KR101852700B1

KR101852700B1 - 시일 구조 및 회전 기계

Info

Publication number: KR101852700B1
Application number: KR1020167014159A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 구와무라; 가즈유키 마츠모토; 히로하루 오야마; 요시노리 다나카; 도요하루 니시카와; 히데카즈 우에하라; 신 니시모토
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2018-04-26
Also published as: CN105934615B; EP3078888A4; US10385714B2; EP3078888B1; US20170022838A1; EP3078888A1; JP2015108301A; CN105934615A; JP6131177B2; WO2015083588A1; KR20160079046A

Abstract

제1 구조체(10)와, 제1 구조체(10)에 직경 방향으로 대향함과 함께, 제1 구조체(10)에 대하여 축선 주위로 상대 회전하는 제2 구조체(51)와의 사이의 간극(Gd)을 시일하는 시일 구조(2)이며, 제1 구조체(10)와 제2 구조체(51) 중 한쪽은, 베이스면(4)과, 베이스면(4)보다도 다른 쪽으로 돌출된 스텝면(5)를 갖고, 다른 쪽은, 스텝면(5)을 향하여 연장되어 스텝면(5)과의 사이에서 제1 간극(mB)을 형성하는 제1 핀(18)과, 제1 핀(18)의 하류측에서 베이스면(4)을 향하여 연장되어 베이스면(4)과의 사이에서 제2 간극(mC)을 형성하는 제2 핀(19)과, 제1 핀(18)과 제2 핀(19) 사이에 배치되어, 제1 간극(mB)을 통과한 누설류(流)(SL2)를, 제1 핀(18)을 따른 제1 소용돌이(B3)와 제2 핀(19)을 따른 제2 소용돌이(B4)로 분단하는 돌기부(7)를 구비하는, 시일 구조(2).

Description

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

본 발명은, 증기 터빈, 가스 터빈 등의 회전 기계에 있어서 상대 회전하는 구조체 사이의 간극을 시일하는 시일 구조, 및 이 시일 구조를 구비하는 회전 기계에 관한 것이다.

본원은 2013년 12월 3일에 출원된 일본 특허 출원 제2013-250307호에 대하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.

증기 터빈, 가스 터빈 등의 회전 기계에 있어서는, 정지측과 회전측 사이에 발생하는 간극으로부터 증기 등의 작동 유체가 누설되는 것을 방지하기 위하여, 래비린스 시일 등의 비접촉형의 시일 구조가 사용되고 있다.

래비린스 시일로서는, 회전 기계의 외곽을 이루는 케이싱의 내주에 동익을 향하여 신장되는 시일 핀 등의 시일 부재와, 동익의 선단부에 설치된 스텝형의 슈라우드를 갖는 스텝형의 것이 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).

도 7에 도시한 바와 같이, 케이싱(10)으로부터 연장되는 복수의 시일 핀(17, 18, 19)과, 동익(50)의 선단부에 설치된 슈라우드(51)에 형성된 스텝부(3)를 갖는 스텝형의 래비린스 시일(102)은, 전향 스텝을 형성하는 상류측 캐비티(25)와, 후향 스텝을 형성하는 하류측 캐비티(26)로 구성되어 있다.

전향 스텝을 형성하는 상류측 캐비티(25) 내에서는, 상류 시일 핀(17)과 슈라우드(51)의 베이스면(4)과의 사이의 상류 간극 mA를 빠져나간 누설 제트 SL이 소용돌이 B를 형성하면서 스텝부(3)의 상류측의 면에 충돌함으로써, 누설 제트 SL이 편향된다. 이것에 의하여, 중간 시일 핀(18)과 스텝부(3) 사이의 중간 간극 mB로의 누설 제트 SL2의 불어 나감을 억제하여 누액량을 저감시키고 있다.

일본 특허 공개 제2006-104952호 공보

한편, 후향 스텝을 형성하는 하류측 캐비티(26) 내에서는, 중간 간극 mB를 빠져나간 누설 제트 SL2의 재부착점이 불안정해져 시일 성능이 불안정해진다. 특히 재부착점이 슈라우드(51)의 베이스면(4)에 위치하는 경우에는, 하류 간극 mC를 빠져나가는 누설 제트 SL3의 유량이 많아져, 누액량이 증대된다.

