JP2023150867A - 回転機械 - Google Patents
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Abstract
【課題】接触リスクを低減しながらリーク流の流量を抑制ことができる回転機械を提供する。【解決手段】軸線回りに回転するロータと、ロータを囲うステータと、ステータに支持されて、ロータとステータとの間の空間を軸線方向一方側の高圧側空間と軸線方向他方側の低圧側空間とに区画するシールリングと、とを備え、シールリングは、軸線方向に延びる一様な内径の円筒面状をなすリング内周面と、リング内周面に開口するとともに軸線方向に配列された複数の第一穴部と、を有し、ロータは、リング内周面に対して径方向に対向するとともに軸線方向に延びる一様な外径の円筒面状をなし、リング内周面とともに軸線方向にわたって延びる環状空間を区画形成する対向外周面と、対向外周面に開口するとともに、軸線方向に配列された複数の第二穴部と、を有する。【選択図】図3
Description
本開示は、回転機械に関する。
特許文献1には、ロータとステータとの間の空間を高圧側と低圧側とに区画するシールリングを有する回転機械が開示されている、シールリングにおけるロータの外周面に対向するシール面には、複数の穴部が形成されている。また、シールリングには、径方向内側に向かって突出する複数のフィンが設けられている。ロータの外周面には、複数の段差部が設けられている。シールリングのフィンとロータの段差部が交互に配置されることにより、リーク流を低減させるラビリンス構造が構成されている。
ところで上記の回転機械では、ロータに軸線方向の変位が生じた場合に、シールリングのフィンとロータの段差部とが互いに接触するおそれがある。また、ロータとステータとのクリアランスを通過するリーク流の流量を低減することが望まれている。
本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、接触リスクを低減しながらリーク流を抑制することができる回転機械を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示に係る回転機械は、軸線回りに回転するロータと、前記ロータを囲うステータと、前記ステータに支持されて、前記ロータと前記ステータとの間の空間を前記軸線方向一方側の高圧側空間と前記軸線方向他方側の低圧側空間とに区画するシールリングと、とを備え、前記シールリングは、前記軸線方向に延びる一様な内径の円筒面状をなすリング内周面と、前記リング内周面に開口するとともに前記前記軸線方向に配列された複数の第一穴部と、を有し、前記ロータは、前記リング内周面に対して径方向に対向するとともに前記軸線方向に延びる一様な外径の円筒面状をなし、前記リング内周面とともに前記軸線方向にわたって延びる環状空間を区画形成する対向外周面と、前記対向外周面に開口するとともに、前記軸線方向に配列された複数の第二穴部と、を有する。
本開示の回転機械によれば、接触リスクを低減しながらリーク流の流量を抑制することができる。
<第一実施形態>
以下、本発明の第一実施形態について図1~図4を参照して詳細に説明する。
以下、本発明の第一実施形態について図1~図4を参照して詳細に説明する。
<蒸気タービンの基本構成>
図1に示すように、本実施形態に係る回転機械としての蒸気タービン1は、ロータ2、内車室5、翼環6、ステータとしてのダミーリング10、外車室11、蒸気供給管13及びシールリング20を備えている。
図1に示すように、本実施形態に係る回転機械としての蒸気タービン1は、ロータ2、内車室5、翼環6、ステータとしてのダミーリング10、外車室11、蒸気供給管13及びシールリング20を備えている。
ロータ2は、回転軸3と複数の動翼4とを有している。回転軸3は、水平方向に延びる軸線Oに沿って延びている。ロータ2は、図示しない軸受装置によって軸線O回りに回転可能とされている。
動翼4は、ロータ2における軸線O方向一方側(図1における右側)寄りの部分に、該ロータ2と一体に固定されている。動翼4は、回転軸3の外周面から径方向外側に向かって延びており、周方向に間隔をあけて設けられることで動翼列を構成している、このような動翼列が軸線O方向に間隔をあけて複数設けられている。
動翼4は、ロータ2における軸線O方向一方側(図1における右側)寄りの部分に、該ロータ2と一体に固定されている。動翼4は、回転軸3の外周面から径方向外側に向かって延びており、周方向に間隔をあけて設けられることで動翼列を構成している、このような動翼列が軸線O方向に間隔をあけて複数設けられている。
内車室5は、ロータ2における軸線O方向の中央よりも軸線O方向他方側(図1における左側)の部分を囲う筒状をなしている。
