KR20180075665A

KR20180075665A - 시일 구조 및 터빈

Info

Publication number: KR20180075665A
Application number: KR1020187015664A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 구와무라; 에이지 고니시; 도요하루 니시카와; 신 니시모토; 히데카즈 우에하라
Original assignee: 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2018-07-04
Also published as: KR102031510B1; CN108368745B; JP2017106395A; CN108368745A; US20180371927A1; WO2017098932A1; JP6785041B2; DE112016005689T5; US10975711B2

Abstract

로터(12)와 케이싱(10)의 간극에 흐르는 누설 증기를 시일하는 증기 터빈(1)의 시일 구조(30)에 있어서, 케이싱(10)에 고정되는 링 본체(41)로부터 로터(12)측을 향하여 돌출되어 설치됨과 함께, 로터(12)의 축 방향으로 배치되는 복수의 시일 핀(42)과, 로터(12)에 설치되며, 복수의 시일 핀(42)에 대향하는 복수의 스텝면(51)과, 인접하는 스텝면(51)끼리의 사이에 형성되는 수직면(52)에 의해, 단차부(53)가 형성되는 스텝(33)을 구비하고, 복수의 시일 핀(42)은 로터(12)의 직경 방향에 대하여, 링 본체(41)측으로부터 선단부를 향하여, 누설 증기의 유통 방향의 상류측으로 경사져 있고, 각 시일 핀(42)과 링 본체(41)에 의해 형성되는 코너부는 곡면으로 되어 있다.

Description

시일 구조 및 터빈

본 발명은 회전 부재와 정지 부재의 간극을 흐르는 누설 유체를 시일하는 시일 구조 및 터빈에 관한 것이다.

종래, 시일 구조를 구비하는 터빈으로서, 동익의 선단부의 팁 슈라우드에 설치되는 복수의 스텝부와, 동익에 대향하는 케이싱에 설치되며, 스텝부의 주위면을 향하여 연장 돌출되는 시일 핀을 구비하는 터빈이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이 터빈에는, 시일 핀, 케이싱 및 팁 슈라우드에 의해, 복수의 캐비티가 형성되어 있고, 각 캐비티의 코너부는 라운딩을 띠도록 형성되어 있다. 또한, 스텝부의 단차면에는, 상류측으로부터 하류측을 향하여 경사지는 경사면이 형성되어 있다. 이 특허문헌 1의 터빈에서는, 각 캐비티의 코너부를 라운딩을 가진 형상으로 함으로써, 캐비티 내에 발생하는 주 소용돌이의 에너지 손실을 억제함으로써, 주 소용돌이를 강하게 한다. 이에 의해, 터빈에서는, 캐비티 내에 발생하는 박리류의 크기를 작게 하여, 누설 유체의 유량을 억제하고 있다.

일본 특허 공개 제2013-199860호 공보

그런데, 특허문헌 1의 터빈에서는, 각 시일 핀이 각 스텝부를 향하여, 회전축의 직경 방향으로 연장되어 있다. 이 때문에, 누설 유체는, 시일 핀을 따라서 직경 방향으로 흐르고, 이후, 시일 핀과 스텝부의 간극으로부터 누출된다. 이와 같이, 누설 유체는, 시일 핀을 돌아들어가 흐름으로써, 축류 효과에 의해 축류한다. 이 경우, 각 시일 핀은, 직경 방향으로 연장되어 있기 때문에, 누설 유체는, 시일 핀을 돌아들어가 흐르기 쉬워, 축류 효과의 향상을 도모할 여지가 있었다.

