KR890001726B1

KR890001726B1 - 축류 터어빈 단

Info

Publication number: KR890001726B1
Application number: KR1019850004119A
Authority: KR
Inventors: 엘머 로빈스 케니스; 게리슨 러글즈 스티븐; 던컨 단; 클리프톤 윌리암즈 존; 킨 케웅 퉁 스티븐; 제임스 섬너 윌리암; 반 딘 큐옹
Original assignee: 제너릴 일렉트릭 캄파니; 샘슨 헬프고트
Priority date: 1984-07-30
Filing date: 1985-06-12
Publication date: 1989-05-19
Also published as: CH668454A5; JPH0319882B2; IT1200655B; MX162968B; DE3519372A1; US4643645A; KR860001275A; JPS6138103A; FR2568307B1; FR2568307A1; IT8521318A0; DE3519372C2

Abstract

내용 없음.

Description

축류 터어빈 단

제1도는 종래의 기술에 따라 구성된 축류 터어빈단의 절개부에 대한 접속 측면도.

제2도는 본 발명에 따라 구성된 축류 터어빈단의 절개부에 대한 접선측면도.

제3도는 본 발명에 따른 제8도의 선 3-3의 방향으로 관찰한 축류 터어빈단의 부분 측면도.

제4도는 본 발명에 따른 터어빈 버켓의 방사상 내향 편면도.

제 5(a)도, 제5(b)도 및 제5c 도는 본 발명에 따른 밀폐 리브의 다른 실시예에 대한 횡단면도.

제6도는 본 발명에 따른 터어빈 버켓의 대체 실시예에 대한 방사상 내향 편면도.

제7도는 종래의 버켓의 비 비틀림양과 본 발명에 따른 버켓과 비틀림양을 도시한 그래프.

제8도는 본 발명에 따른 단의 접선도.

제9도는 본 발명에 따른 제3도의 서 9-9의 방향으로 관찰한 방사상 내향도.

제 10(a)도 및 제10(b)도는 축류 터이빈단을 통과한 유체류를 도시한 개략도.

제11도는 본 발명에 따른 대표적 노즐부를 가로지르는 압력 특성에 따른 그래프.

제12도는 제3도의 선 12-12의 방향으로 관찰한 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 노즐부 11 : 회전자

12 : 버켓 14 : 셀

18 : 습기제거 슬로트 20 : 밀폐스트립

22 : 간극 30 : 노즐부

31 : 트레일링 에지 32 : 버켓

33 : 고정수단 34 : 셀

36 : 리브 38 : 간극

40, 42 : 버켓 44 : 덮개

46, 48 : 리브 60 : 리브의 리딩 에지

61 : 리브의 트레일링 에지 64 : 베이스 근접면

70 : 덮개 72 : 회전자 버켓

74 : 입접 회전자 버켓 76, 77 : 덮개

80 : 리브 102 : 격막링

104 : 리딩 에지 105 : 격막

111 : 합병점 120 : 노즐부

122 : 흡연면 125 : 압력면

130 : 체널 134 : 접합부

136 : 리딩 에지 150 : 기준선

200 : 노즐부 210 : 버켓

본 발명은 일반적으로 축류(axial flow)증기 터어빈단의 개량에 관한 것으로서, 특히 축류 증기 터어빈의 최종단의 효율을 높힘으로써 터어빈의 총 효율을 높히기 위한 축류 증기 터어빈의 최종단의 개량에 관한 것이다.

증기 터어빈의 단은 통상, 다수 또는 한세트의 원주형으로 정렬되고 이 격된 고정 노즐부와 다수 또는 한세트의 원주형으로 정렬되고 이 격된 회전 블레이드 또는 버켓(bucket)을 포함한 격막을 구비하는데, 이 격막은 회전자를 따라 소정의 축위치에서 터어빈 회전자에 견고하게 고정되고 상기 단의 상응한 다수의 노즐로 부터 하류로 동작 가능하게 이격된다. 일단의 노즐부는 그 다음의 선행 상류단으로 부터 나오는 증기가 상기 일단과 관련된 상응한 다수의 버켓으로 향하게 한다. 본 명세서에 사용된 "상류" 및 "하류"는 터어빈을 통과한 증기의 일반적인 축류에 대하여 사용된다.

기본적으로, 에너지는 통상 증기인 탄성작용 유체에 의해 증기 터어빈의 회전자 및 버켓조립체에 전하여 진다. 증기는 격막의 한세트의 노즐부를 통하여 터어빈 하우징의 내측 셀에 의해 형성된 일반적으로 원통형인 연소실로 배기된다.

샤프트(shaft) 또는 회전자는 상기 연소실내에 동축이고 회전 가능하게 장착된다. 대형 증기 터어빈은 보통 수개의 단을 구비하는데, 각 단은 터어빈으로 증기를 받아들이는 지점 근처에 있는 최초 또는 최상류 단으로 부터 터어빈의 배기관 또는 후드(hood)에 근접에 있는 터이빈의 최종 또는 최하류 단으로 순차적으로 직경을 증가시킨 회전자 샤프트 및 단상의 인접단으로 부터 축방향으로 이격되어 있다. 저압력 터어빈의 배기관 또는 후드로 부터 소비된 증기는 궁극적으로 복수기(復水器)로 이송된다. 일반적으로, 최종단의 회전자 버켓들의 입력 압력대 출력 압력비는 터이빈의 모든 다른단의 버켓들에 비해 각각 크다.

증기는 일단의 노즐부 세트를 통해 희망 위치로 연소실내에 받아들이고 작용 통로를 통해 최소한 하나의 축방향으로 흐른다. 이중 흐름 터어빈에서 증기는 중앙으로 받아들여져 각각의 최종단을 향해 일반적으로 역축방향으로 흐른다.

상기 작용 통로는 일반적으로 터어빈의 축방향으로 배치된 단뿐만 아니라 각 단에서 터이빈 버켓의 공기 역학부분(소위 블레이드 또는 날개 단면)에 의해 둘러싸인 원주상의 작용 영역에 의해 형성된다. 각 세트의 버켓들은 터어빈의 샤프트 및 관련 버켓의 조작상의 회전에 의해 입증된 바와 같이 이용가능한 유체 운동 에너지의 일부를 기계적에너지로 변화시킴으로써 증기로 부터 이용할 수 있는 에너지의 일부를 추출한다.

증기가 축작용 통로에 제한 될때, 터어빈은 증기가 그와 같이 제한되지 않는 경우보다 효율적으로 동작한다. 제네럴 일렉트릭사에 의해 제작된 저압력 증기 터어빈용 26인치 최종단 버켓은 이음선에 의해 상호 접속되고 버켓의 외측 선단부를 연결하는 덮개를 포함하지 않는다. 덮개 또는 덮개면은 30인치 및 33.5인치의 긴 버켓을 가진 최종단으로 부터 한쌍의 버켓의 외측 선단부들을 함께 연결하는데 사용되었다.

터어빈단의 다수의 회전자 버켓에 상응하는 다수의 덮개는 상기 버켓의 방사상으로 연장한 선단부 주위에 원주상 밴드를 형성한다. 덮개의 상기 원주상 밴드는 버켓의 외측 선단부를 지나는 증기의 방사상 흐름을 제한 함으로써 축작용 통로로 부터 증기가 새는 것을 방지한다. 회전자 및 버켓 조립체는 터어빈 셀(shell)내에서 회전하도록 자유로와야 하므로, 방사상의 틈새 간격이 회전자 버켓 또는 덮개의 외측면의 방사상으로 연장한 선단과 터어빈 셀의 내측면 사이에 존재한다.

저압력 증기의 최종단에서 터어빈 작용 증기는 정상적으로 포화 라인 아래에 있다. 그러므로 물발울은 최종단 노즐과 각각의 영역에서와 같이 최종단 버켓의 상류를 형성하기 쉽다. 일반적으로, 물방울을 원심력에 의해 샤프트로 부터 외부로 방사상으로 밀려진다.

비록 물방울이 보통 낮은 절대속도를 갖지만, 최종단 버켓의 방사상 외측부에 대한 상대속도는 매우 빠르며, 대략 버켓 선단의 접선 속도와 동일하다.

