KR20150027225A

KR20150027225A - 회전 기계

Info

Publication number: KR20150027225A
Application number: KR1020157001364A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 구와무라; 고이치 이시자카; 요시유키 오카베; 가즈유키 마츠모토; 히로하루 오야마; 히데카즈 우에하라; 요시노리 다나카; 신 니시모토
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2015-03-11
Also published as: KR20160139053A; KR102145862B1; EP2894299B1; JP2014066134A; JP5567077B2; WO2014030734A1; US20150184750A1; CN104508253A; CN104508253B; EP2894299A4; US9879786B2; EP2894299A1

Abstract

동익(50)과, 상기 동익의 외주측에 간극을 형성하도록 동익(50)을 덮는 케이싱(10)과, 간극에 케이싱(10)으로부터 직경 방향 내측으로 돌출되도록 배치되어 동익(50)에 접촉 가능한 시일 본체(71), 및 상기 시일 본체(71)의 고압측을 향하는 면을 따라 배치된 고압측 판 부재(73)를 갖는 리프형 시일(70)과, 간극에 있어서의 리프형 시일(70)의 고압측에 설치되고, 간극을 주위 방향으로 흐르는 선회류를 저해하는 선회류 억제부(80)를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

회전 기계 {ROTARY MACHINE}

본 발명은, 터빈 등의 회전 기계에 관한 것이다.

본원은, 2012년 8월 23일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2012-184444호에 기초해 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

터빈 등의 회전 기계는, 정지측과 회전측 사이에 생기는 간극으로부터 작동 유체가 누설되는 것을 방지하기 위해, 래비린스 시일 등의 비접촉형 시일 기구가 사용되고 있었다.

그러나, 래비린스 시일을 사용한 경우, 자려 진동이나 열변형시 등에 의해, 핀 선단이 접촉하지 않도록 구성해야 하므로, 가일층의 작동 유체의 누설량 저감을 도모하는 것이 곤란하게 되어 있다.

특허문헌 1에는, 회전측에 접촉 가능한 이른바 리프형 시일을 사용한 시일 기구가 제안되어 있다. 이 리프형 시일을 사용한 시일 기구는, 회전축의 축방향으로 소정의 폭 치수를 갖는 평판 형상의 박판을 회전축의 주위 방향으로 다층으로 배치한 구조로 되어 있다. 이 리프형 시일은, 그 선단부가, 정지시에 회전측에 접촉 상태로 된다. 리프형 시일은, 회전시에 동압 효과에 의해 회전측으로부터 약간 부상하여 회전측에 비접촉 상태로 된다. 이 리프형 시일은, 동압 효과에 의해 선단부가 회전측으로부터 부상하므로, 회전시에 회전측의 자려 진동이나 열변형 등이 발생하였다고 해도, 시일 선단부와 회전측의 간극을 유지할 수 있다. 리프형 시일의 경우, 래비린스 시일의 간극과 비교하여, 시일 선단부와 회전측의 간극을 충분히 작은 간극으로 할 수 있다.

리프형 시일과 유사한 시일 기구로서, 그 단부가 항상 회전측에 접촉하는 브러시형 시일 기구가 알려져 있다. 이 브러시형 시일 기구의 경우, 항상 회전측에 접촉하고 있으므로, 작동 유체의 누설량을 저감시키는 것이 가능하게 되어 있다.

일본 특허 공개 제2005-308039호 공보

상술한 리프형 시일이나 브러시형 시일 등의 이른바 접촉형 시일 기구는, 그 고압측과 저압측에, 각각 원환판상의 측판이 장착되어 있다. 이들 측판은, 압력 작용 방향으로 지지하는 지지판으로서 장착되어 있지만, 예를 들어 정익이나 노즐 등, 강한 선회류가 발생하는 부재의 하류측에 설치할 때에 말려 올라가는 등 손상되는 경우가 있는 것을 알게 되었다. 리프나 브러시 등의 시일 본체에 있어서, 강한 선회류가 통과할 때, 이 선회류가 축방향으로 전향하므로, 시일 본체에의 주위 방향 하중으로 되어, 시일 본체가 주위 방향으로 변형되어 손상될 가능성이 있다.

본 발명은, 작동 유체의 누설량을 저감시키면서, 접촉형 시일 기구의 구성 부재가 손상되는 것을 방지할 수 있는 회전 기계를 제공한다.

상기한 과제를 해결하기 위해 이하의 구성을 채용한다.

본 발명의 제1 형태에 따르면, 회전 기계는, 로터와, 상기 로터의 외주측에 간극을 형성하도록 상기 로터를 덮는 스테이터와, 상기 간극에 상기 스테이터로부터 직경 방향 내측으로 돌출되도록 배치되어 상기 로터에 접촉 가능한 시일 본체, 및 상기 시일 본체의 고압측을 향하는 면을 따라 배치된 고압측 판 부재를 갖는 접촉형 시일과, 상기 간극에 있어서의 상기 접촉형 시일의 고압측에 설치되고, 상기 간극을 주위 방향으로 흐르는 작동 유체의 선회류를 저해하는 선회류 억제부를 구비하고 있다.

