KR102133173B1 - 회전 기계 - Google Patents

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KR102133173B1
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요시히로 구와무라
가즈유키 마츠모토
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미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
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Abstract

이 회전 기계(100)는, 외주면(1S)에 오목부(8)가 형성된 로터(1)와, 축선(Ac)의 직경 방향 외측으로부터 내측을 향해 연장되는 정익 본체(40), 및 정익 본체(70)의 직경 방향 내측에 마련된 슈라우드(71)를 갖는 정익(7)과, 슈라우드(71)의 내주면(74)으로부터 저면(83)을 향해 돌출하는 핀(72)을 구비한다. 오목부(8)는, 직경 방향으로 연장되는 오목부 직경 방향 벽면(82)을 갖고, 오목부 직경 방향 벽면(82)은, 직경 방향 외측을 향해 연장되는 제 1 벽면(85)과, 제 1 벽면(85)보다 직경 방향 외측을 향해 더 연장되는 제 2 벽면(86)과, 제 1 벽면(85)으로부터 축선(Ac) 방향 상류측으로 돌출하는 돌출면(84S)을 갖는다. 슈라우드(71)는, 오목부 직경 방향 벽면(82)의 축선(Ac) 방향 하류측에 대향하는 슈라우드 직경 방향 벽면(73)을 갖는 동시에, 슈라우드 홈부(75)가 형성되어 있다.

Description

회전 기계
본 발명은 회전 기계에 관한 것이다. 본원은 2016년 3월 25일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제 2016-062347 호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
증기 터빈이나 가스 터빈을 포함하는 터보 기계는, 외부로부터 취입된 유체의 에너지를 로터의 회전 운동으로 변환한다. 구체적으로는, 증기 터빈은 축선 주위로 회전하는 로터와, 로터를 외주측으로부터 덮는 케이싱을 구비하고 있다. 로터의 외주면에는 복수의 동익단(동익)이 마련되고, 케이싱의 내주면에는 복수의 정익단(정익)이 마련되어 있다. 이들 동익단과 정익단은 축선 방향으로 서로 다르게 되도록 배열된다. 케이싱 내로 안내된 유체는, 동익단과 정익단에 교대로 충돌함으로써 상기 로터를 회전시킨다.
그런데, 상기와 같은 증기 터빈에서는, 로터의 원활한 회전을 실현하기 위해, 정익의 선단부(슈라우드)와 로터의 외주면 사이에는, 일정한 클리어런스(clearance)가 마련된다. 그렇지만, 상기 클리어런스를 유통하는 증기는 동익이나 정익에 충돌하는 일없이 하류측으로 흘러버리므로, 로터의 회전 구동 시에 조금도 기여하는 바가 없다. 따라서, 이 클리어런스에 있어서의 증기의 유통(누설)을 가능한 한 저감하기 위한 기술이 필요하다. 이러한 기술의 일례로서, 하기 특허문헌 1에 기재된 기술이 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재된 장치에서는, 정익 허브 슈라우드와 축선 방향으로 대향하는 동익 허브에, 상류측을 향해 돌출하는 억제판이 마련되어 있다.
일본 공개 특허 제 2005-146977 호 공보
그렇지만, 상기 특허문헌 1에 기재된 구성에서는, 억제판과 정익 허브 슈라우드 사이에 간극이 형성되기 때문에, 여전히 간극을 통한 증기의 누설을 일으킬 가능성이 있다. 게다가, 이 누설은 로터의 직경 방향 내측으로부터 외측을 향해 흐르므로, 축선 방향으로 흐르는 증기의 주류에 대해서 직교한다. 이와 같이, 주류와 누설 증기가 서로 직각으로 충돌하는 경우(또는, 주류와 누설 증기가 혼합하는 경우), 혼합 손실이라고 불리는 에너지 손실이 발생하는 것이 알려져 있다. 혼합 손실의 증가는 증기 터빈의 효율 향상의 방해가 되는 경우가 있다. 따라서, 이러한 혼합 손실을 저감하는 것이 가능한 기술에 대한 요청이 최근 높아지고 있다.
본 발명은 혼합 손실이 저감되는 것에 의해 증기 터빈의 효율이 향상된 회전 기계를 제공한다.
본 발명의 제 1 태양에 의하면, 회전 기계는, 축선 주위로 회전하고, 외주면에 오목부가 형성된 로터와, 상기 축선의 직경 방향 외측으로부터 내측을 향해 연장되는 정익 본체, 및 상기 정익 본체의 직경 방향 내측에 마련되고 상기 오목부에 수용된 슈라우드를 갖는 정익과, 상기 슈라우드의 직경 방향 내측을 향하는 내주면으로부터 상기 오목부의 저면을 향해 돌출하여, 상기 저면과의 사이에서 클리어런스를 형성하는 핀을 구비하며, 상기 오목부는 상기 축선 방향 하류측에 직경 방향으로 연장되는 오목부 직경 방향 벽면을 갖고, 상기 오목부 직경 방향 벽면은, 상기 저면으로부터 직경 방향 외측을 향해 연장되는 제 1 벽면과, 상기 제 1 벽면보다 직경 방향 외측을 향해 더 연장되는 제 2 벽면과, 이들 제 1 벽면과 제 2 벽면 사이에서 상기 제 1 벽면으로부터 상기 축선 방향 상류측으로 돌출하는 돌출면을 갖고, 상기 슈라우드는 상기 오목부 직경 방향 벽면에 대향하는 슈라우드 직경 방향 벽면을 가지며, 상기 슈라우드에는, 상기 슈라우드 직경 방향 벽면에 있어서의 상기 돌출면보다 직경 방향 외측의 부분에서 상기 슈라우드 직경 방향 벽면으로부터 후퇴하도록 직경 방향 내측을 향해 상기 슈라우드의 내주면에 접속되는 슈라우드 홈부가 형성되어 있다.
이 구성에 의하면, 오목부 직경 방향 벽면에 있어서의 제 1 벽면과 제 2 벽면 사이에, 상류측을 향해 돌출하는 돌출면이 형성되어 있다. 이에 의해, 슈라우드 직경 방향 벽면과 오목부 직경 방향 벽면에 의해서 축선 방향으로부터 둘러싸이는 공간에서, 서로 선회 방향이 다른 소용돌이를 형성할 수 있다. 특히, 상기 공간 중 직경 방향 외측에 위치하는 영역에서 형성되는 소용돌이는, 정익과 동익 사이를 흐르는 주류에 대해, 직교하는 일없이 합류한다. 이에 의해, 증기 터빈 내에 있어서의 혼합 손실을 저감할 수 있다.
게다가, 슈라우드에는 슈라우드 홈부가 형성되어 있으므로, 소용돌이의 흐름을 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 소용돌이의 산일(散逸)이 저감되는 것에 의해, 안정적으로 소용돌이를 형성할 수 있다.
본 발명의 제 2 태양에 의하면, 상기의 회전 기계에서는, 상기 슈라우드 홈부에 있어서의 하류측을 향하는 면은, 상기 슈라우드 직경 방향 벽면으로부터 상류측을 향함에 따라 직경 방향 내측으로 연장되는 경사면과, 상기 경사면의 직경 방향 내측의 단연부로부터 직경 방향 내측으로 연장되고, 상기 슈라우드의 내주면에 접속되는 수직면을 가져도 좋다.
이 구성에 의하면, 경사면과 수직면에 의해서 슈라우드 홈부의 하류측의 면이 형성된다. 이들 경사면 및 수직면은 모두 평면 형상을 이루고 있으므로, 곡면 형상의 가공을 실시하는 경우에 비해, 보다 용이하게 슈라우드 홈부를 얻을 수 있다.
