KR102575119B1

KR102575119B1 - 부분 송입 터빈에 사용되는 손실 저감 장치 및 부분 송입 터빈

Info

Publication number: KR102575119B1
Application number: KR1020217023166A
Authority: KR
Inventors: 료 다카타; 에이지 사이토; 아키라 가와나미
Original assignee: 미쓰비시주코마린마시나리 가부시키가이샤
Priority date: 2019-02-07
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2023-09-06
Also published as: JP2020128706A; KR20210105969A; WO2020161985A1; JP6916824B2; CN113383146B; CN113383146A

Abstract

적어도 일 실시형태에 관련된 부분 송입 터빈에 사용되는 손실 저감 장치는, 둘레 방향에 있어서의 작동 유체의 송입부와 비송입부를 갖도록 구성된 조속단 노즐을 포함하는 부분 송입 터빈에 사용되는 손실 저감 장치로서, 상기 조속단 노즐로부터 송입되는 상기 작동 유체가 작용하는 조속단 동익이 외주면에 장착된 로터 디스크에 대해 간극을 존재시키도록 상기 조속단 노즐의 반대측에 배치된 원환판부이고, 상기 조속단 노즐의 상기 송입부에 대응하는 위치에 형성된 개구부를 갖고, 또한, 상기 원환판부의 내주연이 상기 로터 디스크의 상기 외주면보다 직경 방향 내측에 위치하도록 구성된 원환판부를 구비한다.

Description

부분 송입 터빈에 사용되는 손실 저감 장치 및 부분 송입 터빈

본 개시는, 부분 송입 터빈에 사용되는 손실 저감 장치 및 부분 송입 터빈에 관한 것이다.

예를 들어, 증기 터빈이나 가스 터빈 등의 축류 터빈에서는, 고효율화를 위해서, 이른바 부분 송입 터빈이 채용되는 경우가 있다.

부분 송입 터빈에서는, 둘레 방향으로 작동 유체의 송입부와 비송입부를 형성하고, 초단 노즐 (조속단 노즐) 로부터 송입부를 개재하여 작동 유체를 부분 송입하도록 구성되어 있다 (예를 들어 특허문헌 1 참조).

일본 공개특허공보 2014-202090호

특허문헌 1 에 기재된 바와 같은 부분 송입 터빈에서는, 조속단 노즐의 다음의 단인 제 1 단 노즐 (정익) 은, 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있다. 그 때문에, 조속단 노즐로부터 송입부를 개재하여 부분 송입된 작동 유체는, 조속단 동익이 외주면에 장착된 로터 디스크와 제 1 단 노즐 (정익) 사이의 공간의 전체 둘레에 걸쳐서 널리 퍼진 후, 제 1 단 노즐에 유입되게 된다. 그 때문에, 그 공간을 흐르는 작동 유체의 손실을 저감하는 것이 부분 송입 터빈의 효율화에 기여한다.

상기 서술한 사정을 감안하여, 본 발명의 적어도 일 실시형태는, 부분 송입 터빈의 손실을 억제하는 것을 목적으로 한다.

(1) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 관련된 부분 송입 터빈에 사용되는 손실 저감 장치는,

둘레 방향에 있어서의 작동 유체의 송입부와 비송입부를 갖도록 구성된 조속단 노즐을 포함하는 부분 송입 터빈에 사용되는 손실 저감 장치로서,

상기 조속단 노즐로부터 송입되는 상기 작동 유체가 작용하는 조속단 동익이 외주면에 장착된 로터 디스크에 대해 간극을 존재시키도록 상기 조속단 노즐의 반대측에 배치된 원환판부이고, 상기 조속단 노즐의 상기 송입부에 대응하는 위치에 형성된 개구부를 갖고, 또한, 상기 원환판부의 내주연이 상기 로터 디스크의 상기 외주면보다 직경 방향 내측에 위치하도록 구성된 원환판부

를 구비한다.

상기 서술한 바와 같이, 부분 송입 터빈에서는, 조속단 노즐로부터 송입부를 개재하여 부분 송입된 작동 유체는, 조속단 동익이 외주면에 장착된 로터 디스크와, 제 1 단 노즐 (정익) 이 포함되는 정익환 사이의 공간을 통과하고, 전체 둘레에 걸쳐서 형성된 복수의 정익끼리의 사이로 유입된다. 그때, 그 공간을 통과하는 작동 유체가 그 로터 디스크의 회전의 영향을 받음으로써, 부분 송입 터빈의 효율이 저하할 우려가 있다. 그 때문에, 그 공간을 통과하는 작동 유체가 그 로터 디스크로부터 받는 영향을 저감하는 것이 요망되고 있다.