翼環6は、ロータ2における軸線O方向一方側の部分を囲う筒状をなす翼環本体7を有している。翼環本体7の軸線O方向他方側の部分が内車室5に接続されている。翼環本体7の内周側には、静翼8が設けられている。静翼8は、翼環本体7から径方向内側に延びるとともに周方向に間隔をあけて設けられることで静翼列を構成している。このような静翼列が軸線O方向に間隔をあけて複数設けられている。静翼列と動翼列とは軸線O方向に順次交互に配置されている。
翼環6は、ロータ2における軸線O方向一方側の部分を囲う筒状をなす翼環本体7を有している。翼環本体7の軸線O方向他方側の部分が内車室5に接続されている。翼環本体7の内周側には、静翼8が設けられている。静翼8は、翼環本体7から径方向内側に延びるとともに周方向に間隔をあけて設けられることで静翼列を構成している。このような静翼列が軸線O方向に間隔をあけて複数設けられている。静翼列と動翼列とは軸線O方向に順次交互に配置されている。
ダミーリング10は、ロータ2における軸線O方向他方側の部分を覆う筒状をなしている。ダミーリング10は、軸線O方向一方側の部分が内車室5に接続されている。
外車室11は、ロータ2、内車室5、翼環6及びダミーリング10を覆っている。ロータ2の軸線O方向の端部はダミーリング10の内外を貫通している。外車室11の一部には、該外車室11を内外に貫通する排気口12が形成されている。
外車室11は、ロータ2、内車室5、翼環6及びダミーリング10を覆っている。ロータ2の軸線O方向の端部はダミーリング10の内外を貫通している。外車室11の一部には、該外車室11を内外に貫通する排気口12が形成されている。
蒸気供給管13は、外車室11の内外を貫通するとともに内車室5の内外を貫く管状の部材である。蒸気供給管13の一端は蒸気の供給口とされており、他端は内車室5の内側の空間に連通している。蒸気供給管13を介して内車室5の内側の空間に導入される蒸気は、軸線O方向一方側に向かって流通する過程で、動翼4及び回転軸3を軸線O回りに回転駆動させる。そして、蒸気は翼環6における軸線O方向一方側の端部から外車室11の内側の空間に排出され、その後、排気口12を介して外車室11の外部に排出される。
ここで、内車室5内側は高圧の蒸気が導入される高圧側空間Hとされている一方、内車室5の外側の外車室11内の空間は、動翼4及び回転軸3を駆動させた後の蒸気が存在する低圧側空間Lとされている。これら高圧側空間Hと低圧側空間Lとの圧力差によって、内車室5に導入された蒸気の一部は、ダミーリング10と回転軸3との間を軸線O方向他方側に向かってリーク流Fとして流通しようとする。ダミーリング10は、このようなリーク流Fを低減するために設けられている。
<シールリング>
図1に示すように、シールリング20は、ダミーリング10と回転軸3との間の空間に設けられている。
図2及び図3(図3は図1と左右を反転させている。)に示すように、シールリング20は軸線Oを中心とする環状をなしており、本実施形態では、軸線O方向一方側(図3における左側)から軸線O方向他方側(図3における右側)にわたって延びる円筒形状をなしている。
図1に示すように、シールリング20は、ダミーリング10と回転軸3との間の空間に設けられている。
図2及び図3(図3は図1と左右を反転させている。)に示すように、シールリング20は軸線Oを中心とする環状をなしており、本実施形態では、軸線O方向一方側(図3における左側)から軸線O方向他方側(図3における右側)にわたって延びる円筒形状をなしている。
シールリング20は、ダミーリング10と回転軸3との間の空間を高圧側空間Hと低圧側空間Lとに区画している。シールリング20の外周面は、ダミーリング10に一体に固定されている。したがって、シールリング20は回転することのない静止側の部材である。
シールリング20の内周面は、回転軸3の外周面とクリアランスを介して径方向に対向するリング内周面21とされている。リング内周面21は、軸線O方向にわたって一様な内径の円筒面状をなしている。即ち、リング内周面21は、シールリング20の軸線O方向一方側の端部から軸線O方向他方側の端部にわたって、突起物等のない一様な円筒面状とされている。
リング内周面21には、該リング内周面21に開口するとともに該リング内周面21から回転軸3の径方向外側に凹む複数の第一穴部30が形成されている。第一穴部30は、リング内周面21の全域に複数が形成されている。第一穴部30は同一の軸線O方向位置で周方向に複数が配列されることで第一穴群を形成している。このような第一穴群は、リング内周面21を敷き詰めるように軸線O方向に複数が配列されている。即ち、第一穴部30は、軸線O方向及び周方向に間隔をあけてリング内周面21の全域にマトリックス状に配列されている。