본 발명은, 정지측과 회전측 사이에 발생하는 간극으로부터 누설되는 누설 제트를 저감시켜, 시일 성능을 안정시킬 수 있는 회전 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 형태에 의하면, 시일 구조는, 제1 구조체와, 상기 제1 구조체에 직경 방향으로 대향함과 함께, 상기 제1 구조체에 대하여 축선 주위로 상대 회전하는 제2 구조체와의 사이의 간극을 시일하는 시일 구조이며, 상기 제1 구조체와 제2 구조체 중 한쪽은, 베이스면과, 상기 베이스면보다도 다른 쪽으로 돌출된 스텝면을 갖고, 상기 다른 쪽은, 상기 스텝면을 향하여 연장되어 상기 스텝면과의 사이에서 제1 간극을 형성하는 제1 핀과, 상기 제1 핀의 하류측에서 상기 베이스면을 향하여 연장되어 상기 베이스면과의 사이에서 제2 간극을 형성하는 제2 핀과, 상기 제1 핀과 상기 제2 핀 사이에 배치되고, 상기 제1 간극을 통과한 누설류(流)를, 제1 핀을 따른 제1 소용돌이와 제2 핀을 따른 제2 소용돌이로 분단하는 돌기부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 제1 간극을 통과한 누설류가 돌기부에 의하여 제1 소용돌이와 제2 소용돌이로 분단되고, 누설류가 베이스면에 재부착되는 것이 억제되어 제2 간극으로의 누설류의 불어 나감이 저감된다. 이것에 의하여 시일 성능을 안정시킬 수 있다.

상기 시일 구조에 있어서, 상기 돌기부는, 상기 축선 방향에 있어서 상기 스텝면의 하류측 단부와 상기 제2 핀 사이, 또한 상기 직경 방향에 있어서 상기 스텝면과 상기 다른 쪽 사이에, 주위 방향으로 연장되어 상기 누설류를 재부착시키는 재부착 테두리를 갖는 구성으로 해도 된다.

상기 구성에 의하면, 제1 간극을 통과한 누설류를 돌기부의 재부착 테두리에 안정적으로 재부착시킬 수 있다.

상기 시일 구조에 있어서, 상기 돌기부는, 상기 제2 핀의 상류측에 접속되고, 상기 다른 쪽과 상기 재부착 테두리 사이로 연장되는 원판면과, 상기 재부착 테두리와 상기 제2 핀 사이로 연장되는 상기 축선과 동심의 원통형의 면인 원통면을 갖고, 주위 방향에서 본 형상이 직사각형을 이루는 부재여도 된다.

상기 시일 구조에 있어서, 상기 돌기부는, 상기 제2 핀의 상류측의 면에 접속되고, 상기 재부착 테두리와 상기 제2 핀 사이로 연장되는 상기 축선과 동심의 원통형의 부재로 해도 된다.

상기 구성에 의하면, 제1 핀의 하류측의 제1 소용돌이가 커지고 제1 소용돌이의 와도가 저하되어 정압이 상승함으로써, 제1 핀의 전후의 압력 차가 작아진다. 이것에 의하여 누액량을 더 저감시킬 수 있다.

상기 시일 구조에 있어서, 상기 돌기는, 상기 다른 쪽과 상기 재부착 테두리 사이로 연장되는 원판형의 부재여도 된다.

상기 구성에 의하면, 돌기부의 하류측에 소용돌이가 생성되고, 소용돌이 중의 믹싱 손실에 의하여 운동 에너지가 열에 산일되어, 전체압 손실이 발생한다. 이것에 의하여 누액량을 더 저감시킬 수 있다.

