流体機械の旋回流防止装置
【課題】ラビリンスシール本来の意図する流体のシール効果を損なうことなく、ラビリンスシールに起因する自励振動を抑制するとともに、取付交換作業を容易にする流体機械の旋回流防止装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、回転部２１と静止部２０を備えるとともに、前記回転部２１の先端を囲い、かつ前記静止部２０を支持するダイアフラム２６の前記回転部２１の先端との間にラビリンスシール２７を備えた流体機械において、前記ラビリンスシール２７に臨む入口側であって、前記静止部２０を支持する前記ダイアフラム２６のコーナ部に案内羽根２９を設けるとともに、前記案内羽根２９を前記ダイアフラム２６に着脱自在に取り付ける構成にした。
【解決手段】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、回転部２１と静止部２０を備えるとともに、前記回転部２１の先端を囲い、かつ前記静止部２０を支持するダイアフラム２６の前記回転部２１の先端との間にラビリンスシール２７を備えた流体機械において、前記ラビリンスシール２７に臨む入口側であって、前記静止部２０を支持する前記ダイアフラム２６のコーナ部に案内羽根２９を設けるとともに、前記案内羽根２９を前記ダイアフラム２６に着脱自在に取り付ける構成にした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン、ガスタービン、空気圧縮機等の流体機械に係り、特に内部流体漏出防止用として用いているラビリンスシールから誘起する旋回流によって発生する自励振動を効果的に抑制する流体機械の旋回流防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン、ガスタービン等の大形の流体機械では、最近、信頼性向上技術の見直し、強化が行われており、その一つに自励振動の抑制がある。
【０００３】
この自励振動は、軸受のオイルホイップやオイルホワールによって発生するほかに、ラビリンスシール内の旋回流によっても発生することが知られている。
【０００４】
図１８は、ラビリンスシールを備えた蒸気タービンの一例である。
【０００５】
図１８において、タービンロータ等の回転部１には、この周方向に沿って多数の動翼２が植設され、植設された多数の動翼２は先端部にシュラウド３を設けて隣りの動翼と環状列に配置している。
【０００６】
また、ノズル４は、ノズルダイアフラム内外輪５ａ，５ｂを介して動翼２と向き合うように、ケーシング６の内部に収容されている。
【０００７】
これら動翼２とノズル４とを軸方向に向って多数配置して段落を構成し、段落に蒸気が通過する際、段落毎に蒸気の持つエンタルピが降下し、この降下分が動力に変換される。
【０００８】
このように、各段落で蒸気の圧力、温度が降下し、そのエンタルピ差が有効に動力に変換されるためには、各段落間の蒸気漏れが完全に遮断されていることが必要とされる。
【０００９】
しかし、実際には、ノズルダイアフラム５ａ，５ｂと回転部１との間、あるいはシュラウド３とケーシング６との間を通って圧力の低い側に蒸気が漏出しており、さらに、回転部１がケーシング６を貫通する部分であるグランド部７ａ，７ｂからも圧力の低い側に蒸気が漏出することがある。
【００１０】
このような漏出は、タービン効率を低下させる要因となるので、蒸気の漏出をより一層抑制することが必要とされている。このため、図１９に示すように、上述の部材間にラビリンスシール１１を備え、蒸気の外部への漏出を防止している。
【００１１】
ラビリンスシール１１は、シール本体から回転部側に向って回転部表面に極めて近接した部分まで突出する環状のラビリンスフィン（歯）８を備えている。このラビリンスシール８と回転部１の外周部によって、絞り部９とチャンバ１０とを形成している。蒸気は、チャンバ１０で膨張し、絞り部９で絞られ、この繰返しによって蒸気の外部への漏出を防止している。
【００１２】
なお、ラビリンスシール１１において、回転軸と不安定状態にすることを抑制する技術には、特許文献１〜３等数多くの発明が開示されている。
【特許文献１】米国特許第４３７００９４号明細書
【特許文献２】特開昭５８−２２２９０２号公報
【特許文献３】実開昭６０−１６９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ラビリンスシール１１は、上述の構成を備えているので、蒸気の漏出を効果的に抑制している。
【００１４】
しかし、最近の流体機械では、蒸気の漏出防止を向上させているものの、その反面、回転部が自励振動の発生個所になっていることが指摘されている。
【００１５】
自励振動は、今迄、スチームホワールとして知られている程度であったが、蒸気の圧力がより一層高圧化してくると、顕著に現われるようになった。
【００１６】
この自励振動の発生を考察してみると、ラビリンスシール１１には、流入する蒸気の流れに旋回成分があり、この旋回成分がラビリンスシール１１のチャンバ１０内の周方向の圧力分布を不均一にさせ、回転部１の振れ廻り振動を助長すると考えられている。
【００１７】
図２０は、回転部１が振れ廻っているとき、つまり回転部１の回転軸中心１２ａと実際の振れ廻り中心１２ｂとが異なっているときのラビリンスシール１１に設けたチャンバ１０内の圧力分布１３を示している。
【００１８】
ここで、蒸気の流れに旋回成分があると、圧力のピーク値は、回転部１の振れ廻り方向に対し、遅れ方向に位置する。この不均一に分布する圧力が回転部１に作用する力は、回転部１の振れ廻り方向の力Ｆｘと、この振れ廻り方向の力Ｆｘと直交する方向の力Ｆｙとに分解することができる。
【００１９】
このような圧力のピーク値が発生する場合、回転部１は、常に振れ廻り方向にＦｘなる力で押圧され、このため回転部１の振れ廻りが助長され、自励振動が発生すると考えられる。
【００２０】
ラビリンスシール入口部における旋回流成分が不安定化力に大きな影響を持っており、旋回流の増加によって不安定化力も増加し、自励振動が発生し易くなることは、経験やモデル試験により知られていた。
【００２１】
近年の計算機および流体解析プログラムの進歩発展により、実機条件における旋回流と不安定化力の関係は、図２１に示すように、定量的に把握できるようになった。
【００２２】
図２１は、計算で求めたラビリンスシール入口における旋回流成分と不安定化力とを表わした不安定化力線図であるが、この線図から、旋回流が増加すると不安定化力も増加することがわかった。具体的には、回転部１の周速比５０％のときの５倍以上になっていた。
【００２３】
蒸気タービンでは、ノズル４における出口の旋回流成分が回転部１の周速の１２０％〜１５０％と非常に大きい。このため、ノズル４を出た蒸気が流入する動翼２の先端部に設けられたラビリンスシール１１の入口においても、旋回流成分が大きく、ラビリンスシール１１で発生する不安定化力も、ノズル４を支持するダイアフラム５ａ，５ｂに設けたラビリンスシール１１やグランド部７ａ，７ｂに設けたラビリンスシールに較べて大きい。
【００２４】
このように、動翼２の先端部に設けられたラビリンスシール１１で発生する大きな旋回流成分を低減することが、自励振動を抑制することにつながる。
【００２５】
旋回流成分を低減させる手段には特許文献２および特許文献３に見られるように、ラビリンスシールのチャンバに高圧側に連通させる穴を回転方向側と逆方向側に設け、旋回流と逆方向に流体を噴出させたものや、特許文献１に見られるように、ラビリンスシール入口に案内羽根を設けた技術が開示されている。
【００２６】
しかし、これらの技術は、ラビリンスシールの高圧側とチャンバ内との圧力差が小さく、噴出する蒸気の流速が高くないため、旋回流を抑制する利点が少なく、却って蒸気漏洩量が増加し、ラビリンスシール効果が少ない等の不具合、不都合がある。
【００２７】
また、旋回流成分を低減させる他の手段には、特許文献１に見られる技術がある。
【００２８】
この技術は、図２２に示すように、動翼２の先端部に設けられたラビリンスシール１１のうち、入口側のラビリンスフィン８に臨む側のコーナ部に薄板状の案内羽根（旋回流防止板）１４を設け、この案内羽根１４によって旋回流の低減化を図ったものである。すなわち、この技術によれば、漏洩蒸気は、図２３に示すように、まず、案内羽根１４とラビリンスシール１１のラビリンスフィン８とで囲まれた空間に流れ込み、ここで、大幅に旋回流成分を低減させるため、ラビリンスシール１１で発生する不安定化力が減少し、軸系の自励振動を抑制することができる。
【００２９】
しかし、この技術は、案内羽根１４の周辺での蒸気流速が速いために案内羽根１４にとって侵食を受け易く、一定期間の運転継続後、交換が余儀なくされる等の不具合がある。
