KR20120130775A - 시일 구조, 이것을 구비한 터빈 기계 및 이것을 구비한 발전 플랜트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 누출된 유체에 의한 주류 유체의 흐트러짐을 억제 가능한 시일 구조를 제공하는 것이다. 주류 유체가 작용하는 복수의 날개(2)의 선단에 설치되어, 이웃하는 각각이 접촉하여 통 형상으로 되는 슈라우드(3a)와, 슈라우드(3a)에 대향하여 설치되는 구조체(4)에 접속되는 밀봉 수단(5c)과, 슈라우드(3a)의 하류측과, 밀봉 수단(5c)의 하류측과, 구조체(4)의 하류측의 벽부(4b)에 의해 형성되어, 날개(2)에 작용한 주류 유체에 연통하는 공간부(7)를 구비하고, 구조체(4)의 하류측의 벽부(4b)의 단부(4d)가, 슈라우드(3a)의 하류측으로 연장되는 슈라우드용 연장선(11)과, 슈라우드용 연장선(11)에 대해 소정의 간극을 갖고 대략 평행하게 설치되는 밀봉 수단(5c)의 하류측으로 연장되는 밀봉 수단용 연장선(10)으로부터 이격되는 동시에, 밀봉 수단용 연장선(10)으로부터 볼 때 슈라우드용 연장선(11)과는 반대측에 위치하도록 형성되어 있다.

Description

시일 구조, 이것을 구비한 터빈 기계 및 이것을 구비한 발전 플랜트 {SEAL STRUCTURE, TURBINE MACHINE EQUIPPED WITH SAME, AND POWER PLANT EQUIPPED WITH SAID TURBINE MACHINE}

본 발명은 시일 구조, 이것을 구비한 터빈 기계 및 이것을 구비한 발전 플랜트에 관한 것으로, 특히 밀봉 수단과 날개 선단의 슈라우드 사이로부터 누출되는 유체에 관한 것이다.

일반적으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 터빈의 복수의 동익(51)의 각 선단에는 터빈 케이싱(52)과 대향하도록, 동익 슈라우드(53)가 설치되어 있다. 동익 슈라우드(53)는 이들 동익(51)의 회전 중에 이웃하는 각각이 접촉하여 환형상으로 된다. 동익 슈라우드(53)와, 터빈 케이싱(52) 사이에는 터빈 케이싱(52)으로부터 동익 슈라우드(53)를 향해 시일 핀(54)이 터빈 케이싱(52)측에 접속되어 있는 시일부가 설치되어 있다. 시일 핀(54)은 동익(51)으로 유도된 주류 유체가 동익 슈라우드(53)와 터빈 케이싱(52) 사이로부터 누출되는 유체(이하, 「리크 제트」라고 함)의 누설량을 감소하기 위해 설치되어 있다(예를 들어, 증기 터빈에 대한 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2).

일본 특허 출원 공개 제2005-214051호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-138259호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-291967호 공보

그러나, 특허 문헌 1이나 특허 문헌 3에 기재된 발명에서는, 시일부를 누출시키는 리크 제트의 흐름 방향의 하류측에는 터빈 케이싱의 하류측의 벽부가 존재하고 있어, 대기 개방으로 되어 있지 않은 것은 명백하다. 그로 인해, 도 5에 도시한 바와 같이, 터빈 케이싱(52)의 하류측의 벽부(52a)와 동익 슈라우드(53)와 시일 핀(54)에 의해 형성되어 있는 공간부(55)에 도출된 리크 제트(도 5에 있어서 파선으로 나타냄)는 터빈 케이싱(52)의 하류측의 벽부(52a)에 충돌하여 그 벽부(52a)를 따라서 직경 방향 내측으로 이동하고, 동익(51)에 작용한 후의 주류 유체(도 5에 있어서 실선으로 나타냄)에 큰 각도(예를 들어, 90°)를 갖고 합류한다. 리크 제트가 주류 유체에 합류할 때에는, 주류 유체에 대한 리크 제트의 유입 각도가 커지므로 리크 제트가 주류 유체를 크게 흐트러뜨려 혼합 손실(믹싱 로스)이 발생하여 터빈 효율이 저하된다고 하는 문제가 있었다.

또한, 터빈 케이싱(52)의 하류측의 벽부(52a)에 리크 제트가 충돌함으로써, 충돌한 리크 제트는 터빈 케이싱(52)의 하류측의 벽부(52a)를 따라서 직경 방향 내측으로 이동한다. 터빈 케이싱(52)의 벽부(52a)를 따라서 직경 방향 내측으로 이동한 리크 제트는 주류 유체의 일부를 혼입하여 도 5의 파선으로 나타낸 바와 같이 공간부(55) 내에 소용돌이를 발생시킨다. 주류 유체의 일부가 공간부(55) 내에 혼입되므로, 주류 유체의 흐름이 크게 흐트러져 혼합 손실(믹싱 로스)이 발생한다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 시일부로부터 누출된 유체에 의한 주류 유체의 흐름의 흐트러짐을 억제 가능한 시일 구조, 이것을 구비한 터빈 기계 및 이것을 구비한 발전 플랜트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 시일 구조, 이것을 구비한 터빈 기계 및 이것을 구비한 발전 플랜트는 이하의 수단을 채용한다.

즉, 본 발명의 제1 형태에 관한 시일 구조에 따르면, 주류 유체가 작용하는 복수의 날개의 선단에 설치되어, 이웃하는 각각이 접촉하여 통 형상으로 되는 슈라우드와, 상기 슈라우드에 대향하여 설치되는 구조체에 접속되는 밀봉 수단과, 상기 슈라우드의 하류측과, 상기 밀봉 수단의 하류측과, 상기 구조체의 하류측의 벽부에 의해 형성되어, 상기 날개에 작용한 주류 유체에 연통하는 공간부를 구비하고, 상기 구조체의 하류측의 상기 벽부의 단부가, 상기 슈라우드의 하류측으로 연장되는 슈라우드용 연장선과, 상기 슈라우드용 연장선에 대해 소정의 간극을 갖고 대략 평행하게 설치되는 상기 밀봉 수단의 하류측으로 연장되는 밀봉 수단용 연장선으로부터 이격되는 동시에, 상기 밀봉 수단용 연장선으로부터 볼 때 상기 슈라우드용 연장선과는 반대측에 위치하도록 형성되어 있다.