따라서, 본 발명은 누설 유체의 누설을 억제할 수 있는 시일 구조 및 터빈을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 시일 구조는, 회전축을 중심으로 회전하는 회전 부재와, 상기 회전 부재에 대향하여 설치되는 정지 부재의 간극에 있어서, 상기 회전축의 일방측인 상류측으로부터, 상기 회전축의 타방측인 하류측을 향하여 흐르는 누설 유체를 시일하는 시일 구조에 있어서, 상기 회전 부재 및 상기 정지 부재 중 어느 한쪽을 기부로 하여, 상기 기부로부터 상기 회전 부재 및 상기 정지 부재 중 어느 다른 쪽을 향하여 돌출되어 설치됨과 함께, 상기 회전축의 축 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되는 복수의 시일 핀과, 상기 회전 부재 및 상기 정지 부재 중 어느 다른 쪽에 설치되며, 복수의 상기 시일 핀에 대향하는 복수의 스텝면과, 인접하는 상기 스텝면끼리의 사이에 형성되는 수직면에 의해, 단차가 형성되는 스텝을 구비하고, 복수의 상기 시일 핀은, 상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 대하여, 상기 기부로부터 선단부를 향하여, 상기 누설 유체의 유통 방향의 상류측으로 경사져 있고, 상기 각 시일 핀과 상기 기부에 의해 형성되는 코너부는 곡면으로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 따르면, 시일 핀을 경사지게 함으로써, 시일 핀을 따라서 흐르는 누설 유체를, 누설 유체의 유통 방향과는 역방향으로 흐르게 할 수 있다. 이후, 누설 유체는, 다시, 유통 방향으로 흘러, 시일 핀과 스텝면의 간극으로부터 누출된다. 이와 같이, 누설 유체를, 일시적으로 유통 방향의 역방향으로 유통시킬 수 있기 때문에, 시일 핀과 스텝면의 간극을 유통함으로써 발생하는 축류 효과를 높일 수 있어, 누설 유체의 누설을 억제할 수 있다.

또한, 상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 대한, 상기 시일 핀의 경사 각도를 β라 하면, 상기 경사 각도 β는, 「10°≤β≤25°」의 범위로 되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 시일 핀의 경사 각도를 상기의 범위로 함으로써, 시일 핀을 따르는 누설 유체의 흐름을, 축류 효과가 높은 흐름으로 할 수 있다.

또한, 복수의 상기 시일 핀의 경사 각도 β는, 모두 동일한 각도로 되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 모든 시일 핀의 경사 각도를 동일하게 함으로써, 시일 핀의 제조를 용이하게 할 수 있기 때문에, 제조 비용의 증대를 억제할 수 있다.

또한, 복수의 상기 시일 핀은, 돌출 방향에 있어서의 상기 기부로부터 상기 선단부까지의 길이가, 모두 동일한 길이로 되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 모든 시일 핀의 길이를 동일하게 함으로써, 시일 핀의 제조를 용이하게 할 수 있기 때문에, 제조 비용의 증대를 억제할 수 있다.

또한, 상기 스텝의 상기 수직면은, 상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 대하여, 상류측의 상기 스텝면으로부터 하류측의 상기 스텝면을 향하여, 상기 누설 유체의 유통 방향의 하류측으로 경사져 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 수직면을 따라서 흐르는 누설 유체는, 수직면에서 이격된 후, 그 일부가 시일 핀에 재부착되어, 시일 핀을 따라서 흐른다. 이때, 수직면을 경사지게 함으로써, 수직면을 따라서 흐르는 누설 유체를, 수직면이 직경 방향을 따르는 면으로 되는 경우에 비해, 시일 핀의 선단측에 재부착시킬 수 있다. 이 때문에, 누설 유체에 의해 시일 핀과 스텝면의 간극의 근방에 형성되는 소용돌이를 작은 것으로 할 수 있어, 축류 효과를 높일 수 있다.

또한, 상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 대한, 상기 스텝의 상기 수직면의 경사 각도를 α라 하고, 상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 대한, 상기 시일 핀의 경사 각도를 β라 하면, 상기 경사 각도 α는, 「0°<α≤β+30°」의 범위로 되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 수직면의 경사 각도를 상기의 범위로 함으로써, 시일 핀에 재부착되는 누설 유체의 흐름을, 축류 효과가 높은 흐름으로 할 수 있다.