그 점에서, 상기 (1) 의 구성에서는, 그 로터 디스크에 대해 간극을 존재시키도록 조속단 노즐의 반대측에 배치된 원환판부를 구비하고 있다. 또, 원환판부는, 그 내주연이 그 로터 디스크의 외주면보다 직경 방향 내측에 위치하도록 구성되어 있다. 따라서, 원환판부는, 내주연이 존재하는 직경 방향 위치로부터 그 로터 디스크의 외주면이 존재하는 직경 방향 위치까지의 원환상의 영역이 축 방향으로부터 보았을 때에 그 로터 디스크와 중복되게 된다. 그 때문에, 상기 공간 중, 원환판부보다 정익측이고, 축 방향으로부터 보았을 때에 상기 원환상의 영역과 중복되는 영역에서는, 그 영역과 그 로터 디스크 사이에 원환판부에 있어서의 상기 원환상의 영역이 존재하므로, 작동 유체가 그 로터 디스크의 회전의 영향을 받기 어려워진다.

따라서, 상기 (1) 의 구성에 의하면, 상기 서술한 바와 같이 작동 유체가 그 로터 디스크의 회전의 영향을 받기 어려워지므로, 부분 송입 터빈의 손실을 억제할 수 있다.

(2) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 의 구성에 있어서, 상기 원환판부의 상기 내주연은, 상기 원환판부를 사이에 두고 상기 로터 디스크와는 반대측에 배치되는 정익환에 포함되는 정익의 상기 직경 방향 내측의 단부 (端部) 보다 상기 직경 방향 내측에 위치하도록 구성되어 있다.

상기 서술한 바와 같이, 상기 공간 중, 원환판부보다 정익측이고, 축 방향으로부터 보았을 때에 상기 원환상의 영역과 중복되는 영역에서는, 상기 원환상의 영역이 존재함으로써, 작동 유체가 그 로터 디스크의 회전의 영향을 받기 어려워진다. 여기서, 상기 (2) 의 구성에서는, 상기 원환상의 영역의 직경 방향 내측의 단부인 원환판부의 내주연이, 정익환에 있어서의 정익의 직경 방향 내측의 단부보다 직경 방향 내측에 위치한다. 따라서, 상기 (2) 의 구성에 의하면, 상기 공간 중, 원환판부보다 정익측이고, 정익환에 있어서의 정익의 직경 방향 내측의 단부보다 직경 방향 내측의 위치부터 그 로터 디스크의 외주면이 존재하는 직경 방향 위치까지의 원환상의 영역과 축 방향으로부터 보았을 때에 중복되는 영역에 있어서, 작동 유체가 그 로터 디스크의 회전에 의해 받는 영향을 저감할 수 있다.

이로써, 상기 (2) 의 구성에 의하면, 정익에 유입되는 작동 유체가 그 로터 디스크의 회전의 영향을 더욱 받기 어려워지므로, 부분 송입 터빈의 손실을 더욱 억제할 수 있다.

(3) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (2) 의 구성에 있어서, 상기 원환판부의 내주연에 일단이 접속되고, 상기 정익환의 내주 링에 타단이 접속되는 접속 부재를 추가로 구비한다.

상기 (3) 의 구성에 의하면, 원환판부의 내주연이 상기 공간 내에서 안정적으로 고정된다.

(4) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (3) 의 구성에 있어서, 상기 접속 부재는, 로터 샤프트의 외주로부터 이간되어 형성된 원통 형상을 갖는다.

상기 (4) 의 구성에 의하면, 상기 접속 부재가 로터 샤프트를 외주측으로부터 덮으므로, 상기 공간에 있어서, 정익환에 형성된 복수의 정익끼리의 사이로 유입되는 작동 유체가 로터 샤프트의 회전에 의해 받는 영향을 저감할 수 있다.

(5) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 구성에 있어서, 상기 로터 디스크의 전체 둘레에 대해 상기 송입부가 형성되는 영역의 비율은, 45 % 이하이다.

발명자들이 예의 검토한 결과, 로터 디스크의 전체 둘레에 대해 송입부가 형성되는 영역의 비율이 45 % 이하, 즉 부분 송입률이 45 % 이하이면, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 구성에 있어서의 원환판부에 의해, 부분 송입 터빈의 손실을 효과적으로 억제할 수 있는 것이 판명되었다.