밀봉 수단과 슈라우드 사이로부터 공간부 내로 누출된 유체는 슈라우드의 하류측으로 연장되는 슈라우드용 연장선 및 그것에 평행한 밀봉 수단의 하류측으로 연장되는 밀봉 수단용 연장선을 따라서 도출된다. 그로 인해, 밀봉 수단용 연장선 및 슈라우드용 연장선에 의해 끼워진 영역, 바꾸어 말하면, 누출된 유체가 흐르는 영역의 연장 방향으로, 터빈 케이싱이나 회전축체 등의 구조체의 하류측의 벽부가 있는 경우에는, 누출된 유체가 공간부 내를 통과하여 구조체의 하류측의 벽부에 충돌한다. 구조체의 벽부에 충돌한 누출된 유체는 구조체의 하류측의 벽부를 따라서 구조체와는 역의 방향으로, 즉 주류 유체측으로 흐른다. 공간부는 날개에 작용한 주류 유체에 연통하므로, 벽부를 따라서 누출된 유체가 날개에 작용한 주류 유체에 대해 큰 각도(예를 들어, 90°)를 갖고 합류한다. 그로 인해, 날개에 작용한 주류 유체의 흐름이 크게 흐트러지게 된다.

또한, 예를 들어, 도 5와 같이 날개가 동익(51)이고 구조체가 터빈 케이싱(52)인 경우에는, 공간부(55) 내에 누출된 유체가 터빈 케이싱(52)의 하류측의 벽부(52a)에 충돌함으로써, 충돌한 누출된 유체가 터빈 케이싱(52)의 하류측의 벽부(52a)를 따라서 직경 방향 내측으로 이동하여, 도 5의 파선으로 나타낸 바와 같이 시계 방향으로 흐른다. 그로 인해, 누출된 유체의 흐름 방향은 동익(51)에 작용한 주류 유체의 흐름 방향과 역방향으로 되어 동익(51)에 작용한 주류 유체를 공간부(55) 내에 혼입하게 된다. 따라서, 동익(51)에 작용한 주류 유체의 흐름이 크게 흐트러지게 된다.

도 6과 같이 날개가 정익(61)이고 구조체가 회전축체(62)인 경우에는 공간부(65) 내에 누출된 유체가 회전축체(62)의 하류측의 벽부(62a)에 충돌함으로써, 충돌한 누출된 유체의 일부가 회전축체(62)의 하류측의 벽부(62a)를 따라서 직경 방향 외측으로 이동하여, 도 6의 파선과 같이 반시계 방향으로 흐른다. 그로 인해, 누출된 유체의 흐름 방향은 정익(61)에 작용한 주류 유체의 흐름 방향과 역방향으로 되어 정익(61)에 작용한 주류 유체를 공간부(65) 내에 혼입하게 된다. 따라서, 정익(61)에 작용한 주류 유체의 흐름이 크게 흐트러지게 된다.

따라서, 본 발명의 제1 형태에서는, 공간부를 형성하는 구조체의 하류측의 벽부의 단부가, 슈라우드의 하류측으로 연장되는 슈라우드용 연장선 및 그것에 평행한 밀봉 수단의 하류측으로 연장되는 밀봉 수단용 연장선으로부터 이격되는 동시에, 밀봉 수단용 연장선으로부터 볼 때 슈라우드용 연장선과는 반대측에 위치하도록 하였다. 이에 의해, 밀봉 수단과 슈라우드 사이로부터 누출된 유체가 구조체의 하류측의 벽부에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 그로 인해, 날개에 작용한 주류 유체에 대해 누출된 유체를 작은 유입 각도(예를 들어, 30° 이하)에 의해 합류시킬 수 있다. 따라서, 누출된 유체가 주류 유체에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

또한, 누출된 유체를 구조체의 하류측의 벽부(벽면)의 단부로부터 이격하여 도출할 수 있으므로, 밀봉 수단과 슈라우드 사이로부터 누출된 유체가 구조체의 하류측의 벽부에 충돌하는 것을 방지할 수 있다.

그로 인해, 도 5와 같이 날개가 동익(51)이고 구조체가 터빈 케이싱(52)인 경우에는, 터빈 케이싱(52)의 하류측의 벽부(52a)에 누출된 유체가 충돌함으로써, 충돌한 누출된 유체가 터빈 케이싱(52)의 하류측의 벽부(52a)를 따라서 직경 방향 내측으로 이동하고, 도 5의 파선과 같이 시계 방향으로 흘러 날개(51)에 작용한 주류 유체를 공간부(55) 내에 혼입하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 누출된 유체는 도 5에 나타낸 파선과 반대 방향인 반시계 방향으로 흐른다. 따라서, 날개(51)에 작용한 주류 유체의 흐름이 크게 흐트러지는 것을 방지하여, 누출된 유체가 주류 유체의 흐름에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

또한, 도 6과 같이 날개가 정익(61)이고 구조체가 회전축체(62)인 경우에는 회전축체(62)의 하류측의 벽부(62a)에 누출된 유체가 충돌함으로써, 충돌한 누출된 유체의 일부가 회전축체(62)의 하류측의 벽부(62a)를 따라서 직경 방향 외측으로 이동하고, 도 6의 파선과 같이 반시계 방향으로 흘러 정익(61)에 작용한 주류 유체를 공간부(65) 내에 혼입하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 누출된 유체는 도 6에 나타내는 파선과 반대 방향인 시계 방향으로 흐른다. 따라서, 정익(61)에 작용한 주류 유체의 흐름이 크게 흐트러지는 것을 방지하여, 누출된 유체가 주류 유체의 흐름에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

슈라우드용 연장선과 밀봉 수단용 연장선 사이의 소정의 간극은, 운전 중에 밀봉 수단과 슈라우드가 접촉하지 않고, 또한 슈라우드와 밀봉 수단 사이로부터 누출되는 유체의 누설량을 최소한으로 억제하는 것이 가능한 직경 방향에 있어서의 거리로 된다.

또한, 본 발명의 제1 형태에 관한 시일 구조에 따르면, 상기 슈라우드의 상기 구조체에 대향하는 측의 면은 상기 날개에 작용한 주류 유체의 흐름 방향과 대략 평행하게 설치된다.

날개에 작용한 주류 유체의 흐름 방향에 대략 평행이 되도록 슈라우드의 구조체에 대향하는 측의 면(동익의 경우에는 외주면, 정익의 경우에는 내주면)을 설치하는 것으로 하였다. 그로 인해, 밀봉 수단과 슈라우드 사이로부터 누출된 유체를 날개에 작용한 주류 유체에 대해 작은 각도에 의해 합류시킬 수 있다. 따라서, 누출된 유체가 주류 유체에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 형태에 관한 시일 구조에 따르면, 상기 슈라우드의 상기 구조체에 대향하는 측의 면은 상기 날개에 작용하는 주류 유체의 흐름 방향을 따라서 점차 상기 구조체로부터 이격되도록 경사진다.

슈라우드의 구조체에 대향하는 측의 면은 날개에 작용하는 주류 유체의 흐름 방향을 따라서 점차 구조체로부터 이격되도록 경사지게 하여 설치하는 것으로 하였다. 이에 의해, 누출된 유체를 구조체의 하류측의 벽부(벽면)로부터 이격하여 도출할 수 있으므로, 밀봉 수단과 슈라우드 사이로부터 누출된 유체가 구조체의 하류측의 벽부에 충돌하는 것을 방지할 수 있다.