또한, 상기 수직면의 경사 각도 α는, 모두 동일한 각도로 되어 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 모든 수직면의 경사 각도를 동일하게 함으로써, 스텝의 제조를 용이하게 할 수 있기 때문에, 제조 비용의 증대를 억제할 수 있다.

또한, 상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 있어서, 상기 스텝면과 상기 시일 핀 사이의 거리를 H라 하고, 상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 있어서, 상기 수직면을 사이에 두고, 상류측의 상기 스텝면과 하류측의 상기 스텝면 사이의 거리를 S라 하고, 상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 있어서, 인접하는 상기 핀끼리의 사이에 형성되는 캐비티의 저부와, 하류측의 상기 스텝면 사이의 거리를 D라 하면, 상기 거리 H, 상기 거리 S 및 상기 거리 D는, 「1.5H≤S≤D」의 관계로 되는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 거리 H, 거리 S 및 거리 D를 상기의 관계로 함으로써, 누설 유체의 흐름을, 축류 효과가 높은 흐름으로 할 수 있다.

또한, 상기 각 시일 핀은, 상기 기부로부터 선단부까지의 전체 길이에 걸쳐 경사져 있는 것이 바람직하다.

이 구성에 따르면, 시일 핀을 꺾어 구부리지 않고, 시일 핀 전체를 기울어지게 하여 형성할 수 있다. 또한, 시일 핀의 전체 길이를 따라서 누설 유체를 적합하게 유통시킬 수 있다.

본 발명의 터빈은, 상기 회전 부재인 동익과, 상기 정지 부재인 케이싱과, 상기의 시일 구조를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 따르면, 누설 유체의 유량을 억제할 수 있기 때문에, 터빈의 일 효율의 저하를 억제할 수 있다.

본 발명의 다른 터빈은, 상기 회전 부재인 로터와, 상기 정지 부재인 정익과, 상기의 시일 구조를 구비하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 시일 구조를 구비하는 증기 터빈을 도시하는 개략 구성도이다.
도 2는 본 실시 형태에 관한 시일 구조를 도시하는 단면도이다.

이하에, 본 발명에 관한 실시 형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 실시 형태에 있어서의 구성 요소에는, 당업자가 치환 가능 또한 용이한 것, 혹은 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재한 구성 요소는 적절히 조합하는 것이 가능하고, 또한, 실시 형태가 복수 있는 경우에는, 각 실시 형태를 조합하는 것도 가능하다.

[실시 형태 1]

도 1은 본 실시 형태에 관한 시일 구조를 구비하는 증기 터빈을 도시하는 개략 구성도이고, 도 2는 본 실시 형태에 관한 시일 구조를 도시하는 단면도이다.

본 실시 형태에 관한 시일 구조(30)는, 예를 들어 증기 터빈(1)에 적용되어 있고, 증기 터빈에 설치되는 회전 부재와 정지 부재의 간극으로부터 누출되는 누설 유체를 시일하는 것이다. 우선, 시일 구조(30)의 설명에 앞서서, 도 1을 참조하여, 증기 터빈(1)에 대하여 설명한다.

증기 터빈(1)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 케이싱(10)과, 케이싱(10) 내에 설치되는 회전축으로서의 로터(12)와, 로터(12)에 설치되는 복수단의 동익(13)과, 케이싱(10)에 설치되는 복수단의 정익(14)을 구비하고 있다.

