KR101946184B1 - 회전 기계 - Google Patents

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마사토 아라키
요시유키 오카베
료스케 미토
게이타 다카무라
신야 하시모토
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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

회전 기계는 적어도 하나의 정지 부재와 적어도 하나의 회전 부재와의 사이의 간극에 있어서의 유체의 흐름을 제한 가능한 시일 장치를 구비한다. 시일 장치는, 정지 부재에 장착된 압손체와, 회전 부재로부터 압손체를 향해서 돌출되며, 압손체와 제 1 간극을 갖고서 대향하는 제 1 비접촉형 시일과, 정지 부재로부터 회전 부재를 향해서 돌출하는 제 2 비접촉형 시일로서, 회전 부재와 제 2 간극을 갖고서 대향하며, 유체의 흐름 방향에서 압손체의 어느 한쪽의 측에 위치하는 제 2 비접촉형 시일과 정지 부재로부터 회전 부재를 향해서 돌출되며, 유체의 흐름 방향에서 압손체 및 제 2 비접촉형 시일의 하류측에 위치하는 접촉형 시일을 구비한다.

Description

회전 기계
본 개시는 회전 기계에 관한 것이다.
가스 터빈, 증기 터빈, 압축기 및 발전기와 같은 회전 기계는, 통상 회전 부재와 정지 부재와의 사이의 간극에 있어서의 유체의 흐름을 제한 가능한 시일 장치를 구비하고 있다.
이런 종류의 시일 장치로서 예를 들면 일본 특허 공개 제 2014-66134 호 공보에 개시되는 회전 기계의 시일 장치는, 접촉형 시일과 접촉형 시일의 상류에 설치된 선회류 억제부를 구비하고 있다. 선회류 억제부는, 예를 들면 허니콤 시일로 이뤄지고, 접촉형 시일에 선회류가 충돌 또는 통과하는 것을 억제하는 기능을 갖고, 이것에 의해 접촉형 시일의 손상이 방지된다.
일본 특허 공개 제 2014-66134 호 공보
일본 특허 공개 제 2014-66134 호 공보에 개시되는 회전 기계에서는, 접촉형 시일의 상류에 선회류 억제부를 마련한 것에 의해, 접촉형 시일의 신뢰성이 확보되고 있지만, 신뢰성의 한층 더 향상이 요망되고 있다.
상술의 사정을 감안하여, 본 발명의 적어도 일 실시형태의 목적은, 제한해야 할 유체의 흐름이 선회 성분을 포함하고 있었다고 해도, 높은 신뢰성을 갖는 시일 장치를 구비하는 회전 기계를 제공하는 것에 있다.
(1) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 관한 회전 기계는,
적어도 하나의 정지 부재와,
상기 적어도 하나의 정지 부재에 대해 상대 회전 가능하게 설치된 적어도 하나의 회전 부재와,
상기 적어도 하나의 정지 부재와 상기 적어도 하나의 회전 부재와의 사이의 간극에 있어서의 유체의 흐름을 제한 가능한 시일 장치를 구비하고,
상기 시일 장치는,
상기 적어도 하나의 정지 부재에 장착된 압손체와,
상기 적어도 하나의 회전 부재로부터 상기 압손체를 향해서 돌출되며, 상기 압손체와 제 1 간극을 갖고서 대향하는 제 1 비접촉형 시일과,
상기 적어도 하나의 정지 부재로부터 상기 적어도 하나의 회전 부재를 향해서 돌출하는 제 2 비접촉형 시일로서, 상기 적어도 하나의 회전 부재와 제 2 간극을 갖고서 대향하며, 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 압손체의 어느 한쪽의 측에 위치하는 제 2 비접촉형 시일과,
상기 적어도 하나의 정지 부재로부터 상기 적어도 하나의 회전 부재를 향해서 돌출되며, 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 압손체 및 상기 제 2 비접촉형 시일의 하류측에 위치하는 접촉형 시일을 구비한다.
상기 구성 (1)의 회전 기계에서는, 정지 부재로부터 제 2 비접촉형 시일이 돌출되어 있어, 제 1 비접촉형 시일과 제 2 비접촉형 시일과의 사이에서 흐름의 일부가 환류한다. 즉, 예를 들면 제 2 비접촉형 시일이 제 1 비접촉형 시일의 하류에 위치하고 있는 경우, 유체의 흐름의 일부가 제 2 비접촉형 시일에 충돌하여, 제 1 비접촉형 시일로 향해 흐른다.
이와 같이, 유체의 흐름의 일부가 환류해서 소용돌이를 형성하는 것에 의해, 유체의 흐름이 정지 부재와 접촉하는 거리가 길어지고, 정지 부재와의 마찰에 의해서, 유체의 흐름의 선회 성분이 저감된다. 이 결과, 접촉형 시일에 충돌 또는 접촉형 시일을 통과하는 유체의 흐름의 선회 성분이 저감되어, 접촉형 시일의 신뢰성이 높아진다.
(2) 몇개의 실시형태에서는, 상기 구성 (1)에 있어서,
상기 적어도 하나의 회전 부재와 상기 적어도 하나의 정지 부재와의 사이의 간극은 상기 회전 부재의 회전축에 따라서 연장되는 축 방향 간극을 포함하며,
상기 제 1 비접촉형 시일 및 상기 제 2 비접촉형 시일은 상기 축 방향 간극에 배치되며,
상기 회전축의 직경 방향에서, 상기 제 1 간극의 위치는 상기 제 2 간극의 위치와 상이하다.
상기 구성 (2)의 회전 기계에서는, 제 1 간극과 제 2 간극의 직경 방향 위치가 상이하므로, 유체의 흐름이 제 1 간극과 제 2 간극을 똑바로 통과할 수 없다. 이 때문에, 제 1 비접촉형 시일과 제 2 비접촉형 시일과의 사이에서, 보다 많은 유체를 환류시켜 소용돌이를 형성할 수 있어, 유체의 흐름의 선회 성분을 보다 한층 저감시킬 수 있다.
(3) 몇개의 실시형태에서는, 상기 구성 (2)에 있어서,
상기 적어도 하나의 회전 부재와 상기 적어도 하나의 상기 정지 부재와의 사이의 간극은, 상기 회전 부재의 회전축의 직경 방향으로 연장되며 또한 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 축 방향 간극보다 상류에 위치하는 공동을 포함하며,
상기 시일 장치는,
상기 회전축의 둘레 방향으로 배열된 상태로 상기 공동 내에 배치된 복수의 벽으로서, 각각 상기 회전축의 둘레 방향과 교차하는 복수의 벽을 더 구비한다.
상기 구성 (3)에서는, 공동 내에서 유체의 흐름에 환류가 생겨 소용돌이가 형성된다. 그리고, 유체가 공동에 배치된 복수의 벽에 충돌하는 것에 의해서, 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 저감된다. 이 때문에, 접촉형 시일에 충돌 또는 접촉형 시일을 통과하는 유체의 흐름의 선회 성분이 더욱 저감되어, 접촉형 시일의 신뢰성이 더욱 높아진다.
(4) 몇개의 실시형태에서는, 상기 구성 (3)에 있어서,
상기 복수의 벽은, 상기 공동을 구획하는 상기 적어도 하나의 정지 부재의 벽에 형성된 복수의 홈의 벽면에 의해서 형성되어 있다.
상기 구성 (4)에서는, 정지 부재의 벽에 형성된 복수의 홈의 벽면에 의해서, 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 저감된다.
(5) 몇개의 실시형태에서는, 상기 구성 (4)에 있어서,
상기 공동을 구획하는 상기 적어도 하나의 정지 부재의 벽은 상기 회전축의 직경 방향으로 연장되며,
상기 복수의 홈의 각각은, 상기 회전축의 직경 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있다.
상기 구성 (5)에서는, 회전축의 직경 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있는 복수의 홈에 의해서 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 저감된다. 또한, 경사 또는 만곡하고 있는 복수의 홈에 의하면, 유체의 흐름에 역선회 성분을 생성하는 것에 의해서, 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
(6) 몇개의 실시형태에서는, 상기 구성 (4)에 있어서,
상기 공동을 구획하는 상기 적어도 하나의 정지 부재의 벽은 상기 회전축의 축 방향으로 연장되며,
상기 복수의 홈의 각각은, 상기 회전축의 축 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있다.