図4に示すように、第一穴部30は、回転軸3の径方向に一致して延びる第一中心軸線O1を中心として延びている。第一穴部30は、第一中心軸線O1に直交する断面形状が円形をなしている。即ち、第一穴部30は、断面形状が延在方向全域にわたって一様な円形をなしている。第一穴部30の内周となる第一内壁面は、第一中心軸線O1を中心とする円筒面状をなしている。第一穴部30における径方向外側の底部は、第一内壁面に接続された第一底面32とされている。第一底面32は、第一穴部30における径方向外側の端部である。
<ロータの対向外周面>
ロータ2の外周面におけるシールリング20のリング内周面21の径方向内側に対向する部分は、対向外周面40とされている。対向外周面40は、軸線O方向にわたって一様な外径の円筒面状をなしている。即ち、対向外周面40は、軸線O方向及び周方向の全域において、突起物等のない一様な円筒面状をなしている。
ロータ2の外周面におけるシールリング20のリング内周面21の径方向内側に対向する部分は、対向外周面40とされている。対向外周面40は、軸線O方向にわたって一様な外径の円筒面状をなしている。即ち、対向外周面40は、軸線O方向及び周方向の全域において、突起物等のない一様な円筒面状をなしている。
対向外周面40の外径は、シールリング20のリング内周面21の内径よりも一回り小さい。これによって、対向外周面40とリング内周面21との間には、軸線O方向にわたって一様な形状の環状空間Sが形成されている。環状空間Sは、軸線Oを中心とした円筒形状をなす空間である。
対向外周面40には、該対向外周面40に開口するとともに該対向外周面40から回転軸3の径方向内側に凹む複数の第二穴部50が形成されている。第二穴部50は、対向外周面40の全域に複数が形成されている。第二穴部50は同一の軸線O方向位置で周方向に複数が配列されることで第二穴群を形成している。このような第二穴群は、対向外周面40を敷き詰めるように軸線O方向に複が配列されている。即ち、第二穴部50は、軸線O方向及び周方向に間隔をあけて対向外周面40の全域にマトリックス状に配列されている。
図4に示すように、第二穴部50は、径方向に一致して延びる第二中心軸線O2を中心として延びている。第二穴部50は、第二中心軸線O2に直交する断面形状が円形をなしている。即ち、第二穴部50は、断面形状が延在方向全域にわたって一様な円形をなしている。第二穴部50の内周となる第二内壁面は、第二中心軸線O2を中心とする円筒面状をなしている。第二穴部50における径方向内側の底部は、第二内壁面に接続された第二底面52とされている。第二底面52は、第二穴部50における径方向内側の端部である。
<第一穴部及び第二穴部の詳細構造>
詳しくは図4に示すように、リング内周面21における第一穴部30の開口面積と対応外周面における第二穴部50の開口面積を比較した場合、第一穴部30の開口面積の方が第二穴部50の開口面積よりも大きい。即ち。第一穴部30の断面形状(開口形状)の円形は、第二穴部50の断面形状(開口形状)の円形よりも直径が大きい。軸線Oを含む断面視においては、第一穴部30の軸線O方向の開口寸法(最大開口寸法)は、第二穴部50の軸線O方向の開口寸法(最大開口寸法)よりも小さい。
詳しくは図4に示すように、リング内周面21における第一穴部30の開口面積と対応外周面における第二穴部50の開口面積を比較した場合、第一穴部30の開口面積の方が第二穴部50の開口面積よりも大きい。即ち。第一穴部30の断面形状(開口形状)の円形は、第二穴部50の断面形状(開口形状)の円形よりも直径が大きい。軸線Oを含む断面視においては、第一穴部30の軸線O方向の開口寸法(最大開口寸法)は、第二穴部50の軸線O方向の開口寸法(最大開口寸法)よりも小さい。
また、開口面積・開口寸法の大きさに応じて、第一穴部30の深さ(リング内周面21への開口から第一底面32までの寸法)は、第二穴部50の深さ(対向外周面40への開口から第二底面52までの寸法)よりも大きい。第一穴部30及び第二穴部50における開口寸法と深さとの比であるアスペクト比は、それぞれ第一穴部30内及び第二穴部50内にて適切に渦が形成される値の範囲に設定されている。
ここで、同一の軸線O方向位置で周方向に配列された複数の第一穴部30からなる各第一穴群と、同一の軸線O方向位置で周方向に配列された複数の第二穴部50からなる各第二穴群とは、それぞれ互いに対応するように径方向に対向して設けられている。これにより、互いに対応する第一穴群と第二穴群とでは、これらを構成する第一穴部30と第二穴部50とが同一の軸線O方向位置に位置することで互いに対応している。互いに対応する第一穴部30と第二穴部50とは、いずれかの相対回転位置で互いに回転軸3の径方向に対向することになる。
