KR102526821B1

KR102526821B1 - 회전 기계

Info

Publication number: KR102526821B1
Application number: KR1020217022679A
Authority: KR
Inventors: 히데키 오노; 총페이 두안; 가즈유키 마츠모토; 요시히로 구와무라; 히사타카 후쿠시마; 히데아키 스기시타; 기요시 세가와
Original assignee: 미츠비시 파워 가부시키가이샤
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2023-04-27
Also published as: JP7145774B2; DE112019006779T5; US11519287B2; KR20210102434A; WO2020158105A1; JP2020122445A; CN113383147B; CN113383147A; US20220127968A1

Abstract

회전 기계에 있어서, 중공 형상을 이루는 케이싱(11)과, 케이싱(11) 내에 회전 가능하게 지지되는 로터(12)와, 케이싱(11)의 내주부에 고정되는 정익(13)과, 로터(12)의 외주부에 정익(13)에 대해서 로터(12)의 축방향(A)으로 어긋나서 고정되는 동익(14)과, 케이싱(11)의 내주부와 동익(14)의 선단부 사이에 배치되는 시일 장치(15)와, 케이싱(11)에 있어서의 시일 장치(15)보다 증기 흐름 방향(A1)의 하류측에 로터(12)의 둘레방향(C)을 따라서 마련되는 선회류 생성실(31)과, 선회류 생성실(31)에 로터(12)의 반경방향(R)을 따르는 동시에 로터(12)의 둘레방향(C)으로 소정 간격을 두고서 마련되는 복수의 제 1 안내 부재(32)와, 선회류 생성실(31)에 로터(12)의 둘레방향(C)을 따라서 복수의 제 1 안내 부재(32)와 교차하여 마련되는 제 2 안내 부재(33)를 구비한다.

Description

회전 기계

본 발명은 정지측과 회전측 사이에 유체의 누설을 억제하는 시일 장치가 배치되는 회전 기계에 관한 것이다.

예를 들어, 증기 터빈은 케이싱 내에 로터가 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되고, 로터에 복수단의 동익이 고정되는 한편, 케이싱에 복수단의 정익이 복수단의 동익 사이에 위치하도록 고정되어서 구성된다. 그리고, 증기가 케이싱의 공급구로부터 공급되면, 증기가 복수의 동익과 정익을 통과함으로써, 복수단의 동익을 거쳐서, 로터가 구동 회전하고, 배출구로부터 외부로 배출된다.

이러한 증기 터빈에서는, 케이싱과 동익의 선단부 사이에 있어서의 증기의 축방향의 누설 흐름을 억제하기 위해, 동익의 선단부와 케이싱 사이에 시일 장치가 마련된다. 본 시일 장치는 일반적으로, 래버린스 시일이 적용된다. 래버린스 시일은 동익의 선단부나 케이싱의 내면에 복수의 시일 핀이 마련되어서 구성된다. 복수의 시일 핀과 케이싱의 내면이나 동익의 선단부 사이에 간극을 형성함으로써, 각 시일 핀 전후의 압력비를 작게 하여 누설 유량의 억제를 도모하고 있다.

시일 장치로부터 누설된 증기의 흐름은, 동익이나 정익을 통과한 증기의 주류에 합류한다. 동익을 통과한 증기의 주류는, 로터의 축방향을 따른 흐름이지만, 동익을 통과하지 않고 시일 장치로부터 누설된 증기의 흐름은, 케이싱의 내주면으로부터 로터측을 향해서 경사지는 동시에, 정익에 의해 로터의 둘레방향으로 선회하는 흐름이다. 본 경우, 증기의 주류에 대해서 시일 장치로부터의 누설 증기의 흐름을 매끄럽게 합류시킴으로써, 본 합류부에서의 혼합 손실을 작게 하여 성능의 저하를 억제하는 것이 중요하다. 이러한 기술로서, 예를 들면, 하기 특허문헌 1에 기재된 것이 있다.

일본 특허 제 5985351 호 공보

상술한 특허문헌 1의 축류 터빈은, 시일 핀보다 하류측에 선회류 조정실을 마련하고, 이 선회류 조정실에 로터의 축방향 및 반경방향으로 연장되는 복수의 차폐판을 고정한 것이다. 그 때문에, 동익을 통과하지 않고 시일 장치로부터 누설된 둘레방향으로 선회하는 증기의 흐름은, 복수의 차폐판에 의해 둘레방향의 속도 성분이 감소하게 되어서, 증기의 주류에 대해서 시일 장치로부터의 누설 증기의 흐름을 매끄럽게 합류시킬 수 있다. 그런데, 본 종래의 축류 터빈에서는, 차폐판이 로터의 축방향 및 반경방향으로 연장되는 판 형상을 이루는 것이므로, 둘레방향을 따른 증기의 흐름이 차폐판에 충돌했을 때, 차폐판의 연결부에 박리 소용돌이가 생겨서 압력 손실이 발생할 우려가 있다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하는 것이며, 유체의 주류에 대해서 시일 장치로부터의 누설되는 유체를 매끄럽게 합류시킴으로써 합류부에서의 혼합 손실을 저감하여 성능의 향상을 도모하는 회전 기계를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 회전 기계는, 중공 형상을 이루는 케이싱과, 상기 케이싱 내에 회전 가능하게 지지되는 회전체와, 상기 케이싱의 내주부에 고정되는 정익과, 상기 회전체의 외주부에 상기 정익에 대해서 상기 회전체의 축방향으로 어긋나서 고정되는 동익과, 상기 케이싱의 내주부와 상기 동익의 선단부 사이에 배치되는 시일 장치와, 상기 케이싱에 있어서의 상기 시일 장치보다 유체의 흐름 방향의 하류측에 상기 회전체의 둘레방향을 따라서 마련되는 선회류 생성실과, 상기 선회류 생성실에 상기 회전체의 반경방향을 따르는 동시에 상기 회전체의 둘레방향으로 소정 간격을 두고서 마련되는 복수의 제 1 안내 부재와, 상기 선회류 생성실에 상기 회전체의 둘레방향을 따라서 상기 복수의 제 1 안내 부재와 교차하여 마련되는 제 2 안내 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 유체가 케이싱의 내부에 공급되면, 유체의 주류가 정익과 동익을 통과함으로써 동익이 회전하는 한편, 유체의 일부가 정익을 통과한 후에 케이싱과 동익의 선단부 사이로 흐르지만, 시일 장치가 기능하여 유체의 누설이 억제된다. 이 때, 시일 장치는 일부의 유체가 누설되고, 이 누설 유체가 선회류 생성실에서 선회한 후에 정익과 동익을 통과한 유체의 주류에 합류한다. 시일 장치로부터 누설된 누설 유체는 정익을 통과하지만 동익을 통과하지 않으므로 둘레방향의 속도 성분을 갖는다. 본 명세서에서, 둘레방향의 속도 성분을 갖는 누설 유체는, 선회류 생성실에 유입되었을 때에 복수의 제 1 안내 부재에 안내됨으로써 둘레방향의 속도 성분이 감소된다. 또한, 선회류 생성실에 유입된 누설 유체는, 제 2 안내 부재에 안내되어서 반경방향의 외측과 반경방향의 내측으로 선회한다. 이 외측과 내측의 유체의 선회류는 제 2 안내 부재에 안내되므로, 외란에 의한 형상의 변동이 억제되어서 적정한 형상이 유지되고, 선회류 생성실로부터 배출되고 나서 유체의 주류에 합류한다. 그 결과, 유체의 주류에 대해서 시일 장치로부터 누설된 유체를 매끄럽게 합류시킴으로써, 합류부에서의 혼합 손실을 저감하여 성능의 향상을 도모할 수 있다.

본 발명의 회전 기계에서는, 상기 제 2 안내 부재는 상기 시일 장치에 있어서의 유체의 누설 위치에 대해서 상기 회전체의 축방향으로 대향하는 위치에 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 제 2 안내 부재를 시일 장치에 있어서의 유체의 누설 위치에 대향하여 마련하므로, 시일 장치로부터의 누설 유체를 제 2 안내 부재로 인도하여 외측과 내측의 유체의 선회류를 적정하게 생성할 수 있다.

본 발명의 회전 기계에서는, 상기 시일 장치는 상기 케이싱의 내주부와 상기 동익의 선단부 중 어느 일방으로부터 타방으로 연장되어서 간극이 형성되는 시일 핀을 갖고, 상기 제 2 안내 부재는 상기 간극에 대해서 유체의 흐름 방향에 있어서의 하류측에 대향하여 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 제 2 안내 부재를 시일 장치의 간극에 대향하여 마련하므로, 시일 장치로부터의 누설 유체를 제 2 안내 부재로 인도하여 외측과 내측의 유체의 선회류를 적정하게 생성할 수 있다.

