KR20130041828A - 터빈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 터빈은, 유로에 배치되는 환상 동익체(50)와, 그 선단측에 간극을 거쳐서 마련된 칸막이판 외륜(11)과, 칸막이판 외륜(11)으로부터 돌출하여 마련되고, 환상 동익체(50)와의 사이에 미소 간극(13A, 13B, 13C)을 형성하는 시일 핀(12A, 12B, 12C)을 구비하며, 내부에서 주 소용돌이(SU1, SU2, SU3)가 발생하는 캐비티(C1, C2, C3)에, 주 소용돌이(SU1, SU2, SU3)가 미치지 않는 영역인 사수역을 매립하도록 하여, 사수역 충전부(15, 17, 19)가 각각 마련된 것이다.

Description

터빈{TURBINE}

본 발명은 예를 들어 발전 플랜트, 화학 플랜트, 가스 플랜트, 제철소, 선박 등에 이용되는 터빈에 관한 것이다.

본원은 2010년 9월 28일자로 일본에 출원된 일본 특허 출원 제 2010-217218 호에 우선권을 주장하며, 그 내용을 본원에 원용한다.

종래부터, 증기 터빈의 일종으로서 케이싱과, 케이싱의 내부에 회전 가능하게 마련된 축체(로터)와, 케이싱의 내주부에 고정 배치된 정익(靜翼)과, 이 정익의 하류측에 있어서 축체에 방사상으로 마련된 동익(動翼)을 복수단 구비한 것이 알려져 있다. 이러한 증기 터빈은, 작동 방식의 차이에 따라, 충동 터빈과 반동 터빈으로 크게 구별된다. 충동 터빈이란, 증기로부터 받는 충격력에 의해서만 동익이 회전하는 것이다.

충동 터빈이란, 정익이 노즐 형상을 갖고, 이 정익을 통과한 증기가 동익에 분사되어, 증기로부터 받는 충격력에 의해서만 동익이 회전하는 것이다. 한편, 반동 터빈은, 정익의 형상은 동익과 동일하며, 이 정익을 통과한 증기로부터 받는 충격력과, 동익을 통과할 때 생기는 증기의 팽창에 대한 반동력에 의해서 동익이 회전하는 것이다.

그런데, 이와 같은 증기 터빈에서는, 동익의 선단부와 케이싱 사이에, 직경방향으로 소정 폭의 간극이 형성되어 있으며, 또한 정익의 선단부와 축체 사이에도, 직경방향으로 소정 폭의 간극이 형성되어 있다. 그리고, 축체의 축선방향으로 흐르는 증기의 일부가 이들 동익이나 정익의 선단부의 간극을 통하여 하류측으로 리크된다. 여기서, 동익과 케이싱 사이의 간극으로부터 하류측으로 리크되는 증기는, 동익에 대하여 충격력도 반동력도 부여하지 않으므로, 충동 터빈이나 반동 터빈에 의하지 않고, 동익을 회전시키는 구동력으로서 거의 기여하지 않는다. 또한, 정익과 축체 사이의 간극으로부터 하류측으로 리크되는 증기도, 정익을 넘어서도 그 속도가 변화하지 않으며 또한 팽창도 생기지 않기 때문에, 충동 터빈이나 반동 터빈에 의하지 않고, 하류측의 동익을 회전시키기 위한 구동력으로서 거의 기여하지 않는다. 따라서, 증기 터빈의 성능 향상을 위해서는, 동익이나 정익의 선단부의 간극에 있어서의 증기의 리크량을 저감시키는 것이 중요해진다.

그래서, 동익이나 정익의 선단부의 간극으로부터 증기가 리크되는 것을 방지하는 수단으로서, 시일 핀이 종래에 이용되고 있다. 이러한 시일 핀은, 예를 들어 동익의 선단부에 이용하는 경우, 동익 및 케이싱 중 어느 한쪽으로부터 돌출하여, 다른쪽과의 사이에 미소한 간극을 형성하도록 마련된다.

또한, 증기 터빈에서는, 케이싱의 벽면에 형성되는 코너부에 있어서, 케이싱의 열 신장 등에 기인한 응력 집중이 생기지 않도록, 케이싱의 코너부를 축방향을 따르는 단면에서 곡선 형상으로 형성하는 것이 종래에 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1의 도 2를 참조). 여기서, 이 케이싱 코너부의 곡선 형상은 반경 1mm 정도의 원호 형상으로 되는 것이 일반적이다.

일본 공개 특허 제 2000-073702 호 공보

그렇지만, 증기 터빈의 성능 향상에 대한 요망은 강하고, 동익 등의 날개체와 케이싱 등의 구조체 사이의 간극으로부터의 증기의 리크량의 저감화가 한층 요구되고 있다.

본 발명은 이와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 동익이나 정익의 선단부의 간극에 있어서의 증기의 리크량을 저감화한 고성능의 터빈을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 터빈은, 유체가 흐르는 유로에 배치되는 블레이드와, 해당 블레이드의 선단측에 간극을 거쳐서 마련되고, 상기 블레이드에 대하여 상대 회전하는 구조체와, 상기 블레이드 및 상기 구조체 중 어느 한쪽으로부터 돌출하여 마련되고, 다른쪽과의 사이에 미소 간극을 형성하는 시일 핀을 구비하는 터빈으로서, 상기 블레이드, 상기 구조체 및 상기 시일 핀에 의해서 형성되고, 내부에서 상기 유체의 와류가 발생하는 공간에, 상기 와류가 미치지 않는 영역인 사수역(死水域; dead water region)을 매립하도록 하여, 사수역 충전부가 마련되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 공간의 사수역이 사수역 충전부에 의해서 매립되므로, 공간 내부에서 생기는 와류가 사수역으로 유입되어 그 에너지가 손실되는 것을 저감시킬 수 있다. 이것에 의해, 사수역 충전부가 없는 경우와 비교하여 와류를 강하게 할 수 있어서, 와류가 축류 효과를 가지는 경우에는 해당 축류 효과가 높아져, 블레이드 선단부와 구조체 사이의 간극에 있어서의 유체의 리크량을 저감화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 터빈은, 상기 사수역 충전부가 상기 유체의 와류를 따르는 경사면을 갖는다.

이와 같은 구성에 의하면, 와류가, 공간의 사수역을 매립하는 사수역 충전부의 경사면을 따르도록 흐르기 때문에, 사수역에서의 와류의 에너지 손실을 보다 확실히 저감시킬 수 있다. 이것에 의해, 와류를 보다 강하게 할 수 있어서, 와류가 축류 효과를 가지는 경우에는 해당 축류 효과가 높아져, 유체의 리크량을 한층 저감화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 터빈은, 상기 경사면이 축방향을 따르는 단면에서 오목 형상의 곡선으로 형성되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 곡선 형상의 궤도를 그리는 와류에 대하여, 사수역 충전부의 경사면을 보다 정확하게 따르게 할 수 있으므로, 사수역에서의 와류의 에너지 손실을 보다 확실하게 저감시킬 수 있다. 이것에 의해, 와류를 보다 강하게 할 수 있어서, 와류가 축류 효과를 가지는 경우에는 해당 축류 효과가 높아져, 유체의 리크량을 한층 저감화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 터빈은, 상기 경사면이 축방향을 따르는 단면에서 대략 직선 형상으로 형성되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 간략한 가공에 의해서, 또는 간이한 금형 형상에 의해서, 블레이드나 구조체에 사수역 충전부를 마련할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 터빈은, 상기 사수역 충전부가, 축방향을 따르는 축방향 벽면과 직경방향을 따르는 직경방향 벽면에 의해서 형성되는 상기 공간의 코너부에 마련되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 축방향 벽면과 직경방향 벽면에 의해서 형성되는 코너부에 사수역 충전부가 마련되어 있으므로, 열 신장이나 원심력에 의한 신장에 의해서, 블레이드나 구조체의 코너부에서 응력 집중이 생기는 것을 완화할 수 있다. 이것에 의해, 응력 집중에 의한 블레이드나 구조체의 손상을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 터빈은, 상기 시일 핀 중 축방향을 따라서 가장 상류측에 마련된 제 1 시일 핀이, 상기 블레이드의 축방향 최상류부에 위치하는 축방향 단부면과 대략 동일면을 형성하도록 마련되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 와류가 블레이드의 코너부에서 그 일부가 박리하는 일이 없기 때문에, 박리하여 생긴 박리 소용돌이의 축류 효과가 아니라, 와류 자체가 가지는 높은 축류 효과에 의해서, 유체의 리크량을 한층더 저감화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 터빈은, 상기 시일 핀이 상기 블레이드로부터 돌출하여 마련되고, 상기 구조체의 축방향을 따르는 축방향 벽면은, 상기 제 1 시일 핀보다 상류측의 부분이 하류측의 부분보다 직경방향으로 단락(段落)되어 형성되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 시일 핀이 블레이드측으로부터 돌출하고 있기 때문에, 유체가 리크되는 미소 간극은 구조체에 근접한 위치에 형성된다. 그리고, 제 1 시일 핀보다 상류측에서는, 구조체의 축방향 벽면이 직경방향으로 단락되어 있으므로, 단락이 없는 경우와 비교하여, 와류의 선회 중심이 미소 간극에 가까워지게 된다. 따라서, 미소 간극의 부근에 있어서의 와류의 직경방향 속도는, 상기 단락이 있는 경우가 단락이 없는 경우보다 빨라져서, 와류의 축류 효과가 높아지기 때문에, 미소 간극에 있어서의 유체의 리크량을 한층더 저감화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 터빈은, 상기 구조체의 축방향을 따르는 축방향 벽면은, 축방향을 따라서 서로 인접하는 한쌍의 상기 시일 핀의 한쪽에 대향하는 부분과, 다른쪽에 대향하는 부분 사이에, 직경방향으로의 단차가 마련되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 인접하는 한쌍의 시일 핀 사이에 형성되는 공간에서는, 와류가 단차의 코너부에서 박리함으로써, 코너부를 경계로 하여 상기 와류보다 하류측에서는, 박리 소용돌이가 발생한다. 그리고, 이러한 박리 소용돌이가 가지는 축류 효과에 의해서, 하류측의 시일 핀과 구조체 사이의 간극에 있어서의 유체의 리크량을 저감화할 수 있다.

