DE112021000692T5

DE112021000692T5 - Dichtungsvorrichtung und rotationsmaschine

Info

Publication number: DE112021000692T5
Application number: DE112021000692.4T
Authority: DE
Inventors: Naoto OMURA; Kazuyuki Matsumoto; Yoshihiro Kuwamura; Eiji Konishi; Kentaro Tanaka
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2021-04-23
Publication date: 2022-11-17
Also published as: JP2021173367A; US11927112B2; CN115280049A; KR20220149589A; KR102808784B1; WO2021220950A1; JP6808872B1; US20230017440A1

Abstract

Eine Dichtungsvorrichtung gemäß mindestens einer Ausführungsform umfasst nicht weniger als drei bogenförmige Rippen, die in einer Axialrichtung angeordnet sind. Die bogenförmigen Rippen umfassen: eine erste Rippe, die eine von zwei am weitesten außen liegenden Rippen ist, die an einer am weitesten außen liegenden Seite in der Axialrichtung angeordnet ist, eine zweite Rippe, die in der Axialrichtung benachbart zu der ersten Rippe angeordnet ist, und mindestens eine dritte Rippe, die der ersten Rippe über der zweiten Rippe in der Axialrichtung gegenüber angeordnet ist. Vorzugsweise ist die dritte Rippe so angeordnet, dass sie bezüglich einer Radialrichtung derart geneigt ist, dass sich ein Außenendabschnitt an einer Seite der ersten Rippe in der Axialrichtung relativ zu einem Basis-Endabschnitt befindet, und die dritte Rippe bezüglich der Radialrichtung einen größeren Neigungswinkel als die erste Rippe oder die zweite Rippe hat.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Dichtungsvorrichtung und eine Rotationsmaschine.
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2020-079332 , die am 28. April 2020 eingereicht wurde und deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Bekannt ist eine Rotationsmaschine, wie beispielsweise eine Dampfturbine oder eine Gasturbine, die in einem Kraftwerk oder dergleichen verwendet wird. Die Rotationsmaschine umfasst eine Rotor-Laufschaufel, die von einem Turbinenrotor (im Folgenden einfach als Rotor bezeichnet) getragen ist, der bezüglich eines Gehäuses drehbar ist, und eine Stator-Leitschaufel, die von dem Gehäuse getragen ist, und ist ausgestaltet, um Energie eines Arbeitsfluids, das von stromauf nach stromab in der Achsenrichtung des Rotors strömt, in Rotationsenergie des Rotors umzuwandeln.
Bei der vorgenannten Rotationsmaschine ist es bekannt, dass in einem Dichtungsabschnitt zur Abdichtung zwischen dem Gehäuse und dem Rotor bzw. der Rotor-Laufschaufel das von einem Hauptdurchgang abweichende Arbeitsfluid einströmt und dabei eine Drallströmungskomponente aufweist, die beim Durchströmen einer Düse gegeben wird und eine Drallströmung (sogenannte Wirbelströmung) in der Umfangsrichtung des Rotors erzeugt. Aufgrund der Wirbelströmung wird, wenn der Rotor exzentrisch ist, in der Umfangsrichtung des Rotors eine periodische Druckverteilung mit einer Spitze in einer von einer exzentrischen Richtung des Rotors verschiedenen Richtung erzeugt, die beispielsweise eine selbsterregte Schwingung des Rotors bewirken kann, wenn die Wirbelströmung bei einem Betrieb mit hoher Leistung zunimmt. Daher wurden verschiedene Strukturen zur Verhinderung der Wirbelströmung in dem Dichtungsabschnitt entwickelt.
Beispielsweise umfasst eine in der Patentschrift 1 offenbarte Dichtungsvorrichtung eine Vielzahl von Dichtungsrippen, die an einer Innenumfangsoberfläche eines Gehäuses in der Axialrichtung angeordnet sind, und eine Vielzahl von Wirbelbrechern, die in Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, um, von der Vielzahl von Dichtungsrippen eine erste Dichtung, die sich an einer am weitesten axial liegenden Seite befindet, und eine zweite Dichtungsrippe, die benachbart zu einer anderen axialen Seite der ersten Dichtungsrippe angeordnet ist, miteinander zu verbinden, wobei die erste Dichtung mit einem durchdringenden Abschnitt ausgebildet ist, der die erste Dichtungsrippe in der Axialrichtung durchdringt (siehe Patentschrift 1).