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

본 발명에 따르면, 제1 간극을 통과한 누설류가 돌기부에 의하여 제1 소용돌이와 제2 소용돌이로 분단되고, 누설류가 베이스면에 재부착되는 것이 억제되어 제2 간극으로의 누설류의 불어 나감이 저감된다. 이것에 의하여 시일 성능을 안정시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 증기 터빈의 개략 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 증기 터빈의 주요부 확대 단면도이며, 도 1의 Ⅰ의 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태 시일 구조에 있어서의 누설 제트와 소용돌이의 거동을 설명하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태 시일 구조에 있어서의 하류 시일 핀과 베이스면 사이의 하류 간극을 통과하는 누설 제트의 상세 설명도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태의 시일 구조에 있어서의 누설 제트와 소용돌이의 거동을 설명하는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시 형태의 시일 구조에 있어서의 누설 제트와 소용돌이의 거동을 설명하는 개략도이다.
도 7은 종래의 환형 홈의 시일 구조에 있어서의 누설 제트와 소용돌이의 거동을 설명하는 개략도이다.

(제1 실시 형태)

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

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 증기 터빈(1)은, 케이싱(10)(구조체)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 도입되고, 증기 터빈(1)의 하류측에 접속된 증기 배출관(22)으로부터 배출된다.

정익(40) 및 동익(50)은 축선 O의 직경 방향으로 연장되는 블레이드이다. 케이싱(10)은, 동익(50)에 대하여 축선 O 주위로 상대 회전하는 구조체이다.

케이싱(10)은 내부 공간이 기밀하게 밀봉되어 있다. 케이싱(10)은 증기 S의 유로이다. 이 케이싱(10)의 내벽면에는, 회전축(30)이 삽입 관통되는 링형의 구획판 외륜(11)이 견고하게 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 신장되고, 회전축(30)을 둘러싸도록 방사상으로 다수 배치되는 환형 정익 군을 구성하고 있다. 복수의 정익(40)은 각각 구획판 외륜(11)에 보유 지지되어 있다.

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

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

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

도 2에 도시한 바와 같이, 구획판 외륜(11)의 축 방향 하류측에는, 구획판 외륜(11)의 내주부로부터 직경 확장되고, 케이싱(10)의 내주면을 저면(13)(대향면)으로 하는 원통형의 환형 홈(12)이 형성되어 있다. 환형 홈(12)에는 슈라우드(51)가 수용되고, 저면(13)은 슈라우드(51)와 간극 Gd를 개재하여 직경 방향으로 대향하고 있다.

슈라우드(51)는, 축 방향에 있어서의 중앙 부분이 돌출되어 스텝형으로 형성된 스텝부(3)를 구비하고 있다. 구체적으로는, 슈라우드(51)의 직경 방향 외주측의 면은, 베이스면(4)(선단면)과, 베이스면(4)보다도 직경 방향 외주측으로 돌출된 스텝면(5)을 구성하는 스텝부(3)를 갖고 있다.

저면(13)에는, 슈라우드(51)를 향하여 직경 방향으로 연장되는 3개의 시일 핀(17, 18, 19)이 설치되어 있다. 시일 핀(17, 18, 19)은, 각각 슈라우드(51)를 향하여 저면(13)으로부터 내주측으로 연장되어 있으며, 주위 방향으로 연장되어 있다.

구체적으로는, 상류 시일 핀(17)은 스텝부(3)보다도 상류측의 베이스면(4)을 향하여 돌출되어 있다. 중간 시일 핀(18)(제1 핀)은 스텝부(3)의 스텝면(5)을 향하여 돌출되어 있다. 하류 시일 핀(19)(제2 핀)은 스텝부(3)보다도 하류측의 베이스면(4)을 향하여 돌출되어 있다. 중간 시일 핀(18)은 상류 시일 핀(17) 및 하류 시일 핀(19)보다도 직경 방향의 길이가 짧아지도록 형성되어 있다.

즉, 본 실시 형태의 케이싱(10)과 동익(50) 사이의 간극 Gd에는, 스텝형의 래비린스 시일인 시일 구조(2)가 형성되어 있다.