본 발명의 회전 기계에서는, 상기 시일 장치는 상기 케이싱의 내주부로부터 상기 동익의 선단부로 연장되어서 간극이 형성되는 시일 핀을 갖고, 상기 제 2 안내 부재는 선단부가 상기 동익의 선단부보다 상기 회전체의 반경방향의 외측, 또한 상기 시일 핀의 선단부보다 상기 회전체의 반경방향의 내측에 위치하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 제 2 안내 부재의 선단부를 동익의 선단부보다 반경방향의 외측, 또한 시일 핀의 선단부보다 반경방향의 내측에 위치시키므로, 시일 장치로부터의 누설 유체를 제 2 안내 부재에 의해 외측의 선회류와 내측의 선회류로 분산하고, 적정 형상의 선회류를 생성할 수 있다.

본 발명의 회전 기계에서는, 상기 제 1 안내 부재와 상기 제 2 안내 부재는 상기 회전체의 축방향에 있어서의 길이가 동일한 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 제 1 안내 부재와 제 2 안내 부재의 길이가 동일하므로, 제 2 안내 부재에 의해 생성된 외측의 선회류와 내측의 선회류의 형상을 적정하게 유지할 수 있다.

본 발명의 회전 기계에서는, 상기 제 2 안내 부재는 상기 회전체의 축방향에 있어서의 길이가, 상기 제 1 안내 부재에 있어서의 상기 회전체의 축방향에 있어서의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 제 2 안내 부재의 길이가 제 1 안내 부재의 길이보다 짧으므로, 제 1 안내 부재에 의해 누설 유체에 있어서의 둘레방향의 속도 성분을 효과적으로 감소할 수 있는 동시에, 누설 유체와 제 2 안내 부재의 접촉에 의한 누설 유체의 마찰 손실을 저감할 수 있다.

본 발명의 회전 기계에서는, 상기 선회류 생성실은 상기 케이싱의 내주면과, 상기 케이싱에 있어서의 상기 시일 장치에 대해서 유체의 흐름 방향에 있어서의 하류측에 대향하는 제 1 벽면과, 상기 케이싱의 내주면에 대해서 상기 회전체의 반경방향에 있어서의 내측에 대향하는 제 2 벽면을 갖고, 상기 제 2 안내 부재는 상기 제 1 벽면으로부터 유체의 흐름 방향에 있어서의 상류측으로 연장되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 제 2 안내 부재를 선회류 생성실의 제 1 벽면으로부터 상류측으로 연장되어서 마련되므로, 제 2 안내 부재에 의해 선회류 생성실 내에서 외측의 선회류와 내측의 선회류를 적정하게 생성할 수 있다.

본 발명의 회전 기계에서는, 상기 케이싱의 내주면에 오목부가 형성되고, 상기 동익의 선단부에 고정되는 슈라우드가 상기 오목부 내에 소정 간극을 두고서 배치되고, 상기 선회류 생성실은 상기 오목부에 있어서의 유체의 흐름 방향에 있어서의 하류측에 마련되고, 상기 오목부의 내주면과, 상기 오목부에 마련되는 상기 제 1 벽면과, 상기 케이싱의 내주면으로부터 유체의 흐름 방향의 상류측으로 연장되는 돌기부에 마련되는 상기 제 2 벽면을 갖고, 상기 돌기부에 있어서의 상기 회전체의 반경방향에 있어서의 내측의 면이 상기 슈라우드에 있어서의 상기 회전체의 반경방향에 있어서의 내측의 면보다 상기 회전체의 반경방향에 있어서의 외측에 위치하는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 동익의 슈라우드가 배치되는 오목부의 하류측에 선회류 생성실을 마련하고, 제 2 벽면을 형성하기 위한 돌기부에 있어서의 내측의 면을 슈라우드의 내측의 면보다 외측에 위치시키므로, 선회류 생성실에서 생성된 유체의 선회류가 슈라우드의 단부에 안내되고 나서 누설 유체로서 주류에 합류할 때, 돌기부가 방해가 되지 않고, 또한, 누설 유체가 유체의 주류에 간섭하는 일 없이, 누설 유체를 매끄럽게 합류시킬 수 있다.

본 발명의 회전 기계에서는, 상기 슈라우드는 유체의 흐름 방향의 하류측에, 상기 돌기부에 대해서 상기 회전체의 축방향으로 대향하는 제 3 안내 부재가 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 슈라우드의 하류측에 돌기부에 대향하는 제 3 안내 부재를 마련하므로, 선회류 생성실에서 생성된 유체의 선회류가 슈라우드의 단부에 안내될 때, 유체가 제 3 안내 부재에 안내됨으로써 누설 유체가 유체의 주류에 간섭하는 일 없이, 누설 유체를 주류에 매끄럽게 합류시킬 수 있다.

본 발명의 회전 기계에서는, 상기 제 2 안내 부재는 상기 제 1 벽면으로부터 유체의 흐름 방향에 있어서의 상류측을 향해서 테이퍼 형상을 이루는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 제 2 안내 부재가 테이퍼 형상이므로, 시일 장치로부터의 누설 유체를 제 2 안내 부재에 의해 외측과 내측의 유체의 선회류로서 적정하게 생성할 수 있다.

본 발명의 회전 기계에서는, 상기 제 2 안내 부재와 상기 제 1 벽면의 연결부에 제 1 만곡면이 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 제 2 안내 부재와 제 1 벽면의 연결부에 제 1 만곡면을 마련하므로, 시일 장치로부터의 누설 유체가 제 2 안내 부재에 안내되어서 선회류 생성실에서 외측과 내측의 유체의 선회류가 생성될 때, 누설 유체는 제 2 안내 부재로부터 제 1 만곡면을 거쳐서 제 1 벽면에 흐르게 되고, 선회류 생성실에서의 박리 소용돌이의 발생을 억제하여 압력 손실을 저감할 수 있다.

본 발명의 회전 기계에서는, 상기 케이싱의 내주면과 상기 제 1 벽면의 연결부에 제 2 만곡면이 마련되는 동시에, 상기 제 1 벽면과 상기 제 2 벽면의 연결부에 제 3 만곡면이 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 케이싱의 내주면과 제 1 벽면의 연결부에 제 2 만곡면을 마련하는 동시에, 제 1 벽면과 제 2 벽면의 연결부에 제 3 만곡면을 마련하므로, 시일 장치로부터의 누설 유체가 제 2 안내 부재에 안내되어서 선회류 생성실에서 외측과 내측의 유체의 선회류가 생성될 때, 누설 유체는 제 1 벽면으로부터 제 2 만곡면을 거쳐서 내주면에 흐르는 동시에, 제 1 벽면으로부터 제 3 만곡면을 거쳐서 제 2 벽면에 흐르게 되어서, 선회류 생성실에서의 박리 소용돌이의 발생을 억제하여 압력 손실을 저감할 수 있다.

본 발명의 회전 기계에서는, 상기 선회류 생성실은 상기 제 2 안내 부재에 의해 상기 회전체의 반경방향에 있어서의 외측에 위치하는 제 1 선회류 생성실과, 상기 회전체의 반경방향에 있어서의 내측에 위치하는 제 2 선회류 생성실로 구획되고, 상기 제 1 안내 부재는 상기 제 1 선회류 생성실보다 상기 제 2 선회류 생성실에 많이 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 제 1 선회류 생성실에 있어서의 제 1 안내 부재의 수보다 제 2 선회류 생성실에 있어서의 제 1 안내 부재의 수를 많이 하므로, 제 1 선회류 생성실의 제 1 안내 부재의 수가 적기 때문에, 유체의 선회류가 제 1 선회류 생성실 내에서 반복하여 선회할 때, 제 1 안내 부재와의 흐름의 박리 소용돌이를 감소시킬 수 있고, 제 2 선회류 생성실의 제 1 안내 부재의 수가 많기 때문에, 유체의 선회류가 제 2 선회류 생성 실내에서 1도만큼 선회할 때, 제 1 안내 부재에 의해 효율적으로 둘레방향의 속도 성분을 감소할 수 있다.

본 발명의 회전 기계에 의하면, 유체의 주류에 대해서 시일 장치로부터 누설되는 유체를 매끄럽게 합류시킴으로써, 합류부에서의 혼합 손실을 저감하여 성능의 향상을 도모할 수 있다.