상기 구성 (6)에서는, 회전축의 축 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있는 복수의 홈에 의해서 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 저감된다. 또한, 경사 또는 만곡하고 있는 복수의 홈에 의하면, 역선회 성분을 생성하는 것에 의해서, 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
(7) 몇개의 실시형태에서는, 상기 구성 (3)에 있어서, 상기 복수의 벽은, 상기 공동 내에 배치된 복수의 배플판의 벽면에 의해서 형성되어 있다.
상기 구성 (7)에 의하면, 공동 내에 배치된 복수의 배플판에 의해서, 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 저감된다.
(8) 몇개의 실시형태에서는, 상기 구성 (7)에 있어서,
상기 복수의 배플판의 각각은, 상기 회전축의 직경 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있다.
상기 구성 (8)에 의하면, 회전축의 직경 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있는 복수의 배플판에 의해서 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 저감된다. 또한, 경사 또는 만곡하고 있는 복수의 배플판에 의하면, 역선회 성분을 생성하는 것에 의해서, 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
(9) 몇개의 실시형태에서는, 상기 구성 (7)에 있어서,
상기 복수의 배플판의 각각은, 상기 회전축의 축 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있다.
상기 구성 (9)에서는, 회전축의 축 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있는 복수의 배플판에 의해서 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 저감된다. 또한, 경사 또는 만곡하고 있는 복수의 배플판에 의하면, 역선회 성분을 생성하는 것에 의해서, 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
(10) 몇개의 실시형태에서는, 상기 구성 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 있어서,
상기 유체에 선회 성분을 부여 가능한 선회 성분 부여 장치를 더 구비하고,
상기 적어도 하나의 회전 부재와 상기 적어도 하나의 정지 부재와의 사이의 간극은, 상기 회전 부재의 회전축에 따라서 연장되는 축 방향 간극, 및 상기 회전 부재의 회전축의 직경 방향으로 연장되며 또한 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 축 방향 간극보다 상류에 위치하는 공동을 포함하며,
상기 공동은, 상기 선회 성분 부여 장치에 의해서 선회 성분이 부여된 상기 유체가 유동 가능한 상기 회전축의 축 방향으로 연장되는 주 유로에 개구하는 개구를 구비하고,
상기 개구의 폭이 상기 공동의 폭보다 좁아지도록, 상기 적어도 하나의 정지 부재 및 상기 적어도 하나의 회전 부재 중 한쪽은, 상기 회전축의 직경 방향으로 연장되는 벽, 및 상기 벽으로부터 상기 회전축의 축 방향으로 연장되어, 상기 개구의 폭을 규정하는 돌출부를 구비한다.
상기 구성 (10)에서는, 돌출부에 의해서 공동의 개구의 폭을 조정할 수 있고, 주 유로로부터 공동에 유입하는 유체의 유량을 조정할 수 있다. 이것에 의해, 개구 근방에 있어서의, 주 유로로부터 공동 내에 유입한 유체의 흐름과 공동 내의 환류와의 혼합 상태를 조정할 수 있다. 그리고, 혼합 상태를 조정하는 것에 의해, 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
(11) 몇개의 실시형태에서는, 상기 구성 (10)에 있어서,
상기 돌출부의 상기 공동측의 면은 상기 회전축의 축 방향에 대해 경사되어 있다.
상기 구성 (11)에서는, 돌출부의 공동측의 면을 경사시키는 것에 의해, 공동 내의 환류와 주 유로로부터 개구에 유입한 유체의 흐름과의 혼합 상태를 조정할 수 있고, 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
(12) 몇개의 실시형태에서는, 상기 구성 (10) 또는 (11)에 있어서,
상기 돌출부의 선단 측에는, 상기 회전축의 둘레 방향으로 배열된 복수의 오목부가 형성되며, 상기 복수의 오목부에 의해 상기 개구의 폭이 상기 회전축의 둘레 방향으로 변화하고 있다.
상기 구성 (12)에 의하면, 돌출부의 복수의 오목부에 의해 개구 폭을 변화시키는 것에 의해, 주 유로로부터 공동에의 유체의 유입량을 조정할 수 있다. 이것에 의해, 공동 내의 환류와 주 유로로부터 개구에 유입한 유체의 흐름과의 혼합 상태를 조정할 수 있고, 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
(13) 몇개의 실시형태에서는, 상기 구성 (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 있어서,
상기 시일 장치는, 상기 적어도 하나의 정지 부재에 설치되며, 상기 적어도 하나의 정지 부재와 상기 적어도 하나의 회전 부재와의 사이의 간극에 있어서의 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 압손체보다 상류의 부분에, 상기 유체의 선회 성분을 저감하기 위한 유체를 공급 가능한 적어도 하나의 선회 성분 억제 유로를 더 구비한다.
상기 구성 (13)에 의하면, 선회 성분 억제 유로로부터 압손체보다 상류에 공급된 유체에 의해, 접촉형 시일에 충돌 또는 접촉형 시일을 통과하는 유체의 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
(14) 몇개의 실시형태에서는, 상기 구성 (1) 내지 (13) 중 어느 하나에 있어서,
상기 압손체는 허니콤 시일이며,
상기 제 1 비접촉형 시일 및 상기 제 2 비접촉형 시일은 각각 핀 시일이며,
상기 접촉형 시일은 상기 회전 부재의 회전축의 둘레 방향으로 배열된 복수의 박판을 구비한다.
상기 구성 (14)의 회전 기계에서는, 압손체로서의 허니콤 시일에 의해서, 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 효율적으로 저감되는데 추가해서, 핀 시일에 의해서 유체의 흐름을 환류시켜 소용돌이를 형성하는 것에 의해서, 선회 성분이 더욱 저감된다.
(15) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 관한 회전 기계는,
적어도 하나의 정지 부재와,
상기 적어도 하나의 정지 부재에 대해 상대 회전 가능하게 설치된 적어도 하나의 회전 부재와,
상기 적어도 하나의 정지 부재와 상기 적어도 하나의 회전 부재와의 사이의 간극에 있어서의 유체의 흐름을 제한 가능한 시일 장치와,
상기 유체의 흐름 방향에서 상기 시일 장치보다 상류에 배치되어, 상기 유체에 선회 성분을 부여 가능한 선회 성분 부여 장치를 구비하며,
상기 적어도 하나의 정지 부재와 상기 적어도 하나의 회전 부재와의 사이의 간극은, 상기 선회 성분 부여 장치에 의해서 선회 성분이 부여된 상기 유체가 유동 가능한 주 유로에 개구하는 공동을 포함하며,
상기 시일 장치는,
상기 적어도 하나의 정지 부재에 장착되며, 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 공동보다 하류에 위치하는 압손체와,
상기 적어도 하나의 회전 부재로부터 상기 압손체를 향해서 돌출되며, 상기 압손체와 제 1 간극을 갖고서 대향하는 제 1 비접촉형 시일과,
상기 적어도 하나의 정지 부재로부터 상기 적어도 하나의 회전 부재를 향해서 돌출되며, 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 압손체 및 상기 제 1 비접촉형 시일의 하류측에 위치하는 접촉형 시일와,
상기 적어도 하나의 정지 부재에 설치되며, 상기 공동에 상기 유체의 선회 성분을 저감하기 위한 유체를 공급 가능한 적어도 하나의 선회 성분 억제 유로를 구비한다.
상기 구성 (15)에 의하면, 선회 성분 억제 유로를 통해서 공동에 공급된 유체가, 주 유로로부터 공동에의 유체의 유입을 저지하는 것에 의해, 또는 주 유로로부터 공동에 유입한 유체와 혼합되는 것에 의해, 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 제한해야 할 유체의 흐름이 선회 성분을 포함하고 있었다고 해도, 높은 신뢰성을 갖는 시일 장치를 구비하는 회전 기계가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 가스 터빈의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1 중의 터빈의 일부의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 영역 Ⅲ을 확대해서 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 5는 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 6은 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 7은 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 8은 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 9는 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 10은 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 11은 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 12는 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 13은 도 5 내지 도 7, 도 10 및 도 11의 XⅢ-XⅢ 선에 따른 내측 격벽부의 일부의 개략적인 단면을, 선회 성분 부여 장치와 함께 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 14는 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 13에 상당하는 도면이다.