【００３０】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、ラビリンスシール本来の意図する流体のシール効果を損なうことなく、ラビリンスシールに起因する自励振動を抑制するとともに、取付交換が容易な流体機械の旋回流防止装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部に案内羽根を設けるとともに、前記案内羽根を前記ダイアフラムに着脱自在に取り付ける構成にしたものである。
【００３２】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、案内羽根は、回転部の周方向に沿って配置する止め部材に植設するとともに、前記止め部材をダイアフラムに対し、締結具で接続させる構成にしたものである。
【００３３】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、止め部材に植設された案内羽根は、取付ピッチを１０°以下の範囲に設定したものである。
【００３４】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、止め部材は、ダイアフラムに設けた突出し部に係合させる凹陥溝を備えたものである。
【００３５】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部に止め部材に植設する案内羽根を設けるとともに、前記止め部材をＩ字形状に形成し、このＩ字形状を係合させる前記ダイアフラムにＴ字形状凹陥部を備えたものである。
【００３６】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体を前記回転体の周方向に沿って配置し、周方向に沿って配置した前記ブロック体と隣りのブロック体との間に案内羽根を介装させる構成にしたものである。
【００３７】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、ブロック体は、直方体に形成し、一側面側にダイアフラムに設けた突出し部に係合させる凹陥溝を備えたものである。
【００３８】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、案内羽根は、薄板の平板で作製するとともに、ダイアフラムに設けた突出し部に係合させる凹陥溝を備えたものである。
【００３９】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体を前記回転部の周方向に沿って配置し、周方向に沿って配置した前記ブロック体と隣のブロック体との間にばねで支持された案内羽根を介装させる構成にしたものである。
【００４０】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、ブロック体は、ばね挿入溝を備えたものである。
【００４１】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体を前記回転部の周方向に沿って配置し、周方向に沿って配置した前記ブロック体と隣のブロック体との間に板ばねで支持された案内羽根を介装させる構成にしたものである。
【００４２】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、板ばねは、案内羽根の一部分から切り出し、切り出した前記案内羽根の一部分を支点に開閉できるように構成したものである。
【００４３】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体と隣のブロック体との間に案内羽根を介装させ、前記ブロック体の底面を前記回転部の回転方向に対し斜めに交差させる面形状に形成したものである。
【００４４】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１４に記載したように、回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体と隣のブロック体との間に案内羽根を介装させ、前記ブロック体および前記案内羽根を前記回転部の回転方向と反対方向に向って傾斜させる構成にしたものである。
【００４５】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１５に記載したように、請求項１〜１４記載のものを蒸気タービンに適用するものである。
【００４６】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１６に記載したように、回転部は、タービンロータに植設する動翼であることを特徴とする。
【００４７】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１７に記載したように、静止部は、両端をダイアフラムによって支持させたノズルであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４８】
本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、ラビリンスシールに臨む上流側であって、ノズルを支持するダイアフラムのコーナ部に案内羽根を設けるとともに、この案内羽根をダイアフラムに自在に着脱できる構成にしたので、案内羽根によってラビリンスシールに向う流体の旋回流を打ち消すことと相俟って、案内羽根の交換作業を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置を組み込んだ、例示としての蒸気タービンの実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００５０】
図１は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の旋回流防止装置を組み込んだ、例示としての蒸気タービンの第１実施形態を示す概念図である。
【００５１】
蒸気タービンは、蒸気流れＳの上流側にノズル（静翼）２２を組み込んだ静止部２０と、その下流側の動翼２３を組み込んだ回転部２１とで１組の段落２４を備え、この段落２４をタービンロータ等の回転部２１の軸方向に沿って複数段にして配置する構成になっている。
【００５２】
また、動翼２３の先端部には、シュラウド２５が固定されている。シュラウド２５と静止部２０としてのノズル２２を支持するダイアフラム２６との間には、蒸気の漏出を防止するラビリンスシール２７が設けられている。
【００５３】
このラビリンスシール２７は、タービンロータ等の回転部２１の周方向に沿って長く延びるとともに、高さ方向の長さが長短異なるラビリンスフィン２８を備え、これらラビリンスフィン２８をノズル２２を支持するダイアフラム２５に植設している。
【００５４】
また、ダイアフラム２６には、図１および図２に示すように、ラビリンスフィン２８の入口側に臨む位置に案内羽根２９が回転部２１の周方向に沿って設けられている。
【００５５】
回転部２１の周方向に沿って設けられた案内羽根２９は、そのピッチが角度１０°以下の範囲内に設定されている。
【００５６】
案内羽根２９の取付ピッチを角度１０°以下の範囲内に設定したのは、以下の理由に基づく。
【００５７】
図３は、案内羽根２９の取付ピッチと流体の旋回流抑制効果との関係を示す案内羽根の取付ピッチ線図である。
【００５８】
図中、横軸は、案内羽根の取付ピッチ角度を示しており、縦軸は、ラビリンスシール入口の旋回流成分を、案内羽根が無かったときの入口旋回流成分に対する比で表したものである。
【００５９】
この線図から、取付ピッチ角度を小さくすると、つまり案内羽根２９の羽根枚数を増やすと、ラビリンスシール入口旋回流が減少し、案内羽根２９の旋回流抑制効果が高くなることがわかった。
【００６０】
また、羽根取付ピッチ角度を１０°以下にすれば、旋回流が従来よりも１／３程度に低減できることがわかった。
【００６１】
従来、ノズル（静翼）の出口の旋回流成分がタービンロータ周速の１２０〜１５０％であり、動翼２３の先端部の隙間に流入する漏洩蒸気も同程度の旋回流成分を持つと考えられていたが、本実施形態では、案内羽根２９の羽根取付ピッチを１０°以下の範囲に設定したので、旋回流を従来に較べて１／３に低減することができ、動翼２３の先端部のラビリンスシール入口旋回流成分をタービンロータ周速の５０％以下にすることができ、不安定化力をほぼゼロにすることができる。
【００６２】
また、回転部２１の周方向に沿って設けられ、羽根取付ピッチを角度１０°以下の範囲内に設定した案内羽根２９は、薄板の平板で作製され、リング状に形成する止め部材３０に植設される。
【００６３】
この止め部材３０は、例えばボルト等の締結具３１を介してダイアフラム２６に固設される。
【００６４】