도 1은 제 1 실시형태의 회전 기계로서의 증기 터빈에 있어서의 증기의 흐름을 설명하기 위한 주요부 단면도이다.
도 2는 도 1의 II-II 단면도이다.
도 3은 도 1의 III-III 단면도이다.
도 4는 제 2 안내 부재와 시일 핀과 슈라우드의 위치 관계를 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 제 1 실시형태의 증기 터빈을 도시하는 개략도이다.
도 6은 제 2 실시형태의 회전 기계로서의 증기 터빈에 있어서의 증기의 흐름을 설명하기 위한 주요부 단면도이다.
도 7은 제 3 실시형태의 회전 기계로서의 증기 터빈에 있어서의 증기의 흐름을 설명하기 위한 주요부 단면도이다.
도 8은 제 4 실시형태의 회전 기계로서의 증기 터빈에 있어서의 증기의 흐름을 설명하기 위한 주요부 단면도이다.

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 회전 기계의 바람직한 실시형태를 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시형태에 의해 본 발명이 한정되는 것이 아니며, 또한, 실시형태가 다수 있는 경우에는, 각 실시형태를 조합시켜서 구성하는 것도 포함하는 것이다.

[제 1 실시형태]

도 5는 본 실시형태의 증기 터빈을 도시하는 개략도이다. 또한, 이하의 설명에서, 로터의 축방향을 A, 로터의 반경방향을 R, 로터의 둘레방향을 C로 표기한다.

본 실시형태에서는, 본 발명의 회전 기계로서 증기 터빈을 예로 들어서 설명한다. 도 5에 도시되는 바와 같이, 증기 터빈(10)은 케이싱(11)과, 로터(회전체)(12)와, 정익(13)과, 동익(14)과, 시일 장치(15)를 구비한다.

케이싱(11)은 중공 형상을 이루고, 내부에 로터(12)가 수평 방향을 따라서 배치되어 있다. 로터(12)는 케이싱(11)에 마련된 베어링(20)에 의해 축심(O)을 중심으로서 회전 가능하게 지지된다. 정익(13)은 케이싱(11)의 내주부에 로터(12)의 축방향(A)으로 소정 간격을 두고서 복수 고정된다. 로터(12)는 외주부에 축방향(A)으로 소정 간격을 두고서 복수의 로터 디스크(21)가 고정되어 있고, 동익(14)은 각 로터 디스크(21)의 외주부에 복수 고정된다. 각 정익(13)과 각 동익(14)은 로터(12)의 반경방향(R)을 따르는 동시에, 로터(12)의 둘레방향으로 소정 간격을 두고서 배치되고, 로터(12)의 축방향(A)을 따라서 교대로 배치된다.

케이싱(11)은 축방향(A)의 일단부측에 증기 공급구(22)가 마련되고, 증기 공급구(22)는 증기 통로(23)를 통해서 각 정익(13) 및 각 동익(14)이 배치되는 날개열부(24)에 연통된다. 이 날개열부(24)는 배기실(25)을 통해서 증기 배출구(26)에 연통된다.

또한, 로터(12)는 축방향(A)의 각 단부와 케이싱(11) 사이에 시일 부재(27)가 마련된다. 각 시일 부재(27)는 각 베어링(20)보다 내부측, 즉, 정익(13) 및 동익(14)측에 배치된다. 또한, 동익(14)에 있어서의 반경방향(R)의 외측에 위치하는 선단부와, 케이싱(11)의 내주부 사이에 시일 장치(15)가 마련된다.

그 때문에, 증기(S)가 증기 공급구(22)로부터 증기 통로(23)를 통해 날개열부(24)에 공급되면, 이 증기(S)가 복수의 정익(13) 및 복수의 동익(14)을 통과함으로써, 각 동익(14)을 거쳐서 로터(12)가 구동 회전하고, 이 로터(12)에 연결된 도시되지 않은 발전기를 구동한다. 그 후, 동익(14)을 구동한 증기(S)는 배기실(25)을 통해서 증기 배출구(26)로부터 배출된다.

본 명세서에서, 상술한 증기 터빈(10)에 있어서의 케이싱(11)과 정익(13)과 동익(14)과 시일 장치(15)의 관계에 대해서 상세하게 설명한다. 도 1은 제 1 실시형태의 회전 기계로서의 증기 터빈에 있어서의 증기의 흐름을 설명하기 위한 주요부 단면도, 도 2는 도 1의 II-II 단면도, 도 3은 도 1의 III-III 단면도, 도 4는 제 2 안내 부재와 시일 핀과 슈라우드의 위치 관계를 설명하기 위한 설명도이다.

도 1 내지 도 4에 도시되는 바와 같이, 시일 장치(15)는 케이싱(11)과 동익(14)의 선단부 사이에 마련된다. 시일 장치(15)는 케이싱(11)과 동익(14)의 선단부 사이를 로터(12)의 축방향(A)을 따라서 고압측(H)으로부터 저압측(L)으로 흐르는 증기(유체)(S)의 흐름의 누설을 억제하는 것이다. 본 명세서에서, 증기(S)는 고압측(H)으로부터 저압측(L)으로 흐르고, 주류 증기(S1)는 정익(13) 및 동익(14)을 통과하도록, 증기 흐름 방향(A1)을 따라서 흐른다. 또한, 주류 증기(S1)는 정익(13)을 통과한 후, 일부가 케이싱(11)과 동익(14)의 선단부 사이의 시일 장치(15)로 흐르고, 시일 장치(15)로부터 누설되는 누설 증기(S2)가 발생한다. 이 누설 증기(S2)는 정익(13)을 통과하지만, 동익(14)을 통과하지 않으므로, 둘레방향(C)의 속도 성분을 갖는다.

즉, 주류 증기(S1)는 둘레방향(C)의 속도 성분을 거의 갖지 않는 축방향(A)의 흐름이며, 정익(13)의 전연측에 절대 속도 벡터(V1)로 유입한다. 주류 증기(S1)는 정익(13)의 날개 사이를 통과할 때에 증속 및 전향(轉向)되고, 둘레방향(C)의 속도 성분을 갖는 절대 속도 벡터(V2)가 되고, 정익(13)의 후연측으로부터 유출한다. 정익(13)으로부터 유출한 증기(S)는, 대부분이 동익(14)에 충돌함으로써, 동익(14)과 함께 로터(12)를 소정의 회전 속도로 회전 방향(C1)으로 회전시킨다. 이 때, 증기(S)는 동익(14)을 통과할 때에 감속 및 전향되고, 둘레방향(C)의 속도 성분을 거의 갖지 않는 축방향(A)을 따른 절대 속도 벡터(V3)가 된다. 단, 주류 증기(S1)가 둘레방향(C)의 속도 성분을 갖는 흐름의 경우여도, 동익(14)을 회전시키는 작용은 마찬가지이다.

한편, 정익(13)의 날개 사이를 통과한 증기(S)의 절대 속도 벡터(V2)는 둘레방향(C)의 속도 성분을 갖고 있고, 동익(14)을 통과하지 않고 시일 장치(15)로부터 누설된 누설 증기(S2)는, 후술의 시일 핀에 의한 가감 속도나 측벽이나 커버의 점성 마찰에 의해, 속도는 변화하고 있지만, 둘레방향(C)의 속도 성분을 갖는 흐름이다. 그 때문에, 누설 증기(S2)가, 둘레방향(C)의 속도 성분을 거의 갖지 않는 절대 속도 벡터(V3)의 주류 증기(S1)에 합류할 때, 합류부에서 혼합 손실이 발생한다.

또한, 본 명세서에서는, 주류 증기(S1)가 둘레방향(C)의 속도 성분을 거의 갖지 않는 충동 터빈을 대상으로 하여 설명하였지만, 주류 증기(S1)가 둘레방향(C)의 속도 성분을 갖는 반동 터빈의 경우여도, 주류 증기(S1)와 누설 증기(S2)의 방향 벡터는 상이하므로, 충동 터빈과 마찬가지로 합류부에서 혼합 손실이 발생한다. 본 발명은 이 반동 터빈에도 적용할 수 있고, 또한 유효하다.

제 1 실시형태의 증기 터빈(10)은 선회류 생성실(31)과, 복수의 제 1 안내 부재(32)와, 제 2 안내 부재(33)를 구비한다. 선회류 생성실(31)은 케이싱(11)에 있어서의 시일 장치(15)보다 증기 흐름 방향(A1)의 하류측에 로터(12)의 둘레방향(C)을 따라서 마련된다. 복수의 제 1 안내 부재(32)는 선회류 생성실(31)에 로터(12)의 반경방향(R)을 따르는 동시에, 로터(12)의 둘레방향(C)으로 소정 간격을 두고서 마련된다. 제 2 안내 부재(33)는 선회류 생성실(31)에 로터(12)의 둘레방향(C)에 따라서 복수의 제 1 안내 부재(32)와 교차하여 마련된다.

