KR20220149589A - 시일 장치 및 회전 기계 - Google Patents

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가즈유키 마츠모토
요시히로 구와무라
에이지 고니시
겐타로 다나카
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미츠비시 파워 가부시키가이샤
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Abstract

적어도 일 실시형태에 따른 시일 장치는, 축방향으로 3개 이상 배열되는 원호 형상의 핀을 구비한다. 원호 형상의 핀은 축방향으로 가장 외측에 위치하는 2개의 최외 핀 중 한쪽인 제 1 핀과, 축방향으로 제 1 핀의 근처에 배치되는 제 2 핀과, 축방향으로 제 2 핀을 개재하여 제 1 핀과는 반대측에 배치되는 적어도 하나의 제 3 핀을 포함한다. 제 3 핀은 기단부보다 선단부가 축방향으로 제 1 핀측에 위치하도록 반경방향에 대해서 경사져서 배치되고, 또한, 반경방향에 대해서, 제 1 핀 또는 제 2 핀보다 큰 경사각을 가지면 좋다.

Description

시일 장치 및 회전 기계
본 개시는 시일 장치 및 회전 기계에 관한 것이다. 본원은 2020년 4월 28일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허출원 제 2020-079332 호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
발전 플랜트 등에 이용되는 증기 터빈이나 가스 터빈 등의 회전 기계가 알려져 있다. 본 회전 기계는 케이싱에 대해서 회전 가능한 터빈 로터(이하, 간단히, 로터로 함)에 지지된 동익과, 케이싱에 지지된 정익을 갖고, 로터의 축선 방향의 상류로부터 하류로 흐르는 작동 유체의 에너지를 로터의 회전 에너지로 변환하도록 구성되어 있다.
상기 회전 기계에서는, 로터 또는 동익과 케이싱 사이를 시일하는 시일부에 있어서, 주 유로로부터 벗어난 작동 유체가 노즐을 통과했을 때에 주어진 선회류 성분을 가진 채로 유입하는 것에 의해, 로터의 둘레방향으로 선회류(소위, 스월류)가 발생하는 것이 알려져 있다. 스월류에 의해, 로터에 편심이 발생한 경우에 로터의 둘레방향에는 로터의 편심 방향과 상이한 방향으로 피크를 갖는 주기적인 압력 분포가 생겨서, 예를 들면, 고출력의 운전에 수반하여 스월류가 증가했을 때에는 로터의 자려 진동(自勵振動)의 원인이 되는 일이 있다. 이 때문에, 시일부에 있어서의 스월류를 억제하기 위한 구조가 여러 가지 고안되고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에 개시된 시일 장치는 케이싱의 내주면에 축선 방향으로 배열된 복수의 시일 핀과, 복수의 시일 핀 중, 가장 축선 방향 일방측에 위치하는 제 1 시일 핀과, 제 1 시일 핀의 축선 방향 타방측에 인접하여 마련된 제 2 시일 핀을 연결하고, 둘레방향으로 간격을 두고서 배열된 복수의 스월 브레이커를 구비하고, 제 1 시일 핀에는, 제 1 시일 핀을 축선 방향으로 관통하는 관통부가 형성되어 있다(특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제 2017-155859 호 공보
근년, 증기 터빈, 가스 터빈 등의 회전 기계에서는, 터빈 효율을 보다 향상하는 것이 요구되고 있다. 이 때문에, 누설 유량, 즉, 주 유로로부터 벗어나서 시일부를 통과하는 작동 유체의 유량을 억제하는 것이 요구된다. 그러나, 누설 유량을 억제하면, 상술한 자려 진동의 여진력이 증가할 우려가 있다.
본 개시의 적어도 일 실시형태는, 상술의 사정에 비추어, 시일부를 통과하는 작동 유체의 유량을 억제하는 동시에, 회전 기계에 있어서의 자려 진동의 발생을 억제하는 것을 목적으로 한다.
(1) 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른 시일 장치는,
서로의 사이에 간극을 두고서 축방향으로 3개 이상 배열되고, 각각이 둘레방향을 따라 연장되는 원호 형상의 핀을 구비하고,
상기 원호 형상의 핀은,
상기 축방향으로 가장 외측에 위치하는 2개의 최외 핀 중 한쪽인 제 1 핀과,
상기 축방향으로 상기 제 1 핀의 근처에 배치되는 제 2 핀과,
상기 축방향으로 상기 제 2 핀을 개재하여 상기 제 1 핀과는 반대측에 배치되는 적어도 하나의 제 3 핀을 포함하고,
상기 제 3 핀은 하기 조건 (a) 또는 (b) 중 적어도 어느 한쪽을 충족한다.
(a) 상기 제 3 핀은 기단부보다 선단부가 상기 축방향으로 상기 제 1 핀측에 위치하도록 상기 반경방향에 대해서 경사져서 배치되고, 또한, 상기 제 3 핀은 상기 반경방향에 대해서, 상기 제 1 핀 또는 상기 제 2 핀보다 큰 경사각을 갖는다.
(b) 상기 제 3 핀은 상기 제 1 핀 또는 상기 제 2 핀보다 작은 시일 간극을 형성하도록, 상기 제 1 핀 또는 상기 제 2 핀보다 큰 반경방향 치수를 갖는다.
(2) 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른 회전 기계는,
상기 (1)의 구성의 시일 장치와,
케이싱과,
상기 케이싱 내에서 축선 주위로 회전하는 로터 본체와,
상기 로터 본체로부터 반경방향으로 연장되도록 장착되는 복수의 동익 본체와,
상기 복수의 동익 본체의 각각의 선단부에 이어지는 슈라우드를 구비하고,
상기 제 3 핀은 상기 제 1 핀보다 상기 로터 본체의 축방향 하류측에 위치한다.
본 개시의 적어도 일 실시형태에 의하면, 시일부를 통과하는 작동 유체의 유량을 억제하는 동시에, 회전 기계에 있어서의 자려 진동의 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치를 구비하는 회전 기계의 일 예로서의 증기 터빈에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 2c는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 3b는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 3c는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 4c는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 5c는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 7a는 제 3 핀에 의한 축류 효과에 대해 설명하기 위한 그래프이다.
도 7b는 각 핀에 있어서의 차압에 대해서 설명하기 위한 그래프이다.
도 7c는 각 캐비티에 있어서 발생하는 여진력에 대해서 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 개시의 몇 개의 실시형태에 대해서 설명한다. 다만, 실시형태로서 기재되어 있는 또는 도면에 도시되어 있는 구성부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 본 개시의 범위를 이에 한정하는 취지는 아니며, 단순한 설명예에 지나지 않는다.
예를 들어, "어느 방향으로", "어느 방향을 따라", "평행", "직교", "중심", "동심" 또는 "동축" 등의 상대적 또는 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 동일 기능이 얻어지는 정도의 각도나 거리를 갖고서 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들어, "동일", "동등" 및 "균질" 등의 사물이 동등한 상태인 것을 나타내는 표현은 엄밀하게 동등한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 또는 동일 기능이 얻어지는 정도의 차이가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.