본 발명의 제 3 태양에 의하면, 회전 기계는, 축선 주위로 회전하고, 외주면에 오목부가 형성된 로터와, 상기 축선의 직경 방향 외측으로부터 내측을 향해 연장되는 정익 본체, 및 상기 정익 본체의 직경 방향 내측에 마련되고 상기 오목부에 수용된 슈라우드를 갖는 정익과, 상기 슈라우드의 직경 방향 내측을 향하는 내주면으로부터 상기 오목부의 저면을 향해 돌출하여, 상기 저면과의 사이에서 클리어런스를 형성하는 핀을 구비하며, 상기 오목부는 상기 축선 방향 하류측에 직경 방향으로 연장되는 오목부 직경 방향 벽면을 갖고, 상기 오목부 직경 방향 벽면은, 상기 저면으로부터 직경 방향 외측을 향해 연장되는 제 1 벽면과, 상기 제 1 벽면보다 직경 방향 외측을 향해 더 연장되는 제 2 벽면과, 이들 제 1 벽면과 제 2 벽면 사이에서 상기 제 1 벽면으로부터 상기 축선 방향 상류측으로 돌출하는 돌출면을 갖고, 상기 슈라우드는 상기 오목부 직경 방향 벽면에 대향하는 슈라우드 직경 방향 벽면을 갖고, 상기 돌출면은, 상기 슈라우드 직경 방향 벽면과 상기 오목부 직경 방향 벽면 사이의 공간을, 상기 돌출면보다 직경 방향 내측에 위치하는 제 1 공간과, 상기 돌출면을 사이에 두고 상기 제 1 공간보다 직경 방향 외측에 위치하는 제 2 공간으로 구획하는 것에 의해, 상기 제 1 공간 내 및 상기 제 2 공간 내에 선회 방향이 서로 다른 소용돌이를 형성한다.
이 구성에 의하면, 오목부 직경 방향 벽면에 있어서의 제 1 벽면과 제 2 벽면 사이에, 상류측을 향해 돌출하는 돌출면이 형성되어 있다. 이에 의해, 슈라우드 직경 방향 벽면과 오목부 직경 방향 벽면에 의해서 축선 방향으로부터 둘러싸이는 공간(제 1 공간, 제 2 공간)에서, 서로 선회 방향이 다른 소용돌이를 형성할 수 있다. 특히, 직경 방향 외측에 위치하는 제 2 공간 내에서 형성되는 소용돌이는, 정익과 동익 사이를 흐르는 주류에 대해, 직교하는 일없이 합류한다. 이에 의해, 증기 터빈 내에 있어서의 혼합 손실을 저감할 수 있다.
본 발명의 제 4 태양에 의하면, 상기 회전 기계는, 상기 슈라우드 직경 방향 벽면에 마련되고, 상기 축선 방향 하류측을 향해 돌출하는 슈라우드 볼록부를 가져도 좋다.
이 구성에 의하면, 슈라우드에는 슈라우드 볼록부가 형성되어 있으므로, 슈라우드 직경 방향 벽면과 오목부 직경 방향 벽면에 의해서 축선 방향으로부터 둘러싸이는 공간 내에서 형성되는 소용돌이의 흐름을 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 소용돌이의 산일이 저감되는 것에 의해, 안정적으로 소용돌이를 형성할 수 있다.
본 발명의 제 5 태양에 의하면, 상기 회전 기계에서는, 상기 제 2 벽면에 있어서의 직경 방향 외측의 부분에서, 상기 제 2 벽면으로부터 후퇴하도록 직경 방향 외측을 향하여 상기 외주면에 접속되는 제 2 벽면 홈부가 형성되어 있어도 좋다.
이 구성에 의하면, 제 2 벽면 홈부가 형성되어 있으므로, 슈라우드 직경 방향 벽면과 오목부 직경 방향 벽면에 의해서 축선 방향으로부터 둘러싸이는 공간 내에서 형성되는 소용돌이의 흐름을 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 소용돌이의 산일이 저감되는 것에 의해, 안정적으로 소용돌이를 형성할 수 있다.
본 발명의 제 6 태양에 의하면, 상기 회전 기계에서는, 상기 제 1 벽면과 상기 제 2 벽면은, 상기 축선 방향에 있어서의 동일한 위치에 마련되어, 상기 제 1 벽면 및 제 2 벽면 사이에는 상기 축선 방향 상류측을 향해 돌출하는 볼록부가 형성되는 동시에, 상기 돌출면은 상기 볼록부의 직경 방향 내측의 면을 이루어도 좋다.
이 구성에 의하면, 오목부 직경 방향 벽면에 있어서의 제 1 벽면과 제 2 벽면 사이에, 상류측을 향해 돌출하는 볼록부(돌출면)가 형성되어 있다. 이에 의해, 슈라우드 직경 방향 벽면과 오목부 직경 방향 벽면에 의해서 축선 방향으로부터 둘러싸이는 공간(제 1 공간, 제 2 공간)에서, 서로 선회 방향이 다른 소용돌이를 형성할 수 있다. 특히, 직경 방향 외측에 위치하는 제 2 공간 내에서 형성되는 소용돌이는, 정익과 동익 사이를 흐르는 주류에 대해, 직교하는 일없이 합류한다. 이에 의해, 증기 터빈 내에 있어서의 혼합 손실을 저감할 수 있다.
본 발명의 제 7 태양에 의하면, 상기 회전 기계에서는, 상기 제 1 벽면은 상기 제 2 벽면보다 상기 축선 방향에 있어서의 하류측에 마련되고, 상기 돌출면은 상기 제 1 벽면의 직경 방향 외측의 단부와 상기 제 2 벽면의 직경 방향 내측의 단부를 접속해도 좋다.
이 구성에 의하면, 저면, 제 2 벽면, 및 돌출면으로 둘러싸이는 영역 내에서, 소용돌이를 충분히 포착할 수 있는 동시에, 이 소용돌이를 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 소용돌이의 산일이 저감되는 것에 의해, 안정적으로 소용돌이를 형성할 수 있다.
상기 회전 기계에 의하면, 혼합 손실을 저감하는 것에 의해 증기 터빈의 효율을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 증기 터빈의 구성을 도시하는 모식도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 증기 터빈의 주요부 확대도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 증기 터빈의 주요부 확대도,
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 증기 터빈의 주요부 확대도,
도 5는 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 증기 터빈의 주요부 확대도,
도 6은 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 증기 터빈의 주요부 확대도,
도 7은 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 증기 터빈의 주요부 확대도,
도 8은 본 발명의 제 7 실시형태에 따른 증기 터빈의 주요부 확대도,
도 9는 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 증기 터빈의 주요부 확대도,
도 10은 본 발명의 제 9 실시형태에 따른 증기 터빈의 주요부 확대도,
도 11은 본 발명의 제 10 실시형태에 따른 증기 터빈의 주요부 확대도,
도 12는 본 발명의 제 11 실시형태에 따른 증기 터빈의 주요부 확대도,
도 13은 본 발명의 제 12 실시형태에 따른 증기 터빈의 주요부 확대도.
(제 1 실시형태)
본 발명의 제 1 실시형태에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)(회전 기계)은, 축선(Ac) 주위로 회전하는 로터(1)와, 로터(1)를 외주측으로부터 덮는 케이싱(2)을 구비하고 있다.
로터(1)는, 축선(Ac)을 중심으로 하는 원주 형상을 이루고 있다. 로터(1)의 외주면(1S)에는, 축선(Ac) 방향 일방측(제 1 측)으로부터 타방측(제 2 측)을 향해 배열된 복수의 동익단(3)이 마련되어 있다.
각 동익단(3)은, 로터(1)의 외주면(1S) 상에서, 축선(Ac)의 둘레 방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 동익(4)을 갖고 있다. 상세하게는 도시하지 않지만, 동익(4)은 축선(Ac)의 직경 방향으로부터 바라볼 때 익형의 단면을 갖고 있다.
게다가, 로터(1)의 축선(Ac) 방향 양측의 단부에는, 베어링 장치(5)가 마련되어 있다. 이 베어링 장치(5)에 의해서 로터(1)는 축선(Ac) 주위에 회전 가능하게 지지되어 있다. 구체적으로는, 베어링 장치(5)는, 로터(1)의 축선(Ac) 방향 양측에 1개씩 마련된 저널 베어링(5A)과, 축선(Ac) 방향 일방측(제 1 측)에만 마련된 스러스트 베어링(thrust bearing)(5B)을 갖고 있다. 저널 베어링(5A)은 로터(1)에 의한 직경 방향에의 하중을 지지한다. 스러스트 베어링(5B)은 로터(1)에 의한 축선(Ac) 방향에의 하중을 지지한다.
케이싱(2)은 축선(Ac)을 중심으로 하는 통 형상을 이루고 있다. 케이싱(2)의 내주면에는, 축선(Ac) 방향 일방측(제 1 측)으로부터 타방측(제 2 측)을 향해 배열된 복수의 정익단(6)이 마련되어 있다. 각 정익단(6)은 케이싱(2)의 내주면 상에서, 축선(Ac)의 둘레 방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 정익(7)을 갖고 있다. 정익(7)도, 상기의 동익(4)과 마찬가지로, 축선(Ac)의 직경 방향으로부터 바라볼 때 익형의 단면을 갖고 있다.