정익(13)은 반경방향(R)의 외측에 위치하는 기단부가 케이싱(11)의 내주부에 고정되는 한편, 동익(14)은 반경방향(R)의 내측에 위치하는 기단부가 로터(12)(도 4 참조)의 외주부에 고정된다. 동익(14)은 축방향(A)으로 소정 간격을 두고서 배치되는 각 정익(13) 사이에 배치된다. 동익(14)은 반경방향(R)의 외측에 위치하는 선단부에 슈라우드(41)가 마련된다. 시일 장치(15)는 케이싱(11)의 내주부와 동익(14)에 있어서의 슈라우드(41)의 외주부 사이에 배치된다.

케이싱(11)은 슈라우드(41)의 외주부에 대향하는 내주면(11a)에 오목부(42)가 마련된다. 오목부(42)는 로터(12)의 둘레방향(C)을 따라서 마련되는 환상 홈이다. 동익(14)의 슈라우드(41)는 케이싱(11)의 오목부(42) 내에 소정 간극을 두고서 배치된다. 시일 장치(15)는 복수의 시일 핀(43, 44, 45)을 갖는다. 시일 핀(43, 44)은 기단부가 케이싱(11)에 있어서의 오목부(42)의 내주면(42a)에 고정되고, 선단부가 동익(14)에 있어서의 슈라우드(41)의 외주면(41a)을 향해서 연장된다. 시일 핀(45)은 시일 핀(43, 44) 사이에 배치되고, 기단부가 동익(14)에 있어서의 슈라우드(41)의 외주면(41a)에 고정되고, 선단부가 케이싱(11)에 있어서의 오목부(42)의 내주면(42a)을 향해서 연장된다.

시일 핀(43, 44, 45)은 로터(12)의 축방향(A)으로 소정 간격을 두고서 마련된다. 시일 핀(43, 44, 45)은 로터(12)의 둘레방향(C)을 따라서 마련된다. 시일 핀(43, 44)은 선단부와 슈라우드(41)의 외주면(41a) 사이에 소정 간극이 확보된다. 또한, 시일 핀(45)은 선단부와 오목부(42)의 내주면(42a) 사이에 소정 간극이 확보된다. 각각의 소정 간극은 거의 동일한 치수로 설정된다. 또한, 시일 핀(43, 44, 45)의 수나 장착 위치는 상술한 것으로 한정되는 것은 아니다.

케이싱(11)의 오목부(42)는 축방향(A)의 길이가 동익(14)의 슈라우드(41)의 축방향(A)의 길이보다 길다. 즉, 오목부(42)는 동익(14)의 전연보다 증기 흐름 방향(A1)의 상류측으로부터, 동익(14)의 후연보다 증기 흐름 방향(A1)의 하류측까지 마련된다. 선회류 생성실(31)은 오목부(42)에 있어서의 동익(14)의 후연보다 증기 흐름 방향(A1)의 하류측에 마련된다. 선회류 생성실(31)은 케이싱(11)(오목부(42))의 내주면(46)과, 케이싱(11)에 있어서의 시일 장치(15)에 대해서 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 하류측에 대향하는 제 1 벽면(47)과, 케이싱(11)의 내주면(11a)에 대해서 로터(12)(도 4 참조)의 반경방향(R)에 있어서의 내측에 대향하는 제 2 벽면(48)을 갖는다.

즉, 내주면(46)은 오목부(42)의 내주면(42a)보다 반경방향(R)의 외측에 위치하고, 둘레방향(C)을 따라서 연속한다. 제 1 벽면(47)은 반경방향(R)에 평행인 동시에 내주면(46)에 직교하는 면이며, 둘레방향(C)을 따라서 연속한다. 케이싱(11)은 오목부(42)에 있어서의 증기 흐름 방향(A1)의 하류측에, 케이싱(11)의 내주면(11a)으로부터 증기 흐름 방향(A1)의 상류측(오목부(42)측)으로 연장되는 돌기부(49)가 형성된다. 제 2 벽면(48)은 돌기부(49)에 있어서의 반경방향(R)의 외측에 마련되는 동시에, 내주면(46)에 평행하고 제 1 벽면(47)에 직교하는 면이며, 둘레방향(C)을 따라서 연속한다. 본 경우, 돌기부(49)는 반경방향(R)에 있어서의 내측의 하면(50)이 슈라우드(41)에 있어서의 반경방향(R)에 있어서의 내측의 하면(41b)보다 반경방향(R)에 있어서의 외측에 위치한다. 또한, 돌기부(49)는 하면(50)의 선단부에 경사면(50a)이 형성된다.

제 1 안내 부재(32)는 로터(12)의 반경방향(R) 및 축방향(A)을 따른 판 형상을 이룬다. 제 1 안내 부재(32)는 내주면(46)과 제 1 벽면(47)과 제 2 벽면(48)에 고정된다. 제 1 안내 부재(32)는 증기 흐름 방향(A1)의 상류측의 단부면이 시일 핀(44) 및 슈라우드(41)와 축방향(A)에 있어서 소정 거리만큼 이격되어 배치된다.

제 2 안내 부재(33)는 시일 장치(15)에 있어서의 누설 증기(S2)의 누설 위치에 대해서 로터(12)의 축방향(A)으로 대향하는 위치에 마련된다. 즉, 제 2 안내 부재(33)는 시일 핀(44)의 선단부와 슈라우드(41)의 외주면(41a)의 간극(T)(도 4 참조)에 대해서, 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 하류측에 대향하여 마련된다. 본 경우, 제 2 안내 부재(33)는 선단부가 동익(14)의 선단부로서, 슈라우드(41)의 외주면(41a)보다 반경방향(R)의 외측, 또한, 시일 핀(44)의 선단부보다 반경방향(R)의 내측에 위치한다.

제 2 안내 부재(33)는 선회류 생성실(31)의 제 1 벽면(47)으로부터 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 상류측으로 연장된다. 제 2 안내 부재(33)는 복수의 제 1 안내 부재(32)와 교차(직교)한다. 제 1 안내 부재(32)와 제 2 안내 부재(33)는 축방향(A)에 있어서의 길이가 동일하다. 선회류 생성실(31)은 복수의 제 1 안내 부재(32)와 제 2 안내 부재(33)가 교차함으로써, 제 2 안내 부재(33)보다 반경방향(R)의 외측에 둘레방향(C)을 따라서 복수의 제 1 선회류 생성실(31A)이 구획되고, 반경방향(R)의 내측에 둘레방향(C)을 따라서 복수의 제 2 선회류 생성실(31B)이 구획된다.

제 2 안내 부재(33)는 제 1 벽면(47)으로부터 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 상류측을 향해서 테이퍼 형상을 이룬다. 그리고, 제 2 안내 부재(33)와 제 1 벽면(47)의 연결부에 제 1 만곡면(51, 52)이 마련된다. 또한, 내주면(46)과 제 1 벽면(47)의 연결부에 제 2 만곡면(53)이 마련되고, 제 1 벽면(47)과 제 2 벽면(48)의 연결부에 제 3 만곡면(54)이 마련된다.

그 때문에, 증기(S)가 케이싱(11)의 내부에 공급되어서 동익(14)이 회전할 때, 증기(S)는 고압측(H)으로부터 저압측(L)으로 증기 흐름 방향(A1)을 따라서 흐른다. 이 때, 증기(S)는 주류 증기(S1)가 정익(13) 및 동익(14)을 통과하도록 흐르고, 일부가 동익(14)을 통과하는 일 없이, 케이싱(11)과 동익(14)의 선단부 사이에 마련된 시일 장치(15)로 흐른다. 본 시일 장치(15)는 증기(S)의 누설을 억제하지만, 일부가 누설하여 누설 증기(S2)가 발생한다. 시일 장치(15)로부터 누설된 누설 증기(S2)는 선회류 생성실(31)에서 선회한 후에 정익(13)과 동익(14)을 통과한 주류 증기(S1)에 합류한다.