このように、本実施形態は、膨張仕事を終えノズル２２から動翼２３に向って流れる蒸気のうち、一部の分流蒸気が旋回流を伴ってラビリンスシール２７のラビリンスフィン２８に流れるとき、その旋回流を相殺して打ち消す案内羽根２９を止め部材３０を介装させてダイアフラム２６自体に着脱できる構成にしたので、蒸気の旋回流に伴う自励振動の抑制と相俟って、長年の使用の結果、案内羽根２９が侵食を受けても容易に交換することができる。
【００６５】
図４および図５は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第２実施形態を示す概念図である。
【００６６】
なお、図４は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置を示す一部切欠側面図であり、図５は、図４のＢ−Ｂ矢視方向から見て切断した切断面図である。
【００６７】
また、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００６８】
本実施形態は、図４に示すように、蒸気の旋回流に伴う自励振動を抑制する案内羽根２９を植設する止め部材３０に凹陥溝３２を設けるとともに、この凹陥溝３２を係合させるダイアフラム２６に突出し部３３を設け、この突出し部３３に凹陥溝３２を係合させ、案内羽根２９のダイアフラム２６への着脱を自在にできる構成にしたものである。
【００６９】
そして、本実施形態は、案内羽根２９を植設した止め部材３０の凹陥溝３２をダイアフラム２６の突出し部３３に係合させる際、図５に示すように、分割された止め部材３０を矢印ＡＲの方向に向って、順次挿通させて組み立てている。
【００７０】
このように、本実施形態は、案内羽根２９を植設する止め部材３０に凹陥溝３２を設け、ダイアフラム２６に突出し部３３を設け、この突出し部３３に止め部材３０の凹陥溝３２を挿通、係合させる構成にしたので、蒸気の旋回流に伴う自動振動の抑制と相俟って、案内羽根２９が侵食を受けても容易に交換することができる。
【００７１】
なお、本実施形態は、案内羽根２９を植設した止め部材３０に凹陥溝３２を設け、この凹陥溝３２を係合させるダイアフラム２６に突出し部３３を設けたが、この例に限らず、例えば、図６に示すように、止め部材３０を高さ方向の中間部をくびれ状に形成したＩ字形状３４にし、相手側のダイアフラム２６をＴ字形状凹陥部３５に形成し、Ｔ字形状凹陥部３５にＩ字形状３４を係合させてもよい。
【００７２】
図７〜図１０は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第４実施形態を示す概念図である。
【００７３】
なお、図７は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置を示す一部切欠側面図であり、図８は、図７のＣ−Ｃ矢視方向から見て切断した切断面図であり、図９は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置に適用する案内羽根の概念図であり、図１０は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置に適用するブロック体の概念図である。
【００７４】
また、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００７５】
本実施形態は、図７に示すように、蒸気の旋回流に伴う自励振動を抑制する案内羽根２９とブロック体３６とをダイアフラム２６に設けた突出し部３３に、順次、回転部２１の周方向に沿って列状に配置させたものである。
【００７６】
また、案内羽根２９は、図９に示すように、薄板状の平板で作製し、一側面側に凹陥溝３２を形成する。
【００７７】
また、ブロック体３６は、図１０に示すように、直方体の形状にし、一側面側に凹陥溝３２を形成する。
【００７８】
そして、本実施形態は、案内羽根２９およびブロック体３６を、ダイアフラム２６に設けた突出し部３３に係合させる際、図８に示すように、まず、分割されたブロック体３６を矢印ＡＲの方向に向って突出し部３３に係合、挿通させ、次に、案内羽根２９を突出し部３３に挿通させ、この作業を繰り返し、組み立てている。
【００７９】
このように、本実施形態は、案内羽根２９およびブロック体３６のそれぞれに凹陥溝３２を設け、ダイアフラム２６に突出し部３３を設け、この突出し部３３にブロック体３６と案内羽根２９とのそれぞれの凹陥溝３２を順番に交互に繰り返して係合、挿通させる構成にしたので、蒸気の旋回流に伴う自励振動の抑制と相俟って、案内羽根２９が侵食を受けても容易に交換することができる。
【００８０】
図１１は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第５実施形態を示す概念図である。
【００８１】
本実施形態は、直方体として形成するブロック体３６を、第３実施形態と同様に、凹陥溝（図示せず）を備え、この凹陥溝をダイアフラムに設けた突出し部３３（ともに図示せず）に係合させるとともに、分割されたブロック体３６を回転部２１の周方向に沿って列状に配置するとき、一方のブロック体３６と隣のブロック体３６との間にばね３７を介装させて薄板状の平板で作製した案内羽根２９を配置したものである。
【００８２】
また、ブロック体３６は、ばね３７を装着させるばね挿入溝３８を備え、このばね挿入溝３８に装着したばね３７の弾性力を利用して案内羽根２９を支持する構成にしている。
【００８３】
なお、ブロック体３６を回転部の周方向に沿って列状に配置する際、第３実施形態と同様に、まず、分割されたブロック体３６をダイアフラムに設けた突出し部に係合させて挿通した後、次に、ブロック体３６のばね挿入溝３８にばね３７を装着し、さらに分割された別のブロック体３６を突出し部３３に係合させながら挿通し、案内羽根２９に押圧力を与えて支持する。
【００８４】
このように、本実施形態は、ブロック体３６を回転部の周方向に沿って列状に配置するとき、ブロック体３６，３６間にばね３７を介装させて案内羽根２９を備えたので、蒸気の旋回流に伴う自励振動の抑制と相俟って、案内羽根２９が侵食を受けても容易に交換することができる。
【００８５】
なお、本実施形態は、回転部の周方向に沿って列状に配置したブロック体３６と隣のブロック体３６との間にばね３７を介装させて案内羽根２９を備えたが、この例に限らず、例えば、図１２および図１３に示すように、一側面に凹陥溝３２を備えた案内羽根２９を薄板状の平板で作製するとともに、案内羽根２９の一部分から切り出し、切り出した案内羽根の一部分を支点に開閉できるように板ばね３９として構成し、この板ばね３９の弾性力を利用してブロック体３６，３６間に設けた案内羽根２９を支持させてもよい。
【００８６】
図１４および図１５は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第７実施形態を示す概念図である。
【００８７】
なお、図１４は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置を示す一部切欠側面図であり、図１５は、図１４のＤ−Ｄ矢視方向から見た平面展開図である。
【００８８】
また、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００８９】
本実施形態は、第３実施形態と同様に、蒸気の旋回流に伴う自励振動を抑制する案内羽根２９とブロック体３６とをダイアフラム２６に設けた突出し部３３に、順次、回転部２１の周方向に沿って列状に配置させるとともに、案内羽根２９およびブロック体３６を、ダイアフラム２６に設けた突出し部３３に係合させるとき、図１５に示すように、底面４０を回転部２１の回転方向に対し斜めに交差させる面形状を持つブロック体３６を矢印ＡＲの方向に向って突出し部３３に係合、挿通させた後、案内羽根２９を突出し部３３に係合、挿通させて列状に配置したものである。
【００９０】
なお、案内羽根２９は、第３実施形態と同様に、薄板状の平板で作製し、一側面に凹陥溝を形成する。
【００９１】
また、ブロック体３６を、第３実施形態と同様に、直方体の形状にし、一側面側に凹陥溝を形成する。
【００９２】
このように、本実施形態は、底面４０を、回転部２１の回転方向に対し斜めに交差させる面形状を持つブロック体３６と案内羽根２９とを回転部２１の周方向に沿って列状に配置させる構成にしたので、蒸気の旋回流に伴う自励振動のより一層の抑制と相俟って、案内羽根２９が侵食を受けても容易に交換することができる。
【００９３】
なお、本実施形態は、底面３９を、回転部２１の回転方向に対し斜めに交差させる面形状を持つブロック体３６と案内羽根２９とを回転部２１の周方向に沿って列状に配置させたが、この例に限らず、例えば、図１６および図１７に示すように、ブロック体３６および案内羽根２９のそれぞれを、回転部２１の回転方向と反対方向に向って傾斜させて、列状に配置する構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第１実施形態を示す概念図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向から見て切断した切断面図。