본 발명의 제2 형태에 따르면, 회전 기계는, 상기 제1 형태의 회전 기계에 있어서의 상기 로터가, 상기 접촉형 시일의 고압측의 간극에, 상기 선회류가 상기 선회류 억제부에 접촉하도록 상기 선회류를 유도하는 돌기부를 구비하고 있어도 된다.

본 발명의 제3 형태에 따르면, 회전 기계는, 상기 제2 형태의 회전 기계에 있어서의 상기 선회류 억제부가, 상기 스테이터의 상기 돌기부에 대향하는 위치에 배치된 허니콤 시일을 구비하고 있어도 된다.

본 발명의 제4 형태에 따르면, 회전 기계는, 상기 제1 또는 제2 형태의 회전 기계에 있어서의 상기 선회류 억제부가, 상기 스테이터에 상기 선회류의 방향을 변화시키는 편향판을 구비하고 있어도 된다.

본 발명의 제5 형태에 따르면, 회전 기계는, 상기 제1 내지 제4 형태 중 어느 하나의 형태의 회전 기계에 있어서의 상기 선회류 억제부가, 상기 고압측 판 부재의 근방에 배치되어 있어도 된다.

본 발명의 제6 형태에 따르면, 회전 기계는, 상기 제1 내지 제5 형태 중 어느 하나의 형태의 회전 기계에 있어서의 상기 선회류 억제부가, 상기 접촉형 시일의 고압측의 유로 면적을 부분적으로 확대하는 오목부를 구비하고 있어도 된다.

본 발명의 제7 형태에 따르면, 회전 기계는, 상기 제1 내지 제6 형태 중 어느 하나의 형태의 회전 기계에 있어서의 상기 선회류 억제부가, 상기 접촉형 시일의 고압측의 유로 면적을 부분적으로 좁히는 볼록부를 구비하고 있어도 된다.

본 발명의 제8 형태에 따르면, 회전 기계는, 상기 제1 내지 제7 형태 중 어느 하나의 형태의 회전 기계에 있어서의 상기 선회류 억제부가, 상기 작동 유체의 선회류를 회수함으로써 상기 선회류의 동압을 저하시키는 팽창실을 구비하고, 상기 팽창실은, 회수한 상기 작동 유체를 상기 작동 유체의 정압을 이용하여 상기 접촉형 시일의 고압측 근방에 분사하도록 해도 된다.

상술한 회전 기계에 따르면, 작동 유체의 누설량을 저감시키면서, 접촉형 시일 기구의 구성 부재가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 증기 터빈의 구성도이다.
도 2는 상기 증기 터빈에 있어서의 동익과 케이싱의 간극을 도시하는 개략 구성도이다.
도 3은 상기 증기 터빈의 리프형 시일의 개략 구성을 도시하는 사시도이다.
도 4는 상기 리프형 시일을 직경 방향 외측으로부터 본 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 도 2에 상당하는 개략 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 도 4에 상당하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 도 2에 상당하는 개략 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 도 4에 상당하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 도 2에 상당하는 개략 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 도 4에 상당하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시 형태에 있어서의 도 2에 상당하는 개략 구성도이다.
도 12는 본 발명의 제5 실시 형태에 있어서의 도 4에 상당하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제5 실시 형태의 변형예에 있어서의 도 2에 상당하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시 형태의 변형예에 있어서의 도 4에 상당하는 개략 구성도이다.
도 15는 본 발명의 제6 실시 형태에 있어서의 도 2에 상당하는 도면이다.

이하, 본 발명의 제1 실시 형태의 회전 기계인 증기 터빈에 대해 도면에 기초하여 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 이 실시 형태에 관한 증기 터빈(1)은, 케이싱(10)과, 조정 밸브(20)와, 축체(30)와, 정익(40)과, 동익(50)과, 축체(30)를 축 주위로 회전 가능하게 지지하는 베어링부(60)를 구비하고 있다.

조정 밸브(20)는, 케이싱(10)에 유입되는 증기(S)의 양과 압력을 조정한다.

축체(30)는, 케이싱(10)의 내측에 회전 가능하게 설치되어 있다. 축체(30)는, 그 동력을 도시하지 않은 발전기 등의 기계에 전달한다.

정익(40)은, 케이싱(10)에 보유 지지되어 있다.

동익(50)은, 축체(30)에 설치되어 있다.

베어링부(60)는, 축체(30)를 축 주위로 회전 가능하게 지지한다.

케이싱(10)은, 그 내부 공간을 기밀하게 밀봉하도록 형성되어 있다. 케이싱(10)은, 본체부(11)와, 구획판 외륜(12)을 구비하고 있다.

본체부(11)는, 증기(S)의 유로를 형성하고 있다.

구획판 외륜(12)은, 링 형상으로 형성되어 있다. 구획판 외륜(12)은, 본체부(11)의 내벽면에 강고하게 고정되어 있다.

조정 밸브(20)는, 케이싱(10)의 본체부(11) 내부에 복수개 장착되어 있다. 조정 밸브(20)는, 조정 밸브실(21)과, 밸브체(22)와, 밸브 시트(23)와, 증기 실(24)을 구비하고 있다. 조정 밸브실(21)에는, 각각 도시하지 않은 보일러로부터 증기(S)가 유입된다. 이 조정 밸브(20)에서는, 밸브체(22)가 밸브 시트(23)로부터 이격됨으로써 증기 유로가 개방된다. 이에 의해, 증기(S)가 증기실(24)을 통해 케이싱(10)의 내부 공간으로 유입된다.

