KR102359701B1

KR102359701B1 - 축류 터빈

Info

Publication number: KR102359701B1
Application number: KR1020190162419A
Authority: KR
Inventors: 다카노리 시바타
Original assignee: 미츠비시 파워 가부시키가이샤
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2022-02-09
Also published as: DE102019220257B4; DE102019220257A1; KR20200104788A; CN111622809B; US20200271007A1; CN111622809A; JP7122274B2; JP2020139429A; US11168576B2

Abstract

누설 유체의 주위 방향 속도 성분을 효과적으로 제거하는 동시에, 동력 회수를 도모할 수 있는 축류 터빈을 제공한다.
축류 터빈의 슈라우드(6)는, 로터 축 방향의 상류측을 향해 돌출되는 환상의 제1 돌기부(16)와, 제1 돌기부(16)보다 로터 반경 방향의 외측에 위치하고, 로터 축 방향의 상류측을 향해 돌출됨과 함께 제1 돌기부(16)보다 긴 환상의 제2 돌기부(17)와, 제1 돌기부(16)와 제2 돌기부(17) 사이에서 형성된 순환류 생성실(18)과, 순환류 생성실(18) 내에 위치하는 복수의 안내판(19)을 갖는다. 순환류 생성실(18)은, 누설 유체의 일부가 제1 돌기부(16)의 선단면에 충돌하여 로터 반경 방향의 외측을 향하고, 그 후, 제2 돌기부(17)의 내주면에 충돌하여 로터 반경 방향의 내측을 향하는 순환류 A1을 생성하도록 구성되어 있다. 복수의 안내판(19)은, 로터 반경 방향의 내측을 향해 로터 회전 방향과는 반대측으로 경사진다.

Description

축류 터빈{AXIAL FLOW TURBINE}

본 발명은, 발전 플랜트의 증기 터빈이나 가스 터빈 등에 사용되는 축류 터빈에 관한 것이다.

축류 터빈은, 예를 들어 환상의 다이어프램 외륜과 환상의 다이어프램 내륜 사이에 마련된 복수의 정익과, 이들 정익의 하류측에 위치하도록, 로터의 외주측에 마련된 복수의 동익과, 이들 동익의 외주측에 마련된 환상의 슈라우드를 구비하고 있다. 다이어프램 외륜의 내주면에는, 슈라우드를 수납하는 환상의 홈부가 형성되어 있고, 이 홈부와 슈라우드 사이에 간극 유로(바이패스 유로)가 형성되어 있다. 그리고 작동 유체(상세하게는, 증기 또는 가스 등)의 일부는, 누설 유체로서, 주 유로의 정익의 하류측(바꾸어 말하면, 동익의 상류측)으로부터 간극 유로로 유입되고, 간극 유로로부터 주 유로의 동익의 하류측으로 유출된다. 그 때문에, 누설 유체의 에너지가 로터의 동력으로서 이용되지 않아, 바이패스 손실이 발생한다. 일반적으로, 바이패스 손실을 저감하기 위해(바꾸어 말하면, 누설 유체의 유량을 저감하기 위해), 간극 유로에는 복수 단의 시일 핀이 마련되어 있다.

주 유로의 정익의 하류측으로부터 간극 유로로 유입된 누설 유체는, 큰 주위 방향 속도 성분을 갖는다. 그 때문에, 특허문헌 1에서는, 예를 들어 슈라우드의 상류측 측면에 복수의 홈이 형성되어 있다. 복수의 홈은, 로터 반경 방향의 외측을 향해 로터 회전 방향과는 반대측으로 경사져 있어, 누설 유체의 흐름 방향을 안내한다. 이에 의해, 누설 유체의 주위 방향 속도 성분을 저감함과 함께, 동력 회수를 도모하도록 되어 있다.