【図３】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置において、案内羽根の取付ピッチと流体の旋回流抑制効果との関係を示す案内羽根取付ピッチ線図。
【図４】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第２実施形態を示す概念図。
【図５】図４のＢ−Ｂ矢視方向から見て切断した切断面図。
【図６】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第３実施形態を示す概念図。
【図７】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第４実施形態を示す概念図。
【図８】図７のＣ−Ｃ矢視方向から見て切断した切断面図。
【図９】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置に適用する案内羽根の概念図。
【図１０】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置に適用するブロック体の概念図。
【図１１】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第５実施形態を示す概念図。
【図１２】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第６実施形態を示す概念図。
【図１３】図１２のＸ部を抜き出した平面図。
【図１４】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第７実施形態を示す概念図。
【図１５】図１４のＤ−Ｄ矢視方向から見た平面展開図。
【図１６】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第８実施形態を示す概念図。
【図１７】図１６のＥ−Ｅ矢視方向から見て切断した切断面図。
【図１８】従来の蒸気タービンの上半部分を示す縦断面図。
【図１９】従来の蒸気タービンにおいて、静止部と回転部との間に設けたラビリンスシールを示す部分図。
【図２０】従来の蒸気タービンにおいて、回転部廻りの圧力分布を示す図。
【図２１】従来の蒸気タービンにおいて、ラビリンスシール入口部における旋回流成分と不安定力とを表わした不安定化力線図。
【図２２】従来の蒸気タービンにおいて、ラビリンスシールに流入する漏洩蒸気の流れ挙動を示す図。
【図２３】図２２のＦ−Ｆ矢視方向から見て切断した切断面図。
【符号の説明】
【００９５】
１ 回転部
２ 動翼
３ シュラウド
４ ノズル
５ａ ノズルダイアフラム内輪
５ｂ ノズルダイアフラム外輪
６ ケーシング
７ａ，７ｂ グランド部
８ ラビリンスフィン
９ 絞り部
１０ チャンバ
１１ ラビリンスシール
１２ａ 回転軸中心
１２ｂ 実際の振れ廻り中心
１３ 圧力分布
１４ 案内羽根
２０ 静止部
２１ 回転部
２２ ノズル
２３ 動翼
２４ 段落
２５ シュラウド
２６ ダイアフラム
２７ ラビリンスシール
２８ ラビリンスフィン
２９ 案内羽根
３０ 止め部材
３１ 締結具
３２ 凹陥溝
３３ 突出し部
３４ Ｉ字形状
３５ Ｔ字形状凹陥部
３６ ブロック体
３７ ばね
３８ ばね挿入溝
３９ 板ばね
４０ 底面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン、ガスタービン、空気圧縮機等の流体機械に係り、特に内部流体漏出防止用として用いているラビリンスシールから誘起する旋回流によって発生する自励振動を効果的に抑制する流体機械の旋回流防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン、ガスタービン等の大形の流体機械では、最近、信頼性向上技術の見直し、強化が行われており、その一つに自励振動の抑制がある。
【０００３】
この自励振動は、軸受のオイルホイップやオイルホワールによって発生するほかに、ラビリンスシール内の旋回流によっても発生することが知られている。
【０００４】
図１８は、ラビリンスシールを備えた蒸気タービンの一例である。
【０００５】
図１８において、タービンロータ等の回転部１には、この周方向に沿って多数の動翼２が植設され、植設された多数の動翼２は先端部にシュラウド３を設けて隣りの動翼と環状列に配置している。
【０００６】
また、ノズル４は、ノズルダイアフラム内外輪５ａ，５ｂを介して動翼２と向き合うように、ケーシング６の内部に収容されている。
【０００７】
これら動翼２とノズル４とを軸方向に向って多数配置して段落を構成し、段落に蒸気が通過する際、段落毎に蒸気の持つエンタルピが降下し、この降下分が動力に変換される。
【０００８】
このように、各段落で蒸気の圧力、温度が降下し、そのエンタルピ差が有効に動力に変換されるためには、各段落間の蒸気漏れが完全に遮断されていることが必要とされる。
【０００９】
しかし、実際には、ノズルダイアフラム５ａ，５ｂと回転部１との間、あるいはシュラウド３とケーシング６との間を通って圧力の低い側に蒸気が漏出しており、さらに、回転部１がケーシング６を貫通する部分であるグランド部７ａ，７ｂからも圧力の低い側に蒸気が漏出することがある。
【００１０】
このような漏出は、タービン効率を低下させる要因となるので、蒸気の漏出をより一層抑制することが必要とされている。このため、図１９に示すように、上述の部材間にラビリンスシール１１を備え、蒸気の外部への漏出を防止している。
【００１１】
ラビリンスシール１１は、シール本体から回転部側に向って回転部表面に極めて近接した部分まで突出する環状のラビリンスフィン（歯）８を備えている。このラビリンスシール８と回転部１の外周部によって、絞り部９とチャンバ１０とを形成している。蒸気は、チャンバ１０で膨張し、絞り部９で絞られ、この繰返しによって蒸気の外部への漏出を防止している。
【００１２】
なお、ラビリンスシール１１において、回転軸と不安定状態にすることを抑制する技術には、特許文献１〜３等数多くの発明が開示されている。
【特許文献１】米国特許第４３７００９４号明細書
【特許文献２】特開昭５８−２２２９０２号公報
【特許文献３】実開昭６０−１６９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ラビリンスシール１１は、上述の構成を備えているので、蒸気の漏出を効果的に抑制している。
【００１４】
しかし、最近の流体機械では、蒸気の漏出防止を向上させているものの、その反面、回転部が自励振動の発生個所になっていることが指摘されている。
【００１５】
自励振動は、今迄、スチームホワールとして知られている程度であったが、蒸気の圧力がより一層高圧化してくると、顕著に現われるようになった。
【００１６】
この自励振動の発生を考察してみると、ラビリンスシール１１には、流入する蒸気の流れに旋回成分があり、この旋回成分がラビリンスシール１１のチャンバ１０内の周方向の圧力分布を不均一にさせ、回転部１の振れ廻り振動を助長すると考えられている。
【００１７】
図２０は、回転部１が振れ廻っているとき、つまり回転部１の回転軸中心１２ａと実際の振れ廻り中心１２ｂとが異なっているときのラビリンスシール１１に設けたチャンバ１０内の圧力分布１３を示している。
【００１８】
ここで、蒸気の流れに旋回成分があると、圧力のピーク値は、回転部１の振れ廻り方向に対し、遅れ方向に位置する。この不均一に分布する圧力が回転部１に作用する力は、回転部１の振れ廻り方向の力Ｆｘと、この振れ廻り方向の力Ｆｘと直交する方向の力Ｆｙとに分解することができる。
【００１９】
このような圧力のピーク値が発生する場合、回転部１は、常に振れ廻り方向にＦｘなる力で押圧され、このため回転部１の振れ廻りが助長され、自励振動が発生すると考えられる。
【００２０】
ラビリンスシール入口部における旋回流成分が不安定化力に大きな影響を持っており、旋回流の増加によって不安定化力も増加し、自励振動が発生し易くなることは、経験やモデル試験により知られていた。
【００２１】
近年の計算機および流体解析プログラムの進歩発展により、実機条件における旋回流と不安定化力の関係は、図２１に示すように、定量的に把握できるようになった。
【００２２】
図２１は、計算で求めたラビリンスシール入口における旋回流成分と不安定化力とを表わした不安定化力線図であるが、この線図から、旋回流が増加すると不安定化力も増加することがわかった。具体的には、回転部１の周速比５０％のときの５倍以上になっていた。