도 15는 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 13에 상당하는 도면이다.
도 16은 공동을 구획하는 내측 격벽부의 벽으로서, 직경 방향 내측으로 향한 벽을, 압손체로서의 허니콤 시일과 함께 전개해서 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 17은 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 16에 상당하는 도면이다.
도 18은 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 16에 상당하는 도면이다.
도 19는 도 10의 XIX-XIX 선에 따른 내측 격벽부 및 통부의 일부의 개략적인 단면을 나타내는 도면이다.
도 20은 도 12의 XX-XX 선에 따른 내측 격벽부의 일부의 개략적인 단면을 나타내는 도면이다.
도 21은 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 22는 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 3에 상당하는 도면이다.
도 23은 도 22의 XXⅢ-XXⅢ 선에 따른 내측 격벽부의 일부의 개략적인 단면을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조해 본 발명의 몇개의 실시형태에 대해 설명한다. 다만, 실시형태로서 기재되어 있는 또는 도면에 도시되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 본 발명의 범위를 이것으로 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
예를 들면, "어느 방향으로", "어느 방향에 따라서", "평행", "직교", "중심", "동심" 또는 "동축" 등의 상대적 또는 절대적인 배치를 나타내는 표현은 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 동일 기능을 얻을 수 있는 정도의 각도나 거리를 갖고 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들면, "동일", "동일하다" 및 "균질" 등의 사물이 동일한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동일한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는, 동일 기능을 얻을 수 있는 정도의 차이가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들면, 4각형 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타내는 표현은 기하학적으로 엄밀한 의미로의 4각형 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일 효과를 얻을 수 있는 범위에서, 요철부나 모따기부 등을 포함한 형상도 나타내는 것으로 한다.
한편, 하나의 구성요소를 "갖는다", "갖고 있다", "구비한다", "포함한다", 또는, "가진다"라고 하는 표현은 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 가스 터빈(1)의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 가스 터빈(1)은 압축기(압축부)(2), 연소기(연소부)(3), 및 터빈(터빈부)(4)을 구비하고 있고, 예를 들면 발전기(6) 등의 외부 기기를 구동하는 것이다.
압축기(2)는 외부의 공기인 대기를 흡입해 압축하며, 압축된 공기를 연소기(3)에 공급하는 것이다.
연소기(3)는, 압축기(2)에 의해 압축된 공기를 이용하여, 외부로부터 공급된 연료를 연소시키는 것에 의해, 고온 가스(연소 가스)를 생성하는 것이다.
이들 압축기(2) 및 연소기(3)의 구체적인 구성은 각각 공지의 구성을 채용하는 것이 가능하고, 특히 한정되는 것은 아니다.
터빈(4)은, 연소기(3)에 의해 생성된 고온 가스의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시켜, 발생한 회전 구동력을 압축기(2) 및 외부 기기에 출력하는 것이다.
터빈(4)은, 차실(케이싱)(8) 내에 회전 가능하게 배치된 로터(10)를 갖고, 로터(10)는 압축기(2) 및 외부 기기의 회전축에 연결되어 있다. 또한, 터빈(4)은 로터(10)의 회전축(CL)의 축 방향(이하, 간단히 축 방향이라고도 한다)으로 배열된 복수 단의 정익열 및 동익열을 갖고, 각 정익열은 차실(8)에 고정되며, 각 동익열은 로터(10)에 고정된다. 정익열은 로터(10)의 회전축(CL)의 둘레 방향(이하, 간단히 둘레 방향이라고도 한다)으로 배열된 복수의 정익으로 이뤄지고, 각 동익열은 둘레 방향으로 배열된 복수의 동익으로 이뤄진다.
도 2는 터빈(4)의 일부의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 2에는, 복수의 정익 및 동익 중, 1단째의 정익(12)과, 1단째의 동익(14)이 도시되어 있다.
차실(8)은 로터(10)를 둘러싸는 통형상의 이너 케이싱(8a)과, 이너 케이싱(8a)을 둘러싸는 통형상의 아우터 케이싱(8b)으로 이뤄지고, 이너 케이싱(8a)은 아우터 케이싱(8b)에 의해서 지지되어 있다. 이너 케이싱(8a)은 정익(12) 및 동익(14)을 둘러싸고 있고, 이너 케이싱(8a)에는, 동익(14)과 대향하는 영역에 복수의 분할 환(16)이 고정되어 있다.
동익(14)은 날개부(14a)와, 로터(10)의 회전축(CL)의 직경 방향(이하, 간단히 직경 방향이라고도 한다)에서 날개부(14a)의 일단 측에 연결되는 플랫폼(14b)과, 플랫폼(14b)의 직경 방향 내측으로 연결되는 익근부(14c)를 구비한다. 로터(10)는 서로 동축으로 일체로 연결된 로터 디스크(18) 및 통형상의 샤프트(19)를 포함하고 있고, 동익(14)의 익근부(14c)는 로터 디스크(18)의 외주 측에 장착되어 있다.
정익(12)은 날개부(12a)와, 직경 방향에서 날개부(12a)의 양측으로 각각 연결되는 플랫폼(12b, 12c)을 갖고, 외측의 플랫폼(12b)은 이너 케이싱(8a)에 고정되며, 내측의 플랫폼(12c)은 로터(10)를 둘러싸는 통형상의 외측 격벽부(20)에 고정되어 있다.
정익의 플랫폼(12b, 12c), 동익의 플랫폼(14b) 및 분할 환(16)은 통형상의 연소 가스 유로(22)를 형성하고 있고, 연소 가스 유로(22)에는 연소기(3)로부터 고온 가스가 공급된다. 동익(14)의 날개부(14a) 및 정익(12)의 날개부(12a)는 연소 가스 유로(22)에 배치되어 있다.
외측 격벽부(20)의 직경 방향 내측에는, 로터(10)를 둘러싸는 통형상의 내측 격벽부(24)가 고정되고, 내측 격벽부(24)는 외측 격벽부(20)와 로터(10)와의 사이에 위치되어 있다. 외측 격벽부(20) 및 내측 격벽부(24)는 차실(8)에 대해 고정되어 있다.
또한, 차실(8) 내에는, 압축 공기 공급로(26)가 설치되어 있다. 압축 공기 공급로(26)는 내측 격벽부(24)를 관통해 연장되어 있고, 내측 격벽부(24)와 외측 격벽부(20)와의 사이에 구획된 제 1 공간(28)으로부터 로터(10)를 둘러싸는 환상의 제 2 공간(회전축 주위둘러싸는 공간)(30)까지 연장되어 있다.
제 1 공간(28)에는, 압축기(2)로부터 추기된 압축 공기가 공급되고, 압축 공기는 제 2 공간(30)에 유입한다. 제 2 공간(30)에는, 로터(10)의 외주면 및 로터 디스크(18)의 측면이 면하고 있다.
로터 디스크(18)에는, 각각 직경 방향으로 연장되는 복수의 직경 방향 구멍(32)이 둘레 방향으로 서로 이간해서 형성되어 있고, 각 직경 방향 구멍(32)은 제 2 공간(30)에 개구하고 있다. 따라서, 제 2 공간(30)은 각 직경 방향 구멍(32)에 연통하고 있고, 직경 방향 구멍(32)을 통해서 압축 공기가 동익(14)에 공급되어, 압축 공기에 의해 동익(14)이 냉각된다. 즉, 압축 공기의 일부는 냉각 공기로서 사용되고 있다.
또한, 로터 디스크(18)에는, 로터 디스크(18)를 축 방향으로 각각 관통하는 복수의 축 방향 구멍(34)이 둘레 방향으로 서로 이간해서 형성되어 있다. 각 축 방향 구멍(34)은 제 2 공간(30)에 개구되어 있고, 제 2 공간(30)은 축 방향 구멍(34)에 연통하고 있다. 따라서, 축 방향 구멍(34)을 통해서, 압축 공기가 다음단의 동익열의 동익에 공급된다.