Zitierliste
Patentliteratur
Patentschrift 1: JP2017-155859A
ZUSAMMENFASSUNG
Technisches Problem
In den letzten Jahren ist eine Rotationsmaschine, wie beispielsweise eine Dampfturbine oder eine Gasturbine, erforderlich, um den Turbinenwirkungsgrad weiter zu verbessern. Daher wird von der Rotationsmaschine verlangt, eine Leckageströmungsrate zu verhindern bzw. verringern, d.h. die Strömungsrate eines Arbeitsfluids, das von einem Hauptdurchgang abweicht und durch einen Dichtungsabschnitt strömt. Wenn jedoch die Leckageströmungsrate verhindert bzw. verringert wird, kann eine Erregungskraft der vorgenannten selbsterregten Schwingung zunehmen.
In Anbetracht des Vorgenannten besteht eine Aufgabe mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darin, die Strömungsrate des Arbeitsfluids, das durch den Dichtungsabschnitt strömt, zu verhindern bzw. verringern und ein Auftreten der selbsterregten Schwingung in der Rotationsmaschine zu verhindern.
Lösung des Problems
(1) Eine Dichtungsvorrichtung gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst: nicht weniger als drei bogenförmige Rippen, die in einer Axialrichtung voneinander beabstandet sind, wobei sich jede der bogenförmigen Rippen entlang einer Umfangsrichtung erstreckt. Die bogenförmigen Rippen umfassen: eine erste Rippe, die eine von zwei am weitesten außen liegenden Rippen ist, die an einer in der Axialrichtung am weitesten außen liegenden Seite angeordnet sind, eine zweite Rippe, die in der Axialrichtung benachbart zu der ersten Rippe angeordnet ist, und mindestens eine dritte Rippe, die der ersten Rippe über der zweiten Rippe in der Axialrichtung gegenüber angeordnet ist. Die dritte Rippe erfüllt mindestens eine der folgenden Bedingungen (a) oder (b): (a) die dritte Rippe ist so angeordnet, dass sie bezüglich einer Radialrichtung derart geneigt ist, dass sich ein Außenendabschnitt an einer Seite der ersten Rippe in der Axialrichtung relativ zu einem Basis-Endabschnitt befindet, und die dritte Rippe bezüglich der Radialrichtung einen größeren Neigungswinkel als die erste Rippe oder die zweite Rippe hat, oder (b) die dritte Rippe hat eine größere radiale Abmessung als die erste Rippe oder die zweite Rippe, so dass sie einen kleineren Dichtungszwischenraum als die erste Rippe oder die zweite Rippe bildet.
(2) Eine Rotationsmaschine gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst: die Dichtungsvorrichtung, wie in der vorgenannten Konfiguration (1) definiert, ein Gehäuse, einen Rotorkörper zum Drehen um eine Achse in dem Gehäuse, eine Vielzahl von Rotor-Laufschaufelkörpern, die so angebracht sind, dass sie sich von dem Rotorkörper in einer Radialrichtung erstrecken, und eine Abdeckung, die mit einem Außenendabschnitt von jedem der Vielzahl von Rotor-Laufschaufelkörpern verbunden ist. Die dritte Rippe befindet sich an einer axial stromabwärtigen Seite des Rotorkörpers relativ zu der ersten Rippe.
Vorteilhafte Effekte
Gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Strömungsrate eines Arbeitsfluids, das durch einen Dichtungsabschnitt strömt, verhindert bzw. verringert und ein Auftreten einer selbsterregten Schwingung in einer Rotationsmaschine verhindert werden.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht zur Beschreibung einer Dampfturbine als Beispiel einer Rotationsmaschine, die eine Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen umfasst.
2A ist eine Ansicht zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
2B ist eine Ansicht zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
2C ist eine Ansicht zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
3A ist eine Ansicht zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
3B ist eine Ansicht zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
3C ist eine Ansicht zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
4A ist eine Ansicht zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
4B ist eine Ansicht zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
4C ist eine Ansicht zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
5A ist eine Ansicht zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
5B ist eine Ansicht zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
5C ist eine Ansicht zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
6 ist eine Ansicht zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
7A ist ein Diagramm zur Beschreibung eines kontrahierten Strömungseffekts durch eine dritte Rippe.
7B ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Differenzdrucks bei jeder Rippe.
7C ist ein Diagramm zur Beschreibung einer in jedem Hohlraum erzeugten Erregungskraft.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist jedoch beabsichtigt, dass Abmessungen, Materialien, Formen, relative Positionen und dergleichen von Komponenten, die in den Zeichnungen als Ausführungsformen beschrieben oder dargestellt sind, nur zur Veranschaulichung dienen und nicht dazu gedacht sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken, sofern sie nicht besonders gekennzeichnet sind.