【００２３】
蒸気タービンでは、ノズル４における出口の旋回流成分が回転部１の周速の１２０％〜１５０％と非常に大きい。このため、ノズル４を出た蒸気が流入する動翼２の先端部に設けられたラビリンスシール１１の入口においても、旋回流成分が大きく、ラビリンスシール１１で発生する不安定化力も、ノズル４を支持するダイアフラム５ａ，５ｂに設けたラビリンスシール１１やグランド部７ａ，７ｂに設けたラビリンスシールに較べて大きい。
【００２４】
このように、動翼２の先端部に設けられたラビリンスシール１１で発生する大きな旋回流成分を低減することが、自励振動を抑制することにつながる。
【００２５】
旋回流成分を低減させる手段には特許文献２および特許文献３に見られるように、ラビリンスシールのチャンバに高圧側に連通させる穴を回転方向側と逆方向側に設け、旋回流と逆方向に流体を噴出させたものや、特許文献１に見られるように、ラビリンスシール入口に案内羽根を設けた技術が開示されている。
【００２６】
しかし、これらの技術は、ラビリンスシールの高圧側とチャンバ内との圧力差が小さく、噴出する蒸気の流速が高くないため、旋回流を抑制する利点が少なく、却って蒸気漏洩量が増加し、ラビリンスシール効果が少ない等の不具合、不都合がある。
【００２７】
また、旋回流成分を低減させる他の手段には、特許文献１に見られる技術がある。
【００２８】
この技術は、図２２に示すように、動翼２の先端部に設けられたラビリンスシール１１のうち、入口側のラビリンスフィン８に臨む側のコーナ部に薄板状の案内羽根（旋回流防止板）１４を設け、この案内羽根１４によって旋回流の低減化を図ったものである。すなわち、この技術によれば、漏洩蒸気は、図２３に示すように、まず、案内羽根１４とラビリンスシール１１のラビリンスフィン８とで囲まれた空間に流れ込み、ここで、大幅に旋回流成分を低減させるため、ラビリンスシール１１で発生する不安定化力が減少し、軸系の自励振動を抑制することができる。
【００２９】
しかし、この技術は、案内羽根１４の周辺での蒸気流速が速いために案内羽根１４にとって侵食を受け易く、一定期間の運転継続後、交換が余儀なくされる等の不具合がある。
【００３０】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、ラビリンスシール本来の意図する流体のシール効果を損なうことなく、ラビリンスシールに起因する自励振動を抑制するとともに、取付交換が容易な流体機械の旋回流防止装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部に案内羽根を設けるとともに、前記案内羽根を前記ダイアフラムに着脱自在に取り付ける構成にしたものである。
【００３２】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、案内羽根は、回転部の周方向に沿って配置する止め部材に植設するとともに、前記止め部材をダイアフラムに対し、締結具で接続させる構成にしたものである。
【００３３】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、止め部材に植設された案内羽根は、取付ピッチを１０°以下の範囲に設定したものである。
【００３４】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、止め部材は、ダイアフラムに設けた突出し部に係合させる凹陥溝を備えたものである。
【００３５】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部に止め部材に植設する案内羽根を設けるとともに、前記止め部材をＩ字形状に形成し、このＩ字形状を係合させる前記ダイアフラムにＴ字形状凹陥部を備えたものである。
【００３６】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体を前記回転体の周方向に沿って配置し、周方向に沿って配置した前記ブロック体と隣りのブロック体との間に案内羽根を介装させる構成にしたものである。
【００３７】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、ブロック体は、直方体に形成し、一側面側にダイアフラムに設けた突出し部に係合させる凹陥溝を備えたものである。
【００３８】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、案内羽根は、薄板の平板で作製するとともに、ダイアフラムに設けた突出し部に係合させる凹陥溝を備えたものである。
【００３９】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項９に記載したように、回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体を前記回転部の周方向に沿って配置し、周方向に沿って配置した前記ブロック体と隣のブロック体との間にばねで支持された案内羽根を介装させる構成にしたものである。
【００４０】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、ブロック体は、ばね挿入溝を備えたものである。
【００４１】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１１に記載したように、回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体を前記回転部の周方向に沿って配置し、周方向に沿って配置した前記ブロック体と隣のブロック体との間に板ばねで支持された案内羽根を介装させる構成にしたものである。
【００４２】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１２に記載したように、板ばねは、案内羽根の一部分から切り出し、切り出した前記案内羽根の一部分を支点に開閉できるように構成したものである。
【００４３】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１３に記載したように、回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体と隣のブロック体との間に案内羽根を介装させ、前記ブロック体の底面を前記回転部の回転方向に対し斜めに交差させる面形状に形成したものである。
【００４４】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１４に記載したように、回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体と隣のブロック体との間に案内羽根を介装させ、前記ブロック体および前記案内羽根を前記回転部の回転方向と反対方向に向って傾斜させる構成にしたものである。
【００４５】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１５に記載したように、請求項１〜１４記載のものを蒸気タービンに適用するものである。
【００４６】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１６に記載したように、回転部は、タービンロータに植設する動翼であることを特徴とする。
【００４７】
また、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、上述の目的を達成するために、請求項１７に記載したように、静止部は、両端をダイアフラムによって支持させたノズルであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４８】
本発明に係る流体機械の旋回流防止装置は、ラビリンスシールに臨む上流側であって、ノズルを支持するダイアフラムのコーナ部に案内羽根を設けるとともに、この案内羽根をダイアフラムに自在に着脱できる構成にしたので、案内羽根によってラビリンスシールに向う流体の旋回流を打ち消すことと相俟って、案内羽根の交換作業を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置を組み込んだ、例示としての蒸気タービンの実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。
【００５０】
図１は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の旋回流防止装置を組み込んだ、例示としての蒸気タービンの第１実施形態を示す概念図である。
【００５１】
蒸気タービンは、蒸気流れＳの上流側にノズル（静翼）２２を組み込んだ静止部２０と、その下流側の動翼２３を組み込んだ回転部２１とで１組の段落２４を備え、この段落２４をタービンロータ等の回転部２１の軸方向に沿って複数段にして配置する構成になっている。