축체(30)는, 축 본체(31)와, 축 본체(31)의 외주로부터 직경 방향 외측으로 연장된 복수의 디스크(32)를 구비하고 있다. 축체(30)는 회전 에너지를, 도시하지 않은 발전기 등의 기계에 전달한다.

베어링부(60)는, 저널 베어링 장치(61) 및 스러스트 베어링 장치(62)를 구비하고 있다. 베어링부(60)는, 케이싱(10)의 본체부(11) 내부에 삽입 관통된 축체(30)를 본체부(11)의 외측에 있어서 회전 가능하게 지지하고 있다.

정익(40)은, 축체(30)의 주위를 둘러싸도록 방사 형상으로 다수 배치되어 있다. 이들 다수 배치되는 정익(40)은, 환상 정익군을 구성하고 있다. 정익(40)은, 각각 전술한 구획판 외륜(12)에 보유 지지되어 있다. 즉, 정익(40)은 각각 구획판 외륜(12)으로부터 직경 방향 내측으로 연장되어 있다.

정익(40)의 연장 방향의 선단부는, 허브 슈라우드(41)에 의해 구성되어 있다. 이 허브 슈라우드(41)는, 링 형상으로 형성되어 있다. 허브 슈라우드(41)는, 동일한 환상 정익군을 이루는 복수의 정익(40)을 연결한다. 허브 슈라우드(41)에는, 축체(30)가 삽입 관통되어 있다. 허브 슈라우드(41)는 축체(30)와의 사이에 직경 방향의 간극을 통해 배치되어 있다.

복수의 정익(40)으로 이루어지는 환상 정익군은, 케이싱(10)이나 축체(30)의 회전축이 연장되는 방향(이하, 축방향이라 기재함)으로 간격을 두고 6개 형성되어 있다. 복수의 정익(40)으로 이루어지는 환상 정익군은, 증기(S)의 압력 에너지를 속도 에너지로 변환하여, 축방향 하류측에 인접하는 동익(50)측으로 안내한다. 정익(40)의 날개 수는, 상기 6개에 한정되는 것은 아니다.

동익(50)은, 축체(30)를 구성하는 디스크(32)의 외주부에 강고하게 장착되고, 축체(30)로부터 직경 방향 외측으로 연장되어 있다. 동익(50)은, 각 환상 정익군의 하류측에 있어서, 방사 형상으로 다수 배치되어 환상 동익군을 구성하고 있다.

전술한 환상 정익군과 상기 환상 동익군은, 1세트 1단으로 되어 있다. 즉, 증기 터빈(1)은 6단으로 구성되어 있다. 이들 동익(50)의 선단부는, 주위 방향으로 연장되는 팁 슈라우드(51)로 되어 있다. 환상 정익군과 상기 환상 동익군의 단수는, 상기 6단에 한정되는 것은 아니다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 동익(50)의 선단부를 이루는 팁 슈라우드(51)는, 케이싱(10)의 구획판 외륜(12)과 대향 배치되어 있다. 팁 슈라우드(51)와 케이싱(10) 사이에는, 직경 방향의 간극(이하, 단순히 직경 방향 간극이라 칭함)(K1)이 형성된다. 구획판 외륜(12)은, 팁 슈라우드(51)의 외주측에 팁 슈라우드(51)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다. 이 구획판 외륜(12)에는, 리프형 시일(70)이 장착되어 있다. 리프형 시일(70)은, 팁 슈라우드(51)에 대향하도록 배치되어 있다. 리프형 시일(70)은, 팁 슈라우드(51)에 접촉 가능한 접촉형 시일이다. 리프형 시일(70)은, 고압측으로부터 저압측으로 누설되는 증기(S)의 누설량을 저감시킨다.

도 2, 도 3에 도시하는 바와 같이, 리프형 시일(70)은 시일 본체(71)를 구비하고 있다. 시일 본체(71)는, 축방향으로 소정의 폭 치수를 갖는 평판 형상의 박판을 갖고 있다. 평판 형상의 박판은, 팁 슈라우드(51)의 주위 방향으로 다층으로 배치되어 있다. 또한, 시일 본체(71)는 동익(50)의 회전 방향에서, 각 박판과, 팁 슈라우드(51)의 외주면(52)이 이루는 각도가 예각으로 되도록 구획판 외륜(12)에 장착되어 있다. 리프형 시일(70)은, 그 선단 부분이, 동익(50)의 정지시에 팁 슈라우드(51)의 외주면(52)에 접촉 상태로 된다. 리프형 시일(70)은, 동익(50)의 회전시에는, 증기(S)의 동압 효과에 의해 팁 슈라우드(51)로부터 약간 부상하여, 팁 슈라우드(51)의 외주면(52)과 비접촉 상태로 된다.