예를 들어, 사각 형상이나 원통형상 등의 형상을 나타내는 표현은 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각 형상이나 원통형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일 효과가 얻어지는 범위에서, 요철부나 면취부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.
한편, 하나의 구성요소를 "구비한다", "포함한다", 또는 "갖는다"라고 하는 표현은, 다른 구성요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.
(증기 터빈(1)의 구성에 대해서)
도 1은 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치를 구비하는 회전 기계의 일 예로서의 증기 터빈에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 증기 터빈 플랜트(10)는 축류 회전 기계인 증기 터빈(1)과, 작동 유체로서의 증기(S)를 증기 공급원(도시되지 않음)으로부터 증기 터빈(1)에 공급하는 증기 공급관(12)과, 증기 터빈(1)의 하류측에 접속되어서 증기를 배출하는 증기 배출관(13)을 구비하고 있다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 따른 증기 터빈(1)은 케이싱(2)과, 케이싱(2) 내에서 축선(AX) 주위로 회전하는 로터 본체(11)와, 로터 본체(11)에 접속되는 로터(3)와, 로터 본체(11)를 축선(AX) 주위로 회전 가능하게 지지하는 베어링부(4)를 구비하고 있다. 또한, 도 1에 도시하는 몇 개의 실시형태에 따른 증기 터빈(1)은 다음에 상술하는 시일 장치(100)를 구비하고 있다.
로터(3)는 로터 본체(11)와 터빈 동익(30)을 구비하고 있다. 터빈 동익(30)은 복수의 동익 본체(31)와 슈라우드(팁 슈라우드)(34)를 구비하는 동익 열이며, 축선(AX) 방향에 있어서, 일정한 간격을 갖고서 복수열이 배치된다.
복수의 동익 본체(31)는 각각 케이싱(2) 내에서 축선(AX) 주위로 회전하는 로터 본체(11)로부터 반경방향으로 연장되도록 장착되고, 로터 본체(11)의 둘레방향에 있어서 간격을 두고서 마련되어 있다. 복수의 동익 본체(31)는 각각 반경방향에서 바라볼 때 익형의 단면을 갖는 부재이다.
슈라우드(34)는 복수의 동익 본체(31)의 각각의 선단부(반경방향 외측의 단부)에 이어져서 각각의 선단부를 접속하는 환상의 팁 슈라우드이다.
케이싱(2)은 로터(3)를 외주측으로부터 덮도록 마련된 개략 통형상의 부재이다. 케이싱(2)에는, 로터 본체(11)를 향해 반경방향 내측에 연장되도록 장착되는 복수의 정익 본체(21)가 마련되어 있다. 정익 본체(21)는 케이싱(2)의 내주면(25)의 둘레방향 및 축선(AX) 방향을 따라 복수 배열된다. 복수의 정익 본체(21)에는, 복수의 정익 본체(21)의 각각의 선단부에 이어지는 정익 환(23)이 장착되어 있다.
케이싱(2)의 내부에 있어서, 정익 본체(21)와 동익 본체(31)가 배열된 영역은, 작동 유체인 증기(S)가 유통하는 주 유로(20)를 형성한다.
게다가, 케이싱(2)의 내주면(25)과 팁 슈라우드(34) 사이에는 공간이 형성되어 있고, 본 공간을 캐비티(50)로 칭한다. 또한, 이하의 설명에서는, 케이싱(2) 내부의 공간에 면하여 있는 케이싱(2)의 내측의 면을 내면(250)으로 칭한다. 따라서, 케이싱(2)의 내주면(25)은 내면(250)의 일부이다.
도 2a 내지 도 2c는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이며, 둘레방향에서 바라본 팁 슈라우드(34)의 근방을 모식적으로 도시하고 있다.
도 3a 내지 도 3c는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이며, 둘레방향에서 바라본 팁 슈라우드(34)의 근방을 모식적으로 도시하고 있다.
도 4a 내지 도 4c는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이며, 둘레방향에서 바라본 팁 슈라우드(34)의 근방을 모식적으로 도시하고 있다.
도 5a 내지 도 5c는 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이며, 둘레방향에서 바라본 팁 슈라우드(34)의 근방을 모식적으로 도시하고 있다.
도 6은 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치에 대해서 설명하기 위한 도면이며, 둘레방향에서 바라본 팁 슈라우드(34)의 근방 및 핀의 선단부의 확대도를 모식적으로 도시하고 있다.
몇 개의 실시형태에 따른 캐비티(50)에는, 도 2a 내지 도 2c, 도 3a 내지 도 3c, 도 4a 내지 도 4c, 도 5a 내지 도 5c, 및 도 6에 도시되는 바와 같이, 시일 장치(100)가 마련되어 있다. 실시형태의 시일 장치(100)는 서로의 사이에 간극을 두고서 축방향으로 3개 이상 배열되고, 각각이 둘레방향을 따라 연장되는 원호 형상의 핀(시일 핀)(40)을 구비한다. 즉, 몇 개의 실시형태에 따른 핀(40)은 회전 부재(슈라우드(34))와 정지 부재(케이싱(2)) 사이의 환상 간극(캐비티(50))에 축방향으로 복수 마련된 시일 부재이다.
설명의 편의상, 각 도면에 도시한 핀(40)은 서로의 사이에 간극을 두고서 축방향으로 3개 배열되어 있지만, 4개 이상이어도 좋다. 또한, 설명의 편의상, 각 도면에 도시된 핀(40)에 대해서, 축방향 상류측으로부터 순서대로 제 1 핀(41), 제 2 핀(42), 및 제 3 핀(43)이라고도 칭한다.
도 1에 도시하는 몇 개의 실시형태에 따른 증기 터빈(1)은 다음에 상술하는 시일 장치(100)를 구비하고 있으므로, 시일부(시일 장치(100))를 통과하는 누설 증기류(SL)의 유량을 억제하는 동시에, 증기 터빈(1)에 있어서의 자려 진동의 발생을 억제할 수 있다.
각 도면에 도시된 핀(40)은 축방향으로 가장 외측에 위치하는 2개의 최외 핀 중 한쪽인 제 1 핀(41)과, 축방향으로 제 1 핀(41)의 근처에 배치되는 제 2 핀(42)과, 축방향으로 제 2 핀(42)을 개재하여 제 1 핀(41)과는 반대측에 배치되는 적어도 하나의 제 3 핀(43)을 포함한다.
또한, 제 3 핀(43)은 축방향으로 가장 외측에 위치하는 2개의 최외 핀 중 다른쪽이면 좋다. 몇 개의 실시형태에 따른 핀(40)이 서로의 사이에 간극을 두고서 축방향으로 4개 이상 배열되어 있는 경우, 적어도 가장 축방향 하류측에 배치된 핀(40)이 제 3 핀(43)으로서 후술하는 조건 (a) 또는 (b) 중 적어도 어느 한쪽을 충족하면 좋다. 즉, 제 3 핀(43)은 2개의 최외 핀 중 다른쪽의 최외 핀을 포함하면 좋다.