따라서, 상기 (5) 의 구성에 의하면, 부분 송입 터빈의 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.

(6) 본 발명의 적어도 일 실시형태에 관련된 부분 송입 터빈은,

상기 구성 (1) 내지 (5) 중 어느 구성의 상기 손실 저감 장치와,

상기 로터 디스크와,

상기 조속단 노즐

을 구비한다.

상기 (6) 의 구성에 의하면, 상기 구성 (1) 내지 (5) 중 어느 구성의 손실 저감 장치를 구비하므로, 부분 송입 터빈의 손실을 억제할 수 있다.

본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 부분 송입 터빈의 손실을 억제할 수 있다.

도 1 은 일 실시형태에 관련된 손실 저감 장치를 구비하는 터빈의 모식적인 단면도이다.
도 2 는 다른 실시형태에 관련된 손실 저감 장치를 구비하는 터빈의 모식적인 단면도이다.
도 3 은 또 다른 실시형태에 관련된 손실 저감 장치를 구비하는 터빈의 모식적인 단면도이다.
도 4 는 또 다른 실시형태에 관련된 손실 저감 장치를 구비하는 터빈의 모식적인 단면도이다.
도 5 는 또 다른 실시형태에 관련된 손실 저감 장치를 구비하는 터빈의 모식적인 단면도이다.
도 6 은 또 다른 실시형태에 관련된 손실 저감 장치를 구비하는 터빈의 모식적인 단면도이다.
도 7 은 도 1 의 III-III 화살표도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇 개의 실시형태에 대해 설명한다. 단, 실시형태로서 기재되어 있는 또는 도면에 나타나 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은, 본 발명의 범위를 이것에 한정하는 취지가 아니고, 단순한 설명예에 지나지 않는다.

예를 들어, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 혹은 「동축」 등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일 기능이 얻어지는 정도의 각도나 거리로 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.

예를 들어, 「동일」, 「동등하다」 및 「균질」 등의 사물이 동등한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동등한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일 기능이 얻어지는 정도의 차가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.

예를 들어, 사각형상이나 원통형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각형상이나 원통형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일한 효과가 얻어지는 범위에서, 요철부나 모따기부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.

한편, 하나의 구성 요소를 「구비한다」, 「포함한다」, 또는, 「갖는다」라는 표현은, 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현이 아니다.

도 1 은, 일 실시형태에 관련된 손실 저감 장치를 구비하는 터빈의 모식적인 단면도이다. 도 2 는, 다른 실시형태에 관련된 손실 저감 장치를 구비하는 터빈의 모식적인 단면도이다. 도 3 은, 또 다른 실시형태에 관련된 손실 저감 장치를 구비하는 터빈의 모식적인 단면도이다. 도 4 는, 또 다른 실시형태에 관련된 손실 저감 장치를 구비하는 터빈의 모식적인 단면도이다. 도 5 는, 또 다른 실시형태에 관련된 손실 저감 장치를 구비하는 터빈의 모식적인 단면도이다. 도 6 은, 또 다른 실시형태에 관련된 손실 저감 장치를 구비하는 터빈의 모식적인 단면도이다. 도 7 은, 도 1 의 III-III 화살표도이다.

도 1 ~ 6 에 나타내는 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 관련된 터빈 (1) 은, 이른바 축류 터빈이고, 케이싱 (2) 과, 로터 샤프트 (4) 와, 로터 샤프트 (4) 에 고정된 로터 디스크 (6) 와, 조속단 노즐 (8) 과, 동익 (12) 과, 정익 (14) 과, 손실 저감 장치 (100) 를 구비하고 있다.

또한, 이하의 설명에서는, 로터 샤프트 (4) 의 연장 방향을 간단히 축 방향이라고도 부르고, 로터 샤프트 (4) 의 둘레 방향을 간단히 둘레 방향이라고도 부른다. 또, 축 방향에 관하여, 케이싱 (2) 내에서의 작동 유체의 주된 흐름의 축 방향을 따른 방향을 하류 방향, 또는 하류측이라고도 부르고, 그 하류 방향과는 반대 방향을 상류 방향, 또는 상류측이라고도 부른다. 도 1 ~ 6 에 있어서는, 도시 우측이 하류측이고, 도시 좌측이 상류측이다.