여기서, 가스 터빈(1)의 작동중, 직경 방향 구멍(32) 및 축 방향 구멍(34)은 제 2 공간(30)에 대해 상대적으로 회전하기 때문에, 제 2 공간(30)으로부터 직경 방향 구멍(32) 및 축 방향 구멍(34)에 압축 공기가 유입할 때, 압축 공기와 로터 디스크(18)와의 사이의 회전 방향으로의 속도 차이에 따라서, 압력 손실(유입 손실/펌핑 로스)이 생겨 버린다. 이러한 압력 손실을 억제하기 위해서, 제 2 공간(30)에 공급되는 압축 공기에 회전 방향의 속도(선회 성분)를 부여하는 것이 행해지고 있다.
그 때문에, 터빈(4)은 선회 성분 부여 장치(36)를 갖고 있다. 선회 성분 부여 장치(36)는, 예를 들면 TOBI 노즐(접선 방향 온 보드 분사 노즐)에 의해서 구성된다. TOBI 노즐은 내측 격벽부(24)에 장착되며, 압축 공기 공급로(26)는 TOBI 노즐을 통해서 연장되어 있다.
한편, 제 2 공간(30)과 연소 가스 유로(22)와의 사이에는, 환상의 간극(림 간극)(40)이 연재되어 있다. 림 간극(40)은, 정지 부재인 내측 격벽부(24) 및 외측 격벽부(20)와, 정지 부재에 대해 상대 회전 가능한 회전 부재인 로터 디스크(18)와의 사이에 존재하며, 정익(12)과 동익(14)과의 사이의 간극을 통해서, 연소 가스 유로(22)로 연통하고 있다. 따라서, 압축 공기의 일부는, 림 간극(40)을 통해서 연소 가스 유로(22)를 향해서 흐르고, 이 압축 공기에 의해서, 정익(12)과 동익(14)과의 사이의 간극이 시일된다. 즉, 압축 공기의 일부는 시일 공기로서 이용되고 있다.
여기서, 터빈(4)에는, 정지 부재와 회전 부재와의 사이의 간극인 림 간극(40)을 흐르는 공기의 유량을 제한하기 위한 시일 장치(42)가 설치되어 있다.
도 3은 도 2의 영역 Ⅲ을 확대해 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 4 내지 도 12 및 도 22는 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 3에 상당하는 단면도이다. 도 3 내지 도 12 및 도 22에 도시된 바와 같이, 시일 장치(42)는 압손체(46), 제 1 비접촉형 시일(48), 제 2 비접촉형 시일(50), 및 접촉형 시일(52)을 구비하고 있다.
압손체(46)는 정지 부재인 내측 격벽부(24)에 장착되어 있고, 림 간극(40)에 접하고 있다. 압손체(46)는 압손체(46)에 따라서 흐르는 공기의 선회 성분을 억제하는 기능을 가진다.
제 1 비접촉형 시일(48)은 회전 부재인 로터 디스크(18)로부터 압손체(46)를 향해서 돌출되며, 압손체(46)와 제 1 간극(G1)을 갖고서 대향한다.
제 2 비접촉형 시일(50)은 정지 부재인 내측 격벽부(24)로부터 회전 부재인 로터 디스크(18)를 향해서 돌출되며, 로터 디스크(18)와 제 2 간극(G2)을 갖고서 대향한다. 제 2 비접촉형 시일(50)은 공기의 흐름 방향에서 압손체(46)의 상류측 또는 하류측의 어느 한쪽의 측에 위치하고 있다.
접촉형 시일(52)은 정지 부재인 내측 격벽부(24)로부터 회전 부재인 로터 디스크(18)를 향해서 돌출되며, 유체의 흐름 방향에서 압손체(46) 및 제 2 비접촉형 시일(50)의 하류측에 위치하고 있다.
상기 구성에 의하면, 정지 부재인 내측 격벽부(24)로부터 제 2 비접촉형 시일(50)이 돌출되어 있고, 제 1 비접촉형 시일(48)과 제 2 비접촉형 시일(50)과의 사이에서 흐름의 일부가 환류한다. 즉, 도 3, 도 5 내지 도 12 및 도 22에 도시하는 바와 같이, 제 2 비접촉형 시일(50)이 제 1 비접촉형 시일(48)의 하류에 위치하고 있는 경우, 공기의 흐름의 일부가 제 2 비접촉형 시일(50)에 충돌하여, 제 1 비접촉형 시일(48)을 향해 흐른다. 또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 2 비접촉형 시일(50)이 제 1 비접촉형 시일(48)의 상류에 위치하고 있는 경우, 공기의 흐름의 일부가 제 1 비접촉형 시일(48)에 충돌하여, 제 2 비접촉형 시일(50)을 향해 흐른다.
이와 같이, 유체로서의 공기의 흐름의 일부가 환류해서 소용돌이를 형성하는 것에 의해, 유체의 흐름이 정지 부재인 내측 격벽부(24)와 접촉하는 거리가 길어지고, 정지 부재와의 마찰에 의해서, 유체의 흐름의 선회 성분이 저감된다. 이 결과, 접촉형 시일(52)에 충돌 또는 접촉형 시일(52)을 통과하는 유체의 흐름의 선회 성분이 저감되어, 접촉형 시일(52)의 신뢰성이 높아진다.
몇개의 실시형태에서는, 도 3 내지 도 12 및 도 22에 도시하는 바와 같이, 림 간극(40)은 축 방향에 따라서 연장되는 축 방향 간극(40a)을 포함한다. 제 1 비접촉형 시일(48) 및 제 2 비접촉형 시일(50)은 축 방향 간극(40a)에 배치되며, 직경 방향에서, 제 1 간극(G1)의 위치는 제 2 간극(G2)의 위치와 상이하다.
상기 구성에서는, 제 1 간극(G1)과 제 2 간극(G2)의 직경 방향 위치가 상이하므로, 유체의 흐름이 제 1 간극(G1)과 제 2 간극(G2)을 축 방향으로 똑바로 통과할 수 없다. 이 때문에, 제 1 비접촉형 시일(48)과 제 2 비접촉형 시일(50)과의 사이에서, 보다 많은 유체를 환류시켜 소용돌이를 형성할 수 있고, 유체의 흐름의 선회 성분을 보다 한층 저감시킬 수 있다.
몇개의 실시형태에서는, 도 3 내지 도 12, 도 21 및 도 22에 도시하는 바와 같이, 로터 디스크(18)는 원반 형상의 디스크 본체(18a)와, 디스크 본체(18a)로부터 축선 방향으로 연장되는 통부(18b)를 구비한다. 통부(18b)의 외주면은 내측 격벽부(24)의 내주면과 대향하며, 통부(18b)와 내측 격벽부(24)와의 사이에 축 방향 간극(40a)이 형성된다.
몇개의 실시형태에서는, 도 3 내지 도 12 및 도 22에 도시하는 바와 같이, 압손체(46)는 허니콤 시일이며, 제 1 비접촉형 시일(48) 및 제 2 비접촉형 시일(50)은 각각 핀 시일이다. 접촉형 시일(52)은 리프 시일(등록상표)이라고 칭해지는 접촉형 시일(리프형 시일)이며, 둘레 방향으로 배열된 복수의 박판(52a)을 구비한다.
상기 구성에서는, 압손체(46)로서의 허니콤 시일에 의해서, 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 효율적으로 저감되는데 추가해서, 핀 시일에 의해서 유체의 흐름을 환류시켜 소용돌이를 형성하는 것에 의해서, 선회 성분이 더욱 저감된다.
또한, 리프형 시일의 경우, 터빈(4)의 작동중, 박판(52a)은 동압 효과에 의해서 회전 부재로부터 멀어져, 박판(52a)과 회전 부재와의 사이에 미소한 간극이 생기지만, 터빈(4)의 정지중에는 박판(52a)은 회전 부재에 당접한다. 이 때문에, 리프형 시일을 접촉형 시일의 일 종류로서 취급한다.