本実施形態では、互いに対応する第一穴部30と第二穴部50とでは、第一穴部30の第一中心軸線O1が第二穴部50の第二中心軸線O2よりも、リーク流Fの上流側となる軸線O方向一方側に位置している。これにより、互いに対応する第一穴部30と第二穴部50とでは、第二穴部50が軸線O方向他方側(下流側)に偏って配置されている。第一穴部30における軸線O方向他方側の端部と第二穴部50における軸線O方向他方側の端部との軸線O方向位置は互いに一致している。第一穴部30における軸線O方向一方側の端部は、第二穴部50における軸線O方向一方側の端部よりもさらに軸線O方向一方側に位置している。
<作用効果>
次に本実施形態の作用効果について説明する。蒸気タービン1の運転時には、高圧側空間Hから低圧側空間Lに向かって、シールリング20とロータ2との間の環状空間Sを蒸気のリーク流Fが流通する。このリーク流Fは、圧力差に基づく軸方向成分とロータ2の回転に伴う周方向成分が存在する。このようなリーク流Fは、環状空間Sを通過する過程でシールリング20側の第一穴部30、ロータ2側の第二穴部50に導入される。第一穴部30、第二穴部50に導入されたリーク流Fの運動エネルギーは、これら第一穴部30内、第二穴部50内で渦として散逸される。これにより、高圧側空間Hから低圧側空間Lに漏れ出てしまうリーク流Fの流量が低減される。
次に本実施形態の作用効果について説明する。蒸気タービン1の運転時には、高圧側空間Hから低圧側空間Lに向かって、シールリング20とロータ2との間の環状空間Sを蒸気のリーク流Fが流通する。このリーク流Fは、圧力差に基づく軸方向成分とロータ2の回転に伴う周方向成分が存在する。このようなリーク流Fは、環状空間Sを通過する過程でシールリング20側の第一穴部30、ロータ2側の第二穴部50に導入される。第一穴部30、第二穴部50に導入されたリーク流Fの運動エネルギーは、これら第一穴部30内、第二穴部50内で渦として散逸される。これにより、高圧側空間Hから低圧側空間Lに漏れ出てしまうリーク流Fの流量が低減される。
ここで本実施形態では、互いに対向するシールリング20側のリング内周面21とロータ2側の対向外周面40とは、それぞれ軸線O方向にわたって一様な径の円筒面状をなしている。そして、これらリング内周面21、対向外周面40にはそれぞれ突起物が形成されておらず、リング内周面21、対向外周面40のそれぞれが最表面に位置した構成とされている。そのため、例えばロータ2が軸線O方向に変位した場合であっても、ロータ2とシールリング20とが互いに接触してしまうことはない。即ち、ロータ2とシールリング20との接触のリスクを低減させることができる。
一方で、リング内周面21、対向外周面40の双方に突起物がないことから、これらの間にはリーク流Fが通過し易い環状空間Sが形成されてしまう。リング内周面21と対向外周面40と間のクリアランス(環状空間Sの径方向の厚さ)を小さくすればリーク流Fを低減させることができるがクリアランスの最小寸法には限界がある。
これに対して本実施形態では、リング内周面21と対向外周面40との双方に第一穴部30、第二穴部50といった穴部を設けたことで、リーク流Fの軸線O方向成分を径方向内側、径方向外側の双方で穴部内に誘導することができる。これにより、リーク流Fのエネルギーの散逸を効果的に図ることができる。そのため、接触リスクを低減させるためにリング内周面21、対向外周面40の双方を非突起構造としても、第一穴部30と第二穴部50の寄与によってリーク流Fが極端に増大してしまうことは。即ち、接触リスクを回避しながらリーク流Fの流量の低減を図ることが可能となる。
ここで図4に示すように、第一穴部30に導入されたリーク流Fの軸線O方向成分によって、第一穴部30内では軸線Oを含む断面で縦渦としての第一渦V1が形成される。そして、この第一渦V1の一部が剥離することで、リーク流Fの下流側かつ径方向内側に向かって飛び出すような剥離流れPが形成される。この剥離流れPによってリーク流Fを径方向内側に効果的に誘導することができる。
本実施形態では、第一穴部30に対応する第二穴部50が、軸線O方向他方側となる下流側に偏って配置されている。そのため、第一穴部30の剥離流れPの延長方向に第二穴部50の開口が位置することになる。その結果、剥離流れPによっ当該リーク流Fを、第二穴部50内に効果的に誘導することができる。これにより、第二穴部50内での縦渦である第二渦V2を強めることができ、第一穴部30、第二穴部50双方でのリーク流Fのエネルギー散逸効果をより効果的に得ることが可能となる。
<第一実施形態の第一変形例>
なお、第一実施形態の第一変形例として、例えば図5に示す構成であってもよい。第一変形例は、対応する第一穴部30と第二穴部50との配置関係が第一実施形態と相違する。
