DE112016005645T5

DE112016005645T5 - Dichtungsrippe, Dichtungsstruktur, Turbomaschine und Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsrippe

Info

Publication number: DE112016005645T5
Application number: DE112016005645.1T
Authority: DE
Inventors: Toyoharu Nishikawa; Yoshihiro Kuwamura; Hiroharu Oyama; Katsuhisa HAMADA; Hideaki Sugishita
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2018-08-30
Also published as: CN108291451A; JP2017106375A; JP6209199B2; US20180355743A1; US11105213B2; CN108291451B; WO2017098959A1; KR102056994B1; KR20180078284A

Abstract

Vorgesehen sind eine Dichtungsstruktur, eine Turbomaschine und ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsrippe, die eine hohe Leckunterdrückungswirkung erhalten können, während sie einen Anstieg von Produktionskosten unterdrücken und einen Leckverlust der Turbomaschine vermindern können. Eine Dichtungsrippe (6) unterdrückt eine Leckage eines Fluids von einem Spalt zwischen einer ersten Struktur und einer zweiten Struktur (51), die einander in einer Radiusrichtung (R) zugewandt sind, und ist auf der ersten Struktur gebildet, während ein Spielraum in Bezug auf die zweite Struktur (51) beibehalten wird. Die Dichtungsrippe (6) umfasst: einen Rippenhauptkörper (61), der sich in der Radiusrichtung (R) erstreckt; und einen Vorsprung (62), der zwischen einer Vorderfläche (61a) des Rippenhauptkörpers (61) und einer Spitzenfläche (61c) gebildet ist, und hin zu einer vorgelagerten Seiten vorsteht. Eine Länge (L1) des Vorsprungs (62) ist das 1,5-fache einer Länge (L0) des Rippenhauptkörpers (61) oder weniger; ein Winkel (θ1) des Vorsprungs (62) ist 75 Grad oder weniger; und ein Kippwinkel (θ2) des Rippenhauptkörpers (61) ist in einem Bereich von -60 Grad oder mehr und 60 Grad oder weniger eingestellt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungsrippe, die ein Leck eines Fluids von einem Spalt zwischen zwei Strukturen, die sich im Verhältnis zu einander drehen, unterdrückt, eine Dichtungsstruktur und eine Turbomaschine, die die Dichtungsrippe verwendet, und ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsrippe.
STAND DER TECHNIK
In einer Turbomaschine wie einer Dampfturbine, einer Gasturbine oder einem Turbokompressor verursacht ein mögliches Leck eines Betriebsfluids wie Dampf von einem Spalt zwischen einer stationären Seite und einer drehenden Seite einen Verlust (Leckverlust) des Wirkungsgrads in der Turbomaschine. Angesichts des vorhergehenden Problems verwendet eine Turbomaschine eine berührungslose Dichtungsstruktur wie eine Labyrinthdichtung, um ein Leck eines Betriebsfluids zu vermeiden.
Patentliteratur 1 und 2 offenbaren Techniken in Bezug auf eine berührungslose Dichtungsstruktur für eine Turbomaschine. Nachfolgend erfolgt nun eine Beschreibung in Bezug auf Techniken, die in Patentliteratur 1 und 2 offenbart werden. In der Beschreibung sind die Bezugszeichen, die in Patentliteratur 1 und 2 verwendet werden, in Klammern angegeben.
Patentliteratur 1 offenbart „eine Dichtungseinrichtung, die den Raum zwischen einem stationären Körper (11) und einem drehenden Körper (12) abdichtet, und die umfasst: eine Rippe (13), die von dem stationären Körper (11) hin zu der Oberfläche (12a) des drehenden Körpers (12) hervorsteht und eine scharfe Spitze aufweist; und einen groben Flächenabschnitt (17), der auf der Oberfläche (12a) des drehenden Körpers (12) gebildet ist“ (siehe Deckblatt, Absatz [0021] und 1 und 2). Gemäß Patentliteratur 1 stört der grobe Flächenabschnitt (17) die Strömung, die die Rippe (13) umgibt, sodass der Druckverlust des Fluids (14) erhöht wird und eine Menge des Fluids (14), die von dem Raum zwischen der Rippe (13) und dem drehenden Körper (12) leckt, vermindert werden kann.
Patentliteratur 2 offenbart „eine Labyrinthdichtung, die den Spalt zwischen dem stationären Gehäuse (12) und dem kreisförmigen Blattsteg (11), die das unbewegliche Element beziehungsweise das bewegliche Element in einer Turbomaschine sind, abdichtet, wobei ein Klemmenelement (34), das die Spitze einer Dichtungsrippe (26) bildet, die von dem stationären Gehäuse (12) hin zu der Innenseite der Radiusrichtung angeordnet ist, hin zu der vorgelagerten Seite in der Stromrichtung des Leckstroms (21) angeordnet ist“ (siehe beispielsweise das Deckblatt, Absätze [0039] und [0045], 1 und 2). Gemäß Patentliteratur 2 erzeugt die Form der Dichtungsrippe (26) einen zirkulierenden Wirbelstrom (36) des Leckfluids (21) auf der vorgelagerten Seite der Dichtungsrippe (26), und der zirkulierende Wirbelstrom (36) vermindert den wirksamen Bereich des Spalts zwischen dem stationären Gehäuse (12) und dem kreisförmigen Blattsteg (11), was zu einer Verminderung des Leckstroms (21) führt, der den Spalt passiert.
VERWEIS AUF DEN STAND DER TECHNIK
PATENTLITERATUR

[Patentliteratur 1] Japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2008-196522
[Patentliteratur 2] Japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2013-019537

KURZDARSTELLUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
Unglücklicherweise weist die in Patentliteratur 1 offenbarte Dichtungseinrichtung keine zufriedenstellende Leckunterdrückungswirkung oder Leckverlustunterdrückungswirkung einer Turbomaschine auf. Dies kommt, weil die Rippe (13) eine gerade Form annimmt, die sich hin zu dem drehenden Körper (12) gerade erstreckt, was bedeutet, dass die Form nicht effektiv den Strom (Leck) des Fluids (14) mit dem drehenden Körper (12) beschränken würde.
Eine Beschränkung der Verarbeitung zwingt die Spitze der Rippe (13) abgerundet zu sein (hier bedeutet die Bezeichnung „rund“ eine runde Form, die einen Krümmungsradius aufweist, der mindestens einen Strom eines Fluids beeinträchtigt). Wenn die Rippe (13) eine abgerundete Spitze aufweist, verschiebt sich der Punkt (nachfolgend als „Ablösungspunkt“ bezeichnet), wo das Fluid (14) von der Spitze der Rippe (13) abgelöst wird, in der Richtung, die im Wesentlichen den Spielraum zwischen der Spitze und der Oberfläche (12a) des drehenden Körpers (12) weitet, und auch die Verfahrensrichtung des Fluids (14) an dem Ablösungspunkt dreht zu der nachgelagerten Seite (der Seite, an der das Fluid (14) die Rippe (13) passiert), sodass der Kontraktionsstrom abgeschwächt wird. Dies verschlechtert die Leckunterdrückungswirkung der Dichtungseinrichtung und die Leckunterdrückungwirkung der Turbomaschine im Vergleich zu der Struktur, die eine ideale Spitzenform aufweist, die nicht abgerundet ist.
Die Labyrinthdichtung von Patentliteratur 2 zwingt auch die Spitze der Dichtungsrippe (26) abgerundet zu sein und wirft das gleiche Problem auf. Insbesondere wird, wenn eine Dichtungsrippe eine geneigte Spitze aufweist, die abgerundet ist, wie in dem Fall der Dichtungsrippe (26), die in Patentliteratur 2 offenbart ist, der Winkel des abgerundeten Abschnitts der Spitze leicht 90° oder mehr (was bedeutet, dass ein Bereich des abgerundeten Abschnitts wahrscheinlich geweitet wird). Dies verschlechtert die Leckunterdrückungswirkung aufgrund der abgerundeten Spitze weiter, als in dem Fall, in dem die gerade geformte Dichtungsrippe verwendet wird, die in Patentliteratur 1 offenbart wird.
Überdies erfordert die Labyrinthdichtung, die in Patentliteratur 2 offenbart ist, dass die Bearbeitung das Klemmenelement (34) der Dichtungsrippe (26) in einer abgerundeten Form bildet. Weil eine vorbestimmte Verarbeitungspräzision erfordert wird, wird die Dichtungsrippe (26) vorzugsweise durch einen Schneideprozess beim Formen verarbeitet. Ein Schneideprozess erzeugt jedoch eine fluchtrechte Oberfläche, und erfordert somit einen Betrieb zum Entfernen der fluchtrechten Oberfläche, was die Produktionskosten der Dichtungsrippe (26) erhöht.
Angesichts der vorherstehenden Probleme ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungsrippe, eine Dichtungsstruktur, eine Turbomaschine und ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsrippe vorzusehen, die eine hohe Leckunterdrückungswirkung erhalten können, während sie einen Anstieg von Produktionskosten unterdrücken und den Leckverlust der Turbomaschine vermindern können.
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE

(1) Um die obige Aufgabe zu erfüllen, sieht die vorliegende Erfindung eine Rippendichtung vor, die ein Leck eines Fluids von einem Spalt zwischen einer ersten Struktur und einer zweiten Struktur unterdrückt, die einander in einer Radiusrichtung mit dem Spalt dazwischen zugewandt sind und um eine Achsenlinie in Bezug zueinander drehen und die sich von der ersten Struktur hin zu der zweiten Struktur erstreckt, während ein Spielraum zwischen einer Spitzenfläche davon auf einer Erstreckungsrichtung und der zweiten Struktur beibehalten wird, wobei die Dichtungsrippe umfasst: einen Rippenhauptkörper, der sich in der Radiusrichtung erstreckt; und einen Vorsprung, der zwischen einer Vorderfläche, die einer vorgelagerten Seite in einer Stromrichtung des Fluids an dem Rippenhauptkörper zugewandt ist, und der Spitzenfläche, die der zweiten Struktur zugewandt ist, gebildet ist, wobei der Vorsprung hin zu der vorgelagerten Seite hervorsteht, wobei eine Länge des Vorsprungs entlang der Achsenlinie das 1,5-fache einer Länge des Rippenhauptkörpers entlang der Achsenlinie oder weniger ist; ein Winkel des Vorsprungs 75 Grad oder weniger ist; und ein Kippwinkel des Vorsprungs in Bezug auf die Spitzenfläche des Rippenhauptkörpers in einem Bereich von -60 Grad oder mehr und 60 Grad oder weniger eingestellt ist.
(2) Der Vorsprung ist vorzugsweise ein scharfer Vorsprung, der eine scharfe Spitze aufweist.
(3) Der Rippenhauptkörper umfasst vorzugsweise eine geneigte Fläche, die zwischen der Spitzenfläche und einer Rückfläche gebildet ist, die einer nachgelagerten Seite in der Stromrichtung des Fluids zugewandt ist, wobei die geneigte Fläche der Achsenlinie zugewandt ist.
(4) Eine Länge des Vorsprungs entlang der Achsenlinie ist vorzugsweise mindestens das 0,1-fache und höchstens das 0,5-fache einer Länge des Rippenhauptkörpers entlang der Achsenlinie.
(5) Der Vorsprung weist vorzugsweise eine Kantenfläche auf, die der zweiten Struktur zugewandt ist und fluchtrecht mit der Spitzenfläche des Rippenhauptkörpers ist.
(6) Um die obige Aufgabe zu erfüllen, sieht die vorliegende Erfindung eine Dichtungsstruktur vor, die ein Leck eines Fluids von einem Spalt zwischen einer ersten Struktur und einer zweiten Struktur unterdrückt, die einander in einer Radiusrichtung mit dem Spalt dazwischen zugewandt sind und um eine Achsenlinie in Bezug zueinander drehen, wobei die Dichtungsstruktur umfasst: eine Dichtungsrippe, die in einem der obigen Punkte (1) - (5) definiert ist und auf der ersten Struktur gebildet ist, sodass sie sich hin zu der zweiten Struktur erstreckt, während ein Spielraum zwischen einer Spitzenfläche davon auf einer Erstreckungsrichtung und der zweiten Struktur beibehalten wird.
(7) Um die obige Aufgabe zu erfüllen, sieht die Erfindung eine Turbomaschine vor, umfassend die Dichtungsstruktur, die in dem obigen Punkt (6) definiert ist.
(8) Um die obige Aufgabe zu erfüllen, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsrippe in einer Dichtungsstruktur vor, die ein Leck eines Fluids von einem Spalt zwischen einer ersten Struktur und einer zweiten Struktur unterdrückt, die einander in einer Radiusrichtung mit dem Spalt dazwischen zugewandt sind und sich um eine Achsenlinie in Bezug zueinander drehen, wobei sich die Dichtungsrippe von der ersten Struktur hin zu der zweiten Struktur erstreckt, während ein Spielraum zwischen einer Spitzenfläche davon auf einer Erstreckungsrichtung und der zweiten Struktur beibehalten wird, wobei das Verfahren umfasst: einen Schneideschritt des Einstellens in einem Rippenrohmaterial eines vorbestimmten Bereichs von einer Oberfläche einer Spitzenfläche in einer Dickenrichtung, der ein zukünftiger Ausschnittsabschnitt ist und Bilden eines Vorsprungs, der hin zu einer Schneiderichtung hervorsteht, die die Dickenrichtung kreuzt, indem der zukünftige Ausschnittsabschnitt in der Schneiderichtung geschnitten wird, wobei der Vorsprung auf einer Fläche gebildet ist, die die Schneiderichtung kreuzt.
(9) Das Verfahren umfasst überdies vorzugsweise einen Schleifschritt des Schleifens des Vorsprungs in einen scharfen Vorsprung, der eine scharfe Spitze aufweist.

WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Fluid, das hin zu dem Spielraum zwischen der Dichtungsrippe und der zweiten Struktur strömt, von dem Vorsprung geführt, der hin zu der vorgelagerten Seite der Dichtungsrippe vorgesehen ist, und folglich dreht sich die Verfahrensrichtung des Fluids an dem Ablösungspunkt (wo sich das Fluid von der Dichtungsrippe ablöst) zu der vorgelagerten Seite (der Richtung gegenüberliegend einer Richtung, in der das Fluid die Dichtungsrippe passiert), sodass der Kontraktionsstrom des Fluids stärker wird.
Entsprechend kann eine hohe Leckunterdrückungswirkung erhalten werden, und folglich kann ein Leckverlust der Turbomaschine vermindert werden.
Zusätzlich zu dem oben genannten kann, da die Hauptabmessungen des Vorsprungs, welche die Länge des Vorsprungs entlang der Achsenlinie, der Winkel und der Kippwinkel des Vorsprungs sind, in ordnungsgemäßen Bereichen eingestellt werden, eine höhere Leckunterdrückungswirkung erhalten werden.
Da der Vorsprung unter Verwendung der Erzeugung einer fluchtrechten Oberfläche gebildet werden kann, die von dem Schneideprozess begleitet wird, kann die Anforderung zum Entfernen der fluchtrechten Oberfläche beseitigt werden, und auch der Vorsprung kann einfach bei geringen Kosten gebildet werden, was einen Anstieg der Produktionskosten unterdrückt, die durch Bilden des Vorsprungs verursacht werden können.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Längsschnittansicht, die die gesamte Struktur einer Dampfturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
[2] 2 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils der Dampfturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insbesondere eine vergrößerte Schnittansicht des Teils I von 1.
[3] 3 ist eine schematische Schnittansicht, die die Ausgestaltung einer Spitze einer Dichtungsrippe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt (wobei schräge Linien weggelassen sind, die den Schnitt der Dichtungsrippe darstellen).
[4] 4A-4C sind schematische Schnittansichten zum Beschreiben einer Wirkung einer Dichtungsrippe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 4A ist eine Grafik, die eine Dichtungsrippe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 4B ist eine Grafik, die eine herkömmliche Dichtungsrippe zeigt; und 4C ist eine Grafik, die eine herkömmliche ideale Dichtungsrippe betrifft (4A-4C lassen jeweils schräge Linien weg, die den Schnitt der Dichtungsrippe darstellen).
[5] 5 ist eine schematische Grafik, die einen Einstellungsbereich einer Hauptabmessung der Stufendichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei sie insbesondere ein Ergebnis des Analysierens der Korrelation zwischen der Unterdrückungswirkung E auf die Leckstrommenge, die Länge L1 eines scharfen Vorsprungs entlang der Achsenrichtung A und den Winkel θ1 des scharfen Vorsprungs zeigt.
[6] 6A, 6B und 6C sind schematische Schnittansichten, die ein Verfahren des Herstellens der Stufendichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigen; 6A ist eine Grafik, die einen Schneideschritt zeigt; 6B ist eine Grafik, die einen Schleifschritt zeigt; und 6C ist eine Grafik, die einen Zustand zeigt, in dem das Produkt vollständig nach dem Schleifschritt hergestellt wird (wobei schräge Linien weggelassen sind, die den Schnitt der Stufendichtung in 6A, 6B und 6C zeigen).
[7] 7 ist eine schematische Schnittansicht, die die Ausgestaltung einer Abwandlung einer Spitze einer Dichtungsrippe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt (wobei schräge Linien weggelassen sind, die den Schnitt der Dichtungsrippe darstellen).

AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachfolgend erfolgt nun eine Beschreibung hinsichtlich einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
In der vorliegenden Erfindung erfolgt die Beschreibung hinsichtlich eines Beispiels, das die Dichtungsrippe, die Dichtungsstruktur und die Turbomaschine der vorliegenden Erfindung auf eine Dampfturbine anwendet.
Die folgenden Ausführungsformen sind beispielhaft und sollen keine verschiedenen Abwandlungen und die Anwendung von Techniken, die nicht ausdrücklich in den folgenden Ausführungsformen beschrieben sind, ausschließen. Die Strukturen der Ausführungsformen können abgewandelt werden, ohne vom Geltungsbereich der Ausführungsformen abzuweichen, können, wenn erforderlich, ausgewählt und weggelassen werden, und können entsprechend kombiniert werden.
In der folgenden Beschreibung bedeuten die Bezeichnungen „vorgelagert“ und „nachgelagert“ jeweils vorgelagert und nachgelagert in Bezug auf die Strömung des Dampfs S in der Dampfturbine, sofern es nicht anders angegeben ist. Mit anderen Worten wird die linke Seite in 1-4 als die vorgelagerte Seite und die rechte Seite in den gleichen Zeichnungen als die nachgelagerte Seite betrachtet.
In der Beschreibung wird die Richtung hin zu der Achsenlinie CL der Dampfturbine als die Innenumfangsseite oder Innenseite betrachtet, und die gegenüberliegende Seite, die Richtung, die von der Achsenlinie CL abweicht, wird als die äußere Umfangsseite oder Außenseite betrachtet.
Gesamtausgestaltung der Dampfturbine
Wie in 1 gezeigt, ist die Dampfturbine 1 (Turbomaschine) der vorliegenden Ausführungsform aus einem Gehäuse (erste Struktur) 10, einer Drehachse 30, die drehbar im Innern des Gehäuses 10 vorgesehen ist, und die Kraft an eine nicht dargestellte Maschine wie einen Generator überträgt, stationären Schaufeln 40, die an dem Gehäuse 10 vorgesehen sind, drehenden Schaufeln 50, die an der Drehachse 30 vorgesehen sind und einem Lager 70, das die Drehachse 30 stützt, sodass der Drehachse 30 erlaubt wird, um die Achsenlinie CL zu drehen, gebildet. Die stationären Schaufeln 40 und die drehenden Schaufeln 50 sind Blätter, die sich in der Radiusrichtung R der Drehachse 30 erstrecken.
Das Gehäuse 10 ist unbeweglich, während die rotierenden Schaufeln 50 um die Achsenlinie CL drehen. Das bedeutet, dass das Gehäuse 10 und die drehenden Schaufeln 50 (umfassend einen kreisförmigen Steg 51, der nachfolgend erklärt wird) in Bezug zueinander drehen.
Der Dampf (Fluid) S wird von einem Haupteinlass 21, der auf dem Gehäuse 10 gebildet ist, über ein Dampfversorgungsrohr 20, das mit einer nicht gezeigten Dampfversorgungsquelle verbunden ist, eingeführt und von einem Dampfableitungsrohr 22, das mit der nachgelagerten Seite der Dampfturbine verbunden ist, abgeleitet.
Der Innenraum des Gehäuses 10 ist luftdicht abgedichtet und dient als der Strömungspfad des Dampfs S. Auf der Innenwand des Gehäuses 10 sind Trennblech-Außenringe 11 jeweils in einer Form eines Rings, durch den die Drehachse 30 platziert ist, steif fixiert.
Das Lager 70 umfasst eine Zapfenlagereinrichtung 71 und Drucklagereinrichtungen 72 und stützt die Drehachse 30 drehbar.
Eine große Anzahl von stationären Schaufeln 40, die sich jeweils von dem Gehäuse 10 hin zu dem Innenumfang erstrecken, sind radial um die Drehachse 30 angebracht, um eine kreisförmige stationäre Schaufelgruppe zu bilden, und werden jeweils von dem zuvor beschriebenen Trennblech-Außenring 11 gehalten.
Vielfache kreisförmige stationäre Schaufelgruppen, die jeweils vielfache stationäre Schaufeln 40 umfassen, sind entlang der Achsenrichtung A der Drehachse 30 (nachfolgend einfach als die Achsenrichtung bezeichnet) in Intervallen angebracht. Jede kreisförmige stationäre Schaufelgruppe wandelt die Druckenergie des Dampfs S in die Geschwindigkeitsenergie um und lässt den Dampf S, der eine erhöhte Geschwindigkeitsenergie aufweist, in die drehenden Schaufeln 50, die benachbart zu der kreisförmigen stationären Schaufelgruppe auf der nachgelagerten Seite sind, strömen.
Die drehenden Schaufeln 50 sind steif auf dem Außenumfang des Achsenhauptkörpers 31 der Drehachse 30 montiert. Eine große Anzahl von drehenden Schaufeln 50 sind radial nachgelagert jeder kreisförmigen stationären Schaufelgruppe angebracht, um eine kreisförmige drehende Schaufelgruppe zu bilden.
Ein Paar von kreisförmigen stationären Schaufelgruppen und eine kreisförmige drehende Schaufelgruppe werden als eine einzige Stufe betrachtet. In der drehenden Schaufelgruppe der letzten Stufe sind die Spitzen der drehenden Schaufeln 50, die in der Umfangsrichtung der Drehachse 30 (nachfolgend einfach als die Umfangsrichtung bezeichnet) benachbart sind, mittels eines ringförmigen kreisförmigen Stegs (zweite Struktur) 51 aneinander gekoppelt. Alternativ kann der kreisförmige Steg 51 zusätzlich zu der drehbaren Schaufelgruppe der letzten Stufe auf (eine) andere drehende Gruppe(n) und/oder (eine) stationäre Schaufelgruppe(n) angewandt werden.
Dichtungsstruktur
Gesamtausgestaltung der Dichtungsstruktur
Wie in 2 gezeigt, ist an der nachgelagerten Seite des Trennblech-Außenrings 11 in der Achsenrichtung eine Nut (nachfolgend eine Ringnut) 12 in der Form eines kreisförmigen Rings gebildet, der einen Radius aufweist, der von dem Trennblech-Außenring 11 geweitet ist, und die Grundfläche 13 (nachfolgend auch als eine Gehäusegrundfläche bezeichnet) in der Innenumfangsfläche des Gehäuses 10 gebildet. Die Ringnut 12 nimmt den kreisförmigen Steg 51 auf, und die Gehäusegrundfläche 13 liegt dem kreisförmigen Steg 51 über einen Spalt Gd in der Radiusrichtung R gegenüber.
Dampf MS, der den Hauptteil des Dampfs S bildet, strömt in die drehenden Schaufeln 50, und die Energie des Dampfs MS wird in Drehenergie umgewandelt, die folglich die Drehachse 30 dreht. Im Gegensatz dazu strömt kein Dampf (nachfolgend Leckdampf) SL, der einen Teil (z. B. einige Prozente) des Dampfs S bildet, in die drehenden Schaufeln 50 und leckt in die Ringnut 12. Da die Energie, die der Leckstrom SL besitzt, nicht in die Drehenergie umgewandelt wird, kann der Leckstrom SL einen Leckverlust verursachen, der die Wirksamkeit der Dampfturbine 1 verschlechtert.
Unter Berücksichtigung des obigen ist eine Dichtungsstruktur (Stufenlabyrinthdichtung) 2 gemäß einer Ausführungsform an dem Spalt Gd zwischen dem Gehäuse 10 und den drehenden Schaufeln 50 vorgesehen. Nachfolgend erfolgt nun eine Beschreibung in Bezug auf die Dichtungsstruktur 2.
Der kreisförmige Steg 51 umfasst einen Stufenabschnitt 3, der einen Mittelabschnitt in der Achsenrichtung A aufweist, der hervorsteht, um in einer Stufenform gebildet zu sein. Genau gesagt umfasst eine Fläche des kreisförmigen Stegs 51 auf der Außenumfangsseite in der Radiusrichtung R Bodenflächen 4 und einen Stufenabschnitt 3, der gebildet ist, eine Stufenfläche 5 aufzuweisen, die hin zu der Außenumfangsseite in der Radiusrichtung R weiter hervorsteht als die Bodenflächen 4.
Auf der Gehäusegrundfläche 13 sind drei Dichtungsrippen 6A, 6B und 6C vorgesehen, sodass sie sich hin zu der Innenumfangsseite in der Radiusrichtung R erstrecken (nicht in 1 gezeigt). Nachfolgend werden die Dichtungsrippen 6A, 6B und 6C von der Dichtungsrippe 6 dargestellt, sofern nicht von einer anderen unterschieden wird. Die Dichtungsrippe 6 nimmt eine ringförmige Form an, die eine Mitte entsprechend der Achsenlinie CL aufweist (siehe 1) und weist eine Querschnittsform auf (die Form eines Schnitts senkrecht zu der Umfangsrichtung), die in 2 gleichförmig entlang des gesamten Umfangs gezeigt ist.
Die Dichtungsrippe 6A, die auf der vorgelagerten Seite angeordnet ist, steht hin zu der Bodenfläche 4 auf der vorgelagerten Seite in Bezug auf den Stufenabschnitt 3 hervor; die Dichtungsrippe 6B, die in der Mitte angeordnet ist, steht hin zu der Stufenfläche 5 des Stufenabschnitts 3 hervor; und die Dichtungsrippe 6C, die auf der nachgelagerten Seite angeordnet ist, steht hin zu der Bodenfläche 4 auf der nachgelagerten Seite in Bezug zu dem Stufenabschnitt 3 hervor. Die mittlere Dichtungsrippe 6B ist gebildet, eine Länge in der Radiusrichtung R aufzuweisen, die kürzer ist, als die der Dichtungsrippe 6A auf der vorgelagerten Seite und der Dichtungsrippe 6C auf der nachgelagerten Seite.
Jede Dichtungsrippe 6 bildet einen winzigen Spielraum (nachfolgend auch als ein Spielraum bezeichnet) m zwischen der Dichtungsrippe 6 und dem kreisförmigen Steg 51 in der Radiusrichtung R. Die Abmessungen des winzigen Spielraums m sind innerhalb des Bereichs eingestellt, in dem die Dichtungsrippe 6 nicht in Kontakt mit drehenden Schaufeln 50 ist, unter Berücksichtigung der Wärmeausdehnungsmengen des Gehäuses 10 und der drehenden Schaufel 50, und des Zentrifugaldehnungsbetrags der drehenden Schaufel 50.
In dem Spalt Gd sind ein vorgelagerter Hohlraum 25 und ein nachgelagerter Hohlraum 26 durch die Ringnut 12, den kreisförmigen Steg 51 und die Dichtungsrippe 6 definiert. Die Positionen der Dichtungsrippe 6 in der Achsenlinienrichtung sind gemäß dem Strömungsverhalten des Leckdampfs SL ordnungsgemäß eingestellt, der in die Hohlräume 25 und 26 geleckt ist.