각 도면에 도시된 핀(40)은 기단부(40a)로부터 선단부(40b)를 향해 반경방향으로 연장되는 동시에, 상술한 바와 같이 둘레방향으로 연장되는 부분 원호 형상을 갖는 부재이다. 보다 상세하게는, 핀(40)은 기단부(40a)로부터 선단부(40b)를 향함에 따라 점차 축선(AX) 방향의 두께가 감소하는 형상을 갖도록 형성되어 있다.
각 도면에 도시된 핀(40)은 예를 들면, 도 2a, 도 3a, 도 4a, 도 5a, 및 도 6에 도시되는 바와 같이, 케이싱(2)의 내주면(25)으로부터 슈라우드(34)를 향해 돌출하는 핀(예를 들면, 제 1 핀(41)과 제 3 핀(43))과, 슈라우드(34)로부터 케이싱(2)의 내주면(25)을 향해 돌출하는 핀(예를 들면, 제 2 핀(42))이 축방향으로 교대로 배치되도록 해도 좋다.
또한, 각 도면에 도시된 핀(40)은 예를 들면, 도 2b, 도 3b, 도 4b, 및 도 5b에 도시되는 바와 같이, 케이싱(2)의 내주면(25)으로부터 슈라우드(34)를 향해 돌출하도록 배치되어도 좋다.
각 도면에 도시된 핀(40)은 예를 들면, 도 2c, 도 3c, 도 4c, 및 도 5c에 도시되는 바와 같이, 슈라우드(34)로부터 케이싱(2)의 내주면(25)을 향해 돌출하도록 배치되어도 좋다.
각 도면에 도시된 몇 개의 실시형태에서는, 핀(40)의 선단부(40b)는 당해 선단부(40b)와 대향하는 슈라우드(34)의 외표면(35) 사이, 또는 케이싱(2)의 내주면(25) 사이에서 미소한 간극(시일 간극)(m)을 형성한다. 반경방향에 있어서의 간극(m)의 치수는 케이싱(2)이나 동익 본체(31)의 열팽창량이나, 동익 본체(31)의 원심 신장량 등을 고려하여, 핀(40)의 선단부(40b)가 당해 선단부(40b)와 대향하는 상대측의 부재와 접촉하지 않는 범위에서 결정된다.
각 도면에 도시된 몇 개의 실시형태에 따른 캐비티(50) 중, 제 1 핀(41)의 상류측의 영역을 제 1 캐비티(51)로 칭하고, 제 1 핀(41)과 제 2 핀(42) 사이에 획정되는 영역을 제 2 캐비티(52)로 칭하고, 제 2 핀(42)과 제 3 핀(43) 사이에 획정되는 영역을 제 3 캐비티(53)로 칭하고, 제 3 핀(43)의 하류측의 영역을 제 4 캐비티(54)로 칭한다.
몇 개의 실시형태에 따른 증기 터빈 플랜트(10)에서는, 증기 공급원으로부터의 증기(S)가 증기 공급관(12)을 거쳐서 증기 터빈(1)에 공급된다.
증기 터빈(1)에 공급된 증기(S)는 주 유로(20)에 도달한다. 주 유로(20)를 도달한 증기(S)는 주 유로(20)를 유통함에 따라 팽창과 유동의 전향을 반복하면서, 하류측을 향해서 유통한다. 동익 본체(31)는 익형 단면을 갖기 때문에, 동익 본체(31)에 증기(S)가 충돌하거나, 둘레방향을 따라 인접하는 동익 본체(31)끼리의 사이에 형성되는 익간 유로의 내부에서도 증기가 팽창할 때의 반력을 받거나 함으로써, 로터(3)가 회전한다. 이에 의해, 증기(S)가 갖는 에너지는 증기 터빈(1)의 회전 동력으로서 취출된다.
상술의 과정에 있어서 주 유로(20)를 유통하는 증기(S)는 전술의 캐비티(50)에도 유입한다. 즉, 주 유로(20)에 유입한 증기(S)는 정익 본체(21)를 통과한 후, 주 증기류(SM)와 누설 증기류(SL)로 나누어진다. 주 증기류(SM)는 누설되지 않고 터빈 동익(30)에 도입된다.
누설 증기류(SL)는 슈라우드(34)와 케이싱(2) 사이를 거쳐서 캐비티(50)에 유입한다. 여기서, 증기(S)는 정익 본체(21)를 통과한 후에 스월 성분(둘레방향 속도 성분)이 증대한 상태가 되어, 본 증기(S)의 일부가 분리하여 누설 증기류(SL)로서 캐비티(50)에 유입한다. 따라서, 누설 증기류(SL)도 증기(S)와 마찬가지로 스월 성분을 포함하고 있다.
(증기 터빈(1)에 있어서의 자려 진동에 대해서)
상술한 바와 같이, 증기 터빈(1)과 같은 회전 기계에서는, 로터 또는 동익과 케이싱 사이를 시일하는 시일부에 있어서, 주 유로로부터 벗어난 작동 유체가 노즐을 통과했을 때에 주어진 선회류 성분을 가진 채로 유입하는 것에 의해, 로터의 둘레방향으로 선회류(소위, 스월류)가 발생하는 것이 알려져 있다. 스월류에 의해, 로터에 편심이 발생했을 경우에 로터의 둘레방향에는 로터의 편심 방향과 상이한 방향으로 피크를 갖는 주기적인 압력 분포가 생겨서, 예를 들면, 고 출력의 운전에 수반하여 스월류가 증가했을 때에는 로터의 자려 진동의 원인이 되는 일이 있다. 이 때문에, 시일부에 있어서의 스월류를 억제하기 위한 구조가 여러 가지 고안되고 있다.
근년, 증기 터빈, 가스 터빈 등의 회전 기계에서는, 터빈 효율을 보다 향상하는 것이 요구되고 있다. 이 때문에, 누설 유량, 즉, 주 유로로부터 벗어나서 시일부를 통과하는 작동 유체의 유량을 억제하는 것이 요구된다. 그러나, 누설 유량을 억제하면, 상술한 자려 진동의 여진력이 증가할 우려가 있다.
그래서, 몇 개의 실시형태에서는, 다음과 같이 하여 시일 장치(100)를 통과하는 누설 증기류(SL)의 유량을 억제하는 동시에, 증기 터빈(1)에 있어서의 자려 진동의 발생을 억제하도록 하고 있다. 이하, 상세하게 설명한다.
(누설 증기류 억제 및 자려 진동 억제를 위한 구체적인 구성에 대해서)
예를 들어, 도 2a 내지 도 2c, 도 4a 내지 도 4c, 도 5a 내지 도 5c, 및 도 6에 도시되는 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치(100)에서는, 제 3 핀(43)은 하기 조건 (a) 또는 (b) 중 적어도 어느 한쪽을 충족하면 좋다.
(a) 제 3 핀(43)은 기단부(40a)보다 선단부(40b)가 축방향으로 제 1 핀(41)측에 위치하도록 반경방향에 대해서 경사져서 배치되고, 또한, 반경방향에 대해서, 제 1 핀(41) 또는 제 2 핀(42)보다 큰 경사각(θ3)을 갖는다.