이들 시일 핀(17, 18, 19)은 슈라우드(51)와 미소 간극 m을 직경 방향으로 형성하고 있다. 이하, 상류 시일 핀(17)과 베이스면(4) 사이의 간극을 상류 간극 mA, 중간 시일 핀(18)과 스텝면(5) 사이의 간극을 중간 간극 mB(제1 간극), 하류 시일 핀(19)과 베이스면(4) 사이의 간극을 하류 간극 mC(제2 간극)라 칭한다.

미소 간극 m(mA 내지 mC)의 각 치수는, 케이싱(10)이나 동익(50)의 열 신장량이나 동익(50)의 원심 신장량 등을 고려하고 있다. 미소 간극 m(mA 내지 mC)의 각 치수는, 시일 핀(17, 18, 19)과 동익(50)이 접촉하는 일이 없는 범위로 설정되어 있다.

간극 Gd에는, 환형 홈(12), 슈라우드(51) 및 시일 핀(17, 18, 19)에 의하여, 상류측 캐비티(25)와 하류측 캐비티(26)가 형성된다. 시일 핀(17, 18, 19)의 축선 방향의 위치는, 이들 캐비티(25, 26) 내에 있어서의 누설 제트나 소용돌이의 거동에 따라 적절히 설정된다.

하류 시일 핀(19)의 상류측에는 돌기(7)(돌기부)가 일체로 형성되어 있다. 돌기(7)는, 주위 방향에서 본 단면 형상이 직사각형을 이루는 중실의 부재이며, 하류 시일 핀(19)과 함께 주위 방향으로 연장되어 있다.

돌기(7)는, 하류 시일 핀(19)의 상류측에서 축선 방향으로 직교하는 원판면(8)과, 원판면(8)과 직교함과 함께 주위 방향으로 연장되는, 축선과 동심의 원통형의 면인 원통면(9)을 갖고 있다. 원판면(8)과 원통면(9)이 교차하는 능선은 재부착 테두리(15)로 되어 있다. 바꾸어 말하면, 원판면(8)과 원통면(9)은 재부착 테두리(15)의 위치를 확정하기 위한 면이다.

원판면(8)은, 축선 방향에 있어서 스텝면(5)의 하류측 단부와 하류 시일 핀(19) 사이에 위치하고 있다. 구체적으로는, 후술하는 방법에 의하여 결정되는 재부착 테두리(15)의 위치에 기초하여 배치되어 있다.

원통면(9)은, 직경 방향에 있어서 스텝면(5)과 환형 홈(12)의 저면(13)과의 사이에 위치하고 있다. 구체적으로는, 재부착 테두리(15)의 위치에 기초하여 배치되어 있다.

여기서, 상술한 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 환형 정익 군과 환형 동익 군을 순차 통과한다.

각 단의 환형 정익 군에 있어서 증기 S는, 정익(40)을 통과하면서 그 주위 방향 속도 성분이 증대된다. 이 증기 S 중 대부분의 증기 SM(도 2 참조)은 동익(50) 사이에 유입되고, 증기 SM의 에너지가 회전 에너지로 변환되어 회전축(30)에 회전이 부여된다.

한편, 증기 S 중 일부(예를 들어 약 수 %)의 누설 제트 SL(누설류, 리크류)은 정익(40)으로부터 유출된 후, 강한 주위 방향 성분을 유지한 상태(선회류)에서 환형 홈(12)에 유입된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 누설 제트 SL은 소용돌이 B1을 형성하면서, 스텝부(3)의 상류측을 향하는 면에 충돌하여 편향된다. 이것에 의하여, 중간 간극 mB로의 누설 제트 SL의 누액량이 저감된다.

중간 간극 mB를 통과한 누설 제트 SL2는, 하류측에 형성된 돌기(7)의 재부착 테두리(15)에 안정적으로 재부착된다. 즉, 누설 제트 SL2의 재부착점이 제어되어, 누설 제트 SL과 중간 시일 핀(18)과 원판면(8)에 의하여 둘러싸인 공간에 소용돌이 B3(제1 소용돌이)이 형성됨과 함께, 누설 제트 SL2와 원통면(9)과 베이스면(4)에 의하여 둘러싸인 공간에 소용돌이 B4(제2 소용돌이)가 형성된다. 바꾸어 말하면, 누설 제트 SL2는 돌기(7)에 의하여, 중간 시일 핀(18)을 따른 소용돌이 B3과 하류 시일 핀(19)을 따른 소용돌이 B4로 분단된다.

