(57)【要約】【課題】回転機械の低周波振動などの振動の原因となる、漏出した蒸気の旋回流を低減する。【解決手段】回転軸の径方向に延在して、周方向に間隔をあけて複数設けられた動翼と、動翼を外周側から囲むケーシングと、動翼の先端とケーシングとの隙間の上流側に設けられたスワール案内部７０とを備え、スワール案内部７０が、旋回流ＳＬの流通方向に沿って延びる第一案内面７１と、第一案内面７１に連続して径方向に湾曲する第二案内面７２とを有する回転機械。【選択図】図４
2014141912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸の径方向に延在して、周方向に間隔をあけて複数設けられた動翼と、
前記動翼を外周側から囲むケーシングと、
前記動翼の先端と前記ケーシングとの隙間の上流側に設けられたスワール案内部とを備え、
前記スワール案内部が、旋回流の流通方向に沿って延びる第一案内面と、第一案内面に連続して前記径方向に湾曲する第二案内面とを有することを特徴とする回転機械。
【請求項２】
前記スワール案内部の前記第二案内面は、径方向外周側に湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の回転機械。
【請求項３】
前記スワール案内部の前記第二案内面は、径方向内周側に湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の回転機械。
【請求項４】
前記スワール案内部は、断面形状が周方向にわたって一様なリング状部材によって互いに接続されていることを特徴とする請求項３に記載の回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン、ガスタービンなどの回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン、ガスタービンなどの回転機械においては、静止側と回転側との間にできる隙間から蒸気などの作動流体が漏洩するのを防止するために、ラビリンスシールなどの非接触型のシール機構が用いられている。
具体的には、ラビリンスシールは、回転機械の外郭をなすケーシングの内周に動翼に向かって伸びるシールフィン等のシール部材と、動翼の先端に設けられたステップ状のシュラウドとを有している（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０４９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、回転機械においては、低周波振動などの自励振動が発生する事例がある。
この自励振動の原因としては、静翼を通過して強い周方向速度成分（スワール成分）をもった流れが、ラビリンスシールのシールフィンを通過する際に、シールフィン間のキャビティ内に周方向に不均一な圧力分布を形成する事がその一因と考えられている。このような背景から、回転機械のシール機構には、主流からラビリンスシールへと漏れる流れの周方向成分（スワール成分）を低減・減衰させるための構造が望まれている。
【０００５】
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、回転機械の低周波振動などの自励振動の原因となる、漏出した蒸気の旋回流の旋回成分を低減することができる回転機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
即ち、本発明の回転機械は、回転軸と、前記回転軸の径方向に延在して、周方向に間隔をあけて複数設けられた動翼と、前記動翼を外周側から囲むケーシングと、前記動翼の先端と前記ケーシングとの隙間の上流側に設けられたスワール案内部とを備え、前記スワール案内部が、旋回流の流通方向に沿って延びる第一案内面と、第一案内面に連続して前記径方向に湾曲する第二案内面とを有することを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、スワール案内部が旋回流を第一案内面によってその流通方向を維持するように案内した後、第二案内面によって径方向に案内することができる。これにより、旋回流の周方向に沿う成分が弱められるため、旋回流の旋回成分を低減することができる。
【０００８】
上記回転機械において、前記スワール案内部の前記第二案内面は、径方向外周側に湾曲していることが好ましい。
【０００９】
上記構成によれば、径方向外周側に湾曲する第二案内面が、径方向内周側から流入する旋回流を径方向外周側に案内することによって、旋回流を回転方向とは反対方向に転向させて旋回流の旋回成分を低減することができる。
【００１０】