(b) 제 3 핀(43)은 제 1 핀(41) 또는 제 2 핀(42)보다 작은 시일 간극(m)을 형성하도록, 제 1 핀(41) 또는 제 2 핀(42)보다 큰 반경방향 치수(Hr)를 갖는다.
(상기 조건 (a)를 충족하는 경우에 대해서)
각 도면에 도시되는 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치(100)는 제 3 핀(43)이 제 1 핀(41)보다 축방향 하류측에 위치하도록 배치되어 있는 것으로 한다. 그리고, 제 1 핀(41), 제 2 핀(42), 및 제 3 핀(43)의 각각의 선단부(40b)와, 당해 각각의 선단부(40b)에 대해서 반경방향으로 대향하는 부재의 표면과의 간극인 시일 간극(m)을 누설 증기류(SL)가 통과하는 것으로 한다.
예를 들어, 제 3 핀(43)이 상기 조건 (a)를 충족하도록 구성되어 있어서, 제 3 핀의 축방향 상류측의 측면(43u)이 면하고 있는 제 3 캐비티(53)에 있어서, 도 2a, 도 2b, 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 및 도 6에 도시되는 바와 같이, 누설 증기류(SL)의 반경방향류(SLr)가 당해 측면(43u)을 따라 제 3 핀(43)의 기단부(40a)측으로부터 선단부(40b)측을 향해 흐르는 경우에 대해 생각한다.
이 경우, 제 3 핀(43)이 상기 조건 (a)를 충족하도록 구성되지 않은 경우와 비교하여, 당해 측면(43u)을 따라 흐르는 반경방향류(SLr)가 상기 시일 간극(m)을 흐르는 누설 증기류(SL)에 대해서 반경방향으로 유동을 수축시키는 축류 효과를 보다 많이 줄 수가 있다.
도 7a는 상기 조건 (a)를 충족하는 제 3 핀(43)에 의한 상기의 축류 효과에 대해서 설명하기 위한 그래프이며, 각 핀(40)에 의해 형성되는 시일 간극(m)에 있어서의 유량 계수를 나타내고 있다. 도 7a에서는, 실시예로서 기재된 데이터는 상기 조건 (a)를 충족하는 제 3 핀(43)을 갖는 시일 장치(100)와 관련되는 유량 계수이며, 비교예로서 기재된 데이터는 제 3 핀(43)이 제 1 핀(41) 또는 제 2 핀(42)과 동일한 경사각(θ3)을 갖는 시일 장치와 관련되는 유량 계수이다.
도 7a에 도시되는 바와 같이, 상기 조건 (a)를 충족함으로써, 제 3 핀(43)에 의해 형성되는 시일 간극(m)에 있어서의 유량 계수를 작게 할 수 있다.
이와 같이, 도 2a, 도 2b, 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 및 도 6에 도시되는 시일 장치(100)에서는, 제 3 핀(43)의 선단부(40b)와, 당해 선단부(40b)에 대해서 반경방향으로 대향하는 부재의 표면인 슈라우드(34)의 외표면(35)과의 간극인 시일 간극(m)을 작동 유체가 통과하기 어려워진다.
따라서, 도 2a, 도 2b, 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 및 도 6에 도시되는 시일 장치(100)에서는, 제 3 핀(43)의 상류측의 캐비티(50)인 제 3 캐비티(53)와, 하류측의 캐비티(50)인 제 4 캐비티(54)의 차압을 크게 할 수 있다.
여기서, 제 1 핀(41) 및 제 3 핀(43)이 각각 축방향으로 가장 외측에 위치하는 최외 핀이면, 제 1 핀(41)의 상류측의 캐비티(50)인 제 1 캐비티(51)와, 제 3 핀(43)의 하류측의 캐비티(50)인 제 4 캐비티(54)의 압력차, 즉, 시일 장치(100)의 전후 차압은 동익 본체(31)의 입구측과 출구측의 압력차에 대략 동등하다. 그 때문에, 제 3 캐비티(53)와 제 4 캐비티(54)의 차압, 즉, 제 3 핀(43)의 전후 차압이 증가하면, 제 1 캐비티(51)와 제 1 핀(41)의 하류측의 캐비티(50)인 제 2 캐비티(52)의 차압, 즉, 제 1 핀(41)의 전후 차압이 감소한다.
도 7b는 각 핀(40)에 있어서의 차압에 대해서 설명하기 위한 그래프이며, 각 핀(40)을 누설 증기류(SL)가 통과하는 전후에서의 팽창비를 나타내고 있다. 도 7b에서는, 실시예로서 기재된 데이터는 상기 조건 (a)를 충족하는 제 3 핀(43)을 갖는 시일 장치(100)와 관련되는 팽창비이며, 비교예로서 기재된 데이터는 제 3 핀(43)이 제 1 핀(41) 또는 제 2 핀(42)과 동일한 경사각(θ3)을 갖는 시일 장치와 관련되는 팽창비이다.
도 7b에 도시되는 바와 같이, 상기 조건 (a)를 충족함으로써, 제 3 핀(43)의 전후 차압이 증가하므로, 제 3 핀(43)을 누설 증기류(SL)가 통과하는 전후에서의 팽창비가 커진다. 또한, 제 3 핀(43)의 전후 차압이 증가함으로써 제 1 핀(41)의 전후 차압이 감소하므로, 제 1 핀(41)을 누설 증기류(SL)가 통과하는 전후에서의 팽창비가 작아진다.
일반적으로, 시일부(시일 장치(100))에 있어서의 작동 유체의 둘레방향에의 선회 속도가 클수록 상술한 자려 진동이 생기기 쉽다. 또한, 일반적으로, 시일부에 있어서의 작동 유체의 둘레방향에의 선회 속도는 상류측이 하류측보다 크다. 일반적으로, 시일 핀의 전후 차압을 억제함으로써, 당해 시일 핀의 하류측의 캐비티 내의 작동 유체에 의한 여진력을 억제할 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같이, 당해 제 1 핀(41)의 전후 차압을 억제함으로써, 제 2 캐비티(52) 내의 누설 증기류(SL)에 의한 여진력을 억제할 수 있으므로, 상술한 자려 진동의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 제 3 핀(43)의 전후 차압을 크게 할 수 있으므로, 시일 장치(100)를 통과하는 작동 유체의 유량을 억제할 수 있다.
도 7c는 각 캐비티(50)에 있어서 발생하는 여진력에 대해 설명하기 위한 그래프이다. 도 7c에서는, 실시예로서 기재된 데이터는 상기 조건 (a)를 충족하는 제 3 핀(43)을 갖는 시일 장치(100)와 관련되는 여진력이며, 비교예로서 기재된 데이터는 제 3 핀(43)이 제 1 핀(41) 또는 제 2 핀(42)과 동일한 경사각(θ3)을 갖는 시일 장치와 관련되는 여진력이다.
도 7c에 도시되는 바와 같이, 상기 조건 (a)를 충족함으로써, 제 2 캐비티(52) 및 제 3 캐비티(53)에 있어서의 여진력을 억제할 수 있다. 또한, 상기 조건 (a)를 충족함으로써 제 3 캐비티(53)에 있어서의 여진력보다 제 2 캐비티(52)에 있어서의 여진력을 보다 억제할 수 있다.