이 때, 시일 장치(15)로부터 누설된 누설 증기(S2)는 정익(13)을 통과하지만 동익(14)을 통과하지 않으므로, 둘레방향(C)의 속도 성분을 갖는다. 둘레방향(C)의 속도 성분을 갖는 누설 증기(S2)는, 선회류 생성실(31) 내에서 둘레방향(C)을 따른 축심을 갖는 선회류 증기(S3, S4)가 된다. 즉, 누설 증기(S2)는 선회류 생성실(31) 내에 인입되었을 때에 복수의 제 1 안내 부재(32)에 안내됨으로써 둘레방향(C)의 속도 성분이 감소된 선회류 증기(S3, S4)가 된다. 본 명세서에서, 선회류 생성실(31)에 제 2 안내 부재(33)가 마련되어 있음으로써, 누설 증기(S2)는 이 제 2 안내 부재(33)에 안내되어서 반경방향(R)의 외측으로 선회하는 선회류 증기(S3)가 되는 동시에, 반경방향(R)의 내측으로 선회하는 선회류 증기(S4)가 된다. 이 상하의 선회류 증기(S3, S4)는 제 2 안내 부재(33)에 안내되므로, 외란에 의한 형상의 변동이 억제되어서 적정한 형상이 유지된다.

또한, 제 2 안내 부재(33)가 테이퍼 형상을 이루고, 제 1 벽면(47)과의 연결부에 제 1 만곡면(51, 52)이 마련되는 동시에, 내주면(46)과 제 1 벽면(47)의 연결부에 제 2 만곡면(53)이 마련되고, 제 1 벽면(47)과 제 2 벽면(48)의 연결부에 제 3 만곡면(54)이 마련된다. 그 때문에, 선회류 생성실(31) 내를 선회하는 선회류 증기(S3, S4)는 제 2 안내 부재(33), 제 1 벽면(47), 내주면(46), 제 2 만곡면(53)에 있어서의 박리 소용돌이가 감소하고, 여기서의 압력 손실의 발생이 억제된다.

그리고, 선회류 증기(S3)는 선회류 생성실(31) 내를 반복하여 선회하는 동시에, 일부가 선회류 증기(S4)에 합류한다. 선회류 생성실(31) 내를 선회한 선회류 증기(S3, S4)는 합류한 후, 슈라우드(41)의 후단부에 안내되고 나서 이 슈라우드(41)와 돌기부(49)의 사이를 통해서, 둘레방향(C)의 속도 성분이 감소된 누설 증기(S5)로서 동익(14)을 통과한 주류 증기(S1)에 매끄럽게 합류한다.

이와 같이 제 1 실시형태의 회전 기계에 있어서는, 중공 형상을 이루는 케이싱(11)과, 케이싱(11) 내에 회전 가능하게 지지되는 로터(12)와, 케이싱(11)의 내주부에 고정되는 정익(13)과, 로터(12)의 외주부에 정익(13)에 대해서 로터(12)의 축방향(A)으로 어긋나서 고정되는 동익(14)과, 케이싱(11)의 내주부와 동익(14)의 선단부 사이에 배치되는 시일 장치(15)와, 케이싱(11)에 있어서의 시일 장치(15)보다 증기 흐름 방향(A1)의 하류측에 로터(12)의 둘레방향(C)을 따라서 마련되는 선회류 생성실(31)과, 선회류 생성실(31)에 로터(12)의 반경방향(R)을 따르는 동시에 로터(12)의 둘레방향(C)으로 소정 간격을 두고서 마련되는 복수의 제 1 안내 부재(32)와, 선회류 생성실(31)에 로터(12)의 둘레방향(C)을 따라서 복수의 제 1 안내 부재(32)와 교차하여 마련되는 제 2 안내 부재(33)를 구비한다.

따라서, 둘레방향(C)의 속도 성분을 갖는 누설 증기(S2)는, 선회류 생성실(31)에 유입되었을 때에 복수의 제 1 안내 부재(32)에 안내됨으로써 둘레방향(C)의 속도 성분이 감소된다. 또한, 선회류 생성실(31)에 유입된 누설 증기(S2)는, 제 2 안내 부재(33)에 안내되어서 반경방향(R)의 외측과 반경방향의 내측으로 선회한다. 이 외측과 내측의 선회류 증기(S3, S4)는 제 2 안내 부재(33)에 안내되므로, 외란에 의한 형상의 변동이 억제되어서 적정한 형상이 유지되고, 선회류 생성실(31)로부터 배출되고 나서 주류 증기(S1)에 합류한다. 그 결과, 주류 증기(S1)에 대해서 시일 장치(15)로부터 누설된 증기(S)를 매끄럽게 합류시킴으로써, 합류부에서의 혼합 손실을 저감하여 성능의 향상을 도모할 수 있다.

제 1 실시형태의 회전 기계에서는, 제 2 안내 부재(33)는 시일 장치(15)에 있어서의 누설 증기(S2)의 누설 위치에 대해서 로터(12)의 축방향(A)으로 대향하는 위치에 마련된다. 따라서, 시일 장치(15)로부터의 누설 증기(S2)를 제 2 안내 부재(33)에 인도하여 외측과 내측의 선회류 증기(S3, S4)를 적정하게 생성할 수 있다.

제 1 실시형태의 회전 기계에서는, 시일 장치(15)는 케이싱(11)에 있어서의 오목부(42)의 내주면(42a)으로부터 동익(14)에 있어서의 슈라우드(41)의 외주면(41a)으로 연장되어서 간극(T)이 형성되는 시일 핀(44)을 갖고, 제 2 안내 부재(33)는 간극(T)에 대해서 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 하류측에 대향하여 마련된다. 따라서, 시일 장치(15)로부터의 누설 증기(S2)를 제 2 안내 부재(33)에 인도하여 외측과 내측의 선회류 증기(S3, S4)를 적정하게 생성할 수 있다.

제 1 실시형태의 회전 기계에서는, 제 2 안내 부재(33)는 선단부가 슈라우드(41)의 외주면(41a)보다 로터(12)의 반경방향(R)의 외측, 또한, 시일 핀(44)의 선단부보다 로터(12)의 반경방향(R)의 내측에 위치한다. 따라서, 시일 장치(15)로부터의 누설 증기(S2)를 제 2 안내 부재(33)에 의해 외측의 선회류와 내측의 선회류 증기(S3, S4)로 분산하여, 적정 형상의 선회류 증기(S3, S4)를 생성할 수 있다.

제 1 실시형태의 회전 기계에서는, 제 1 안내 부재(32)와 제 2 안내 부재(33)의 로터(12)의 축방향(A)에 있어서의 길이를 동일하게 하고 있다. 따라서, 제 2 안내 부재(33)에 의해 생성된 외측의 선회류 증기(S3)와 내측의 선회류 증기(S4)의 형상을 적정하게 유지할 수 있다.

제 1 실시형태의 회전 기계에서는, 선회류 생성실(31)은 오목부(42)의 내주면(46)과, 케이싱(11)에 있어서의 시일 장치(15)에 대해서 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 하류측에 대향하는 제 1 벽면(47)과, 오목부(42)의 내주면(42a)에 대해서 로터(12)의 반경방향(R)에 있어서의 내측에 대향하는 제 2 벽면(48)을 갖고, 제 2 안내 부재(33)를 제 1 벽면(47)으로부터 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 상류측으로 연장된다. 따라서, 제 2 안내 부재(33)에 의해 선회류 생성실(31) 내에서 외측의 선회류와 내측의 선회류 증기(S3, S4)를 적정하게 생성할 수 있다.

제 1 실시형태의 회전 기계에서는, 선회류 생성실(31)을 오목부(42)에 있어서의 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 하류측에 마련하고, 오목부(42)의 내주면(46)과, 오목부(42)에 마련되는 제 1 벽면(47)과, 케이싱(11)의 내주면(11a)으로부터 증기 흐름 방향(A1)의 상류측으로 연장되는 돌기부(49)에 마련되는 제 2 벽면(48)을 갖고, 돌기부(49)에 있어서의 로터(12)의 반경방향(R)에 있어서의 내측의 하면(50)이 슈라우드(41)에 있어서의 로터(12)의 반경방향(R)에 있어서의 내측의 하면(41b)보다 로터(12)의 반경방향(R)에 있어서의 외측에 위치한다. 따라서, 선회류 생성실(31)에서 생성된 선회류 증기(S3, S4)가 슈라우드(41)의 단부에 안내되고 나서 주류 증기(S1)에 합류할 때, 돌기부(49)가 방해가 되지 않고, 또한, 누설 증기(S5)가 주류 증기(S1)에 간섭하는 일 없이, 누설 증기(S5)를 매끄럽게 합류시킬 수 있다.

제 1 실시형태의 회전 기계에서는, 제 2 안내 부재(33)가 제 1 벽면(47)으로부터 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 상류측을 향해서 테이퍼 형상을 이루고 있다. 따라서, 시일 장치(15)로부터의 누설 증기(S2)를 제 2 안내 부재(33)에 의해 외측과 내측의 선회류 증기(S3, S4)로서 적정하게 생성할 수 있다.