본 발명에 따른 터빈에 의하면, 블레이드 선단부와 구조체 사이의 간극에 있어서의 유체의 리크량을 저감화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 증기 터빈을 도시하는 개략 단면도,
도 2는 도 1에 있어서의 동익의 선단부 주변을 확대한 부분 확대 단면도,
도 3은 박리 소용돌이의 축류 효과에 대하여 설명하는 도면으로서, 도 2에 있어서의 제 1 시일 핀의 선단부 주변을 확대한 부분 확대 단면도,
도 4는 제 2 실시형태의 동익의 선단부 주변을 도시하는 개략 단면도,
도 5는 제 3 실시형태의 동익의 선단부 주변을 도시하는 개략 단면도,
도 6은 제 4 실시형태의 동익의 선단부 주변을 도시하는 개략 단면도,
도 7은 제 5 실시형태의 동익의 선단부 주변을 도시하는 개략 단면도,
도 8은 제 6 실시형태의 정익의 선단부 주변을 확대한 부분 확대 단면도,
도 9는 제 7 실시형태의 정익의 선단부 주변을 확대한 부분 확대 단면도,
도 10은 제 8 실시형태의 정익의 선단부 주변을 확대한 부분 확대 단면도,
도 11은 제 8 실시형태의 변형예를 도시하는 부분 확대 단면도,
도 12는 제 9 실시형태의 동익의 선단부 주변을 도시하는 개략 단면도로서, 특히 제 1 시일 핀의 선단부에 대하여 확대한 도면,
도 13은 제 10 실시형태의 동익의 선단부 주변을 도시하는 개략 단면도.

(제 1 실시형태)

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 우선, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 증기 터빈의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은 제 1 실시형태에 따른 증기 터빈(1)을 도시하는 개략 단면도이다.

증기 터빈(1)은, 중공의 케이싱(10)과, 이 케이싱(10)의 내부로 유입되는 증기(S)(유체)의 양과 압력을 조정하는 조정 밸브(20)와, 케이싱(10)의 내부에 회전 가능하게 마련되고, 도시하지 않은 발전기 등의 기계에 동력을 전달하는 축체(30)와, 케이싱(10)에 보지된 환상 정익군(40)과, 축체(30)에 마련된 환상 동익군(50)(블레이드)과, 축체(30)를 축방향으로 회전 가능하게 지지하는 베어링부(60)를 구비하고 있다.

케이싱(10)은 내부 공간이 기밀하게 밀봉되어 있는 동시에, 증기(S)의 유로로 되어 있다. 이 케이싱(10)의 내벽면에는, 축체(30)가 관통 삽입된 링 형상의 칸막이판 외륜(11)(구조체)이 강고하게 고정되어 있다.

조정 밸브(20)는, 케이싱(10)의 내부에 복수개 장착되어 있으며, 각각 도시하지 않은 보일러로부터 증기(S)가 유입되는 조정 밸브실(21)과, 밸브체(22)와, 밸브 시트(23)를 구비하고 있으며, 밸브체(22)가 밸브 시트(23)로부터 멀어지면 증기 유로가 개방되어, 증기실(24)을 거쳐서 증기(S)가 케이싱(10)의 내부 공간으로 유입되도록 되어 있다.

축체(30)는 축 본체(31)와, 이 축 본체(31)의 외주로부터 직경방향으로 연장된 복수의 디스크(32)를 구비하고 있다. 이 축체(30)는 회전 에너지를 도시하지 않은 발전기 등의 기계에 전달하도록 되어 있다.

환상 정익군(40)은, 축체(30)를 포위하여 둘레방향으로 소정 간격으로 마련되며, 그 기단부가 상기 칸막이판 외륜(11)에 의해서 각각 보지된 복수의 정익(41)과, 이들 정익(41)의 직경방향 선단부를 둘레방향으로 서로 연결하는 링 형상의 허브 슈라우드(42)를 갖는다. 그리고, 이 허브 슈라우드(42)에는, 직경방향으로 소정 폭의 간극을 가지도록 하여, 축체(30)가 관통 삽입되어 있다.

그리고, 이와 같이 구성되는 6개의 환상 정익군(40)이, 축체(30)의 축방향으로 소정 간격으로 마련되어 있으며, 증기(S)의 압력 에너지를 속도 에너지로 변환하여, 하류측에 인접하는 동익(51)측으로 안내하도록 되어 있다.

베어링부(60)는 저널 베어링 장치(61) 및 스러스트 베어링 장치(62)를 갖고, 축체(30)를 회전 가능하게 지지하고 있다.

환상 동익군(50)은, 축체(30)를 포위하여 둘레방향으로 소정 간격으로 마련되며, 그 기단부가 상기 디스크(32)에 각각 고정된 복수의 동익(51)과, 이들 동익(51)의 직경방향 선단부를 둘레방향으로 서로 연결하는 링 형상의 팁 슈라우드(도 1에는 도시하지 않음)를 갖는다.

그리고, 이와 같이 구성되는 6개의 환상 동익군(50)이, 6개의 환상 정익군(40)의 하류측에 인접하도록 하여 각각 마련되어 있다. 이것에 의해, 1조 1단이 되는 환상 정익군(40) 및 환상 동익군(50)이 축방향을 따라서 합계 6단으로 구성되어 있다.

여기서, 도 2는 도 1에 있어서의 동익(51)의 선단부 주변을 확대한 부분 확대 단면도이다. 동익(51)의 선단부에는, 전술과 같이 링 형상의 팁 슈라우드(52)가 배치되어 있다. 이러한 팁 슈라우드(52)는, 계단 형상의 단면 형상을 갖고, 축방향을 따르는 3개의 축방향 벽면(521a, 521b, 521c)과, 직경방향을 따르는 3개의 직경방향 벽면(522a, 522b, 522c)을 갖는다. 또한, 팁 슈라우드(52)의 단면 형상은 본 실시형태에 한정되지 않으며 적절히 설계 변경이 가능하다.

한편, 도 2에 도시하는 칸막이판 외륜(11)의 내주면에는, 단면 오목형의 환상 홈(111)이 형성되어 있다. 그리고, 이러한 환상 홈의 저면(111a)에는, 3개의 시일 핀(12)이 직경방향으로 돌출하도록 하여 각각 마련되어 있다.

여기서, 3개의 시일 핀(12) 중, 증기의 유통 방향, 즉 축방향을 따라서 가장 상류측에 위치하는 제 1 시일 핀(12A)은, 팁 슈라우드(52)의 직경방향 벽면(522a)보다 약간 하류측에 마련되며, 그 선단과 팁 슈라우드(52)의 축방향 벽면(521a) 사이에는, 미소 간극(13A)이 직경방향으로 형성되어 있다. 또한, 3개의 시일 핀(12) 중, 2번째로 상류측에 위치하는 제 2 시일 핀(12B)은, 팁 슈라우드(52)의 직경방향 벽면(522b)보다 약간 하류측에 마련되며, 그 선단과 팁 슈라우드(52)의 축방향 벽면(521b) 사이에도, 미소 간극(13B)이 직경방향으로 형성되어 있다. 또한, 3개의 시일 핀(12) 중, 가장 하류측에 위치하는 제 3 시일 핀(12C)은, 팁 슈라우드(52)의 직경방향 벽면(522c)보다 약간 하류측에 마련되며, 그 선단과 팁 슈라우드(52)의 축방향 벽면(521c) 사이에도, 미소 간극(13C)이 직경방향으로 형성되어 있다. 이와 같이 구성되는 시일 핀(12)은 제 1 시일 핀(12A), 제 2 시일 핀(12B) 및 제 3 시일 핀(12C)의 순서로 그 길이가 짧게 되어 있다.

또한, 시일 핀(12)의 길이나 형상이나 설치 위치나 개수 등은 본 실시형태에 한정되지 않으며, 팁 슈라우드(52) 및/또는 칸막이판 외륜(11)의 단면 형상 등에 따라 적절히 설계 변경이 가능하다. 또한, 미소 간극(13)의 치수는, 케이싱(10)이나 동익(51)의 열 신장량, 동익의 원심 신장량 등을 고려하여, 시일 핀(12)과 팁 슈라우드(52)가 접촉하는 일이 없는 안전한 범위 내에서, 최소값으로 설정하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 3개의 미소 간극(13)을 모두 동일한 치수로 설정하고 있지만, 필요에 따라서, 각 시일 핀(12)에 따라서 미소 간극(13)을 다른 치수로 설정해도 좋다.

또한, 본 실시형태에서는, 시일 핀(12)을 칸막이판 외륜(11)으로부터 돌출하여 마련하고, 팁 슈라우드(52)와의 사이에 미소 간극(13)을 형성했지만, 이것과는 반대로, 시일 핀(12)을 팁 슈라우드(52)로부터 돌출하여 마련하고, 칸막이판 외륜(11)과의 사이에 미소 간극(13)을 형성해도 좋다.

그리고, 이와 같은 동익(51)의 선단부 주변의 구성에 의하면, 도 2에 도시하는 바와 같이, 칸막이판 외륜(11)과 시일 핀(12)과 팁 슈라우드(52)에 의해서, 3개의 캐비티(C)(공간)가 형성되어 있다.

여기서, 이 3개의 캐비티(C) 중, 축방향을 따라서 가장 상류측에 위치하는 제 1 캐비티(C1)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 환상 홈(111)의 저면(111a) 및 측면(111b)과, 제 1 시일 핀(12A)과, 팁 슈라우드(52)의 직경방향 벽면(522a) 및 축방향 벽면(521a)에 의해서 형성되어 있다. 이와 같이 형성되는 제 1 캐비티(C1)는 축방향을 따르는 단면에서 대략 직사각형 형상을 갖는다. 단, 전술과 같이 제 1 시일 핀(12A)이 직경방향 벽면(522a)보다 약간 하류측에 마련되어 있는 정도만큼, 제 1 캐비티(C1)의 축방향 하류부에는, 축방향으로 약간 확폭(擴幅)된 확폭부(14)가 형성되어 있다.