그로 인해, 도 5와 같이 날개가 동익(51)이고 구조체가 터빈 케이싱(52)인 경우에는, 터빈 케이싱(52)의 하류측의 벽부(52a)에 누출된 유체가 충돌함으로써, 충돌한 누출된 유체가 터빈 케이싱(52)의 하류측의 벽부(52a)를 따라서 직경 방향 내측으로 이동하고, 도 5의 파선과 같이 시계 방향으로 흘러 동익(51)에 작용한 주류 유체를 공간부(55) 내에 혼입하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 누출된 유체는, 도 5에 나타낸 파선과 반대 방향인 반시계 방향으로 흐른다. 따라서, 동익(51)에 작용한 주류 유체의 흐름이 크게 흐트러지는 것을 방지하여, 누출된 유체가 주류 유체의 흐름에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

또한, 예를 들어, 도 6과 같이 날개가 정익(61)이고 구조체가 회전축체(62)인 경우에는, 회전축체(62)의 하류측의 벽부(62a)에 누출된 유체가 충돌함으로써, 충돌한 누출된 유체의 일부가 회전축체(62)의 하류측의 벽부(62a)를 따라서 직경 방향 외측으로 이동하고, 도 6의 파선으로 나타낸 바와 같이 반시계 방향으로 흘러 정익(61)에 작용한 주류 유체를 공간부(65) 내에 혼입하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 누출된 유체는, 도 6에 나타내는 파선과 반대 방향인 시계 방향으로 흐른다. 따라서, 정익(61)에 작용한 주류 유체의 흐름이 크게 흐트러지는 것을 방지하여, 누출된 유체가 주류 유체의 흐름에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

슈라우드의 구조체에 대향하는 측의 면이 경사지는 각도는 누출된 유체가 날개에 작용한 주류 유체에 합류했을 때에, 날개에 작용한 주류 유체의 흐름을 크게 흐트러뜨리는 경우가 없는 각도로 된다.

날개에 작용한 주류 유체에 대해 누출된 유체를 유입시키는 각도로서는, 30° 이하가 적합하다.

또한, 본 발명의 제1 형태에 관한 시일 구조에 따르면, 상기 슈라우드의 상기 구조체에 대향하는 측의 면은 상기 날개에 작용하는 주류 유체의 흐름 방향을 따라서 점차 상기 구조체에 근접하도록 경사진다.

슈라우드의 구조체에 대향하는 측의 면은 날개에 작용하는 주류 유체의 흐름 방향을 따라서 점차 구조체에 근접하도록 경사지도록 설치하는 것으로 하였다. 그로 인해, 밀봉 수단과 슈라우드 사이로부터 누출된 유체를 날개에 작용한 주류 유체에 직접 합류시키지 않고, 또한 공간부 내에 날개에 작용한 주류 유체가 혼입되는 것을 더욱 억제할 수 있다. 따라서, 누출된 유체가 주류 유체에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

슈라우드의 구조체에 대향하는 측의 면의 경사 각도는 누출된 유체가 날개에 작용한 주류 유체에 합류했을 때에, 날개에 작용한 주류 유체의 흐름을 크게 흐트러뜨리는 경우가 없는 각도로 된다.

날개에 작용한 주류 유체에 대해 누출된 유체를 유입시키는 각도로서는, 30° 이하가 적합하다.

또한, 본 발명의 제2 형태에 관한 터빈 기계에 따르면, 상기 중 어느 하나에 기재된 시일 구조를 구비한다.

밀봉 수단과 슈라우드 사이로부터 누출된 유체가 날개에 작용한 주류 유체에 합류할 때에 발생하는 믹싱 로스의 저감이 가능한 시일 구조를 구비하는 것으로 하였다. 그로 인해, 터빈 기계의 터빈 효율의 저하를 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 제3 형태에 관한 발전 플랜트에 따르면, 상기에 기재된 터빈 기계를 구비한다.

터빈 효율의 저하를 방지하는 것이 가능한 터빈 기계를 설치하는 것으로 하였다. 그로 인해, 발전 플랜트의 발전 효율의 저하를 방지할 수 있다.

공간부를 형성하는 구조체의 하류측의 벽부의 단부가, 슈라우드의 하류측으로 연장되는 슈라우드용 연장선 및 그것에 평행한 밀봉 수단의 하류측으로 연장되는 밀봉 수단용 연장선으로부터 이격되는 동시에, 밀봉 수단용 연장선으로부터 볼 때 슈라우드용 연장선과는 반대측에 위치하도록 하였다. 이에 의해, 밀봉 수단과 슈라우드 사이로부터 누출된 유체가 구조체의 하류측의 벽부에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 그로 인해, 날개에 작용한 주류 유체에 대해 누출된 유체를 작은 유입 각도(예를 들어, 30° 이하)에 의해 합류시킬 수 있다. 따라서, 누출된 유체가 주류 유체에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

또한, 누출된 유체를 구조체의 하류측의 벽부(벽면)의 단부로부터 이격하여 도출할 수 있으므로, 밀봉 수단과 슈라우드 사이로부터 누출된 유체가 구조체의 하류측의 벽부에 충돌하는 것을 방지할 수 있다.

그로 인해, 도 5와 같이 날개가 동익(51)이고 구조체가 터빈 케이싱(52)인 경우에는, 터빈 케이싱(52)의 하류측의 벽부(52a)에 누출된 유체가 충돌함으로써, 충돌한 누출된 유체가 터빈 케이싱(52)의 하류측의 벽부(52a)를 따라서 직경 방향 내측으로 이동하고, 도 5의 파선과 같이 시계 방향으로 흘러 동익(51)에 작용한 주류 유체를 공간부(55) 내에 혼입하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 누출된 유체는 도 5에 나타낸 파선과 반대 방향인 반시계 방향으로 흐른다. 따라서, 동익(51)에 작용한 주류 유체의 흐름이 크게 흐트러지는 것을 방지하여, 누출된 유체가 주류 유체의 흐름에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

또한, 도 6과 같이 날개가 정익(61)이고 구조체가 회전축체(62)인 경우에는, 회전축체(62)의 하류측의 벽부(62a)에 누출된 유체가 충돌함으로써, 충돌한 누출된 유체의 일부가 회전축체(62)의 하류측의 벽부(62a)를 따라서 직경 방향 외측으로 이동하고, 도 6의 파선으로 나타낸 바와 같이 반시계 방향으로 흘러 정익(61)에 작용한 주류 유체를 공간부(65) 내에 혼입하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 누출된 유체는 도 6에 나타내는 파선과 반대 방향인 시계 방향으로 흐른다. 따라서, 정익(61)에 작용한 주류 유체의 흐름이 크게 흐트러지는 것을 방지하여, 누출된 유체가 주류 유체의 흐름에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 발전 플랜트에 있어서의 가스 터빈의 시일 구조로, (A)는 그 개략 구성도를 도시하고, (B)는 그 부분 확대도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 발전 플랜트에 있어서의 가스 터빈의 시일 구조로, (A)는 그 개략 구성도를 도시하고, (B)는 그 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 발전 플랜트에 있어서의 가스 터빈의 시일 구조로, (A)는 그 개략 구성도를 도시하고, (B)는 그 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예에 관한 발전 플랜트에 있어서의 가스 터빈의 시일 구조의 개략 구성도이다.
도 5는 종래의 발전 플랜트에 있어서의 터빈 기계의 동익과 터빈 케이싱 사이의 시일 구조의 개략 구성도이다.
도 6은 종래의 발전 플랜트에 있어서의 터빈 기계의 정익과 회전축체 사이의 시일 구조의 개략 구성도이다.