몇개의 실시형태에서는, 제 1 비접촉형 시일(48)로서의 핀 시일은 회전 부재로서의 로터 디스크(18)와 일체로 형성되며, 둘레 방향으로 연장되어 환판형상을 갖는다. 또한, 제 2 비접촉형 시일(50)로서의 핀 시일은, 정지 부재로서의 내측 격벽부(24)에 일체로 형성되어, 둘레 방향으로 연장되는 환판형상을 갖는다.
몇개의 실시형태에서는, 접촉형 시일(52)은 브러쉬 시일이다.
몇개의 실시형태에서는, 압손체(46)는, 둘레 방향으로 배열되어, 각각 둘레 방향으로 교차하도록 배치된 복수의 판에 의해서 구성된다.
몇개의 실시형태에서는, 제 1 비접촉형 시일(48)과 제 2 비접촉형 시일(50)과의 간격(d1)(도 3 참조)은 5 ㎜ 이상 15 ㎜ 이하이다. 간격(d1)이 5 ㎜ 이상 15 ㎜ 이하이면, 특히 고압 환경이 되는 압축기(압축부)(2) 하류측과 터빈(터빈부)(4) 상류측의 사이에서, 축 방향의 열성장에 의한 제 1 비접촉형 시일(48)과 제 2 비접촉형 시일(50)과의 접촉을 확실히 방지할 수 있다.
몇개의 실시형태에서는, 제 1 비접촉형 시일(48)과 제 2 비접촉형 시일(50)과의 간격(d1)(도 3 참조)은 1 ㎜ 이상 25 ㎜ 이하이다. 간격(d1)이 1 ㎜ 이상 25 ㎜ 이하이면, 압축기(압축부)(2) 하류측과 터빈(터빈부)(4) 상류측의 넓은 범위에서, 축 방향의 열성장에 의한 제 1 비접촉형 시일(48)과 제 2 비접촉형 시일(50)과의 접촉을 확실히 방지할 수 있다.
몇개의 실시형태에서는, 접촉형 시일(52)과, 제 1 비접촉형 시일(48) 및 제 2 비접촉형 시일(50) 중 접촉형 시일(52)에 가까운 쪽과의 간격(d2)(도 3 참조)의 크기는 d1과 동일한 범위, 또는 그것보다 큰 범위에 들어가 있다.
또한, 제 2 비접촉형 시일(50)의 양측의 공간의 어스펙트비 a1/d1 또는 어스펙트비 a2/d2는 0.5 내지 2이다(도 3 참조). 또한, a1, a2는 제 2 비접촉형 시일(50)의 양측의 공간의 직경 방향의 높이이다.
몇개의 실시형태에서는, 도 5 내지 도 11에 도시하는 바와 같이, 림 간극(40)은, 직경 방향으로 연장되며 또한 유체의 흐름 방향에서 축 방향 간극(40a)보다 상류에 위치하는 공동(40b)을 포함한다. 시일 장치(42)는 둘레 방향으로 배열된 상태로 공동(40b) 내에 배치된 복수의 벽(54)을 더 구비한다. 복수의 벽(54)은 각각 회전축(CL)의 둘레 방향과 교차하도록 확대되어 있다.
상기 구성에서는, 공동(40b) 내에서 유체의 흐름에 환류가 생겨 소용돌이가 형성된다. 그리고, 유체가 공동(40b)에 배치된 복수의 벽(54)에 충돌하는 것에 의해서, 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 저감된다. 이 때문에, 접촉형 시일(52)에 충돌 또는 접촉형 시일(52)을 통과하는 유체의 흐름의 선회 성분이 더욱 저감되어, 접촉형 시일(52)의 신뢰성이 더욱 높아진다.
몇개의 실시형태에서는, 공동(40b)에서의 정지 부재와 회전 부재와의 간격은 축 방향 간극(40a)에서의 정지 부재와 회전 부재와의 간격보다 크다.
몇개의 실시형태에서는, 도 5 내지 도 11에 도시하는 바와 같이, 복수의 벽(54)은 공동(40b)을 구획하는 정지 부재로서의 내측 격벽부(24)의 벽에 형성된 복수의 홈(56)의 벽면에 의해서 형성되어 있다.
상기 구성에서는, 정지 부재의 벽에 형성된 복수의 홈(56)의 벽면에 의해서, 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 저감된다.
도 13은 도 5 내지 도 7, 도 10 및 도 11의 XⅢ-XⅢ 선에 따른 내측 격벽부(24)의 일부의 개략적인 단면을, 선회 성분 부여 장치(36)와 함께 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 14 및 도 15는 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 13에 상당하는 단면도이다.
몇개의 실시형태에서는, 도 5 내지 도 7, 도 10 및 도 11에 도시하는 바와 같이, 공동(40b)을 구획하는 정지 부재의 벽은 직경 방향으로 연장되며, 복수의 홈(56)의 각각은, 도 13, 도 14 및 도 15에 각각 도시하는 바와 같이, 직경 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있다.
상기 구성에서는, 직경 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있는 복수의 홈(56)에 의해서 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 저감된다. 또한, 도 14 및 도 15에 도시하는 바와 같이, 경사 또는 만곡하고 있는 복수의 홈(56)에 의하면, 유체의 흐름에 역선회 성분을 생성하는 것에 의해서, 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
몇개의 실시형태에서는, 복수의 홈(56)은 축 방향 간극(40a)과 축 방향으로 대향하는 내측 격벽부(24)의 단 벽에 형성되어 있다.
도 16은, 공동(40b)을 구획하는 내측 격벽부(24)의 벽으로서, 직경 방향 내측을 향한 벽을, 압손체(46)로서의 허니콤 시일과 함께 전개해서 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 17 및 도 18은 몇개의 실시형태에 관한 터빈의 도 16에 상당하는 도면이다.
몇개의 실시형태에서는, 도 8 및 도 9에 도시하는 바와 같이, 복수의 홈(56)이 형성되는 정지 부재의 벽은 축 방향으로 연장되며, 도 16, 도 17 및 도 18에 각각 도시하는 바와 같이, 복수의 홈(56)의 각각은, 축 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있다.
상기 구성에서는, 축 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있는 복수의 홈(56)에 의해서 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 저감된다. 또한, 도 17 및 도 18에 도시하는 바와 같이, 경사 또는 만곡하고 있는 복수의 홈(56)에 의하면, 유체의 흐름에 역선회 성분을 생성하는 것에 의해서, 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
몇개의 실시형태에서는, 도 5 내지 도 11에 도시하는 바와 같이, 복수의 벽(54)은 공동(40b) 내에 배치된 복수의 배플판(58)의 벽면에 의해서 형성되어 있다.
상기 구성에서는, 공동(40b) 내에 배치된 복수의 배플판(58)에 의해서, 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 저감된다.
몇개의 실시형태에서는, 상술한 복수의 홈(56)의 경우와 마찬가지로, 복수의 배플판(58)의 각각은, 직경 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있다.
상기 구성에서는, 직경 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있는 복수의 배플판(58)에 의해서 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 저감된다. 또한, 경사 또는 만곡하고 있는 복수의 배플판(58)에 의하면, 역선회 성분을 생성하는 것에 의해서, 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
몇개의 실시형태에서는, 상술한 복수의 홈(56)의 경우와 마찬가지로, 복수의 배플판(58)의 각각은, 축 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있다.
상기 구성에서는, 직경 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있는 복수의 배플판(58)에 의해서 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분이 저감된다. 또한, 경사 또는 만곡하고 있는 복수의 배플판(58)에 의하면, 역선회 성분을 생성하는 것에 의해서, 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
몇개의 실시형태에서는, 공동(40b)은 제 2 공간(30)에 개구하는 개구를 구비하고 있다. 제 2 공간(30)은 선회 성분 부여 장치(36)에 의해서 선회 성분이 부여된 유체가 유동 가능한 축 방향으로 연장되는 유로(주 유로)이다. 도 6, 도 7, 도 9 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 공동(40b)의 개구의 폭이 공동(40b)의 폭보다 좁아지도록, 정지 부재로서의 내측 격벽부(24) 또는 회전 부재인 로터 디스크(18)는 직경 방향으로 연장되는 벽, 및 벽으로부터 축 방향으로 연장되며, 공동(40b)의 개구의 폭을 규정하는 돌출부(60)를 구비한다.