일본 특허 공개 제2012-137006호 공보

그러나 상기 종래 기술에는 이하와 같은 개선의 여지가 있었다. 즉, 특허문헌 1에 기재된 종래 기술에서는, 누설 유체의 흐름 방향을 전향하기 위해, 누설 유체를 복수의 홈에 통과시킬 뿐이다. 그 때문에, 홈의 수를 증가시키지 않으면, 누설 유체의 흐름 방향을 전향하는 효과를 충분히 끌어낼 수 없어, 누설 유체의 주위 방향 속도 성분을 제거하는 효과가 얻어지지 않는다. 따라서, 누설 유체의 주위 방향 속도 성분을 기인으로 한 혼합 손실(상세하게는, 누설 유체가 간극 유로로부터 유출되어, 동익을 통과한 작동 유체와 합류할 때에 발생하는 손실)을 저감하는 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 또한, 누설 유체의 주위 방향 속도 성분을 기인으로 한 회전체의 불안정 진동을 억제하는 효과가 충분히 얻어지지 않는다.

본 발명의 목적은, 혼합 손실의 저감 효과 및 불안정 진동의 억제 효과를 높이는 동시에, 동력 회수를 도모할 수 있는 축류 터빈을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 정지체의 내주측에 마련되고, 주위 방향으로 배열된 복수의 정익과, 회전체의 외주측에 마련되고, 주위 방향으로 배열된 복수의 동익과, 상기 복수의 정익이 배치됨과 함께, 그것들의 하류측에 상기 복수의 동익이 배치되어, 작동 유체가 유통하는 주 유로와, 상기 복수의 동익의 외주측에 마련된 슈라우드와, 상기 정지체에 형성되고, 상기 슈라우드를 수납하는 환상의 홈부와, 상기 홈부와 상기 슈라우드 사이에서 형성되고, 작동 유체의 일부가 누설 유체로서 상기 주 유로의 상기 정익의 하류측으로부터 유입되어 상기 주 유로의 상기 동익의 하류측으로 유출되는 간극 유로와, 상기 간극 유로에 마련된 복수 단의 시일 핀을 갖는 축류 터빈에 있어서, 상기 슈라우드에 형성되고, 상기 회전체의 축 방향의 상류측을 향해 돌출되는 환상의 제1 돌기부와, 상기 제1 돌기부보다 상기 회전체의 반경 방향의 외측에 위치하도록 상기 슈라우드에 형성되고, 상기 회전체의 축 방향의 상류측을 향해 돌출됨과 함께 상기 제1 돌기부보다 길거나 혹은 동일한 길이인 환상의 제2 돌기부와, 상기 제1 돌기부와 상기 제2 돌기부의 사이에서 형성된 순환류 생성실과, 상기 순환류 생성실 내에 위치하도록 상기 슈라우드에 형성된 복수의 안내판을 더 갖고, 상기 순환류 생성실은, 상기 누설 유체의 일부가 상기 제1 돌기부의 선단면에 충돌하여 상기 회전체의 반경 방향의 외측을 향하고, 그 후, 상기 제2 돌기부의 내주면에 충돌하여 상기 회전체의 반경 방향의 내측을 향하는 순환류를 생성하도록 구성되어 있고, 상기 복수의 안내판은, 상기 회전체의 반경 방향의 내측을 향해 상기 회전체의 회전 방향과는 반대측으로 경사진다.

본 발명에 따르면, 혼합 손실의 저감 효과 및 불안정 진동의 억제 효과를 높이는 동시에, 동력 회수를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 증기 터빈의 부분 구조를 모식적으로 도시하는 로터 축 방향의 단면도이다.
도 2는 도 1 중 Ⅱ부의 부분 확대 단면도이며, 간극 유로의 상세 구조를 도시한다.
도 3은 도 1 중 단면 Ⅲ-Ⅲ에 의한 로터 주위 방향의 단면도이며, 주 유로 내의 흐름을 도시한다.
도 4는 도 2 중 단면 Ⅳ-Ⅳ에 의한 로터 반경 방향의 단면도이며, 간극 유로 내의 상대적인 흐름을 도시한다.
도 5는 도 1 중 단면 Ⅴ-Ⅴ에 의한 로터 주위 방향의 단면도이며, 주 유로 내의 흐름과 함께, 간극 유로 내의 절대적인 흐름을 도시한다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태 및 종래 기술에 있어서의 동익 손실 계수의 분포를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 간극 유로의 상세 구조를 도시하는 부분 확대 단면도이다.
도 8은 도 7 중 단면 Ⅷ-Ⅷ에 의한 로터 반경 방향의 단면도이며, 간극 유로 내의 상대적인 흐름을 도시한다.