로터 디스크 (6) 의 외주면 (6a) 에는, 둘레 방향으로 간격을 두고 복수의 동익 (12) 이 장착되어 있다. 로터 디스크 (6) 와, 그 로터 디스크 (6) 에 장착된 복수의 동익 (12) 에 의해 동익단 (動翼段) (30) 이 형성되어 있다. 또한, 로터 디스크 (6) 에는, 도 1, 2 에 나타내는 바와 같이, 로터 디스크 (6) 의 회전 밸런스를 조정하기 위한 밸런스 홀 (6b) 이 형성되어 있어도 된다. 밸런스 홀 (6b) 은, 축 방향을 따라 로터 디스크 (6) 를 관통하는 관통공이다.

정익 (14) 은, 둘레 방향으로 간격을 두고 복수 배치된 상태에서, 직경 방향 내측의 단부가 내주 링 (16) 의 외주면에 장착되고, 직경 방향 외측의 단부가 외주 링 (18) 의 내주면에 장착되어 있다. 내주 링 (16) 과, 외주 링 (18) 과, 각 링 (16, 18) 에 장착된 복수의 정익 (14) 을 포함하는 정익환 (22) 에 의해 정익단 (靜翼段) (40) 이 형성되어 있다.

몇 개의 실시형태에 관련된 터빈 (1) 에서는, 동익단 (30) 과 정익단 (40) 이 축 방향을 따라 교대로 배치되어 있다. 또한, 도 1 ~ 6 에서는, 후술하는 조속단 노즐 (8) 의 직하류측에 배치된 조속단 동익 (12A) 을 포함하는 동익단 (31) 과, 그 동익단 (31) 의 직하류측에 배치된 제 1 정익단 (41) 과, 제 1 정익단 (41) 의 직하류측에 배치된 제 1 동익단 (32) 이 도시되어 있다.

조속단 노즐 (8) 은, 둘레 방향에 있어서의 작동 유체의 송입부 (61) 와 비송입부 (63) (도 7 참조) 를 갖도록 구성되어 있고, 케이싱 (2) 과 일체적으로 고정된 작동 유체 공급관 (52) 의 공급구 (54) 에 지지되어, 작동 유체 (증기, 연소 가스) 를 송입한다.

즉, 터빈 (1) 은, 둘레 방향으로 작동 유체의 송입부 (61) 와 비송입부 (63) 를 갖는 부분 송입 터빈이다.

도 1 ~ 7 에 나타내는 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 관련된 터빈 (1) 에서는, 손실 저감 장치 (100) 는, 조속단 동익 (12A) 을 포함하는 동익단 (31) 과 제 1 정익단 (41) 사이의 공간 (65) 에 형성되어 있다. 또한, 그 공간 (65) 은, 로터 샤프트 (4) 의 외주면과 케이싱 (2) 의 내주면 사이에서 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있다.

손실 저감 장치 (100) 에 대해서는, 다음에 상세히 서술한다.

도 1 ~ 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 터빈 (1) 에서는, 케이싱 (2) 에 고정 지지된 작동 유체 공급관 (52) 을 거쳐, 공급구 (54) 내로 유입된 작동 유체는, 조속단 노즐 (8) 및 조속단 동익 (12A) 에 유입되고, 팽창일을 실시한다. 이어서 작동 유체는 하류측의 정익단 (40) 및 동익단 (30) 에 유입되고, 팽창일을 실시한다. 이로써, 로터 샤프트 (4) 가 회전 구동된다.

(손실 저감 장치 (100) 에 대해)

도 1 ~ 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 터빈 (1) 과 같은 부분 송입 터빈에서는, 조속단 노즐 (8) 의 다음의 단인 제 1 정익단 (41) 에 있어서 정익 (14) 은, 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있다. 그 때문에, 조속단 노즐 (8) 로부터 송입부 (61) 를 개재하여 부분 송입된 작동 유체는, 조속단 동익 (12A) 이 외주면에 장착된 로터 디스크 (6) 와 제 1 정익단 (41) 의 정익환 (22) 사이의 공간 (65) 의 전체 둘레에 걸쳐서 널리 퍼진 후, 제 1 정익단 (41) 의 정익 (14) 으로 유입되게 된다. 그 때문에, 그 공간 (65) 을 흐르는 작동 유체의 손실을 저감하는 것이 부분 송입 터빈의 효율화에 기여한다.