최종단 버켓의 리딩 에지(leading edge)에 부딧히는 물방울은 상기 에지의 충격부식을 야기할 수 있다. 대부분의 부식 손상은 최종단 노즐부에 물의 피막을 형성하는 선행단의 응축된 습기로 부터 비롯된다. 물의 막은 최종단 노즐부의 트레일링 에지(trailing edge)에서 노즐부를 휩쓰는 고속 증기에 의해 물의 입자를 형성하도록 연속적으로 잘려진다.

포텐셜(potential)이 버켓의 리딩 에지와 접촉할때까지 상기 입자들이 매우 큰 절대속도로 가속되지 않도록 노즐부의 트레일링 에지들간의 짧은 간격만큼 이동하고 따라서 비교적 고정적인 물체로서 나타낸다.

약 26인치의 작용 버켓 길이인 최종단을 포함하는 저압력의 버켓 선단 근처의 물방울의 상대 속도는 대략 초당 550피트이다. 물방울이 버켓 블레이드에 부딧히는 힘은 부딧친 물방울의 크기 또는 질량과 버켓에 대한 물방울의 상대 속도에 관련된다.

터어빈의 속도는 다른 파라미터에 의해 본래 확립되기 때문에, 부식, 낮은 토오크 및 효율의 손실에 의해 야기된 포텐셜 문제는 터어빈의 축작용 통로의 물의 양과 물방울의 수 및 크기를 효과적으로 제한 하는 터어빈 회전자 및 버켓 조립체를 제공함으로써 최소화될 수 있다.

앞서 언급된 바와 같이, 터어빈의 최종단 양단의 압력비는 터이빈의 다른 상류단들과 비교할시에 가장 크다. 또한. 최종단 버켓 양단의 압력차는 블레이드의 루우트(root)또는 방사상의 내측부와 비교할시에 회전 블레이드의 방사상의 외측부 근처에서 일반적으로 더 크다. 그러므로, 최종단의 최외측의 방사상으로 회전 가능한 부품과 셀의 내측면 사이의 방사상 틈새 간격이 크면 클수록 증기의 손실은 더커지고 그러므로, 터어빈의 최종단의 효율은 더 낮아지게 된다.

이용 가능한 에너지를 추출하기 위하여 최대작용 증기가 최종단 버켓들을 통해 강제로 밀려지고 우회하는 작용 증기가 최소화 되는 것을 보장하는 것이 중요하다.

버켓의 외주 주위의 증기 흐름의 손실을 최소화하기 위하여, 밀폐 스트립(sealing strip)은 종래의 장치내의 버켓의 선단부 및 덮개에 방사상으로 대향하는 터어빈 셀의 내부 표면상에 놓인다.

일반적으로, 밀폐 스트립은 버켓 주위에 링을 형성하고 방사상의 틈새 간격 사이를 좁히기 위해서 버켓 선단부를 향해 방사상 내부로 연장된다.

단마다 사용된 스트립의 수와 셀의 내부 표면상의 스트립의 축위치는 증기 터어빈의 유체 정비사의 연구에 기초를 둔다. 밀폐 스트립은 상기 스트립들이 회전 버켓의 정상 상태의 중심전에 대략 반대가 되도록 축방향으로 위치된다.

정상 상태 중심선은 터어빈의 정격 속도로 정상 동작 상태에 있을시에 버켓의 중심선이다. 그러나, 버켓이 위에 설치되는 회전자 샤프트가 증기에 대한 열반응으로 인하여 팽창하므로, 정상 상태 중심선인 밀폐 스트립의 최적 축위치가 쉽게 확인되지 않는다. 또한 회전 블레이드의 축위치가 터어빈의 동작, 특히 터어빈의 상기 터어빈의 기계적 부하의 일시적 변화나 또는 터어빈에 공급된 증기의 상태 및 체적의 변화를 겪을시에 변화한다.

증기가 최종단의 작용 통로에서 새어나가는 것을 방지하기 위한 종래의 시도가 버켓 덮개의 방사상 최외측부와 셀의 내부 표면간의 방사상 간격에 배치된 통상의 래비린드 밀폐물(labyrinth seals)을 또한 포함하였다. 래비린드 밀폐물은 셀의 내부 표면으로 부터 내부로 돌출한 원주상의 플랜저와 상호 작용하는 버켓 덮개로부터 방사상으로 확장하는 리브(rib)들을 통상 포함하고 있다. 셀의 내부 표면으로 부터의 돌출은 물이 셀의 내측면을 따라 최종단 버켓을 지나 순탄하게 흐르는 것을 방지하고 물방울들이 돌출부로 부터 최종단의 작용 통로에 떨어지도록 할 수 있다. 래비린드 밀폐물이 사용될시에, 상기 밀폐부 바로 상류의 셀이 내부벽을 통해 배치된 습기 제거 채널이 작용 증기의 일부가 상기 채널을 통해 새도록 허용하며, 따라서 상기 채널을 따라 물을 이송한다. 전술한 밀폐 스트립이 사용될 경우, 유사한 습기 제거 채널이 요구된다.

비록 버켓들의 외측 선단부 주위의 증기 누설흐름이 래비린드 밀폐물의 결합에 의하여 감소된다 할지라도, 어떤 작용 증기는 최종단 버켓을 통과하지 않고 습기 제거 채널을 통해 유실된다. 또한 습기 제거 채널을 통해 나온 증기 및 물이 최종단의 출력으로 부터 복수기로의 입력 압력보다 높은 압력을 가지므로 적절한 도관 및 구멍은 누설 증기의 흐름을 최소화하도록 물 제거 채널로 부터 복수기로 증기 및 물의 압력을 조정하기 위하여 복수기에 습기 제거 채널을 연결하는데 필요하다.

최적 작동 효율을 얻기 위한 증기 터어빈의 최종단의 설계는 여러번의 설계 변경과 공기 역학, 구조 기계 및 제조와 같은 여러 분야의 과학 및 공학간의 제휴를 이용하는 것이 필요하다.

최종단의 터어빈의 어떤 다른 단보다 증기로 부터 실질적으로 더 많은 에너지 통상 총 터어빈 출력의 약 10%를 회수하고 터어빈의 총 효율에 상당한 영향을 주기 때문에, 최종단의 동작이 최적단 효율을 산출하도록 보증하는 것이 특히 중요하다. 최종단의 설계 및 동작을 터어빈의 다른 단과 다르게 만드는 다른 요소는 최종 단을 통한 증기의 체적 유량이 임의의 다른 단을 통한 체적 유량보다 많아 최종단 버켓이 가장 길고 최고의 응력을 받는다는 점과, 가변단 압력비, 가변 에너지 출력 및 가변 공기 역학 상태를 초래하는 가변 배기 압력(상류단 출력은 비교적 일정한 압력비)에 대해 효과적으로 동작할 수 있다는 점과, 어떤 다른 단보다 최종단 작용 증기의 습기량이 많다는 점과, 최종단 버켓이 터어빈의 다른 단의 버켓에 대하여 최고 선단 속도, 최고 흐름 속도 및 최고 3차원 유동효과를 갖는다는 점을 들수 있다.

저압력 터어빈, 즉 최종단으로 부터의 증기 출력 설계 압력이 수은 절대치의 약 5.0인치보다 적은 터어빈의 최종단 버켓은 일반적으로 길고 얇은 버켓단면을 가지므로 터어빈 동작시 작용하는 원심력으로 인해 비틀어지지 않게 된다. 정상 터이빈 동작시 터어빈 버켓이 최적 공기 역학 관계를 얻도록 비 비틀림이 고려되는 것이 바람직하다. 정격 3600rpm의 동작 속도에서 선단부의 버켓 속도는 터어빈 블레이드 간에 흐르는 증기에 대해 상대적인 초음속 환경을 조성하는 26인치의 최종단 버켓에 대하여 초당 약 1550피트일 것이다. 유해한 충격파 및 이에 따른 효율의 손실을 방지하기 위하여 최종단 버켓을 통해 아음속으로 부터 초음속으로 전이 영역의 분포를 조절하는 것이 중요하다. 아울러, 최종단 노즐부를 통해 흐르는 초음속의 증기류는 얻는 것이 가능하고 또한 아음속류에서 초음속류으로의 전이영역은 희망증기류 상태가 노즐부로 통해 최종단 버켓의 입력에 유지되는 것을 보장하도록 조절되어야 한다. 노즐부를 통한 부적절 하거나 또는 예기치 못한 전이영역은 유해한 충격 패턴으로 인한 효율의 손실을 초래할 수 있다. 아음속류에서 초음속류으로의 전이는 역행할 수 없는 압력의 손실을 야기시키는 충격파에 의해 수반될 수 있는데, 이는 압력이 손실되고 기계적 에너지를 생상하도록 재생될 수 없음을 의미한다.