이하, 본 발명을 증기 터빈에 적용한 경우의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 증기 터빈의 부분 구조(단락 구조)를 모식적으로 도시하는 로터 축 방향의 단면도이다. 도 2는, 도 1중 Ⅱ부의 부분 확대 단면도이며, 간극 유로의 상세 구조를 도시한다. 도 3은, 도 1 중 단면 Ⅲ-Ⅲ에 의한 로터 주위 방향의 단면도이며, 주 유로 내의 흐름을 도시한다. 도 4는, 도 2 중 단면 Ⅳ-Ⅳ에 의한 로터 반경 방향의 단면도이며, 간극 유로 내의 상대적인 흐름(상세하게는, 회전체측을 기준으로 한 흐름)을 도시한다. 또한, 도 4에 있어서는, 편의상, 정지체측의 도시를 생략하고 있다. 도 5는, 도 1 중 단면 Ⅴ-Ⅴ에 의한 로터 주위 방향의 단면도이며, 주 유로 내의 흐름과 함께, 간극 유로 내의 절대적인 흐름(상세하게는, 정지체측을 기준으로 한 흐름)을 도시한다.

본 실시 형태의 증기 터빈은, 케이싱(도시하지 않음)의 내주측에 마련된 환상의 다이어프램 외륜(1)(정지체)과, 이 다이어프램 외륜(1)의 내주측에 마련된 복수의 정익(2)과, 이들 정익(2)의 내주측에 마련된 환상의 다이어프램 내륜(3)을 구비하고 있다. 복수의 정익(2)은, 다이어프램 외륜(1)과 다이어프램 내륜(3) 사이에, 주위 방향으로 소정의 간격으로 배열되어 있다.

또한, 증기 터빈은, 회전축 O를 중심으로 하여 회전하는 로터(4)(회전체)와, 이 로터(4)의 외주측에 마련된 복수의 동익(5)과, 이들 동익(5)의 외주측(바꾸어 말하면, 블레이드 선단측)에 마련된 환상의 슈라우드(6)를 구비하고 있다. 복수의 동익(5)은, 로터(4)와 슈라우드(6) 사이에, 주위 방향으로 소정의 간격으로 배열되어 있다.

증기(작동 유체)의 주 유로(7)는, 다이어프램 외륜(1)의 내주면(8)과 다이어프램 내륜(3)의 외주면(9) 사이에 형성된 유로나, 슈라우드(6)의 내주면(10)과 로터(4)의 외주면(11) 사이에 형성된 유로 등으로 구성되어 있다. 주 유로(7)에는, 복수의 정익(2)(바꾸어 말하면, 하나의 정익 열)이 배치됨과 함께, 그것들의 하류측(도면 중 우측)에 복수의 동익(5)(바꾸어 말하면, 하나의 동익 열)이 배치되어 있고, 이들 정익(2)과 동익(5)의 조합이 하나의 단락을 구성하고 있다. 또한, 도 1에서는, 편의상, 1단밖에 도시되어 있지 않지만, 일반적으로는, 증기의 내부 에너지를 효율적으로 회수하기 위해, 로터 축 방향으로 복수 단 마련되어 있다.

주 유로(7) 내의 증기(주류 증기)는, 도 1 중 백색 바탕 화살표로 나타내는 바와 같이 흐르고 있다. 그리고 정익(2)에 의해 증기의 내부 에너지(바꾸어 말하면, 압력 에너지 등)가 운동 에너지(바꾸어 말하면, 속도 에너지)로 변환되고, 동익(5)에 의해 증기의 운동 에너지가 로터(4)의 회전 에너지로 변환된다. 또한, 로터(4)의 단부에는 발전기(도시하지 않음)가 접속되어 있고, 이 발전기에 의해 로터(4)의 회전 에너지가 전기 에너지로 변환되도록 되어 있다.