그래서, 도 1 ~ 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 터빈 (1) 에서는, 이하에서 상세히 서술하는 몇 개의 실시형태에 관련된 원환판부 (110) 를 구비하는 손실 저감 장치 (100) 를 형성함으로써, 상기 서술한 작동 유체의 손실을 저감하도록 하고 있다.

도 1 ~ 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 손실 저감 장치 (100) 에서는, 도 1 ~ 도 7 에 나타내는 바와 같이, 조속단 노즐 (8) 로부터 송입되는 작동 유체가 작용하는 조속단 동익 (12A) 이 외주면에 장착된 로터 디스크 (6) 에 대해 간극 (67) 을 존재시키도록 조속단 노즐 (8) 의 반대측에 배치된 원환판부 (110) 를 구비하고 있다. 원환판부 (110) 는, 조속단 노즐 (8) 의 송입부 (61) 에 대응하는 위치에 형성된 개구부 (112) 와, 비송입부 (63) 에 대응하는 위치에 형성된 폐지부 (113) 를 갖고, 또한, 원환판부 (110) 의 내주연 (114) 이 조속단 동익 (12A) 을 포함하는 동익단 (31) 의 로터 디스크 (6) 의 외주면 (6a) 보다 직경 방향 내측에 위치하도록 구성되어 있다.

또한, 도 1 ~ 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 손실 저감 장치 (100) 에서는, 원환판부 (110) 의 외주연 (118) 은, 적어도 조속단 동익 (12A) 을 포함하는 동익단 (31) 의 로터 디스크 (6) 의 외주면 (6a) 보다 직경 방향 내측에 위치하도록 형성되어 있다.

상기 서술한 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 관련된 터빈 (1) 과 같은 부분 송입 터빈에서는, 조속단 노즐 (8) 로부터 송입부 (61) 를 개재하여 부분 송입된 작동 유체는, 조속단 동익 (12A) 을 통과한 후, 공간 (65) 을 통과하고, 전체 둘레에 걸쳐서 형성된 제 1 정익단 (41) 의 복수의 정익 (14) 끼리의 사이로 유입된다. 그때, 그 공간 (65) 을 통과하는 작동 유체가 그 로터 디스크 (6) 의 회전의 영향을 받음으로써, 부분 송입 터빈의 효율이 저하할 우려가 있다.

그 점에서, 도 1 ~ 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 손실 저감 장치 (100) 에서는, 상기 서술한 원환판부 (110) 를 구비하고 있다. 이 원환판부 (110) 는, 그 내주연 (114) 이 그 로터 디스크 (6) 의 외주면 (6a) 보다 직경 방향 내측에 위치하도록 구성되어 있다. 따라서, 원환판부 (110) 는, 내주연 (114) 이 존재하는 직경 방향 위치부터 그 로터 디스크 (6) 의 외주면 (6a) 이 존재하는 직경 방향 위치까지의 원환상의 원환 영역 (116) 이 축 방향으로부터 보았을 때에 그 로터 디스크 (6) 와 중복되게 된다. 그 때문에, 상기 공간 (65) 중, 원환판부 (110) 보다 정익 (14) 측 (하류측) 이고, 축 방향으로부터 보았을 때에 원환 영역 (116) 과 중복되는 중복 영역 (65a) 에서는, 중복 영역 (65a) 과 그 로터 디스크 (6) 사이에 원환판부 (110) 에 있어서의 원환 영역 (116) 이 존재하므로, 작동 유체가 그 로터 디스크 (6) 의 회전의 영향을 받기 어려워진다.

따라서, 도 1 ~ 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 손실 저감 장치 (100) 에 의하면, 상기 서술한 바와 같이 작동 유체가 그 로터 디스크 (6) 의 회전의 영향을 받기 어려워지므로, 부분 송입 터빈의 손실을 억제할 수 있다.

도 1 ~ 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 손실 저감 장치 (100) 에서는, 원환판부 (110) 의 내주연 (114) 은, 원환판부 (110) 를 사이에 두고 로터 디스크 (6) 와는 반대측에 배치되는 제 1 정익단 (41) 의 정익환 (22) 에 포함되는 정익 (14) 의 직경 방향 내측의 단부 (14a) 보다 직경 방향 내측에 위치하도록 구성되어 있다.