로터(1) 상에 있어서, 서로 인접하는 한 쌍의 동익단(3)끼리의 사이의 영역에는, 로터(1)의 외주면(1S)으로부터 직경 방향 내측을 향해 함몰하는 각홈 형상의 오목부(8)가 형성되어 있다. 그리고, 각 정익(7)의 선단부(직경 방향 내측의 단부)를 포함한 부분에는, 후술하는 정익 슈라우드(71)(슈라우드)가 마련되어 있다. 이 정익 슈라우드(71)는 로터(1) 상의 오목부(8) 내에 수용되어 있다.
게다가, 케이싱(2)의 축선(Ac) 방향 일방측(제 1 측)에는, 외부로부터 증기를 취입하기 위한 흡기구(10)가 형성되고, 축선(Ac) 방향 타방측(제 2 측)에는, 케이싱(2) 내부를 통과한 증기를 배기하기 위한 배기구(11)가 형성되어 있다. 이후의 설명에서는, 배기구(11)로부터 바라볼 때 흡기구(10)가 위치하는 측을 상류측이라 부르고, 흡기구(10)로부터 바라볼 때 배기구(11)가 위치하는 측을 하류측이라 부른다.
다음에, 도 2를 참조하여, 동익(4) 및 정익(7)의 상세한 구성에 대해 설명한다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 동익(4)은 로터(1)의 외주면(1S)으로부터 직경 방향 외측을 향해 연장되는 동익 본체(40)와, 동익 본체(40)의 직경 방향 외측의 단부에 장착된 동익 슈라우드(41)를 갖고 있다. 축선(Ac) 방향에 있어서의 동익 슈라우드(41)의 치수는, 동 축선(Ac) 방향에 있어서의 동익(4)의 치수보다 크게 설정되어 있다. 케이싱(2)의 내주측이며, 동익 슈라우드(41)와 대향하는 영역에는, 동익 슈라우드(41)를 수용하기 위한 동익 수용부(20)가 형성되어 있다. 동익 수용부(20)는, 케이싱(2)의 내주면으로부터 직경 방향 외측을 향해 함몰하는 각홈 형상을 이루고 있다. 게다가, 동익 수용부(20)의 직경 방향 외측의 면 상에는, 복수(2개)의 동익측 핀(42)이 마련되어 있다. 이러한 핀은, 모두 동익 수용부(20)의 직경 방향 외측의 면으로부터 직경 방향 내측을 향해 연장되는 박판 형상을 이루고 있다. 동익측 핀(42)의 선단부와 동익 수용부(20) 사이에는, 직경 방향으로 확장되는 간극(클리어런스)이 형성된다.
정익(7)은, 케이싱(2)의 내주면(74)으로부터 직경 방향 내측을 향해 연장되는 정익 본체(70)와, 정익 본체(70)의 직경 방향 내측의 단부에 장착된 정익 슈라우드(71)를 갖고 있다. 본 실시형태에서는, 정익(7)과 동익(4)의 직경 방향 치수는 서로 동일하게 되어 있다. 환언하면, 축선(Ac) 방향에서 바라볼 경우, 정익(7)과 동익(4)은 서로 중첩되도록 배열되어 있다. 축선(Ac) 방향에 있어서의 정익 슈라우드(71)의 치수는, 동축선(Ac) 방향에 있어서의 정익(7)의 치수보다 크게 설정되어 있다. 이 정익 슈라우드(71)의 직경 방향 내측의 면 상에는, 복수(2개)의 정익측 핀(72)이 마련되어 있다. 이들 정익측 핀(72)은, 모두 정익 슈라우드(71)로부터 직경 방향 내측을 향해 연장되는 박판 형상을 이루고 있다. 정익 슈라우드(71) 및 정익측 핀(72)은, 로터(1)와 정익(7) 사이에 있어서의 증기의 누설을 저감하는 것을 목적으로 하여 마련된다. 정익 슈라우드(71) 및 정익측 핀(72)은, 로터(1)의 외주면(1S) 상에 형성된 오목부(8)에 수용되어 있다.
오목부(8)는 로터(1)의 외주면(1S)으로부터 직경 방향 내측을 향해 함몰되어 있다. 오목부(8)를 형성하는 각 면 중, 상류측에 위치하는 면은 직경 방향으로 확장되는 상류면(81)으로 되어 있다. 이 상류면(81)을 하류측에서 면하는 면은 동일하게 직경 방향으로 확장되는 하류면(82)(오목부 직경 방향 벽면)으로 되어 있다. 게다가, 이들 상류면(81) 및 하류면(82) 사이에는, 축선(Ac)을 따라 확장되는 저면(83)이 형성되어 있다. 저면(83)은 제 1 저면(83A), 제 2 저면(83B) 및 단차부(83C)를 갖고 있다.
제 1 저면(83A)은 제 2 저면(83B)보다 직경 방향 내측에 위치하고 있다. 단차부(83C)는, 이들 제 1 저면(83A)과 제 2 저면(83B) 사이를 직경 방향으로 접속하고 있다. 상술한 2개의 정익측 핀(72) 중, 상류측에 위치하는 정익측 핀(72)은 제 1 저면(83A)에 대향하고, 하류측에 위치하는 정익측 핀(72)은 제 2 저면(83B)에 대향하고 있다. 이들 정익측 핀(72)과 저면(83)[제 1 저면(83A), 제 2 저면(83B)] 사이에는, 직경 방향으로 확장되는 간극(클리어런스)이 형성된다.
오목부(8)에 있어서의 하류면(82) 상에는, 상류측을 향해 돌출하는 볼록부(84)가 마련되어 있다. 볼록부(84)는 축선(Ac)의 직경 방향에 있어서, 정익 슈라우드(71)에 있어서의 하류측을 향하는 면[슈라우드 직경 방향 벽면(73)]과 대응하는 영역에 마련된다. 환언하면, 볼록부(84)는 정익 슈라우드(71)의 직경 방향 내측을 향하는 면[내주면(74)]보다 직경 방향 외측에 위치하고 있다. 보다 구체적으로는, 볼록부(84)는 축선(Ac)을 포함한 단면에서 바라볼 때 직사각형을 이루고 있다. 볼록부(84)를 이루는 각 면 중, 직경 방향 내측을 향하는 면은 돌출면(84S)으로 되어 있다.
이상과 같은 볼록부(84)가 마련되는 것에 의해, 오목부(8)의 하류면(82)은 직경 방향으로 2개의 영역으로 구획된다. 하류면(82)에 있어서, 볼록부(84)[돌출면(84S)]보다 직경 방향 내측의 영역(제 1 영역)은, 상기 저면(83)[제 2 저면(83B)]으로부터 직경 방향 외측을 향해 연장되는 제 1 벽면(85)으로 되어 있다. 볼록부(84)[돌출면(84S)]보다 직경 방향 외측의 영역(제 2 영역)은, 제 1 벽면(85)보다 직경 방향 외측을 향해 더 연장되는 제 2 벽면(86)으로 되어 있다. 이들 제 1 벽면(85) 및 제 2 벽면(86)은 서로 동등한 직경 방향 치수를 갖고 있다. 즉, 오목부(8)의 하류면(82)은, 볼록부(84)에 의해서 직경 방향으로 동등 분할되어 있다. 또한, 이들 제 1 벽면(85) 및 제 2 벽면(86)의 축선(Ac) 방향에 있어서의 위치는 서로 동일하다.
하류면(82)과 슈라우드 직경 방향 벽면(73) 사이에는, 축선(Ac) 방향 및 직경 방향으로 확장되는 공간[대류 공간(VC)]이 형성되어 있다. 이 대류 공간(VC)은 볼록부(84)가 마련되는 직경 방향 위치를 기준으로 하여, 직경 방향 내측으로 확장되는 제 1 공간(V1)과, 직경 방향 외측으로 확장되는 제 2 공간(V2)을 갖고 있다. 또한, 볼록부(84)의 돌출 치수[축선(Ac) 방향에 있어서의 돌출면(84S)의 치수]는, 축선(Ac) 방향에 있어서의 상기 제 2 저면(83B)의 치수보다 충분히 작게 설정되어 있다.
이상과 같이 구성된 증기 터빈(100)의 동작에 대해 도 1을 참조하여 설명한다.
증기 터빈(100)을 운전하는 데에 있어서는, 우선 보일러 등의 증기 공급원(도시되지 않음)으로부터 공급된 고온 고압의 증기가, 흡기구(10)를 통해서 케이싱(2)의 내부에 도입된다.