제 1 실시형태의 회전 기계에서는, 제 2 안내 부재(33)와 제 1 벽면(47)의 연결부에 제 1 만곡면(51, 52)을 마련하고 있다. 따라서, 시일 장치(15)로부터의 누설 증기(S2)가 제 2 안내 부재(33)에 안내되어서 선회류 생성실(31)에서 외측과 내측의 선회류 증기(S3, S4)가 생성될 때, 누설 증기(S2)는 제 2 안내 부재(33)로부터 제 1 만곡면(51, 52)을 거쳐서 제 1 벽면(47)에 흐르게 되어서, 선회류 생성실(31)에서의 박리 소용돌이의 발생을 억제하여 압력 손실을 저감할 수 있다.

제 1 실시형태의 회전 기계에서는, 내주면(46)과 제 1 벽면(47)의 연결부에 제 2 만곡면(53)을 마련하는 동시에, 제 1 벽면(47)과 제 2 벽면(48)의 연결부에 제 3 만곡면(54)을 마련하고 있다. 따라서, 시일 장치(15)로부터의 누설 증기(S2)가 제 2 안내 부재(33)에 안내되어서 선회류 생성실(31)에서 외측과 내측의 유체의 선회류 증기(S3, S4)가 생성될 때, 누설 증기(S2)는 제 1 벽면(47)으로부터 제 2 만곡면(53)을 거쳐서 내주면(46)에 흐르는 동시에, 제 1 벽면(47)으로부터 제 3 만곡면(54)을 거쳐서 제 2 벽면(48)에 흐르게 되어서, 선회류 생성실(31)에서의 박리 소용돌이의 발생을 억제하여 압력 손실을 저감할 수 있다.

[제 2 실시형태]

도 6은 제 2 실시형태의 회전 기계로서의 증기 터빈에 있어서의 증기의 흐름을 설명하기 위한 주요부 단면도이다. 또한, 제 2 실시형태의 기본적인 구성은 상술한 제 1 실시형태와 마찬가지이며, 도 1을 이용하여 설명하고, 상술한 제 1 실시형태와 마찬가지의 기능을 갖는 부재에는, 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.

제 2 실시형태에 있어서, 도 1 및 도 6에 도시되는 바와 같이, 증기 터빈(10)은 케이싱(11)과, 로터(12)와, 정익(13)과, 동익(14)과, 시일 장치(15)와, 선회류 생성실(31)과, 복수의 제 1 안내 부재(32)와, 제 2 안내 부재(61)를 구비한다. 선회류 생성실(31)과 복수의 제 1 안내 부재(32)는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.

제 2 안내 부재(61)는 시일 장치(15)에 있어서의 누설 증기(S2)의 누설 위치에 대해서 로터(12)의 축방향(A)으로 대향하는 위치에 마련된다. 즉, 제 2 안내 부재(61)는 시일 핀(44)의 선단부와 슈라우드(41)의 외주면(41a)의 간극(T)(도 4 참조)에 대해서, 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 하류측에 대향하여 마련된다.

제 2 안내 부재(61)는 선회류 생성실(31)의 제 1 벽면(47)으로부터 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 상류측으로 연장된다. 제 2 안내 부재(61)는 복수의 제 1 안내 부재(32)와 교차(직교)한다. 제 2 안내 부재(61)는 로터(12)의 축방향(A)에 있어서의 길이가, 제 1 안내 부재(32)에 있어서의 로터(12)의 축방향(A)에 있어서의 길이보다 짧다.

그 때문에, 시일 장치(15)로부터 누설된 누설 증기(S2)는, 정익(13)을 통과하지만 동익(14)을 통과하지 않으므로, 둘레방향(C)의 속도 성분을 갖는다. 둘레방향(C)의 속도 성분을 갖는 누설 증기(S2)는, 선회류 생성실(31) 내에서 둘레방향(C)을 따르는 축심을 갖는 선회류 증기(S3, S4)가 된다. 즉, 누설 증기(S2)는 선회류 생성실(31) 내에 인입되었을 때에 복수의 제 1 안내 부재(32)에 안내됨으로써 둘레방향(C)의 속도 성분이 감소된 선회류 증기(S3, S4)가 된다. 본 명세서에서, 선회류 생성실(31)에 제 2 안내 부재(61)가 마련되어 있음으로써, 누설 증기(S2)는 이 제 2 안내 부재(61)에 안내되어서 반경방향(R)의 외측으로 선회하는 선회류 증기(S3)가 되는 동시에, 반경방향(R)의 내측으로 선회하는 선회류 증기(S4)가 된다. 이 상하의 선회류 증기(S3, S4)는 제 2 안내 부재(61)에 안내되므로, 외란에 의한 형상의 변동이 억제되어 적정한 형상이 유지된다.

또한, 제 2 안내 부재(61)의 길이가 제 1 안내 부재(32)의 길이보다 짧기 때문에, 선회류 생성실(31)에 인입된 누설 증기(S2)는 제 2 안내 부재(61)에 접촉하는 영역이 짧아지고, 제 2 안내 부재(61)에 접촉함으로써 발생하는 소용돌이가 감소하고, 제 1 안내 부재(32)는 제 2 안내 부재(61)에 방해받는 일 없이 누설 증기(S2)에 있어서의 둘레방향(C)의 속도 성분을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 그리고, 누설 증기(S2)와 제 2 안내 부재(61)의 접촉에 의한 누설 증기(S2)의 마찰 손실을 저감할 수 있다.

그리고, 선회류 증기(S3)는 선회류 생성실(31) 내를 반복하여 선회하는 동시에, 일부가 선회류 증기(S4)에 합류한다. 선회류 생성실(31) 내를 선회한 선회류 증기(S3, S4)는 합류한 후, 슈라우드(41)의 후단부에 안내되고 나서 이 슈라우드(41)와 돌기부(49) 사이를 통해서, 둘레방향(C)의 속도 성분이 감소된 누설 증기(S5)로서 동익(14)을 통과한 주류 증기(S1)에 매끄럽게 합류한다.

이와 같이 제 2 실시형태의 회전 기계에 있어서는, 제 2 안내 부재(61)는 로터(12)의 축방향(A)에 있어서의 길이가, 제 1 안내 부재(32)에 있어서의 로터(12)의 축방향(A)에 있어서의 길이보다 짧다.

따라서, 제 1 안내 부재(32)에 의해 누설 증기(S2)에 있어서의 둘레방향(C)의 속도 성분을 효과적으로 감소할 수 있는 동시에, 누설 증기(S2)와 제 2 안내 부재(61)의 접촉에 의한 누설 증기(S2)의 마찰 손실을 저감할 수 있다.

［제 3 실시형태］

도 7은 제 3 실시형태의 회전 기계로서의 증기 터빈에 있어서의 증기의 흐름을 설명하기 위한 주요부 단면도이다. 또한, 제 3 실시형태의 기본적인 구성은 상술한 제 1 실시형태와 마찬가지이며, 도 1을 이용하여 설명하고, 상술한 제 1 실시형태와 마찬가지의 기능을 갖는 부재에는, 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.

제 3 실시형태에 있어서, 도 1 및 도 7에 도시되는 바와 같이, 증기 터빈(10)은 케이싱(11)과, 로터(12)와, 정익(13)과, 동익(14)과, 시일 장치(15)와, 선회류 생성실(31)과, 복수의 제 1 안내 부재(32)와, 제 2 안내 부재(33)를 구비한다. 선회류 생성실(31)과 복수의 제 1 안내 부재(32)와 제 2 안내 부재(33)는, 제 1 실시형태와 마찬가지이다.

동익(14)은 반경방향(R)의 외측에 위치하는 선단부에 슈라우드(41)가 마련된다. 시일 핀(43, 44)은 기단부가 오목부(42)의 내주면(42a)에 고정되고, 시일 핀(45)은 기단부가 슈라우드(41)의 외주면(41a)에 고정된다. 시일 핀(43, 44)은 선단부와 슈라우드(41)의 외주면(41a) 사이에 소정 간극이 확보되고, 시일 핀(45)은 선단부와 오목부(42)의 내주면(42a) 사이에 소정 간극이 확보된다. 케이싱(11)은, 케이싱(11)의 내주면(11a)으로부터 슈라우드(41)측으로 연장되는 돌기부(49)가 형성된다. 돌기부(49)는 하면(50)이 슈라우드(41)의 하면(41b)보다 반경방향(R)에 있어서의 외측에 위치하고, 하면(50)의 선단부에 경사면(50a)이 형성된다.