[제1 실시 형태]

도 1은 제1 실시 형태에 관한 발전 플랜트에 있어서의 가스 터빈(터빈 기계)의 시일 구조로, (A)는 그 개략 구성도를 도시하고, (B)는 그 부분 확대도를 도시하고 있다.

발전 플랜트에 설치되어 있는 가스 터빈은 가스 터빈 내로 유도된 연소 가스인 주류 가스(주류 유체)의 흐름을 복수의 동익(날개)(2)으로 유도하는 정익(도시하지 않음)과, 정익을 통과한 주류 가스가 작용하는 동익(2)과, 동익(2)의 선단에 설치되어 이웃하는 각각이 접촉하여 통 형상으로 되는 동익 슈라우드[3(3a)]와, 동익(2) 및 동익 슈라우드(슈라우드)(3a)를 내포하고 있는 터빈 케이싱(구조체)(4)을 갖고 있다.

터빈 케이싱(4)은 동익(2)의 선단에 설치되어 있는 동익 슈라우드(3a)의 외주를 둘러싸고 있는 통 형상으로 되어 있다. 터빈 케이싱(4)의 내주는 도 1의 (A)에 도시한 바와 같이, 터빈 케이싱(4)의 외주를 향해 오목 형상으로 형성되어 있다. 터빈 케이싱(4)의 내주에 형성되어 있는 오목 형상은 동익(2)의 상류측의 벽면(벽부)(4a)과, 동익(2)의 하류측의 벽면(4b)과, 벽면(4a) 및 벽면(4b)을 접속하고 있고 동익 슈라우드(3a)의 직경 방향 외측에 대향하도록 위치하고 있는 벽면(4c)에 의해 형성되어 있다. 이에 의해, 터빈 케이싱(4)의 내주에 형성되어 있는 오목 형상은 터빈 케이싱(4)의 외주를 향해 움푹 패이게 된다.

터빈 케이싱(4)의 내주에 형성되어 있는 오목 형상을 형성하고 있는 벽면(4c)에는 시일 핀(5)의 기단부가 접속되어 있다. 시일 핀(5)은 적어도 1개 이상의 시일 핀, 예를 들어 3개를 구비하고 있다. 각 시일 핀(5a, 5b, 5c)은 터빈 케이싱(4)의 벽면(4c)으로부터 동익 슈라우드(3a)를 향해 직경 방향 내측으로 연장되어 있다. 동익 슈라우드(3a)를 향해 연장되어 있는 각 시일 핀(5a, 5b, 5c)의 선단은 동익 슈라우드(3a)의 터빈 케이싱(4)에 대향하는 측의 면(이하, 「외주면」이라고 함)과 소정의 간극을 갖고 이격되어 있다. 시일 핀(5)은 3개로 한정되지 않고, 1개, 2개, 또는 4개 이상이어도 된다.

이들 시일 핀(5a, 5b, 5c)에 의해, 동익(2)과 터빈 케이싱(4) 사이로부터 누출된 가스(누출된 유체)가, 동익 슈라우드(3a)와 터빈 케이싱(4) 사이로부터 동익(2)의 하류측으로 누설되는 누설량을 저감시키고 있다. 동익 슈라우드(3a)의 외주면과 각 시일 핀(5a, 5b, 5c)의 선단의 직경 방향에 있어서의 소정의 간극은, 운전 중에 동익 슈라우드(3a)의 외주면과 각 시일 핀(5a, 5b, 5c)이 기계적인 접촉을 발생하지 않을 정도로 작고, 또한 동익(2)과 터빈 케이싱(4) 사이로부터 누출된 가스(이하, 「리크 제트」라고 함)의 누설량을 최소한으로 억제하는 것이 가능한 직경 방향에 있어서의 거리로 되어 있다.

동익(2)은 도시하지 않은 회전축체의 둘레 방향을 따라서 복수 설치되어 있다. 이들 복수의 동익(2)에 의해 동익열(6)이 형성되어 있다. 동익열(6)과, 정익이 회전축체의 둘레 방향을 따라서 복수 설치되어 있는 정익열(도시하지 않음)은 교대로 다단으로 회전축체의 축방향에 설치되어 있다. 동익(2)에는 주류 가스가 작용한다. 이에 의해, 가스 터빈이 회전 구동되게 된다. 각 동익(2)에 작용한 주류 가스는 하류측에 설치되어 있는 정익열로 유도된다.

캐비티(공간부)(7)는 동익 슈라우드(3a)의 하류측 및 시일 핀(5) 중 최하류에 위치하는 시일 핀(5c)(본 발명에 있어서의 밀봉 수단)의 하류측과, 터빈 케이싱(4)의 오목 형상의 하류측의 벽면(4b) 및 벽면(4c)에 의해 형성되어, 동익(2)에 작용한 주류 가스에 연통하고 있다. 캐비티(7)를 형성하고 있는 터빈 케이싱(4)의 벽면(4b)의 내주측의 코너부(단부)(4d)는, 도 1의 (B)에 도시한 바와 같이, 동익 슈라우드(3a)의 외주면을 따라서 연장되고, 동익 슈라우드(3a)의 하류측으로 연장되어 있는 동익 슈라우드용 연장선(슈라우드용 연장선)(11) 및 그것에 대해 소정의 간극을 갖고 대략 평행하게 설치되어 최하류에 위치하는 시일 핀(5c)의 선단을 통해 최하류에 위치하는 시일 핀(5c)의 하류측으로 연장되어 있는 시일 핀용 연장선(밀봉 수단용 연장선)(10)으로부터 이격되는 동시에, 시일 핀용 연장선(10)으로부터 볼 때 동익 슈라우드용 연장선(11)과는 반대측에 위치하고 있다.

동익 슈라우드용 연장선(11)과 시일 핀용 연장선(10) 사이의 소정의 간극은, 운전 중에 시일 핀(5a, 5b, 5c)과 동익 슈라우드(3a)가 접촉하지 않고, 또한 동익 슈라우드(3a)와 시일 핀(5a, 5b, 5c) 사이로부터 누출되는 리크 제트의 누설량을 최소한으로 억제하는 것이 가능한 직경 방향에 있어서의 거리로 되어 있다.