Beispielsweise ist ein Ausdruck für eine relative oder absolute Anordnung wie „in einer Richtung“, „entlang einer Richtung“, „parallel“, „orthogonal“, „zentriert“, „konzentrisch“ und „koaxial“ nicht so auszulegen, dass er nur die Anordnung in einem streng wörtlichen Sinne angibt, sondern umfasst auch einen Zustand, in dem die Anordnung relativ um eine Toleranz oder um einen Winkel oder einen Abstand versetzt ist, wodurch dieselbe Funktion erreicht werden kann.
Beispielsweise ist ein Ausdruck für einen gleichen Zustand wie „gleich“, „entsprechend“ und „einheitlich“ nicht so auszulegen, dass er nur den Zustand angibt, in dem das Merkmal streng gleich ist, sondern auch einen Zustand umfasst, in dem eine Toleranz oder ein Unterschied besteht, mit dem dennoch die gleiche Funktion erreicht werden kann.
Ferner ist beispielsweise der Ausdruck einer Form wie einer rechteckigen Form oder einer rohrförmigen Form nicht so zu verstehen, dass er nur die geometrisch strenge Form umfasst, sondern auch eine Form mit Unebenheiten oder abgeschrägten Ecken innerhalb des Bereichs, in dem die gleiche Wirkung erzielt werden kann.
Andererseits sind die Ausdrücke „aufweisend“, „umfassend“, „mit“, „enthaltend“ und „gebildet aus“ einem Bestandteil keine ausschließenden Ausdrücke, die das Vorhandensein anderer Komponenten ausschließen.
(Zur Konfiguration der Dampfturbine 1)
1 ist eine Ansicht zur Beschreibung einer Dampfturbine als ein Beispiel einer Rotationsmaschine, die eine Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen umfasst.
Wie in 1 dargestellt umfasst eine Dampfturbinenanlage 10 eine Dampfturbine 1, die eine axiale Rotationsmaschine ist, ein Dampfzuführrohr 12 zum Zuführen von Dampf S als ein Arbeitsfluid von einer Dampfzuführquelle (nicht dargestellt) zu der Dampfturbine 1 und ein Dampfauslassrohr 13, das mit einer stromabwärtigen Seite der Dampfturbine 1 verbunden ist, um Dampf auszutragen.
Wie in 1 dargestellt umfasst die Dampfturbine 1 gemäß einigen Ausführungsformen ein Gehäuse 2, einen Rotorkörper 11 zum Drehen um eine Achse AX in dem Gehäuse 2, einen mit dem Rotorkörper 11 verbundenen Rotor 3 und einen Lagerabschnitt 4 zum drehbaren Tragen des Rotorkörpers 11 um die Achse AX. Ferner umfasst die Dampfturbine 1 gemäß einigen Ausführungsformen, die in 1 dargestellt sind, eine Dichtungsvorrichtung 100, die später im Detail beschrieben wird.
Der Rotor 3 umfasst den Rotorkörper 11 und Turbinen-Rotor-Laufschaufeln 30. Die Turbinen-Rotor-Laufschaufeln 30 sind eine Rotor-Laufschaufelreihe, die eine Vielzahl von Rotor-Laufschaufelkörpern 31 und Abdeckungen (Außenabdeckungen) 34 umfasst. Eine Vielzahl von Reihen ist in regelmäßigen Abständen in der Richtung der Achse AX angeordnet.
Die Vielzahl von Rotor-Laufschaufelkörpern 31 sind so angebracht, dass sie sich in der Radialrichtung von dem Rotorkörper 11 erstrecken, um um die Achse AX in dem Gehäuse 2 zu rotieren, und sie sind in Abständen in der Umfangsrichtung des Rotorkörpers 11 angeordnet. Jeder der Vielzahl von Rotor-Laufschaufelkörpern 31 ist ein Element mit einem Strömungsprofilquerschnitt von der Radialrichtung betrachtet.
Die Abdeckungen 34 sind ringförmige Außenendabdeckungen, die sich in die jeweiligen Außenendabschnitte (radial äußere Endabschnitte) der Vielzahl der Rotor-Laufschaufelkörper 31 fortsetzen, um die jeweiligen Außenendabschnitte zu verbinden.