Dichtungsrippe
Die Dichtungsrippe 6 ist weitestgehend dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur der Spitze zu den Bodenflächen 4 und der Stufenfläche 5 des kreisförmigen Stegs 51 gerichtet ist. Nun erfolgt eine Beschreibung hinsichtlich der Struktur der Spitze mit Bezug auf 3, 4A-4C.
Wie in 3 gezeigt, umfasst eine Dichtungsrippe 6 einen Rippenhauptkörper 61, der sich von der Gehäusegrundfläche 13 in der Radiusrichtung R (siehe 2) erstreckt, und einen Vorsprung 62, der einstückig an einem Innenumfangskantenabschnitt des Rippenhauptkörpers 61 gebildet ist. Der Vorsprung 62 ist ein Vorsprung, der auf dem Innenumfangskantenabschnitt (Spitzenabschnitt) 61b der Vorderfläche (der Fläche, die der vorgelagerten Seite zugewandt ist) des Rippenhauptkörpers 61 gebildet ist und hin zu der vorgelagerten Seite hervorsteht. Hier ist der Innenumfangskantenabschnitt 61b ein imaginärer vorbestimmter Bereich, der Teil der Vorderfläche 61a ist und benachbart zu der Innenumfangskantenfläche (einer Spitzenfläche, einer Fläche gegenüberliegend dem kreisförmigen Steg 51) 61c des Rippenhauptkörpers 61 ist. Das bedeutet, dass der Vorsprung 62, der hin zu der vorgelagerten Seite hervorsteht, zwischen der Vorderfläche 61a und der Innenumfangskantenfläche 61c des Rippenhauptkörpers 61 hervorsteht.
Eine Vorsprungsspitze 62c des Vorsprungs 62 (die Spitze 62c, die ein Schnittpunkt der Innenumfangskantenfläche 62a und ihrer Rückfläche ist (d. h. der Fläche auf der gegenüberliegenden Seite der Innenumfangskantenfläche 62a)) wird von Hause aus (ohne beverarbeitet zu werden) eine runde Form aufweisen (hier bedeutet die Bezeichnung „rund“ eine runde Form, die einen Krümmungsradius aufweist, der mindestens einen Strom eines Fluids beeinträchtigt), sodass die Vorsprungsspitze 62c einem Schärfungsprozess unterzogen wird. Aufgrund des obigem wird der Vorsprung 62 nachfolgend auch als der scharfe Vorsprung 62 bezeichnet. Mit anderen Worten entspricht der scharfe Vorsprung 62 einem Vorsprung, der eine Vorsprungsspitze 62c aufweist, die durch den Schärfungsprozess geschärft wird, im Vergleich zu einer Spitze, die nicht verarbeitet wird.
Die Innenumfangskantenfläche 62a der Vorsprungsspitze 62c ist eine Kantenfläche gegenüberliegend dem kreisförmigen Steg 51.
In diesem Beispiel ist der scharfe Vorsprung 62 so gebildet, dass seine Innenumfangskantenfläche 62a fluchtrecht mit der Innenumfangskantenfläche 61c des Rippenhauptkörpers 61 ist. Mit anderen Worten steht der scharfe Vorsprung 62 scharf weiter hervor als die Vorderfläche 61a, indem die Innenumfangskantenfläche 61c hin zu der vorgelagerten Seite erstreckt ist. Außerdem sind die Innenumfangskantenfläche 61c und die Innenumfangskantenfläche 62a der vorliegenden Ausführungsform gebildet, parallel (umfassend im Wesentlichen parallel) zu der Achsenlinie CL und auch senkrecht (umfassend im Wesentlichen senkrecht) zu der Rückfläche 61d des Rippenhauptkörpers 61 zu sein.
Nachfolgend werden nun die Wirkungen der Dichtungsrippe 6 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 4A-4C beschrieben.
4A, 4B und 4C sind schematische Schnittansichten, die jeweils eine Wirkung einer Dichtungsrippe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreiben; 4A ist eine Grafik, die eine Dichtungsrippe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 4B ist eine Grafik, die eine herkömmliche Dichtungsrippe zeigt; und 4C ist eine Grafik, die eine herkömmliche ideale Dichtungsrippe betrifft (wobei schräge Linien weggelassen sind, die den Schnitt der Dichtungsrippe in jeder von 4A-4C zeigen).
In 4A, 4B und 4C sind die Höhen des Spielraums m zwischen der Dichtungsrippe 6 und dem kreisförmigen Steg 51 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, des Spielraums m einer herkömmlichen Dichtungsrippe 6' und dem kreisförmigen Steg 51, und des Spielraums m einer herkömmlichen idealen Dichtungsrippe 6* und dem kreisförmigen Steg 51 von der gleichen Abmessung (nachfolgend auch als „grafischer Spielraum“ bezeichnet) h dargestellt.
Die herkömmliche ideale Dichtungsrippe 6*, die keinen scharfen Vorsprung 62 aufweist und eine Spitze 62c* aufweist, die nicht abgerundet ist, lässt den Leckstrom SL strömen, wie mittels eines Pfeils mit einfach gestrichelter Linie in 4C gezeigt. Genau gesagt löst sich, da die Spitze 62c* eine ideale Form annimmt, die nicht abgerundet ist, der Strom des Leckdampfs SL von der Dichtungsrippe 6* an der Spitze 62c* (die Spitze 62c* kommt an den Ablösungspunkt Pe) ab, und die Stromrichtung D* des Leckdampfs SL an dem Ablösungspunkt richtet sich direkt auf den kreisförmigen Steg 51. Entsprechend kann ein starker Kontraktionsstrom erhalten werden.
Aufgrund des obigen bietet der Leckdampf SL nach der Kontraktion einen wesentlichen Spielraum h1*, der bemerkenswert schmaler ist als der grafische Spielraum h, und ein kleiner Kontraktionskoeffizient (h1*/h) kann erhalten werden (d. h. eine hohe Kontraktionsstromwirkung kann erhalten werden).
Im Gegensatz zum obigen lässt die herkömmliche Dichtungsrippe 6', die nicht den scharfen Vorsprung 62 aufweist, den Leckdampf SL strömen, wie es mittels eines Pfeils mit einfach gestrichelter Linie in 4B gezeigt ist. Genau gesagt strömt, da die Spitze 62' abgerundet ist, der Leckdampf SL entlang des Teils der Rundung und löst sich dann von der Dichtungsrippe 6' an der Wurzelseite (obere Seite in 4B) der Spitze 62' ab (der Ablösungspunkt bewegt sich von der Spitze 62c' um Δh hin zu der Wurzelseite), sodass der wesentliche Spielraum vor der Kontraktion ein Spielraum h' wird, der breiter ist als der grafische Spielraum h (h'=h+Δh). Da die Richtung D' des Stroms des Leckdampfs SL an dem Ablösungspunkt Pe zu der nachgelagerten Seite zielt (der Seite, durch die der Strom die Dichtungsrippe 6' passiert), ist der Kontraktionsstrom außerdem schwach.
Aufgrund des obigen wird der wesentliche Spielraum h1' des Leckdampfs SL nach der Kontraktion breiter als der wesentliche Spielraum h1* der herkömmlichen idealen Dichtungsrippe 6*, und der Kontraktionskoeffizient (h1'/h) wird größer als der Kontraktionskoeffizient (h1*/h) der herkömmlichen idealen Dichtungsrippe 6* (was bedeutet, dass eine niedrige Kontraktionswirkung erhalten wird). Entsprechend wird die Menge FL (nachfolgend als eine Leckstrommenge bezeichnet) des Dampfs größer, der zu der nachgelagerten Seite der Dichtungsrippe 6' strömt.
Währenddessen lässt die Dichtungsrippe 6 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Leckdampf SL strömen, wie es mittels eines Pfeils mit einfach gestrichelter Linie in 4A gezeigt ist. Das Vorhandensein des Vorsprungs 62, der vorgelagert an der Spitze der Dichtungsrippe 6 hervorsteht, erlaubt, dass sich die Richtung D des Stroms des Leckdampfs SL zu der vorgelagerten Seite (d. h. der Seite gegenüberliegend der Seite, durch die der Strom die Dichtungsrippe 6 passiert) an dem Ablösungspunkt Pe richtet, und folglich ist es möglich, einen Kontraktionsstrom zu erhalten, der stärker ist als der, der von der herkömmlichen idealen Dichtungsrippe 6* erhalten wird. Somit wird der wesentliche Spielraum h1 des Leckdampfs SL nach der Kontraktion schmaler als der wesentliche Spielraum h1* der herkömmlichen idealen Dichtungsrippe 6*.
Das kommt, weil das Vorhandensein des scharfen Vorsprungs 62, der hin zu der vorgelagerten Seite hervorsteht, den Strömungswiderstand gegen den Leckdampf SL erhöht, und auch, weil der Leckdampf SL einmal zu der vorgelagerten Seite geführt wird und, wenn er eine Wende macht, um durch den Spielraum m zwischen der Dichtungsrippe 6 und dem kreisförmigen Steg 51 zu verlaufen, strömt der Leckdampf SL in die Nachbarschaft des kreisförmigen Stegs 51 aufgrund der Wende (was bedeutet, dass sich der wesentliche Spielraum h1 verschmälert).
Zusätzlich zu dem obigen löst sich, da der Vorsprung 62 geschärft wird, der Leckdampf SL an der Spitze 62c des Vorsprungs ab, sodass der wesentliche Spielraum des Leckdampfs SL vor der Kontraktion gleich (oder im Wesentlichen gleich) dem grafischen Spielraum h ist.
Entsprechend wird der Kontraktionskoeffizient (h1/h) der Dichtungsrippe 6 kleiner als der (h1*/h) der herkömmlichen idealen Dichtungsrippe 6* (was bedeutet, dass die höhere Kontraktionsstromwirkung erhalten werden kann). Daher nimmt die Leckstrommenge FL ab.
Hier werden nun bevorzugte Bereiche der Hauptabmessungen L1, θ1 und θ2 des scharfen Vorsprungs 62 mit Bezug auf 3 und 5 beschrieben.
5 ist eine Grafik, die ein Ergebnis des Analysierens der Korrelation zwischen der Unterdrückungswirkung E auf die Leckstrommenge, die Länge L1 des scharfen Vorsprungs 62 entlang der Achsenrichtung A, und den Winkel (den Winkel, der von der Innenumfangskantenfläche 62a und der Rückfläche 62b definiert ist) θ1 des scharfen Vorsprungs 62 zeigt. Die Unterdrückungswirkung E stellt eine Leckverminderungsmenge dar, unter der Annahme, dass 100 % der maximalen Leckverminderungsmenge entspricht, die erhalten wird, wenn der Winkel θ1 45 Grad beträgt, wobei die Länge L1 das 0,25-fache der Länge L0 des Rippenhauptkörpers 61 entlang der Achsenrichtung A ist.
