 의하여, 시일 핀(5)의 선단부 근방의 경사의 효과를 더 강화할 수 있다.

또한 상술한 효과는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 발명자가 실시한 실험의 결과로부터도 명확하다.

도 6에 나타내는 그래프는, 스텝부(52)에 있어서의 종횡비 L/H와, 대응하는 미소 간극 H를 통과하는 증기 S의 유량 계수 Cd의 관계에 대하여 실험한 결과이다. 이 그래프에서는, 유량 계수 Cd가 작을수록, 미소 간극 H를 통과하는 증기 S의 유량이 작은 것을 나타내고 있다.

이 그래프에 의하면, 미소 간극 H에 대하여 유량 계수 Cd를 최소로 하는 종횡비 L/H의 최적값이 존재하는 것을 알 수 있다. 미소 간극 H에 있어서의 종횡비 L/H의 최적값은 2.0이다.

이상, 본 발명의 상세에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 가할 수 있다.

1: 증기 터빈
2: 시일 구조
5(5A 내지 5C): 시일 핀
10: 케이싱(스테이터)
11: 구획판 외륜
12: 환상 홈
13(13A 내지 13C): 환상 오목부(내주면)
14: 단부 테두리부
18: 절곡점
19: 절곡부
20: 증기 공급관
21: 주 유입구
22: 증기 배출관
30: 회전축
31: 회전축 본체
40: 정익
50: 동익
51: 슈라우드(로터)
52(52A 내지 52C): 스텝부
53(53A 내지 53C): 단차면
54(54A 내지 54C): 외주면
60: 베어링부
61: 저널 베어링 장치
62: 스러스트 베어링 장치
C(C1 내지 C3): 캐비티
D: 직경 방향 치수
H(H1 내지 H3): 미소 간극
L: 거리
MV: 주 소용돌이
S: 증기
SV: 박리 소용돌이
W: 축 방향 치수

Claims

축선 주위로 회전하는 로터의 외주면과, 상기 로터를 직경 방향 외주측으로부터 둘러싸도록 배치된 스테이터의 내주면 사이의 간극을 시일하는 시일 구조이며,
상기 로터의 외주면과 상기 스테이터의 내주면 중 한쪽에 축선 방향으로 나열되어 설치되고, 상기 로터의 축선 방향의 상류측을 향하는 단차면을 갖고 다른 쪽으로 돌출된 복수의 스텝부와,
상기 다른 쪽에 설치되고, 각각의 상기 스텝부의 주위면을 향하여 연장되어, 대응하는 스텝부의 주위면과의 사이에 미소 간극을 형성하는 시일 핀을 갖고,
상기 시일 핀은, 직경 방향에 있어서 상기 다른 쪽으로부터 상기 한쪽을 향해 소정 거리까지 떨어진 위치에 설치된 절곡점과, 상기 절곡점으로부터 상기 한쪽측의 선단부를 향함에 따라 상기 상류측을 향해 경사지는 절곡부를 갖고,
상기 시일 핀은, 상기 다른 쪽의 단부로부터 상기 한쪽의 단부까지가 동일한 두께를 가지며,
상기 미소 간극을 H로 하고,
상기 시일 핀과, 상기 스텝부의 상기 축선 방향 상류측에 있어서의 단차면 사이의 거리를 L로 하면, 모든 상기 스텝부 및 모든 상기 시일 핀에 있어서, L/H의 최적값을 2로 하는 것을 특징으로 하는 시일 구조.
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제1항에 기재된 시일 구조를 구비하는, 회전 기계.