동익 슈라우드(3a)는 각 동익(2)의 선단에 설치되어 있다. 동익 슈라우드(3a)는 이웃하는 동익 슈라우드(3a)끼리가 접촉하여 통 형상을 형성하고 있다. 동익 슈라우드(3a)의 외주면은, 도 1의 (A)에 도시한 바와 같이, 동익(2)에 작용하는 주류 가스의 흐름 방향을 따라서 단차를 갖는 스텝 형상으로 되어 있다. 동익 슈라우드(3a)의 주류 가스의 흐름 방향의 중앙부에는 터빈 케이싱(4)측(외주측)으로 돌출되어 있는 볼록부가 형성되어 있다. 동익 슈라우드(3a)의 상류측, 중앙부, 하류측의 각 외주면은 동익(2)에 작용한 후의 주류 가스의 흐름 방향에 대해 대략 평행이 되도록 설치되어 있다. 이와 같이 동익 슈라우드(3a)를 스텝 형상으로 함으로써, 동익 슈라우드(3a)와 터빈 케이싱(4) 사이의 시일 효과를 높이고 있다.

동익 슈라우드(3a)의 형상은 스텝 형상으로 한정되지 않고, 이것 이외의 형상이어도 된다.

다음에, 주류 가스 및 리크 제트의 흐름에 대해 설명한다.

가스 터빈으로 유도된 주류 가스는 정익열로부터 동익열(6)로 유도된다. 동익열(6)로 유도된 주류 가스는 각 동익(2)에 작용하여 가스 터빈을 구동한다. 동익(2)에 작용한 후의 주류 가스는 그 하류측에 설치되어 있는 정익열로 유도된다.

또한, 동익(2)에 작용하는 주류 가스의 일부는 동익(2)의 상류측으로부터 동익 슈라우드(3a)와 터빈 케이싱(4) 사이로 누출된다. 동익 슈라우드(3a)와 터빈 케이싱(4) 사이로 누출된 주류 가스는 동익 슈라우드(3a)와 최하류의 시일 핀(5c) 사이로부터 도출되어 리크 제트로 된다.

동익 슈라우드(3a)와 최하류의 시일 핀(5c) 사이로부터 도출된 리크 제트는 시일 핀용 연장선(10)과 동익 슈라우드용 연장선(11)에 의해 끼워져 있는 영역(이하, 「리크 제트가 흐르는 영역」이라고 함)으로 도출된다. 여기서, 터빈 케이싱(4)의 하류측의 벽면(4b)의 코너부(4d)는 동익 슈라우드용 연장선(11) 및 시일 핀용 연장선(10)으로부터 이격되는 동시에, 시일 핀용 연장선(10)으로부터 볼 때 동익 슈라우드용 연장선(11)과는 반대측에 위치하고 있으므로, 리크 제트가 흐르는 영역으로부터 도출된 리크 제트는 터빈 케이싱(4)의 하류측의 벽면(4b) 및 코너부(4d)에 충돌하지 않고 주류 가스측으로 도출된다.

리크 제트가 흐르는 영역으로부터 도출된 리크 제트, 각 동익(2)에 작용한 후의 주류 가스의 흐름 방향에 대해 작은 유입 각도를 갖고 합류한다. 이 유입 각도는 30° 이하가 좋은 것으로 되지만, 작으면 작을수록 바람직하므로, 주류 가스의 흐름 방향에 대해 평행에 가까운 각도이면 더욱 좋고, 평행한 경우가 가장 바람직하다.

또한, 리크 제트를 터빈 케이싱(4)의 하류측의 벽면(4b) 및 코너부(4d)로부터 이격하여 도출시킬 수 있으므로, 최하류에 위치하는 시일 핀(5c)과 동익 슈라우드(3a) 사이로부터 누출된 리크 제트가 터빈 케이싱(4)의 하류측의 벽면(4b)에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 그로 인해, 터빈 케이싱(4)의 하류측의 벽면(4b)에 리크 제트가 충돌함으로써, 충돌한 리크 제트가 터빈 케이싱(4)의 하류측의 벽면(4b)을 따라서 직경 방향 내측으로 이동하고, 도 5에 나타낸 파선과 같이 시계 방향으로 흐르는 소용돌이가 형성되어, 그 소용돌이와 주류 가스가 합류할 때에, 소용돌이와 주류 가스가 역방향으로 흘러, 동익(2)에 작용한 주류 가스를 캐비티(7) 내에 혼입하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 리크 제트는 도 1의 (A)에 나타낸 파선과 같이 캐비티(7) 내를 반시계 방향으로 흐르게 된다.

이상과 같이, 시일 구조, 이것을 구비한 터빈 기계 및 이것을 구비한 발전 플랜트에 따르면, 이하의 작용 효과를 발휘한다.

캐비티(공간부)(7)를 형성하고 있는 터빈 케이싱(구조체)(4)의 하류측의 벽면(벽부)(4b)의 코너부(단부)(4d)가, 동익 슈라우드(슈라우드)(3a)의 하류측으로 연장되어 있는 동익 슈라우드용 연장선(슈라우드용 연장선)(11) 및 그것에 평행하여 최하류에 위치하는 시일 핀(밀봉 수단)(5c)의 하류측으로 연장되어 있는 시일 핀용 연장선(밀봉 수단용 연장선)(10)으로부터 이격되는 동시에, 시일 핀용 연장선(10)으로부터 볼 때 동익 슈라우드용 연장선(11)과는 반대측에 위치하도록 하였다. 이에 의해, 최하류에 위치하는 시일 핀(5c)과 동익 슈라우드(3a) 사이로부터 누출된 리크 제트(누출된 유체)가 터빈 케이싱(4)의 하류측의 벽면(4b)에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 그로 인해, 동익(날개)(2)에 작용한 주류 가스(주류 유체)에 대해 리크 제트를 작은 유입 각도에 의해 합류시킬 수 있다. 따라서, 리크 제트가 주류 가스에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

또한, 리크 제트를 터빈 케이싱(4)의 하류측의 벽면(4b)으로부터 이격하여 도출할 수 있으므로, 최하류에 위치하는 시일 핀(5c)과 동익 슈라우드(3a) 사이로부터 누출된 리크 제트가 터빈 케이싱(4)의 하류측의 벽면(4b)에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 그로 인해, 터빈 케이싱(4)의 하류측의 벽면(4b)에 리크 제트가 충돌함으로써, 충돌한 리크 제트가 터빈 케이싱(4)의 하류측의 벽면(4b)을 따라서 직경 방향 내측으로 이동하고, 도 5에 나타낸 파선과 같이 시계 방향으로 흐르는 소용돌이가 형성되어, 그 소용돌이와 주류 가스가 합류할 때에, 소용돌이와 주류 가스가 역방향으로 흘러, 동익(2)에 작용한 주류 가스를 캐비티(7) 내에 혼입하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 리크 제트는, 도 1의 (A)에 나타낸 파선과 같이 캐비티(7) 내를 반시계 방향으로 흐르게 된다. 따라서, 리크 제트가 동익(2)에 작용한 주류 가스의 흐름에 합류할 때의 흐름의 방향이 대략 동일해지므로, 동익(2)에 작용한 주류 가스의 흐름이 크게 흐트러지는 것을 방지하여, 리크 제트가 주류 가스의 흐름에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