주 유로(7) 내의 증기의 흐름(주류)에 대해, 도 3을 사용하여 설명한다. 증기는, 정익(2)의 전방 에지측(도 3 중 좌측)으로부터 절대 속도 벡터 C1(상세하게는, 주위 방향 속도 성분을 거의 갖지 않는 절대적인 흐름)로 유입된다. 그리고 정익(2)의 블레이드 사이를 통과할 때에 증속, 전향되어 절대 속도 벡터 C2(상세하게는, 큰 주위 방향 속도 성분을 갖는 절대적인 흐름)가 되어, 정익(2)의 후방 에지측(도 3 중 우측)으로부터 유출된다. 정익(2)으로부터 유출된 증기의 대부분은, 동익(5)에 충돌하여 로터(4)를 속도 U로 회전시킨다. 이때, 증기는, 동익(5)을 통과할 때에 감속, 전향되어, 상대 속도 벡터 W2로부터 상대 속도 벡터 W3이 된다. 따라서, 동익(5)으로부터 유출되는 증기는, 절대 속도 벡터 C3(상세하게는, 주위 방향 속도 성분을 거의 갖지 않는 절대적인 흐름)이 된다.

또한, 상대 속도 벡터 W2는, 축 방향 속도 성분 W2x와 주위 방향 속도 성분 W2y(단, 로터 회전 방향을 향한 속도 성분)로 표시된다. 상대 속도 벡터 W3은, 축 방향 속도 성분 W3x와 주위 방향 속도 성분 W3y(단, 로터 회전 방향과는 반대측을 향한 속도 성분이며, W3y≒|U|)로 표시된다.

그런데 다이어프램 외륜(1)의 내주면에는, 슈라우드(6)를 수납하는 환상의 홈부(12)가 형성되어 있고, 이 홈부(12)와 슈라우드(6) 사이에 간극 유로(바이패스 유로)(13)가 형성되어 있다. 그리고 증기의 일부는, 누설 증기로서, 주 유로(7)의 정익(2)의 하류측(바꾸어 말하면, 동익(5)의 상류측)으로부터 간극 유로(13)로 유입되고, 간극 유로(13)로부터 주 유로(7)의 동익(5)의 하류측으로 유출된다(누설 흐름). 그 때문에, 누설 증기의 에너지가 유용하게 이용되지 않아, 바이패스 손실이 발생한다. 이 바이패스 손실을 저감하기 위해(바꾸어 말하면, 누설 증기의 유량을 저감하기 위해), 간극 유로(13)에는 래비린스 시일이 마련되어 있다.

본 실시 형태의 래비린스 시일에서는, 홈부(12)의 내주면에 환상의 시일 핀(14A∼14D)이 마련되어 있고, 이들 시일 핀(14A∼14D)은, 로터 축 방향으로 소정의 간격으로 배치되어 있다. 슈라우드(6)의 외주측에는, 제1 단의 시일 핀(14A)과 제4 단의 시일 핀(14D) 사이에 위치하도록, 환상의 단차부(융기부)(15)가 형성되어 있다.

주 유로(7)의 정익(2)의 하류측에 있어서의 주류 증기는, 도 3에 도시하는 바와 같이 주위 방향 속도 성분 (W2y+U)를 갖는 절대적인 흐름으로 되어 있고, 간극 유로(13)로 유입된 누설 증기도, 주위 방향 속도 성분 (W2y+U)를 갖는 절대적인 흐름(바꾸어 말하면, 주위 방향 속도 성분 W2y를 갖는 상대적인 흐름)으로 되어 있다. 그리고 후술하는 제1 돌기부, 제2 돌기부, 순환류 생성실, 및 복수의 안내판을 갖지 않는 종래 기술에서는, 간극 유로(13)로부터 주 유로(7)의 동익(5)의 하류측으로 유출되는 누설 증기도, 주위 방향 속도 성분 (W2y+U)를 갖는 절대적인 흐름(바꾸어 말하면, 주위 방향 속도 성분 W2y를 갖는 상대적인 흐름)이 된다. 한편, 주 유로(7)에서 동익(5)을 통과한 주류 증기는, 도 3에 도시하는 바와 같이 주위 방향 속도 성분을 거의 갖지 않는 절대적인 흐름(바꾸어 말하면, 주위 방향 속도 성분 W3y를 갖는 상대적인 흐름)으로 되어 있다. 그 때문에, 도 6 중 점선으로 나타내는 바와 같이, 블레이드 선단 부근의 영역에 있어서의 동력 손실 계수가 커져, 혼합 손실이 커진다. 또한, 간극 유로(13) 내의 누설 증기는, 큰 주위 방향 속도 성분 (W2y+U)를 가지므로, 이것을 기인으로 한 로터(4)의 불안정 진동이 발생하기 쉽다.