상기 구성에서는, 돌출부(60)에 의해서 공동(40b)의 개구의 폭을 조정할 수 있고, 제 2 공간(30)으로부터 공동(40b)에 유입하는 유체의 유량을 조정할 수 있다. 이것에 의해, 개구 근방에 있어서의, 제 2 공간(30)으로부터 공동(40b) 내에 유입한 유체의 흐름과, 공동(40b) 내의 환류와의 혼합 상태를 조정할 수 있다. 그리고, 혼합 상태를 조정하는 것에 의해, 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
몇개의 실시형태에서는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 돌출부(60)의 공동(40b) 측의 면은 축 방향에 대해 경사한 경사면(60a)에 의해서 구성되어 있다.
상기 구성에서는, 경사면(60a)을 마련한 것에 의해, 공동(40b) 내의 환류와, 제 2 공간(30)으로부터 개구에 유입한 유체의 흐름과의 혼합 상태를 조정할 수 있고, 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
도 19는 도 10의 XIX-XIX 선에 따른 내측 격벽부(24)의 일부의 개략적인 단면을 도시하고 있다. 몇개의 실시형태에서는, 도 10 및 도 11에 도시하는 바와 같이, 돌출부(60)의 선단 측에는, 회전축의 둘레 방향으로 배열된 복수의 오목부(60b)가 형성되며, 복수의 오목부(60b)에 의해 개구의 폭이 둘레 방향으로 변화하고 있다.
상기 구성에서는, 돌출부(60)의 복수의 오목부(60b)에 의해 개구 폭을 변화시키는 것에 의해, 제 2 공간(30)으로부터 공동(40b)에의 유체의 유입량을 조정할 수 있다. 이것에 의해, 공동(40b) 내의 환류와, 제 2 공간(30)으로부터 개구에 유입한 유체의 흐름과의 혼합 상태를 조정할 수 있고, 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
도 20은 도 12는 의 XX-XX 선에 따른 내측 격벽부(24)의 일부의 개략적인 단면을 도시하고 있다. 도 12 및 도 20에 도시한 바와 같이, 몇개의 실시형태에서는, 정지 부재로서의 내측 격벽부(24)에 설치된 적어도 하나의 선회 성분 억제 유로(62)를 구비한다. 선회 성분 억제 유로(62)는, 림 간극(40)에 있어서의 압손체(46)보다 상류에, 예를 들면 공동(40b)에, 유체의 선회 성분을 저감하기 위한 유체(선회 성분 억제 유체)를 공급 가능하게 구성되어 있다.
상기 구성에서는, 선회 성분 억제 유로(62)를 통해서 공동(40b)에 공급된 유체가 제 2 공간(30)으로부터 공동(40b)에의 유체의 유입을 저지하는 것에 의해, 또는 제 2 공간(30)으로부터 공동(40b)에 유입한 유체와 혼합되는 것에 의해, 축 방향 간극(40a)에 유입하는 유체의 흐름에 포함되는 선회 성분을 저감시킬 수 있다.
몇개의 실시형태에서는, 선회 성분 억제 유로(62)는 정지 부재로서의 내측 격벽부(24)에 장착된 복수의 점퍼 튜브(64)에 의해서 구성된다. 복수의 점퍼 튜브(64)는 둘레 방향으로 서로 이간해서 배치되며, 점퍼 튜브(64)의 출구는 축 방향으로 축 방향 간극(40a)과 대향한다.
몇개의 실시형태에서는, 선회 성분 억제 유로(62)는, 제 2 공간(30)으로부터 공동(40b)에 유입하는 유체의 선회 성분과는 역방향의 역선회 성분을 가진 유체를 공동(40b)에 공급하도록 구성된다. 그 때문에 예를 들면, 선회 성분 억제 유로(62)의 출구 측, 예를 들면 복수의 점퍼 튜브(64)의 출구 측은 축 방향에 대해 경사해서 또는 서서히 벗어나도록 만곡해서 배치된다.
몇개의 실시형태에서는, 선회 성분 억제 유로(62)는 제 1 공간(28)과 공동(40b)과의 사이를 연장되어 있다.
몇개의 실시형태에서는, 선회 성분 억제 유로(62)를 구비하고 있는 경우, 도 21에 도시하는 바와 같이 시일 장치(42)는 제 2 비접촉형 시일(50)을 구비하지 않아도 좋다.
몇개의 실시형태에서는, 도 3, 도 5 내지 도 12 및 도 22에 도시하는 바와 같이, 로터 디스크(18)의 통부(18b)의 외주면에는, 제 2 비접촉형 시일(50)과 접촉형 시일(52)의 사이에 단차가 설치되어 있다. 즉, 축 방향 간극(40a)을 구획하는 회전 부재의 벽면에 단차가 설치되어 있다. 그리고, 접촉형 시일(52)과 접촉하는 통부(18b)의 부분의 직경 방향 위치는 제 2 간극(G2)의 직경 방향 위치와는 상이하다.
상기 구성에서는, 회전 부재의 벽면에, 제 2 비접촉형 시일(50)과 접촉형 시일(52)의 사이에서 단차가 설치되며, 접촉형 시일(52)과 접촉하는 회전 부재의 부분의 직경 방향 위치가 제 2 간극(G2)의 직경 방향 위치와 상이한 것에 의해, 제 2 비접촉형 시일(50)과 접촉형 시일(52)의 사이에서 소용돌이를 발생시킬 수 있다. 이것에 의해, 유체의 흐름이 정지 부재인 내측 격벽부(24)와 접촉하는 거리가 길어지고, 정지 부재와의 마찰에 의해서, 유체의 흐름의 선회 성분이 저감된다. 이 결과, 접촉형 시일(52)에 충돌 또는 접촉형 시일(52)을 통과하는 유체의 흐름의 선회 성분이 저감되며, 접촉형 시일(52)의 신뢰성이 높아진다.
몇개의 실시형태에서는, 도 3, 도 5 내지 도 12, 도 21 및 도 22에 도시하는 바와 같이, 유체의 흐름 방향에서 접촉형 시일(52)의 상류측에, 정지 부재로서의 내측 격벽부(24)로부터 회전 부재로서의 로터 디스크(18)의 통부(18b)로 향해 돌출하는 뱅크(66)가 설치되어 있다. 뱅크(66)는 접촉형 시일(52)의 근처에 위치하고 있다. 뱅크(66)의 상류측의 면은, 접촉형 시일(52)의 상류측에서의 유로 면적이 흐름 방향에서 서서히 축소하도록, 직경 방향에 대해 경사하고 있다.
상기 구성에서는, 유체의 흐름이 뱅크(66)와 접촉하는 것에 의해, 마찰에 의해서 유체의 흐름의 선회 성분이 저감된다. 이 결과, 접촉형 시일(52)에 충돌 또는 접촉형 시일(52)을 통과하는 유체의 흐름의 선회 성분이 저감되며, 접촉형 시일(52)의 신뢰성이 높아진다.
몇개의 실시형태에서는, 도 3, 도 5 내지 도 12 및 도 22에 도시하는 바와 같이, 제 2 비접촉형 시일(50)과 접촉형 시일(52)과의 사이에 위치하고, 내측 격벽부(24)에는 환형상의 오목부(68)가 형성되어 있다. 오목부(68)는 축 방향 간극(40a)을 향해 개구하고, 축 방향 간극(40a)의 유로 면적을, 제 2 간극(G2)에 비해, 회전 부재의 직경 방향으로 확대하고 있다.
몇개의 실시형태에서는, 도 3, 도 5 내지 도 12 및 도 22에 도시하는 바와 같이, 유체의 흐름 방향에서 하류측의 오목부(68)의 벽면은 뱅크(66)에 의해서 구성되어 있다.
몇개의 실시형태에서는, 도 22 및 도 23에 도시하는 바와 같이, 오목부(68) 내에는, 오목부(68)를 둘레 방향으로 구획하는 복수의 격벽(70)이 배치되어 있다. 격벽(70)은 내측 격벽부(24)와 일체로 형성되어 있다.