케이싱(10)은 로터(12)의 직경 방향으로부터 증기가 유입되는 유입구(22)와, 로터(12)의 축 방향으로부터 증기가 유출되는 유출구(23)가 형성되어 있다. 그리고, 케이싱(10)에는, 유입구(22)로부터 유출구(23)를 향하여, 그 내부에 증기가 유통되는 증기 통로(21)가 형성되어 있다. 즉, 증기 통로(21)는 로터(12)의 일방측의 직경 방향으로부터 증기가 유입되고, 로터(12)의 타방측을 향하여 축 방향으로 증기가 유통되고, 이후, 로터(12)의 타방측으로부터 증기가 유출되도록 형성되어 있다.

로터(12)는 케이싱(10)에 대하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 복수단의 동익(13)은 로터(12)의 외주부에 고정되며, 증기 통로(21) 내에 설치됨과 함께, 로터(12)의 축 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 복수단의 정익(14)은 케이싱(10)의 내주부에 고정되며, 증기 통로(21) 내에 설치됨과 함께, 로터(12)의 축 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 그리고, 복수단의 동익(13)과 복수단의 정익(14)은 로터(12)의 축 방향으로 교대로 배치되어 있다.

따라서, 증기가 유입구(22)로부터 공급되면, 증기는, 증기 통로(21)를 유통하여, 복수단의 동익(13)과 정익(14)을 통과함으로써, 각 동익(13)을 통해 로터(12)를 구동 회전하여, 이 로터(12)에 연결된 도시하지 않은 발전기를 구동한다. 그리고, 복수단의 동익(13)과 정익(14)을 통과한 증기는, 증기 통로(21)의 유출구(23)로부터 배출된다.

이와 같이 구성된 증기 터빈(1)에 있어서, 정지 부재로 되는 케이싱(10)과 회전 부재로 되는 동익(13) 사이, 및, 정지 부재로 되는 정익(14)과 회전 부재로 되는 로터(12)의 적어도 한쪽의 사이에는, 누설 유체로서의 누설 증기를 시일하는 시일 구조(30)가 설치되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 케이싱(10)과 동익(13)의 간극에 설치되는 시일 구조(30)에 대하여 설명한다.

시일 구조(30)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 케이싱(10)의 내주부에 설치되는 시일 링(31)과, 동익(13)의 선단부에 설치되는 팁 슈라우드(32)에 형성되는 스텝(33)을 구비하고 있다. 또한, 도 2는 로터(12)의 주위 방향에 직교하는 면에서 절단한 시일 구조(30) 주위의 단면도이다.

시일 링(31)은 케이싱(10)의 내주의 전체 주위에 걸쳐 원환상으로 형성되는 링 수용 홈(35)에 수용되어 있고, 원환상으로 설치되어 있다. 시일 링(31)은 기부로 되는 링 본체(41)와, 링 본체(41)로부터 동익(13)측을 향하여 돌출되는 복수의 시일 핀(42)과, 링 본체(41)로부터 케이싱(10)측에 설치되는 설치부(43)를 갖고 있다. 설치부(43)는 그 단면이, 축 방향의 양측으로 돌출되는 대략 T자 형상으로 형성되어 있고, 링 수용 홈(35)의 저부[케이싱(10)측의 부위]에 형성되는 설치 홈(36)에 끼워 맞추어져 있다.

복수의 시일 핀(42)은 로터(12)의 축 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 시일 핀(42)은, 예를 들어 3개 설치되고, 3개의 시일 핀(42)은 축 방향에 있어서, 상호의 간격이 동일한 간격으로 되어 있다. 또한, 복수의 시일 핀(42)은 누설 증기의 유통 방향의 상류측으로부터 하류측을 향하여, 로터(12)의 직경 방향의 외측에 위치를 상이하게 하여 설치되어 있다. 이 때문에, 복수의 시일 핀(42)은 상류측의 시일 핀(42)이 직경 방향 내측에 위치하는 한편, 하류측의 시일 핀(42)이 직경 방향 외측에 위치한다.