그리고, 도 2에 도시하는 바와 같이, 이 제 1 캐비티(C1)의 2개의 코너부, 보다 상세하게는 환상 홈(111)의 저면(111a)과 측면(111b)에 의해서 형성되는 코너부, 및 환상 홈(111)의 저면(111a)과 제 1 시일 핀(12A)에 의해서 형성되는 코너부에는, 사수역 충전부(15)가 각각 마련되어 있다. 이 2개의 사수역 충전부(15)는, 제 1 캐비티(C1)의 코너부에 생기는 사수역을 매립하여 없애기 위한 것으로서, 그 축방향을 따르는 단면에서, 오목 형상의 곡선으로 형성된 경사면(K)을 갖는다. 이 오목 형상의 곡선이란, 후술하는 바와 같이, 제 1 캐비티(C1)의 내부에서 발생하는 증기(S)의 와류를 따르는 형상이며, 본 실시형태에서는 반경 5mm 이상의 원호 형상으로 하고 있다. 따라서, 사수역 충전부(15)의 크기는, 전술과 같이 응력 집중을 방지하기 위해서 케이싱의 코너부에 형성하는 반경 1mm 정도의 원호 형상의 부분과 비교하면, 단면적 비로 약 25배 이상의 크기로 되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 사수역 충전부(15)를 칸막이판 외륜(11)과는 별도의 부재로 하여 구성했지만, 사수역 충전부(15)를 칸막이판 외륜(11)과 일체적으로 구성해도 좋다. 또한, 사수역 충전부(15)를 마련하는 위치는 제 1 캐비티(C1)의 코너부에 한정되지 않으며, 제 1 캐비티(C1)에 있어서 사수역이 발생하는 임의의 위치로 하는 것이 가능하다. 또한, 경사면(K)의 형상은, 본 실시형태와 같이 원호 형상뿐만이 아니라, 증기(S)의 와류의 형상에 따라 임의의 형상으로 할 수 있다.

또한, 3개의 캐비티(C) 중, 축방향을 따라서 2번째로 상류측에 위치하는 제 2 캐비티(C2)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 환상 홈(111)의 저면(111a)과, 제 1 시일 핀(12A)과, 팁 슈라우드(52)의 축방향 벽면(521a, 521b) 및 직경방향 벽면(522b)과, 제 2 시일 핀(12B)에 의해서 형성되어 있다. 그리고, 이 제 2 캐비티(C2)의 축방향 하류부에도, 제 1 캐비티(C1)와 마찬가지로, 축방향으로 약간 확폭된 확폭부(16)가 형성되어 있다. 또한, 제 2 캐비티(C2)의 2개의 코너부, 보다 상세하게는 환상 홈(111)의 저면(111a)과 제 1 시일 핀(12A)에 의해서 형성되는 코너부 및 환상 홈(111)의 저면(111a)과 제 2 시일 핀(12B)에 의해서 형성되는 코너부에도, 사수역 충전부(17)가 각각 마련되어 있다. 이 2개의 사수역 충전부(17)의 역할 및 그 형상은 제 1 캐비티(C1)의 사수역 충전부(15)와 동일하다.

또한, 3개의 캐비티(C) 중, 축방향을 따라서 가장 하류측에 위치하는 제 3 캐비티(C3)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 환상 홈(111)의 저면(111a)과, 제 2 시일 핀(12B)과, 팁 슈라우드(52)의 축방향 벽면(521b, 521c) 및 직경방향 벽면(522c)과, 제 3 시일 핀(12C)에 의해서 형성되어 있다. 그리고, 이 제 3 캐비티(C3)의 축방향 하류부에도, 제 1 캐비티(C1)와 마찬가지로, 축방향으로 약간 확폭된 확폭부(18)가 형성되어 있다. 또한, 제 3 캐비티(C3)의 2개의 코너부, 보다 상세하게는 환상 홈(111)의 저면(111a)과 제 2 시일 핀(12B)에 의해서 형성되는 코너부 및 환상 홈(111)의 저면(111a)과 제 3 시일 핀(12C)에 의해서 형성되는 코너부에도, 사수역 충전부(19)가 각각 마련되어 있다. 이 2개의 사수역 충전부(19)의 역할 및 그 형상은 제 1 캐비티(C1)의 사수역 충전부(15)와 동일하다.

다음에, 제 1 실시형태에 따른 증기 터빈(1)의 작용 효과에 대하여, 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한다. 도 1에 도시하는 조정 밸브(20)를 개방 상태로 하면, 도시하지 않은 보일러로부터 케이싱(10)의 내부에 증기(S)가 유입된다. 이러한 증기(S)는 각 단의 환상 정익군(40)에 의해서 환상 동익군(50)으로 안내되어, 환상 동익군(50)이 회전을 개시한다. 이것에 의해, 환상 동익군(50)에 의해서 증기(S)의 에너지가 회전 에너지로 변환되며, 이 회전 에너지가 환상 동익군(50)과 일체적으로 회전하는 축체(30)로부터 도시하지 않은 발전기 등에 대하여 전달된다.

이 때, 도 2에 도시하는 바와 같이, 환상 정익군(40)을 통과한 증기(S)의 일부가, 환상 동익군(50)의 회전 구동에 기여하는 일없이, 시일 핀(12)과 환상 동익군(50) 사이의 미소 간극(13)을 통하여 하류측으로 리크된다.

이러한 증기(S)의 리크에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 환상 정익군(40)을 통과하여 축방향으로 흐르는 증기(S)는, 그 일부가 동익(51)에 충돌하는 일없이 제 1 캐비티(C1)로 유입된다. 제 1 캐비티(C1)로 유입된 증기(S)는, 팁 슈라우드(52)의 직경방향 벽면(522a)에 충돌함으로써, 예를 들면 도 2에서는 반시계 방향의 주 소용돌이(SU1)(와류)를 형성한다. 그리고, 이 주 소용돌이(SU1)가 팁 슈라우드(52)의 코너부(52A)에서 그 일부가 박리하는 것에 의해서, 제 1 캐비티(C1)의 확폭부(14)에 있어서, 주 소용돌이(SU1)와 역방향, 즉 도 2에서는 시계 방향의 박리 소용돌이(HU1)(와류)가 발생한다. 이러한 박리 소용돌이(HU1)는 제 1 시일 핀(12A)과 팁 슈라우드(52) 사이의 미소 간극(13A)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 저감시키는, 이른바 축류 효과를 발휘한다.

여기서, 도 3은 박리 소용돌이(HU1)의 축류 효과에 대하여 설명하는 도면으로서, 도 2에 있어서의 제 1 시일 핀(12A)의 선단부 주변을 확대한 부분 확대 단면도이다. 시계 방향의 박리 소용돌이(HU1)는, 제 1 시일 핀(12A)과 팁 슈라우드(52) 사이의 미소 간극(13A)의 직전 위치에서, 직경방향 내향의 관성력을 갖는다. 따라서, 미소 간극(13A)을 통하여 하류측으로 리크되는 증기(S)는, 박리 소용돌이(HU1)의 관성력에 의해 압입되는 것에 의해, 도 3에 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이 직경방향으로의 폭이 축소된다. 이와 같이, 박리 소용돌이(HU1)는 증기(S)를 직경방향 내향으로 압축함으로써 그 리크량을 저감시키는 효과, 즉 축류 효과를 갖는다. 또한, 이러한 축류 효과는 박리 소용돌이(HU1)의 관성력이 클수록, 즉 박리 소용돌이(HU1)의 유속이 빠를수록, 그 효과가 커진다.

또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1 캐비티(C1)에는, 그 2개의 코너부에, 주 소용돌이(SU1)의 흐름을 따르도록 대략 원호 형상의 사수역 충전부(15)가 각각 마련되어 있다. 따라서, 제 1 캐비티(C1)의 코너부에는, 사수역, 즉 주 소용돌이(SU1)가 미치지 않는 영역이 생기지 않는다. 이것에 의해, 주 소용돌이(SU1)를 형성하는 증기(S)가 사수역으로 유입되는 것에 의해서, 증기(S)의 에너지가 손실되는 것을 방지할 수 있다. 그렇게 하면, 주 소용돌이(SU1)를 강하게 할 수 있으므로, 그 결과로서, 주 소용돌이(SU1)로부터 박리하는 박리 소용돌이(HU1)도 강하게 할 수 있다. 이것에 의해, 사수역 충전부(15)가 없는 경우와 비교하면 박리 소용돌이(HU1)의 축류 효과가 커져서, 제 1 시일 핀(12A)과 팁 슈라우드(52) 사이의 미소 간극(13A)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 저감시킬 수 있다.

또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 미소 간극(13A)으로부터 리크된 증기(S)는 제 2 캐비티(C2)로 유입된다. 이러한 증기(S)는, 팁 슈라우드(52)의 직경방향 벽면(522b)에 충돌함으로써, 반시계 방향의 주 소용돌이(SU2)를 형성한다. 그리고, 이 주 소용돌이(SU2)의 일부가 박리하는 것에 의해서, 제 2 캐비티(C2)의 확폭부(16)에서 시계 방향의 박리 소용돌이(HU2)가 발생한다. 이러한 박리 소용돌이(HU2)도, 박리 소용돌이(HU1)와 마찬가지로, 제 2 시일 핀(12B)과 팁 슈라우드(52) 사이의 미소 간극(13B)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 저감시키는, 축류 효과를 발휘한다.

또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제 2 캐비티(C2)에도, 그 2개의 코너부에 대략 원호 형상의 사수역 충전부(17)가 각각 마련되어 있다. 따라서, 제 1 캐비티(C1)의 사수역 충전부(15)와 마찬가지로, 주 소용돌이(SU2)를 강하게 할 수 있어서, 그 결과로서 박리 소용돌이(HU2)도 강하게 할 수 있다. 이것에 의해, 사수역 충전부(17)가 없는 경우와 비교하면, 박리 소용돌이(HU2)의 축류 효과가 커져서, 미소 간극(13B)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 저감시킬 수 있다.

또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 미소 간극(13B)으로부터 리크된 증기(S)는 제 3 캐비티(C3)로 유입된다. 이러한 증기(S)는, 팁 슈라우드(52)의 직경방향 벽면(522c)에 충돌함으로써, 반시계 방향의 주 소용돌이(SU3)를 형성한다. 그리고, 이 주 소용돌이(SU3)의 일부가 박리하는 것에 의해서, 제 3 캐비티(C3)의 확폭부(18)에서 시계 방향의 박리 소용돌이(HU3)가 발생한다. 이러한 박리 소용돌이(HU3)도, 박리 소용돌이(HU1)와 마찬가지로, 제 3 시일 핀(12C)과 팁 슈라우드(52) 사이의 미소 간극(13C)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 저감시키는, 축류 효과를 발휘한다.