동익 슈라우드(3a)의 터빈 케이싱(4)에 대향하는 측의 면(외주면)은 동익(2)에 작용한 주류 가스의 흐름 방향에 대략 평행이 되도록 설치하는 것으로 하였다. 그로 인해, 최하류에 위치하는 시일 핀(5c)과 동익 슈라우드(3a) 사이로부터 누출된 리크 제트를 동익(2)에 작용한 주류 가스에 대해 작은 유입 각도에 의해 합류시킬 수 있다. 따라서, 리크 제트가 주류 가스에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

최하류에 위치하는 시일 핀(5c)과 동익 슈라우드(3a) 사이로부터 누출된 리크 제트가 동익(2)에 작용한 주류 가스에 합류할 때에 발생하는 믹싱 로스의 저감이 가능한 시일 구조를 구비하는 것으로 하였다. 그로 인해, 가스 터빈(터빈 기계)의 터빈 효율의 저하를 방지할 수 있다.

터빈 효율의 저하를 방지하는 것이 가능한 가스 터빈(터빈 기계)을 설치하는 것으로 하였다. 그로 인해, 발전 플랜트의 발전 효율의 저하를 방지할 수 있다.

[제2 실시 형태]

이하, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 시일 구조, 이것을 구비한 터빈 기계 및 이것을 구비한 발전 플랜트는 최하류에 위치하는 시일 핀(밀봉 수단)(5c)과 소정의 간극을 갖고 이격되는 동익 슈라우드의 하류측의 외주면이 동익에 작용하는 주류 가스의 흐름 방향을 따라서 점차 터빈 케이싱의 내측으로부터 이격되는 점에서 제1 실시 형태와 상이하고, 그 외에는 마찬가지이다. 따라서, 동일한 구성 및 동일한 흐름에 대해서는, 동일한 번호를 부여하여 그 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 발전 플랜트에 있어서의 가스 터빈의 시일 구조로, (A)는 그 개략 구성도를 도시하고, (B)는 그 부분 확대도를 도시하고 있다.

동익 슈라우드(슈라우드)(3b)의 하류측의 외주면[터빈 케이싱(4)에 대향하고 있는 측의 면]은 동익 슈라우드(3b)의 중앙부에 형성되어 있는 볼록부로부터 동익(날개)(2)에 작용하는 주류 가스(주류 흐름)의 흐름 방향을 따라서 점차 터빈 케이싱(구조체)(4)의 내측으로부터 이격되도록 경사져 있다. 동익 슈라우드(3b)의 하류측의 외주면이 터빈 케이싱(4)의 내측으로부터 점차 이격되는 비율, 즉 경사 각도는, 리크 제트(누출된 유체)가 동익(2)에 작용한 후의 주류 가스에 합류했을 때에, 주류 가스의 흐름을 크게 흐트러뜨리지 않는 유입 각도로 하기 위해, 동익(2)에 작용한 주류 가스의 흐름 방향에 대해 30° 이하가 좋다고 되어 있다.

최하류에 위치하는 시일 핀(5c)과 동익 슈라우드(3b) 사이로부터 도출된 리크 제트는 터빈 케이싱(4)의 벽면(벽부)(4b) 및 코너부(단부)(4d)에 충돌하지 않고 주류 가스측으로 도출된다.

또한, 최하류에 위치하는 시일 핀(5c)과 동익 슈라우드(3b) 사이로부터 도출된 리크 제트는 각 동익(2)에 작용한 후의 주류 가스의 흐름 방향에 대해 작은 유입 각도를 갖고 합류한다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 시일 구조, 이것을 구비한 터빈 기계 및 이것을 구비한 발전 플랜트에 따르면, 이하의 작용 효과를 발휘한다.

동익 슈라우드(슈라우드)(3b)의 하류측의 외주면[터빈 케이싱(4)에 대향하고 있는 측의 면]은 동익(날개)(2)에 작용하는 주류 가스(주류 유체)의 흐름 방향을 따라서 점차 터빈 케이싱(구조체)(4)으로부터 이격되도록 경사지게 하여 설치하는 것으로 하였다. 이에 의해, 리크 제트(누출된 유체)를 터빈 케이싱(4)의 하류측의 벽면(벽부)(4b)으로부터 이격하여 도출할 수 있으므로, 최하류에 위치하는 시일 핀(밀봉 수단)(5c)과 동익 슈라우드(3b) 사이로부터 누출된 리크 제트가 터빈 케이싱(4)의 하류측의 벽면(4b)에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 그로 인해, 터빈 케이싱(4)의 하류측의 벽면(4b)에 리크 제트가 충돌함으로써, 충돌한 리크 제트가 터빈 케이싱(4)의 하류측의 벽면(4b)을 따라서 직경 방향 내측으로 이동하고, 도 5에 나타낸 파선과 같이 캐비티(7)(공간부) 내에 시계 방향의 소용돌이를 형성하여, 동익(2)에 작용한 주류 가스를 캐비티(7) 내에 혼입하는 것을 억제할 수 있다. 즉, 리크 제트는 도 2의 (A)에 나타낸 파선과 같이 캐비티(7) 내를 반시계 방향으로 흐르게 된다. 따라서, 동익(2)에 작용한 주류 가스의 흐름이 크게 흐트러지는 것을 방지하여, 리크 제트가 주류 가스의 흐름에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

[제3 실시 형태]

이하, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 시일 구조, 이것을 구비한 터빈 기계 및 이것을 구비한 발전 플랜트는 최하류에 위치하는 시일 핀(밀봉 수단)(5c)과 소정의 간극을 갖고 이격되는 동익 슈라우드의 하류측의 외주면이 동익에 작용하는 주류 가스의 흐름 방향을 따라서 점차 터빈 케이싱의 내측에 근접하는 점에서 제1 실시 형태와 상이하고, 그 외에는 마찬가지이다. 따라서, 동일한 구성 및 동일한 흐름에 대해서는, 동일한 번호를 부여하여 그 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 발전 플랜트에 있어서의 가스 터빈의 시일 구조로, (A)는 그 개략 구성도를 도시하고, (B)는 그 부분 확대도를 도시하고 있다.

동익 슈라우드(슈라우드)(3c)의 하류측의 외주면[터빈 케이싱(4)에 대향하고 있는 측의 면]은 동익 슈라우드(3c)의 중앙부에 형성되어 있는 볼록부로부터 동익(날개)(2)에 작용하는 주류 가스(주류 흐름)의 흐름 방향을 따라서 점차 터빈 케이싱(구조체)(4)의 내측에 근접하여 경사지도록 형성되어 있다. 동익 슈라우드(3c)의 하류측의 외주면이 터빈 케이싱(4)의 내측으로 점차 근접하는 비율, 즉 경사 각도는 리크 제트(누출된 유체)가 동익(2)에 작용한 후의 주류 가스에 합류했을 때에, 주류 가스의 흐름을 크게 흐트러뜨리지 않는 유입 각도로 하기 위해, 동익(2)에 작용한 주류 가스의 흐름 방향에 대해 30° 이하가 좋다고 되어 있다.