또한, 각 시일 핀(42)은 로터(12)의 직경 방향에 대하여, 링 본체(41)로부터 선단부를 향하여, 누설 증기의 유통 방향의 상류측으로 경사져 있다. 각 시일 핀(42)은 링 본체(41)로부터 선단부를 향하여, 축 방향에 있어서의 두께가 연속적으로 얇아지는, 즉, 링 본체(41)로부터 선단부를 향하여 끝이 가늘어지는 테이퍼 형상으로 형성되어 있다. 그리고, 각 시일 핀(42)은 링 본체(41)로부터 선단부까지의 전체 길이에 걸쳐 경사져 있다.

여기서, 로터(12)의 직경 방향에 대한, 시일 핀(42)의 경사 각도를 β라 하면, 경사 각도 β는, 「10°≤β≤25°」의 범위로 되어 있다. 구체적으로, 시일 핀(42)의 경사 각도는, 시일 핀(42)의 선단부에 있어서의 상류측의 면에 접하는 접선과, 로터(12)의 직경 방향의 연장되는 선이 이루는 각도이다. 또한, 경사 각도 β는, 누설 증기의 유통 방향의 상류측으로부터 순서대로 경사 각도 β1, 경사 각도 β2, 경사 각도 β3으로 되어 있고, 동일한 각도로 형성되어도 되고, 다른 각도로 형성되어도 된다.

또한, 시일 핀(42)의 기단측에 있어서의 코너부, 즉, 시일 핀(42)과 링 본체(41)에 의해 형성되는 코너부는, 소정의 곡률 반경으로 되는 곡면으로 형성되어 있다. 이 때문에, 상류측의 시일 핀(42)으로부터 하류측의 시일 핀(42)에 이르는 형상은, 도 2에 도시한 단면에 있어서, 반원호 형상으로 되어 있다.

그리고, 복수의 시일 핀(42)은 그 형상이 모두 동일한 형상으로 되어 있다. 구체적으로, 복수의 시일 핀(42)은 그 돌출 방향에 있어서의 링 본체(41)로부터 선단부까지의 길이가 모두 동일한 길이로 되어 있다. 또한, 복수의 시일 핀(42)은 로터(12)의 직경 방향에 대한 경사 각도가 모두 동일한 각도로 되어 있다. 이 때문에, 상류측의 시일 핀(42)으로부터 하류측의 시일 핀(42)에 이르는 반원호 형상은 동일한 형상으로 되어 있다.

팁 슈라우드(32)에 형성되는 스텝(33)은, 복수의 시일 핀(42)에 대향하는 복수의 스텝면(51)과, 인접하는 2개의 스텝면(51) 사이에 형성되는 수직면(52)을 갖고 있고, 복수단의 단차부(53)가 형성되어 있다.

복수의 스텝면(51)은, 도 2에 도시한 단면에 있어서, 로터(12)의 축 방향과 평행하게 형성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 스텝면(51)은 시일 핀(42)의 수에 따라서, 예를 들어 3개 설치되고, 3개의 스텝면(51)은 누설 증기의 유통 방향의 상류측으로부터 하류측을 향하여, 로터(12)의 직경 방향의 외측에 위치를 상이하게 하여 설치되어 있다. 이 때문에, 복수의 스텝면(51)은 상류측의 스텝면(51)이 직경 방향 내측에 위치하는 한편, 하류측의 스텝면(51)이 직경 방향 외측에 위치한다.

각 수직면(52)은 로터(12)의 직경 방향에 대하여, 상류측의 스텝면(51)으로부터 하류측의 스텝면(51)을 향하여, 누설 증기의 유통 방향의 하류측으로 경사져 있다. 각 수직면(52)은 상류측의 스텝면(51)으로부터 하류측의 스텝면(51)까지의 전체 길이에 걸쳐 경사져 있다.

