JPH11148308A - 軸流タービンのためのシュラウドバンド - Google Patents
軸流タービンのためのシュラウドバンドInfo
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- JPH11148308A JPH11148308A JP10261685A JP26168598A JPH11148308A JP H11148308 A JPH11148308 A JP H11148308A JP 10261685 A JP10261685 A JP 10261685A JP 26168598 A JP26168598 A JP 26168598A JP H11148308 A JPH11148308 A JP H11148308A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
ステータ8と回転羽根との間の隙間をシールするための
装置では、回転羽根La3がその羽根端部に環状のシュ
ラウド板16を備えている。このシュラウド板はステー
タ内のキャビティ内へ突入しており、かつ半径方向隙間
を形成しつつ、シールストリップ17を備えたステータ
と対向してシールを生じる。ラビリンス入口40ではキ
ャビティがその半径方向の広がりにおいて、互いに軸方
向にオフセットした少なくとも2つのキャビティに分割
されている。シュラウド板16が段状に形成されてお
り、かつステータと対向して少なくとも2つの絞り箇所
を形成している。 【効果】 シールが新しい場合には小さな隙間しか生じ
ない。その上、隙間流れが主流内へ良好に導入される。
Description
状の輪郭を備えたステータと回転羽根との間の隙間をシ
ールするための装置であって、回転羽根が羽根端部に環
状のシュラウド板を備えており、このシュラウド板が、
ステータ内のキャビティ内へ突入しており、かつ半径方
向の隙間を形成しつつ、シールストリップを備えたステ
ータと対向してシールを形成している形式のものに関す
る。
半径方向隙間だけを備えたなめらかな又は段付きのハー
フラビリンスを形成している。この種のシールは本明細
書に添付された図2に示されている。
性が大きいため復水蒸気タービンの最後から二番目の段
の回転羽根でも使用される。この場合、機械的な要求は
周速度が極めて高く450m/sec、他面において熱
的条件がほぼ90℃であるのが相当である。問題なのは
ジオメトリに関する要求である。要するに、一面におい
てはケーシング壁内の公知シール装置の深すぎるキャビ
ティを生じるほど円錐度が強すぎること、他面において
は上述のハーフラビリンスを備えたキャビティの広すぎ
る幅を生じるほどロータとケーシングとの間の膨張差が
大きいことが問題である。
大きなキャビティは、羽根通路内の主流と流れ材料(fl
ow material)との側方向交換(cross exch
ange)を生じるという不都合を招く。この側方向交
換は羽根リーディングエッジを含む平面内における2つ
の隣合う羽根の間の圧力差の極めて大きな変動により促
進される。さらに、この領域内では主流とシュラウドバ
ンドの側壁とによって強い渦が活発となる。
シュラウドバンドに対向してシールを形成するシールス
トリップを備えたハーフラビリンスの有効性はわずかで
ある。このことは、あらかじめ与えられた条件において
運転隙間が自由なチャンバ高さのほぼ1/3の大きさを
有しなければならないことに起因する。それゆえ、複数
のシールストリップを設けても、1つだけの場合に比し
て著しくは効果的でない。
ャビティも羽根通路内の主流との不所望な側方向の交換
を許容する。その理由は、この場合も2つの隣合う羽根
先端の間の圧力差が大きな変動を受けるからである。そ
の上この領域内では、主流の案内が完全に失われる。
るシールストリップの後方に形成される大きな渦室が出
口側の隙間流れの大きな散逸を生じる。
く本発明の課題とするところは、新しいシュラウドバン
ドジオメトリを有する冒頭に記載した形式の羽根におい
て、すべての周辺条件を満足させることで効率の改善を
もたらすシールを提供することにある。
ば、請求項1に記載したように、ラビリンス入口のとこ
ろではキャビティがその半径方向の広がりにおいて、互
いに軸方向にオフセットした少なくとも2つのキャビテ
ィに分割されており、かつ、シュラウド板が段状に形成
されていると共にステータに対向して少なくとも2つの
絞り箇所を形成しており、その場合、シールストリップ
が渦室を閉鎖しつつそれぞれ1つの段部へ作用している
ことにより解決される。
合には小さな隙間しか生じないことにある。その上、隙