저압력 증기 터어빈의 최종단과는 대조적으로, 가스 터어빈은 일반적으로 버켓의 비 비틀림을 방지하는 버켓 선단위의 일체 덮개를 사용하고, 가스 터어빈 버켓 단면은 일반적으로 짧고 빳빳하며 통상조악한 가스 터어빈 환경에 견디도록 코팅된 초경합금으로 제작되고, 가스 터어빈 최종단의 배출 압력은 비교적 일정하며, 즉 대기압이고, 가스 터어빈을 통한 가스류는 개방 시스템인 반면, 증기 터어빈을 통한 증기류, 후속의 증기 다수 및 증기를 형성하기 위한 물의 재가열은 폐쇄 시스템이다. 증기 터어빈이 전술한 바와 같이 폐쇄된 물 또는 다수된 증기의 문제점을 겪게 될지라도, 가스 터어빈의 조악한 환경은 일반적으로 증기 터어빈내에 존재하지 않으므로 전술한 점을 고려하여 증기 터어빈 설계와 제작에 있어 숙력 기술자는 특별히 증기 터어빈에 적용할수도 있는 해결책을 교시 또는 제시하기 위해 가스 터어빈 기술을 검토한 것이라고는 예상되지 않는다.

따라서, 본 발명의 목적은 축류 증기 터어빈의 단으로 부터 습기를 조기에 제거하는데 있고 단의 성분을 제거치 못한 습기로 인한 기계적 손실을 방지 하는 한편 축류 증기 터어빈의 단의 축방향 작용통로내에 증기를 유지하는 밀폐 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 또 다른 목적은 저압 증기 터어빈의 최종단에서 아음속으로 부터 초음속으로의 탄성 유체류 전이영역(즉, 전음속 팽창영역)의 위치 설정에 대한 정 제어를 하여 운전중에 유해한 음파 충격의 발생을 방지하는 것이다.

본 발명은 또 다른 목적은 정상 운전상태중에 최종단 증기 터어빈 버켓의 비 비틀림을 조절하여 최적 공기역학 방위를 얻는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 희망 증기류를 공급하도록 격막 및 버켓의 최적 협동을 제공하고 증기 터어빈의 최종단을 통한 탄성 유체의 저평균 환상 속도에서 버켓 루우트의 분류에 의해 나타난 바와 같은 재순환류의 발생을 지연시키는데 있다.

본 발명에 의하면, 탄성 유체로 부터 이용할 수 있는 에너지의 최소한 일부를 기계적 에너지로 변환하는 축류 터어빈의 단은 터어빈의 회전자 주위에 고착되고 원주방향으로 정렬된 다수의 버켓과, 인접된 버켓의 선단부를 각각 연결하는 다수의 버켓 덮개와, 각각의 상기 덮개의 방사상 외표면으로 부터 방사상으로 외부로 각기 연장한 한 리브와, 인접한 덮개상에 대해 접선방향으로 정렬되어진 각 리브와 터어빈의 셀로 부터 매우 가깝고 일정 간격으로 이격된 상기 리브 및 다수의 버켓으로 부터 축방향으로 이격되고 회전자 주위에 원주상으로 배치되며 다수의 노즐부와 상기 다수의 노즐부를 루우트에서 교착시키기 위한 내축링을 구비한 격막을 포함하고 있다. 각 노즐부는 회전자의 회전축으로 부터 방사상 기준선에 관한 축방향 및 접선방향 기울기를 포함하도록 배치된다.

내측링은 노즐부의 트레일링 에지에 인접한 외측 방사상의 넓이보다 큰 노즐부의 리딩 에지에 인접한 외측 방사상의 넓이를 포함한다. 또한 다수의 각 노즐부는 각 노즐간에 형성된 채널이 최소 통로와 트레일링 에지 통로를 포함하도록 인접 노즐부로 부터 이격되어 있으며, 상기 최소 통로는 노즐부의 리딩 에지와 노즐부의 루우트에서의 트레일링 에지간에 배치되고 상기 최소 통로는 루우트로부터 방사상으로 증가하는 트레일링 에지 통로에 더 근접하게 배치되며, 이에 의해서 채널의 마진(margine)은 노즐부의 방사상 넓이의 적어도 일부분상에 수렴 발산 통로를 형성한다.

본 발명의 신규한 특징은 특히 첨부된 특허청구의 범위에서 기재되어 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본원 명세서를 더욱 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 일반적으로 종래의 기술에 의한 원리에 따른 습기 제거 장치를 구비한 증기 터어빈을 도시한 것이다. 증기의 흐름은 제1도 및 2도의 화살표에 의해 표시된다. wu씨 등에게 허여된 미합중국 특허 제4,335,600호는 제1도와 같은 증기 터어빈의 단면도를 도시하는데, 본 명세서에서는 이것을 참조하기로 한다. 제1도 및 2도는 부분 단면의 방사상 측면도만을 도시하고 있으나, 터어빈은 방사상 외측 부분만이 도시되고 있는 회전자, 격막 및 버켓 조립체를 구비하고 있음을 알 수 있다. 터어빈단에 대한 보다 나은 이해는 도브테일(dovetail)와 같은 고정수단(33)에 의해 회전자 샤프트(15)에 고정된 버켓(32)을 갖춘 회전자(11)를 예시한 제3도를 보면 얻어질 수 있다. 제3도는 회전 샤프트(5)의 회전을 360°연장한 터어빈단의 단편에 대한 측방향의 부분 단면도 이다. 본 명세서 전반에 걸쳐 동일 참조 숫자는 동일 구성 요소를 나타낸다.

제1도에 있어서, 버켓(12)을 구비한 단은 터어빈의 동축 셀(14)에 의해 둘러싸여 있다. 노즐부(10)는 버켓(12)의 상류에 있으며 터어빈단의 일부이다. 노즐부(10)는 증기류를 버켓(12)의 블레이드로 향하게 한다. 셀(14)은 방사상 습기 제거 슬로트(18)를 포함한 방사상의 내부 표면(16)을 갖는다.

단의 버켓을 아직 통과하지 않은 약간의 증기는 슬로트(18)를 통해 나간다. 슬로트(18)는 수막이 회전버켓(12)을 향한 밀폐 스트립(20)에 의해 편향되기 전에 표면(16)을 따라 축방향으로 흐르는 수막을 제거한다. 전술한 바와같이, 밀폐 스트립(20)은 방사상 틈새 간극(22)을 통해 방사상으로 연장한 버켓(12)의 선단부 주위에서 축방향으로 흐르는 증기류를 효과적으로 제한지만 슬로트(18)가 스트립(20)의 바로 상류에 있지 않은 경우셀 표면(16)을 따라 흐르는 물은 버켓(12)의 고속 선단부상으로 편향될 것이다.

제 2도를 보면, 본 발명의 원리에 따라 구성된 증기 터어빈의 최종단이 도시되어 있다.

버켓(32)으로 부터 상류에 트레일링 에지(31)를 가진 노즐부(30)는 증기가 최종단의 버켓을 향한다.