Das Gehäuse 2 ist ein nahezu zylindrisches Element, das so angeordnet ist, dass es den Rotor 3 von der Außenumfangsseite abdeckt. Das Gehäuse 2 ist mit einer Vielzahl von Stator-Leitschaufelkörpern 21 versehen, die so angebracht sind, dass sie sich radial einwärts zu dem Rotorkörper 11 erstrecken. Die Vielzahl von Stator-Leitschaufelkörpern 21 sind entlang der Umfangsrichtung einer Innenumfangsoberfläche 25 des Gehäuses 2 und der Richtung der Achse AX angeordnet. An der Vielzahl von Stator-Leitschaufelkörpern 21 sind Stator-Leitschaufelringe 23 angebracht, die sich in die jeweiligen Außenendabschnitte der Vielzahl von Stator-Leitschaufelkörpern 21 fortsetzen.
Im Inneren des Gehäuses 2 bildet ein Bereich, wo die Stator-Leitschaufelkörper 21 und die Rotor-Laufschaufelkörper 31 angeordnet sind, einen Hauptdurchgang 20, durch den der Dampf S als das Arbeitsfluid strömt.
Ferner ist zwischen der Außenendabdeckung 34 und der Innenumfangsoberfläche 25 des Gehäuses 2 ein Raum gebildet, der als ein Hohlraum 50 bezeichnet wird. In der folgenden Beschreibung wird eine Innenoberfläche des Gehäuses 2, die dem Raum in dem Gehäuse 2 zugewandt ist, als Innenoberfläche 250 bezeichnet. Daher ist die Innenumfangsoberfläche 25 des Gehäuses 2 ein Teil der Innenoberfläche 250.
2A bis 2C sind Ansichten zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen und zeigen schematisch die Umgebung der Außenendabdeckung 34 bei Betrachtung von der Umfangsrichtung.
3A bis 3C sind Ansichten zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen und zeigen schematisch die Umgebung der Außenendabdeckung 34 bei Betrachtung in der Umfangsrichtung.
4A bis 4C sind Ansichten zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen und zeigen schematisch die Umgebung der Außenendabdeckung 34 bei Betrachtung in der Umfangsrichtung.
5A bis 5C sind Ansichten zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen und zeigen schematisch die Umgebung der Außenendabdeckung 34 bei Betrachtung in der Umfangsrichtung.
6 ist eine Ansicht zur Beschreibung der Dichtungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen und zeigt schematisch vergrößerte Ansichten der Umgebung der Außenendabdeckung 34 und der Außenendabschnitte der Rippen bei Betrachtung in der Umfangsrichtung.
Der Hohlraum 50 gemäß einigen Ausführungsformen ist mit der Dichtungsvorrichtung 100 versehen, wie in 2A bis 2C, 3A bis 3C, 4A bis 4C, 5A bis 5C und 6 gezeigt ist. Die Dichtungsvorrichtung 100 der Ausführungsformen umfasst nicht weniger als drei bogenförmige Rippen (Dichtungsrippen) 40, die in der Axialrichtung voneinander beabstandet sind und von denen sich jede in der Umfangsrichtung erstreckt. Die Rippen 40 sind also gemäß einigen Ausführungsformen eine Vielzahl von Dichtungselementen, die in einem ringförmigen Zwischenraum (Hohlraum 50) zwischen einem rotierenden Element (Abdeckung 34) und einem stationären Element (Gehäuse 2) in der Axialrichtung angeordnet sind.
Der Einfachheit halber sind in jeder Figur drei Rippen 40 in der Axialrichtung voneinander beabstandet dargestellt, es können jedoch auch nicht weniger als vier Rippen sein. Ferner werden die in jeder Figur gezeigten Rippen 40 der Einfachheit halber als eine erste Rippe 41, eine zweite Rippe 42 und eine dritte Rippe 43 bezeichnet, und zwar in der Reihenfolge von der axial stromaufwärtigen Seite aus.
Da die Dampfturbine 1 gemäß einigen in 1 dargestellten Ausführungsformen die später im Detail beschriebene Dichtungsvorrichtung 100 umfasst, kann die Strömungsrate von Leckagedampfströmungen SL, die durch den Dichtungsabschnitt (Dichtungsvorrichtung 100) strömen, verringert werden, und ein Auftreten einer selbsterregten Schwingung in der Dampfturbine 1 wird verhindert.
Die in jeder Figur dargestellten Rippen 40 umfassen die erste Rippe 41, die eine der beiden am weitesten außen liegenden Rippen in der Axialrichtung ist, die zweite Rippe 42, die in der Axialrichtung benachbart zu der ersten Rippe 41 angeordnet ist, und mindestens eine dritte Rippe 43, die der ersten Rippe 41 über der zweiten Rippe 42 in der Axialrichtung gegenüberliegend angeordnet ist.