이로써, 중복 영역 (65a) 을 제 1 정익단 (41) 에 있어서의 정익 (14) 의 직경 방향 내측의 단부 (14a) 보다 직경 방향 내측으로까지 확대할 수 있다. 즉, 상기 공간 (65) 중, 원환판부 (110) 보다 하류측이고, 제 1 정익단 (41) 의 정익환 (22) 에 있어서의 정익 (14) 의 직경 방향 내측의 단부 (14a) 보다 직경 방향 내측의 위치부터 조속단 동익 (12A) 을 포함하는 동익단 (31) 의 로터 디스크 (6) 의 외주면 (6a) 이 존재하는 직경 방향 위치까지의 원환 영역 (116) 과 축 방향으로부터 보았을 때에 중복되는 중복 영역 (65a) 에 있어서, 작동 유체가 그 로터 디스크 (6) 의 회전에 의해 받는 영향을 저감할 수 있다.

이로써, 제 1 정익단 (41) 에 있어서의 정익 (14) 에 유입되는 작동 유체가 그 로터 디스크 (6) 의 회전의 영향을 더욱 받기 어려워지므로, 부분 송입 터빈의 손실을 더욱 억제할 수 있다.

도 1 ~ 4 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 손실 저감 장치 (100) 에서는, 개구부 (112) 의 형성 영역을 제외한 원환판부 (110) 의 외주연 (118) 이 케이싱 (2) 에 고정되어 있다. 또, 도 5, 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 손실 저감 장치 (100) 에서는, 원환판부 (110) 의 외주연 (118) 의 근방의 영역과 제 1 정익단 (41) 의 외주 링 (18) 의 상류측의 단면 (18a) 사이를 접속하는 접속 부재 (131) 에 의해, 원환판부 (110) 의 외주연 (118) 의 근방의 영역이 제 1 정익단 (41) 의 외주 링 (18) 에 고정되어 있다.

도 3, 4, 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 손실 저감 장치 (100) 에서는, 원환판부 (110) 의 내주연 (114) 에 일단이 접속되고, 제 1 정익단 (41) 의 정익환 (22) 의 내주 링 (16) 에 타단이 접속되는 접속 부재 (120) 를 추가로 구비한다.

도 3 에 나타낸 일 실시형태에서는, 접속 부재 (120) 는, 둘레 방향으로 간격을 두고 배치된 복수의 축상 부재 (122) 이다. 또, 도 4, 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에서는, 접속 부재 (120) 는, 로터 샤프트 (4) 의 외주로부터 이간되어 형성된 원통 형상을 갖는 원통 부재 (124) 이다.

이로써, 원환판부 (110) 의 내주연 (114) 이 상기 공간 (65) 내에서 안정적으로 고정된다.

또, 도 4, 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 의하면, 원통 부재 (124) 가 로터 샤프트 (4) 를 외주측으로부터 덮으므로, 상기 공간 (65) 에 있어서, 제 1 정익단 (41) 의 정익환 (22) 에 형성된 복수의 정익 (14) 끼리의 사이로 유입되는 작동 유체가 로터 샤프트 (4) 의 회전에 의해 받는 영향을 저감할 수 있다.

도 1 ~ 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 손실 저감 장치 (100) 에서는, 원환판부 (110) 와 조속단 동익 (12A) 을 포함하는 동익단 (31) 의 로터 디스크 (6) 의 축 방향을 따른 거리 x1 은, 원환판부 (110) 와 제 1 정익단 (41) 의 내주 링 (16) 또는 외주 링 (18) 의 축 방향을 따른 거리 x2 보다 작다. 따라서, 상기 공간 (65) 에 있어서의 그 로터 디스크 (6) 와 원환판부 (110) 의 거리 x1 이 짧아지므로, 상기 공간 (65) 내의 작동 유체가 그 로터 디스크 (6) 의 회전의 영향을 받기 어려워진다. 또, 상기 공간 (65) 에 있어서의 원환판부 (110) 와 제 1 정익단 (41) 의 거리 x2 가 길어지므로, 조속단 노즐 (8) 로부터 송입부 (61) 를 개재하여 부분 송입된 작동 유체가 조속단 동익 (12A) 을 통과한 후, 원환판부 (110) 보다 하류측의 공간 (65) 내에서 전체 둘레에 걸쳐서 널리 퍼지기 쉬워진다. 그 때문에, 제 1 정익단 (41) 의 정익 (14) 끼리의 사이로 유입되는 작동 유체의 흐름이, 둘레 방향 위치에 의하지 않고 균일하게 되기 쉬워진다. 이로써, 부분 송입 터빈의 손실을 억제할 수 있다.