Wenn die Länge L1 des scharfen Vorsprungs 62 übermäßig kurz ist, verliert der scharfe Vorsprung 62 seine ursprüngliche Funktion als ein Vorsprung und verschlechtert die Unterdrückungswirkung E, und wenn die Länge L1 des scharfen Vorsprungs 62 übermäßig lang ist, verbreitert sich der Leckdampf SL, der von der Wirkung des scharfen Vorsprungs 62 verengt ist, auf der nachgelagerten Seite, während er den winzigen Spielraum m passiert (d. h., der wesentliche Spielraum weitet sich), sodass der Leckdampf SL erneut an der Grundfläche der Dichtungsfläche 6 haftet und die Unterdrückungswirkung E verschlechtert. Entsprechend stellen die Länge L1 und die Unterdrückungswirkung E auf die Leckmenge die in 5 gezeigte Beziehung her.
Mit Blick auf 5 ist die Länge L1 des scharfen Vorsprungs 62 vorzugsweise das 1,5-fache der Länge L0 des Rippenhauptkörpers 61 entlang der Achsenrichtung A oder weniger (L1≤1,5×L0), um die Unterdrückungswirkung E von 50 % oder mehr zu erhalten, und ist bevorzugter mindestens das 0,1-fache und höchstens das 0,5-fache der obigen Länge L0 (0,1×L0≤5L1≤50,5×L0), um die Unterdrückungswirkung E von 80 % oder mehr zu erhalten.
Da ein kleinerer Winkel θ1 des scharfen Vorsprungs 62 (mit anderen Worten, ein dünnerer scharfer Vorsprung 62) die Stromrichtung D (siehe 4A) des Leckdampfs SL an dem Ablösungspunkt Pe hin zu der vorgelagerten Seite leiten kann, ist der Winkel θ1 vorzugsweise kleiner. Genau gesagt ist, da die Stromrichtung D nahe der orthogonalen Richtung sein kann (der Richtung, die in Bezug auf den kreisförmigen Steg 51 gerade ist), der bevorzugte Winkel θ1 75 Grad oder weniger (θ1≤75), und ist bevorzugter 45 Grad oder weniger (θ1≤45), weil die Stromrichtung D zu der vorgelagerten Seite gerichtet werden kann.
Der Winkel θ2 von 3 stellt den Kippwinkel des scharfen Vorsprungs 62 dar und entspricht einem Schnittwinkel der Halbierenden B, die den Winkel θ1 des scharfen Vorsprungs 62 und die parallele Linie P halbiert. Die parallele Linie P ist eine Linie, die parallel zu der Innenumfangskantenfläche 61c ist und auf der Außenumfangsseite in der Radiusrichtung R in Bezug auf die Innenumfangskantenfläche 61c des Rippenhauptkörpers 61 positioniert ist.
Durch Fokussieren des Schnittwinkels auf der linken Seite des Schnittpunkts der Halbierenden B und der parallelen Linie P, wird der Schnittwinkel, an dem die Halbierende B niedriger wird als die parallele Linie P, als negativ (minus) bezeichnet, und der Schnittwinkel, an dem die Halbierende B höher wird als die parallele Linie P, wird als positiv (plus) bezeichnet. Entsprechend ist in dem Beispiel von 3 der Kippwinkel θ2 des scharfen Vorsprungs 62 negativ.
Da die Stromrichtung D des Leckstroms SL an dem Ablösungspunkt Pe nahe der orthogonalen Richtung (der Richtung, die in Bezug auf den kreisförmigen Steg 51 ist) sein kann, ist der Kippwinkel θ2 vorzugsweise in dem Bereich von -60 Grad oder mehr und 60 Grad oder weniger (-60≤θ2≤60). Da ein übermäßig großer Winkel θ2 die Position der Vorsprungsspitze 62c und wiederum den Ablösungspunkt veranlasst, von dem kreisförmigen Steg 51 abzuweichen und folglich den grafischen Spielraum zwischen der Vorsprungsspitze 62c und dem kreisförmigen Steg 51 weitet, ist ein bevorzugterer Bereich des Winkels θ2 -60 Grad oder mehr und 0 Grad oder weniger (-60≤θ2≤0).
Das Ergebnis der Analyse, das in 5 gezeigt ist, nimmt an, dass der Kippwinkel θ2 des scharfen Vorsprungs 62 -10 Grad ist.
Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsrippe
Nun erfolgt eine Beschreibung in Bezug auf das Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsrippe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 6A, 6B und 6C. Das Verfahren führt in dieser Reihenfolge, einen Schneideschritt, der in 6A gezeigt ist, und einen Schleifschritt, der in 6B gezeigt ist, aus, um die Herstellung der Stufendichtung 6 zu beenden, wie in 6C gezeigt.
In dem Schneideschritt, der in 6A gezeigt ist, wird ein zukünftiger Ausschnittsabschnitt 101 (ein gepunkteter Abschnitt in 6A), der an dem Kantenabschnitt angeordnet ist und aus einem Rippenrohmaterial 100 gebildet ist, mit dem Schneidemesser 200 einer Schneideeinrichtung geschnitten. Der zukünftige Ausschnittsabschnitt 101 wird auf einen vorbestimmten Bereich (eine vorbestimmte Dicke ΔT von einer Kantenoberfläche 100a) in der Dickenrichtung T (der Richtung, die mit der Radiusrichtung R übereinstimmt, wenn die Dichtungsrippe an dem Gehäuse 10 montiert ist) von der Kantenoberfläche 100a des Rippenrohmaterials 100 eingestellt. Mit anderen Worten wird die Abmessung des Rippenrohmaterials 100 unter Berücksichtigung der Dicke ΔT des zukünftigen Ausschnittsabschnitts 101 in Bezug auf das Produkt (d. h. die Dichtungsrippe 6) eingestellt.
Das Schneidemesser 200 wird hin zu der Schneiderichtung C vorangetrieben (der Richtung, die sich entlang der Achsenrichtung A erstreckt, wenn die Dichtungsrippe 6 an dem Gehäuse 10 montiert ist), die die Dickenrichtung T kreuzt, um den zukünftigen Ausschnittsabschnitt 101 abzuschneiden.
Wenn das Vorantreiben fortschreitet, sodass der Rest des zukünftigen Ausschnittsabschnitts 101 gering ist, biegt sich der Rest hin zu der Schneiderichtung C, sodass er der Antriebskraft des Schneidemessers 200 nicht standhält, und wird folglich in dem Vorsprung 101' gebildet (d. h. verbleibt in der Form einer fluchtrechten Oberfläche), sodass das Rippenrohmaterial 100 ein Zwischenprodukt 100' wird. Der Schneideprozess kann durch Elektroerosionsbearbeitung ersetzt werden.
In dem Schneideschritt, der in 6B gezeigt ist, wird die Fläche (nachfolgend als nicht bearbeitete Fläche bezeichnet) 103 auf der gegenüberliegenden Seite der Schnittfläche 102 noch nicht verarbeitet und wird dann von der Schleifvorrichtung 201 geschliffen. Folglich wird, wie in 6C gezeigt, der Vorsprung 101' in dem scharfen Vorsprung 62 gebildet, der eine scharfe Spitze aufweist, und die Herstellung der Dichtungsrippe 6 ist beendet.
Der Winkel θ1 (siehe 3) des scharfen Vorsprungs 62 kann gemäß der Schleifmenge und dem Schleifwinkel angepasst werden. Der Kippwinkel θ2 (siehe 3) des scharfen Vorsprungs 62 kann mittels der Schubkraft angepasst werden, die die Schleifvorrichtung 201 auf den Vorsprung 101' aufbringt, wenn die Schleifvorrichtung 201 den Vorsprung 101' schleift, um den scharfen Vorsprung 62 zu bilden. Das Verfahren kann überdies einen Verarbeitungsschritt des Anpassens des Kippwinkels θ2 des scharfen Vorsprungs 62 durch beispielsweise einen Biegeprozess separat von dem Schleifschritt umfassen.
Es wird bevorzugt, dass der Abschnitt zwischen der Vorderfläche 61a des Rippenhauptkörpers 61 und der Rückfläche 62b des scharfen Vorsprungs 62 geschliffen wird, sodass er die Vorderfläche 61a und die Rückfläche 62b reibungslos koppelt, indem er beispielsweise den Abschnitt abrundet, weil eine solche Struktur den Leckdampf SL reibungslos führen kann.
Vorteile
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können folgende Vorteile gewährleistet werden.
Wie in 4A gezeigt, wird der Leckdampf SL, der hin zu dem winzigen Spielraum (Spielraum) m zwischen der Dichtungsrippe 6 und dem kreisförmigen Steg 51 strömt, von dem Vorsprung 62 geführt, der an dem Innenumfangskantenabschnitt 61b der Dichtungsrippe 6 gebildet ist, sodass er hin zu der vorgelagerten Seite hervorsteht. Folglich richtet sich die Stromrichtung D des Leckdampfs SL zu der vorgelagerten Seite (der Richtung gegenüberliegend der Richtung, in der der Strom die Dichtungsrippe 6 passiert) an dem Ablösungspunkt Pe, sodass der Kontraktionsstrom des Leckdampfs SL gefestigt wird und eine hohe Leckunterdrückungswirkung erhalten werden kann.
Da der Vorsprung 62 in einem scharfen Vorsprung gebildet ist, der eine scharfe Spitze aufweist, ist der Ablösungspunkt, an dem sich der Leckdampf SL von der Dichtungsrippe 6 ablöst, an der Vorsprungsspitze 62c gebildet. Entsprechend ist es möglich, den Umfang zu vermeiden, an dem „die Leckunterdrückungswirkung von einer abgerundeten Spitze des Vorsprungs 62 verschlechtert wird“. Mit anderen Worten ist es möglich, zu verhindern, dass sich der Ablösungspunkt Pe zu der Wurzelseite (zu dem Gehäuse 10, aufwärts in 4) in Bezug auf die Vorsprungsspitze 62c bewegt, wodurch unterdrückt wird, dass der winzige Spielraum m zwischen der Dichtungsrippe 6 und dem kreisförmigen Steg 51 im Wesentlichen geweitet wird.
Überdies gewährleistet das Einstellen der Länge L1, des Winkels θ1 und des Kippwinkels θ2, die die Hauptabmessungen des scharfen Vorsprungs 62 sind, auf jeweilige angemessene Bereiche eine höhere Leckunterdrückungswirkung.
Die Verwendung einer solchen Dichtungsrippe 6, die eine hohe Leckunterdrückungswirkung aufweist, kann den Leckverlust in der Dampfturbine 1 unterdrücken und kann einen hohen Turbinenwirkungsgrad gewährleisten.
Da der Vorsprung 62 unter Verwendung der fluchtrechten Oberfläche vorgesehen wird, die im Verlauf des Schneideprozesses erzeugt wird, kann der Vorsprung 62 bei geringen Kosten vorgesehen werden, was die Anforderung zum Entfernen der fluchtrechten Oberfläche beseitigt.
Verschiedenes