케이싱(2) 내에 도입된 증기는, 동익(4)[동익단(3)], 및 정익(7)[정익단(6)]에 순차적으로 충돌한다. 이에 의해, 로터(1)는 회전 에너지를 얻고, 축선(Ac) 주위로 회전한다.
로터(1)의 회전 운동은, 축단에 연결된 발전기 등(도시 생략)에 의해서 취출된다.
이상의 사이클이 연속적으로 반복된다.
그 다음에, 도 2를 참조하여, 동익(4) 및 정익(7)의 주변에 있어서의 증기의 거동에 대해 설명한다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 상류측으로부터 흘러온 증기는, 정익(7)과 동익(4)을 거쳐서, 하류측을 향해 흐름으로써, 주류(FM)를 형성한다. 이 주류(FM)는, 상기와 같이 정익(7)과 동익(4)에 순차적으로 충돌하는 것에 의해 정류되는 동시에, 동익(4)에 대해 에너지를 가한다.
한편, 상류측으로부터 흘러온 증기 중, 주류(FM)를 제외한 성분은, 상기의 오목부(8) 내를 향해 흐르는 것에 의해, 리크류(FL)를 형성한다. 이 리크류(FL)의 대부분은, 정익 슈라우드(71)에 마련된 핀에 의해서 저지된다. 그렇지만, 핀과 오목부(8)의 저면(83) 사이에는 클리어런스가 형성되어 있으므로, 리크류(FL)의 일부의 성분이, 상기 클리어런스를 통해서 하류측의 대류 공간(VC)을 향해 흐름으로써, 대류 공간(VC) 내에서 리턴류(FR)를 형성한다.
여기서, 오목부(8)의 하류면(82)에 볼록부(84)가 마련되지 않은 경우, 대류 공간(VC) 내에 유입된 리턴류(FR)는, 하류면(82) 및 슈라우드 직경 방향 벽면(73)을 따라 직경 방향 내측으로부터 외측을 향해 흐른다. 이 때, 대류 공간(VC)의 상방에서는, 상기의 주류(FM)가 상하류 방향으로 흐르고 있다. 즉, 리턴류(FR)와 주류(FM)는 서로 직교하는 방향에서 충돌한다. 이와 같이, 주류(FM)와 리턴류(FR)가 서로 직각으로 충돌하는 경우[또는, 주류(FM)와 리턴류(FR)가 혼합하는 경우], 혼합 손실이라고 불리는 에너지 손실이 발생하는 것이 알려져 있다.
그렇지만, 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)에서는, 오목부(8)의 하류면(82)에 볼록부(84)가 형성되어 있기 때문에, 대류 공간(VC) 내에 있어서의 리턴류(FR)의 거동을 바꿀 수 있다. 보다 상세하게는 도 2에 도시되는 바와 같이, 대류 공간(VC)[제 1 공간(V1)] 내에 유입된 리턴류(FR)는, 하류면(82)[제 1 벽면(85)]을 따라 직경 방향 외측으로 유통한 후, 볼록부(84)의 돌출면(84S)에 충돌한다. 돌출면(84S)에 충돌한 리턴류(FR)는, 돌출면(84S)을 따라 방향을 바꿔서, 상류측으로부터 하류측을 향해 흐른다. 그 다음에, 리턴류(FR)의 일부의 성분은, 정익 슈라우드(71)의 슈라우드 직경 방향 벽면(73)에 충돌하여 다시 방향을 바꿔서, 직경 방향 외측으로부터 내측을 향해 흐른다. 즉, 볼록부(84)가 마련되어 있는 것에 의해, 리턴류(FR)는 제 1 공간(V1) 내에서 소용돌이[제 1 소용돌이(T1)]를 형성한다. 제 1 소용돌이(T1)는, 제 1 공간(V1) 내에 있어서의 저면(83) 측에서는, 상류측으로부터 하류측을 향해 흐른다. 한편, 제 1 공간(V1) 내에 있어서의 볼록부(84) 측에서는, 제 1 소용돌이(T1)는 하류측으로부터 상류측을 향해 흐른다.
게다가, 이 제 1 소용돌이(T1) 중, 슈라우드 직경 방향 벽면(73)에 충돌한 일부의 성분은, 제 1 소용돌이(T1)로부터 일탈하여, 직경 방향 외측을 향해 흐른다. 즉, 제 1 소용돌이(T1)의 일부는, 상기 제 2 공간(V2)을 향해 흐른다. 이에 의해, 제 2 공간(V2) 내에서도, 상기 제 1 소용돌이(T1)와 마찬가지로 소용돌이[제 2 소용돌이(T2)]가 형성된다. 제 2 소용돌이(T2)의 선회 방향은, 제 1 소용돌이(T1)의 선회 방향과는 다르다. 보다 상세하게는, 제 2 소용돌이(T2)는, 제 2 공간(V2) 내에 있어서의 볼록부(84) 측에서는, 하류측으로부터 상류측을 향해 흐른다. 한편, 제 2 공간(V2) 내에 있어서의 주류(FM) 측에서는, 제 2 소용돌이(T2)는 상류측으로부터 하류측을 향해 흐른다. 즉, 제 2 공간(V2)의 직경 방향 외측[주류(FM)와 접하는 측]에서는, 제 2 소용돌이(T2)와 주류(FM)가, 서로 대체로 동일한 방향을 향해 흐른다. 환언하면, 대류 공간(VC)을 벗어난 리턴류(FR)는, 주류(FM)에 대해 직교하는 일없이 합류할 수 있다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)에서는, 하류면(82)에 있어서의 제 1 벽면(85)과 제 2 벽면(86) 사이에, 하류측을 향해 돌출하는 돌출면(84S)[볼록부(84)]이 형성되어 있다. 이에 의해, 슈라우드 직경 방향 벽면(73)과 하류면(82)에 의해서 축선(Ac) 방향으로부터 둘러싸이는 공간[제 1 공간(V1), 제 2 공간(V2)]에서, 서로 선회 방향이 다른 소용돌이를 형성할 수 있다. 특히, 직경 방향 외측에 위치하는 제 2 공간(V2) 내에서 형성되는 소용돌이는, 정익(7)과 동익(4) 사이를 흐르는 주류(FM)에 대해, 직교하는 일없이 합류한다. 이에 의해, 증기 터빈(100) 내에 있어서의 혼합 손실을 저감할 수 있다.
(제 2 실시형태)
다음에, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해서, 도 3을 참조하여 설명한다. 또한, 상기 제 1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다. 도 3에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)에서는, 하류면(82)에 볼록부(84)가 마련되는 동시에, 정익 슈라우드(71)에 슈라우드 홈부(75)가 형성되어 있다.
슈라우드 홈부(75)는, 상기의 슈라우드 직경 방향 벽면(73) 및 정익 슈라우드(71)의 내주면(74)이 이루는 각부에 형성되어 있다. 즉, 슈라우드 홈부(75)는, 슈라우드 직경 방향 벽면(73)으로부터 상류측으로 후퇴하도록 연장되는 동시에, 상류측을 향함에 따라 점차 직경 방향 내측을 향해 연장되는 곡면에 의해서 형성된다. 슈라우드 홈부(75)를 형성하는 곡면의 상류측의 단부는, 내주면(74)의 하류측의 단부에 접속되고 있다.
게다가, 상기 곡면의 하류측의 단부는 상기의 볼록부(84)[돌출면(84S)]보다 직경 방향 외측에 위치하고 있다. 즉, 볼록부(84)는 슈라우드 홈부(75)의 곡면에 대해서 하류측으로부터 대향하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 볼록부(84)가 하류면(82)에 마련되어 있는 것에 의해서, 대류 공간(VC)[제 1 공간(V1), 제 2 공간(V2)] 내에서, 선회 방향이 서로 다른 2개의 소용돌이[제 1 소용돌이(T1), 제 2 소용돌이(T2)]를 형성할 수 있다. 게다가, 제 1 공간(V1) 내에서 형성되는 제 1 소용돌이(T1)는, 하류면(82)[제 1 벽면(85)]으로부터 슈라우드 직경 방향 벽면(73)을 향할 때에, 상기의 슈라우드 홈부(75)에 의해서 포착된다. 이에 의해, 제 1 소용돌이(T1)의 흐름을 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 제 1 공간(V1)으로부터 다른 영역에의 제 1 소용돌이(T1)의 산일이 저감된다.