예를 들어, 제 3 핀(43)이 상기 조건 (a)를 충족하도록 구성되어 있고, 제 3 핀(43)의 축방향 상류측의 측면(43u)이 면하고 있는 제 3 캐비티(53)에 있어서, 도 2c, 도 4c, 및 도 5c에 도시되는 바와 같이, 반경방향류(SLr)가 당해 측면(43u)을 따라 제 3 핀(43)의 선단부(40b)측으로부터 기단부(40a)측을 향해 흐르는 경우에 대해서 생각한다.
이 경우, 제 3 핀(43)이 상기 조건 (a)를 충족하도록 구성되지 않은 경우와 비교하여, 당해 반경방향류(SLr)가 제 3 핀(43)의 선단부(40b)측으로부터 기단부(40a)측을 향해 당해 측면을 따라 흐르기 쉬워진다. 그 때문에, 제 2 핀(42)측으로부터 제 3 핀(43)측을 향해 흘러온 누설 증기류(SL)가 제 3 핀(43)보다 하류측을 향해 흐르기 어려워지므로, 제 3 핀(43)의 전후 차압을 크게 할 수 있다. 이에 의해, 제 1 핀(41)의 전후 차압을 억제할 수 있으므로, 상술한 자려 진동의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 제 3 핀(43)의 전후 차압을 크게 할 수 있으므로, 시일 장치(100)를 통과하는 누설 증기류(SL)의 유량을 억제할 수 있다.
(상기 조건 (b)를 충족하는 경우에 대해서)
상기 조건 (a)에 대해서 설명했을 때와 마찬가지로, 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치(100)는 제 3 핀(43)이 제 1 핀(41)보다 축방향 하류측에 위치하도록 배치되어 있는 것으로 한다. 그리고, 제 1 핀(41), 제 2 핀(42), 및 제 3 핀(43)의 각각의 선단부(40b)와, 당해 각각의 선단부(40b)에 대해서 반경방향으로 대향하는 부재의 표면의 간극인 시일 간극(m)을 누설 증기류(SL)가 통과하는 것으로 한다.
예를 들어, 제 3 핀(43)이 상기 조건 (b)를 충족하도록 구성되어 있는 것으로 한다.
이 경우, 제 3 핀(43)이 상기 조건 (b)를 충족하도록 구성되지 않은 경우와 비교하여, 제 3 핀(43)의 전후 차압을 크게 할 수 있다. 이에 의해, 제 1 핀(41)의 전후 차압을 억제할 수 있으므로, 상술한 자려 진동의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 제 3 핀(43)의 전후 차압을 크게 할 수 있으므로, 시일 장치(100)를 통과하는 누설 증기류(SL)의 유량을 억제할 수 있다.
또한, 몇 개의 실시형태에 따른 핀(40)이 서로의 사이에 간극을 두고서 축방향으로 4개 이상 배열되고 있는 경우, 적어도 가장 축방향 하류측에 배치된 핀(40)이 제 3 핀(43)으로서 상기 조건 (a) 또는 (b) 중 적어도 어느 한쪽을 충족하면 좋다. 즉, 제 3 핀(43)은 2개의 최외 핀 중 다른쪽의 최외 핀을 포함하면 좋다.
적어도 가장 축방향 하류측에 배치된 핀(40)이 제 3 핀(43)으로서 상기 조건 (a) 또는 (b) 중 적어도 어느 한쪽을 충족함으로써, 상술한 바와 같이, 제 1 핀(41)의 전후 차압을 억제하여 자려 진동의 발생을 억제할 수 있는 동시에, 제 3 핀(43)의 전후 차압을 크게 하여, 시일 장치(100)를 통과하는 누설 증기류(SL)의 유량을 억제할 수 있다.
예를 들어, 도 2b, 도 2c, 도 4b, 도 4c, 도 5b, 및 도 5c에 도시되는 시일 장치(100)와 같이, 제 3 핀(43)으로서의 상기 다른쪽의 최외 핀을 제외하고, 다른 핀(40)은 동일 형상을 갖고 있어도 좋다.
만일, 상기 다른쪽의 최외 핀 이외의 다른 핀(40)을 상기 조건 (a) 또는 (b) 중 적어도 어느 한쪽을 충족하도록 구성하면, 누설 증기류(SL)의 유량을 더욱 억제할 수 있지만, 자려 진동이 발생할 가능성이 높아진다. 따라서, 도 2b, 도 2c, 도 4b, 도 4c, 도 5b, 및 도 5c에 도시하는 시일 장치(100)와 같이, 제 3 핀(43)으로서의 상기 다른쪽의 최외 핀을 제외하고, 다른 핀(40)을 동일 형상을 갖도록 구성함으로써, 자려 진동의 발생을 억제할 수 있다.
(만곡 오목면(430)에 대해서)
도 4a 내지 도 4c에 도시되는 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치(100)에서는, 제 3 핀(43)의 기단부(40a)측에 있어서, 축방향으로 제 1 핀(41)측을 향하는 제 3 핀(43)의 측면(43u)은 만곡 오목면(430)을 가지면 좋다.
도 4a 및 도 4b에 도시되는 시일 장치(100)에서는, 만곡 오목면(430)은 케이싱(2)의 내주면(25) 중 측면(43u)보다 축방향 상류측의 면과 제 3 핀(43)의 측면(43u)을 완만하게 접속하는 곡면이며, 측면(43u)보다 축방향 상류측에 곡률 중심(O)을 갖는다.
도 4c에 도시되는 시일 장치(100)에서는, 만곡 오목면(430)은 슈라우드(34)의 외표면(35) 중 측면(43u)보다 축방향 상류측의 면과 제 3 핀(43)의 측면(43u)을 완만하게 접속하는 곡면이며, 측면(43u)보다 축방향 상류측에 곡률 중심(O)을 갖는다.
이에 의해, 제 3 핀(43)의 측면(43u)이 면하는 캐비티(50)(제 3 캐비티(53)) 내의 누설 증기류(SL)의 반경방향류(SLr)의 유동이 만곡 오목면(430)에 안내되어서 흐르기 쉬워진다.
이에 의해, 도 4a 및 도 4b에 도시되는 바와 같이, 제 3 캐비티(53)에 있어서, 반경방향류(SLr)가 당해 측면(43u)을 따라 제 3 핀(43)의 기단부(40a)측으로부터 선단부(40b)측을 향해 흐르는 경우, 당해 측면(43u)을 따라 흐르는 반경방향류(SLr)가 시일 간극(m)을 흐르는 누설 증기류(SL)에 대해서 축류 효과를 보다 많이 줄 수가 있다. 이에 의해, 제 3 핀(43)의 전후 차압을 크게 할 수 있다.