리프형 시일(70)은, 상술한 구획판 외륜(12)과, 이 구획판 외륜(12)의 저압측에 배치되는 저압측 판 부재(72)와, 마찬가지로 고압측에 배치되는 고압측 판 부재(73)에 의해 형성되는 오목부(74)를 구비하고 있다. 오목부(74)에는, 시일 본체(71)의 구획판 외륜(12)측의 베이스부가 몰입되고, 시일 본체(71)의 팁 슈라우드(51)측의 근소한 선단 부분이 오목부(74)의 외부에 노출되어 있다. 즉, 시일 본체(71)의 고압측의 측면의 대부분은, 고압측 판 부재(73)에 의해 덮여 있다. 시일 본체(71)의 저압측의 측면의 대부분은, 저압측 판 부재(72)에 의해 덮여 있다.

케이싱(10)의 구획판 외륜(12)에는, 직경 방향 내측을 향해 개구되는 오목부(13)가 형성되어 있다. 이 오목부(13) 내에는, 동익(50)의 팁 슈라우드(51)가 배치된다. 오목부(13)의 축방향에서 대향하는 한 쌍의 면(12a, 12b)과, 팁 슈라우드(51)의 축방향을 향하는 한 쌍의 면(51a, 51b)의 사이에는, 각각 상술한 직경 방향 간극(K1)으로 통하는 축방향 간극(K2)이 형성되어 있다. 그로 인해, 정익(40)으로부터 동익(50)을 향하는 주 유로(R)로 흐르는 증기(S)는, 그 일부가 동익(50)의 고압측의 축방향 간극(K2)에 의해 형성된 유로로 돌아 들어간다. 이 축방향 간극(K2)에 돌아 들어간 증기(S)는, 주로 증기 터빈(1)의 구동시에 시일 본체(71)와 팁 슈라우드(51)의 외주면 사이에 형성되는 근소한 간극을 통해 리프형 시일(70)보다도 저압측으로 이동한다.

팁 슈라우드(51)의 외주면(52)에는, 리프형 시일(70)보다도 고압측에, 직경 방향 외측을 향해 돌출되는 시일 핀(53)이 형성되어 있다. 이 시일 핀(53)은, 팁 슈라우드(51)의 주위 방향으로 연장되는 대략 원환상으로 형성되어 있다. 시일 핀(53)은, 고압측 판 부재(73)와 팁 슈라우드(51)의 간극 치수보다도 직경 방향의 높이 치수가 충분히 크게 형성되어 있다.

구획판 외륜(12)의 상기 시일 핀(53)에 대향하는 위치에는, 허니콤 시일(80)이 장착되어 있다. 허니콤 시일(80)은, 시일 핀(53)과의 사이에 직경 방향으로 근소한 간극을 갖고 시일 핀(53)측, 즉, 직경 방향 내측이 개구되어 있다. 이 허니콤 시일(80)은, 단면 대략 육각 형상 등의 통체를 축방향 및 주위 방향으로 간극 없이 배열된 이른바 허니콤 구조를 갖고 있다. 이 허니콤 구조에 의해 허니콤 시일(80)은, 허니콤 시일(80)의 개구에 접한 증기(S)의 동압을 감쇠시켜 리프형 시일(70)의 고압측에 있어서의 증기(S)의 흐름 중 선회 방향(환언하면 주위 방향)을 향하는 선회분(이하, 단순히 스월이라 칭함)을 저해한다. 또한, 허니콤 시일(80)은 구획판 외륜(12)의 오목부(13)의 저면(12c)을 따르는 축방향에 있어서 소정 폭을 가진 원환상으로 형성되어 있다. 허니콤 시일(80)의 내경측에는, 시일 핀(53)이 기립 설치되어 있다.

도 2, 도 4에 도시하는 바와 같이, 고압측의 축방향 간극(K2)으로부터 유입되는 증기(S)는, 시일 핀(53)에 의해 직경 방향 외측의 허니콤 시일(80)측으로 안내되어 허니콤 시일(80)에 접촉한다. 증기(S)에는, 리프형 시일(70)의 연장 방향에 대해 경사 방향을 향하는 스월이 많이 포함되어 있다(도 4 중, 비스듬한 화살표로 나타냄). 이 스월을 포함하는 증기(S)는, 허니콤 시일(80)의 내주측의 개구에 접촉하므로, 그 동압이 감쇠된다. 이 동압이 감쇠된 증기(S)는, 리프형 시일(70)의 고압측 판 부재(73)에 수직한 흐름으로 되어 리프형 시일(70)에 접촉한다. 이어서, 시일 본체(71)와 팁 슈라우드(51)의 근소한 간극을 축방향으로 흐른다. 그 후, 증기(S)는, 리프형 시일(70)보다도 저압측의 직경 방향 간극(K1) 및 축방향 간극(K2)을 흘러, 주 유로의 증기(S)에 합류한다.