내부 표면(35)을 가진 터어빈 셀(34)은 회전자 및 버켓 조립체를 동축으로 둘러싼다. 내측면(35)은 방해받지 않는 유동로를 제공하여 물이 버켓(32)의 외측부를 지나 배기 후드(도시되지 않음)를 거쳐 궁극적으로 복수기(도시되지 않음)로 흐르게 한다. 방사상으로 연장한 버켓(32)의 선단부 주위에서 증기류를 제한하기 위해서, 만일 리브(36)가 덮개의 방사상의 외부 표면 및 버켓(32)의 선단으로 부터 외부로 방사상으로 연장된다(덮개는 제2도의 관찰 지점에서는 보이지 않는다). 리브(36)의 방사상 연장부는 제3도에 예시되어 있는데, 리브(36)는 버켓(32)의 방사상으로 연장된 부분 또는 선단부(19)를 지나 연장되어 있다. 다시 제2도를 보면 리브(36)의 방사상으로 연장된 에지는 표면(35)에 매우 근접해 있다. 방사상의 틈새 간극(38)은 실질적으로 제1도에 도시된 틈새 간극(22)과 동일한 크기를 갖는다. 예를 들면, 방사상의 틈새 간극의 크기는 약 26인치의 작용 버켓 길이를 가진 저압력 터어빈의 최종단에 대하여 0.150인치의 크기이다. 간극(38)은 터어빈의 정상 동작시 물이 표면(35)를 따라 예상된 바와같이 방해받지 않고 흐를 수 있을 만큼 충분히 크다.

제3도를 보면, 버켓(32)은 버켓(32)을 샤프트(15)에 고착하기 위한 같은 고정수단(33)과, 버켓(32)의 방사상 내측에 있는 루우트부(37)와, 버켓(32)의 방사상 외측에 있는 선단부(19)를 구비하고 있다. 버켓(32)은 본 발명의 양수인에게 양도되고 본 명세서에서 전적으로 참고로 하며 Musick등에 허여된 미합중국 특허 제 3,719,432호에 상세히 상세히 기재된 너브(nub)및 슬리이브(sleeve)를 가진 인접 버켓에 고정된다.

제4도는 덮개(44)에 의해 각 외측 방사상 선단부에 함께 접속되는 한쌍의 버켓(40 및 42, 버켓 (32)과 유사)에 대한 방사상 평면도를 도시한 것이다. 덮개(44)의 상세한 설명, 덮개와 버켓 선단부와의 관계 및 전체로서의 터어빈에 대한 운전 특성은 본 발명의 양수인에게 양도되고, 본 명세서에서 전적으로 참고로 하며 V.S Musick씨에게 허여된 미합중국 특허 제 3,302,925호를 참고로 한다.

덮개(44)는 상기 덮개의 방사상의 외부 표면(45)로 연장된 리브(46)를 구비한다. 리브(46)는 제2도 및 제3도에 각각 도시된 리브(36)와 유사하다. 리브(46)는 단의 대응하는 다수의 버켓 선단부를 함께 연결하는 다수의 덮개에 의해 형성된 원주면으로 부터 방사상으로 외부로 연장한다. 리브(46)는 통상 인접 덮개(50)의 리브(48) 및 버켓(42)의 리브(61)와 접선 방향으로 정렬된다. 마찬가지로, 리브(46)는 인접덮개(54)의 리브(52) 및 버켓(40)의 리브(63)와 접선 방향으로 정렬된다.

양호한 실시예에 있어서, 리브(46)의 리딩에지(60)는 리브(61)의 트레일링 에지에 매우 근접해 있고 리브(61)의 리딩 에지는 리브(48)의 트레일링 에지(62)에 매우 근접해 있다. 리딩 및 트레일링의 명칭은 제4도에 화살표로 나타낸 회전 방향과 관계있다. 이와 유사한 방식으로, 리브(46)의 트레일링 에지는 버켓(40)의 리브(63)의 리딩 에지에 매우 근접해 있고 리브(63)의 트레일링는 리브(62)의 리딩 에지에 매우 근접해 있다.

리브(46)는 리브(52,63,61 및 48)와 단의 다수의 버켓 및 덮개에 상응한 다른 리브와 공동으로 전술한 바와 같이 버켓의 방사상의 외측부와 터어빈의 셀간의 밀폐를 효과적으로 제공하도록 실제로 끊임없이 방사상으로 연장하는 원주상의 링(21, 제3도)를 형성한다. 리브가 있는 덮개(44)가 저압력 증기 터어빈 장치의 최종단에 대해 사용될시에, 링(21, 제3도)이 방사상의 틈새 간극(38, 제3도)을 통한 증기류만을 방해하기 때문에, 터어빈 셀(34)의 내부 표면(35)을 따라 축적되고 축방향으로 흐르는 다수의 막을 제거할 필요가 없다. 따라서, 습기 제거 슬로트(18, 제1도)가 불필요하므로 제거될 수 있다. 방사상의 틈새 간극(38, 제2도)의 크기가 방사상의 틈새 간극(22, 제1도)의 크기와 유사하기 때문에, 본 발명에 따른 터어빈단의 효율의 개선은 단을 통한 총 증기류의 0.6%를 절역하므로 이루어진다. 0.6%의 평가상의 절약치는 습기 제거 슬로트(18, 제1도)를 통해 흐르는 증기류의 평가 손실을 나타낸다. 증기류 0.6%의 절약이 단의 효율을 향상시키므로 이에 따라 총 터어빈 효율도 향상된다.

양호한 실시예에 있어서, 리브(46)는 덮개(44)의 일체 부품이다. 버켓이 열자국으로 인해 방사상으로 팽창될 수 있거나 또는 터어빈 운전시 생기 기계적 반응으로 인해 방사상으로 이동될 수도 있도 있기 때문에, 리브(46)는 셀(34, 제2도)의 내부표면(35)의 재료에 대하여 비교적 마모성의 재료를 포함할 수도 있다. 회전자 및 버켓 조립체가 수직축 및 셀(34)의 접촉 내부 표면으로 부터 비정상 회전편차를 얻는 경우, 리브(46)의 일부분은 마모할 것이다. 터어빈단의 축방향 중심선은 동작중 회전자의 열팽창 또는 베어링 정렬의 변화에 의해 이동될 수 있다.

본 명세서에 기술된 단일 리브식 덮개의 밀폐 능력은 단의 중심선의 축방향 이동에 의해 영향을 받지 않는다.

또한, 다수의 접선 방향으로 정렬된 리브를 구비한 단일 리브식 덮개 장치는 터어빈단을 둘러싼 셀의 내부 표면을 둘러싼 셀의 내부 표면을 따라 흐르는 물을 구비한 임의이 터어빈단에 대하여 밀폐를 제공하므로 유효하고, 따라서 습기 제거 슬로트(18, 제1도)가 필요하지 않다.

제 5(a)도, 제5(b)도 및 제5(c)도는 본 발명의 원리에 따라 구성된 리브의 몇개의 가능한 횡단면도를 도시한 것이다.

방사상의 틈새 간극(38, 제2도)을 통한 증기류가 리브 단면과 관련되기 때문에 리브의 기하학적 구성은 신중히 고려해야 한다. 리브의 방사상으로 연장한 에지는 덮개에 인접한 리브의 베이스와 비교하여 상대적으로 좁은 것이 좋다. 다른 특징은 약 1.7내지 2.0의 범위일 수도 있는 리브대 리브 베이스폭 높이의 비, 약 1.7이상(바람직하기로는 2.0)일 수 있는 리브대정상 상태의 방사상의 틈새 간극거리의 높이의 비 및 약0.10 이하일수 있는 리브에 정상 상태의 방사상의 틈새 간극 거리의 리브의 방사상으로 연장된 에지의 폭의 비와 관계된다. 각각의 2.0, 1.7 및 0.10의 비는 약 26인치의 작용 버켓 길이를 가진 터어빈의 최종단에서 밀폐수단으로서 리브의 최적의 성능을 발취하게 하기 위하여 이론적으로 제안된 값이다. 전술한 바와 같이, 동작중, 단일리브의 기하학적 특징은 방사상 틈새간극(38, 제2도)을 통해 셀(34, 제2도)의 내부 표면(35)과 리브(36, 제2도)간에 실제로 물리적으로 존재하는 공간보다 작은 방사상의 공간으로 흐르는 증기를 제한한다.