上記回転機械において、前記スワール案内部の前記第二案内面は、径方向内周側に湾曲している構成としてもよい。
【００１１】
上記構成によれば、径方向内周側に湾曲する第二案内面が、径方向内周側から流入する旋回流を径方向内周側に案内することによって、漏出する蒸気をより低減することができる。
【００１２】
上記回転機械において、前記スワール案内部は断面形状が周方向にわたって一様なリング状部材によって互いに接続されていることが好ましい。
上記構成によれば、スワール案内部が漏出する蒸気をさらに低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スワール案内部が旋回流を第一案内面によってその流通方向を維持するように案内した後、第二案内面によって径方向に案内することができる。これにより、旋回流の周方向に沿う成分が弱められるため、旋回流の旋回成分を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大断面図であり、図１のＩの拡大断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンを軸方向からみた概略構成を示す図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る蒸気タービンのスワール案内板の詳細図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係る蒸気タービンを軸方向からみた概略構成を示す図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る蒸気タービンのスワール案内板の詳細図である。
【図７】本発明の第三実施形態に係る蒸気タービンの要部拡大断面図であり、図１のＩの拡大断面図である。
【図８】本発明の第三実施形態に係る蒸気タービンを軸方向からみた概略構成を示す図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態の回転機械である蒸気タービンについて図面に基づき説明する。
図１に示すように、本実施形態の蒸気タービン１は、ケーシング１０と、ケーシング１０に流入する蒸気Ｓの量と圧力を調整する調整弁２０と、ケーシング１０の内方に回転自在に設けられ、動力を図示しない発電機等の機械に伝達する回転軸３０と、ケーシング１０に保持された静翼４０と、回転軸３０に設けられた動翼５０と、回転軸３０を軸回りに回転可能に支持する軸受部６０とを備えて大略構成されている。
【００１６】
ケーシング１０は、内部空間が気密に封止されていると共に、蒸気Ｓの流路とされている。このケーシング１０の内壁面には、回転軸３０が挿通されるリング状の仕切板外輪（静止環状体）１１が強固に固定されている。
【００１７】
調整弁２０は、ケーシング１０の内部に複数個取り付けられており、それぞれ図示しないボイラから蒸気Ｓが流入する調整弁室２１と、弁体２２と、弁座２３とを備えており、弁体２２が弁座２３から離れると蒸気流路が開いて、蒸気室２４を介して蒸気Ｓがケーシング１０の内部空間に流入するようになっている。
【００１８】
回転軸３０は、軸本体３１と、この軸本体３１の外周から回転軸３０の径方向（以下、単に径方向と呼ぶ）に延出した複数のディスク３２とを備えている。この回転軸３０は、回転エネルギーを図示しない発電機等の機械に伝達するようになっている。
軸受部６０は、ジャーナル軸受装置６１及びスラスト軸受装置６２を備えており、回転軸３０を回転自在に支持している。
【００１９】
静翼４０は、ケーシング１０から内周側に向かって伸び、回転軸３０を囲繞するように放射状に多数配置される環状静翼群を構成しており、それぞれ上述した仕切板外輪１１に保持されている。これら静翼４０の径方向における内方側は、回転軸３０が挿通されたリング状の仕切板内輪１４等で連結されている。
【００２０】
これら複数の静翼４０からなる環状静翼群は、回転軸３０の軸方向（以下、単に軸方向と呼ぶ）に間隔を空けて六つ形成されており、蒸気Ｓの圧力エネルギーを速度エネルギーに変換して、下流側に隣接する動翼５０に流入させる。
【００２１】
動翼５０は、回転軸３０が有するディスク３２の外周部に強固に取り付けられ、各環状静翼群の下流側において、放射状に多数配置されて環状動翼群を構成している。
これら環状静翼群と環状動翼群とは、一組一段とされている。すなわち、蒸気タービン１は、六段に構成されている。このうち、最終段における動翼５０の先端部は、回転軸３０の周方向（以下、単に周方向と呼ぶ）に隣接する動翼の先端部同士と連結されておりシュラウド５１と呼ばれている。
【００２２】