(제 3 실시형태)
다음에, 본 발명의 제 3 실시형태에 대해서, 도 4를 참조하여 설명한다. 또한, 상기의 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명은 생략한다. 도 4에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)에서는, 상기 제 2 실시형태에 대해 설명한 볼록부(84) 및 슈라우드 홈부(75)에 더하여, 슈라우드 볼록부(76) 및 제 2 벽면 홈부(87)가 형성되어 있다.
슈라우드 볼록부(76)는 상술한 정익 슈라우드(71)의 슈라우드 직경 방향 벽면(73)에 있어서의 직경 방향 외측의 단부를 포함한 부분에 마련되어 있다. 슈라우드 볼록부(76)는, 슈라우드 직경 방향 벽면(73)으로부터 하류측을 향해 돌출하고 있다. 축선(Ac)을 포함한 단면에서 바라볼 때, 슈라우드 볼록부(76)는 직사각형을 이루고 있다. 정익 슈라우드(71)의 직경 방향 외측을 향하는 면과 슈라우드측 볼록부(76)의 직경 방향 외측을 향하는 면은, 축선(Ac) 방향으로 연속하고 있다. 한편, 슈라우드 볼록부(76)의 직경 방향 내측을 향하는 면은, 슈라우드 직경 방향 벽면(73)에 대해 직교하고 있다. 게다가, 슈라우드 볼록부(76)의 축선(Ac) 방향에 있어서의 치수는, 제 2 저면(83B)의 축선(Ac) 방향에 있어서의 치수보다 충분히 작다. 또한, 슈라우드 볼록부(76)의 하류측의 단부는, 하류면(82) 상에 마련된 볼록부(84)의 상류측의 단부보다 상류측에 위치하고 있다. 즉, 직경 방향으로부터 바라볼 경우, 슈라우드 볼록부(76)의 하류측의 단부와 하류면(82) 상에 마련된 볼록부(84)의 상류측의 단부 사이에는 간극이 형성되어 있다.
제 2 벽면 홈부(87)는 제 2 벽면(86) 상에 있어서, 상기의 볼록부(84)보다 직경 방향 외측의 부분에 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 제 2 벽면 홈부(87)는 로터(1)의 외주면(1S)과 제 2 벽면(86)이 이루는 각부에 형성되어 있다. 즉, 제 2 벽면 홈부(87)는, 제 2 벽면(86)으로부터 하류측으로 후퇴하도록 연장되는 동시에, 하류측을 향함에 따라 점차 직경 방향 외측을 향해 연장되는 곡면에 의해서 형성된다. 제 2 벽면 홈부(87)를 형성하는 곡면의 하류측의 단부는, 로터(1)의 외주면(1S)에 접속되어 있다. 또한, 축선(Ac)의 직경 방향에 있어서의 제 2 벽면 홈부(87)의 치수는, 직경 방향에 있어서의 슈라우드 볼록부(76)의 치수(두께)보다 충분히 크다.
이러한 구성에 의하면, 제 2 공간(V2) 내에서 형성되는 제 2 소용돌이(T2) 중, 직경 방향 내측으로부터 외측을 향하는 성분은, 슈라우드 볼록부(76)에 의해서 안내됨으로써 방향을 바꿔서, 상류측으로부터 하류측을 향해 흐른다. 환원하면, 슈라우드 볼록부(76)가 마련되어 있기 때문에, 제 2 소용돌이(T2)에 있어서의 직경 방향 내측으로부터 외측을 향하는 성분이 주류(FM)에 대해 직교하는 방향에서 충돌할 가능성을 저감할 수 있다. 게다가, 제 2 벽면 홈부(87)가 형성되어 있으므로, 제 2 소용돌이(T2)를 제 2 공간(V2) 내에서 더욱 충분히 포착할 수 있다. 구체적으로는, 제 2 소용돌이(T2)는, 제 2 벽면 홈부(87)의 곡면을 따라 흐르는 것에 의해, 직경 방향 외측으로부터 내측을 향함에 따라 하류측으로부터 상류측으로 점차 방향을 바꾸기 때문에, 제 2 공간(V2) 내에서 안정적으로 선회할 수 있다.
이상과 같이, 슈라우드 직경 방향 벽면(73)과 하류면(82)에 의해서 축선(Ac) 방향으로부터 둘러싸이는 공간[제 1 공간(V1), 제 2 공간(V2)]에서, 서로 선회 방향이 다른 소용돌이를 형성할 수 있다. 특히, 슈라우드 볼록부(76)가 마련되어 있는 것에 의해, 직경 방향 외측에 위치하는 제 2 공간(V2) 내에서 형성되는 제 2 소용돌이(T2)는, 정익(7)과 동익(4) 사이를 흐르는 주류(FM)에 대해, 직교하는 일없이 합류한다. 게다가, 제 2 벽면 홈부(87)가 형성되어 있으므로, 제 2 소용돌이(T2)의 흐름을 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 소용돌이의 산일이 저감되어 안정적으로 소용돌이를 형성할 수 있다. 이에 의해, 증기 터빈(100) 내에 있어서의 혼합 손실을 저감할 수 있다.
(제 4 실시형태)
계속해서, 본 발명의 제 4 실시형태에 대해 도 5를 참조하여 설명한다. 또한, 상기의 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다. 도 5에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)에서는, 슈라우드 직경 방향 벽면(73)에는 상기의 볼록부(76) 등이 형성되어 있지 않은 동시에, 하류면(82)의 형상이 상기의 각 실시형태와는 다르다.
본 실시형태에서는, 하류면(82)에 있어서의 제 1 벽면(85) 및 제 2 벽면(86)의 축선(Ac) 방향에 있어서의 위치가 서로 다르다. 구체적으로는, 제 1 벽면(85)은 제 2 벽면(86)보다 축선(Ac) 방향의 하류측에 마련되어 있다. 게다가, 제 1 벽면(85)의 직경 방향 외측의 단부와 제 2 벽면(86)의 직경 방향 내측의 단부는, 돌출면(84S)에 의해서 서로 접속되고 있다. 돌출면(84S)은 축선(Ac)을 따라 연장되어 있다. 또한, 돌출면(84S)의 하류측의 단부와 제 1 벽면(85)의 직경 방향 외측의 단부는, 서로 곡선 형상으로 접속되고 있다.
제 1 벽면(85) 및 제 2 벽면(86)은 서로 동등한 직경 방향 치수를 갖고 있다. 즉, 하류면(82)은 상기의 돌출면(84S)에 의해서 직경 방향으로 동등 분할되어 있다. 게다가, 하류면(82)과 슈라우드 직경 방향 벽면(73) 사이에는, 축선(Ac) 방향 및 직경 방향으로 확장되는 공간[대류 공간(VC)]이 형성되어 있다. 이 대류 공간(VC)은 돌출면(84S)이 마련되는 직경 방향 위치를 기준으로 하여, 직경 방향 내측으로 확장되는 제 1 공간(V1)과 직경 방향 외측으로 확장되는 제 2 공간(V2)을 갖고 있다.
이러한 구성에 의하면, 제 1 공간(V1) 내에 유입된 증기는, 우선 제 2 저면(83B)을 따라 상류측으로부터 하류측을 향해 흐른다. 그 다음에, 증기는, 제 1 벽면(85)을 따라 직경 방향 내측으로부터 외측을 향한 후, 돌출면(84S)에 의해서 안내됨으로써 방향을 바꿔서, 하류측으로부터 상류측을 향해 흐른다. 이에 의해, 상술한 제 1 실시형태와 마찬가지로, 제 1 공간(V1) 내에서는 소용돌이[제 1 소용돌이(T1)]가 형성된다. 또한, 이 제 2 공간(V2) 내에서는, 제 1 소용돌이(T1)와는 선회 방향이 다른 소용돌이[제 2 소용돌이(T2)]가 형성된다.
이와 같이, 슈라우드 직경 방향 벽면(73)과 하류면(82)에 의해서 축선(Ac) 방향으로부터 둘러싸이는 공간[제 1 공간(V1), 제 2 공간(V2)]에서, 서로 선회 방향이 다른 소용돌이를 형성할 수 있다. 특히, 직경 방향 외측에 위치하는 제 2 공간(V2) 내에서 형성되는 제 2 소용돌이(T2)는, 정익(7)과 동익(4) 사이를 흐르는 주류(FM)에 대해, 직교하는 일없이 합류한다. 이에 의해, 증기 터빈(100) 내에 있어서의 혼합 손실을 저감할 수 있다.