상기 현상은 유체 역학 분야에서 잘 알려진 베나-콘트렉타(vena-contracta) 이론에 의해 설명되어 있다. 따라서, 단일 리브(36)는 어떠한 리브(36, 제2도)도 사용되지 않은 경우에 예상될 수 있을 방사상의 틈새간극(38, 제2도)을 통한 총 류로 부터 방사상 틈새 간극(38) (제2도)을 통한 탕성 유체 또는 증기의 유량을 감소시킨다. 최적으로 작동하는 리브의 횡단면 구조는 유체 역학의 원리에 따른 구멍 및 다른 밀폐 장치를 통과하는 유체유에 대한 연구를 따른다. 동일 덮개상의 축방향으로의 이격된 다수의 리브가 덮개당 한개의 리브에만 있을 방사상의 틈새 간극(38, 제2도)을 통한 증기류를 절약할 수 없고 따라서 본 발명에 따른 단일 리브에 의해 얻어진 밀폐 성능을 향상시킬 수 없기 때문에, 각 덮개상에 연장한 단일 리브가 중요하다. 또한 두개의 축방향으로 이격된 리브의 밀폐 성능은 그들 사이의 축방향 간격에 따르는데, 상기 축방향 간격은 틈새간극(38, 제2도)의 크기의 함수이다.

제2리브에 대한 리브(36, 제3도)의 밀폐 성능을 향상시키기 위하여, 리브(36)와 제2리브간의 축방향 간격은 일방적으로 본 발명의 덮개(44, 제4도)상에 수용될 수 없을 만큼 커야된다. 또한, 버켓의 외부의 방사상의 선단부 너머로 방사상으로 연정하지 않는 단일 리브는 본 명세서에 기술한 바와같은 증기류를 절약하지 않는다.

본 발명의 원리에 따라 이용될 수 있는 제4도의 선 5-5를 따라 절취한 리브의 3개의 방사상의 횡단면도를 제5(a)도, 제5(b)도 및 제5(c)도에 도시한다. 도시된 리브는 전술한 원리에 따라 구성될 수 있는 하나의 리브만이 아니라 본 명세서에 기술된 상태에서 효과적으로 동작하는 리브의 형태를 도시한 것이다. 리브 (65a, 64b 및 65c)는 각각의 외측 방사상의 덮개 표면 (64a, 64b 및 64c)상에 연장한다. 증기류의 영향은 화살표로 도시되었으며 제 5a, 5b 및 5(c)도의 류의 방향을 나타내고 있다. 제 5(a)도에서, 리브(65a)는 사디리꼴 횡단면 구조를 갖는데 수평 기준 평면으로 부터 약 40°보다 큰 경사각, 바람직 하기는 약 40°와 약 60°사이의 경사각, 가장 바람직하기는 약 45°의 경사각이 형성되어야 한다. 제5(b)도는 비교적 넓은 베이스로 부터 방사상으로 연장한 에지로 점진적으로 좁아지는 비교적 넓은 베이스 근접 표면(64b)을 포함하는 리브(65b)를 도시하고 있다. 리브(65a, 65b 및 65c)의 축방향으로 연장한 선단부는 잘려진다.

제 5(c)도에 예시된 리브(65c)는 비교적 직선의 방사상으로 연장한 상류의 벽 표면, 끝이 잘려진 방사상으로 연장 예지 및 비교적 넓은 베이스 근접 표면(64)을 갖는다. 따라서 리브의 횡단면도는 리브의 베이스로부터 리브의 방사상으로 연장한 예지로 비교적 점진적으로 좁아진다. 본 분야의 통상의 지식을 가진 자는 덮개의 외부 표면으로 부터 연장하고 본 발명의 원리에 따라 동작하는 리브의 많은 상이한 단면, 형태 및 구조를 상세히 알 수 있을 것이다.

제6도는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것이다. 덮개(70)는 회전자 버켓(72)의 선단을 인접 회전자 버켓(74)의 선단에 접속한다. 각각의 덮개(77)는 인접 버켓을 각각의 버켓(74 및 72)에 접속한다. 방사상으로한 리브(78)는 덮개(70)의 외부 표면상에 돌출하고, 덮개(76)과 일체로 되어 있는 리브(80)와 덮개(77)의 일체 부분인 리브(81)에 대하여 접선 방향으로 정렬된다. 리브(30)의 트레일링 에지는 리브(78)의 리딩 에지로 부터 이격된다. 간격(82)은 리브(80)의 트레일링 에지를 리브(78)의 리딩 에지로 부터 분리한다. 따라서, 리브(78)는 버켓(74)의 선단부상에 돌출하는 것이 아니라 상기 선단부에 근접하여 종결되고 리브(80)는 마찬가지로 버켓(74)의 선단부에 근접하여 종결된다. 유사 공간이 예시된 바와같은 인접덮개(70,77)상에 대응하는 리브가 존재할 수 있다. 회전자 버켓의 방사상으로 연장한 선단부 주변 및 공간을 통한 증기류는 공간(82) 및 단의 외부 원주를 따른 유사 공간이 터어빈단의 다수의 덮개와 관련된 다수의 리브에 의해 형성된 실제로 끊임없이 방사상으로 연장한 링의 비교적 작은 부분을 포함하기 때문에 본 실시예에서 비교적 작다. 공간(82)을 통한 증기류는 터어빈의 동작할시에 실제로 제한 된다.

본 발명은 버켓의 외측 선단의 측면 구멍과 합치하는 측면으로 연장한 장부(tenon)에 의해 버켓에 접속되는 덮개, 즉 본 명세서에 도시된 특수 덮개로써 이용될 수 있다. 본 명세서에도 예시된 덮개는 통상측면 입구 덮개라 불리우고 전술한 바와같이 본 명세서에서 참고로 하는 미합중국 특허 제 3,302,925호에 명확히 기재되어 있다. 또한 다른 형태의 덮개가 본 명세서에 기술된 바와같이 리브로써 이용되어 있다.

본 발명은 또한 단의 미리 정해진 수의 버켓을 그룹으로 함께 접속하므로 실행될 수 있지만 각각의 그룹화된 버켓을 함께 연결할 수 없으며, 다수의 그룹화된 버켓을 구비한다. 리브에 의해 형성된 비교적 연속적 이고 방사상으로 연장하는 링내의 각 조의 버켓들간에 브레이크나 간극이 있을지라도, 동작시에 버켓은 브레이크를 통한 축류가 비교적 최소량이 되게끔 회전 한다. 본 발명은 덮개와 리브가 버켓의 일체부를 형성하도록 실시될수 있다.

제7도를 보면, 본 발명의 다른 특징이 도시되어 있다. 제7도의 실선으로 된 곡선은 정상 운행속도, 예컨데 3600rpm에서 자유 방치 버켓(제4도)으로 부터 예상된 비 비틀림의 양의 각도를 도시한 것이다. 제4도에 도시된 바와 같이, 회전자가 회전하기 시작하여 운행 속도, 예를 들면 3600rpm를 향하여 속도를 증가시키기 시작할때, 버켓(42)은 버켓(42)의 리딩 에지(43)로 부터 화살표(51) 방향으로 그리고 버켓(42)의 트레일링에지(47)로 부터 화살표(53) 방향으로 풀리게 되는 경향이 있다. 버켓(42)의 운행 속도에 있을때, 버켓(42)의 공기 역학 및 그 단의 인접 버켓과의 관계는 상기 단으로 부터 좌측 효율을 얻기 위하여 가능한한 최적 설계 명세에 가깝게 되는 것이 바람직하다. 예를들어, 초음속 흐름 조건이 본 발명의 양수인에게 양도되고 전적으로 본 명세서에서 참고로 하는 Fowler씨등에 허여된 미합중국 특허 제 3,565,548호에 기재된 바와 같은 속도 변환 버켓형에 의해 제어되는 것이 바람직할 것이다. 또한, 버켓(40,42)으로부터 덮개(44)의 장부에 대한 응력은 상기 형태의 신뢰도를 유지하고 동시에 덮개(44)의 장부 또는 버켓(40,42)의 대응장붓 구멍(mortise)에 대한 손상을 방지하기 위하여 미리 정해진 제한치를 초과하지 않아야 한다.