그래서 본 실시 형태의 특징으로서, 슈라우드(6)의 상류측 측면에는, 로터 축 방향의 상류측을 향해 돌출되는 환상의 돌기부(16, 17)가 형성되어 있다. 제1 돌기부(16)는, 슈라우드(6)의 상류측 측면에 있어서의 로터 반경 방향의 내측의 에지부에 위치하고, 제1 돌기부(16)의 내주면과 상술한 슈라우드(6)의 내주면(10) 사이에 단차가 없도록 형성되어 있다. 제2 돌기부(17)는, 슈라우드(6)의 상류측 측면에 있어서의 로터 반경 방향의 외측의 에지부에 위치하고, 제1 돌기부(16)보다 길게 되어 있다. 그리고 제1 돌기부(16)의 외주면, 제2 돌기부(17)의 내주면, 및 슈라우드(6)의 상류측 측면에 의해 순환류 생성실(2차 흐름 생성실)(18)이 형성되어 있고, 순환류(2차 흐름) A1을 생성하도록 되어 있다. 상세하게 설명하면, 간극 유로(13)로 유입된 누설 증기의 일부가 제1 돌기부(16)의 선단면에 충돌하여 로터 반경 방향의 외측을 향하고, 그 후, 제2 돌기부(17)의 내주면에 충돌하여 로터 반경 방향의 내측을 향하는 순환류 A1을 생성하도록 되어 있다. 바꾸어 말하면, 로터 축 방향의 하류측 또한 로터 반경 방향의 내측으로 도는 순환류 A1을 생성하도록 되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 제2 돌기부(17)는, 제1 돌기부(16)보다 길게 되어 있지만, 동일한 길이여도 된다. 또한, 제1 돌기부(16)의 선단면은, 로터 반경 방향으로 연장되어 경사져 있지는 않지만, 로터 반경 방향의 외측을 향해 로터 축 방향의 하류측으로 경사져도 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제2 돌기부(17)의 내주면은, 로터 축 방향의 하류측을 향해 로터 반경 방향의 내측으로 경사져 있기는 하지만, 로터 축 방향으로 연장되어 경사지지 않아도 된다.

본 실시 형태의 특징으로서, 슈라우드(6)의 상류측 측면에는, 순환류 생성실(18) 내에 위치하는 복수의 안내판(19)이 형성되어 있다. 복수의 안내판(19)은, 주위 방향으로 소정의 간격으로 배열되고, 로터 반경 방향의 내측을 향해 로터 회전 방향과는 반대측으로 경사져 있다. 또한, 로터 반경 방향에 대한 안내판(19)의 경사각 θ는, 로터 반경 방향에 대한 후술하는 상대 속도 벡터 W2'의 경사각보다 크게 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 안내판(19)의 경사각 θ는 30° 정도이기는 하지만, 사양 조건에 따라서 변경된다.

주 유로(7)의 정익(2)의 하류측으로부터 간극 유로(13)로 유입된 누설 증기는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 주위 방향 속도 성분 W2y와 반경 방향 성분 W2z로 표시되는 상대 속도 벡터 W2'을 갖는다. 그 때문에, 순환류 생성실(18)로 유입되는 누설 증기의 일부도, 상대 속도 벡터 W2'을 갖는다. 그러나 순환류 생성실(18) 내의 누설 증기는, 로터 반경 방향의 외측으로부터 내측을 향할 때에 안내판(19)을 따라 흐름으로써, 도 4에 도시하는 바와 같이, 주위 방향 속도 성분(단, 로터 회전 방향과는 반대측을 향한 속도 성분)을 갖는 순환류 A1'(상대적인 흐름)이 된다. 그리고 이와 같이 생성된 순환류 A1'의 간섭에 의해, 누설 증기의 상대적인 흐름 B1'에 대해, 주위 방향 속도 성분(단, 로터 회전 방향과는 반대측을 향한 속도 성분)을 효과적으로 부여할 수 있다. 구체적으로는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 주위 방향 속도 성분 W4y(단, 로터 회전 방향과는 반대측에 향한 속도 성분이며, W4y≒|U|)와 반경 방향 성분 W4z로 표시되는 상대 속도 벡터 W4가 된다.