間流れが主流内へ良好に導入される。
最後から二番目の段について本発明の1実施例を図面に
示して説明する。
メントだけが示されている。作動媒体の流れ方向は矢印
で示されている。
つの案内羽根列Leと1つの回転羽根列Laとから成る
中間の3つの段が示されている。この場合、案内羽根L
e3と回転羽根La3とから成る段は最後から二番目の
段に相応している。基部21でロータ9の旋削部内に挿
入された回転羽根Laはその羽根端部にシュラウド板1
6を備えている。このシュラウド板の半径方向外側の輪
郭は回転羽根列ごとにジオメトリ的に種々異なって段付
けされている。これらのシュラウド板はそれらの段部
で、ステータ9内に適当な形式で配置されたシールスト
リップ17と対向してラビリンスシール15を形成しつ
つシールを生じている。基部13によりステータ8の旋
削部内に挿入された案内羽根Leはその羽根端部にシュ
ラウド板20を備えている。これらのシュラウド板はロ
ータ9に適当形式で配置されたシールストリップと対向
してラビリンスシール19を形成しつつシールを生じて
いる。
テータ8のところで円錐状に延びる外輪郭51と、ロー
タ9のところで円筒状に延びる内輪郭11とを有してい
る。しかし、しかし、これらのことは必ずしも必要でな
い。壁の実際の延びに無関係に、いかなる場合でも、回
転羽根ブレードの領域内の流れを制限する外輪郭10
は、回転羽根Laの、通路に面したシュラウド板16に
よって形成される。シュラウド板16,20のすぐ上流
にはラビリンス入口40を成す軸方向隙間18が存在し
ている。これらのシュラウド板16,20のすぐ下流に
はラビリンス出口42を成す軸方向隙間26が存在して
いる。一般に、前述の流れ隙間は他面において羽根配列
が存在しない平面内への流れの案内を受け持つステータ
部分によって制限されている。
する、回転羽根列La3のシュラウド板シールが示され
ている。このシュラウド板シールは、主として全羽根幅
にわたり延びるシュラウド板16Aから成っており、こ
のシュラウド板は、その外周とステータ8A内でかしめ
固定された4つのシールストリップ17Aとによって、
純粋に半径方向の隙間を備えたハーフラビリンスを形成
している。大容積を有するラビリンス入口40Aと、不
利に形成されたラビリンス出口42Aとが見られる。ブ
リード内へ開口する場合の通路壁が符号54により図示
されている。
ウドバンドのジオメトリ並びにステータ内のその埋込み
が3重に改善される。
するために、ラビリンス入口のところで半径方向に向い
た1つのキャビティがその半径方向の延びにおいて、互
いに軸方向にオフセットした2つのキャビティに分割さ
れており、要するに、例えばジグザク形状に形成されて
いる。このことのために、ステータの旋削部の輪郭は、
まず材料の内部へ延び、次いで、キャビティ内に突入し
た鋸歯状突起部41を形成しつつ軸方向で外側へ延びて
いる。この輪郭に相応してシュラウド板16が形成され
る。シュラウド板は鋸歯状突起部の形状に適合したリセ
ス43を備えている。リセスの軸方向に延びる部分の直
径は、組立時及び運転中にシュラウド板とステータとが
接触しないように寸法決めされている。図2との比較に
おいて、運転位置でステータとシュラウド板との間の著
しく小さな流れ隙間18が調整されることが示されてい
る。これに応じて、隙間質量流れは本発明の手段により
著しく減少する。
ビリンスに置換えられている。このことのために、シュ
ラウド板の外周が段付けされており、かつたった2つの
絞り箇所を備えている。ステータ内にかしめ固定されて
いてそれぞれ1つの段部上で作用する2つのシールスト
リップ17が、良好に機能する渦室22を制限してい
る。絞り箇所が半径方向でオフセットしていることによ
って、これらの絞り箇所は互いに影響しない。このフル
ラビリンスによって、隙間質量流れのさらなる削減が得
られる。
改善のために第3の手段が役立てられる。このことのた
めに、ラビリンス出口42のところではキャビティが半
径方向で許容される最低寸法まで縮小されている。隙間
流れはただちに、一般のキャビティに対比して外向きに
屈曲したステータ壁によって受け取られる。このことに
より、流れ材料の有害な側方向交換が著しく軽減され、
かつ高エネルギッシュな隙間流れの不要な散逸が著しく
回避される。その上さらに、ステータ壁が屈曲している
ことにより、主流のトータル圧力プロフィールが有利に
影響される。
は直に回転羽根La3の出口に屈曲角Aを有している。
この屈曲角は、回転羽根からの流出媒体流がトータル圧
力及び流出角に関して均一化されるような大きさで形成
されている。図示の例ではこのことは、図示の屈曲角A