이것에 의하여, 누설 제트 SL2가 저면(13)이나 베이스면(4){스텝부(3)}에 재부착되는 것이 억제된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 소용돌이 B4는, 하류 시일 핀(19)에 충돌하여 하류 간극 mC를 통과하는 누설 제트 SL3에 대향하는 흐름으로 되기 때문에, 누설 제트 SL3이 저감된다.

다음으로, 재부착 테두리(15)의 위치의 결정 방법에 대하여 설명한다.

재부착 테두리(15)의 위치는, 중간 간극 mB를 통과한 누설 제트 SL2가 재부착되기 쉬운 위치로 설정된다. 본 실시 형태의 재부착 테두리(15)는, 직경 방향에 있어서 스텝면(5)보다도 약간 직경 방향 외주측이며, 축선 방향에 있어서 스텝면(5)의 하류측 단부와 하류 시일 핀(19)의 중간점 부근에 설정되어 있다.

재부착 테두리(15)의 위치는 증기 터빈(1)의 사양, 예를 들어 슈라우드(51)와 저면(13)의 간격, 캐비티(25, 26)에 유입되는 선회류의 유량 등에 따라 수치 유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 이용한 해석 등을 이용하여 적절히 계산된다.

그런데 증기 터빈(1)의 운전 시에 있어서는, 증기 터빈(1)을 구성하는 각 부의 사용 재질의 차이나 각 부가 노출되어 있는 온도의 차이 등에 의하여, 각 부의 신장량에 차이가 발생하고 있다. 이것에 의하여 회전축(30)·케이싱(10) 사이의 축선 방향의 상대 위치가 변화된다.

재부착 테두리(15)는, 이러한 회전축(30)과 케이싱(10) 사이와의 사이에서 상대 위치가 변화된 경우에 있어서도, 재부착 테두리(15)가 스텝면(5)에 대하여 직경 방향으로 대향하는 위치로 되지 않도록 설정되어 있다. 바꾸어 말하면, 돌기(7)는, 재부착 테두리(15)가 항상 베이스면(4)과 직경 방향으로 대향하도록 설정되어 있다.

상기 실시 형태에 따르면, 중간 간극 mB를 통과한 누설 제트 SL2가 돌기(7)의 재부착 테두리(15)에 안정적으로 재부착된다. 즉, 누설 제트 SL2가 베이스면(4)에 재부착되는 것이 억제되어 하류 간극 mC로의 누설 제트 SL3의 불어 나감이 저감됨으로써, 시일 성능을 안정시킬 수 있다. 특히 누설 제트 SL2가 돌기(7)의 재부착 테두리(15)에 재부착됨으로써 형성되는 소용돌이 B4에 의하여, 누설 제트 SL3의 유량을 저감시킬 수 있다.

또한 본 실시 형태의 원판면(8)은, 그 주면이 축선 O에 직교하도록 형성되어 있지만, 재부착 테두리(15)의 위치를 설정대로 유지할 수 있으면 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 원판면(8)은, 직경 방향 외주측을 향함에 따라 상류측으로 경사지는 형상으로 해도 된다.

마찬가지로, 본 실시 형태의 원통면(9)도, 하류측을 향함에 따라 직경 방향 내주측으로 경사지는 형상으로 해도 된다.

또한 돌기(7)는 중실로 하지 않고 중공 구조로 해도 된다.

(제2 실시 형태)

이하, 본 발명의 제2 실시 형태의 증기 터빈의 시일 구조를 도면에 기초하여 설명한다. 또한 본 실시 형태에서는, 상술한 제1 실시 형태와의 상위점을 중심으로 하여 설명하며, 마찬가지의 부분에 대해서는 그 설명을 생략한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 시일 구조(2B)의 돌기(7B)는, 하류 시일 핀(19)의 상류측의 면(19a)으로부터 상류측으로 돌출됨과 함께, 주위 방향으로 연장되는 원통형의 부재이다. 바꾸어 말하면, 돌기(7B)는, 하류 시일 핀(19)의 상류측의 면(19a)에 접속되고, 재부착 테두리(15)와 하류 시일 핀(19) 사이로 연장되는 축선 O(도 1 참조)과 동심의 원통형의 부재이다.