달리 말하면, 주위 방향 속도 성분(단, 로터 회전 방향과는 반대측을 향한 속도 성분)을 갖는 순환류 A1(절대적인 흐름)의 간섭에 의해, 누설 증기가 절대적인 흐름 B1(도 5 참조)에 대해, 주위 방향 속도 성분을 효과적으로 제거할 수 있다. 이에 의해, 간극 유로(13)로부터 주 유로(7)의 동익(5)의 하류측으로 유출되는 누설 증기의 절대적인 흐름 B2(도 5 참조)도, 주위 방향 속도 성분을 거의 갖지 않는다. 그 때문에, 도 6 중 실선으로 나타내는 바와 같이, 블레이드 선단 부근의 영역에 있어서의 동력 손실 계수를 저감할 수 있어, 혼합 손실을 저감할 수 있다. 또한, 로터(4)의 불안정 진동을 억제할 수 있다. 또한, 복수의 안내판(19)에 의해 누설 증기의 에너지를 동력으로서 회수할 수 있다.

따라서, 본 실시 형태에 있어서는, 혼합 손실의 저감 효과 및 불안정 진동의 억제 효과를 높이는 동시에, 동력 회수를 도모할 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에 있어서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 안내판(19)은, 평판인 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 변형이 가능하다. 안내판은, 예를 들어 곡판이며, 로터 반경 방향의 내측을 향해 로터 회전 방향과는 반대측으로 점차 경사져도 된다. 이 경우도, 상기와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 제1 실시 형태에 있어서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 안내판(19)의 주위 방향 간격(각도 환산)은, 동익(5)의 주위 방향 간격(각도 환산)에 대해 1/8이 되는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 변형이 가능하다. 누설 증기의 유량에 따라서, 안내판(19)의 주위 방향 간격을 변경해도 된다. 또한, 누설 증기의 유량의 분포가 불균일하면, 이것에 따라서 안내판(19)의 주위 방향 간격을 불균일하게 해도 된다.

또한, 제1 실시 형태에 있어서, 래비린스 시일은, 4단의 시일 핀(14A∼14D)과 하나의 단차부(15)를 갖는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서 변형 가능하다. 즉, 시일 핀의 단수는, 4개에 한정되지 않고, 2개, 3개, 또는 5개 이상이어도 된다. 또한, 래비린스 시일은, 단차부를 갖지 않아도 되고, 2개 이상의 단차부를 가져도 된다. 이들의 경우도 상기와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 제2 실시 형태를, 도 7 및 도 8에 의해 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태와 동등한 부분은 동일한 부호를 붙이고, 적절하게 설명을 생략한다.

도 7은, 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 간극 유로의 상세 구조를 도시하는 부분 확대 단면도이다. 도 8은, 도 7 중 단면 Ⅷ-Ⅷ에 의한 로터 반경 방향의 단면도이며, 간극 유로 내의 상대적인 흐름을 도시한다. 또한, 도 8에 있어서는, 편의상, 정지체측의 도시를 생략하고 있다.

본 실시 형태에서는, 홈부(12)의 내주면에 환상의 시일 핀(14A, 14B)이 마련되어 있다. 슈라우드(6)의 외주면에는, 시일 핀(14A, 14B)의 사이에 위치하도록, 로터 반경 방향의 외측을 향해 돌출되는 환상의 제3 돌기부(20)가 형성되어 있다. 제3 돌기부의 상류측 측면에는, 로터 축 방향의 상류측을 향해 돌출되는 환상의 돌기부(16A, 17A)가 형성되어 있다. 제2 돌기부(17A)의 선단부에는, 로터 반경 방향의 내측을 향해 돌출되는 환상의 제4 돌기부(21)가 형성되어 있다. 제4 돌기부(21)의 하류측 측면은, 로터 반경 방향의 외측을 향해 로터 축 방향의 하류측으로 경사져 있다. 제2 돌기부(17A)의 외주측에는, 로터 반경 방향의 외측을 향해 연장되는 환상의 시일 핀(22)(회전체측 시일 핀)이 마련되어 있다.