即ち、第一変形例では、互いに対応する第一穴部30と第二穴部50とでは、第一穴部30の第一中心軸線O1が第二穴部50の第二中心軸線O2よりも、下流側となる軸線O方向他方側に位置している。これにより、互いに対応する第一穴部30と第二穴部50とでは、第二穴部50が上流側となる軸線O方向一方側に偏って配置されている。第一穴部30における軸線O方向一方側の端部と第二穴部50における軸線O方向一方側の端部との軸線O方向位置は互いに一致している。第一穴部30における軸線O方向一方側の端部は、第二穴部50における軸線O方向一方側の端部よりもさらに軸線O方向他方側に位置している。
なお、第一実施形態の第一変形例として、例えば図5に示す構成であってもよい。第一変形例は、対応する第一穴部30と第二穴部50との配置関係が第一実施形態と相違する。
即ち、第一変形例では、互いに対応する第一穴部30と第二穴部50とでは、第一穴部30の第一中心軸線O1が第二穴部50の第二中心軸線O2よりも、下流側となる軸線O方向他方側に位置している。これにより、互いに対応する第一穴部30と第二穴部50とでは、第二穴部50が上流側となる軸線O方向一方側に偏って配置されている。第一穴部30における軸線O方向一方側の端部と第二穴部50における軸線O方向一方側の端部との軸線O方向位置は互いに一致している。第一穴部30における軸線O方向一方側の端部は、第二穴部50における軸線O方向一方側の端部よりもさらに軸線O方向他方側に位置している。
この第二変形例では、第二穴部50に形成された第二渦V2からの剥離流れPの延長方向に第一穴部30の開口が位置している。そのため、第二渦V2からの剥離流れPによって、第一穴部30内にリーク流Fをより誘導させることができ、第一穴部30内に入り込むリーク流Fの流量を増大させることができる。そのため、第一穴部30でのリーク流Fのエネルギー散逸効果をより一層得ることができる。
<第一実施形態の第二変形例>
<第一実施形態の第二変形例>
なお、第一実施形態の第二変形例として、例えば図6に示す構成であってもよい。第二変形例は、第一穴部30と第二穴部50との配置関係が第一実施形態と相違する。
即ち、第二変形例では、同一の軸線O方向位置で周方向に配列された複数の第一穴部30からなる各第一穴群と、同一の軸線O方向位置で周方向に配列された複数の第二穴部50からなる各第二穴群とは、軸線O方向に交互に並ぶように対向配置されている。これによって、軸線O方向に隣り合う第一穴群(第一穴部30)同士の間の軸線O方向位置に第二穴群(第二穴部50)が位置することになる
即ち、第二変形例では、同一の軸線O方向位置で周方向に配列された複数の第一穴部30からなる各第一穴群と、同一の軸線O方向位置で周方向に配列された複数の第二穴部50からなる各第二穴群とは、軸線O方向に交互に並ぶように対向配置されている。これによって、軸線O方向に隣り合う第一穴群(第一穴部30)同士の間の軸線O方向位置に第二穴群(第二穴部50)が位置することになる
これによって、上流側の第一穴部30の第一渦V1から剥離した剥離流れPにより、第二穴部50内にリーク流Fを誘導し易くすることができる。さらに、第二穴部50の第二渦V2から剥離した剥離流れPにより、下流側の第二穴部50内にリーク流Fを誘導し易くすることができる。その結果、より効果的にリーク流Fの低減効果を得ることができる。
<第二実施形態>
次に本発明の第二実施形態について図7及び図8を参照して説明する。第二実施形態では第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第二実施形態では、第二穴部50が傾斜配置されている点でが第一実施形態とは異なる。
次に本発明の第二実施形態について図7及び図8を参照して説明する。第二実施形態では第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第二実施形態では、第二穴部50が傾斜配置されている点でが第一実施形態とは異なる。
即ち、図8に示すように、第二実施形態では、第一穴部30の第一中心軸線O1が径方向に一致している一方、第二穴部50の第二中心軸線O2は、軸線O方向他方側(下流側)に向かうにしたがって径方向内側に向かって延びている。これにより、第二穴部50は、径方向に対して軸線O方向に向かって傾斜している。
そのため、第二穴部50は、上流側かつ径方向外側に向かって開口した形状となる。したがって、リーク流Fの流通方向に対して第二穴部50の開口が対向した配置となるため、第二穴部50内にリーク流Fを導入し易くすることができる。これにより、第二穴部50内での第二渦V2を強くすることができ、エネルギー散逸効果をより一層得ることができる。