【００５２】
また、動翼２３の先端部には、シュラウド２５が固定されている。シュラウド２５と静止部２０としてのノズル２２を支持するダイアフラム２６との間には、蒸気の漏出を防止するラビリンスシール２７が設けられている。
【００５３】
このラビリンスシール２７は、タービンロータ等の回転部２１の周方向に沿って長く延びるとともに、高さ方向の長さが長短異なるラビリンスフィン２８を備え、これらラビリンスフィン２８をノズル２２を支持するダイアフラム２５に植設している。
【００５４】
また、ダイアフラム２６には、図１および図２に示すように、ラビリンスフィン２８の入口側に臨む位置に案内羽根２９が回転部２１の周方向に沿って設けられている。
【００５５】
回転部２１の周方向に沿って設けられた案内羽根２９は、そのピッチが角度１０°以下の範囲内に設定されている。
【００５６】
案内羽根２９の取付ピッチを角度１０°以下の範囲内に設定したのは、以下の理由に基づく。
【００５７】
図３は、案内羽根２９の取付ピッチと流体の旋回流抑制効果との関係を示す案内羽根の取付ピッチ線図である。
【００５８】
図中、横軸は、案内羽根の取付ピッチ角度を示しており、縦軸は、ラビリンスシール入口の旋回流成分を、案内羽根が無かったときの入口旋回流成分に対する比で表したものである。
【００５９】
この線図から、取付ピッチ角度を小さくすると、つまり案内羽根２９の羽根枚数を増やすと、ラビリンスシール入口旋回流が減少し、案内羽根２９の旋回流抑制効果が高くなることがわかった。
【００６０】
また、羽根取付ピッチ角度を１０°以下にすれば、旋回流が従来よりも１／３程度に低減できることがわかった。
【００６１】
従来、ノズル（静翼）の出口の旋回流成分がタービンロータ周速の１２０〜１５０％であり、動翼２３の先端部の隙間に流入する漏洩蒸気も同程度の旋回流成分を持つと考えられていたが、本実施形態では、案内羽根２９の羽根取付ピッチを１０°以下の範囲に設定したので、旋回流を従来に較べて１／３に低減することができ、動翼２３の先端部のラビリンスシール入口旋回流成分をタービンロータ周速の５０％以下にすることができ、不安定化力をほぼゼロにすることができる。
【００６２】
また、回転部２１の周方向に沿って設けられ、羽根取付ピッチを角度１０°以下の範囲内に設定した案内羽根２９は、薄板の平板で作製され、リング状に形成する止め部材３０に植設される。
【００６３】
この止め部材３０は、例えばボルト等の締結具３１を介してダイアフラム２６に固設される。
【００６４】
このように、本実施形態は、膨張仕事を終えノズル２２から動翼２３に向って流れる蒸気のうち、一部の分流蒸気が旋回流を伴ってラビリンスシール２７のラビリンスフィン２８に流れるとき、その旋回流を相殺して打ち消す案内羽根２９を止め部材３０を介装させてダイアフラム２６自体に着脱できる構成にしたので、蒸気の旋回流に伴う自励振動の抑制と相俟って、長年の使用の結果、案内羽根２９が侵食を受けても容易に交換することができる。
【００６５】
図４および図５は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第２実施形態を示す概念図である。
【００６６】
なお、図４は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置を示す一部切欠側面図であり、図５は、図４のＢ−Ｂ矢視方向から見て切断した切断面図である。
【００６７】
また、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００６８】
本実施形態は、図４に示すように、蒸気の旋回流に伴う自励振動を抑制する案内羽根２９を植設する止め部材３０に凹陥溝３２を設けるとともに、この凹陥溝３２を係合させるダイアフラム２６に突出し部３３を設け、この突出し部３３に凹陥溝３２を係合させ、案内羽根２９のダイアフラム２６への着脱を自在にできる構成にしたものである。
【００６９】
そして、本実施形態は、案内羽根２９を植設した止め部材３０の凹陥溝３２をダイアフラム２６の突出し部３３に係合させる際、図５に示すように、分割された止め部材３０を矢印ＡＲの方向に向って、順次挿通させて組み立てている。
【００７０】
このように、本実施形態は、案内羽根２９を植設する止め部材３０に凹陥溝３２を設け、ダイアフラム２６に突出し部３３を設け、この突出し部３３に止め部材３０の凹陥溝３２を挿通、係合させる構成にしたので、蒸気の旋回流に伴う自動振動の抑制と相俟って、案内羽根２９が侵食を受けても容易に交換することができる。
【００７１】
なお、本実施形態は、案内羽根２９を植設した止め部材３０に凹陥溝３２を設け、この凹陥溝３２を係合させるダイアフラム２６に突出し部３３を設けたが、この例に限らず、例えば、図６に示すように、止め部材３０を高さ方向の中間部をくびれ状に形成したＩ字形状３４にし、相手側のダイアフラム２６をＴ字形状凹陥部３５に形成し、Ｔ字形状凹陥部３５にＩ字形状３４を係合させてもよい。
【００７２】
図７〜図１０は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第４実施形態を示す概念図である。
【００７３】
なお、図７は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置を示す一部切欠側面図であり、図８は、図７のＣ−Ｃ矢視方向から見て切断した切断面図であり、図９は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置に適用する案内羽根の概念図であり、図１０は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置に適用するブロック体の概念図である。
【００７４】
また、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００７５】
本実施形態は、図７に示すように、蒸気の旋回流に伴う自励振動を抑制する案内羽根２９とブロック体３６とをダイアフラム２６に設けた突出し部３３に、順次、回転部２１の周方向に沿って列状に配置させたものである。
【００７６】
また、案内羽根２９は、図９に示すように、薄板状の平板で作製し、一側面側に凹陥溝３２を形成する。
【００７７】
また、ブロック体３６は、図１０に示すように、直方体の形状にし、一側面側に凹陥溝３２を形成する。
【００７８】
そして、本実施形態は、案内羽根２９およびブロック体３６を、ダイアフラム２６に設けた突出し部３３に係合させる際、図８に示すように、まず、分割されたブロック体３６を矢印ＡＲの方向に向って突出し部３３に係合、挿通させ、次に、案内羽根２９を突出し部３３に挿通させ、この作業を繰り返し、組み立てている。
【００７９】
このように、本実施形態は、案内羽根２９およびブロック体３６のそれぞれに凹陥溝３２を設け、ダイアフラム２６に突出し部３３を設け、この突出し部３３にブロック体３６と案内羽根２９とのそれぞれの凹陥溝３２を順番に交互に繰り返して係合、挿通させる構成にしたので、蒸気の旋回流に伴う自励振動の抑制と相俟って、案内羽根２９が侵食を受けても容易に交換することができる。
【００８０】
図１１は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第５実施形態を示す概念図である。
【００８１】
本実施形態は、直方体として形成するブロック体３６を、第３実施形態と同様に、凹陥溝（図示せず）を備え、この凹陥溝をダイアフラムに設けた突出し部３３（ともに図示せず）に係合させるとともに、分割されたブロック体３６を回転部２１の周方向に沿って列状に配置するとき、一方のブロック体３６と隣のブロック体３６との間にばね３７を介装させて薄板状の平板で作製した案内羽根２９を配置したものである。
【００８２】
また、ブロック体３６は、ばね３７を装着させるばね挿入溝３８を備え、このばね挿入溝３８に装着したばね３７の弾性力を利用して案内羽根２９を支持する構成にしている。
【００８３】
なお、ブロック体３６を回転部の周方向に沿って列状に配置する際、第３実施形態と同様に、まず、分割されたブロック体３６をダイアフラムに設けた突出し部に係合させて挿通した後、次に、ブロック体３６のばね挿入溝３８にばね３７を装着し、さらに分割された別のブロック体３６を突出し部３３に係合させながら挿通し、案内羽根２９に押圧力を与えて支持する。
【００８４】
このように、本実施形態は、ブロック体３６を回転部の周方向に沿って列状に配置するとき、ブロック体３６，３６間にばね３７を介装させて案内羽根２９を備えたので、蒸気の旋回流に伴う自励振動の抑制と相俟って、案内羽根２９が侵食を受けても容易に交換することができる。
【００８５】