제1 돌기부(16A)는, 제3 돌기부(20)의 상류측 측면에 있어서의 로터 반경 방향의 내측의 에지부에 위치하고 있고, 시일 핀(14A)(정지체측 시일 핀)의 선단과 슈라우드(6)의 외주면의 간극에 대해, 로터 반경 방향에 있어서의 위치가 동일하다. 제2 돌기부(17A)는, 제3 돌기부(20)의 상류측 측면에 있어서의 로터 반경 방향의 외측의 에지부에 위치하고, 제1 돌기부(16A)보다 길게 되어 있다. 그리고 제1 돌기부(16A)의 외주면, 제2 돌기부(17A)의 내주면, 및 제3 돌기부(20)의 상류측 측면에 의해 순환류 생성실(18A)이 형성되어 있고, 순환류 A2를 생성하도록 되어 있다. 상세하게 설명하면, 시일 핀(14A)의 선단과 슈라우드(6)의 외주면의 간극을 통과한 누설 증기의 일부가 제1 돌기부(16A)의 선단면에 충돌하여 로터 반경 방향의 외측을 향하고, 그 후, 제4 돌기부(21)의 하류측 측면 및 제2 돌기부(17A)의 내주면에 충돌하여 로터 반경 방향의 내측을 향하는 순환류 A2를 생성하도록 되어 있다. 바꾸어 말하면, 로터 축 방향의 하류측 또한 로터 반경 방향의 내측으로 도는 순환류 A2를 생성하도록 되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 제2 돌기부(17A)는, 제1 돌기부(16A)보다 길게 되어 있기는 하지만, 동일한 길이여도 된다. 또한, 제1 돌기부(16A)의 선단면은, 로터 반경 방향으로 연장되어 경사져 있지는 않지만, 로터 반경 방향의 외측을 향해 로터 축 방향의 하류측으로 경사져도 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제2 돌기부(17A)의 선단부에 제4 돌기부(21)가 형성되어 있기는 하지만, 제4 돌기부(21)가 형성되지 않아도 된다.

본 실시 형태의 특징으로서, 제3 돌기부(20)의 상류측 측면에는, 순환류 생성실(18A) 내에 위치하는 복수의 안내판(19A)이 형성되어 있다. 복수의 안내판(19A)은, 주위 방향으로 소정의 간격으로 배열되고, 로터 반경 방향의 내측을 향해 로터 회전 방향과는 반대측으로 경사져 있다. 또한, 로터 반경 방향에 대한 안내판(19A)의 경사각 θ는, 로터 반경 방향에 대한 상대 속도 벡터 W2'의 경사각보다 크게 되어 있다.

시일 핀(14A)의 선단과 슈라우드(6)의 외주면의 간극을 통과한 누설 증기는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 주위 방향 속도 성분 W2y와 반경 방향 성분 W2z로 표시되는 상대 속도 벡터 W2'을 갖는다. 그 때문에, 순환류 생성실(18A)로 유입되는 누설 증기의 일부도, 상대 속도 벡터 W2'을 갖는다. 그러나 순환류 생성실(18A) 내의 누설 증기는, 로터 반경 방향의 외측으로부터 내측을 향할 때에 안내판(19A)을 따라 흐름으로써, 도 8에 도시하는 바와 같이, 주위 방향 속도 성분(단, 로터 회전 방향과는 반대측을 향한 속도 성분)을 갖는 순환류 A2'(상대적인 흐름)이 된다. 그리고 이와 같이 생성된 순환류 A2'의 간섭에 의해, 누설 증기의 상대적인 흐름 B3'에 대해, 주위 방향 속도 성분(단, 로터 회전 방향과는 반대측을 향한 속도 성분)을 효과적으로 부여할 수 있다. 구체적으로는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 주위 방향 속도 성분 W4y(단, 로터 회전 방향과는 반대측을 향한 속도 성분이며, W4y≒|U|)와 반경 방향 성분 W4z로 표시되는 상대 속도 벡터 W4가 된다.

달리 말하면, 주위 방향 속도 성분(단, 로터 회전 방향과는 반대측을 향한 속도 성분)을 갖는 순환류 A2(절대적인 흐름)의 간섭에 의해, 누설 증기의 절대적인 흐름 B3에 대해, 주위 방향 속도 성분을 효과적으로 제거할 수 있다. 이에 의해, 간극 유로(13)로부터 주 유로(7)의 동익(5)의 하류측으로 유출되는 누설 증기의 절대적인 흐름 B4도, 주위 방향 속도 성분을 거의 갖지 않는다. 그 때문에, 혼합 손실을 저감할 수 있다. 또한, 로터(4)의 불안정 진동을 억제할 수 있다. 또한, 복수의 안내판(19A)에 의해 누설 증기의 에너지를 동력으로서 회수할 수 있다.