本実施形態では、第一実施形態同様、互いに対応する第一穴部30及び第二穴部50のうち、第二穴部50が第一穴部30に対して下流側に偏って配置されている。第二穴部50の開口における軸線O方向他方側の軸線O方向位置は、第一穴部30の開口における軸線O方向他方側の軸線O方向位置と一致している。第二穴部50の開口における軸線O方向一方側の軸線O方向位置は、第一穴部30の開口における軸線O方向一方側の軸線O方向位置よりも軸線O方向他方側に位置している。
これにより、第一穴部30内で生成された第一渦V1の剥離渦の流通方向に対しても第二穴部50の開口が正面から対向することになる。これにより、第二穴部50内にリーク流Fをより誘導し易くすることができる。
これにより、第一穴部30内で生成された第一渦V1の剥離渦の流通方向に対しても第二穴部50の開口が正面から対向することになる。これにより、第二穴部50内にリーク流Fをより誘導し易くすることができる。
<その他の実施形態>
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば実施形態では、第一穴部30、第二穴部50をそれぞれ断面円形の穴としたが、これに限定されることはなく、断面形状は多角形状やその他の任意の形状であってもよい。また、第一穴部30、第二穴部50の断面形状は、延在方向に一様でなくともよく、変化する構成であってもよい。例えば、断面形状が底部に近づくにつれて小さくなる形状であってもよい。
また、第一穴部30、第二穴部50は、周方向に延びるスリット状をなしていてもよい。スリット状の第一穴部30、第二穴部50は、周方向の全域に環状に延びていてもよい。この場合、第一穴部30及び第二穴部50の軸線O方向の中心を通り回転軸3の径方向に延びる仮想線が第一中心軸線O1、第二中心軸線O2となる。これによっても、実施形態同様の作用効果を奏することができる。
例えば、実施形態では、第一穴部30の開口寸法を第二穴部50の開口寸法よりも大きく形成した例について説明したが、これに限定されることはない。第一穴部30と第二穴部50との開口寸法を同一としてもよいし、第二穴部50の開口寸法の方を第一穴部30よりも大きく形成してもよい。
第一、第二実施形態では、各第一穴部30の開口寸法・開口面積を同一とし、さらに各第二穴部50の開口寸法・面積を同一とした例について説明した。しかしながらこれに限定されることはなく、例えば、第一穴部30、第二穴部50の開口面積を下流側の軸線O方向他方側に向かう程大きくしてもよい。
リーク流Fは下流側に向かう程、第一穴部30、第二穴部50の寄与により流速が小さくなる。流速が小さいリーク流Fは第一穴部30、第二穴部50に導入し難くなる。これに対して、下流側になるに連れて第一穴部30、第二穴部50の開口寸法・開口面積を大きくすることで、リーク流Fの流速の小さい下流側でも当該リーク流Fを第一穴部30、第二穴部50に導入し易くすることができる。
リーク流Fは下流側に向かう程、第一穴部30、第二穴部50の寄与により流速が小さくなる。流速が小さいリーク流Fは第一穴部30、第二穴部50に導入し難くなる。これに対して、下流側になるに連れて第一穴部30、第二穴部50の開口寸法・開口面積を大きくすることで、リーク流Fの流速の小さい下流側でも当該リーク流Fを第一穴部30、第二穴部50に導入し易くすることができる。
第二実施形態では、第一穴部30と第二穴部50とのうち第二穴部50のみを傾斜させた例について説明した。しかしながらこれに限定されることはなく、第一穴部30も第二穴部50と同様に傾斜させてもよいし、第二穴部50を径方向に一致させる一方、第一穴部30のみを傾斜させてよい。これによっても、軸線O方向に傾斜させた穴部にリーク流Fを導入し易くすることができる。
なお、第二穴部50の傾斜角度を、軸線O方向他方側に向かうにしたがって徐々に大きくなるように、または徐々に小さくなるように変化させてもよい。
例えば実施形態では、回転機械として蒸気タービン1のダミーリング10に本発明を適用した例について説明した。しかしながらこれに限定されることはなく、蒸気タービン1の他のシール箇所や、コンプレッサ、ガスタービン等の他の回転機械のシール箇所に本発明を適用してもよい。
<付記>
各実施形態に記載の回転機械は、例えば以下のように把握される。
各実施形態に記載の回転機械は、例えば以下のように把握される。
(1)第1の態様に係る回転機械は、軸線O回りに回転するロータ2と、前記ロータ2を囲うステータ10と、前記ステータ10に支持されて、前記ロータ2と前記ステータ10との間の空間を前記軸線O方向一方側の高圧側空間Hと前記軸線O方向他方側の低圧側空間Lとに区画するシールリング20と、とを備え、前記シールリング20は、前記軸線O方向に延びる一様な内径の円筒面状をなすリング内周面21と、前記リング内周面21に開口するとともに前記軸線O方向に配列された複数の第一穴部30と、を有し、前記ロータ2は、前前記リング内周面21に対して径方向に対向するとともに前記前記軸線O方向に延びる一様な外径の円筒面状をなし、前記リング内周面21とともに前記軸線O方向にわたって延びる環状空間Sを区画形成する対向外周面40と、前記対向外周面40に開口するとともに、前記軸線O方向に配列された複数の第二穴部50と、を有する。