(1) Die Form der Spitze der Dichtungsrippe 6 ist nicht auf die der vorhergehenden Ausführungsform begrenzt. Alternativ kann die Struktur von 7 auf die Ausgestaltung der obigen Ausführungsform angewandt werden, die in 3 gezeigt ist. Wie in 7 gezeigt, wird eine geneigte Fläche 61e gebildet, indem der Abschnitt zwischen der Rückfläche (d. h. der Fläche, die der nachgelagerten Seite zugewandt ist) 61d und der Innenumfangskantenfläche 61c des Rippenhauptkörpers 61 schief abgeschnitten wird, und neigt sich zu der vorgelagerten bzw. stromaufwärtigen Seite, wenn sie sich der Innenumfangskantenfläche 61c nähert (d. h. der Innenumfangsseite zugewandt ist (der Seite der Achsenlinie CL)). Wenn die gesamte Länge (=L1+L0) der Dichtungsrippe 6 entlang der Achsenrichtung A lang ist, verbreitert sich der Leckdampf SL, der von der Wirkung des scharfen Vorsprungs 62 verengt wird, auf der nachgelagerten Seite, sodass der Dampfstrom SL erneut an der Grundfläche der Dichtungsfläche 6 haftet. Unter Berücksichtigung des obigen verbessert eine kürzere Länge der Dichtungsrippe 6 entlang der Achsenrichtung A die Leckunterdrückungswirkung der Dichtungsrippe 6. Die Struktur von 7 kann die Länge der Dichtungsrippe 6 entlang der Achsenrichtung A verkürzen, und kann dabei die Leckunterdrückungswirkung verbessern.
(2) In der obigen Ausführungsform werden das Gehäuse 10 und der kreisförmige Steg 51 als die erste Struktur bzw. die zweite Struktur der vorliegenden Erfindung angesehen, die Dichtungsrippe 6 ist auf dem Gehäuse 10 gebildet. In einer entgegengesetzten Weise können der kreisförmige Steg 51 und das Gehäuse 10 als die erste Struktur bzw. die zweite Struktur der vorliegenden Erfindung angesehen werden, und die Dichtungsrippe 6 kann auf dem kreisförmigen Steg 51 gebildet sein.
(3) In der obigen Ausführungsform ist die Dichtungsstruktur der vorliegenden Erfindung auf die Dichtungsstruktur zwischen dem Gehäuse 10 und den drehenden Schaufeln 50 angewandt, kann jedoch alternativ auf die Dichtungsstruktur zwischen dem drehenden Achsenhauptkörper 31 und den stationären Schaufeln 40 angewandt werden.
(4) Die obige Ausführungsform verwendet einen stufenartigen kreisförmigen Steg 51, kann aber alternativ einen geraden kreisförmigen Steg verwenden.
(5) In der obigen Ausführungsform ist der scharfe Vorsprung 62 für jede der Dichtungsrippen 6A, 6B und 6C vorgesehen. Alternativ ist es zufriedenstellend, dass der scharfe Vorsprung 62 mindestens an einer der Dichtungsrippen 6A, 6B und 6C vorgesehen ist.
(6) In der obigen Ausführungsform wird der Vorsprung 62 in einen scharfen Vorsprung geschliffen, der eine scharfe Spitze aufweist, indem er durch den Schleifschritt geschliffen wird, aber der Schleifschritt kann weggelassen werden. Mit anderen Worten kann das Zwischenprodukt 100', das in 6B gezeigt ist, bevor es geschliffen wird, als die Produktdichtungsrippe, die Vorsprünge 101' aufweist, in der Dichtungsstruktur und in der Turbomaschine der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Auch, wenn sie nicht so gebildet sind, dass sie scharf sind, können die Vorsprünge 101' den Leckdampf SL auf der vorgelagerten Seite führen, sodass die Leckunterdrückungswirkung verbessert werden kann, indem die Wirkungen unterbunden werden, die von der abgerundeten Spitze verursacht werden.
(7) Die obige Ausführungsform beschreibt ein Beispiel dafür, bei dem die vorliegende Erfindung auf eine Dampfturbine angewandt wird. Alternativ kann die vorliegende Erfindung auf die Dichtung einer Turbomaschine angewandt werden, d. h. eine Gasturbine oder einen Turbokompressor, ausgenommen für eine Dampfturbine. Überdies kann die vorliegende Erfindung auf eine Dichtung zwischen zwei Strukturen angewandt werden, die in einer Maschine (wie einem Drehgelenk) relativ zueinander drehen, ausgenommen für die Turbomaschine.