따라서, 본 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 혼합 손실의 저감 효과 및 불안정 진동의 억제 효과를 높이는 동시에, 동력 회수를 도모할 수 있다.

또한, 이상에 있어서는, 본 발명의 적용 대상으로서, 축류 터빈 중 하나인 증기 터빈을 예로 들어 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 가스 터빈 등에 적용해도 된다. 이 경우도, 상기와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

1: 다이어프램 외륜
2: 정익
4: 로터
5: 동익
6: 슈라우드
7: 주 유로
12: 홈부
13: 간극 유로
14A∼14D: 시일 핀
16, 16A: 제1 돌기부
17, 17A: 제2 돌기부
18, 18A: 순환류 생성실
19, 19A: 안내판
20: 제3 돌기부
21: 제4 돌기부
22: 시일 핀

Claims

정지체의 내주측에 마련되고, 주위 방향으로 배열된 복수의 정익과,
회전체의 외주측에 마련되고, 주위 방향으로 배열된 복수의 동익과,
상기 복수의 정익이 배치됨과 함께, 그것들의 하류측에 상기 복수의 동익이 배치되어, 작동 유체가 유통하는 주 유로와,
상기 복수의 동익의 외주측에 마련된 슈라우드와,
상기 정지체에 형성되고, 상기 슈라우드를 수납하는 환상의 홈부와,
상기 홈부와 상기 슈라우드 사이에서 형성되고, 작동 유체의 일부가 누설 유체로서 상기 주 유로의 상기 정익의 하류측으로부터 유입되어 상기 주 유로의 상기 동익의 하류측으로 유출되는 간극 유로와,
상기 정지체에 마련된 정지체측 시일 핀을 포함하고 있고, 상기 간극 유로에 마련된 복수 단의 시일 핀을 갖는 축류 터빈에 있어서,
상기 슈라우드의 외주면에 형성되고, 상기 정지체측 시일 핀의 사이에 배치되어 있고, 상기 회전체의 반경 방향의 외측을 향해 돌출되는 환상의 제3 돌기부와,
상기 제3 돌기부의 상류측 측면에 형성되고, 상기 정지체측 시일 핀의 선단과 상기 슈라우드의 외주면의 간극에 대해, 상기 회전체의 반경 방향에 있어서의 위치가 동일하고, 상기 회전체의 축 방향의 상류측을 향해 돌출되는 환상의 제1 돌기부와,
상기 제1 돌기부보다 상기 회전체의 반경 방향의 외측에 위치하도록 상기 제3 돌기부의 상류측 측면에 형성되고, 상기 회전체의 축 방향의 상류측을 향해 돌출됨과 함께 상기 제1 돌기부보다 길거나 혹은 동일한 길이인 환상의 제2 돌기부와,
상기 제1 돌기부와 상기 제2 돌기부 사이에서 형성된 순환류 생성실과,
상기 순환류 생성실 내에 위치하도록 상기 슈라우드에 형성된 복수의 안내판을 더 갖고,
상기 순환류 생성실은, 상기 누설 유체의 일부가 상기 제1 돌기부의 선단면에 충돌하여 상기 회전체의 반경 방향의 외측을 향하고, 그 후, 상기 제2 돌기부의 내주면에 충돌하여 상기 회전체의 반경 방향의 내측을 향하는 순환류를 생성하도록 구성되어 있고,
상기 복수의 안내판은, 상기 회전체의 반경 방향의 내측을 향해 상기 회전체의 회전 방향과는 반대측으로 경사진 것을 특징으로 하는 축류 터빈.
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제1항에 있어서,
상기 제2 돌기부의 선단부에 형성되고, 상기 회전체의 반경 방향의 내측을 향해 돌출되는 환상의 제4 돌기부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 축류 터빈.
제5항에 있어서,
상기 복수 단의 시일 핀은, 상기 제2 돌기부의 외주측에 마련되어 상기 회전체의 반경 방향의 외측을 향해 연장되는 회전체측 시일 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 축류 터빈.