따라서, 상술한 제1 실시 형태의 증기 터빈에 따르면, 강한 스월을 발생시키는 정익(40)의 하류측에 리프형 시일(70)이 설치되어 있는 경우라도, 리프형 시일(70)의 고압측 판 부재(73)에 증기(S)가 도달하기 전에, 직경 방향 간극(K1)을 주위 방향으로 흐르는 증기(S)의 동압을 허니콤 시일(80)에 의해 감쇠시켜, 증기(S)에 포함되는 스월을 저해할 수 있다. 그로 인해, 고압측 판 부재(73)에 충돌하는 스월이나, 시일 본체(71)를 통과하는 스월을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 접촉형 시일인 리프형 시일(70)을 사용하여 증기(S)의 누설량을 저감시키면서, 고압측 판 부재(73)나 시일 본체(71) 등 리프형 시일(70)의 구성 부재가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 직경 방향 간극(K1)으로 유입된 증기(S)가 시일 핀(53)에 의해 허니콤 시일(80)에 유도됨으로써, 스월이 허니콤 시일(80)을 경유하지 않고 고압측 판 부재(73)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 허니콤 시일(80)에 의한 스월의 억제 효과를 향상시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 회전 기계인 증기 터빈에 대해 도면에 기초하여 설명한다. 이 제2 실시 형태에 있어서의 증기 터빈은, 상술한 허니콤 시일(80)을 선회류 감쇠용 편향판(180)으로 치환한 것이므로, 동일 부분에 동일 부호를 부여하여 설명함과 함께, 중복 설명을 생략한다.

도 5, 도 6에 도시하는 바와 같이, 팁 슈라우드(51)의 외주면(52)에는, 상술한 제1 실시 형태와 마찬가지로, 리프형 시일(70)보다도 고압측에, 직경 방향 외측을 향해 돌출되는 시일 핀(53)이 형성되어 있다.

구획판 외륜(12)의 시일 핀(53)에 대향하는 위치에는, 복수의 선회류 감쇠용 편향판(180)이 장착되어 있다. 선회류 감쇠용 편향판(180)과 시일 핀(53) 사이에는, 직경 방향으로 근소한 간극이 형성되어 있다. 이들 선회류 감쇠용 편향판(180)은, 직경 방향 및 축방향으로 연장되는 직사각형 판 형상으로 형성되어 있다. 선회류 감쇠용 편향판(180)은, 주위 방향으로 소정의 간격으로 복수 배열되어 있다. 각 선회류 감쇠용 편향판(180)은, 이들 선회류 감쇠용 편향판(180)의 사이를 통과하는 증기(S)의 진행 방향을, 선회류 감쇠용 편향판(180)을 따르도록 변화시킴으로써, 리프형 시일(70)의 고압측에 있어서의 증기(S)의 스월을 저해시키고 있다. 상기 선회류 감쇠용 편향판(180)끼리는, 증기(S)의 진행 방향을 충분히 변경 가능한 간격으로 되어 있으면 된다[이하, 제3 실시 형태의 선회류 감쇠용 편향판(280)도 마찬가지임].

선회류 감쇠용 편향판(180)은, 구획판 외륜(12)의 오목부(13)의 저면(12c)을 따르는 축방향에 있어서 소정 길이를 갖고 있다. 이들 선회류 감쇠용 편향판(180)의 내경측에는, 시일 핀(53)이 배치되어 있다. 선회류 감쇠용 편향판(180)의 각도가 리프형 시일(70)의 연장 방향에 대해 수직인 경우를 도 6 중에 나타내고 있지만, 스월을 저해할 수 있는 각도라면, 선회류 감쇠용 편향판(180)의 각도는 상기 각도에 한정되지 않는다(이하, 제3 실시 형태도 마찬가지임).

따라서, 상술한 제2 실시 형태의 증기 터빈에 따르면, 증기(S)의 방향을 선회 방향과는 다른 방향으로 변화시킬 수 있으므로, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 리프형 시일(70)의 고압측 판 부재(73)에 증기(S)가 도달하기 전에, 직경 방향 간극(K1)을 주위 방향으로 흐르는 증기(S)에 포함되는 스월을 저해할 수 있다. 즉, 고압측 판 부재(73)에 충돌하는 스월이나, 시일 본체(71)를 통과하는 스월을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 증기(S)의 누설량을 저감시키면서, 리프형 시일(70)의 고압측 판 부재(73)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 시일 핀(53)에 의해 스월이 선회류 감쇠용 편향판(180)을 경유하지 않고 리프형 시일(70)의 고압측 판 부재(73)에 접촉하는 것을 방지할 수 있으므로, 선회류 감쇠용 편향판(180)에 의한 스월의 억제 효과를 향상시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 회전 기계인 증기 터빈에 대해 도면에 기초하여 설명한다. 이 제3 실시 형태에 있어서의 증기 터빈은, 상술한 선회류 감쇠용 편향판의 배치와, 시일 핀의 높이를 변경한 것이므로, 동일 부분에 동일 부호를 부여하여 설명함과 함께, 중복 설명을 생략한다.

도 7, 도 8에 도시하는 바와 같이, 팁 슈라우드(51)에는, 리프형 시일(70)보다도 고압측의 외주면에, 직경 방향 외측을 향해 돌출되는 시일 핀(153)이 형성되어 있다. 이 시일 핀(153)은 팁 슈라우드(51)의 주위 방향으로 연장되는 대략 원환상으로 형성되어 있다. 시일 핀(153)의 직경 방향 외측의 단부 테두리와 구획판 외륜(12)의 오목부(13)의 저면(12c) 사이에는, 근소한 간극이 형성되어 있다.