또한, 도 4c에 도시되는 바와 같이, 반경방향류(SLr)가 당해 측면(43u)을 따라 제 3 핀(43)의 선단부(40b)측으로부터 기단부(40a)측을 향해 흐르는 경우, 당해 반경방향류(SLr)가 제 3 핀(43)의 선단부(40b)측으로부터 기단부(40a)측을 향해 당해 측면(43u)을 따라 흐르기 쉬워진다. 그 때문에, 누설 증기류(SL)가 제 3 핀(43)보다 하류측을 향해 흐르기 어려워지므로, 제 3 핀(43)의 전후 차압을 크게 할 수 있다.
(제 4 캐비티(54)의 확장부(541)에 대해서)
도 5a 및 도 5b에 도시되는 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 따른 증기 터빈(1)은 최외 핀(40)인 제 3 핀(43)과, 케이싱(2)의 내면(250) 중 당해 최외 핀(40)(제 3 핀(43))보다 축방향 하류측에 있어서의 내면(250)으로 획정되는 캐비티(50)(제 4 캐비티(54))를 구비한다. 그리고 제 4 캐비티(54)는 상기 내면(250)에 있어서 반경방향 외측 또는 축방향 하류측에 확장된 확장부(케이싱측 확장부)(541)를 갖고 있으면 좋다.
도 5a 및 도 5b에 도시되는 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 따른 증기 터빈(1)에서는, 확장부(541)의 반경방향 외측의 면의 적어도 일부는, 예를 들면, 제 3 캐비티(53)에 면한 내주면(25)보다 반경방향 외측에 위치하는 내주면(251)에 의해 획정되도록 해도 좋다. 또한, 도 5a 및 도 5b에 도시되는 바와 같이, 몇 개의 실시형태에 따른 증기 터빈(1)에서는, 확장부(541)의 축방향 하류측의 면의 적어도 일부는, 하기의 환상 내벽면(253)에 의해 반경방향 외측의 면이 획정되도록 해도 좋다. 또한, 환상 내벽면(253)은 예를 들면, 동익 본체(31)보다 축방향 하류측에서 주 유로(20)를 획정하는 케이싱(2)의 내주면(25A)과 접속되고, 당해 내주면(25A)의 축방향 상류측에서 축방향 상류측을 향한 내면(250)인 내벽면(25B)보다 축방향 하류측에 있어서, 축방향 상류측을 향하고 있다.
제 4 캐비티(54)가 확장부(541)를 갖고 있으면, 제 3 핀(43)의 선단부(40b)와, 당해 선단부(40b)에 대해서 반경방향으로 대향하는 부재의 표면(예를 들면, 슈라우드(34)의 외표면(35))의 간극인 시일 간극(m)을 통과한 후의 누설 증기류(SL)가, 제 4 캐비티(54)가 확장부(541)를 갖지 않은 경우와 비교하여 팽창하므로, 제 3 핀(43)의 전후 차압을 크게 할 수 있다.
또한, 도 5c에 도시되는 바와 같이, 슈라우드(34) 중, 제 3 핀(43)보다 하류측의 영역을 반경방향 외측으로부터 절결함으로써 확장부(슈라우드측 확장부)(543)를 마련해도 좋다. 또한, 몇 개의 실시에 따른 증기 터빈(1)에 있어서, 케이싱측 확장부(541)와 슈라우드측 확장부(543)를 마련해도 좋다.
(제 3 핀(43)의 선단부(40b)의 형상에 대해서)
몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치(100)에서는, 도 6에 도시되는 바와 같이, 축방향으로 제 1 핀(41)측을 향하는 제 3 핀(43)의 측면(43u)과 선단면(43t) 사이의 코너부(431)의 곡률 반경(ru)은 축방향으로 제 1 핀(41)측을 향하는 제 2 핀(42)의 측면(42u)과 선단면(42t) 사이의 코너부(421)의 곡률 반경(ru)보다 작으면 좋다.
이에 의해, 제 3 캐비티에 있어서, 반경방향류(SLr)가 제 3 핀(43)의 측면(43u)을 따라 제 3 핀(43)의 기단부(40a)측으로부터 선단부(40b)측을 향해 흐르는 경우, 당해 반경방향류(SLr)가 선단부(40b)측에서 당해 측면(43u)으로부터 박리하기 쉬워진다. 따라서, 당해 측면(43u)을 따라 흐르는 반경방향류(SLr)가 시일 간극(m)을 흐르는 누설 증기류(SL)에 대해서 축류 효과를 보다 많이 줄 수가 있다. 이에 의해, 제 3 핀(43)의 전후 차압을 크게 할 수 있다.
또한, 몇 개의 실시형태에 따른 시일 장치(100)에서는, 도 6에 도시되는 바와 같이, 축방향 하류측을 향하는 제 3 핀(43)의 측면(43d)과 선단면(43t) 사이의 코너부(433)의 곡률 반경(rd)은 코너부(431)의 곡률 반경(ru)과 동일해도 좋다. 또한, 축방향 하류측을 향하는 제 2 핀(42)의 측면(42d)과 선단면(42t) 사이의 코너부(423)의 곡률 반경(rd)은 코너부(421)의 곡률 반경(ru)과 동일해도 좋다.
본 개시는 상술한 실시형태로 한정되지 않고, 상술한 실시형태에 변형을 가한 형태나, 이러한 형태를 적절하게 조합한 형태도 포함한다.
예를 들어, 상술한 일 실시형태의 제 3 핀(43)은 상기 조건 (a) 및 (b)의 쌍방을 충족하도록 구성되어 있어도 좋다.
또한, 도 2a 내지 도 2c, 도 3a 내지 도 3c, 도 5a 내지 도 5c, 및 도 6에 도시하는 시일 장치(100)에 있어서, 도 4a 내지 도 4c에 도시되는 바와 같이 만곡 오목면(430)을 마련해도 좋다.
도 2a 내지 도 2c, 도 3a 내지 도 3c, 도 4a 내지 도 4c, 및 도 6에 도시되는 증기 터빈(1)에 있어서, 도 5a 내지 도 5c에 도시되는 바와 같이 케이싱측 확장부(541) 또는 슈라우드측 확장부(543) 중 적어도 어느 한쪽을 마련해도 좋다.
상기 각 실시형태에 기재된 내용은 예를 들면, 이하와 같이 파악된다.
(1) 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른 시일 장치는, 서로의 사이에 간극을 두고서 축방향으로 3개 이상 배열되고, 각각이 둘레방향을 따라 연장되는 원호 형상의 핀을 구비한다.
원호 형상의 핀은, 축방향으로 가장 외측에 위치하는 2개의 최외 핀 중 한쪽인 제 1 핀과, 축방향으로 제 1 핀의 근처에 배치되는 제 2 핀과, 축방향으로 제 2 핀을 개재하여 제 1 핀과는 반대측에 배치되는 적어도 하나의 제 3 핀을 포함한다.
제 3 핀은 하기 조건 (a) 또는 (b) 중 적어도 어느 한쪽을 충족한다.
(a) 제 3 핀은 기단부보다 선단부가 축방향으로 제 1 핀측에 위치하도록 반경방향에 대해서 경사져서 배치되고, 또한, 제 3 핀은 반경방향에 대해서, 제 1 핀 또는 제 2 핀보다 큰 경사각을 갖는다.