중간 간극 mB를 통과한 누설 제트 SL2는, 돌기(7B)의 최상류측의 단부인 재부착 테두리(15)에 재부착되고, 중간 시일 핀(18)의 하류측에는 큰 소용돌이 B5가 생성된다.

상기 실시 형태에 따르면, 중간 시일 핀(18)의 하류측의 소용돌이 B5가 커지고 소용돌이 B5의 와도가 저하되어 정압이 상승함으로써, 중간 시일 핀(18)의 전후의 압력 차가 작아진다. 이것에 의하여, 제1 실시 형태의 증기 터빈(1)의 효과에 추가하여, 누액량을 더 저감시킬 수 있다.

(제3 실시 형태)

도 6에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 시일 구조(2C)의 돌기(7C)는, 중간 시일 핀(18)과 하류 시일 핀(19) 사이에 배치되고, 환형 홈(12)의 저면(13)으로부터 슈라우드(51)의 베이스면(4)을 향하여 직경 방향으로 연장되는 원판형의 부재이다. 바꾸어 말하면, 본 실시 형태의 돌기(7C)는, 환형 홈(12)의 저면(13)과 재부착 테두리(15) 사이로 연장되는 원판형의 부재이다.

중간 간극 mB를 통과한 누설 제트 SL2는, 돌기(7C)의 최상류측의 단부인 재부착 테두리(15)에 재부착되고, 돌기(7C)의 하류측에는 한층 소용돌이 B6이 생성된다.

상기 실시 형태에 따르면, 돌기(7C)의 하류측에 소용돌이 B6이 생성되고, 소용돌이 중의 믹싱 손실에 의하여 운동 에너지가 열에 산일되어, 전체압 손실이 발생한다. 이것에 의하여, 제1 실시 형태의 효과에 추가하여, 누액량을 더 저감시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명했지만, 각 실시 형태에 있어서의 각 구성 및 그들의 조합 등은 일례이며, 본 발명의 취지로부터 일탈하지 않는 범위 내에서 구성의 부가, 생략, 치환 및 그 외의 변경이 가능하다. 또한 본 발명은 실시 형태에 의하여 한정되지 않으며, 클레임의 범위에 의해서만 한정된다.

예를 들어 상기 각 실시 형태에서는, 동익(50)의 선단측(회전측)에 설치된 슈라우드(51)의 스텝부(3)와, 환형 홈(12)의 저면(13)(정지측)에 설치된 시일 핀(17, 18, 19)으로 래비린스 시일을 구성했지만, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어 회전측인 동익측에 시일 핀을 설치함과 함께, 정지측인 환형 홈(12)(케이싱)에 스텝부를 설치하는 구성으로 해도 된다.

또한 동익이 설치되어 있지 않은 회전축과 케이싱 사이의 간극을 시일하는 래비린스 시일에 적용해도 된다. 예를 들어 터빈 차실과 로터 사이의 축봉 시일이나, 축류 압축기의 블레이드-케이싱 사이의 시일, 원심 압축기 케이싱-임펠러 사이의 시일 등에 적용할 수 있다.

바꾸어 말하면, 상기 각 실시 형태의 시일 구조는, 제1 구조체에 간극을 개재하여 직경 방향으로 대향함과 함께, 제1 구조체에 대하여 축선 주위로 상대 회전하는 제2 구조체와, 제1 구조체와 제2 구조체와 중 어느 한쪽에 설치되고, 다른 쪽을 향하여 돌출되어 다른 쪽과의 사이에 미소한 간극을 형성함과 함께, 축선 방향으로 간격을 두고 설치된 복수의 시일 핀을 구비하는 회전 기계에 적용이 가능하다.