なお、本実施形態は、回転部の周方向に沿って列状に配置したブロック体３６と隣のブロック体３６との間にばね３７を介装させて案内羽根２９を備えたが、この例に限らず、例えば、図１２および図１３に示すように、一側面に凹陥溝３２を備えた案内羽根２９を薄板状の平板で作製するとともに、案内羽根２９の一部分から切り出し、切り出した案内羽根の一部分を支点に開閉できるように板ばね３９として構成し、この板ばね３９の弾性力を利用してブロック体３６，３６間に設けた案内羽根２９を支持させてもよい。
【００８６】
図１４および図１５は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第７実施形態を示す概念図である。
【００８７】
なお、図１４は、本発明に係る流体機械の旋回流防止装置を示す一部切欠側面図であり、図１５は、図１４のＤ−Ｄ矢視方向から見た平面展開図である。
【００８８】
また、第１実施形態の構成要素と同一構成要素には、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００８９】
本実施形態は、第３実施形態と同様に、蒸気の旋回流に伴う自励振動を抑制する案内羽根２９とブロック体３６とをダイアフラム２６に設けた突出し部３３に、順次、回転部２１の周方向に沿って列状に配置させるとともに、案内羽根２９およびブロック体３６を、ダイアフラム２６に設けた突出し部３３に係合させるとき、図１５に示すように、底面４０を回転部２１の回転方向に対し斜めに交差させる面形状を持つブロック体３６を矢印ＡＲの方向に向って突出し部３３に係合、挿通させた後、案内羽根２９を突出し部３３に係合、挿通させて列状に配置したものである。
【００９０】
なお、案内羽根２９は、第３実施形態と同様に、薄板状の平板で作製し、一側面に凹陥溝を形成する。
【００９１】
また、ブロック体３６を、第３実施形態と同様に、直方体の形状にし、一側面側に凹陥溝を形成する。
【００９２】
このように、本実施形態は、底面４０を、回転部２１の回転方向に対し斜めに交差させる面形状を持つブロック体３６と案内羽根２９とを回転部２１の周方向に沿って列状に配置させる構成にしたので、蒸気の旋回流に伴う自励振動のより一層の抑制と相俟って、案内羽根２９が侵食を受けても容易に交換することができる。
【００９３】
なお、本実施形態は、底面３９を、回転部２１の回転方向に対し斜めに交差させる面形状を持つブロック体３６と案内羽根２９とを回転部２１の周方向に沿って列状に配置させたが、この例に限らず、例えば、図１６および図１７に示すように、ブロック体３６および案内羽根２９のそれぞれを、回転部２１の回転方向と反対方向に向って傾斜させて、列状に配置する構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第１実施形態を示す概念図。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向から見て切断した切断面図。
【図３】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置において、案内羽根の取付ピッチと流体の旋回流抑制効果との関係を示す案内羽根取付ピッチ線図。
【図４】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第２実施形態を示す概念図。
【図５】図４のＢ−Ｂ矢視方向から見て切断した切断面図。
【図６】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第３実施形態を示す概念図。
【図７】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第４実施形態を示す概念図。
【図８】図７のＣ−Ｃ矢視方向から見て切断した切断面図。
【図９】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置に適用する案内羽根の概念図。
【図１０】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置に適用するブロック体の概念図。
【図１１】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第５実施形態を示す概念図。
【図１２】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第６実施形態を示す概念図。
【図１３】図１２のＸ部を抜き出した平面図。
【図１４】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第７実施形態を示す概念図。
【図１５】図１４のＤ−Ｄ矢視方向から見た平面展開図。
【図１６】本発明に係る流体機械の旋回流防止装置の第８実施形態を示す概念図。
【図１７】図１６のＥ−Ｅ矢視方向から見て切断した切断面図。
【図１８】従来の蒸気タービンの上半部分を示す縦断面図。
【図１９】従来の蒸気タービンにおいて、静止部と回転部との間に設けたラビリンスシールを示す部分図。
【図２０】従来の蒸気タービンにおいて、回転部廻りの圧力分布を示す図。
【図２１】従来の蒸気タービンにおいて、ラビリンスシール入口部における旋回流成分と不安定力とを表わした不安定化力線図。
【図２２】従来の蒸気タービンにおいて、ラビリンスシールに流入する漏洩蒸気の流れ挙動を示す図。
【図２３】図２２のＦ−Ｆ矢視方向から見て切断した切断面図。
【符号の説明】
【００９５】
１ 回転部
２ 動翼
３ シュラウド
４ ノズル
５ａ ノズルダイアフラム内輪
５ｂ ノズルダイアフラム外輪
６ ケーシング
７ａ，７ｂ グランド部
８ ラビリンスフィン
９ 絞り部
１０ チャンバ
１１ ラビリンスシール
１２ａ 回転軸中心
１２ｂ 実際の振れ廻り中心
１３ 圧力分布
１４ 案内羽根
２０ 静止部
２１ 回転部
２２ ノズル
２３ 動翼
２４ 段落
２５ シュラウド
２６ ダイアフラム
２７ ラビリンスシール
２８ ラビリンスフィン
２９ 案内羽根
３０ 止め部材
３１ 締結具
３２ 凹陥溝
３３ 突出し部
３４ Ｉ字形状
３５ Ｔ字形状凹陥部
３６ ブロック体
３７ ばね
３８ ばね挿入溝
３９ 板ばね
４０ 底面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部に案内羽根を設けるとともに、前記案内羽根を前記ダイアフラムに着脱自在に取り付ける構成にしたことを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項２】
案内羽根は、回転部の周方向に沿って配置する止め部材に植設するとともに、前記止め部材をダイアフラムに対し、締結具で接続させる構成にしたことを特徴とする請求項１記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項３】
止め部材に植設された案内羽根は、取付ピッチを１０°以下の範囲に設定したことを特徴とする請求項２記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項４】
止め部材は、ダイアフラムに設けた突出し部に係合させる凹陥溝を備えたことを特徴とする請求項２または３記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項５】
回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部に止め部材に植設する案内羽根を設けるとともに、前記止め部材をＩ字形状に形成し、このＩ字形状を係合させる前記ダイアフラムにＴ字形状凹陥部を備えたことを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項６】
回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体を前記回転体の周方向に沿って配置し、周方向に沿って配置した前記ブロック体と隣りのブロック体との間に案内羽根を介装させる構成にしたことを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項７】
ブロック体は、直方体に形成し、一側面側にダイアフラムに設けた突出し部に係合させる凹陥溝を備えたことを特徴とする請求項６記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項８】
案内羽根は、薄板の平板で作製するとともに、ダイアフラムに設けた突出し部に係合させる凹陥溝を備えたことを特徴とする請求項６記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項９】