한편, 구획판 외륜(12)의 내주면에는, 리프형 시일(70)과 시일 핀(153) 사이의 리프형 시일(70) 근방에, 복수의 선회류 감쇠용 편향판(280)이 장착되어 있다. 이들 선회류 감쇠용 편향판(280)은, 직경 방향 및 축방향으로 연장되는 직사각형 판 형상으로 형성되어 있다. 선회류 감쇠용 편향판(280)은, 주위 방향으로 소정의 간격으로 복수 배열되어 있다.

각 선회류 감쇠용 편향판(280)은, 상술한 제2 실시 형태의 선회류 감쇠용 편향판(180)과 마찬가지로, 복수의 선회류 감쇠용 편향판(280)의 사이를 통과하는 증기(S)의 진행 방향을 선회류 감쇠용 편향판(280)을 따르도록 변화시킴으로써, 리프형 시일(70)의 고압측에 있어서의 증기(S)의 스월을 저해한다. 선회류 감쇠용 편향판(280)은, 구획판 외륜(12)의 내주면을 따르는 축방향에 있어서 소정 길이를 가짐과 함께, 직경 방향에 있어서 리프형 시일(70)의 고압측 판 부재(73)의 길이 치수와 대략 동일한 길이 치수를 갖고 있다. 이 실시 형태는, 선회류 감쇠용 편향판(280)을 리프형 시일(70)의 고압측 판 부재(73)의 길이 치수와 대략 동일한 길이 치수로 하는 일례이다. 그러나, 선회류 감쇠용 편향판의 길이 치수는, 시일 핀(153)의 직경 방향 외측의 간극을 흐르는 증기(S)의 대부분이 선회류 감쇠용 편향판(280)의 사이를 통과하면 되고, 시일 핀(153)과 저면(12c)의 간극의 크기에 따라서 적절히 설정하면 된다.

따라서, 상술한 제3 실시 형태의 증기 터빈에 따르면, 상술한 제2 실시 형태와 마찬가지로, 증기(S)의 방향을 선회 방향과는 다른 방향으로 변화시킬 수 있으므로, 리프형 시일(70)의 고압측 판 부재(73)에 증기(S)가 도달하기 전에, 직경 방향 간극(K1)을 주위 방향으로 흐르는 증기(S)에 포함되는 스월을 저해할 수 있다. 즉, 고압측 판 부재(73)에 충돌하는 스월이나, 시일 본체(71)를 통과하는 스월을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 증기(S)의 누설량을 저감시키면서, 리프형 시일(70)의 고압측 판 부재(73)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 시일 핀(153)에 의해 스월이 선회류 감쇠용 편향판(280)을 경유하지 않고 고압측 판 부재(73)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 그로 인해, 선회류 감쇠용 편향판(280)에 의한 스월의 억제 효과를 향상시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 회전 기계인 증기 터빈에 대해 도면에 기초하여 설명한다. 이 제4 실시 형태에 있어서의 증기 터빈은, 상기 제3 실시 형태의 시일 핀(153)을 생략한 것이므로, 동일 부분에 동일 부호를 부여하여 설명함과 함께, 중복 설명을 생략한다.

도 9, 도 10에 도시하는 바와 같이, 이 실시 형태의 증기 터빈에 있어서, 팁 슈라우드(51)의 리프형 시일(70)보다도 고압측의 외주면에는, 직경 방향 간극(K1)의 증기(S)의 흐름을 변화시키는 돌기 등의 구조물은 형성되어 있지 않다.

구획판 외륜(12)의 내주면에는, 리프형 시일(70)보다도 고압측, 또한 리프형 시일(70) 근방에, 복수의 선회류 감쇠용 편향판(380)이 장착되어 있다. 이들 선회류 감쇠용 편향판(380)은, 상술한 제3 실시 형태의 선회류 감쇠용 편향판(280)과 마찬가지로, 직경 방향 및 축방향으로 연장되는 대략 직사각형 판 형상으로 형성되어 있다. 이들 선회류 감쇠용 편향판(380)은, 주위 방향으로 소정의 간격으로 복수 배열되어 있다.

이들 선회류 감쇠용 편향판(380)은, 복수의 선회류 감쇠용 편향판(380)의 사이를 통과하는 증기(S)의 진행 방향을 선회류 감쇠용 편향판(380)을 따르도록 변화시킴으로써, 리프형 시일(70)의 고압측에 있어서의 증기(S)의 스월을 저해한다. 선회류 감쇠용 편향판(380)은, 구획판 외륜(12)의 내주면을 따르는 축방향에 있어서 소정 길이를 가짐과 함께, 직경 방향에 있어서 리프형 시일(70)의 고압측 판 부재(73)의 길이 치수와 동일한 길이 치수를 갖고 있다.