図２及び図３に示すように、シュラウド５１は、軸方向における中央部分が突出してステップ状に形成されたステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）を備えている。
【００２３】
仕切板外輪１１の軸方向下流側には、仕切板外輪１１の内周部から拡径されケーシング１０の内周面を底部１３とする円筒状の環状溝１２が形成されており、環状溝１２には、シュラウド５１が収容され、底部１３は、シュラウド５１のステップ部５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃと隙間Ｇｄを介して径方向に対向している。
【００２４】
この底部１３には、シュラウド５１に向けて径方向に延出する三つのシールフィン１７（１７Ａ〜１７Ｃ）が設けられている。シールフィン１７（１７Ａ〜１７Ｃ）は、それぞれステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）に向けて、底部１３から内周側に延出しており、周方向に延びている。これらシールフィン１７（１７Ａ〜１７Ｃ）は、ステップ部５２（５２Ａ〜５２Ｃ）と微小隙間ｍ（ｍＡ〜ｍＣ）を径方向に形成している。
【００２５】
これら微小隙間ｍ（ｍＡ〜ｍＣ）の各寸法は、ケーシング１０や動翼５０の熱伸び量や動翼５０の遠心伸び量等を考慮して、シールフィン１７（１７Ａ〜１７Ｃ）と動翼５０とが接触することがない範囲で設定されている。
【００２６】
ケーシング１０内周の静翼４０の下流側であって、動翼５０の先端とケーシングとの隙間Ｇｄの上流側には、複数のスワール案内板７０（スワール案内部）がケーシング１０の内周側に向かって延出して溶接により固定されている。複数のスワール案内板７０は、仕切板外輪１１の側面であって、シールフィン１７の入口側に臨む位置に環状の配置されている。スワール案内板７０の詳細形状については後述する。
【００２７】
ここで、上記の構成からなる蒸気タービン１の動作について説明する。
まず、調整弁２０（図１参照）を開状態とすると、図示しないボイラから蒸気Ｓがケーシング１０の内部空間に流入する。
【００２８】
ケーシング１０の内部空間に流入した蒸気Ｓは、各段における環状静翼群と環状動翼群とを順次通過する。
各段の環状静翼群において蒸気Ｓは、静翼４０を通過しながらその周方向速度成分が増大する。この蒸気Ｓのうち大部分の蒸気ＳＭは、動翼５０間に流入し、蒸気ＳＭのエネルギーが回転エネルギーに変換されて回転軸３０に回転が付与される。
【００２９】
一方、蒸気Ｓのうち一部（例えば、約数％）の蒸気ＳＬは、静翼４０から流出した後、強い周方向成分を維持した状態で環状溝１２に流入する。
【００３０】
図４に示すように、スワール案内板７０は、翼型をなしている。換言すれば、スワール案内板７０は、ある流通方向に流れる流体の流通方向を転回させるようなターニングベーンの如き形状をなしている。
【００３１】
具体的には、スワール案内板７０は、旋回流を形成している蒸気ＳＬに沿って延びる第一案内面７１と、第一案内面７１に連続して径方向外周側に湾曲する第二案内面７２とを有している。第一案内面７１と第二案内面７２とは、滑らかに接続されている。
換言すれば、第一案内面７１は、径方向内周側から外周側に向かうに従って回転軸３０の回転方向Ｒに向かって傾斜し、第二案内面７２は、径方向内周側から外周側に向かうに従って回転軸３０の回転方向Ｒとは反対側に傾斜して形成されている。
【００３２】
スワール案内板７０は、例えば、静翼４０と同数とされ、静翼４０と同じピッチで配置されている。なお、スワール案内板７０のピッチは静翼４０と同じピッチに配置する必要はなく、任意に設定可能である。即ち、スワール案内板７０の周方向の枚数は任意に設定可能であり、必要な箇所に一箇所のみ設置する構成としてもよい。
【００３３】
本実施形態の蒸気タービン１によれば、スワール案内板７０が旋回流を第一案内面７１によってその流通方向を維持するように案内し、次いで、第二案内面７２によって、径方向外周側に案内することによって、旋回流を回転方向Ｒとは反対方向に転向させることができる。これにより、旋回流の旋回成分を低減することができる。
【００３４】
（第二実施形態）
以下、本発明の第二実施形態の回転機械である蒸気タービンについて図面に基づき説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図５及び図６に示すように、本実施形態のスワール案内板７０Ｂは、旋回流を形成している蒸気ＳＬに沿って延びる第一案内面７１Ｂと、第一案内面７１に連続して径方向内周側に湾曲する第二案内面７２Ｂとを有している。第一案内面７１Ｂと第二案内面７２Ｂとは、滑らかに接続されている。
【００３５】