(제 5 실시형태)
다음에, 본 발명의 제 5 실시형태에 대해 도 6을 참조하여 설명한다. 또한, 상기의 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다. 도 6에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)에서는, 하류면(82)이 상기 제 4 실시형태와 마찬가지로 구성되어 있는 것에 더하여, 정익 슈라우드(71)에 상기 제 2 실시형태에 대해 설명한 슈라우드 홈부(75)가 형성되어 있다. 슈라우드 홈부(75)의 직경 방향 외측의 단부는, 돌출면(84S)의 직경 방향 외측의 단부보다 직경 방향 외측에 위치하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 대류 공간(VC)[제 1 공간(V1), 제 2 공간(V2)] 내에서, 선회 방향이 서로 다른 2개의 소용돌이[제 1 소용돌이(T1), 제 2 소용돌이(T2)]를 형성할 수 있다. 게다가, 제 1 공간(V1) 내에서 형성되는 제 1 소용돌이(T1)는, 하류면(82)[제 1 벽면(85)]으로부터 슈라우드 직경 방향 벽면(73)을 향할 때에, 상기의 슈라우드 홈부(75) 및 돌출면(84S)에 의해서 포착된다. 이에 의해, 제 1 소용돌이(T1)의 흐름을 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 제 1 공간(V1)으로부터 다른 영역에의 제 1 소용돌이(T1)의 산일이 저감된다.
(제 6 실시형태)
계속해서, 본 발명의 제 6 실시형태에 대해 도 7을 참조하여 설명한다. 또한, 상기의 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다. 도 7에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)에서는, 상기 제 5 실시형태에 대해 설명한 슈라우드 홈부(75), 및 돌출면(84S)에 더하여, 상기 제 3 실시형태에 대해 설명한 슈라우드 볼록부(76) 및 제 2 벽면 홈부(87)가 형성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 슈라우드 직경 방향 벽면(73)과 하류면(82)에 의해서 축선(Ac) 방향으로부터 둘러싸이는 공간[제 1 공간(V1), 제 2 공간(V2)]에서, 서로 선회 방향이 다른 소용돌이를 형성할 수 있다. 특히, 슈라우드 볼록부(76)가 마련되어 있는 것에 의해, 직경 방향 외측에 위치하는 제 2 공간(V2) 내에서 형성되는 제 2 소용돌이(T2)는, 정익(7)과 동익(4) 사이를 흐르는 주류(FM)에 대해, 직교하는 일없이 합류한다. 게다가, 제 2 벽면 홈부(87)가 형성되어 있으므로, 제 2 소용돌이(T2)의 흐름을 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 소용돌이의 산일이 저감되어 안정적으로 소용돌이를 형성할 수 있다. 이에 의해, 증기 터빈(100) 내에 있어서의 혼합 손실을 저감할 수 있다.
게다가, 제 1 공간(V1) 내에서 형성되는 제 1 소용돌이(T1)는, 하류면(82)[제 1 벽면(85)]으로부터 슈라우드 직경 방향 벽면(73)을 향할 때에, 상기의 슈라우드 홈부(75) 및 돌출면(84S)에 의해서 포착된다. 이에 의해, 제 1 소용돌이(T1)의 흐름을 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 제 1 공간(V1)으로부터 다른 영역에의 제 1 소용돌이(T1)의 산일이 저감된다.
(제 7 실시형태)
다음에, 본 발명의 제 7 실시형태에 대해서, 도 8을 참조하여 설명한다. 또한, 상기의 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다. 도 8에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)에서는, 정익 슈라우드(71)의 슈라우드 직경 방향 벽면(73)에, 상기의 슈라우드 볼록부(76)와는 다른 슈라우드 볼록부(77)가 형성되는 동시에, 하류면(82)은 상기 제 4 실시형태와 마찬가지로 구성되어 있다. 슈라우드 볼록부(77)는 정익 슈라우드(71)의 슈라우드 직경 방향 벽면(73)에 있어서의 직경 방향 내측의 영역에 마련되어 있다. 슈라우드 볼록부(77)는 돌출면(84S)보다 직경 방향 내측에 마련되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 슈라우드 직경 방향 벽면(73)과 하류면(82)에 의해서 축선(Ac) 방향으로부터 둘러싸이는 공간[제 1 공간(V1), 제 2 공간(V2)]에서, 서로 선회 방향이 다른 소용돌이를 형성할 수 있다. 직경 방향 외측에 위치하는 제 2 공간(V2) 내에서 형성되는 제 2 소용돌이(T2)는, 정익(7)과 동익(4) 사이를 흐르는 주류(FM)에 대해, 직교하는 일없이 합류한다. 게다가, 슈라우드 볼록부(77)가 형성되어 있으므로, 제 1 소용돌이(T1)의 흐름을 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 소용돌이의 산일이 저감되는 것에 의해, 안정적으로 소용돌이를 형성할 수 있다. 이에 의해, 증기 터빈(100) 내에 있어서의 혼합 손실을 저감할 수 있다.
(제 8 실시형태)
계속해서, 본 발명의 제 8 실시형태에 대해서, 도 9를 참조하여 설명한다. 또한, 상기의 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다. 도 9에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)에서는, 슈라우드 직경 방향 벽면(73)에, 상기의 제 7 실시형태에 대해 설명한 슈라우드 볼록부(77), 및 상기의 제 3 실시형태에 대해 설명한 슈라우드 볼록부(76)가 마련되어 있다. 슈라우드 볼록부(76) 및 슈라우드 볼록부(77)의 돌출 치수[축선(Ac) 방향에 있어서의 치수]는 서로 동일하게 되어 있다.
게다가, 하류면(82)에는 상기의 제 3 실시형태에 대해 설명한 제 2 벽면 홈부(87)가 형성되는 동시에, 제 1 벽면(85)과 제 2 벽면(86)의 축선(Ac) 방향에 있어서의 위치가 다르다. 즉, 제 1 벽면(85)과 제 2 벽면(86) 사이에, 직경 방향 내측을 향하는 돌출면(84S)이 형성되어 있다.
이러한 구성에 의하면, 슈라우드 직경 방향 벽면(73)과 하류면(82)에 의해서 축선(Ac) 방향으로부터 둘러싸이는 공간[제 1 공간(V1), 제 2 공간(V2)]에서, 서로 선회 방향이 다른 소용돌이를 형성할 수 있다. 특히, 슈라우드 볼록부(76)가 마련되어 있는 것에 의해, 직경 방향 외측에 위치하는 제 2 공간(V2) 내에서 형성되는 제 2 소용돌이(T2)는, 정익(7)과 동익(4) 사이를 흐르는 주류(FM)에 대해, 직교하는 일없이 합류한다. 게다가, 제 2 벽면 홈부(87)가 형성되어 있으므로, 제 2 소용돌이(T2)의 흐름을 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 소용돌이의 산일이 저감되어 안정적으로 소용돌이를 형성할 수 있다. 이에 의해, 증기 터빈(100) 내에 있어서의 혼합 손실을 저감할 수 있다.
게다가, 슈라우드 볼록부(77)가 형성되어 있으므로, 제 1 소용돌이(T1)의 흐름을 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 소용돌이의 산일이 저감되는 것에 의해, 안정적으로 소용돌이를 형성할 수 있다. 이에 의해, 증기 터빈(100) 내에 있어서의 혼합 손실을 저감할 수 있다.
(제 9 실시형태)
다음에, 본 발명의 제 9 실시형태에 대해서, 도 10을 참조하여 설명한다. 또한, 상기의 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다. 도 10에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)에서는, 상기 제 2 실시형태와 마찬가지로, 정익 슈라우드(71)에 슈라우드 홈부(75)가 형성되고, 하류면(82)에 볼록부(84)가 마련되어 있다. 이 중, 볼록부(84)의 형상이 상기 제 2 실시형태와는 다르다.
보다 구체적으로는, 이 볼록부(84)와 하류면(82)의 접속 부분은 곡면 형상을 이루고 있다. 즉, 하류면(82)의 제 1 벽면(85)과 볼록부(84)의 직경 방향 내측의 면[돌출면(84S)] 사이의 영역은, 매끄럽게 만곡하는 곡면 형상을 이루고 있다. 게다가 환언하면, 영역은, 제 1 벽면(85)으로부터 돌출면(84S)을 향함에 따라, 하류측으로부터 상류측을 향해 서서히 만곡하고 있다.
마찬가지로 하여, 제 2 벽면(86)과 볼록부(84)의 직경 방향 외측의 면 사이의 영역도, 매끄럽게 만곡하는 곡면 형상을 이루고 있다. 환언하면, 영역은, 제 2 벽면(86)으로부터 볼록부(84)의 직경 방향 외측의 면을 향함에 따라, 하류측으로부터 상류측을 향해 서서히 만곡하고 있다.