또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제 3 캐비티(C3)에도, 그 2개의 코너부에 대략 원호 형상의 사수역 충전부(19)가 각각 마련되어 있다. 따라서, 제 1 캐비티(C1)의 사수역 충전부(15)와 마찬가지로, 주 소용돌이(SU3)를 강하게 할 수 있어서, 그 결과적으로 박리 소용돌이(HU3)도 강하게 할 수 있다. 이것에 의해, 사수역 충전부(19)가 없는 경우와 비교하면, 박리 소용돌이(HU3)의 축류 효과가 커져서, 미소 간극(13C)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 저감시킬 수 있다.

이와 같이, 3개의 캐비티(C1, C2, C3)에 있어서 박리 소용돌이(HU1, HU2, HU3)의 축류 효과에 의해서 증기(S)의 리크량을 각각 저감시키는 것에 의해, 증기(S)의 리크량을 최소한으로 억제하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 축방향을 따르는 캐비티(C)의 수는 3개에 한정되지 않으며, 임의의 수만큼 마련할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 제 1 캐비티(C)에 사수역 충전부(15)를, 제 2 캐비티(C2)에 사수역 충전부(17)를, 제 3 캐비티(C3)에 사수역 충전부(19)를 각각 마련했지만, 모든 캐비티(C)에 사수역 충전부를 마련할 필요는 없으며, 적어도 1개의 캐비티(C)에 사수역 충전부를 마련하면 충분하다.

(제 2 실시형태)

다음에, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 증기 터빈의 구성에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 따른 증기 터빈은, 제 1 실시형태의 증기 터빈(1)과 비교하면, 동익(51)의 선단부 주변에 형성되는 캐비티(C)에 있어서 사수역 충전부를 마련하는 위치가 상이하다. 그 이외의 구성에 대해서는 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 동일한 부호를 이용하고, 여기에서는 설명을 생략한다.

도 4는 제 2 실시형태의 동익(51)의 선단부 주변을 도시하는 개략 단면도이다. 환상 동익군(50)과 칸막이판 외륜(11) 사이에는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 3개의 캐비티(C)가 형성되어 있다. 그리고, 3개의 캐비티(C) 중, 축방향을 따라서 가장 상류측에 위치하는 제 1 캐비티(C1)에는, 사수역 충전부가 마련되어 있지 않았다. 또한, 도 4에서는, 제 1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 도 2와 동일한 부호를 부여하고 있다.

또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 3개의 캐비티(C) 중, 축방향을 따라서 2번째로 상류측에 위치하는 제 2 캐비티(C2)에는, 그 1개의 코너부에 사수역 충전부(70)가 마련되어 있다. 이러한 사수역 충전부(70)는, 축방향을 따르는 단면에서 대략 원호 형상의 경사면(K)을 갖고, 팁 슈라우드(52)의 축방향 벽면(521a)과 직경방향 벽면(522b)에 의해서 형성되는 코너부에 마련되어 있다.

또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 3개의 캐비티(C) 중, 축방향을 따라서 가장 하류측에 위치하는 제 3 캐비티(C3)에는, 그 1개의 코너부에 사수역 충전부(71)가 마련되어 있다. 이러한 사수역 충전부(71)도, 대략 원호 형상의 경사면(K)을 갖고, 팁 슈라우드(52)의 축방향 벽면(521b)과 직경방향 벽면(522c)에 의해서 형성되는 코너부에 마련되어 있다.

다음에, 제 2 실시형태에 따른 증기 터빈(1)의 작용 효과에 대해서, 제 1 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다. 도 4에 도시하는 구성에 의하면, 제 1 시일 핀(12A)과 팁 슈라우드(52) 사이의 미소 간극(13A)을 통하여 하류측으로 리크된 증기(S)는 제 2 캐비티(C2)로 유입되면, 제 1 실시형태와 마찬가지로 하여, 주 소용돌이(SU2) 및 박리 소용돌이(HU2)를 형성한다. 그리고, 이러한 박리 소용돌이(HU2)가 미소 간극(13B)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 저감시키는, 축류 효과를 발휘한다.

또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 2 캐비티(C2)의 1개의 코너부에는, 대략 원호 형상의 경사면(K)을 갖는 사수역 충전부(70)가 마련되어 있다. 따라서, 사수역에서 증기(S)의 에너지가 손실되는 것을 방지하는 것에 의해서 주 소용돌이(SU2)를 강하게 할 수 있어서, 그 결과로서 박리 소용돌이(HU2)도 강하게 할 수 있다. 이것에 의해, 사수역 충전부(70)가 없는 경우와 비교하면, 박리 소용돌이(HU2)의 축류 효과가 커져서, 미소 간극(13B)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 저감시킬 수 있다.

부가하여, 본 실시형태에서는, 사수역 충전부(70)를, 팁 슈라우드(52)의 축방향 벽면(521a)과 직경방향 벽면(522b)에 의해서 형성되는 코너부에 마련하고 있다. 따라서, 축방향 벽면(521a)과 직경방향 벽면(522b)에 의해서 형성되어 첨예한 형상을 갖는 팁 슈라우드(52)의 코너부(52B, 52C)에 있어서, 열 신장이나 원심력에 의한 신장에 의해서 응력 집중이 생기는 것을 완화할 수 있다.

또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 3 캐비티(C3)의 1개의 코너부에도, 대략 원호 형상의 경사면(K)을 갖는 사수역 충전부(71)가 마련되어 있다. 따라서, 주 소용돌이(SU3)를 강하게 하는 것에 의해서 박리 소용돌이(HU3)를 강하게 할 수 있으므로, 사수역 충전부(71)가 없는 경우와 비교하면, 미소 간극(13C)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 저감시킬 수 있다. 부가하여, 사수역 충전부(71)를, 팁 슈라우드의(52)의 축방향 벽면(521b)과 직경방향 벽면(522c)에 의해서 형성되는 코너부에 마련하고 있다. 따라서, 첨예한 형상을 갖는 팁 슈라우드(52)의 코너부(52B, 52C)에 있어서, 열 신장이나 원심력에 의한 신장에 의해서 응력 집중이 생기는 것을 완화할 수 있다.

(제 3 실시형태)

다음에, 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 증기 터빈의 구성에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 따른 증기 터빈도, 제 1 실시형태의 증기 터빈(1)과 비교하면, 동익(51)의 선단부 주변에 형성되는 캐비티(C)에 있어서, 사수역 충전부를 마련하는 위치가 상이하다. 그 이외의 구성에 대해서는 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 동일한 부호를 이용하고, 여기에서는 설명을 생략한다.

도 5는 제 3 실시형태의 동익(51)의 선단부 주변을 도시하는 개략 단면도이다. 환상 동익군(50)과 칸막이판 외륜(11) 사이에는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 3개의 캐비티(C)가 형성되어 있다. 그리고, 3개의 캐비티(C) 중, 축방향을 따라서 가장 상류측에 위치하는 제 1 캐비티(C1)에는, 도 2에 도시하는 제 1 실시형태와 동일한 2개의 코너부에 사수역 충전부(15)가 각각 마련되어 있다. 또한, 도 5에서는, 제 1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 도 2와 동일한 부호를 부여하고 있다.

또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 3개의 캐비티(C) 중, 축방향을 따라서 2번째로 상류측에 위치하는 제 2 캐비티(C2)에는, 도 2에 도시하는 제 1 실시형태와 동일한 2개의 코너부에 사수역 충전부(17)가 각각 마련되는 동시에, 도 4에 도시하는 제 2 실시형태와 동일한 1개의 코너부에도 사수역 충전부(70)가 마련되어 있다.

또한, 도 5에 도시하는 바와 같이, 3개의 캐비티 중, 축방향을 따라서 가장 하류측에 위치하는 제 3 캐비티(C3)에도, 도 2에 도시하는 제 1 실시형태와 동일한 2개의 코너부에 사수역 충전부(19)가 각각 마련되는 동시에, 도 4에 도시하는 제 2 실시형태와 동일한 1개의 코너부에도 사수역 충전부(71)가 마련되어 있다.

다음에, 제 3 실시형태에 따른 증기 터빈(1)의 작용 효과에 대해서, 제 1 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다. 도 5에 도시하는 구성에 의하면, 제 2 캐비티(C2)에는 2개의 사수역 충전부(17)에 부가하여 사수역 충전부(70)가 추가로 마련되어 있으므로, 제 1 실시형태와 비교하면, 증기(S)의 에너지가 사수역에서 손실되는 것을 한층더 방지할 수 있다. 이것에 의해, 주 소용돌이(SU2)를 한층더 강하게 할 수 있으므로 박리 소용돌이(HU2)도 한층더 강하게 할 수 있어서, 미소 간극(13B)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 제 1 실시형태보다 더욱 저감시킬 수 있다. 또한, 제 3 캐비티(C3)에 대해서도, 제 2 캐비티(C2)와 동일한 이유에 의해, 미소 간극(13C)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 제 1 실시형태보다 더욱 저감시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 팁 슈라우드(52)의 첨예한 코너부(52B, 52C)에 사수역 충전부(70, 71)를 각각 마련한 것에 의해, 제 2 실시형태와 마찬가지로, 열 신장이나 원심력에 의한 신장에 의해서 해당 개소에서 응력 집중이 생기는 것을 완화할 수 있다.

(제 4 실시형태)

다음에, 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 증기 터빈의 구성에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 따른 증기 터빈은, 제 1 실시형태의 증기 터빈(1)과 비교하면, 동익(51)의 선단부 주변에 형성되는 캐비티(C)에 있어서, 사수역 충전부를 마련하는 위치 및 그 형상이 상이하다. 그 이외의 구성에 대해서는 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 동일한 부호를 이용하고, 여기에서는 설명을 생략한다.

도 6은 제 4 실시형태의 동익(51)의 선단부 주변을 도시하는 개략 단면도이다. 환상 동익군(50)과 칸막이판 외륜(11) 사이에는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 3개의 캐비티(C)가 형성되어 있다. 그리고, 3개의 캐비티(C)에는, 도 5에 도시하는 제 3 실시형태와 동일한 코너부에 사수역 충전부가 각각 마련되어 있지만, 각 사수역 충전부가 갖는 경사면(K)의 형상이 제 3 실시형태와는 상이하다. 또한, 도 6에서는, 제 1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 도 2와 동일한 부호를 부여하고 있다.