がプラスとして規定されることを意味している。屈曲し
た壁部分は半径方向外向きに延びており、要するにこの
壁部分は図示されていない機械軸線から離反する方向に
向いている。この構成により、スペーシングに依存した
圧力場により誘発されて羽根の特別敏感な吸込側におけ
る剥離の原因となる、流れ材料の側方向交換が減少す
る。
る。すなわち、回転羽根の出口には円筒部におけるスワ
ールに起因する拡散する流れが存在する。流れは少なく
とも半径方向外側区域内では半径方向内側のロータ区域
内に比して著しく高いエネルギを有しており、このこと
が、半径方向外側区域内で著しく高いトータル圧力の形
で現れる。屈曲角のアイデアは、羽根全高にわたるトー
タル圧力及び流出媒体流の非均一性を可能な限りわずか
にすることにある。半径方向の平衡のための等式が教え
るところは、このことが第1に流線の子午線曲率を介し
て得られることにある。要するにこのことは屈曲角の適
合により一次的に影響されなければならない。通路の円
錐状の輪郭に対する適当な屈曲角Aがいかなる場合でも
外向きに開いている場合にのみ、外側の流れ制限壁にお
ける均一なトータル圧力分布が得られる。その場合、こ
の領域内に所望のトータル圧力軽減が得られる。
る程度の領域にわたる流れのスムーズな案内を前提とす
る。このことは、羽根スペーシングにより分割された、
回転羽根出口と案内羽根入口との間の間隔の半分に相応
する距離内で、羽根の回転に由来する流れ非均一性が徐
々に失われるという認識から行われる。
次の段の少なくともほぼ案内羽根の入口領域内で壁が半
径方向内向きの屈曲角Bを備える。
の屈曲角Bを備えた壁は、対向屈曲角に続いて再び半径
方向に内側へ延びており、その結果、案内羽根基部とこ
れに続く回転羽根シュラウド板との間で軸方向隙間18
により中断されている合成された流れ制限壁は、この流
れ制限壁に続く段の少なくともほぼ回転羽根入口の平面
内に、元の直線的な通路輪郭と共通の1つの点Pを有し
ている。この事情は図3において、キャビティの上流に
位置する壁と、それの手前に位置する案内羽根基部の、
場合により流れ制限部分であることのできる壁とによっ
て図示されている。
リンスを介してマイナス圧力を上昇せしめ、もしくはプ
ラス圧力を降下せしめ、このことが隙間質量流れのさら
なる減少をもたらす。
を有するエレメントは同じ記号で示される。
ドが図2及び図3における円錐度と同じほぼ25°の円
錐度を有している。ラビリンス入口ではキャビティがそ
の半径方向の延びにおいて、軸方向で互いにオフセット
した3つのキャビティ40a,40b,40cに分割さ
れている。ラビリンス出口には、ステータ内にかしめら
れた3つのシールストリップ17が配置されている。
改善するために、この場合も、ラビリンス出口42のと
ころのキャビティが最後のシールストリップ17の直後
で半径方向で許容される最小値まで減少している。一般
に、この最小値は前方のキャビティ内でも生じる。この
ことのためにシュラウド板16が段状に形成されてい
る。その第1の部分でほぼ水平に延びていて次いで湾曲
しているシールストリップ52によって個々のキャビテ
ィがシールされる。これらのシールストリップ52は有
利にはその水平に延びる部分で、軸方向に延びるケーシ
ング部分内へかしめ固定されている。その他の固定形式
及びジオメトリも可能であるのはもちろんである。
す。前方のシールストリップ52は水平に向いたシュラ
ウド板段部のフロントエッジに作用している。後方のシ
ールストリップ17は水平に向いた最後のシュラウド板
段部に作用している。
の両極端位置で、要するに機械の始動時及び停止時に生
じる一時的な位置で示されている。これから分かるよう
に、一点鎖線で示す位置ではシールストリップ52は軸
方向に向いた段部と半径方向に向いた段部との交点でシ
ュラウド板に係合している。特にこのことを容易にする
ために、半径方向の段部が流れ方向に対して斜めに形成
されている。その上、シールストリップの湾曲は、シュ
ラウド板がさらに極端な位置を占めるような場合に問題
なく逃げることを許容する。この位置ではさらに最前端
のシールストリップ17が、水平に向いた後方のシュラ
ウド板部分と対向してしてシールを生じる。破線で示す
位置では、シールストリップ52はもはやシュラウド板
に係合しない。この場合には最後のシールストリップ1
7がシールを生じ、かつこれにより、コントロールされ
ない作動媒体が隙間42を通って流れるのを阻止する。
段内で使用されるような、わずかにほぼ10°の円錐度
を有するシュラウド板における解決手段を示す。キャビ
ティはこの場合2つの部分キャビティ40a,40cに
分割されている。これらの部分キャビティは、それらの