상기 구성에서는, 접촉형 시일(52)의 상류측에 오목부(68)를 마련하고, 오목부(68) 내에 격벽(70)을 마련하는 것에 의해서, 선회 성분을 포함한 유체의 흐름이 오목부(68)의 벽면에 대해서 접촉하는 면적을 증대시킬 수 있다. 그리고, 오목부(68)의 벽면에 대한 접촉 면적의 증대에 의한 저항의 증대에 의해서, 유체의 선회 성분을 보다 감쇠시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태로 한정되는 일은 없고, 상술한 실시형태에 변경을 가한 형태나, 이러한 형태를 조합한 형태도 포함한다.
예를 들면, 상술한 실시형태에 있어서, 정지 부재로서의 내측 격벽부(24)는 복수의 부재에 의해서 구성되어 있어도 좋다. 또한, 회전 부재로서의 로터 디스크(18)도 복수의 부재에 의해서 구성되어 있어도 좋다.
그리고, 시일 장치(42)가 적용되는 간극은 림 간극(40)으로 한정될 일은 없고, 터빈(4)에 포함되는 정지 부재와 회전 부재와의 사이의 다른 간극이라도 좋다.
또한, 시일 장치(42)가 적용되는 회전 기계는 가스 터빈으로 한정되는 일은 없고, 증기 터빈, 압축기, 및 발전기 등이라도 좋다.
1: 가스 터빈 2: 압축기
3: 연소기 4: 터빈
6: 발전기 8: 차실
8a: 이너 케이싱 8b: 아우터 케이싱
10: 로터 12: 정익
12a: 날개부 12b: 플랫폼
12c: 플랫폼 14: 동익
14a: 날개부 14b: 플랫폼
14c: 익근부 16: 분할 환
18: 로터 디스크 18a: 디스크 본체
18b: 통부 19: 샤프트
20: 외측 격벽부 22: 연소 가스 유로
24: 내측 격벽부 26: 압축 공기 공급로
28: 제 1 공간 30: 제 2 공간(주 유로)
32: 직경 방향 구멍 34: 축 방향 구멍
36: 선회 성분 부여 장치 40: 림 간극
40a: 축 방향 간극 40b: 공동
42: 시일 장치 46: 압손체
48: 제 1 비접촉형 시일 50: 제 2 비접촉형 시일
52: 접촉형 시일 52a: 박판
54: 벽 56: 홈
58: 배플판 60: 돌출부
60a: 경사면 60b: 오목부
62: 선회 성분 억제 유로 64: 점퍼 튜브
66: 뱅크 68: 오목부
70: 격벽 G1: 제 1 간극
G2: 제 2 간극

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 정지 부재와,
    상기 적어도 하나의 정지 부재에 대해 상대 회전 가능하게 설치된 적어도 하나의 회전 부재와,
    상기 적어도 하나의 정지 부재와 상기 적어도 하나의 회전 부재와의 사이의 간극에 있어서의 유체의 흐름을 제한 가능한 시일 장치를 구비하며,
    상기 시일 장치는,
    상기 적어도 하나의 정지 부재에 장착된 압손체와,
    상기 적어도 하나의 회전 부재로부터 상기 압손체를 향해서 돌출되며, 상기 압손체와 제 1 간극을 갖고서 대향하는 제 1 비접촉형 시일과,
    상기 적어도 하나의 정지 부재로부터 상기 적어도 하나의 회전 부재를 향해서 돌출하는 제 2 비접촉형 시일로서, 상기 적어도 하나의 회전 부재와 제 2 간극을 갖고서 대향하며, 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 압손체의 하류측에 위치하는 제 2 비접촉형 시일과,
    상기 적어도 하나의 정지 부재로부터 상기 적어도 하나의 회전 부재를 향해서 돌출되며, 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 압손체 및 상기 제 2 비접촉형 시일의 하류측에 위치하는 접촉형 시일을 구비하는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 회전 부재와 상기 적어도 하나의 정지 부재와의 사이의 간극은 상기 회전 부재의 회전축에 따라서 연장되는 축 방향 간극을 포함하며,
    상기 제 1 비접촉형 시일 및 상기 제 2 비접촉형 시일은 상기 축 방향 간극에 배치되며,
    상기 회전축의 직경 방향에서, 상기 제 1 간극의 위치는 상기 제 2 간극의 위치와 상이한 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 회전 부재와 상기 적어도 하나의 상기 정지 부재와의 사이의 간극은, 상기 회전 부재의 회전축의 직경 방향으로 연장되며 또한 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 축 방향 간극보다 상류에 위치하는 공동을 포함하며,
    상기 시일 장치는,
    상기 회전축의 둘레 방향으로 배열된 상태로 상기 공동 내에 배치된 복수의 벽으로서, 각각 상기 회전축의 둘레 방향과 교차하는 복수의 벽을 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  4. 적어도 하나의 정지 부재와,
    상기 적어도 하나의 정지 부재에 대해 상대 회전 가능하게 설치된 적어도 하나의 회전 부재와,
    상기 적어도 하나의 정지 부재와 상기 적어도 하나의 회전 부재와의 사이의 간극에 있어서의 유체의 흐름을 제한 가능한 시일 장치를 구비하며,
    상기 시일 장치는,
    상기 적어도 하나의 정지 부재에 장착된 압손체와,
    상기 적어도 하나의 회전 부재로부터 상기 압손체를 향해서 돌출되며, 상기 압손체와 제 1 간극을 갖고서 대향하는 제 1 비접촉형 시일과,
    상기 적어도 하나의 정지 부재로부터 상기 적어도 하나의 회전 부재를 향해서 돌출하는 제 2 비접촉형 시일로서, 상기 적어도 하나의 회전 부재와 제 2 간극을 갖고서 대향하며, 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 압손체의 어느 한쪽의 측에 위치하는 제 2 비접촉형 시일과,
    상기 적어도 하나의 정지 부재로부터 상기 적어도 하나의 회전 부재를 향해서 돌출되며, 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 압손체 및 상기 제 2 비접촉형 시일의 하류측에 위치하는 접촉형 시일을 구비하며,
    상기 적어도 하나의 회전 부재와 상기 적어도 하나의 정지 부재와의 사이의 간극은 상기 회전 부재의 회전축에 따라서 연장되는 축 방향 간극을 포함하며,
    상기 제 1 비접촉형 시일 및 상기 제 2 비접촉형 시일은 상기 축 방향 간극에 배치되며,
    상기 회전축의 직경 방향에서, 상기 제 1 간극의 위치는 상기 제 2 간극의 위치와 상이하며,
    상기 적어도 하나의 회전 부재와 상기 적어도 하나의 상기 정지 부재와의 사이의 간극은, 상기 회전 부재의 회전축의 직경 방향으로 연장되며 또한 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 축 방향 간극보다 상류에 위치하는 공동을 포함하며,
    상기 시일 장치는,
    상기 회전축의 둘레 방향으로 배열된 상태로 상기 공동 내에 배치된 복수의 벽으로서, 각각 상기 회전축의 둘레 방향과 교차하는 복수의 벽을 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 벽은, 상기 공동을 구획하는 상기 적어도 하나의 정지 부재의 벽에 형성된 복수의 홈의 벽면에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공동을 구획하는 상기 적어도 하나의 정지 부재의 벽은 상기 회전축의 직경 방향으로 연장되며,
    상기 복수의 홈의 각각은, 상기 회전축의 직경 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 공동을 구획하는 상기 적어도 하나의 정지 부재의 벽은 상기 회전축의 축 방향으로 연장되며,
    상기 복수의 홈의 각각은, 상기 회전축의 축 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  8. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 벽은, 상기 공동 내에 배치된 복수의 배플판의 벽면에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 배플판의 각각은, 상기 회전축의 직경 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 배플판의 각각은, 상기 회전축의 축 방향에 대해 평행, 경사 또는 서서히 벗어나도록 만곡하면서 연장되어 있는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  11. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 유체에 선회 성분을 부여 가능한 선회 성분 부여 장치를 더 구비하며,