보다 상세하게 설명하면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 3개의 캐비티(C) 중, 축방향을 따라서 가장 상류측에 위치하는 제 1 캐비티(C1)에는, 도 2에 도시하는 제 1 실시형태와 동일한 2개의 코너부에, 대략 타원호 형상의 경사면(K)을 갖는 사수역 충전부(72)가 마련되어 있다.

또한, 축방향을 따라서 2번째로 상류측에 위치하는 제 2 캐비티(C2)에도, 제 1 실시형태와 동일한 2개의 코너부에, 대략 타원호 형상의 경사면(K)을 갖는 사수역 충전부(73)가 마련되는 동시에, 제 2 실시형태와 동일한 1개의 코너부에, 대략 타원호 형상의 경사면(K)을 갖는 사수역 충전부(74)가 마련되어 있다.

또한, 축방향을 따라서 가장 하류측에 위치하는 제 3 캐비티(C3)에도, 제 1 실시형태와 동일한 2개의 코너부에, 대략 타원호 형상의 경사면(K)을 갖는 사수역 충전부(75)가 마련되는 동시에, 제 2 실시형태와 동일한 1개의 코너부에, 대략 타원호 형상의 경사면(K)을 갖는 사수역 충전부(76)가 마련되어 있다.

다음에, 제 4 실시형태에 따른 증기 터빈(1)의 작용 효과에 대해서, 제 3 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다. 도 6에 도시하는 구성에 의하면, 3개의 캐비티(C)에 마련한 사수역 충전부(72 내지 76)의 전체가 대략 타원호 형상의 경사면(K)을 갖고 있으므로, 제 3 실시형태의 증기 터빈(1)이 발휘하는 효과에 부가하여, 3개의 캐비티(C)의 형상에 의해서는, 미소 간극(13A, 13B, 13C)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 제 3 실시형태보다 더욱 저감시킬 수 있다는 효과가 있다.

이것은, 3개의 캐비티(C)에 발생하는 주 소용돌이(SU1, SU2, SU3)의 축방향을 따르는 단면 형상은, 진원보다 타원이 되는 것이 일반적이기 때문에, 이러한 주 소용돌이(SU1, SU2, SU3)의 형상을 보다 정확하게 따르도록, 사수역 충전부(72 내지 76)의 경사면(K)의 형상도 대략 타원호 형상으로 하는 것이, 증기(S)가 사수역으로 유입되어 그 에너지가 손실되는 것을 제 3 실시형태보다 한층더 확실하게 방지할 수 있기 때문이다.

또한, 도 6에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 칸막이판 외륜(11)측에 마련하는 사수역 충전부(72, 73, 75)의 경사면(K)이, 직경방향으로 긴 대략 타원호 형상을 갖는 것에 대하여, 팁 슈라우드(52)측에 마련하는 사수역 충전부(74, 76)의 경사면(K)은, 축방향으로 긴 대략 타원호 형상을 갖는다. 이와 같은 구성에 의하면, 주 소용돌이(SU1, SU2, SU3)를 팁 슈라우드(52)의 코너부로 정확하게 안내하여 충돌시킬 수 있으므로, 박리 소용돌이(HU1, HU2, HU3)의 박리 방향을 직경방향으로 일치시킬 수 있다. 이것에 의해, 미소 간극(13A, 13B, 13C)의 직전 위치에서 박리 소용돌이(HU1, HU2, HU3)가 직경방향으로의 관성력을 갖게 되기 때문에, 박리 소용돌이(HU1, HU2, HU3)의 축류 효과를 크게 할 수 있다. 또한, 사수역 충전부(72 내지 76)의 경사면(K)을, 축방향 및 직경방향 중 어느 방향으로 긴 대략 타원호 형상으로 형성할 것인지는 적절히 설계 변경이 가능하다.

(제 5 실시형태)

다음에, 본 발명의 제 5 실시형태에 따른 증기 터빈의 구성에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 따른 증기 터빈은, 제 1 실시형태의 증기 터빈(1)과 비교하면, 동익(51)의 선단부 주변에 형성되는 캐비티(C)에 있어서, 사수역 충전부를 마련하는 위치 및 그 형상이 상이하다. 그 이외의 구성에 대해서는 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 동일한 부호를 이용하고, 여기에서는 설명을 생략한다.

도 7은 제 5 실시형태의 동익(51)의 선단부 주변을 도시하는 개략 단면도이다. 환상 동익군(50)과 칸막이판 외륜(11) 사이에는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 3개의 캐비티(C)가 형성되어 있다. 그리고, 3개의 캐비티(C)에는, 도 5에 도시하는 제 3 실시형태와 동일한 코너부에 사수역 충전부가 각각 마련되어 있지만, 각 사수역 충전부가 갖는 경사면(K)의 형상이 제 3 실시형태와는 상이하다. 또한, 도 7에서는, 제 1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 도 2와 동일한 부호를 부여하고 있다.

보다 상세하게 설명하면, 도 7에 도시하는 바와 같이, 3개의 캐비티(C) 중, 축방향을 따라서 가장 상류측에 위치하는 제 1 캐비티(C1)에는, 도 2에 도시하는 제 1 실시형태와 동일한 2개의 코너부에, 대략 직선 형상의 경사면(K)을 갖는 사수역 충전부(77)가 마련되어 있다.

또한, 축방향을 따라서 2번째로 상류측에 위치하는 제 2 캐비티(C2)에도, 제 1 실시형태와 동일한 2개의 코너부에, 대략 직선 형상의 경사면(K)을 갖는 사수역 충전부(78)가 마련되는 동시에, 제 2 실시형태와 동일한 1개의 코너부에, 대략 직선 형상의 경사면(K)을 갖는 사수역 충전부(79)가 마련되어 있다.

또한, 축방향을 따라서 가장 하류측에 위치하는 제 3 캐비티(C3)에도, 제 1 실시형태와 동일한 2개의 코너부에, 대략 직선 형상의 경사면(K)을 갖는 사수역 충전부(80)가 마련되는 동시에, 제 2 실시형태와 동일한 1개의 코너부에, 대략 직선 형상의 경사면(K)을 갖는 사수역 충전부(81)가 마련되어 있다.

다음에, 제 5 실시형태에 따른 증기 터빈(1)의 작용 효과에 대해서, 제 3 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다. 도 7에 도시하는 구성에 의하면, 3개의 캐비티(C)에 마련한 사수역 충전부(77 내지 81)의 전체가 대략 직선 형상의 경사면(K)을 갖고 있으므로, 제 3 실시형태의 증기 터빈(1)이 발휘하는 효과에 부가하여, 사수역 충전부(77 내지 81)의 제작을 제 3 실시형태보다 간략화할 수 있다는 효과가 있다. 구체적으로는, 사수역 충전부(77 내지 81)를 칸막이판 외륜(11)이나 팁 슈라우드(52)와는 별개 부재로서 구성하는 경우에는, 사수역 충전부(77 내지 81)의 가공 작업을 용이화할 수 있다. 한편, 사수역 충전부(77 내지 81)를, 칸막이판 외륜(11)이나 팁 슈라우드(52)와 일체적으로 구성하는 경우에는, 칸막이판 외륜(11)이나 팁 슈라우드(52)를 형성하기 위한 금형의 형상을 간소화할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 사수역 충전부(77 내지 81)가 대략 직선 형상의 경사면(K)을 1개만 갖는 경우를 예로 들어 설명했지만, 사수역 충전부(77 내지 81)는 대략 직선 형상의 경사면(K)을 복수개 갖고 있어도 좋다. 즉, 사수역 충전부(77 내지 81)의 단면 형상은 본 실시형태와 같이 삼각형에 한정되지 않으며, 다각형이어도 좋다.

(제 6 실시형태)

다음에, 본 발명의 제 6 실시형태에 따른 증기 터빈의 구성에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 따른 증기 터빈은, 제 1 실시형태의 증기 터빈(1)과 비교하면, 사수역 충전부를 마련하는 위치가, 동익(51)의 선단부 주변이 아니라, 정익(41)의 선단부 주변인 점에서 상이하다. 그 이외의 구성에 대해서는 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 동일한 부호를 이용하고, 여기에서는 설명을 생략한다. 또한, 본 실시형태에서는, 환상 정익군(40)이 본원 발명에 따른 블레이드에 상당하며, 축체(30)가 본원 발명에 따른 구조체에 상당한다.

도 8은 제 6 실시형태의 정익(41)의 선단부 주변을 확대한 부분 확대 단면도이다. 정익(41)의 선단부에는, 전술과 같이 링 형상의 허브 슈라우드(42)가 배치되어 있다. 그리고, 이 허브 슈라우드(42)의 외주면(42a)에는, 3개의 시일 핀(84)이 직경방향으로 돌출하도록 하여 각각 마련되어 있다. 그리고, 이 3개의 시일 핀(84) 중 축방향을 따라서 가장 상류측에 마련된 제 1 시일 핀(84A)은, 허브 슈라우드(42)의 축방향 최상류부에 위치하는 축방향 단부면(42b)과 대략 동일면을 형성하도록 마련되어 있다.

한편, 축체(30)의 외주면에는 단면 오목형의 환상 홈(301)이 형성되어 있으며, 이러한 환상 홈(301)이 형성됨으로써 소직경으로 된 부분이 허브 슈라우드(42)에 관통 삽입되어 있다. 이것에 의해, 환상 홈(301)의 저면(301a)과 각 시일 핀(84) 사이에는, 미소 간극(85)이 각각 직경방향으로 형성되어 있다.

또한, 시일 핀(84)의 길이나 형상이나 설치 위치나 개수 등은 본 실시형태에 한정되지 않으며, 허브 슈라우드(42) 및/또는 축체(30)의 단면 형상 등에 따라서 적절히 설계 변경이 가능하다. 또한, 미소 간극(85)의 치수는, 시일 핀(84)과 축체(30)가 접촉하는 일이 없는 안전한 범위 내에서, 최소값으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시형태에서는, 시일 핀(84)을 허브 슈라우드(42)로부터 돌출하여 마련하고, 축체(30)와의 사이에 미소 간극(85)을 형성했지만, 이것과는 반대로, 시일 핀(84)을 축체(30)로부터 돌출하여 마련하고, 허브 슈라우드(42)와의 사이에 미소 간극(85)을 형성해도 좋다.