(b) 제 3 핀은 제 1 핀 또는 제 2 핀보다 작은 시일 간극을 형성하도록, 제 1 핀 또는 제 2 핀보다 큰 반경방향 치수를 갖는다.
상기 (1)의 구성에 의하면, 제 3 핀(43)을 상기 조건 (a) 또는 (b) 중 적어도 어느 한쪽을 충족하도록 구성함으로써, 상기 (1)의 구성을 갖는 시일 장치(100)를 구비하는 회전 기계의 일 예로서의 증기 터빈(1)에 있어서, 시일부(시일 장치(100))를 통과하는 작동 유체인 누설 증기류(SL)의 유량을 억제하는 동시에, 증기 터빈(1)에 있어서의 자려 진동의 발생을 억제할 수 있다.
(2) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1)의 구성에 있어서, 제 3 핀(43)은 2개의 최외 핀(40) 중 다른쪽의 최외 핀(40)을 포함하면 좋다.
적어도 가장 축방향 하류측에 배치된 핀(40)이 제 3 핀(43)으로서 상기 조건 (a) 또는 (b) 중 적어도 어느 한쪽을 충족함으로써, 상술한 바와 같이, 제 1 핀(41)의 전후 차압을 억제하여 자려 진동의 발생을 억제할 수 있는 동시에, 제 3 핀(43)의 전후 차압을 크게 하여, 시일 장치(100)를 통과하는 누설 증기류(SL)의 유량을 억제할 수 있다.
(3) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (2)의 구성에 있어서, 제 3 핀(43)으로서의 상기 다른쪽의 최외 핀(40)을 제외하고, 원호 형상의 핀(40)은 동일 형상을 가지면 좋다.
만일, 상기 다른쪽의 최외 핀 이외의 다른 핀(40)을 상기 조건 (a) 또는 (b) 중 적어도 어느 한쪽을 충족하도록 구성하면, 누설 증기류(SL)의 유량을 더욱 억제할 수 있지만, 자려 진동이 발생할 가능성이 높아진다. 따라서, 도 2b, 도 2c, 도 4b, 도 4c, 도 5b, 및 도 5c에 도시하는 시일 장치(100)와 같이, 제 3 핀(43)으로서의 상기 다른쪽의 최외 핀을 제외하고, 다른 핀(40)을 동일 형상을 갖도록 구성함으로써, 자려 진동의 발생을 억제할 수 있다.
(4) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 제 3 핀(43)의 기단측(기단부(40a)측)에 있어서, 축방향으로 제 1 핀(41)측을 향하는 제 3 핀(43)의 측면(43u)은 만곡 오목면(430)을 가지면 좋다.
상기 (4)의 구성에 의하면, 상술한 바와 같이, 제 3 핀(43)의 전후 차압을 크게 할 수 있다.
(5) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 구성에 있어서, 축방향으로 제 1 핀(41)측을 향하는 제 3 핀(43)의 측면(43u)과 선단면(43t) 사이의 코너부(431)의 곡률 반경(ru)은 축방향으로 제 1 핀(41)측을 향하는 제 2 핀(42)의 측면(42u)과 선단면(42t) 사이의 코너부(421)의 곡률 반경(ru)보다 작으면 좋다.
상기 (5)의 구성에 의하면, 제 1 핀(41)측을 향하는 제 3 핀(43)의 측면(43u)이 면하는 제 3 캐비티(53)에 있어서, 반경방향류(SLr)가 당해 측면(43u)을 따라 제 3 핀(43)의 기단부(40a)측으로부터 선단부(40b)측을 향해 흐르는 경우, 당해 반경방향류(SLr)가 선단부(40b)측에서 당해 측면(43u)으로부터 박리하기 쉬워지므로, 당해 측면(43u)을 따라 흐르는 반경방향류(SLr)가 시일 간극(m)을 흐르는 누설 증기류(SL)에 대해서 축류 효과를 보다 많이 줄 수가 있다. 이에 의해, 제 3 핀(43)의 전후 차압을 크게 할 수 있다.
(6) 본 개시의 적어도 일 실시형태에 따른 회전 기계인 증기 터빈(1)은, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 구성의 시일 장치(100)와, 케이싱(2)과, 케이싱(2) 내에서 축선(AX) 주위로 회전하는 로터 본체(11)와, 로터 본체(11)로부터 반경방향으로 연장되도록 장착되는 복수의 동익 본체(31)와, 복수의 동익 본체(31)의 각각의 선단부에 이어지는 슈라우드(팁 슈라우드)(34)를 구비한다. 제 3 핀(43)은 제 1 핀(41)보다 로터 본체(11)의 축방향 하류측에 위치한다.
상기 (6)의 구성에 의하면, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 구성의 시일 장치(100)를 구비하므로, 시일 장치(100)를 통과하는 누설 증기류(SL)의 유량을 억제하는 동시에, 증기 터빈(1)에 있어서의 자려 진동의 발생을 억제할 수 있다.
(7) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (6)의 구성에 있어서, 제 3 핀(43)은 2개의 최외 핀(40) 중 다른쪽의 최외 핀(40)을 포함한다. 회전 기계인 증기 터빈(1)은 당해 최외 핀(40)(제 3 핀(43))과, 케이싱(2)의 내면(250) 중 당해 최외 핀(40)(제 3 핀(43))보다 축방향 하류측에 있어서의 내면(250)으로 획정되는 캐비티(50)(제 4 캐비티(54))를 구비한다. 제 4 캐비티(54)는 상기 내면(250)에 있어서 반경방향 외측 또는 축방향 하류측에 확장된 확장부(541)를 갖고 있으면 좋다.
상기 (7)의 구성에 의하면, 제 3 핀(43)의 선단부(40b)와, 당해 선단부(40b)에 대해서 반경방향으로 대향하는 부재의 표면의 간극인 시일 간극(m)을 통과한 후의 누설 증기류(SL)가, 제 4 캐비티(54)가 확장부(541)를 갖지 않은 경우와 비교하여 팽창하므로, 제 3 핀(43)의 전후 차압을 크게 할 수 있다.
(8) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (6) 또는 (7)의 구성에 있어서, 원호 형상의 핀(40)은 케이싱(2)의 내주면(25)으로부터 슈라우드(34)를 향해 돌출하도록 해도 좋다.
상기 (8)의 구성에 의하면, 시일 장치(100)의 모든 원호 형상의 핀(40)이 케이싱(2)의 내주면(25)으로부터 슈라우드(34)를 향해 돌출하도록 구성함으로써, 열팽창에 의해 케이싱(2)과 로터 본체(11)의 축방향의 상대 위치가 변화해도, 원호 형상의 핀(40)끼리가 접촉할 우려가 없다.
(9) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (6) 또는 (7)의 구성에 있어서, 원호 형상의 핀(40)은 슈라우드(34)로부터 케이싱(2)의 내주면(25)을 향해 돌출하도록 해도 좋다.
상기 (9)의 구성에 의하면, 시일 장치(100)의 모든 원호 형상의 핀(40)이 슈라우드(34)로부터 케이싱(2)의 내주면(25)을 향해 돌출하도록 구성함으로써, 열팽창에 의해 케이싱(2)과 로터 본체(11)의 축방향의 상대 위치가 변화해도, 원호 형상의 핀(40)끼리가 접촉할 우려가 없다.