따라서, 버켓(40,42)은 덮개(44)의 장부상의 부하 또는 응력을 최소화하기 위하여 제7도에 점선으로 도시된 부가량에 의해 과 비틀림을 받으므로, 동작 속도에서의 비 비클림시 버켓(40,42)은 원하는 공기 역학 형태를 얻을 것이다. 과 비틀림을 받으므로, 동작 속도에서의 비 비클림시 버켓(40,42)은 원하는 공기 역학 형태를 얻을 것이다. 과 비틀림의 유효량은 과 비틀림의 경우에도 덮개(44)가 버켓(42)의 선단에서 약간의 비 비틀림을 제한함으로써 유해한 버켓 진동의 억제를 돕도록 기계적 결합을 제공하기 위하여 동작 속도에서 덮개(44)의 장부상에 소정의 응력을 유지하게끔 제공된다. 동작 속도에서의 버켓(42)의 최적 공기 역학 방위에서, 일어날수도 있는 유해한 기계적 진동을 제공하는 버켓(42와 40)사이의 기계적 결합을 유지하기 위하여 덮개(44 및 50)의 장부상의 응력을 소정의 레벨로 하는 것이 바람직하다. 게다가, 전술한 미합중국 특허 제3,710,432호에 기술된 너브 및 슬리이브 래싱 장치는 단지 원심력의 방사상의 외부 추력만이 너브와 각 슬리이브 사이의 기계적 결합을 제공하게끔 동작 속도에서 정렬되도록 하는 것이 바람직하다.

제8도를 보면, 본 발명에 따른 최종단의 접선도가 도시되어 있다. 또한, 터어빈의 다음단으로 부터 최종단 또는 L-1(L마이너스)단 까지의 대표적 버켓(100)이 도시되어 있다.

격막(105)은 리딩 에지(104)를 포함한 노즐부(30)와 노즐부(30)의 루우트를 고정 유지하는 내측 격막링(102)을 포함하는 포함한다. 노즐부(30)의 외측부 또는 선단은 셀(31)의 고착된다. 노즐부(30)의 트레일링 에지(31)는 트레일링 에지(31)의 방사상 최외측부가 트레일링 에지(31)의 방사상 최내측부 보다 축방향으로 더 하류에 있도록 측방향으로 경사져 있다. 즉, 노즐부의 트레일링 에지(31)는 샤프트(15)의 방사상측(115)에 대하여 각도(117)만큼 경사져 있다. 각도(117)는 약 50°미만인 것이 좋다.

제9도를 보면, 제8도의 선 9-9를 따라 절취된 방사상 내측도가 도시되어 있다. 또한 노즐부(30) 및 인접 노즐부(20)가 도시되어 있다.

이해의 편의상 두개의 노즐부만이 도시되어 있다.

노즐부(30 및 120)와 동일한 상대 위치를 각각 가진 다수의 노즐부가 격막(105, 제8도)에 배치되고 샤프트(15, 제8도)를 원주상으로 둘러싸고 있음을 알 수 있을 것이다.

노즐부(30)의 트레일링 에지(31) 및 대응하는 노즐부(120)의 대응하는 트레일링 에지(121)가 제9도에 점으로 표시된다. 트레일링 에지(31)와 트레일링 에지(121) 사이의 거리는 노즐부의 피치로서 문자 t로 표시된다. 노즐부(30)의 트레일링 에지(31)로 부터 노즐부(120)의 흡입면(122)상의 가장가까운 지점(108)까지의 거리는 출구 또는 트레일링 에지 통로로 불리우며 문자 S로 표시된다.

노즐부(30과 120)사이의, 채널(130)을 통한 초음속류를 조절하기 위하여, 채널(130)의 상류 입구(노즐부 (30 및 120)의 각각의 리딩 에지(104 및 124)간)으로 부터 채널(130)의 상류 입구와 하류 출구(노즐부 (30 및 120)의 트레일링 에지(31 과 121)간)에 배치된 최소 유동 면적으로 유동 면적을 감소시킨 다음, 최소 유동면적의 위치로 부터 채널(130)의 하류 출구까지의 유동 면적을 증가시켜서, 채널(130)을 통한 수렴-발산 유로를 형성하는 채널(130)이 필요하다. 채널(130)을 통한 최소 유동 면적이 최소 통로에서 일어나는데, 예를들어 노즐부(120)의 흡입면(122)상의 점(110)에서 노즐부(30)의 압력면(125)상의 점(112)까지의 상의 점(110)에서 노즐부(30)의 압력면(125)상의 점(112)까지의 거리는 최소이며 부호 S*으로 표시된다. 또한 거리보다는 유동면적을 나타내는 것이 일반적 관계인바 이러한 경우에는 부호 S및 S*이 각각 A 및 A44:으로 대체된다. 노즐부의 루우트로 부터 방사상 거리의 함수로써 비율 S/t는 통상 인접 노블부간의 공간 관계를 정의하는데 사용된다.

제8도를 다시 살펴보자면, 노즐부(30 및 120, 제9도)사이의 노즐(120)의 흡입면(122)상에 있는 출구 통로를 형성하는 노즐부(120)상의 점(108)에 대한 궤적이 도시되어 있다. 또한, 노즐부(30 및 120, 제9도)사이의 초소 통로를 규정하는 노즐부(120)상의 점(110)에 대한 궤적도 도시되어 있다. 노즐부(30)의 압력면(125)상의 점(72, 제9도)의 대응 궤적은 간략화하기 위해 제8도에 도시되지 않았다. 최소 통로의 궤적(110)은 노즐부(30)의 리딩 에지(104)의 하류 및 노즐부(30)의 루우트에서 점(108)의 궤적의 상류에서 시작한다는 것을 알수 있다. 노즐부(30 및 120, 제9도)사이의 최소 통로의 궤적(110)은 궤적(110)이 궤적(108)과 합쳐질때까지 즉, 최소 통로 S*가 노즐부(30)의 루우트 및 선단 중간의 예정된 점(111)에서, 최소통로 S와 동일하고 상기 통로와 일치하여 발생할 때까지, 노즐부(30)의 루우트로 부터 방사상의 거리를 증가시키기 위해 하류 또는 궤적(108)에 가깝게 단조적으로 배치된다. 궤적(108)과 궤적(110)사이의 합병점(111)의 외부 방사상의 범위는 원하는 초음속류의 조절량에 의해 결정된다. 통상, 채널(130, 제9도)을 통한 속도 단면은 증기류의 최대 속도가 루우트에서 발생하며, 상기 속도는 방사상으로 제거된 증기류에서의 루우브로 부터 노즐부(30)의 선단방향으로 감소하도록 되어 있다. 최적 효율을 유지하기 위해서는 초음속 충격의 방향 및 발생을 조절하는 것이 필요하다. 유해하거나 또는 예상치 못한 충격이 채널(130, 제9도)을 통해 증기류를 왜곡시킬 수 있으므로, 버켓(32)의 입력에 대한 최적 증기 조건을 벗어나 나타나게 된다. 최적이 아닌 증기 상태를 제공하여 단의 효율을 저하시킬 수 있다.

격막(105)의 내측링(102)의 방사상 외부 표면 또는 주변부(103)은 증기류를 조절하여 버켓(32)의 루우트(132)로 향하게 하는 형태를 갖는다. 노즐부(30)의 리딩 에지(104)로 부터 내측링(102)의 주변부(103)상의 점(106)까지에서, 표면(103)의 단면은 소정의 반경을 가진 원의 원호인 것이 바람직하다. 따라서, 노즐부(30)의 리딩 에지(104)에서 점(106)까지의 내측링(102)의 표면(103)의 형태는 주변부(103) 주위에서 원주상으로 원환체 또는 도우넛 형상의 부분면을 형성한다. 내측링(102)주위의 점(106)의 궤적은 최소 통로 마진(110)과 출구 통로 마진(108) 중간에 배치된 원이다.

점(106)으로 부터 노즐부(30)의 트레일링 에지(31)까지 표면(103)의 단면은 만약 연장된다면 리딩에지(136)와 버켓(32)의 루우트와의 접합점(134)에서 교차하는 직선으로 되는 것이 바람직하다. 따라서, 점(106)에서 노즐부(30)의 트레일링 에지(31)까지의 내측링(102)의 표면(103)의 형태는 주변부(103)주위에서 원주상으로 절두된 원추의 표면을 형성한다. 물론, 관련 버켓의 루우트를 향해 방사상으로 내주로 증기류를 향하게 하고 조절하는데 유효한 주변부(103)의 다른 형태 및 윤곽이 사용될 수 있다.