그리고, 이와 같은 정익(41)의 선단부 주변의 구성에 의하면, 도 8에 도시하는 바와 같이, 축체(30)와 시일 핀(84)과 허브 슈라우드(42)에 의해서, 3개의 캐비티(C)가 형성되어 있다. 여기서, 이 3개의 캐비티(C) 중, 축방향을 따라서 가장 상류측에 위치하는 제 4 캐비티(C4)는 도 8에 도시하는 바와 같이, 환상 홈(301)의 저면(301a) 및 측면(301b)과, 제 1 시일 핀(84A)과, 허브 슈라우드(42)의 축방향 단부면(42b)에 의해서 형성되어 있다. 이와 같이 형성되는 제 4 캐비티(C4)는 축방향을 따르는 단면에서 대략 직사각형 형상을 갖는다.

그리고, 도 8에 도시하는 바와 같이, 이 제 4 캐비티(C4)의 1개의 코너부, 보다 상세하게는 환상 홈(301)의 저면(301a)과 측면(301b)에 의해서 형성되는 코너부에는, 사수역 충전부(86)가 마련되어 있다. 이 1개의 사수역 충전부(86)는, 그 축방향을 따르는 단면에서, 대략 타원호 형상의 경사면(K)을 갖는다.

또한, 사수역 충전부(86)의 역할은 제 1 실시형태와 동일하다. 또한, 사수역 충전부(86)의 경사면(K)의 형상은, 본 실시형태와 같이 대략 타원호 형상뿐만 아니라, 대략 원호 형상이나 대략 직선 형상이라도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 3개의 캐비티(C) 중 제 4 캐비티에만 사수역 충전부(86)를 마련했지만, 2번째로 상류측에 위치하는 제 5 캐비티(C5)나, 가장 하류측에 위치하는 제 6 캐비티(C6)에도 사수역 충전부를 마련해도 좋다. 즉, 허브 슈라우드(42)의 외주면(42a)과 제 2 시일 핀(84B)에 의해서 형성되는 코너부나, 허브 슈라우드(42)의 외주면(42a)과 제 3 시일 핀(84C)에 의해서 형성되는 코너부에도 사수역 충전부를 마련해도 좋다.

다음에, 제 6 실시형태에 따른 증기 터빈(1)의 작용 효과에 대하여 설명한다. 도 1에 도시하는 케이싱(10)의 내부로 유입된 증기(S)는 본래 환상 정익군(40)을 구성하는 복수의 정익(41) 사이를 통과하여 환상 동익군(50)으로 안내되지만, 그 증기(S)의 일부는 환상 정익군(40)과 축체(30) 사이의 미소 간극(85; 85A, 85B, 85C)을 통하여 하류측으로 리크된다.

이러한 증기(S)의 리크에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 축방향으로 흐르는 증기(S)는, 그 일부가 정익(41)에 의해서 하류측으로 안내되는 일없이, 제 4 캐비티(C4)로 유입된다. 제 4 캐비티(C4)로 유입된 증기(S)는, 허브 슈라우드(42)의 축방향 단부면(42b)에 충돌함으로써, 예를 들어 도 8에서는 시계 방향의 주 소용돌이(SU4)를 형성한다. 여기서, 제 1 시일 핀(84A)이 허브 슈라우드(42)의 축방향 단부면(42b)과 대략 동일면을 형성하도록 마련되어 있기 때문에, 주 소용돌이(SU4)가 허브 슈라우드(42)의 코너부(42A)에서 박리 소용돌이가 발생하는 일은 없다. 그렇지만, 본 실시형태에서는, 주 소용돌이(SU4)가 시계 방향으로 회전하기 때문에, 미소 간극(85A)의 직전 위치에서, 주 소용돌이(SU4)가 직경방향 외향의 관성력을 갖는다. 따라서, 이러한 주 소용돌이(SU4)는 미소 간극(85A)을 통하여 하류측으로 리크되는 증기(S)를 압축하는 것에 의해, 그 리크량을 저감시키는 축류 효과를 발휘한다.

또한, 도 8에 도시하는 바와 같이, 제 4 캐비티(C4)에는, 그 1개의 코너부에, 주 소용돌이(SU4)의 흐름을 따르도록 대략 타원호 형상의 사수역 충전부(86)가 마련되어 있다. 따라서, 제 4 캐비티(C4)에 생기는 사수역을 저감할 수 있어서, 증기(S)가 사수역으로 유입되는 것에 의해서 그 에너지가 손실되는 것을 저감시킬 수 있다. 이것에 의해, 사수역 충전부(86)가 없는 경우와 비교하여 주 소용돌이(SU4)를 강하게 할 수 있으므로, 그 결과 주 소용돌이(SU4)의 축류 효과가 커져서, 미소 간극(85A)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 저감시킬 수 있다.

(제 7 실시형태)

다음에, 본 발명의 제 7 실시형태에 따른 증기 터빈의 구성에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 따른 증기 터빈은, 제 6 실시형태의 증기 터빈과 비교하면, 축방향을 따라서 가장 상류측에 위치하는 캐비티의 형상이 상이하다. 그 이외의 구성에 대해서는 제 6 실시형태와 동일하기 때문에, 동일한 부호를 이용하고, 여기에서는 설명을 생략한다.

도 9는 제 7 실시형태의 정익(41)의 선단부 주변을 확대한 부분 확대 단면도이다. 환상 정익군(40)과 축체(30) 사이에는, 제 6 실시형태와 마찬가지로, 3개의 캐비티(C)가 형성되어 있다. 단, 3개의 캐비티(C) 중, 축방향을 따라서 가장 상류측에 위치하는 제 7 캐비티(C7), 즉 제 1 시일 핀(84A)보다 상류측의 부분이, 하류측의 부분보다 직경방향으로 단락되어, 즉 본 실시형태에서는 직경방향 내측에 위치하도록 형성되어 있다. 또한, 제 6 실시형태에서는, 시일 핀(84)을 허브 슈라우드(42)측이 아니라 축체(30)로부터 돌출하여 마련하는 것도 가능하지만, 본 실시형태에서는, 시일 핀(84)을 허브 슈라우드(42)측에 마련하는 것이 필수 구성이며, 축체(30)에 마련할 수 없다. 또한, 정익(41)의 선단부 주변에 한정되지 않으며, 동익(51)을 구성하는 팁 슈라우드(52)로부터 시일 핀(84)을 돌출하여 마련하고, 이 시일 핀(84)보다 상류측의 부분을 하류측의 부분보다 직경방향으로 단락되어, 즉 직경방향 외측에 위치하도록 형성해도 좋다.

그리고, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제 7 캐비티(C7)의 2개의 코너부에 사수역 충전부(87, 88)가 각각 마련되어 있다. 보다 상세하게는, 환상 홈(301)의 저면(301a)과 측면(301b)에 의해서 형성되는 코너부에는 사수역 충전부(87)가 마련되고, 저면(301a)과 단차면(301c)에 의해서 형성되는 코너부에는 사수역 충전부(88)가 마련되어 있다. 이들 2개의 사수역 충전부(87, 88)는, 그 축방향을 따르는 단면에서, 대략 타원호 형상의 경사면(K)을 각각 갖는다.

다음에, 제 7 실시형태에 따른 증기 터빈(1)의 작용 효과에 대하여, 제 6 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다. 본 실시형태에서는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제 1 시일 핀(84A)이 허브 슈라우드(42)로부터 돌출하여 마련되는 것에 의해, 미소 간극(85A)이 형성되는 위치는 축체(30)에 근접한 위치로 되어 있다. 그리고, 이 미소 간극(85A)보다 상류측의 제 7 캐비티(C7)가, 하류측의 제 8 캐비티(C8) 및 제 9 캐비티(C9)보다 단락되어 형성되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제 7 캐비티(C7)의 내부에서 시계 방향으로 회전하는 주 소용돌이(SU5)는 미소 간극(85A)을 통과하여 더 하방(직경방향 내측)까지 도달한다.

따라서, 본 실시형태의 주 소용돌이(SU5)는, 도 8에 도시하는 제 6 실시형태와 같이 단락이 없는 경우와 비교하면, 주 소용돌이(SU5)의 선회 중심이 미소 간극(85A)에 가까워지게 된다. 따라서, 미소 간극(85A)의 부근에 있어서의 주 소용돌이(SU5)의 직경방향 속도는, 단락이 있는 경우가 단락이 없는 경우보다 빨라져서, 주 소용돌이(SU5)의 축류 효과가 높아지기 때문에, 미소 간극(85A)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 한층더 저감화할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 제 7 캐비티(C7)의 2개의 코너부에, 사수역 충전부(87, 88)가 마련되어 있으므로, 제 6 실시형태와 같이 제 4 캐비티(C4)의 1개의 코너부에만 사수역 충전부(86)가 마련되어 있는 경우와 비교하면, 사수역을 더욱 저감하여 주 소용돌이(SU5)를 한층더 강하게 할 수 있다.

이것에 의해, 본 실시형태는, 제 6 실시형태와 비교하여, 미소 간극(85A)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 한층더 저감시킬 수 있다는 효과를 발휘한다.

(제 8 실시형태)

다음에, 본 발명의 제 8 실시형태에 따른 증기 터빈의 구성에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 따른 증기 터빈은, 제 6 실시형태의 증기 터빈과 비교하면, 각 캐비티의 형상이 상이하다. 그 이외의 구성에 대해서는 제 6 실시형태와 동일하기 때문에, 동일한 부호를 이용하고, 여기에서는 설명을 생략한다.

도 10은 제 8 실시형태의 정익(41)의 선단부 주변을 확대한 부분 확대 단면도이다. 환상 정익군(40)과 축체(30) 사이에는, 제 7 실시형태와 마찬가지로, 3개의 캐비티(C)가 형성되어 있다. 단, 3개의 캐비티(C) 중, 가장 상류측에 위치하는 제 10 캐비티(C10)는 제 7 실시형태의 제 7 캐비티(C7)와 동일한 구성이지만, 그 하류측에 위치하는 제 11 캐비티(C11) 및 제 12 캐비티(C12)의 구성이 제 7 실시형태의 제 8 캐비티(C8) 및 제 9 캐비티(C9)와는 상이하다.