回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体を前記回転部の周方向に沿って配置し、周方向に沿って配置した前記ブロック体と隣のブロック体との間にばねで支持された案内羽根を介装させる構成にしたことを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１０】
ブロック体は、ばね挿入溝を備えたことを特徴とする請求項９記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１１】
回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体を前記回転部の周方向に沿って配置し、周方向に沿って配置した前記ブロック体と隣のブロック体との間に板ばねで支持された案内羽根を介装させる構成にしたことを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１２】
板ばねは、案内羽根の一部分から切り出し、切り出した前記案内羽根の一部分を支点に開閉できるように構成したことを特徴する請求項１１記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１３】
回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体と隣のブロック体との間に案内羽根を介装させ、前記ブロック体の底面を前記回転部の回転方向に対し斜めに交差させる面形状に形成したことを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１４】
回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体と隣のブロック体との間に案内羽根を介装させ、前記ブロック体および前記案内羽根を前記回転部の回転方向と反対方向に向って傾斜させる構成にしたことを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４記載のものを蒸気タービンに適用することを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１６】
回転部は、タービンロータに植設する動翼であることを特徴とする請求項１，２，５，６，９，１１，１３，１４のうち、少なくともいずれか１項記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１７】
静止部は、両端をダイアフラムによって支持させたノズルであることを特徴とする請求項１，２，５，６，９，１１，１３，１４のうち、少なくともいずれか１項記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１】
回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部に案内羽根を設けるとともに、前記案内羽根を前記ダイアフラムに着脱自在に取り付ける構成にしたことを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項２】
案内羽根は、回転部の周方向に沿って配置する止め部材に植設するとともに、前記止め部材をダイアフラムに対し、締結具で接続させる構成にしたことを特徴とする請求項１記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項３】
止め部材に植設された案内羽根は、取付ピッチを１０°以下の範囲に設定したことを特徴とする請求項２記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項４】
止め部材は、ダイアフラムに設けた突出し部に係合させる凹陥溝を備えたことを特徴とする請求項２または３記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項５】
回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部に止め部材に植設する案内羽根を設けるとともに、前記止め部材をＩ字形状に形成し、このＩ字形状を係合させる前記ダイアフラムにＴ字形状凹陥部を備えたことを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項６】
回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体を前記回転体の周方向に沿って配置し、周方向に沿って配置した前記ブロック体と隣りのブロック体との間に案内羽根を介装させる構成にしたことを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項７】
ブロック体は、直方体に形成し、一側面側にダイアフラムに設けた突出し部に係合させる凹陥溝を備えたことを特徴とする請求項６記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項８】
案内羽根は、薄板の平板で作製するとともに、ダイアフラムに設けた突出し部に係合させる凹陥溝を備えたことを特徴とする請求項６記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項９】
回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体を前記回転部の周方向に沿って配置し、周方向に沿って配置した前記ブロック体と隣のブロック体との間にばねで支持された案内羽根を介装させる構成にしたことを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１０】
ブロック体は、ばね挿入溝を備えたことを特徴とする請求項９記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１１】
回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体を前記回転部の周方向に沿って配置し、周方向に沿って配置した前記ブロック体と隣のブロック体との間に板ばねで支持された案内羽根を介装させる構成にしたことを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１２】
板ばねは、案内羽根の一部分から切り出し、切り出した前記案内羽根の一部分を支点に開閉できるように構成したことを特徴する請求項１１記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１３】
回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体と隣のブロック体との間に案内羽根を介装させ、前記ブロック体の底面を前記回転部の回転方向に対し斜めに交差させる面形状に形成したことを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１４】
回転部と静止部を備えるとともに、前記回転部の先端を囲い、かつ前記静止部を支持するダイアフラムの前記回転部の先端との間にラビリンスシールを備えた流体機械において、前記ラビリンスシールに臨む入口側であって、前記静止部を支持する前記ダイアフラムのコーナ部にブロック体を設け、このブロック体と隣のブロック体との間に案内羽根を介装させ、前記ブロック体および前記案内羽根を前記回転部の回転方向と反対方向に向って傾斜させる構成にしたことを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４記載のものを蒸気タービンに適用することを特徴とする流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１６】
回転部は、タービンロータに植設する動翼であることを特徴とする請求項１，２，５，６，９，１１，１３，１４のうち、少なくともいずれか１項記載の流体機械の旋回流防止装置。
【請求項１７】
静止部は、両端をダイアフラムによって支持させたノズルであることを特徴とする請求項１，２，５，６，９，１１，１３，１４のうち、少なくともいずれか１項記載の流体機械の旋回流防止装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２００７−１２０４７６（Ｐ２００７−１２０４７６Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１７４８４（Ｐ２００５−３１７４８４）
【出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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