이러한 구성에 의하면, 볼록부(84)가 하류면(82)에 마련되어 있는 것에 의해서, 대류 공간(VC)[제 1 공간(V1), 제 2 공간(V2)] 내에서, 선회 방향이 서로 다른 2개의 소용돌이[제 1 소용돌이(T1), 제 2 소용돌이(T2)]를 형성할 수 있다. 게다가, 제 1 공간(V1) 내에서 형성되는 제 1 소용돌이(T1)는, 하류면(82)[제 1 벽면(85)]으로부터 슈라우드 직경 방향 벽면(73)을 향할 때에, 상기의 슈라우드 홈부(75)에 의해서 포착된다. 이에 의해, 제 1 소용돌이(T1)의 흐름을 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 제 1 공간(V1)으로부터 다른 영역에의 제 1 소용돌이(T1)의 산일이 저감된다. 게다가, 볼록부(84)와 하류면(82)의 접속 부분이 곡면 형상을 이루고 있으므로, 곡면 형상을 따라 제 1 소용돌이(T1) 및 제 2 소용돌이(T2)를 보다 원활하게 안내할 수 있다.
(제 10 실시형태)
다음에, 본 발명의 제 10 실시형태에 대해서, 도 11을 참조하여 설명한다. 또한, 상기의 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다. 도 11에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)에서는, 상기 제 2 실시형태와 마찬가지로, 정익 슈라우드(71)에 슈라우드 홈부(75)가 형성되고, 하류면(82)에 볼록부(84)가 마련되어 있다. 이 중, 볼록부(84)의 형상이 상기 제 2 실시형태와는 다르다.
보다 구체적으로는, 이 볼록부(84)의 상류측의 단부는 원호 형상으로 만곡하고 있다. 즉, 볼록부(84)는, 하류면(82)으로부터 상류측을 향해 돌출하는 동시에, 게다가 그 상류측의 단부는 무딘 형상을 이루고 있다. 게다가 환언하면, 볼록부(84)의 직경 방향 내측의 면[돌출면(84S)]과 볼록부(84)의 상류측의 단면, 및 볼록부(84)의 직경 방향 외측의 면과 볼록부(84)의 상류측의 단면은, 직경 방향으로부터 바라볼 때 각각 곡선 형상으로 접속되고 있다.
이러한 구성에 의하면, 볼록부(84)가 하류면(82)에 마련되어 있는 것에 의해서, 대류 공간(VC)[제 1 공간(V1), 제 2 공간(V2)] 내에서, 선회 방향이 서로 다른 2개의 소용돌이[제 1 소용돌이(T1), 제 2 소용돌이(T2)]를 형성할 수 있다. 게다가, 제 1 공간(V1) 내에서 형성되는 제 1 소용돌이(T1)는, 하류면(82)[제 1 벽면(85)]으로부터 슈라우드 직경 방향 벽면(73)을 향할 때에, 상기의 슈라우드 홈부(75)에 의해서 포착된다. 이에 의해, 제 1 소용돌이(T1)의 흐름을 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 제 1 공간(V1)으로부터 다른 영역에의 제 1 소용돌이(T1)의 산일이 저감된다. 게다가, 본 실시형태에서는 볼록부(84)의 상류측의 단부가 만곡하고 있다. 이에 의해, 예를 들면, 단부에 각부가 형성되어 있는 경우에 비해, 제 1 소용돌이(T1) 및 제 2 소용돌이(T2)의 흐름에 박리를 일으킬 가능성을 저감할 수 있다.
(제 11 실시형태)
다음에, 본 발명의 제 11 실시형태에 대해서, 도 12를 참조하여 설명한다. 또한, 상기의 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다. 도 12에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)에서는, 상기 제 2 실시형태와 마찬가지로, 정익 슈라우드(71)에 슈라우드 홈부(75)가 형성되고, 하류면(82)에 볼록부(84)가 마련되어 있다. 이 중, 슈라우드 홈부(75)의 형상이 상기 제 2 실시형태와는 다르다.
보다 구체적으로는, 이 슈라우드 홈부(75)에 있어서의 하류측을 향하는 면은, 슈라우드 직경 방향 벽면(73) 및 내주면(74)에 대해서 경사지는 평면 형상을 이루고 있다. 환언하면, 이 면은, 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라, 직경 방향 내측로부터 외측을 향해 경사지고 있다.
이러한 구성에 의하면, 볼록부(84)가 하류면(82)에 마련되어 있는 것에 의해서, 대류 공간(VC)[제 1 공간(V1), 제 2 공간(V2)] 내에서, 선회 방향이 서로 다른 2개의 소용돌이[제 1 소용돌이(T1), 제 2 소용돌이(T2)]를 형성할 수 있다. 게다가, 제 1 공간(V1) 내에서 형성되는 제 1 소용돌이(T1)는, 하류면(82)[제 1 벽면(85)]으로부터 슈라우드 직경 방향 벽면(73)을 향할 때에, 상기의 슈라우드 홈부(75)에 의해서 포착된다. 이에 의해, 제 1 소용돌이(T1)의 흐름을 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 제 1 공간(V1)으로부터 다른 영역에의 제 1 소용돌이(T1)의 산일이 저감된다. 게다가, 본 실시형태에서는 슈라우드 홈부(75)에 있어서의 하류측을 향하는 면이, 슈라우드 직경 방향 벽면(73) 및 내주면(74)에 대해 경사지는 평면 형상을 이루고 있다. 이에 의해, 곡면 형상의 가공을 실시함으로써 슈라우드 홈부(75)를 형성하는 경우에 비해, 보다 용이하게 슈라우드 홈부(75)를 얻을 수 있다.
(제 12 실시형태)
다음에, 본 발명의 제 12 실시형태에 대해서, 도 13을 참조하여 설명한다. 또한, 상기의 각 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다. 도 13에 도시되는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 증기 터빈(100)에서는, 상기 제 2 실시형태와 마찬가지로, 정익 슈라우드(71)에 슈라우드 홈부(75)가 형성되고, 하류면(82)에 볼록부(84)가 마련되어 있다. 이 중, 슈라우드 홈부(75)의 형상이 상기 제 2 실시형태와는 다르다.
보다 구체적으로는, 이 슈라우드 홈부(75)에 있어서의 하류측을 향하는 면은 서로 교차하는 2개의 평면에 의해서 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 하류측을 향하는 면은, 경사면(75A)과 수직면(75B)을 갖고 있다. 경사면(75A)은, 하류측으로부터 상류측을 향함에 따라 직경 방향 외측으로부터 내측을 향해 평면 형상으로 연장되어 있다. 수직면(75B)은, 이 경사면(75A)의 직경 방향 내측의 단연부로부터, 축선(Ac)의 직경 방향으로 연장되어 있다. 수직면(75B)의 직경 방향 내측의 단연부는, 정익 슈라우드(71)의 내주면(74)에 접속되고 있다.
이러한 구성에 의하면, 볼록부(84)가 하류면(82)에 마련되어 있는 것에 의해서, 대류 공간(VC)[제 1 공간(V1), 제 2 공간(V2)] 내에서, 선회 방향이 서로 다른 2개의 소용돌이[제 1 소용돌이(T1), 제 2 소용돌이(T2)]를 형성할 수 있다. 게다가, 제 1 공간(V1) 내에서 형성되는 제 1 소용돌이(T1)는, 하류면(82)[제 1 벽면(85)]으로부터 슈라우드 직경 방향 벽면(73)을 향할 때에, 상기의 슈라우드 홈부(75)에 의해서 포착된다. 이에 의해, 제 1 소용돌이(T1)의 흐름을 보다 원활하게 안내할 수 있다. 즉, 제 1 공간(V1)으로부터 다른 영역에의 제 1 소용돌이(T1)의 산일이 저감된다. 게다가, 경사면(75A)과 수직면(75B)에 의해서 슈라우드 홈부(75)가 형성된다. 이들 경사면(75A) 및 수직면(75B)은 모두 평면 형상을 이루고 있으므로, 곡면 형상의 가공을 실시하는 경우에 비해, 보다 용이하게 슈라우드 홈부(75)를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 각 실시형태에 대해 설명했다. 또한, 상기의 구성은 일례이며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 한에 있어서 이에 여러 가지의 변경을 가하는 것이 가능하다.