여기서, 로터(12)의 직경 방향에 대한, 수직면(52)의 경사 각도를 α라 하면, 경사 각도 α는 「0°<α≤β+30°」의 범위로 되어 있다. 그리고, 복수의 수직면(52)의 경사 각도 α는 모두 동일한 각도로 되어 있다. 또한, 경사 각도 α는, 누설 증기의 유통 방향의 상류측으로부터 순서대로 경사 각도 α1, 경사 각도 α2, 경사 각도 α3으로 되어 있고, 상이한 각도로 형성되어도 된다.

이와 같이 형성되는 시일 구조(30)는 시일 링(31)과 스텝(33)에 의해 복수의 캐비티(55)가 형성된다. 각 캐비티(55)는 링 본체(41)와, 인접하는 2개의 시일 핀(42)과, 인접하는 2개의 스텝면(51)과, 2개의 스텝면(51)의 사이의 수직면(52)에 의해 구획된다. 이 캐비티(55)는 로터(12)의 직경 방향에 있어서, 케이싱측으로 되는 부위를 저부라 한다.

로터(12)의 직경 방향에 있어서, 스텝면(51)과 시일 핀(42) 사이의 클리어런스(거리)를 H라 한다. 또한, 로터(12)의 직경 방향에 있어서, 수직면(52)을 사이에 두고, 상류측의 스텝면(51)과 하류측의 스텝면(51) 사이의 높이(거리)를 S라 한다. 또한, 로터(12)의 직경 방향에 있어서, 캐비티(55)의 저부와, 하류측의 스텝면(51) 사이의 캐비티 깊이(거리)를 D라 한다. 이 경우, 클리어런스 H, 높이 S 및 캐비티 깊이 D는 「1.5H≤S≤D」의 관계로 된다.

이와 같이 형성되는 시일 구조(30)에 있어서, 누설 증기가, 케이싱(10)과 동익(13)의 간극에 유입되면, 누설 증기는, 상류측의 시일 핀(42)과 상류측의 스텝면(51)의 클리어런스로부터, 상류측의 캐비티(55)에 유입된다.

캐비티(55)에 유입된 누설 증기는, 캐비티(55)의 상류측의 공간, 즉, 상류측의 스텝면(51)에 접하는 공간에 있어서, 주 소용돌이를 형성한다. 이 주 소용돌이를 형성하는 누설 증기는, 시일 핀(42)과 스텝면(51)의 클리어런스로부터, 상류측의 스텝면(51) 및 수직면(52)을 따라서 흘러, 수직면(52)으로부터 이격된다. 이후, 수직면(52)으로부터 이격된 누설 증기의 일부가, 캐비티(55)의 저부를 따라서 상류측으로 흐른 후, 상류측의 시일 핀(42)을 따라서 흘러, 다시, 시일 핀(42)과 스텝면(51)의 클리어런스로 환류한다.

또한, 캐비티(55)에 유입된 누설 증기는, 캐비티(55)의 하류측의 공간, 즉, 하류측의 스텝면(51)에 접하는 공간에 있어서, 카운터 소용돌이를 형성한다. 이 카운터 소용돌이를 형성하는 누설 증기는, 수직면(52)으로부터 이격된 누설 증기의 일부가, 하류측의 시일 핀(42)에 재부착되어, 하류측의 시일 핀(42)을 따라서 흐른다. 이후, 하류측의 시일 핀(42)을 따라서 흐르는 누설 증기의 일부가, 하류측의 스텝면(51)을 따라서 상류측으로 흘러, 수직면(52)으로부터 이격된 누설 증기와 합류한다.