슈라우드(41)는 증기 흐름 방향(A1)의 하류측의 단부에, 돌기부(49)에 대해서 로터(12)의 축방향(A)으로 대향하는 제 3 안내 부재(71)가 마련된다. 제 3 안내 부재(71)는 슈라우드(41)에 있어서의 하면(41b)과 후단부면(41c)의 교점에 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 하류측으로 연장되도록 마련된다. 제 3 안내 부재(71)는 하면이 슈라우드(41)에 있어서의 하면(41b)에 연속하는 평탄면이며, 슈라우드(41)의 하면(41b) 및 후단부면(41c)에 대해서 경사지는 경사면(72)을 갖는다. 경사면이 로터(12)의 반경방향(R)의 외측 및 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 하류측을 향한다.

그 때문에, 시일 장치(15)로부터 누설된 누설 증기(S2)는, 정익(13)을 통과하지만 동익(14)을 통과하지 않으므로, 둘레방향(C)의 속도 성분을 갖는다. 둘레방향(C)의 속도 성분을 갖는 누설 증기(S2)는, 선회류 생성실(31) 내에서 둘레방향(C)을 따르는 축심을 갖는 선회류 증기(S3, S4)가 된다. 즉, 누설 증기(S2)는 선회류 생성실(31) 내에 인입되었을 때에 복수의 제 1 안내 부재(32)에 안내됨으로써 둘레방향(C)의 속도 성분이 감소된 선회류 증기(S3, S4)가 된다. 본 명세서에서, 선회류 생성실(31)에 제 2 안내 부재(33)가 마련되어 있음으로써, 누설 증기(S2)는 이 제 2 안내 부재(33)에 안내되어서 반경방향(R)의 외측으로 선회하는 선회류 증기(S3)가 되는 동시에, 반경방향(R)의 내측으로 선회하는 선회류 증기(S4)가 된다. 이 상하의 선회류 증기(S3, S4)는 제 2 안내 부재(33)에 안내되므로, 외란에 의한 형상의 변동이 억제되어서 적정한 형상이 유지된다.

그리고, 선회류 증기(S3)는 선회류 생성실(31) 내를 반복하여 선회하는 동시에, 일부가 선회류 증기(S4)에 합류한다. 선회류 생성실(31) 내를 선회한 선회류 증기(S3, S4)는 합류한 후에 슈라우드(41)의 후단부측으로 흐르고, 제 3 안내 부재(71)에 안내된다. 즉, 선회류 생성실(31)로부터 배출되어서 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 상류측으로 흐른 누설 증기(S5)는, 슈라우드(41)의 후단부면(41c)으로부터, 제 3 안내 부재(71)의 경사면(72)에 안내되고, 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 하류측으로 흐른다. 이 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 하류측으로 흐르는 누설 증기(S5)는, 주류 증기(S1)와 거의 평행하게 되고, 슈라우드(41)와 돌기부(49) 사이를 통해서, 동익(14)을 통과한 주류 증기(S1)에 매끄럽게 합류한다.

이와 같이 제 3 실시형태의 회전 기계에 있어서는, 슈라우드(41)는 증기 흐름 방향(A1)의 하류측에 돌기부(49)에 대해서 로터(12)의 축방향(A)으로 대향하는 제 3 안내 부재(71)가 마련된다.

따라서, 선회류 생성실(31)에서 생성된 선회류 증기(S3, S4)가 슈라우드(41)의 후단부에 안내될 때, 선회류 증기(S3, S4)가 제 3 안내 부재(71)에 안내됨으로써 주류 증기(S1)와 거의 평행하게 되고, 누설 증기(S5)가 주류 증기(S1)에 간섭하는 일 없이, 누설 증기(S5)를 주류 증기(S1)에 매끄럽게 합류시킬 수 있다.

［제 4 실시형태］

도 8은 제 4 실시형태의 회전 기계로서의 증기 터빈에 있어서의 증기의 흐름을 설명하기 위한 주요부 단면도이다. 또한, 제 4 실시형태의 기본적인 구성은 상술한 제 1 실시형태와 마찬가지이며, 도 1을 이용하여 설명하고, 상술한 제 1 실시형태와 마찬가지의 기능을 갖는 부재에는, 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.

제 4 실시형태에 있어서, 도 1 및 도 8에 도시되는 바와 같이, 증기 터빈(10)은 케이싱(11)과, 로터(12)와, 정익(13)과, 동익(14)과, 시일 장치(15)와, 선회류 생성실(31)과, 복수의 제 1 안내 부재(32)와, 제 2 안내 부재(33)를 구비한다. 선회류 생성실(31)과 복수의 제 1 안내 부재(32)와 제 2 안내 부재(33)는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.

복수의 제 1 안내 부재(32)는 선회류 생성실(31)에 로터(12)의 반경방향(R)을 따르는 동시에, 로터(12)의 둘레방향(C)으로 소정 간격을 두고서 마련된다. 제 1 안내 부재(32)는 로터(12)의 반경방향(R) 및 축방향(A)을 따른 판 형상을 이루고, 내주면(46)과 제 1 벽면(47)과 제 2 벽면(48)에 고정된다. 제 2 안내 부재(33)는 시일 핀(44)의 선단부와 슈라우드(41)의 외주면(41a)의 간극(T)에 대해서, 증기 흐름 방향(A1)에 있어서의 하류측에 대향하여 마련된다. 제 2 안내 부재(33)는 로터(12)의 둘레방향(C) 및 축방향(A)에 따른 원통 형상을 이루고, 제 1 벽면(47)에 고정된다.

복수의 제 1 안내 부재(32)와 제 2 안내 부재(33)는 선회류 생성실(31) 내에서 교차하여 마련된다. 또한, 제 2 안내 부재(33)와 돌기부(49) 사이에서, 또한, 복수의 제 1 안내 부재(32) 사이에 복수의 제 1 안내 부재(81)가 마련된다. 복수의 제 1 안내 부재(81)는 로터(12)의 반경방향(R) 및 축방향(A)을 따른 판 형상을 이루고, 제 2 안내 부재(33)와 제 1 벽면(47)과 제 2 벽면(48)에 고정된다. 선회류 생성실(31)은 복수의 제 1 안내 부재(32)와 제 2 안내 부재(33)가 교차하는 동시에, 복수의 제 1 안내 부재(81)가 마련됨으로써, 제 2 안내 부재(33)보다 반경방향(R)의 외측에 둘레방향(C)을 따라서 복수의 제 1 선회류 생성실(31A)이 구획되고, 반경방향(R)의 내측에 둘레방향(C)을 따라서 복수의 제 2 선회류 생성실(31C)이 구획된다.

즉, 선회류 생성실(31)은 제 2 안내 부재(33)에 의해 로터(12)의 반경방향(R)에 있어서의 외측에 위치하는 복수의 제 1 선회류 생성실(31A)과, 로터(12)의 반경방향(R)에 있어서의 내측에 위치하는 복수의 제 2 선회류 생성실(31C)로 구획되고, 제 1 선회류 생성실(31A)측에 복수의 제 1 안내 부재(32)가 마련되고, 제 2 선회류 생성실(31C)측에 복수의 제 1 안내 부재(32, 81)가 마련된다. 그 때문에, 제 1 안내 부재(32, 81)는 제 1 선회류 생성실(31A)측보다 제 2 선회류 생성실(31C)측에 많이 마련되게 된다.

이 때, 선회류 증기(S3)는 제 1 선회류 생성실(31A) 내를 반복하여 선회하는 동시에, 일부가 선회류 증기(S4)에 합류한다. 한편, 선회류 증기(S4)는 제 2 선회류 생성실(31C) 내를 1도만큼 선회하여 선회류 증기(S3)의 일부가 합류한다. 제 1 선회류 생성실(31A)은 제 1 안내 부재(32)의 수가 적기 때문에, 선회류 증기(S3)가 반복하여 선회할 때, 선회류 증기(S3)와 제 1 안내 부재(32)의 박리 소용돌이를 감소시킬 수 있다. 한편, 제 2 선회류 생성실(31C)은 제 1 안내 부재(32, 81)의 수가 많기 때문에, 선회류 증기(S4)가 1도만큼 선회할 때, 제 1 안내 부재(32, 81)에 의해 선회류 증기(S4)의 둘레방향의 속도 성분을 효율적으로 감소할 수 있다.

그 후, 선회류 생성실(31) 내를 선회한 선회류 증기(S3, S4)는 합류한 후, 슈라우드(41)의 후단부에 안내되고 나서 이 슈라우드(41)와 돌기부(49) 사이를 통해서, 둘레방향(C)의 속도 성분이 감소된 누설 증기(S5)로서, 동익(14)을 통과한 주류 증기(S1)에 매끄럽게 합류한다.