제 10(a)도, 제10(b)도를 도면, 간략화된 단을 통한 증기류가 되시되어 있다. 제 10(a)도에서, 최적 효율을 얻기 위해, 화살표에 의해 도시된 희망 증기류가 도시되어 있다. 인접 상류단(도시 생략)으로 부터 일반적으로 패창되는 증기는 본 발명에 따라 노즐부(200)에 의해 버켓(210)에 들어오고 실제로 축방향으로 버켓(210)을 나간다. 제10(b)도에서, 화살표에 의해 도시된 유해한 증기류가 도시되었다.

증기 터어빈, 특히 저압 터어빈의 최종단은 통상 평균 축 환상 속도 Vax의 함수로서 표현된 증기의 가변배기 체적 류에 대해 동작 가능해야 하는 한편, 이러한 효율상의 효과를 최소화시켜야 한다. 증기의 배기 체적류의 변화는 터어빈에 의해 발생된 파우어 출력의 변동으로 인하여 생기는데, 그 이유는 최종단을 통한 증기 유량이 터어빈의 출력 파우어와 거의 선형으로 변화하기 때문이고, 또한 배기 압력 변동으로 생기는데, 그 이유는 통상의 터어빈 동작 환경에 대한 배기 압력이 일정하지 않기 때문이다. 터어빈으로 부터의 내기 압력은 복수기 설계 및 동작 조건의 함수이며 주로 복수기로 입력된 냉각수의 온도에 의해 영향을 받는다. 일반적으로 다량의 물이 냉각하기위해 필요하고 통상 상기 물은 기상에 노출된 소스로 부터 공급되므로 계절 변화로 인하여 1년에 걸쳐 온도 변동을 겪게 된다.

터어빈의 최적 출력 설계 부하의 약 40%내지 약 100%내의 부하에서의 통상의 복수기 및 터어빈의 운전시 최종단을 통한 증기류는 제 10(a)도에 도시한 것과 유사하여야 한다. 최종단을 통한 증기류가 감소하거나 또는 단의 배기 압력이 증가될시에, 속도의 방사상의 외부 성분은 특히 버켓에서 증기류에 전하여 지는데, 상기가 버켓의 루우트에서 시작하는 흐름 분리 또는 흐름 제거(즉 최적 효율을 위한 부적당한 흐름)를 발생시킬 수 있고 궁극적으로 제 10(b)도에 도시한 바와 같이 재순한 증기류 패턴으로 된다. 재순환 류는 유해하고 큰 효율 감소를 야기시키기 때문에 제거되야 한다. 본 발명의 한 특징에 의하면, 노즐부를 포함한 격막, 및 버켓의 특징은 공동으로 이러한 재순환 류의 발생을 지연시키고 따라서 종래의 설계의 단보다 더 넓은 범위의 증기류 및 배기 압력 조건에 더하여 최대 효율의 운전을 가능케 한다.

제 11도를 보면, 본 발명에 따른 최종단의 대표적 압력 운전 특성이 도시되어 있다. 좌표계는 노즐부 입구 압력에 대한 노즐부 압력 P₂를 나타낸다.

노즐부 입구 압력은 공칭적으로 터어빈의 L-1단으로 부터의 출력 압력으로서 통상 P BOWL로써 표시된다.

그 좌표는 노즐부의 루우트(축에 가장 가까움)에서 선단(셀에 가장 가까움)까지의 방사상 간격의 백분율을 나타낸다. 노즐부상의 소정의 방사상 위치에서 노즐부 양단의 입력 압력에 출력 압력의 비가 약 1.83보다 클경우, 음속 변환(즉 아음속을 초음속으로)흐름 지역이 소정의 방사상의 위치에서 노즐부에 의해 형성된 흐름 채널내에 발행할 것이다. 음속 변환 흐름에 대한 경계가 제 11도에 도시되고 약 54.6% (즉 PBOWL/P₂=1.83 또는 P₂=0.546 PBOWL)의 값에서 좌표계를 차단한다. 제11도의 곡선상의 범례는 터어빈 운전중에 부딪힐수 있는 최고 또한 설계 평균 축 환상 속도 Vax(max)의 백분율로서 평균 축 환상 속도 Vax의 대표치를 나타낸다.

제11도에 도시된 바와 같이 Vax=Vax(max)의 경우에, 노즐부의 선단(약 68% P BOWL)과 루우트 (약 31%P BOWL)사이의 압력 P₂에는 비교적 큰차(즉 약 37 P BOWL)가 있다. 상기 압력차는 노즐부와 버켓간의 접선 방향의 최소 속도를 흐름의 관성력에 의해 상쇄된다. Vax가 감소될시에, 예컨데 Vax=0.40 Vax(max)에서는 루우트(약 64% PBOWL)와 선단(약 72% PBOWL)사이의 압력 P₂의 차(약 8% PBOWL)가 실질적으로 감소한다. Vax가 감소될시에, 노즐부와 버켓간의 흐름의 관성력도 또한 감소하지만, Vax의 등가 감소에 대해서는 노즐부의 루우트와 선단 사이의 압력차만큼 급속히 감소하지는 않는다. 최종적으로, Vax는 증기류가 증기통로를 완정히 채울 수 없으므로, 전술한 바와 같은 재순환류가 발행하는 값 및 상기 값 이하까지 감소될 수 있다.

본 발명에 따른 노즐부(30, 제8도)와 버켓(32, 제8도)의 상호 작용은 터어빈에서의 배기 압력 및 증기류의 허용 운전 범위를 넓혀 재순환류의 발생을 지연시킨다. 상기 허용가능한 범위는 루우트로 부터 방사상의 예정된 거리로 연장하는 노출부의 영역간에 흐르는 증기에 속도 또는 운동량의 예정된 방사상의 성분은 부가하므로 인해 넓혀진다.

부가한 운동량의 내측 방사상의 성분은 증기류의 접선 속도에 의해 발생된 증기류의 관성력에 대항하며 상기 대항은 관성력의 크기를 효과적으로 감소시키므로 인해 버켓에서의 루우트 류의 분리 및 재순환 류의 발생을 지연시킨다.

제12도를 보면, 제8도의 선 12-12을 따라 절취한 부분 방사상 도면(정확한 스케일이 아님)이 도시되어 있다. 격막(105)이 샤프트(15)주위 전체에 원주상으로 연장된다는 것을 알수 있다. 노즐부(30)의 트레일링 에지(31)와 노즐부(120, 제9도)의 트레일링 에지(121, 제9도)는 동일하고, 샤프트(15)를 원주상으로 둘러싼 다수의 노즐부를 나타낸 것이다. 기준선(150)은 사프트(15)의 회전축선을 통해 방사상으로 연장한다. 트레일링 에지(31)는 기준선(150)에 대해 접선방향으로 경사져 있다.

기준선(150)과 노즐부(30)의 트레일링 에지(31)사이의 각도(155)는 약 12°미만이 좋다. 따라서, 본 발명의 한 특징에 있어서 노즐부(30 및 120)의 축 및 접선 방향의 기울기, 격막(105)의 내측링(102)의 내벽 윤곽, 노즐부(130 및 120)루우트에서의 버켓간의 수렴-발산 채널의 위치 설정이 공동으로 단을 통한 재순환 류의 발생을 지연시키며 따라서, 종래의 단 설계의 경우보다 더 넓은 범위의 증기류 조건 및 배기압 변화에 따라 최대 효율을 제공한다.

따라서 터어빈의 단으로 부터 조기에 습기를 제거하지 않은 습기로 인한 기계적 손상으로 부터 단의 구성 요소를 보호하는 한편, 축류 증기 터어빈의 축작동 유로내에 증기를 유지하는 밀폐 장치를 기재 및 설명해왔다. 또한, 운전중에 유해한 음파속 충격의 형성을 방지하도록 음속 변환 증기류의 영역의 위치 설정하는 것에 관해 예시 및 설명해왔다. 게다가, 최종단 버켓의 비 비틀림의 제어가 설명 및 기재되었다.