최하류에 위치하는 시일 핀(밀봉 수단)(5c)과 동익 슈라우드(3c) 사이로부터 도출된 리크 제트는 터빈 케이싱(4)의 벽면(벽부)(4b) 및 코너부(단부)(4d)에 충돌하지 않고 주류 가스측으로 도출된다.

또한, 최하류에 위치하는 시일 핀(5c)과 동익 슈라우드(3c) 사이로부터 도출된 리크 제트는 각 동익(2)에 작용한 후의 주류 가스의 흐름 방향에 대해 작은 유입 각도를 갖고 합류한다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 시일 구조, 이것을 구비한 터빈 기계 및 이것을 구비한 발전 플랜트에 따르면, 이하의 작용 효과를 발휘한다.

동익 슈라우드(슈라우드)(3c)의 하류측의 외주면[터빈 케이싱(4)에 대향하고 있는 측의 면]은 동익(날개)(2)에 작용하는 주류 가스(주류 유체)의 흐름 방향을 따라서 점차 터빈 케이싱(구조체)(4)에 근접하도록 경사지도록 설치하는 것으로 하였다. 그로 인해, 최하류에 위치하는 시일 핀(밀봉 수단)(5c)과 동익 슈라우드(3c) 사이로부터 누출된 리크 제트(누출된 유체)를 동익(2)에 작용한 주류 가스에 직접 합류시키지 않고, 또한 캐비티(공간부)(7) 내에 동익(2)에 작용한 주류 가스가 혼입되는 것을 더욱 억제할 수 있다. 따라서, 리크 제트가 주류 가스에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

상술한 제1 내지 제3 실시 형태에서는 터빈 기계로서 가스 터빈을 사용하여 설명하였지만, 증기 터빈 등 다른 터빈 기계여도 된다.

또한, 상술한 제1 내지 제3 실시 형태에서는 날개를 동익(2)으로 하고, 구조체를 터빈 케이싱(4)으로 하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 날개를 정익으로 하고, 구조체를 회전축체로 해도 된다.

도 4에는 전술한 제1 실시 형태의 변형예로서, 날개를 정익으로 하고, 구조체를 회전축체로 한 경우의 개략 구성도가 도시되어 있다.

회전축체(구조체)(20)는 전술한 정익열(도시하지 않음) 및 동익열(6)(도 1 참조)을 통과하는 주류 가스(주류 유체)의 흐름 방향으로 연장되어 있는 막대 형상으로 되어 있다. 회전축체(20)의 외주는 회전축체(20)의 중심축 방향을 향해 오목 형상으로 되도록 형성되어 있다. 회전축체(20)의 외주에 형성되어 있는 오목 형상은 정익(날개)(22)의 상류측의 벽면(벽부)(20a)과, 정익(22)의 하류측의 벽면(20b)과, 벽면(20a) 및 벽면(20b)을 접속하고 있고 정익 슈라우드(슈라우드)(23)의 직경 방향 내측에 대향하도록 위치하고 있는 벽면(20c)에 의해 형성되어 있다. 이에 의해, 회전축체(20)의 외주에 형성되어 있는 오목 형상은 회전축체(20)의 중심축 방향을 향해 움푹 패이게 된다.

회전축체(20)의 외주에 형성되어 있는 오목 형상을 형성하고 있는 벽면(20c)에는 시일 핀(25)의 기단부가 접속되어 있다. 시일 핀(25)은 적어도 1개 이상의 시일 핀(25), 예를 들어 3개를 구비하고 있다. 각 시일 핀(25a, 25b, 25c)은 회전축체(20)의 벽면(20c)으로부터 정익 슈라우드(23)를 향해 직경 방향 외측으로 연장되어 있다. 정익 슈라우드(23)를 향해 연장되어 있는 각 시일 핀(25a, 25b, 25c)의 선단은 정익 슈라우드(23)의 회전축체(20)에 대향하는 측의 면(이하, 「내주면」이라고 함)과 소정의 간극을 갖고 이격되어 있다. 시일 핀(25)은 3개로 한정되지 않고, 1개, 2개, 또는 4개 이상이어도 된다.

이들 시일 핀(25a, 25b, 25c)에 의해, 정익(22)과 회전축체(20) 사이로부터 누출된 가스(누출된 유체)가, 정익 슈라우드(23)와 회전축체(20) 사이로부터 정익(22)의 하류측으로 누설되는 누설량을 저감시키고 있다. 정익 슈라우드(23)의 내주면과 각 시일 핀(25a, 25b, 25c)의 선단의 직경 방향에 있어서의 소정의 간극은, 운전 중에 정익(22)과 회전축체(20) 사이로부터 누출된 가스(이하, 「리크 제트」라고 함)의 누설량을 최소한으로 억제하는 것이 가능한 직경 방향에 있어서의 거리로 되어 있다.

정익(22)은 그 선단에 정익 슈라우드(23)를 갖고 있다. 정익 슈라우드(23)는 이웃하는 정익 슈라우드(23)끼리가 접촉하여 통 형상을 형성하고 있다. 정익 슈라우드(23)의 내주면은 정익(22)에 작용한 주류 가스의 흐름 방향에 대해 대략 평행으로 되어 있다.

캐비티(공간부)(27)는 정익 슈라우드(23)의 하류측 및 시일 핀(25) 중 최하류에 위치하는 시일 핀(밀봉 수단)(25c)의 하류측과, 회전축체(20)의 오목 형상의 하류측의 벽면(20b) 및 벽면(20c)에 의해 형성되어, 정익(22)에 작용한 주류 가스에 연통하고 있다. 캐비티(27)를 형성하고 있는 회전축체(20)의 벽면(20b)의 외주측의 코너부(단부)(20d)는 정익 슈라우드(23)의 내주면을 따라서 연장되고, 정익 슈라우드(23)의 하류측으로 연장되어 있는 정익 슈라우드용 연장선(슈라우드용 연장선)(31) 및 그것에 대해 소정의 간극을 갖고 대략 평행하게 설치되어 있는 최하류에 위치하는 시일 핀(25c)의 선단을 통해 최하류에 위치하는 시일 핀(25c)의 하류측으로 연장되어 있는 시일 핀용 연장선(밀봉 수단용 연장선)(30)으로부터 이격되는 동시에, 시일 핀용 연장선(30)으로부터 볼 때 정익 슈라우드용 연장선(31)과는 반대측에 위치하고 있다.

정익 슈라우드용 연장선(31)과 시일 핀용 연장선(30) 사이의 소정의 간극은, 정익 슈라우드(31)와 최하류에 위치하는 시일 핀(25) 사이로부터 누출되는 리크 제트의 누설량을 최소한으로 억제하는 것이 가능한 직경 방향에 있어서의 거리로 되어 있다.