예를 들면, 상기 각 실시형태에서는, 회전 기계로서 증기 터빈(100)을 적용한 예에 근거하여 설명하였다. 그렇지만, 회전 기계의 태양은 증기 터빈(100)에 한정되지 않고, 광의의 터보 기계에 속하는 것이면, 가스 터빈 등 다른 장치를 회전 기계로서 적용하는 것이 가능하다.
또한, 증기 터빈(100)에 있어서의 동익단(3) 및 정익단(6)의 수나, 핀의 수 등은 상기 실시형태에 따라서는 한정되지 않고, 설계나 사양에 따라 적절하게 결정되어도 좋다.
이 회전 기계에 의하면, 혼합 손실을 저감하는 것에 의해 증기 터빈의 효율을 향상할 수 있다.
1 : 로터 1S : 외주면
2 : 케이싱 3 : 동익단
4 : 동익 5 : 베어링 장치
5A : 저널 베어링 5B : 스러스트 베어링
6 : 정익단 7 : 정익
8 : 오목부 10 : 흡기구
11 : 배기구 20 : 동익 수용부
40 : 동익 본체 41 : 동익 슈라우드
42 : 동익측 핀 70 : 정익 본체
71 : 정익 슈라우드 72 : 정익측 핀
73 : 슈라우드 직경 방향 벽면 74 : 내주면
75 : 슈라우드 홈부 75A : 경사면
75B : 수직면 76 : 슈라우드 볼록부
77 : 슈라우드 볼록부 81 : 상류면
82 : 하류면 83 : 저면
83A : 제 1 저면 83B : 제 2 저면
83C : 단차부 84 : 볼록부
84S : 돌출면 85 : 제 1 벽면
86 : 제 2 벽면 87 : 제 2 벽면 홈부
100 : 증기 터빈 Ac : 축선
FL : 리크류 FM : 주류
FR : 리턴류 T1 : 제 1 소용돌이
T2 : 제 2 소용돌이 V1 : 제 1 공간
V2 : 제 2 공간 VC : 대류 공간

Claims (7)

  1. 유체가 도입되는 케이싱과,
    축선 주위로 회전하고, 외주면에 오목부가 형성된 로터와,
    상기 축선의 직경 방향 외측으로부터 내측을 향해 연장되는 정익 본체, 및 상기 정익 본체의 직경 방향 내측에 마련되고 상기 오목부에 수용된 슈라우드를 갖는 정익과,
    상기 슈라우드의 직경 방향 내측을 향하는 내주면으로부터 상기 오목부의 저면을 향해 돌출하고, 상기 저면과의 사이에서 클리어런스를 형성하는 핀을 구비하고,
    상기 유체는 상기 정익을 거쳐서 하류측을 향해 흐름으로써, 주류를 형성하고,
    상류측으로부터 흘러온 상기 유체 중, 상기 주류를 제외한 성분은, 상기 오목부 내를 향해 흐르는 것에 의해 리크류를 형성하고,
    상기 오목부는 상기 축선 방향 하류측에 직경 방향으로 연장되는 오목부 직경 방향 벽면을 갖고,
    상기 오목부 직경 방향 벽면은, 상기 저면으로부터 직경 방향 외측을 향해 연장되는 제 1 벽면과, 상기 제 1 벽면보다 직경 방향 외측을 향해 더 연장되는 제 2 벽면과, 이들 제 1 벽면과 제 2 벽면 사이에서 상기 제 1 벽면으로부터 상기 축선 방향 상류측으로 돌출하는 돌출면을 갖고,
    상기 슈라우드는 상기 오목부 직경 방향 벽면에 대향하는 슈라우드 직경 방향 벽면을 갖고,
    상기 슈라우드에는, 상기 슈라우드 직경 방향 벽면에 있어서의 상기 돌출면보다 직경 방향 외측의 부분에서 상기 슈라우드 직경 방향 벽면으로부터 후퇴하도록 직경 방향 내측을 향해 상기 슈라우드의 내주면에 접속되는 슈라우드 홈부가 형성되어 있으며,
    상기 돌출면은, 상기 슈라우드 직경 방향 벽면과 상기 오목부 직경 방향 벽면 사이의 공간을, 상기 돌출면보다 직경 방향 내측에 위치하는 제 1 공간과, 상기 돌출면을 사이에 두고 상기 제 1 공간보다 직경 방향 외측에 위치하는 제 2 공간으로 구획하는 것에 의해, 상기 제 1 공간 내 및 상기 제 2 공간 내에 선회 방향이 서로 다른 소용돌이인 리턴류를 형성하고,
    상기 리턴류 중, 상기 제 2 공간에서 형성되는 소용돌이는, 상기 주류가 흐르는 방향을 따르는 회전 방향을 갖는
    회전 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슈라우드 홈부에 있어서의 하류측을 향하는 면은, 상기 슈라우드 직경 방향 벽면으로부터 상류측을 향함에 따라 직경 방향 내측으로 연장되는 경사면과, 상기 경사면의 직경 방향 내측의 단연부로부터 직경 방향 내측으로 연장되고, 상기 슈라우드의 내주면에 접속되는 수직면을 갖는
    회전 기계.
  3. 유체가 도입되는 케이싱과,
    축선 주위로 회전하고, 외주면에 오목부가 형성된 로터와,
    상기 축선의 직경 방향 외측으로부터 내측을 향해 연장되는 정익 본체, 및 상기 정익 본체의 직경 방향 내측에 마련되고 상기 오목부에 수용된 슈라우드를 갖는 정익과,
    상기 슈라우드의 직경 방향 내측을 향하는 내주면으로부터 상기 오목부의 저면을 향해 돌출하고, 상기 저면과의 사이에서 클리어런스를 형성하는 핀을 구비하고,
    상기 유체는 상기 정익을 거쳐서 하류측을 향해 흐름으로써, 주류를 형성하고,
    상류측으로부터 흘러온 상기 유체 중, 상기 주류를 제외한 성분은, 상기 오목부 내를 향해 흐르는 것에 의해 리크류를 형성하고,
    상기 오목부는 상기 축선 방향 하류측에 직경 방향으로 연장되는 오목부 직경 방향 벽면을 갖고,
    상기 오목부 직경 방향 벽면은, 상기 저면으로부터 직경 방향 외측을 향해 연장되는 제 1 벽면과, 상기 제 1 벽면보다 직경 방향 외측을 향해 더 연장되는 제 2 벽면과, 이들 제 1 벽면과 제 2 벽면 사이에서 상기 제 1 벽면으로부터 상기 축선 방향 상류측으로 돌출하는 돌출면을 갖고,
    상기 슈라우드는 상기 오목부 직경 방향 벽면에 대향하는 슈라우드 직경 방향 벽면을 갖고,
    상기 돌출면은, 상기 슈라우드 직경 방향 벽면과 상기 오목부 직경 방향 벽면 사이의 공간을, 상기 돌출면보다 직경 방향 내측에 위치하는 제 1 공간과, 상기 돌출면을 사이에 두고 상기 제 1 공간보다 직경 방향 외측에 위치하는 제 2 공간으로 구획하는 것에 의해, 상기 제 1 공간 내 및 상기 제 2 공간 내에 선회 방향이 서로 다른 소용돌이인 리턴류를 형성하고,
    상기 리턴류 중, 상기 제 2 공간에서 형성되는 소용돌이는, 상기 주류가 흐르는 방향을 따르는 회전 방향을 갖는
    회전 기계.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슈라우드 직경 방향 벽면에 마련되고, 상기 축선 방향 하류측을 향해 돌출하는 슈라우드 볼록부를 갖는
    회전 기계.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 벽면에는, 상기 제 2 벽면으로부터 후퇴하도록 직경 방향 외측을 향하여 상기 외주면에 접속되는 제 2 벽면 홈부가 형성되어 있는
    회전 기계.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 벽면과 상기 제 2 벽면은, 상기 축선 방향에 있어서의 동일한 위치에 마련되고, 상기 제 1 벽면 및 제 2 벽면 사이에는 상기 축선 방향 상류측을 향해 돌출하는 볼록부가 형성되는 동시에, 상기 돌출면은 상기 볼록부의 직경 방향 내측의 면을 이루는
    회전 기계.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 벽면은, 상기 제 2 벽면보다 상기 축선 방향에 있어서의 하류측에 마련되고, 상기 돌출면은 상기 제 1 벽면의 직경 방향 외측의 단부와 상기 제 2 벽면의 직경 방향 내측의 단부를 접속하는
    회전 기계.
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