보다 상세하게 설명하면, 도 10에 도시하는 바와 같이, 환상 홈(301)의 저면(301a)에는, 서로 인접하는 제 1 시일 핀(84A)과 제 2 시일 핀(84B) 사이의 위치에, 축방향을 따라서 하류측이 상류측보다 직경방향 내측으로 단락되는 단차부(89)가 형성되어 있다.

이것에 의해, 제 11 캐비티(C11)의 축방향 하류부에는, 직경방향으로 약간 확폭된 확폭부(90)가 형성되어 있다. 그리고, 단차부(89)보다 하류측에서는, 저면(301a)의 직경방향 높이 위치는 제 10 캐비티(C10)를 형성하는 저면(301a)과 대략 동일한 높이 위치로 되어 있다. 또한, 단차부(89)보다 하류측에 있어서의 저면(301a)은 제 10 캐비티(C10)를 형성하는 저면(301a)과 다른 높이 위치라도 좋다.

그리고, 도 10에 도시하는 바와 같이, 제 10 캐비티(C10)의 2개의 코너부에는, 제 7 실시형태와 마찬가지로, 사수역 충전부(87, 88)가 각각 마련되어 있다. 또한, 제 11 캐비티(C11)의 3개의 코너부에는, 사수역 충전부(82) 및 사수역 충전부(83)가 각각 마련되어 있다. 보다 상세하게 설명하면, 허브 슈라우드(42)의 외주면(42a)과 제 1 시일 핀(84A)에 의해서 형성되는 코너부 및 외주면(42a)과 제 2 시일 핀(84B)에 의해서 형성되는 코너부에는, 사수역 충전부(82)가 각각 마련되어 있다. 또한, 단차부(89)와 저면(301a)에 의해서 형성되는 코너부에는, 사수역 충전부(83)가 마련되어 있다.

다음에, 제 8 실시형태에 따른 증기 터빈(1)의 작용 효과에 대해서, 제 7 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다. 도 10에 도시하는 구성에 의하면, 제 10 캐비티(C10)의 내부에서는, 제 7 실시형태의 제 7 캐비티(C7)와 마찬가지로, 시계 방향의 주 소용돌이(SU5)가 형성되어, 제 7 실시형태와 동일한 작용 효과를 발휘한다.

또한, 도 10에 도시하는 구성에 의하면, 미소 간극(85A)을 통하여 제 10 캐비티(C10)로부터 제 11 캐비티(C11)로 유입된 증기(S)는 제 11 캐비티(C11)의 내부에서 반시계 방향의 주 소용돌이(SU6)를 형성한다. 그리고, 이러한 주 소용돌이(SU6)가, 단차부(89)의 코너부에서 그 일부가 박리하는 것에 의해서, 시계 방향의 박리 소용돌이(HU4)가 발생한다. 여기서, 이러한 박리 소용돌이(HU4)는 제 2 시일 핀(84B)과 축체(30) 사이의 미소 간극(85B)의 직전 위치에서 직경방향 내향의 관성력을 갖고 있기 때문에, 큰 축류 효과를 발휘한다. 따라서, 제 11 캐비티(C11)에 단차부(89)가 형성되지 않고, 그 내부에서 반시계 방향의 주 소용돌이(SU6)밖에 발생하지 않는 경우와 비교하면, 본 실시형태는, 제 2 시일 핀(84B)의 선단부에 형성되는 미소 간극(85B)에서의 증기(S)의 리크량을 한층더 저감할 수 있다는 효과를 발휘한다.

또한, 도 10에 도시하는 바와 같이, 제 11 캐비티(C11)에는, 그 2개의 코너부에, 주 소용돌이(SU6)의 흐름을 따르도록 사수역 충전부(82)가 마련되는 동시에, 1개의 코너부에, 박리 소용돌이(HU4)의 흐름을 따르도록 사수역 충전부(83)가 마련되어 있다. 따라서, 주 소용돌이(SU6) 및 박리 소용돌이(HU4)의 양쪽에 대하여, 사수역으로 유입됨으로써 에너지가 손실되는 것을 저감시킬 수 있다. 이것에 의해, 사수역 충전부(82, 83)가 없는 경우와 비교하여, 주 소용돌이(SU6) 및 박리 소용돌이(HU4)의 양쪽을 강하게 할 수 있으므로, 미소 간극(85B)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 축방향을 따라서 하류측이 상류측보다 직경방향 내측으로 단락되도록 단차부(89)를 형성했지만, 이것과는 반대로, 도 11에 도시하는 바와 같이, 하류측이 상류측보다 직경방향 외측으로 일단 올라가도록 단차부(91)를 형성해도 좋다. 이 경우, 제 11 캐비티(C11)의 축방향 하류부에는, 축방향으로 약간 확폭된 확폭부(92)가 형성된다.

그리고, 도 10에 도시하는 구성과 마찬가지로, 허브 슈라우드(42)의 외주면(42a)과 제 1 시일 핀(84A)에 의해서 형성되는 코너부 및 외주면(42a)과 제 2 시일 핀(84B)에 의해서 형성되는 코너부에는, 사수역 충전부(82)가 각각 마련되어 있다. 또한, 단차부(91)와 저면(301a)에 의해서 형성되는 코너부에는, 사수역 충전부(100)가 마련되어 있다.

이와 같은 구성에 의하면, 미소 간극(85A)을 통하여 제 10 캐비티(C10)로부터 제 11 캐비티(C11)로 유입된 증기(S)도 제 11 캐비티(C11)의 내부에서 주 소용돌이(SU7)를 형성한다. 그리고, 이러한 주 소용돌이(SU7)가, 단차부(91)의 코너부에서 그 일부가 박리함으로써, 시계 방향의 박리 소용돌이(HU5)가 발생한다. 이것에 의해, 단차부(91)를 형성했을 경우도, 단차부(89)를 형성했을 경우와 동일한 작용 효과가 얻어진다.

또한, 도 11에 도시하는 바와 같이, 제 11 캐비티(C11)에는, 2개의 코너부에 사수역 충전부(82)가 마련되어 있으므로, 도 10의 구성과 마찬가지로 주 소용돌이(SU7)의 에너지 손실을 저감시킬 수 있는 동시에, 1개의 코너부에 사수역 충전부(100)가 마련되어 있으므로, 박리 소용돌이(HU5)의 에너지 손실도 저감시킬 수 있다. 이것에 의해, 도 11에 도시하는 구성에 의하면, 사수역 충전부(82, 100)가 없는 경우와 비교하여, 미소 간극(85B)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 저감시킬 수 있다.

(제 9 실시형태)

다음에, 본 발명의 제 9 실시형태에 따른 증기 터빈의 구성에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 따른 증기 터빈은, 제 1 실시형태의 증기 터빈(1)과 비교하면, 동익(51)의 선단부 주변에 형성되는 캐비티(C)에 있어서, 사수역 충전부를 마련하는 위치가 상이하다. 여기서, 도 12는 제 9 실시형태의 동익(51)의 선단부 주변을 도시하는 개략 단면도로서, 특히 제 1 시일 핀(93)의 선단부에 대하여 확대한 도면이다. 또한, 제 1 시일 핀(93) 이외의 구성에 대해서는 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 동일한 부호를 이용하고, 여기에서는 설명을 생략한다.

본 실시형태에서는, 이 제 1 시일 핀(93)이, 핀 본체부(931)와, 이 핀 본체부(931)보다 폭이 넓게 형성된 공간 제한부(932)를 갖는다. 이것에 의해, 제 1 시일 핀(93)보다 상류측의 제 1 캐비티(C1)는 그 축방향 하류부에 축방향으로 약간 확폭된 확폭부(94)를 갖는다. 그리고, 이 확폭부(94)의 코너부에는, 보다 상세하게는 핀 본체부(931)와 공간 제한부(932)에 의해서 형성되는 코너부에는, 사수역 충전부(95)가 마련되어 있다.

다음에, 제 9 실시형태에 따른 증기 터빈(1)의 작용 효과에 대해서, 제 1 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다. 도 12에 도시하는 구성에 의하면, 제 1 캐비티(C1)에서 형성되는 반시계 방향의 주 소용돌이(SU1)가, 팁 슈라우드(52)의 코너부에서 그 일부가 박리하는 것에 의해서, 확폭부(94)의 내부에서는, 시계 방향의 박리 소용돌이(HU1)가 발생한다. 여기서, 이러한 박리 소용돌이(HU1)는, 공간 제한부(932) 및 핀 본체부(931)에 충돌하여 그 흐름 방향이 안내되는 것에 의해서, 와류의 흐름이 강해진다. 또한, 확폭부(94)의 코너부에는 사수역 충전부(95)가 마련되어 있으므로, 박리 소용돌이(HU1)가 사수역으로 유입됨으로써 증기(S)의 에너지가 손실되는 것을 저감할 수 있다. 이것에 의해, 사수역 충전부(95)가 없는 경우와 비교하면, 박리 소용돌이(HU1)를 강하게 하여 그 축류 효과를 크게 할 수 있으므로, 미소 간극(13A)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 저감시킬 수 있다.

(제 10 실시형태)

다음에, 본 발명의 제 10 실시형태에 따른 증기 터빈의 구성에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 따른 증기 터빈은, 제 1 실시형태의 증기 터빈(1)과 비교하면, 동익(51)의 선단부 주변에 형성되는 캐비티(C)에 있어서, 사수역 충전부를 마련하는 위치가 상이하다. 그 이외의 구성에 대해서는 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 동일한 부호를 이용하고, 여기에서는 설명을 생략한다.

도 13은 제 10 실시형태의 동익(51)의 선단부 주변을 도시하는 개략 단면도이다. 환상 동익군(50)과 칸막이판 외륜(11) 사이에는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 3개의 캐비티(C)가 형성되어 있다. 여기서, 본 실시형태에서는, 시일 핀(12A, 12B, 12C)으로부터 직경방향 벽면(522a, 522b, 522c)까지의 축방향으로의 이격 거리가 제 1 실시형태보다 길게 설정되어 있다. 이것에 의해, 3개의 캐비티(C1, C2, C3)는 그 확폭부(96, 97, 98)가 제 1 실시형태보다 넓게 형성되어 있다.