第1の部分内で、ほぼ水平に延びていて次いで湾曲した
1つのシールストリップ52によって分割されている。
このシールストリップは1回段付けされたシュラウド板
16へ作用している。他のシールストリップ17は、極
端な位置でもシールストリップ52又はシールストリッ
プ17の少なくとも1つが作用するように配置されてい
る。
段で使用されるような、ほぼ45°の円錐度を有するシ
ュラウド板における新しい解決手段を示す。これから分
かるように、この種の極端な通路開口でも図7にもとづ
く解決手段が問題なく援用される。その上、この解決手
段は、上述の半径方向で内側に向いていてそれ自体は流
れ技術的に有害な、入口の屈曲角Bが回避されるという
利点を有している。要するにこの場合、シュラウドバン
ド輪郭はグローバルに与えられた通路輪郭に相応してい
る。
手段が公知技術に対比して有する利点は、段付け及び特
に傾斜して延びる半径方向部分が設けられていることに
より、著しく長いシール長さが供用されることにある。
その上、少なくとも図4、図6及び図7にもとづくシュ
ラウド板はわずかなシュラウド板質量を有している。
縦断面図である。
た最後から二番目の段の回転羽根先端の部分縦断面図で
ある。
ルを備えた最後から二番目の段の回転羽根先端の部分縦
断面図である。
備えた最後から二番目の段の回転羽根の部分縦断面図で
ある。
である。
えた弱い円錐度を有する段の回転羽根先端の部分縦断面
図である。
えた強い円錐度を有する段の回転羽根先端の部分縦断面
図である。
れ制限壁、 11 ロータ側の流れ制限壁、 13 案
内羽根の基部、 15 回転羽根のラビリンス、 16
回転羽根のシュラウド板、 17 シールストリッ
プ、 18 軸方向隙間、 19 案内羽根のラビリン
ス、 20 案内羽根のシュラウド板、21 回転羽根
の基板、 22 渦室、 40 ラビリンス入口、 4
0a,40b,40c キャビティ、 41 鋸歯状突
起、 42 ラビリンス出口、43 リセス、 50
通路、 51 外側の通路輪郭、 52 水平なシール
ストリップ、 54 ブリード時の通路輪郭、 A 回
転羽根の後方の外向きの屈曲角、 B 回転羽根の前方
の外向きの屈曲角、 La.La3 回転羽根、Le,
Le3 案内羽根、 P 直な外側通路輪郭
Claims (7)
- 【請求項1】 ターボ機械の、円錐状の輪郭(51)を
備えたステータ(8)と回転羽根との間の隙間をシール
するための装置であって、回転羽根(La3)が羽根端
部に環状のシュラウド板(16)を備えており、このシ
ュラウド板が、ステータ内のキャビティ内へ突入してお
り、かつ半径方向の隙間を形成しつつ、シールストリッ
プ(17)を備えたステータと対向してシールを形成し
ている形式のものにおいて、ラビリンス入口(40)の
ところではキャビティがその半径方向の広がりにおい
て、互いに軸方向にオフセットした少なくとも2つのキ
ャビティに分割されており、かつ、シュラウド板(1
6)が段状に形成されていると共にステータに対向して
少なくとも2つの絞り箇所を形成しており、その場合、
シールストリップ(17)が渦室(22)を閉鎖しつつ
それぞれ1つの段部へ作用していることを特徴とする軸
流タービンのためのシュラウドバンド。 - 【請求項2】 ラビリンス入口(40)のところではス
テータ(8)内のキャビティの輪郭がまず材料内部へ延
びており、次いでキャビティ内へ突入した鋸歯状突起
(41)を形成しつつ軸方向で外方へ向けられており、
かつ、シュラウド板(16)がこの鋸歯状突起(41)
の形状に適合するリセス(43)を備えている請求項1
記載の装置。 - 【請求項3】 シュラウド板(16)が段状に形成され
ており、その場合、それぞれの段部に、ほぼ水平に延び
ていて湾曲した少なくとも1つのシールストリップ(5
2)が作用している請求項1記載の装置。 - 【請求項4】 シュラウド板段部の半径方向外向きの面
が流れ方向に対して斜めに形成されている請求項3記載
の装置。 - 【請求項5】 キャビティ(42)がラビリンス出口の
ところでは、最小値を有する狭い隙間の形成のために半
径方向に縮小されている請求項1記載の装置。 - 【請求項6】 シュラウド板の内側の流れ制限壁が、直
に羽根ブレードのトレーリングエッジのところで半径方
向外側へ向いた屈曲角(A)を有している請求項1記載
の装置。 - 【請求項7】 通路(50)の流れ制限壁が、直にラビ
リンス入口(40)のところで半径方向で内側へ向いた
屈曲角(B)を有している請求項1記載の装置。
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