リング内周面21及び対向外周面40には軸線O方向にわたって延びる環状空間Sが形成されており、即ち、リング内周面21及び対向外周面40にはそれぞれ突出部が設けられていない。そのため、ロータ2とステータ10とが軸線O方向に相対移動したとしても、互いに接触してしまうことはない。
また、環状空間Sを高圧側空間Hから低圧側空間Lに向かって流通するリーク流Fは、第一穴部30及び第二穴部50の双方に入り込むことで当該リーク流Fの軸線O方向成分が低減される。これによって、シールリング20を突き抜けてしまうリーク流Fの流量を低減することができる。
また、環状空間Sを高圧側空間Hから低圧側空間Lに向かって流通するリーク流Fは、第一穴部30及び第二穴部50の双方に入り込むことで当該リーク流Fの軸線O方向成分が低減される。これによって、シールリング20を突き抜けてしまうリーク流Fの流量を低減することができる。
(2)第2の態様に係る回転機械1は、前記第一穴部30の方が第二穴部50よりも前記軸線O方向の開口面積が大きい(1)に記載の回転機械1である。
これによって第一穴部30にリーク流Fを誘導し易くすることができる。
(3)第3の態様に係る回転機械1は、前記第一穴部30及び前記第二穴部50は、互いに対応するように同一の軸線O方向位置に形成されており、互いに対応する前記第一穴部30及び前記第二穴部50とは、前記第二穴部50の方が前記軸線O方向他方側に偏って配置されている(2)に記載の回転機械1である。
第一穴部30に導入されたリーク流Fは第一穴部30内で渦を形成する。当該渦からの剥離流れPが環状空間Sに飛び出し、当該第一穴部30よりもリーク流Fの下流側となる第二穴部50に向かって進行する。これによって、リーク流Fを第二穴部50内に誘導することができ、第二穴部50内に効果的にリーク流Fを導入することができる。
(4)第4の態様に係る回転機械1は、前記第一穴部30及び前記第二穴部50は、互いに対応するように同一の軸線O方向位置に形成されており、互いに対応する前記第一穴部30及び前記第二穴部50とは、前記第二穴部50の方が前記軸線O方向一方側に偏って配置されている(2)に記載の回転機械1である。
第二穴部50に導入されたリーク流Fは第二穴部50内で渦を形成する。当該渦から環状空間Sに飛び出した剥離流れPにより、当該リーク流Fを第一穴部30内に誘導することができる。これによって、第一穴部30内により効果的にリーク流Fを導入することができる。
(5)第5の態様に係る回転機械1は、前記第二穴部50は、前記軸線O方向に互いに隣り合う前記第一穴部30同士の間の前記軸線O方向位置に配置されている請求項(1)又は(2)に記載の回転機械1である。
これにより、上流側の第一穴部30内の渦の剥離流れPによって、その下流側となる第二穴部50内にリーク流Fを誘導することができる。一方で、第二穴部50で生じた渦からの剥離流れPによって、該第二穴部50の下流側の第一穴部30内にリーク流Fを誘導することができる。これにより、第一穴部30及び第二穴部50の双方に効果的にリーク流Fを導入することができる。
(6)第6の態様に係る回転機械1は、前記第一穴部30と前記第二穴部50との少なくとも一方の中心軸線Oが、底部に向かうに従って前記軸線O方向他方側に向かって傾斜するように延びている(1)から(5)のいずれかに記載の回転機械1である。
このように第一穴部30及び第二穴部50が傾斜していることでこれら第一穴部30、第二穴部50の開口をリーク流Fの流通方向に対向させることができる。したがって、第一穴部30、第二穴部50によりリーク流Fを導入し易くすることができる。
(7)第7の態様に係る回転機械1は、前記第一穴部30の中心軸線Oが前記径方向に一致して延びており、前記第二穴部50の中心軸線Oが、底部に向かうに従って前記軸線O方向他方側に向かって傾斜するように延びている(6)の回転機械1である。
これにより、第一穴部30内で生じた渦の剥離流れPを、第二穴部50内に導入し易くすることができる。そのため、当該剥離流れPに伴ってリーク流Fを第二穴部50内により効果的に導入することができる。
1 蒸気タービン
2 ロータ
3 回転軸
4 動翼
5 内車室
6 翼環
7 翼環本体
8 静翼
10 ダミーリング(ステータ)
11 外車室
12 排気口
13 蒸気供給管
20 シールリング