따라서, 상술한 제4 실시 형태의 증기 터빈에 따르면, 직경 방향에 있어서 리프형 시일(70)의 고압측 판 부재(73)의 길이 치수와 동일한 길이 치수를 갖고 있으므로, 선회류 감쇠용 편향판(380)의 고압측에 시일 핀(153)을 배치하지 않아도, 리프형 시일(70)에 충돌하는 증기(S)의 대부분이, 선회류 감쇠용 편향판(380)을 경유하고 나서 충돌한다. 그로 인해, 리프형 시일(70)에 충돌하는 증기(S)의 스월을 저감시켜, 스월에 의한 고압측 판 부재(73)나 시일 본체(71) 등 리프형 시일(70)의 구성 부재의 손상을 방지할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제5 실시 형태에 있어서의 회전 기계인 증기 터빈에 대해 도면에 기초하여 설명한다. 이 제5 실시 형태에 있어서의 증기 터빈은, 상기 각 실시 형태에 있어서의 선회류 억제부의 구성을 변경한 것이므로, 동일 부분에 동일 부호를 부여하여 설명함과 함께, 중복 설명을 생략한다.

도 11, 도 12에 도시하는 바와 같이, 이 실시 형태의 증기 터빈은, 구획판 외륜(12)의 축방향 양측에 배치되는 면에, 깊이 방향이 상술한 축방향으로 되는 선회류 억제 오목부(480)가 형성되어 있다. 이 선회류 억제 오목부(480)는, 주위 방향으로 소정 폭을 가짐과 함께 주위 방향으로 소정의 간격으로 형성되어 있다. 이들 선회류 억제 오목부(480)는, 축방향 간극(K2)의 유로 면적을 부분적으로, 또한 급격하게 확대하므로, 축방향 간극(K2)을 흐르는 증기(S)에 도 11 중의 화살표로 나타내는 와류를 발생시키는 것이 가능하게 되어 있다.

따라서, 상술한 제5 실시 형태의 증기 터빈에 따르면, 선회류 억제 오목부(480)에 의해 부분적으로 유로 면적을 확대함으로써, 증기(S)에 와류를 발생시킬 수 있으므로, 이 와류에 의해 스월을 없앨 수 있다. 그 결과, 스월에 의한 고압측 판 부재(73)나 시일 본체(71) 등 리프형 시일(70)의 구성 부재의 손상을 방지할 수 있다.

여기서, 상기 제5 실시 형태의 변형예로서 도 13, 도 14에 도시하는 바와 같이, 구획판 외륜(12)의 축방향 양측에 배치되는 면의 가장 직경 방향 내측의 위치에, 축방향 간극(K2)의 유로 면적을 부분적으로 좁혀 감소시키는 선회류 억제 볼록부(580)를 설치하도록 해도 된다. 이 경우, 축방향 간극(K2)의 유로 면적을 부분적으로, 또한 급격하게 변화시킬 수 있으므로, 축방향 간극(K2)을 흐르는 증기(S)의 동압이 저하되어 스월을 저감시킬 수 있다. 이 변형예에 있어서의 선회류 억제 볼록부(580)는, 상술한 선회류 억제 오목부(480)와 병용함으로써 가일층의 스월의 저감을 도모하는 것이 가능해진다.

다음으로, 본 발명의 제6 실시 형태에 있어서의 회전 기계인 증기 터빈에 대해 도면에 기초하여 설명한다. 이 제6 실시 형태에 있어서의 증기 터빈은, 상기 각 실시 형태에 있어서의 선회류 억제부의 구성을 변경한 것이므로, 동일 부분에 동일 부호를 부여하여 설명함과 함께, 중복 설명을 생략한다.

도 15에 도시하는 바와 같이, 이 실시 형태의 증기 터빈은, 구획판 외륜(12)의 직경 방향 내측을 향하는 저면(12c)에 스월의 상류측을 향해 개구되는 흡기구(681)를 구비하고 있다. 이 흡기구(681)는, 리프형 시일(70)의 고압측에 있어서 리프형 시일(70)로부터 축방향으로 이격되어 배치되어 있다. 흡기구(681)는, 구획판 외륜(12) 내부에 형성된 팽창실(682)에 흡기 통로(683)를 통해 접속되어 있다. 즉, 팽창실(682)과 축방향 간극(K2) 및 직경 방향 간극(K1)은, 흡기구(681) 및 흡기 통로(683)를 통해 연통되어 있다.

구획판 외륜(12)의 저면(12c)에는, 리프형 시일(70)의 부근에, 직경 방향 내측을 향하는 배기구(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 이 배기구는, 배기 통로(684)를 통해 팽창실(682)에 접속되어 있다. 즉, 팽창실(682)과 직경 방향 간극(K1)은, 배기구 및 배기 통로(684)를 통해 연통되어 있다. 이들 흡기구(681), 흡기 통로(683), 팽창실(682), 배기 통로(684), 및 배기구에 의해 이 실시 형태에 있어서의 하나의 선회류 억제부(680)가 형성되어 있다. 이 선회류 억제부(680)는, 주위 방향으로 소정 간격으로 나란히 복수 배치되어 있다.

예를 들어, 스월을 포함하는 증기(S)가 고압측의 축방향 간극(K2)으로 유입된 경우, 축방향 간극(K2)으로부터 직경 방향 간극(K1)으로 흐르는 도중에, 스월이 흡기구(681)로부터 팽창실(682) 내에 그 동압을 이용하여 회수된다. 팽창실(682) 내에 회수된 증기(S)는, 동압이 저하되어, 그 정압에 의해 배기 통로(684)로부터 배기구를 통해, 순차 직경 방향 내측을 향하는 흐름으로 되어 리프형 시일(70)의 부근에서 분사되게 된다.