또한, 도 1, 2 에 나타낸 바와 같이, 조속단 동익 (12A) 을 포함하는 동익단 (31) 의 로터 디스크 (6) 에 밸런스 홀 (6b) 이 형성되어 있는 경우, 예를 들어, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 축 방향으로부터 보았을 때에 밸런스 홀 (6b) 과 원환판부 (110) 가 중복되도록 원환판부 (110) 가 형성되어 있으면 된다. 이로써, 밸런스 홀 (6b) 을 개재하여 누설 흐름이 되는 작동 유체가, 작동 유체의 주류에 주는 영향을 저감할 수 있어, 부분 송입 터빈의 손실을 억제할 수 있다.

도 1 ~ 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 손실 저감 장치 (100) 에서는, 로터 디스크 (6) 의 전체 둘레에 대해 송입부 (61) 가 형성되는 영역의 비율은, 45 % 이하이면 된다.

즉, 발명자들이 예의 검토한 결과, 로터 디스크 (6) 의 전체 둘레에 대해 송입부 (61) 가 형성되는 영역의 비율이 45 % 이하, 즉 부분 송입률이 45 % 이하이면, 도 1 ~ 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 원환판부 (110) 에 의해, 부분 송입 터빈의 손실을 효과적으로 억제할 수 있는 것이 판명되었다.

따라서, 도 1 ~ 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 손실 저감 장치 (100) 에 의하면, 부분 송입률이 45 % 이하로 함으로써, 부분 송입 터빈의 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.

도 1 ~ 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 터빈 (1) 에서는, 도 1 ~ 6 에 나타낸 몇 개의 실시형태에 관련된 손실 저감 장치 (100) 를 구비하므로, 부분 송입 터빈의 손실을 억제할 수 있다.

본 발명은 상기 서술한 실시형태로 한정되지 않고, 상기 서술한 실시형태에 변형을 가한 형태나, 이들의 형태를 적절히 조합한 형태도 포함한다.

1 : 터빈 (부분 송입 터빈)
2 : 케이싱
4 : 로터 샤프트
6 : 로터 디스크
8 : 조속단 노즐
12 : 동익
12A : 조속단 동익
14 : 정익
16 : 내주 링
18 : 외주 링
22 : 정익환
61 : 송입부
65 : 공간
65a : 중복 영역
112 : 개구부
114 : 내주연
116 : 원환 영역
120 : 접속 부재

Claims

둘레 방향에 있어서의 작동 유체의 송입부와 비송입부를 갖도록 구성된 조속단 노즐을 포함하는 부분 송입 터빈에 사용되는 손실 저감 장치로서,
상기 조속단 노즐로부터 송입되는 상기 작동 유체가 작용하는 조속단 동익이 외주면에 장착된 로터 디스크에 대해 간극을 존재시키도록 상기 조속단 노즐의 반대측에 배치된 원환판부이고, 상기 조속단 노즐의 상기 송입부에 대응하는 위치에 형성된 개구부를 갖고, 또한, 상기 원환판부의 내주연이 상기 로터 디스크의 상기 외주면보다 직경 방향 내측에 위치하도록 구성된 원환판부를 구비하고,
상기 원환판부의 상기 내주연은, 상기 원환판부를 사이에 두고 상기 로터 디스크와는 반대측에 배치되는 정익환에 포함되는 정익의 상기 직경 방향 내측의 단부보다 상기 직경 방향 내측에 위치하도록 구성되어 있고,
상기 원환판부의 내주연에 일단이 접속되고, 상기 정익환의 내주 링에 타단이 접속되는 접속 부재를 추가로 구비하는 부분 송입 터빈에 사용되는 손실 저감 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 접속 부재는, 로터 샤프트의 외주로부터 이간되어 형성된 원통 형상을 갖는 부분 송입 터빈에 사용되는 손실 저감 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 로터 디스크의 전체 둘레에 대해 상기 송입부가 형성되는 영역의 비율은, 45 % 이하인 부분 송입 터빈에 사용되는 손실 저감 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 상기 손실 저감 장치와,
상기 로터 디스크와,
상기 조속단 노즐
을 구비하는 부분 송입 터빈.
제 3 항에 기재된 상기 손실 저감 장치와,
상기 로터 디스크와,
상기 조속단 노즐
을 구비하는 부분 송입 터빈.
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