21 リング内周面
30 第一穴部
31 第一内周壁
32 第一底面
40 対向外周面
50 第二穴部
51 第二内周壁
52 第二底面
O 軸線
O1 第一中心軸線
O2 第二中心軸線
V1 第一渦
V2 第二渦
P 剥離流れ
S 環状空間
F リーク流
H 高圧側空間
L 低圧側空間
2 ロータ
3 回転軸
4 動翼
5 内車室
6 翼環
7 翼環本体
8 静翼
10 ダミーリング(ステータ)
11 外車室
12 排気口
13 蒸気供給管
20 シールリング
21 リング内周面
30 第一穴部
31 第一内周壁
32 第一底面
40 対向外周面
50 第二穴部
51 第二内周壁
52 第二底面
O 軸線
O1 第一中心軸線
O2 第二中心軸線
V1 第一渦
V2 第二渦
P 剥離流れ
S 環状空間
F リーク流
H 高圧側空間
L 低圧側空間
Claims (7)
- 軸線回りに回転するロータと、
前記ロータを囲うステータと、
前記ステータに支持されて、前記ロータと前記ステータとの間の空間を前記軸線方向一方側の高圧側空間と前記軸線方向他方側の低圧側空間とに区画するシールリングと、
を備え、
前記シールリングは、
前記軸線方向に延びる一様な内径の円筒面状をなすリング内周面と、
前記リング内周面に開口するとともに前記前記軸線方向に配列された複数の第一穴部と、
を有し、
前記ロータは、
前記リング内周面に対して径方向に対向するとともに前記軸線方向に延びる一様な外径の円筒面状をなし、前記リング内周面とともに前記軸線方向にわたって延びる環状空間を区画形成する対向外周面と、
前記対向外周面に開口するとともに、前記軸線方向に配列された複数の第二穴部と、
を有する回転機械。 - 前記第一穴部の方が前記第二穴部よりも前記軸線方向の開口寸法が大きい請求項1に記載の回転機械。
- 前記第一穴部及び前記第二穴部は、互いに対応するように同一の軸線方向位置に形成されており、
互いに対応する前記第一穴部及び前記第二穴部とは、前記第二穴部の方が前記軸線方向他方側に偏って配置されている請求項2に記載の回転機械。 - 前記第一穴部及び前記第二穴部は、互いに対応するように同一の軸線方向位置に形成されており、
互いに対応する前記第一穴部及び前記第二穴部とは、前記第二穴部の方が前記軸線方向一方側に偏って配置されている請求項2に記載の回転機械。 - 前記第二穴部は、前記軸線方向に互いに隣り合う前記第一穴部同士の間の前記軸線方向位置に配置されている請求項1又は2に記載の回転機械。
- 前記第一穴部と前記第二穴部との少なくとも一方の中心軸線が、前記第一穴部と前記第二穴部とのそれぞれの底部に向かうに従って前記軸線方向他方側に向かって傾斜するように延びている請求項1から5のいずれか一項に記載の回転機械。
- 前記第一穴部の中心軸線が前記径方向に一致して延びており、
前記第二穴部の中心軸線が、前記第二穴部の底部に向かうに従って前記軸線方向他方側に向かって傾斜するように延びている請求項6に記載の回転機械。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022060193A JP2023150867A (ja) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 回転機械 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2022060193A JP2023150867A (ja) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 回転機械 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023150867A true JP2023150867A (ja) | 2023-10-16 |
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ID=88327343
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2022060193A Pending JP2023150867A (ja) | 2022-03-31 | 2022-03-31 | 回転機械 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2023150867A (ja) |
-
2022
- 2022-03-31 JP JP2022060193A patent/JP2023150867A/ja active Pending
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