따라서, 상술한 제6 실시 형태의 증기 터빈에 따르면, 증기(S)에 포함되는 스월분을 회수하여 팽창실(682)에 모은 후에, 회수한 증기(S)의 정압을 이용하여 리프형 시일(70)의 고압측 근방에 분사시킬 수 있다. 그로 인해, 스월을 선회 방향과는 다른 직경 방향 내측을 향하는 흐름으로 변경할 수 있다. 또한, 직경 방향 내측을 향해 분사되는 증기(S)에 의해, 리프형 시일(70)의 고압측에 직경 방향 내측을 향해 흐르는, 이른바 에어 커튼이 형성된다. 그로 인해, 선회류 억제부(680)에 의해 회수하지 못한 스월이 리프형 시일(70)에 고압측으로부터 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 스월에 의한 고압측 판 부재(73)나 시일 본체(71) 등 리프형 시일(70)의 구성 부재의 손상을 방지할 수 있다.

본 발명은 상술한 각 실시 형태의 구성에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 설계 변경 가능하다.

예를 들어, 상술한 각 실시 형태에 있어서는, 회전 기계로서 증기 터빈을 일례로 들어 설명하였지만, 증기 터빈에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 회전 기계는, 정지체인 스테이터와 회전체인 로터 사이에 설치되고 고압과 저압 사이를 시일하는 리프형 시일(70)에 대해 스월이 충돌하는 것과 같은 회전 기계이면 되고, 예를 들어 가스 터빈이나 압축기 등에 적용해도 된다.

또한, 상술한 각 실시 형태에 있어서는, 접촉형 시일로서 리프형 시일(70)을 일례로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명에 있어서의 접촉형 시일은, 리프형 시일(70)에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상시 로터측에 접촉하는 브러시 시일을 채용한 회전 기계에 본 발명을 적용해도 된다. 이 경우, 브러시 시일을 보유 지지하는 홀더의 고압측의 벽면이나 시일 본체인 브러시 등의 구성 부재의 손상을 억제할 수 있다.

또한, 상기 각 실시 형태에 있어서는, 작동 유체로서 증기(S)를 사용하는 경우에 대해 설명하였지만, 스월이 발생할 수 있는 작동 유체라면 증기(S)에 한정되는 것은 아니다.

또한, 강한 스월이 발생하는 개소로서 정익(40)의 하류측을 일례로 들어 설명하였지만, 노즐의 하류측 등이어도 된다.

접촉형 시일 기구를 구비한 증기 터빈 등의 회전 기계에 널리 적용할 수 있다.

50 : 동익(로터)
10 : 케이싱(스테이터)
71 : 시일 본체
73 : 고압측 판 부재
70 : 리프형 시일(접촉형 시일)
80 : 허니콤 시일(선회류 억제부)
53, 153 : 시일 핀(돌기부)
180, 280, 380 : 선회류 감쇠용 편향판(선회류 억제부)
480 : 선회류 억제 오목부(오목부, 선회류 억제부)
580 : 선회류 억제 볼록부(볼록부, 선회류 억제부)
680 : 선회류 억제부
S : 증기(작동 유체)

Claims

로터와,
상기 로터의 외주측에 간극을 형성하도록 상기 로터를 덮는 스테이터와,
상기 간극에 상기 스테이터로부터 직경 방향 내측으로 돌출되도록 배치되어 상기 로터에 접촉 가능한 시일 본체, 및 상기 시일 본체의 고압측을 향하는 면을 따라 배치된 고압측 판 부재를 갖는 접촉형 시일과,
상기 간극에 있어서의 상기 접촉형 시일의 고압측에 설치되고, 상기 간극을 주위 방향으로 흐르는 작동 유체의 선회류를 저해하는 선회류 억제부를 구비하는, 회전 기계.
제1항에 있어서,
상기 로터는, 상기 접촉형 시일의 고압측의 간극에, 상기 선회류가 상기 선회류 억제부에 접촉하도록 상기 선회류를 유도하는 돌기부를 구비하는, 회전 기계.
제2항에 있어서,
상기 선회류 억제부는, 상기 스테이터의 상기 돌기부에 대향하는 위치에 배치된 허니콤 시일을 구비하는, 회전 기계.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 선회류 억제부는, 상기 스테이터에 상기 선회류의 방향을 변화시키는 편향판을 구비하는, 회전 기계.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선회류 억제부는, 상기 고압측 판 부재의 근방에 배치되어 있는, 회전 기계.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선회류 억제부는, 상기 접촉형 시일의 고압측의 유로 면적을 부분적으로 확대하는 오목부를 구비하는, 회전 기계.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선회류 억제부는, 상기 접촉형 시일의 고압측의 유로 면적을 부분적으로 좁히는 볼록부를 구비하는, 회전 기계.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선회류 억제부는, 상기 선회류를 회수함으로써 상기 선회류의 동압을 저하시키는 팽창실을 구비하고, 상기 팽창실은, 회수한 상기 작동 유체를 상기 작동 유체의 정압을 이용하여 상기 접촉형 시일의 고압측 근방에 분사하는, 회전 기계.