다음에, 주류 가스 및 리크 제트의 흐름에 대해 설명한다.

각 정익(22)으로 유도된 주류 가스의 일부는 정익(22)의 상류측으로부터 정익 슈라우드(23)와 회전축체(20) 사이로 누출된다. 정익 슈라우드(23)와 회전축체(20) 사이로 누출된 주류 가스는 정익 슈라우드(23)와 최하류에 위치하는 시일 핀(25c) 사이로부터 도출되어 리크 제트로 된다.

정익 슈라우드(23)와 최하류에 위치하는 시일 핀(25c) 사이로부터 도출된 리크 제트는 시일 핀용 연장선(30)과 정익 슈라우드용 연장선(31)에 의해 끼워져 있어 있는 영역으로 도출된다. 여기서, 회전축체(20)의 하류측의 벽면(20b)의 코너부(20d)는 정익 슈라우드용 연장선(31) 및 시일 핀용 연장선(30)으로부터 이격되는 동시에, 시일 핀용 연장선(30)으로부터 볼 때 정익 슈라우드용 연장선(31)과는 반대측에 위치하고 있으므로, 시일 핀용 연장선(30)과 정익 슈라우드용 연장선(31) 사이로부터 도출된 리크 제트는 회전축체(20)의 하류측의 벽면(20b) 및 코너부(20d)에 충돌하지 않고 주류 가스측으로 도출된다.

시일 핀용 연장선(30)과 정익 슈라우드용 연장선(31) 사이로부터 도출된 리크 제트는 각 정익(22)에 작용한 후의 주류 가스의 흐름 방향에 대해 작은 유입 각도를 갖고 합류한다. 이 유입 각도는 30° 이하가 좋다고 되어 있지만, 작으면 작을수록 바람직하므로, 주류 가스의 흐름 방향에 대해 평행에 가까운 각도이면 더욱 좋고, 평행한 경우가 가장 바람직하다.

또한, 리크 제트를 회전축체(20)의 하류측의 벽면(20b) 및 코너부(단부)(20d)로부터 이격하여 도출시킬 수 있으므로, 최하류에 위치하는 시일 핀(25c)과 정익 슈라우드(23) 사이로부터 누출된 리크 제트가 회전축체(20)의 하류측의 벽면(20b)에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 그로 인해, 회전축체(20)의 하류측의 벽면(20b)에 리크 제트가 충돌함으로써, 충돌한 리크 제트가 회전축체(20)의 하류측의 벽면(20b)을 따라서 직경 방향 외측으로 이동하고, 도 6에 나타내는 파선과 같이 반시계 방향으로 흐르는 소용돌이가 형성되어, 그 소용돌이와 주류 가스가 합류할 때에, 소용돌이와 주류 가스가 역방향으로 흘러, 정익(22)에 작용한 주류 가스를 캐비티(27) 내에 혼입하는 것을 억제할 수 있다. 즉 리크 제트는, 도 4에 나타낸 파선과 같이 캐비티(27) 내를 시계 방향으로 흐르게 된다.

그로 인해, 정익(22)에 작용한 주류 가스의 흐름을 크게 흐트러뜨리지 않고 리크 제트를 합류시킬 수 있어, 리크 제트가 주류 가스의 흐름에 합류하는 것에 의한 믹싱 로스를 저감시킬 수 있다.

정익 슈라우드(23)의 내주면은 본 변형예에서 나타낸 형상 이외의 형상이어도 되고, 도 2에 도시한 동익 슈라우드(3b)나 도 3에 도시한 동익 슈라우드(3c)의 하류측의 외주면과 같이 경사져 있어도 된다.

즉, 최하류에 위치하는 시일 핀(25c)과 소정의 간극을 갖고 이격되어 있는 정익 슈라우드(23)의 하류측의 내주면은, 정익(22)에 작용하는 주류 가스의 흐름 방향을 따라서 점차 회전축체(20)로부터 이격되도록 경사지는 것이거나, 정익(22)에 작용하는 주류 가스의 흐름 방향을 따라서 점차 회전축체(20)에 근접하도록 경사지는 것이어도 된다.

이와 같이, 정익 슈라우드(23)의 하류측의 내주면을 경사지게 한 경우, 이들의 경사 각도는 리크 제트가 정익(22)에 작용한 후의 주류 가스에 합류했을 때에, 주류 가스의 흐름을 크게 흐트러뜨리지 않는 유입 각도로 하기 위해, 정익(22)에 작용한 주류 가스의 흐름 방향에 대해 30° 이하가 좋다고 되어 있다.

2 : 동익(날개)
3(3a, 3b, 3c) : 동익 슈라우드(슈라우드)
4 : 터빈 케이싱(구조체)
4b : 벽면(벽부)
4d : 코너부(단부)
5c : 최하류에 위치하는 시일 핀(밀봉 수단)
7 : 캐비티(공간부)
10 : 시일 핀용 연장선(밀봉 수단용 연장선)
11 : 동익 슈라우드용 연장선(슈라우드용 연장선)

Claims (6)

1. 주류 유체가 작용하는 복수의 날개의 선단에 설치되어, 이웃하는 각각이 접촉하여 통 형상으로 되는 슈라우드와,
   상기 슈라우드에 대향하여 설치되는 구조체에 접속되는 밀봉 수단과,
   상기 슈라우드의 하류측과, 상기 밀봉 수단의 하류측과, 상기 구조체의 하류측의 벽부에 의해 형성되어, 상기 날개에 작용한 주류 유체에 연통하는 공간부를 구비하고,
   상기 구조체의 하류측의 상기 벽부의 단부가, 상기 슈라우드의 하류측으로 연장되는 슈라우드용 연장선과, 상기 슈라우드용 연장선에 대해 소정의 간극을 갖고 대략 평행하게 설치되는 상기 밀봉 수단의 하류측으로 연장되는 밀봉 수단용 연장선으로부터 이격되는 동시에, 상기 밀봉 수단용 연장선으로부터 볼 때 상기 슈라우드용 연장선과는 반대측에 위치하도록 형성되어 있는, 시일 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 슈라우드의 상기 구조체에 대향하는 측의 면은 상기 날개에 작용한 주류 유체의 흐름 방향과 대략 평행하게 설치되는, 시일 구조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슈라우드의 상기 구조체에 대향하는 측의 면은 상기 날개에 작용하는 주류 유체의 흐름 방향을 따라서 점차 상기 구조체로부터 이격되도록 경사지는, 시일 구조.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슈라우드의 상기 구조체에 대향하는 측의 면은 상기 날개에 작용하는 주류 유체의 흐름 방향을 따라서 점차 상기 구조체에 근접하도록 경사지는, 시일 구조.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 시일 구조를 구비하는, 터빈 기계.
6. 제5항에 기재된 터빈 기계를 구비하는, 발전 플랜트.

Images