그리고, 3개의 캐비티(C) 중, 축방향을 따라서 가장 상류측에 위치하는 제 1 캐비티(C1)에는, 제 1 실시형태와 마찬가지로 2개의 코너부에, 사수역 충전부(15)가 각각 마련되어 있다. 보다 상세하게는, 환상 홈(111)의 저면(111a) 및 측면(111b)에 의해서 형성되는 코너부 및 환상 홈(111)의 저면(111a)과 제 1 시일 핀(12A)에 의해서 형성되는 코너부에, 사수역 충전부(15)가 각각 마련되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 제 1 캐비티(C1)에는, 상기 2개의 코너부에 부가하여, 환상 홈(111)의 저면(111a)에 있어서의 상기 2개의 코너부의 중간 위치에, 사수역 충전부(99)가 마련되어 있다. 이러한 사수역 충전부(99)는 2개의 경사면(K1, K2)을 갖고 있으며, 한쪽의 경사면(K1)은 제 1 캐비티(C1)에 발생하는 주 소용돌이(SU1)의 흐름을 따르도록, 다른쪽의 경사면(K2)은 동일하게 제 1 캐비티(C1)의 확폭부(96)에 발생하는 박리 소용돌이(HU1)의 흐름을 따르도록, 각각 형성되어 있다. 또한, 제 1 캐비티(C1)와 마찬가지로, 제 2 캐비티(C2) 및 제 3 캐비티(C3)에도, 그 2개의 코너부에 사수역 충전부(17) 및 (19)가 각각 마련되는 동시에, 저면(111a)에 있어서의 2개의 코너부의 중간 위치에, 사수역 충전부(99)가 각각 마련되어 있다.

다음에, 제 10 실시형태에 따른 증기 터빈(1)의 작용 효과에 대해서, 제 1 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다. 도 13에 도시하는 구성에 의하면, 전술과 같이 확폭부(96, 97, 98)가 제 1 실시형태보다 넓게 형성되어 있으므로, 박리 소용돌이(HU1, HU2, HU3)가 환상 홈(111)의 저면(111a)에 도달하는 정도의 커지게 된다.

여기서, 본 실시형태에 있어서의 제 1 캐비티(C1)에서는, 합계 3개의 사수역 충전부(15, 15, 99)가 마련되어 있으므로, 주 소용돌이(SU1) 및 박리 소용돌이(HU1)의 양쪽에 대하여, 사수역으로 유입됨으로써 증기(S)의 에너지가 손실되는 것을 저감시킬 수 있다. 따라서, 주 소용돌이(SU1)를 강하게 함으로써 박리 소용돌이(HU1)를 간접적으로 강하게 할 수 있는 동시에, 박리 소용돌이(HU1)를 직접적으로 강하게 할 수도 있다. 이것에 의해, 사수역 충전부(15, 15, 99)가 없는 경우와 비교하여 박리 소용돌이(HU1)의 축류 효과가 커지므로, 미소 간극(13A)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 저감시킬 수 있다.

마찬가지로, 본 실시형태에 있어서의 제 2 캐비티(C2) 및 제 3 캐비티(C3)에 있어서도, 합계 3개의 사수역 충전부(17, 17, 99 및 19, 19, 99)가 각각 마련되어 있어, 제 1 캐비티(C1)와 동일한 작용 효과가 얻어지기 때문에, 미소 간극(13B, 13C)에 있어서의 증기(S)의 리크량을 저감시킬 수 있다.

또한, 상술한 실시형태에서 나타낸 각 구성부재의 모든 형상이나 조합, 혹은 동작 순서 등은 일례이며, 본 발명의 주지로부터 일탈하지 않는 범위에서 설계 요구 등에 근거하여 여러가지 변경 가능하다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명은, 유체가 흐르는 유로에 배치되는 블레이드와, 해당 블레이드의 선단측에 간극을 거쳐서 마련되며, 상기 블레이드에 대하여 상대 회전하는 구조체와, 상기 블레이드 및 상기 구조체 중 어느 한쪽으로부터 돌출하여 마련되고, 다른쪽과의 사이에 미소 간극을 형성하는 시일 핀을 구비하는 터빈으로서, 상기 블레이드, 상기 구조체 및 상기 시일 핀에 의해서 형성되며, 내부에서 상기 유체의 와류가 발생하는 공간에, 상기 와류가 미치지 않는 영역인 사수역을 매립하도록 하여, 사수역 충전부가 마련되어 있는, 터빈에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 사수역 충전부가 없는 경우와 비교하여 와류를 강하게 할 수 있어서, 와류가 축류 효과를 가지는 경우에는 해당 축류 효과가 높아져서, 블레이드 선단부와 구조체 사이의 간극에 있어서의 유체의 리크량을 저감화할 수 있다.

1 : 증기 터빈 10 : 케이싱
11 : 칸막이판 외륜(구조체) 111 : 환상 홈
111a : 저면 111b : 측면 12 : 시일 핀
12A : 제 1 시일 핀 12B : 제 2 시일 핀 12C : 제 3 시일 핀
13 : 미소 간극 13A : 미소 간극 13B : 미소 간극
13C : 미소 간극 14 : 확폭부 15　사수역 충전부
16 : 확폭부 17 : 사수역 충전부 18 : 확폭부
19 : 사수역 충전부 20 : 조정 밸브 21 : 조정 밸브실
22 : 밸브체 23 : 밸브 시트 24 : 증기실
30 : 축체(구조체) 301 : 환상 홈 301a : 저면
301b : 측면 301c : 단차면 31 : 축 본체
32 : 디스크 40 : 환상 정익군(블레이드)
41 : 정익 42 : 허브 슈라우드 42A : 코너부
42a : 외주면 42b : 축방향 단부면
50 : 환상 동익군(블레이드) 51 : 동익
52 : 팁 슈라우드 52A : 코너부 52B : 코너부
52C : 코너부 521a : 축방향 벽면 521b : 축방향 벽면
521c : 축방향 벽면 522a : 직경방향 벽면 522b : 직경방향 벽면
522c : 직경방향 벽면 60 : 베어링부 61 : 저널 베어링 장치
62 : 스러스트 베어링 장치 70 : 사수역 충전부
71 : 사수역 충전부 72 : 사수역 충전부 73 : 사수역 충전부
74 : 사수역 충전부 75 : 사수역 충전부 76 : 사수역 충전부
77 : 사수역 충전부 78 : 사수역 충전부 79 : 사수역 충전부
80 : 사수역 충전부 81 : 사수역 충전부 82 : 사수역 충전부
83 : 사수역 충전부 84 : 시일 핀 84A : 제 1 시일 핀
84B : 제 2 시일 핀 84C : 제 3 시일 핀 85 : 미소 간극
85A : 미소 간극 85B : 미소 간극 85C : 미소 간극
86 : 사수역 충전부 87 : 사수역 충전부 88 : 사수역 충전부
89 : 단차부 90 : 확폭부 91 : 단차부
92 : 확폭부 93 : 제 1 시일 핀 931 : 핀 본체부
932 : 공간 제한부 94 : 확폭부 95 : 사수역 충전부
96 : 확폭부 97 : 확폭부 98 : 확폭부
99 : 사수역 충전부 C : 캐비티 C1 : 제 1 캐비티
C10 : 제 10 캐비티 C11 : 제 11 캐비티 C12 : 제 12 캐비티
C2 : 제 2 캐비티 C3 : 제 3 캐비티 C4 : 제 4 캐비티
C5 : 제 5 캐비티 C6 : 제 6 캐비티 C7 : 제 7 캐비티
C8 : 제 8 캐비티 C9 : 제 9 캐비티 HU1 : 박리 소용돌이
HU2 : 박리 소용돌이 HU3 : 박리 소용돌이 HU4 : 박리 소용돌이
HU5 : 박리 소용돌이 K : 경사면 K1 : 경사면
K2 : 경사면 S : 증기 SU1 : 주 소용돌이
SU2 : 주 소용돌이 SU3 : 주 소용돌이 SU4 : 주 소용돌이
SU5 : 주 소용돌이 SU6 : 주 소용돌이 SU7 : 주 소용돌이

Claims (8)

1. 유체가 흐르는 유로에 배치되는 블레이드와, 상기 블레이드의 선단측에 간극을 거쳐서 마련되고, 상기 블레이드에 대하여 상대 회전하는 구조체와, 상기 블레이드 및 상기 구조체 중 어느 한쪽으로부터 돌출하여 마련되고, 다른쪽과의 사이에 미소 간극을 형성하는 시일 핀을 구비하는 터빈에 있어서,
   상기 블레이드, 상기 구조체 및 상기 시일 핀에 의해서 형성되고, 내부에서 상기 유체의 와류가 발생하는 공간에, 상기 와류가 미치지 않는 영역인 사수역을 매립하도록 하여, 사수역 충전부가 마련되어 있는
   터빈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 사수역 충전부가 상기 유체의 와류를 따르는 경사면을 갖는
   터빈.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 경사면은 축방향을 따르는 단면에서 오목 형상의 곡선으로 형성되어 있는
   터빈.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 경사면은 축방향을 따르는 단면에서 대략 직선 형상으로 형성되어 있는
   터빈.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 사수역 충전부는 축방향을 따르는 축방향 벽면과 직경방향을 따르는 직경방향 벽면에 의해서 형성되는 상기 공간의 코너부에 마련되어 있는
   터빈.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 시일 핀 중 축방향을 따라서 가장 상류측에 마련된 제 1 시일 핀은 상기 블레이드의 축방향 최상류부에 위치하는 축방향 단부면과 대략 동일면을 형성하도록 마련되어 있는
   터빈.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 시일 핀은 상기 블레이드로부터 돌출하여 마련되고, 상기 구조체의 축방향을 따르는 축방향 벽면은, 상기 제 1 시일 핀보다 상류측의 부분이 하류측의 부분보다 직경방향으로 단락되어 형성되어 있는
   터빈.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 구조체의 축방향을 따르는 축방향 벽면은, 축방향을 따라서 서로 인접하는 한쌍의 상기 시일 핀의 한쪽에 대향하는 부분과, 다른쪽에 대향하는 부분 사이에, 직경방향으로의 단차가 마련되어 있는
   터빈.

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