그리고, 하류측의 시일 핀(42)을 따라서 흐르는 누설 증기의 일부는, 하류측의 시일 핀(42)과 하류측의 스텝면(51)의 클리어런스로부터 유출된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 시일 핀(42)을 경사지게 함으로써, 시일 핀(42)을 따라서 흐르는 누설 증기를, 누설 증기의 유통 방향과는 역방향으로 흐르게 할 수 있다. 이후, 누설 증기는, 다시, 유통 방향으로 흘러, 시일 핀(42)과 스텝면(52)의 간극으로부터 누출된다. 이와 같이, 누설 증기를, 일시적으로 유통 방향의 역방향으로 유통시킬 수 있기 때문에, 시일 핀(42)과 스텝면(51)의 간극을 유통함으로써 발생하는 축류 효과를 높일 수 있어, 누설 증기의 누설을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따르면, 시일 핀(42)의 경사 각도 β를 「10°≤β≤25°」의 범위로 함으로써, 시일 핀(42)을 따르는 누설 증기의 흐름을, 축류 효과가 높은 흐름으로 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따르면, 모든 시일 핀(42)의 경사 각도를 동일하게 하거나, 모든 시일 핀(42)의 길이를 동일하게 하거나 하여, 모든 시일 핀(42)의 형상을 동일한 형상으로 함으로써, 시일 핀(42)의 제조를 용이하게 할 수 있기 때문에, 제조 비용의 증대를 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따르면, 수직면(52)을 따라서 흐르는 누설 증기는, 수직면(52)에서 이격된 후, 그 일부가, 시일 핀(42)에 재부착되어, 시일 핀(42)을 따라서 흐른다. 이때, 수직면(52)을 경사지게 함으로써, 수직면(52)을 따라서 흐르는 누설 증기를, 수직면(52)이 직경 방향을 따르는 면으로 되는 경우에 비해, 시일 핀(42)의 선단측에 재부착시킬 수 있다. 이 때문에, 누설 증기에 의해 시일 핀(42)과 스텝면(51)의 간극의 근방에 형성되는 카운터 소용돌이를 작은 것으로 할 수 있어, 축류 효과를 높일 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따르면, 수직면(52)의 경사 각도 α를 「0°<α≤β+30°」의 범위로 함으로써, 시일 핀(42)에 재부착되는 누설 증기의 흐름을, 축류 효과가 높은 흐름으로 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따르면, 모든 수직면(52)의 경사 각도 α를 동일하게 함으로써, 스텝(33)의 제조를 용이하게 할 수 있기 때문에, 제조 비용의 증대를 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따르면, 클리어런스 H, 높이 S 및 캐비티 깊이 D를, 「1.5H≤S≤D」의 관계로 함으로써, 누설 증기의 흐름을, 축류 효과가 높은 흐름으로 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따르면, 각 시일 핀(42)을 전체 길이에 걸쳐 경사지게 함으로써, 시일 핀(42)을 꺾어 구부리지 않고, 시일 핀(42) 전체를 기울어지게 하여 형성할 수 있다. 또한, 시일 핀(42)의 전체 길이를 따라서 누설 증기를 적합하게 유통시킬 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따르면, 시일 구조(30)에 의해 누설 증기의 유량을 억제할 수 있기 때문에, 증기 터빈(1)의 일 효율의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 케이싱(10)과 동익(13) 사이에, 시일 구조(30)를 설치하는 경우에 대하여 설명하였지만, 정익(14)과 로터(12) 사이에 시일 구조(30)를 형성해도 되고, 특별히 한정되지 않는다. 즉, 시일 구조(30)는 회전 부재와 정지 부재 사이를 시일하는 것이면, 어느 간극에 있어서도 적용 가능하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 시일 링(31)을 정지 부재인 케이싱(10)측에 설치하고, 스텝(33)을 회전 부재인 동익(13)측에 설치하였지만, 반대로 되는 구성이어도 된다. 즉, 시일 링(31)을 회전 부재측에 설치하고, 스텝(33)을 정지 부재측에 설치해도 된다.