이와 같이 제 4 실시형태의 회전 기계에서는, 선회류 생성실(31)은 제 2 안내 부재(33)에 의해 로터(12)의 반경방향(R)에 있어서의 외측에 위치하는 제 1 선회류 생성실(31A)과, 로터(12)의 반경방향(R)에 있어서의 내측에 위치하는 제 2 선회류 생성실(31C)로 구획되고, 제 1 안내 부재(32, 81)는 제 1 선회류 생성실(31A)보다 제 2 선회류 생성실(31C)에 많이 마련한다.

따라서, 제 1 선회류 생성실(31A)의 제 1 안내 부재(32)의 수가 적기 때문에, 선회류 증기(S3)가 제 1 선회류 생성실(31A) 내에서 반복하여 선회할 때, 제 1 안내 부재(32)와의 증기(S)의 박리 소용돌이를 감소시킬 수 있고, 제 2 선회류 생성실(31C)의 제 1 안내 부재(32, 81)의 수가 많기 때문에, 선회류 증기(S4)가 제 2 선회류 생성실(31C) 내에서 1도만큼 선회할 때, 제 1 안내 부재(32, 81)에 의해 효율적으로 둘레방향의 속도 성분을 감소할 수 있다.

또한, 상술한 실시형태에서는, 제 1 안내 부재를 선회류 생성실에 있어서의 로터의 반경방향의 전역에 마련하였지만, 적어도 시일 장치의 간극에 대해서 축방향으로 대향한 위치에 있으면 좋고, 이 위치의 반경방향에 있어서의 외측이나 내측을 없애도 좋다. 즉, 안내 부재를 제 1 벽부에만 고정해도 좋다.

또한, 상술한 실시형태에서는, 시일 장치를 래버린스 시일로 하였지만, 별도의 비접촉식 시일이어도 좋다.

또한, 상술한 실시형태에서는, 본 발명의 회전 기계를 증기 터빈(10)에 적용하였지만, 증기 터빈에 한정되지 않고, 압축기나 배기 터빈 등, 작동시에 내부의 압력이 외부의 압력보다 높아지는 회전 기계에 적용할 수 있다.

10 : 증기 터빈(회전 기계)
11 : 케이싱
11a : 내주면
12 : 로터
13 : 정익
14 : 동익
15 : 시일 장치
20 : 베어링
21 : 로터 디스크
22 : 증기 공급구
23 : 증기 통로
24 : 날개열부
25 : 배기실
26 : 증기 배출구
31 : 선회류 생성실
31A : 제 1 선회류 생성실
31B, 31C : 제 2 선회류 생성실
32, 81 : 제 1 안내 부재
33, 61 : 제 2 안내 부재
41 : 슈라우드
41a : 외주면
41b : 하면
42 : 오목부
42a : 내주면
43, 44, 45 : 시일 핀
46 : 내주면
47 : 제 1 벽면
48 : 제 2 벽면
49 : 돌기부
50 : 하면
50a : 경사면
51, 52 : 제 1 만곡면
53 : 제 2 만곡면
54 : 제 3 만곡면
71 : 제 3 안내 부재
72 : 경사면
A : 축방향
A1 : 증기 흐름 방향
C : 둘레방향
C1 : 회전 방향
R : 반경방향
S : 증기
S1 : 주류 증기
S2 : 누설 증기
S3 : 선회류 증기
S4 : 선회류 증기
S5 : 누설 증기

Claims

중공 형상을 이루는 케이싱과,
상기 케이싱 내에 회전 가능에 지지되는 회전체와,
상기 케이싱의 내주부에 고정되는 정익과,
상기 회전체의 외주부에 상기 정익에 대해서 상기 회전체의 축방향으로 어긋나서 고정되는 동익과,
상기 케이싱의 내주부와 상기 동익의 선단부 사이에 배치되는 시일 장치와,
상기 케이싱에 있어서의 상기 시일 장치보다 유체의 흐름 방향의 하류측에 상기 회전체의 둘레방향을 따라서 마련되는 선회류 생성실과,
상기 선회류 생성실에 상기 회전체의 반경방향을 따르는 동시에 상기 회전체의 둘레방향으로 소정 간격을 두고서 마련되는 복수의 제 1 안내 부재와,
상기 선회류 생성실에 상기 회전체의 둘레방향을 따라서 상기 복수의 제 1 안내 부재와 교차하여 마련되는 제 2 안내 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는
회전 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 안내 부재는 상기 시일 장치에 있어서의 유체의 누설 위치에 대해서 상기 회전체의 축방향으로 대향하는 위치에 마련되는 것을 특징으로 하는
회전 기계.
제 2 항에 있어서,
상기 시일 장치는 상기 케이싱의 내주부와 상기 동익의 선단부 중 어느 일방으로부터 타방으로 연장되어서 간극이 형성되는 시일 핀을 갖고, 상기 제 2 안내 부재는 상기 간극에 대해서 유체의 흐름 방향에 있어서의 하류측에 대향하여 마련되는 것을 특징으로 하는
회전 기계.
제 3 항에 있어서,
상기 시일 장치는 상기 케이싱의 내주부로부터 상기 동익의 선단부로 연장되어서 간극이 형성되는 시일 핀을 갖고, 상기 제 2 안내 부재는 선단부가 상기 동익의 선단부보다 상기 회전체의 반경방향의 외측, 또한 상기 시일 핀의 선단부보다 상기 회전체의 반경방향의 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는
회전 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 안내 부재와 상기 제 2 안내 부재는 상기 회전체의 축방향에 있어서의 길이가 동일한 것을 특징으로 하는
회전 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 안내 부재는 상기 회전체의 축방향에 있어서의 길이가, 상기 제 1 안내 부재에 있어서의 상기 회전체의 축방향에 있어서의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는
회전 기계.
제 1 항에 있어서,
상기 선회류 생성실은 상기 케이싱의 내주면과, 상기 케이싱에 있어서의 상기 시일 장치에 대해서 유체의 흐름 방향에 있어서의 하류측에 대향하는 제 1 벽면과, 상기 케이싱의 내주면에 대해서 상기 회전체의 반경방향에 있어서의 내측에 대향하는 제 2 벽면을 갖고, 상기 제 2 안내 부재는 상기 제 1 벽면으로부터 유체의 흐름 방향에 있어서의 상류측으로 연장되는 것을 특징으로 하는
회전 기계.
제 7 항에 있어서,
상기 케이싱의 내주면에 오목부가 형성되고, 상기 동익의 선단부에 고정되는 슈라우드가 상기 오목부 내에 소정 간극을 두고서 배치되고, 상기 선회류 생성실은 상기 오목부에 있어서의 유체의 흐름 방향에 있어서의 하류측에 마련되고, 상기 오목부의 내주면과, 상기 오목부에 마련되는 상기 제 1 벽면과, 상기 케이싱의 내주면으로부터 유체의 흐름 방향의 상류측으로 연장되는 돌기부에 마련되는 상기 제 2 벽면을 갖고, 상기 돌기부에 있어서의 상기 회전체의 반경방향에 있어서의 내측의 면이 상기 슈라우드에 있어서의 상기 회전체의 반경방향에 있어서의 내측의 면보다 상기 회전체의 반경방향에 있어서의 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는
회전 기계.
제 8 항에 있어서,
상기 슈라우드는 유체의 흐름 방향의 하류측에, 상기 돌기부에 대해서 상기 회전체의 축방향으로 대향하는 제 3 안내 부재가 마련되는 것을 특징으로 하는
회전 기계.
제 7 항에 있어서,
상기 제 2 안내 부재는 상기 제 1 벽면으로부터 유체의 흐름 방향에 있어서의 상류측을 향해서 테이퍼 형상을 이루는 것을 특징으로 하는
회전 기계.
제 7 항에 있어서,
상기 제 2 안내 부재와 상기 제 1 벽면의 연결부에 제 1 만곡면이 마련되는 것을 특징으로 하는
회전 기계.
제 7 항에 있어서,
상기 케이싱의 내주면과 상기 제 1 벽면의 연결부에 제 2 만곡면이 마련되는 동시에, 상기 제 1 벽면과 상기 제 2 벽면의 연결부에 제 3 만곡면이 마련되는 것을 특징으로 하는
회전 기계.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선회류 생성실은 상기 제 2 안내 부재에 의해 상기 회전체의 반경방향에 있어서의 외측에 위치하는 제 1 선회류 생성실과, 상기 회전체의 반경방향에 있어서의 내측에 위치하는 제 2 선회류 생성실로 구획되고, 상기 제 1 안내 부재는 상기 제 1 선회류 생성실보다 상기 제 2 선회류 생성실에 많이 마련되는 것을 특징으로 하는
회전 기계.