換言すれば、第一案内面７１Ｂは、径方向内周側から外周側に向かうに従って回転軸３０の回転方向Ｒに向かって傾斜し、第二案内面７２Ｂは、径方向内周側から外周側に向かうに従って回転軸３０の回転方向Ｒとは反対側に傾斜して形成されている。
さらに、本実施形態のスワール案内板７０Ｂは、互いに接続されている。具体的には、周方向一方側のスワール案内板７０Ｂの第一案内面７１Ｂと周方向他方側のスワール案内板７０Ｂの第二案内面７２Ｂとが接続されている。
【００３６】
上記実施形態によれば、スワール案内板７０Ｂが旋回流を第一案内面７１Ｂによってその流通方向を維持するように案内した後、第二案内面７２Ｂによって径方向内周側に案内することができる。これにより、旋回流の周方向に沿う成分が弱められるため、旋回流の旋回成分を低減することができる。
【００３７】
また、径方向内周側に湾曲する第二案内面７２Ｂが、径方向内周側から流入する旋回流を径方向内周側に案内することによって、漏出する蒸気をより低減することができる。
さらにスワール案内板７０Ｂが互いに接続されていることによって、漏出する蒸気をさらに低減することができる。
【００３８】
（第三実施形態）
以下、本発明の第三実施形態の回転機械である蒸気タービンについて図面に基づき説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
【００３９】
図７及び図８に示すように、本実施形態のスワール案内板７０Ｃは、第一実施形態のスワール案内板と同様の形状の案内板本体部７３と、この案内板本体部７３に接続され、周方向に延在するリング状部材７４とを有している。
リング状部材７４は、径方向に沿う面を有するリング状の板部材であり、案内板本体部７３の軸方向端部に接続されている。
【００４０】
上記実施形態によれば、リング状部材７４を設けることによって、スワール案内板７０Ｃで形成される流路に径方向内側から流入した流れＳＬは、全てこの流路を通る為、確実に第二案内面７２の方向に転向させられ、効果的にＳＬの周方向成分を低減できる。
【００４１】
なお、本発明の技術範囲は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、上述した実施形態で挙げた構成等は一例であり、適宜変更が可能である。
例えば、上述した各実施形態においては、回転機械として蒸気タービンを一例に説明したが、蒸気タービンに限られるものではなく、静止体であるステータと回転体であるロータとの間に設けられ高圧と低圧との間をシールする前記動翼の先端と前記ケーシングとの隙間の上流側に旋回流が形成されるような回転機械であれば、例えば、ガスタービンや圧縮機などの回転機械に適用してもよい。
【００４２】
また、上述した各実施形態においては、スワール案内板７０を最終段の動翼５０の上流側に設置する例を示したが、これに限ることはなく、スワール案内板７０は、いずれの動翼５０の上流側に設置してもよい。
また、上述した各実施形態においては、作動流体として蒸気Ｓを用いる場合について説明したが、スワールが発生し得る作動流体であれば蒸気Ｓに限られるものではない。
また、シュラウド５１をステップ状に形成するのに代えて、平坦状に形成してもよい。
【００４３】
また、第三実施形態のリング状部材７４を、第一実施形態に適用することも可能である。即ち、第一実施形態のスワール案内板７０、第二実施形態のスワール案内板７０Ｂを
第三実施形態のリング状部材７４で互いに接続してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  蒸気タービン（回転機械）
１０  ケーシング
１１  仕切板外輪
１２  環状溝
１３  底部
１４  仕切板内輪
１７  シールフィン
２０  調整弁
２１  調整弁室
２２  弁体
２３  弁座
２４  蒸気室
３０  回転軸
３１  軸本体
３２  ディスク
４０  静翼
５０  動翼
５１  シュラウド
５２  ステップ部
６０  軸受部
６１  ジャーナル軸受装置
６２  スラスト軸受装置
７０，７０Ｂ，７０Ｃ  スワール案内板（スワール案内部）
７１，７１Ｂ  第一案内面
７２，７２Ｂ  第二案内面
７３  案内板本体部
７４  リング状部材
ＳＬ  蒸気（旋回流）
【図１】
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【図２】
2014141912.tif 000004
【図３】
2014141912.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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