Bezugszeichenliste

1:: Dampfturbine (Turbomaschine)
2:: Dichtungsstruktur
3:: Stufenabschnitt
4:: Grundfläche
5:: Stufenfläche
6,6A,6B,6C:: Dichtungsrippe
10:: Gehäuse (erste Struktur oder zweite Struktur)
25,26:: Hohlraum
30:: Drehachse
31:: drehender Achsenhauptkörper
40:: stationäre Schaufel
50:: drehende Schaufel
51:: kreisförmiger Steg (erste Struktur oder zweite Struktur)
61:: Rippenhauptkörper
61a:: Vorderfläche des Rippenhauptkörpers 61
61b:: Innenumfangskantenabschnitt (Spitzenabschnitt) der Vorderseite 61a
61c:: Innenumfangskantenfläche (Spitzenfläche) des Rippenhauptkörpers
61d:: Rückfläche des Rippenhauptkörpers 61
61e:: geneigte Fläche des Rippenhauptkörpers 61
62:: scharfer Vorsprung
62a:: Innenumfangskantenfläche (Spitzenfläche) des scharfen Vorsprungs 62
62b:: Rückfläche des scharfen Vorsprungs 62
62c:: Vorsprungsspitze
100:: Rippenrohmaterial
100':: Zwischenprodukt
100a:: Spitzenfläche des Rippenrohmaterials 100
101:: zukünftiger Ausschnittsabschnitt
101':: Vorsprung (fluchtrechte Oberfläche)
102:: Ausschnittsfläche des Vorsprungs 101'
103:: nicht verarbeitete Fläche des Vorsprungs 101'
200:: Schneidemesser
201:: Schleifvorrichtung
A:: Achsenrichtung
B:: Halbierende des Winkels θ1
C:: Schneiderichtung
CL:: Achsenlinie
D,D',D*:: Stromrichtung des Leckdampfs SL
Gd:: Spalt
h:: Spielraumabmessung zwischen Dichtungsrippe 6 und kreisförmigem Steg 51, grafischer Spielraum
h1,h1',h1*:: wesentlicher Spielraum des Leckdampfs SL
L0:: Längenabmessung des Rippenhauptkörpers 61 entlang der Achsenrichtung A
L1:: Längenrichtung des scharfen Vorsprungs 62 entlang der Achsenrichtung A
m:: winziger Spielraum (Spielraum)
R:: Radiusrichtung
S:: Dampf (Fluid)
SL:: Leckdampf
T:: Dickenrichtung
ΔT:: Dicke des zukünftigen Ausschnittsabschnitts 101
Δh:: Bewegungsmenge des wesentlichen Spielraums
θ1:: Winkel des scharfen Vorsprungs 62
θ2:: Kippwinkel des scharfen Vorsprungs 62

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008196522 [0005]
JP 2013019537 [0005]

Claims

Dichtungsrippe, die ein Leck eines Fluids von einem Spalt zwischen einer ersten Struktur und einer zweiten Struktur unterdrückt, die einander in einer Radiusrichtung mit dem Spalt dazwischen zugewandt sind und um eine Achsenlinie in Bezug zueinander drehen, und die sich von der ersten Struktur hin zu der zweiten Struktur erstreckt, während ein Spielraum zwischen einer Spitzenfläche davon auf einer Erstreckungsrichtung und der zweiten Struktur beibehalten wird, wobei die Dichtungsrippe umfasst: einen Rippenhauptkörper, der sich in der Radiusrichtung erstreckt; und einen Vorsprung, der zwischen einer Vorderfläche, die einer vorgelagerten Seite in einer Stromrichtung des Fluids an dem Rippenhauptkörper zugewandt ist, und der Spitzenfläche, die der zweiten Struktur zugewandt ist, gebildet ist, wobei der Vorsprung hin zu der vorgelagerten Seite hervorsteht, wobei eine Länge des Vorsprungs entlang der Achsenlinie das 1,5-fache einer Länge des Rippenhauptkörpers entlang der Achsenlinie oder weniger ist; ein Winkel des Vorsprungs 75 Grad oder weniger ist; und ein Kippwinkel des Vorsprungs in Bezug auf die Spitzenfläche des Rippenhauptkörpers in einem Bereich von -60 Grad oder mehr und 60 Grad oder weniger eingestellt ist.
Dichtungsrippe nach Anspruch 1, wobei der Vorsprung ein scharfer Vorsprung ist, der eine scharfe Spitze aufweist.
Dichtungsrippe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rippenhauptkörper eine geneigte Fläche umfasst, die zwischen der Spitzenfläche und einer Rückfläche gebildet ist, die einer nachgelagerten Seite in der Stromrichtung des Fluids zugewandt ist, wobei die geneigte Fläche der Achsenlinie zugewandt ist.
Dichtungsrippe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Länge des Vorsprungs entlang der Achsenlinie mindestens das 0,1-fache und höchstens das 0,5-fache einer Länge des Rippenhauptkörpers entlang der Achsenlinie ist.
Dichtungsrippe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Vorsprung eine Kantenfläche aufweist, die der zweiten Struktur zugewandt ist und fluchtrecht mit der Spitzenfläche des Rippenhauptkörpers ist.
Dichtungsstruktur, die eine Leckage eines Fluids von einem Spalt zwischen einer ersten Struktur und einer zweiten Struktur unterdrückt, die einander in einer Radiusrichtung mit dem Spalt dazwischen zugewandt sind, und um eine Achsenlinie in Bezug zueinander drehen, wobei die Dichtungsstruktur umfasst: eine Dichtungsrippe, die in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert ist und so auf der ersten Struktur gebildet ist, dass sie sich hin zu der zweiten Struktur erstreckt, während ein Spielraum zwischen einer Spitzenfläche davon auf einer Erstreckungsrichtung und der zweiten Struktur beibehalten wird.
Turbomaschine, umfassend die Dichtungsstruktur, die in Anspruch 6 definiert ist.
Verfahren zum Herstellen einer Dichtungsrippe in einer Dichtungsstruktur, die ein Leck eines Fluids von einem Spalt zwischen einer ersten Struktur und einer zweiten Struktur unterdrückt, die einander in einer Radiusrichtung mit dem Spalt dazwischen zugewandt sind und um eine Achsenlinie in Bezug zueinander drehen, wobei sich die Dichtungsrippe von der ersten Struktur hin zu der zweiten Struktur erstreckt, während ein Spielraum zwischen einer Spitzenfläche davon auf einer Erstreckungsrichtung und der zweiten Struktur beibehalten wird, wobei das Verfahren umfasst: einen Schneideschritt des Einstellens in einem Rippenrohmaterial eines vorbestimmten Bereichs von einer Oberfläche einer Spitzenfläche in einer Dickenrichtung, der ein zukünftiger Ausschnittsabschnitt ist, und Bilden eines Vorsprungs, der hin zu einer Schneiderichtung hervorsteht, die die Dickenrichtung kreuzt, indem der zukünftige Ausschnittsabschnitt in der Schneiderichtung geschnitten wird, wobei der Vorsprung auf einer Fläche gebildet ist, die die Schneiderichtung kreuzt.
Verfahren nach Anspruch 8, überdies umfassend: einen Schleifschritt des Schleifens des Vorsprungs in einen scharfen Vorsprung, der eine scharfe Spitze aufweist.