그 밖에 특히 낮은 평균 환상 속도에서 원하는 증기 흐름을 제공하고 재순환 흐름의 시작을 지연시키도록 하는 최적의 격막과 버켓의 상호 작용에 관해 도시 및 기재하였다.

지금까지 단지 예시 목적상 본 발명의 어떤 양호한 실시예만을 기재해 왔으나, 본 분야의 숙련 기술자는 여러가지 수정 및 변형을 가할 수 있을 것이다. 또한, 부속 청구범위는 본 발명의 진정한 정신 및 범위내에 포함되는 모든 수정 및 변형예를 포함할 것임을 이해하여야 한다.

Claims

탄성 유체로 부터 이용할 수 있는 에너지의 최소한 일부를 기계적 에너지로 변환하는 축류 터어빈의 단에 있어서, 상기 터어빈의 회전자의 주위에 고착되고 원주상으로 정렬되며, 각 버켓이 외측 선단부와 내측 루우트부 중간에 공기력 영역을 포함하며, 내표면을 가진 터어빈의 셸에 의해 원주상으로 싸여진 다수의 버켓을 구비하며, 각각이 상기 인접한 버켓의 선단부를 각기 연결하고 외표면을 포함하는 다수의 버켓 덮개를 구비하며, 상기 다수의 버켓 덮개의 각각의 외표면으로 부터 방사상으로 외측에 각기 연장하는 한개의 리브를 구비하며, 각각의 리브는 인접 덮개상의 리브에 관해 접선 방향으로 정렬되며, 상기 리브의 방사상으로 연장한 에지는 셀의 내표면과 상기 리브간의 방사상 틈새 간극을 형성하며, 상기 리브는 상기 다수의 버켓의 선단과 상기 셀의 내표면간의 탄성 유체의 흐름에 대해 유일한 방해물로서의 구성이며, 상기 다수의 버켓으로 부터 축방향으로 일정하게 이격되고, 회전자의 주위에 원주 방향으로 배치된 탄성 유체를 다수의 버켓 내부로 향하게 하는 격막을 구비하며, 상기 격막은 회전자에 근접한 루우트를 가진 일정하게 이격된 다수의 노즐부를 포함하며, 각 노즐부는 각 노즐부간에 각각의 다수의 각 채널 및 상기 루우트에 상기 다수의 노즐부를 고착시키기 위한 내측링을 형성하며 상기 다수의 각 노즐부는 리딩 에지 및 트레일링 에지를 포함하고 축방향의 기울기 및 접선 방향의 기울기를 포함하도록 배치되며, 상기 축방향의 기울기 및 접선방향의 기울기는 각각의 회전자의 회전축으로 부터 방사상의 기준선에 대한 기울기이며, 상기 내측링은 상기 노즐부의 트레일링 에지에 인접한 외측 방사상의 범위보다 더 큰 상기 노즐부의 리딩 에지에 인접한 외측 방사상의 범위를 포함하며, 상기 다수의 각 노즐부는 각 노즐부간의 채널이 최소 통로와 트레일링 에지 통로를 포함하도록 인접 노즐로 부터 일정하게 이격되는데, 최소 통로가 노즐부의 리딩 에지와 노즐부의 루우트에 있는 트레일링 에지 통로 사이에 배치되고, 최소 통로는 상기 노즐부가 노즐부의 루우트로 부터 방사상의 이격을 증가시키는 방사상 거리에 있는 트레일링 에지 통로에 더욱 근접하여 단조적으로 배치되며, 각각의 채널의 마진이 노즐부의 방사상의 범위의 최소한 일부에 대하여 수렴-발산 통로를 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 축류 터어빈단.
제1항에 있어서, 상기 축방향 기울기가 약 5°미만인 것을 특징으로 하는 축류 터어빈단.
제1항에 있어서, 상기 접선 방향의 기울기가 약 12°미만인 것을 특징으로 하는 축류 터어빈단.
제1항에 있어서, 사기 최소 통로가 노즐부의 선단과 루우트 중간의 소정의 방사상 거리에서 상기 트레일링 에지 통로와 합쳐지는 것을 특징으로 하는 축류 터어빈단.
제1항에 있어서, 상기 노즐부의 루우트에서의 상기 최소 통로와 상기 트레일링 에지 통로 중간의 소정의 축방향 위치에 대해 상기 노즐부의 리딩 에지에 인접한 내측링의 외측 방사상의 범위가 원환체의 원호를 형성하며, 상기 내측링의 외측 방사상의 범위가 소정의 축방향 위치에서 보다 상기 노즐부의 트레일링 에지에 인접하며, 상기 내측링의 외측 방사상의 범위가 소정의 축방향 위치에서 보다 상기 노즐부의 트레일링 에지에 인접한 부분에서 더 크며, 상기 소정의 축방향 위치로 부터 상기 노즐부의 트레일링 에지에 인접한 상기 내측링의 일부까지의 상기 내측링의 외향 방사상의 범위보다는 원주부의 연장부가 리딩 에지와 다수의 버켓과의 교차부분에서 다수의 버켓을 양분하게끔 원추부를 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 축류 터어빈 단.
제1항에 있어서, 상기 리브가 상기 셀의 내표면에 대하여 마모성 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 축류 터어빈단.
제1항에 있어서, 상기 리브가 덮개 근처의 넓은 횡단면의 베이스부와 상기 리브의 방사상으로 연장된 에지에 방사상으로 외측을 향해 점진적으로 좁아지는 횡단면을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 축류 터어빈단.
제1항에 있어서, 상기 다수의 버켓의 각각의 선단으로 부터 방사상으로 외측을 향해 연장하며, 동시에 인접한 상기 다수의 덮개상의 리브에 대해 접선 방향으로 정렬된 제1리브를 또한 포함하며, 상기 제1의 리브는 상기 인접한 다수의 덮개중 하나에 인접한 리브에 극히 접근하여, 셀의 내표면과, 상기 다수의 선단부간에 실질적으로 연속이고 방사상으로 연장하는 링이 형성되는 것을 특징으로 하는 축류 터어빈단.
제1항에 있어서, 상기 다수의 각 버켓의 외축 방사상의 선단이 관통하는 측구멍을 가지고 있으며, 상기 다수의 각 덮개가 최소한 한쌍의 대향 방향으로 연장하는 측장부를 구비하며, 각 덮개는 측방향으로 연장하는 장부를 대응하는 버켓의 측구멍에 정합하므로써, 한쌍의 인접한 버켓의 방사상의 외측 선단을 함께 효과적으로 접속하며, 각 장부는 탄성 유체가 상기 다수의 버켓의 방사상의 외측 선단에 대하여 음속 변환 상태하에서 통과할시에 상기 다수의 버켓의 최적 공기력 형태를 얻기에 적당한 힘으로써 각각의 측구멍에 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 축류 터어빈단.
제9항에 있어서, 최적의 공기 형태를 얻기 위하여, 상기 덮개를 포함하지 않는 동일 버케상에 가해지는 회전력으로 인한 비 비틀림을 상쇄하도록 상기 각 버켓과 비틀림을 하는 것을 특징으로 하는 축류 터어빈 단.
제1항에 있어서, 인접한 버켓의 마진이 상기 베켓간의 탄성 유체의 유동로를 형성하는데, 상기 유동로는 상기 유동로의 입구와 출구 중간에서 최소 유량부분을 가지며, 상기 최소 유량 부분은 선단으로 부터 버켓의 선단과 루우트와의 중간의 소정의 위치까지 연장되도록 하는 것을 특징으로 하는 축류 터어빈단.
제1항에 있어서, 블레이드 래싱 장치를 포함하며, 상기 다수의 인접 버켓이 인접의 대향하는 공기력면을 제공하며, 상기 각각의 대향 공기력면은 상기 면으로 부터 연장하는 러그를 갖는 보스로서 형성되고, 상기 블레이드 래싱 장치는 각 쌍의 대향하는 브레이드면 사이에 삽입되어 각 쌍의 대향 러그상에 장착된 슬리이브를 구비하는데, 상기 슬리이브의 외측 마진은 탄성 유체에 의해 슬리이브상에 가해진 힘을 감소시키기 위한 공기력면을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 축류 터어빈단.