1 : 증기 터빈
10 : 케이싱
12 : 로터
13 : 동익
14 : 정익
21 : 증기 통로
22 : 유입구
23 : 유출구
30 : 시일 구조
31 : 시일 링
32 : 팁 슈라우드
33 : 스텝
35 : 링 수용 홈
36 : 설치 홈
41 : 링 본체
42 : 시일 핀
43 : 설치부
51 : 스텝면
52 : 수직면
53 : 단차부
55 : 캐비티

Claims

회전축을 중심으로 회전하는 회전 부재와, 상기 회전 부재에 대향하여 설치되는 정지 부재의 간극에 있어서, 상기 회전축의 일방측인 상류측으로부터, 상기 회전축의 타방측인 하류측을 향하여 흐르는 누설 유체를 시일하는 시일 구조에 있어서,
상기 회전 부재 및 상기 정지 부재 중 어느 한쪽을 기부로 하여, 상기 기부로부터 상기 회전 부재 및 상기 정지 부재 중 어느 다른 쪽을 향하여 돌출되어 설치됨과 함께, 상기 회전축의 축 방향으로 소정의 간격을 두고 배치되는 복수의 시일 핀과,
상기 회전 부재 및 상기 정지 부재 중 어느 다른 쪽에 설치되며, 복수의 상기 시일 핀에 대향하는 복수의 스텝면과, 인접하는 상기 스텝면끼리의 사이에 형성되는 수직면에 의해, 단차가 형성되는 스텝을 구비하고,
복수의 상기 시일 핀은, 상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 대하여, 상기 기부로부터 선단부를 향하여, 상기 누설 유체의 유통 방향의 상류측으로 경사져 있고,
상기 각 시일 핀과 상기 기부에 의해 형성되는 코너부는, 곡면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 시일 구조.
제1항에 있어서,
상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 대한, 상기 시일 핀의 경사 각도를 β라 하면,
상기 경사 각도 β는, 「10°≤β≤25°」의 범위로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 시일 구조.
제2항에 있어서,
복수의 상기 시일 핀의 경사 각도 β는, 모두 동일한 각도로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 시일 구조.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 상기 시일 핀은, 돌출 방향에 있어서의 상기 기부로부터 상기 선단부까지의 길이가, 모두 동일한 길이로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 시일 구조.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스텝의 상기 수직면은, 상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 대하여, 상류측의 상기 스텝면으로부터 하류측의 상기 스텝면을 향하여, 상기 누설 유체의 유통 방향의 하류측으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는, 시일 구조.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 대한, 상기 스텝의 상기 수직면의 경사 각도를 α라 하고,
상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 대한, 상기 시일 핀의 경사 각도를 β라 하면,
상기 경사 각도 α는, 「0°<α≤β+30°」의 범위로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 시일 구조.
제6항에 있어서,
상기 수직면의 경사 각도 α는, 모두 동일한 각도로 되어 있는 것을 특징으로 하는, 시일 구조.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 있어서, 상기 스텝면과 상기 시일 핀 사이의 거리를 H라 하고,
상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 있어서, 상기 수직면을 사이에 두고, 상류측의 상기 스텝면과 하류측의 상기 스텝면 사이의 거리를 S라 하고,
상기 회전축에 직교하는 직경 방향에 있어서, 인접하는 상기 시일 핀끼리의 사이에 형성되는 캐비티의 저부와, 하류측의 상기 스텝면 사이의 거리를 D라 하면,
상기 거리 H, 상기 거리 S 및 상기 거리 D는, 「1.5H≤S≤D」의 관계로 되는 것을 특징으로 하는, 시일 구조.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각 시일 핀은, 상기 기부로부터 선단부까지의 전체 길이에 걸쳐 경사져 있는 것을 특징으로 하는, 시일 구조.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각 시일 핀은, 상기 기부로부터 선단부를 향하여, 상기 회전축의 축 방향에 있어서의 두께가 연속적으로 얇아지는 것을 특징으로 하는, 시일 구조.
상기 회전 부재인 동익과,
상기 정지 부재인 케이싱과,
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 시일 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는, 터빈.
상기 회전 부재인 로터와,
상기 정지 부재인 정익과,
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 시일 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는, 터빈.