이 시일 구조에 의하면, 제1 간극을 통과한 누설류가 돌기부에 의하여 제1 소용돌이와 제2 소용돌이로 분단되고, 누설류가 베이스면에 재부착되는 것이 억제되어 제2 간극으로의 누설류의 불어 나감이 저감된다. 이것에 의하여 시일 성능을 안정시킬 수 있다.

1: 증기 터빈(회전 기계)
2, 2B, 2C: 시일 구조
3: 스텝부
4: 베이스면
5: 스텝면
7: 돌기(돌기부)
8: 원판면
9: 원통면
10: 케이싱(제1 구조체, 제2 구조체)
11: 구획판 외륜
12: 환형 홈
13: 저면
15: 재부착 테두리
17: 상류 시일 핀
18: 중간 시일 핀(제1 핀)
19: 하류 시일 핀(제2 핀)
25: 상류측 캐비티
26: 하류측 캐비티
30: 회전축
31: 축 본체
32: 디스크
40: 정익(블레이드)
50: 동익(블레이드)
51: 슈라우드(제1 구조체, 제2 구조체)
60: 베어링부
61: 저널 베어링 장치
62: 스러스트 베어링 장치
B3: 소용돌이(제1 소용돌이)
B4: 소용돌이(제2 소용돌이)
Gd: 간극
mA: 상류 간극
mB: 중간 간극(제1 간극)
mC: 하류 간극(제2 간극)
O: 축선
SL: 누설 제트(누설류)

Claims

제1 구조체와, 상기 제1 구조체에 직경 방향으로 대향함과 함께, 상기 제1 구조체에 대하여 축선 주위로 상대 회전하는 제2 구조체와의 사이의 간극을 시일하는 시일 구조이며,
상기 제1 구조체와 제2 구조체 중 한쪽은, 베이스면과, 상기 베이스면보다도 다른 쪽으로 돌출된 스텝면을 갖고,
상기 다른 쪽은, 상기 스텝면을 향하여 연장되어 상기 스텝면과의 사이에서 제1 간극을 형성하는 제1 핀과, 상기 제1 핀의 하류측에서 상기 베이스면을 향하여 연장되어 상기 베이스면과의 사이에서 제2 간극을 형성하는 제2 핀과,
상기 제1 핀과 상기 제2 핀과의 사이에만 배치되어, 상기 제1 간극을 통과한 누설류(流)를, 제1 핀을 따른 제1 소용돌이와 제2 핀을 따른 제2 소용돌이로 분단하는 돌기부를 구비하고,
상기 돌기부는, 상기 축선 방향에 있어서 상기 스텝면의 하류측 단부와 상기 제2 핀 사이, 또한 상기 직경 방향에 있어서 상기 스텝면과 상기 다른 쪽 사이에, 주위 방향으로 연장되어 상기 누설류를 재부착시키는 재부착 테두리를 갖고,
상기 재부착 테두리는 직경 방향에 있어서 상기 스텝면보다도 직경 방향 외주측이며, 축선 방향에 있어서, 상기 스텝면의 하류측 단부와 상기 제2 핀의 중간점 부근에 설정되고 있는, 시일 구조
삭제
제1항에 있어서,
상기 돌기부는, 상기 제2 핀의 상류측에 접속되고, 상기 다른 쪽과 상기 재부착 테두리 사이로 연장되는 원판면과, 상기 재부착 테두리와 상기 제2 핀 사이로 연장되는 상기 축선과 동심의 원통형의 면인 원통면을 갖고, 주위 방향에서 본 형상이 직사각형을 이루는 부재인, 시일 구조.
제1항에 있어서,
상기 돌기부는, 상기 제2 핀의 상류측의 면에 접속되고, 상기 재부착 테두리와 상기 제2 핀 사이로 연장되는 상기 축선과 동심의 원통형의 부재인, 시일 구조.
제1항에 있어서,
상기 돌기부는, 상기 다른 쪽과 상기 재부착 테두리 사이로 연장되는 원판형의 부재인, 시일 구조.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 시일 구조를 구비하는, 회전 기계.