(10) 몇 개의 실시형태에서는, 상기 (6) 또는 (7)의 구성에 있어서, 원호 형상의 핀(40)은 케이싱(2)의 내주면(25)으로부터 슈라우드(34)를 향해 돌출하는 핀(40)과, 슈라우드(34)로부터 케이싱(2)의 내주면(25)을 향해 돌출하는 핀(40)이 축방향으로 교대로 배치되도록 해도 좋다.
상기 (10)의 구성에 의하면, 케이싱(2)의 내주면(25)으로부터 슈라우드(34)를 향해 돌출하는 핀(40)과, 슈라우드(34)로부터 케이싱(2)의 내주면(25)을 향해 돌출하는 핀(40)이 축방향으로 교대로 배치함으로써, 시일 장치(100)를 통과하는 누설 증기류(SL)의 유량을 더욱 억제할 수 있다.
1: 증기 터빈
2: 케이싱
3: 로터
11: 로터 본체
25: 내주면
30: 터빈 동익
31: 동익 본체
34: 슈라우드(팁 슈라우드)
40: 핀(시일 핀)
40a: 기단부
40b: 선단부
41: 제 1 핀
42: 제 2 핀
43: 제 3 핀
50: 캐비티
51: 제 1 캐비티
52: 제 2 캐비티
53: 제 3 캐비티
54: 제 4 캐비티
100: 시일 장치
430: 만곡 오목면
541: 확장부(케이싱측 확장부)
543: 확장부(슈라우드측 확장부)

Claims (12)

  1. 서로의 사이에 간극을 두고서 축방향으로 3개 이상 배열되고, 각각이 둘레방향을 따라 연장되는 원호 형상의 핀을 구비하고,
    상기 원호 형상의 핀은,
    상기 축방향으로 가장 외측에 위치하는 2개의 최외 핀 중 한쪽인 제 1 핀과,
    상기 축방향으로 상기 제 1 핀의 근처에 배치되는 제 2 핀과,
    상기 축방향으로 상기 제 2 핀을 개재하여 상기 제 1 핀과는 반대측에 배치되는 적어도 하나의 제 3 핀을 포함하고,
    상기 제 3 핀은 하기 조건 (a) 또는 (b) 중 적어도 어느 한쪽을 충족하는
    시일 장치.
    (a) 상기 제 3 핀은 기단부보다 선단부가 상기 축방향으로 상기 제 1 핀측에 위치하도록 반경방향에 대해서 경사져서 배치되고, 또한, 상기 제 3 핀은 상기 반경방향에 대해서, 상기 제 1 핀 또는 상기 제 2 핀보다 큰 경사각을 갖는다.
    (b) 상기 제 3 핀은 상기 제 1 핀 또는 상기 제 2 핀보다 작은 시일 간극을 형성하도록, 상기 제 1 핀 또는 상기 제 2 핀보다 큰 반경방향 치수를 갖는다.
  2. 서로의 사이에 간극을 두고서 축방향으로 3개 이상 배열되고, 각각이 둘레방향을 따라 연장되는 원호 형상의 핀을 구비하고,
    상기 원호 형상의 핀은,
    상기 축방향으로 가장 외측에 위치하는 2개의 최외 핀 중 한쪽인 제 1 핀과,
    상기 축방향으로 상기 제 1 핀의 근처에 배치되는 제 2 핀과,
    상기 축방향으로 상기 제 2 핀을 개재하여 상기 제 1 핀과는 반대측에 배치되는 적어도 하나의 제 3 핀을 포함하고,
    상기 제 3 핀은 기단부보다 선단부가 상기 축방향으로 상기 제 1 핀측에 위치하도록 반경방향에 대해서 경사져서 배치되고, 또한, 상기 제 3 핀은 상기 반경방향에 대해서, 상기 제 2 핀보다 큰 경사각을 갖는
    시일 장치.
  3. 서로의 사이에 간극을 두고서 축방향으로 3개 이상 배열되고, 각각이 둘레방향을 따라 연장되는 원호 형상의 핀을 구비하고,
    상기 원호 형상의 핀은,
    상기 축방향으로 가장 외측에 위치하는 2개의 최외 핀 중 한쪽인 제 1 핀과,
    상기 축방향으로 상기 제 1 핀의 근처에 배치되는 제 2 핀과,
    상기 축방향으로 상기 제 2 핀을 개재하여 상기 제 1 핀과는 반대측에 배치되는 적어도 하나의 제 3 핀을 포함하고,
    상기 제 3 핀은 상기 제 1 핀 또는 상기 제 2 핀보다 작은 시일 간극을 형성하도록, 상기 제 1 핀 또는 상기 제 2 핀보다 큰 반경방향 치수를 갖는
    시일 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 핀은 상기 2개의 최외 핀 중 다른쪽의 최외 핀을 포함하는
    시일 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 핀으로서의 상기 다른쪽의 최외 핀을 제외하고, 상기 원호 형상의 핀은 동일 형상을 갖는
    시일 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 3 핀의 기단측에 있어서, 상기 축방향으로 상기 제 1 핀측을 향하는 상기 제 3 핀의 측면은 만곡 오목면을 갖는
    시일 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축방향으로 상기 제 1 핀측을 향하는 상기 제 3 핀의 측면과 선단면 사이의 코너부의 곡률 반경은, 상기 축방향으로 상기 제 1 핀측을 향하는 상기 제 2 핀의 측면과 선단면 사이의 코너부의 곡률 반경보다 작은
    시일 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 시일 장치와,
    케이싱과,
    상기 케이싱 내에서 축선 주위로 회전하는 로터 본체와,
    상기 로터 본체로부터 반경방향으로 연장되도록 장착되는 복수의 동익 본체와,
    상기 복수의 동익 본체의 각각의 선단부에 이어지는 슈라우드를 구비하고.
    상기 제 3 핀은 상기 제 1 핀보다 상기 로터 본체의 축방향 하류측에 위치하는
    회전 기계.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 핀은 상기 2개의 최외 핀 중 다른쪽의 최외 핀을 포함하고,
    상기 최외 핀과, 상기 케이싱의 내면 중 상기 최외 핀보다 축방향 하류측에 있어서의 상기 내면으로 획정되는 캐비티를 구비하고,
    상기 캐비티는 상기 내면이 반경방향 외측 또는 상기 축방향 하류측에 확장된 확장부를 갖는
    회전 기계.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 원호 형상의 핀은 상기 케이싱의 내주면으로부터 상기 슈라우드를 향해 돌출하는
    회전 기계.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 원호 형상의 핀은 상기 슈라우드로부터 상기 케이싱의 내주면을 향해 돌출하는
    회전 기계.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 원호 형상의 핀은 상기 케이싱의 내주면으로부터 상기 슈라우드를 향해 돌출하는 핀과, 상기 슈라우드로부터 상기 케이싱의 내주면을 향해 돌출하는 핀이 상기 축방향으로 교대로 배치되어 있는
    회전 기계.
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