    상기 적어도 하나의 회전 부재와 상기 적어도 하나의 정지 부재와의 사이의 간극은, 상기 회전 부재의 회전축에 따라서 연장되는 축 방향 간극, 및 상기 회전 부재의 회전축의 직경 방향으로 연장되며 또한 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 축 방향 간극보다 상류에 위치하는 공동을 포함하며,
    상기 공동은, 상기 선회 성분 부여 장치에 의해서 선회 성분이 부여된 상기 유체가 유동 가능한 상기 회전축의 축 방향으로 연장되는 주 유로에 개구하는 개구를 구비하며,
    상기 개구의 폭이 상기 공동의 폭보다 좁아지도록, 상기 적어도 하나의 정지 부재 및 상기 적어도 하나의 회전 부재 중 한쪽은, 상기 회전축의 직경 방향으로 연장되는 벽, 및 상기 벽으로부터 상기 회전축의 축 방향으로 연장되며, 상기 개구의 폭을 규정하는 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  12. 적어도 하나의 정지 부재와,
    상기 적어도 하나의 정지 부재에 대해 상대 회전 가능하게 설치된 적어도 하나의 회전 부재와,
    상기 적어도 하나의 정지 부재와 상기 적어도 하나의 회전 부재와의 사이의 간극에 있어서의 유체의 흐름을 제한 가능한 시일 장치를 구비하며,
    상기 시일 장치는,
    상기 적어도 하나의 정지 부재에 장착된 압손체와,
    상기 적어도 하나의 회전 부재로부터 상기 압손체를 향해서 돌출되며, 상기 압손체와 제 1 간극을 갖고서 대향하는 제 1 비접촉형 시일과,
    상기 적어도 하나의 정지 부재로부터 상기 적어도 하나의 회전 부재를 향해서 돌출하는 제 2 비접촉형 시일로서, 상기 적어도 하나의 회전 부재와 제 2 간극을 갖고서 대향하며, 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 압손체의 어느 한쪽의 측에 위치하는 제 2 비접촉형 시일과,
    상기 적어도 하나의 정지 부재로부터 상기 적어도 하나의 회전 부재를 향해서 돌출되며, 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 압손체 및 상기 제 2 비접촉형 시일의 하류측에 위치하는 접촉형 시일을 구비하며,
    상기 유체에 선회 성분을 부여 가능한 선회 성분 부여 장치를 더 구비하며,
    상기 적어도 하나의 회전 부재와 상기 적어도 하나의 정지 부재와의 사이의 간극은, 상기 회전 부재의 회전축에 따라서 연장되는 축 방향 간극, 및 상기 회전 부재의 회전축의 직경 방향으로 연장되며 또한 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 축 방향 간극보다 상류에 위치하는 공동을 포함하며,
    상기 공동은, 상기 선회 성분 부여 장치에 의해서 선회 성분이 부여된 상기 유체가 유동 가능한 상기 회전축의 축 방향으로 연장되는 주 유로에 개구하는 개구를 구비하며,
    상기 개구의 폭이 상기 공동의 폭보다 좁아지도록, 상기 적어도 하나의 정지 부재 및 상기 적어도 하나의 회전 부재 중 한쪽은, 상기 회전축의 직경 방향으로 연장되는 벽, 및 상기 벽으로부터 상기 회전축의 축 방향으로 연장되며, 상기 개구의 폭을 규정하는 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 돌출부의 상기 공동측의 면은 상기 회전축의 축 방향에 대해 경사하고 있는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 돌출부의 상기 공동측의 면은 상기 회전축의 축 방향에 대해 경사하고 있는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 돌출부의 선단 측에는, 상기 회전축의 둘레 방향으로 배열된 복수의 오목부가 형성되며, 상기 복수의 오목부에 의해 상기 개구의 폭이 상기 회전축의 둘레 방향으로 변화하고 있는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 돌출부의 선단 측에는, 상기 회전축의 둘레 방향으로 배열된 복수의 오목부가 형성되며, 상기 복수의 오목부에 의해 상기 개구의 폭이 상기 회전축의 둘레 방향으로 변화하고 있는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  17. 제 1 항, 제 4 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시일 장치는, 상기 적어도 하나의 정지 부재에 설치되며, 상기 적어도 하나의 정지 부재와 상기 적어도 하나의 회전 부재와의 사이의 간극에 있어서의 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 압손체보다 상류의 부분에, 상기 유체의 선회 성분을 저감하기 위한 유체를 공급 가능한 적어도 하나의 선회 성분 억제 유로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  18. 적어도 하나의 정지 부재와,
    상기 적어도 하나의 정지 부재에 대해 상대 회전 가능하게 설치된 적어도 하나의 회전 부재와,
    상기 적어도 하나의 정지 부재와 상기 적어도 하나의 회전 부재와의 사이의 간극에 있어서의 유체의 흐름을 제한 가능한 시일 장치를 구비하며,
    상기 시일 장치는,
    상기 적어도 하나의 정지 부재에 장착된 압손체와,
    상기 적어도 하나의 회전 부재로부터 상기 압손체를 향해서 돌출되며, 상기 압손체와 제 1 간극을 갖고서 대향하는 제 1 비접촉형 시일과,
    상기 적어도 하나의 정지 부재로부터 상기 적어도 하나의 회전 부재를 향해서 돌출하는 제 2 비접촉형 시일로서, 상기 적어도 하나의 회전 부재와 제 2 간극을 갖고서 대향하며, 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 압손체의 어느 한쪽의 측에 위치하는 제 2 비접촉형 시일과,
    상기 적어도 하나의 정지 부재로부터 상기 적어도 하나의 회전 부재를 향해서 돌출되며, 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 압손체 및 상기 제 2 비접촉형 시일의 하류측에 위치하는 접촉형 시일을 구비하며,
    상기 시일 장치는, 상기 적어도 하나의 정지 부재에 설치되며, 상기 적어도 하나의 정지 부재와 상기 적어도 하나의 회전 부재와의 사이의 간극에 있어서의 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 압손체보다 상류의 부분에, 상기 유체의 선회 성분을 저감하기 위한 유체를 공급 가능한 적어도 하나의 선회 성분 억제 유로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  19. 제 1 항, 제 4 항, 제 12 항 및 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압손체는 허니콤 시일이며,
    상기 제 1 비접촉형 시일 및 상기 제 2 비접촉형 시일은 각각 핀 시일이며,
    상기 접촉형 시일은 상기 회전 부재의 회전축의 둘레 방향으로 배열된 복수의 박판을 구비하는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
  20. 적어도 하나의 정지 부재와,
    상기 적어도 하나의 정지 부재에 대해 상대 회전 가능하게 설치된 적어도 하나의 회전 부재와,
    상기 적어도 하나의 정지 부재와 상기 적어도 하나의 회전 부재와의 사이의 간극에 있어서의 유체의 흐름을 제한 가능한 시일 장치와,
    상기 유체의 흐름 방향에서 상기 시일 장치보다 상류에 배치되며, 상기 유체에 선회 성분을 부여 가능한 선회 성분 부여 장치를 구비하며,
    상기 적어도 하나의 정지 부재와 상기 적어도 하나의 회전 부재와의 사이의 간극은, 상기 선회 성분 부여 장치에 의해서 선회 성분이 부여된 상기 유체가 유동 가능한 주 유로에 개구하는 공동을 포함하며,
    상기 시일 장치는,
    상기 적어도 하나의 정지 부재에 장착되며, 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 공동보다 하류에 위치하는 압손체와,
    상기 적어도 하나의 회전 부재로부터 상기 압손체를 향해서 돌출되며, 상기 압손체와 제 1 간극을 갖고서 대향하는 제 1 비접촉형 시일과,
    상기 적어도 하나의 정지 부재로부터 상기 적어도 하나의 회전 부재를 향해서 돌출되며, 상기 유체의 흐름 방향에서 상기 압손체 및 상기 제 1 비접촉형 시일의 하류측에 위치하는 접촉형 시일과,
    상기 적어도 하나의 정지 부재에 설치되며, 상기 공동에 상기 유체의 선회 성분을 저감하기 위한 유체를 공급 가능한 적어도 하나의 선회 성분 억제 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는
    회전 기계.
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