Die dritte Rippe 43 ist vorzugsweise die andere der beiden am weitesten außen liegenden Rippen, die in der Axialrichtung am weitesten außen liegt. Wenn gemäß einigen Ausführungsformen nicht weniger als vier Rippen 40 in der Axialrichtung voneinander beabstandet sind, erfüllt zumindest die Rippe 40, die an der am weitesten axial stromabwärtigen Seite angeordnet ist, als dritte Rippe 43 vorzugsweise zumindest eine der später beschriebenen Bedingungen (a) oder (b). Die dritte Rippe 43 umfasst also vorzugsweise die andere, am weitesten außen liegende Rippe der zwei am weitesten außen liegenden Rippen.
Die in jeder Figur gezeigten Rippen 40 sind jeweils ein Element, das eine teilweise bogenförmige Form aufweist, die sich von einem Basis-Endabschnitt 40a zu einem Außenendabschnitt 40b in der Radialrichtung sowie in der Umfangsrichtung, wie vorgenannt beschrieben, erstreckt. Genauer gesagt ist jede der Rippen 40 so gebildet, dass sie eine Form hat, deren Dicke in der Richtung der Achse AX von dem Basis-Endabschnitt 40a zu dem Außenendabschnitt 40b hin fortschreitend abnimmt.
In den in jeder Figur gezeigten Rippen 40 können beispielsweise, wie in den 2A, 3A, 4A, 5A und 6 gezeigt, die Rippen (wie beispielsweise die erste Rippe 41 und die dritte Rippe 43), die von der Innenumfangsoberfläche 25 des Gehäuses 2 zu der Abdeckung 34 vorstehen, und die Rippen (wie beispielsweise die zweiten Rippen 42), die von der Abdeckung 34 zu der Innenumfangsoberfläche 25 des Gehäuses 2 vorstehen, abwechselnd in der Axialrichtung angeordnet sein.
Ferner können beispielsweise, wie in 2B, 3B, 4B und 5B gezeigt, die in jeder Figur dargestellten Rippen 40 so angeordnet sein, dass sie von der Innenumfangsoberfläche 25 des Gehäuses 2 zu der Abdeckung 34 vorstehen.
Beispielsweise können, wie in 2C, 3C, 4C und 5C gezeigt, die in jeder Figur gezeigten Rippen 40 so angeordnet sein, dass sie von der Abdeckung 34 zu der Innenumfangsoberfläche 25 des Gehäuses 2 vorstehen.
Bei einigen Ausführungsformen, die in den einzelnen Figuren dargestellt sind, bildet der Außenendabschnitt 40b jeder Rippe 40 einen winzigen Zwischenraum (Dichtungszwischenraum) m mit einer Außenoberfläche 35 der Abdeckung 34 gegenüber dem Außenendabschnitt 40b oder mit der Innenumfangsoberfläche 25 des Gehäuses 2. Unter Berücksichtigung eines thermischen Ausdehnungsbetrags des Gehäuses 2 oder des Rotor-Laufschaufelkörpers 31, eines zentrifugalen Ausdehnungsbetrags des Rotor-Laufschaufelkörpers 31 oder dergleichen wird eine Abmessung des Zwischenraums m in der Radialrichtung in einem Bereich festgelegt, in dem der Außenendabschnitt 40b der Rippe 40 kein Kontakt mit einem Element eines Gegenstücks gegenüber dem Außenendabschnitt 40b hat.
Von den Hohlräumen 50 gemäß einigen Ausführungsformen, die in jeder Figur dargestellt sind, wird ein Bereich an der stromaufwärtigen Seite der ersten Rippe 41 als ein erster Hohlraum 51 bezeichnet, ein zwischen der ersten Dichtungsrippe 41 und der zweiten Dichtungsrippe 42 definierter Bereich wird als ein zweiter Hohlraum 52 bezeichnet, ein zwischen der zweiten Dichtungsrippe 42 und der dritten Dichtungsrippe 43 definierter Bereich wird als ein dritter Hohlraum 53 bezeichnet, und ein Bereich an der stromabwärtigen Seite der dritten Rippe 43 wird als ein vierter Hohlraum 54 bezeichnet.
Bei der Dampfturbinenanlage 10 gemäß einigen Ausführungsformen wird der Dampf S von der Dampfzuführquelle über das Dampfzuführrohr 12 der Dampfturbine 1 zugeführt.
Der der Dampfturbine 1 zugeführte Dampf S erreicht den Hauptdurchgang 20. Der Dampf S, der den Hauptdurchgang 20 erreicht, strömt zu der stromabwärtigen Seite, wobei er sich wiederholt ausdehnt und eine Strömung erzeugt, während der Dampf S durch den Hauptdurchgang 20 strömt. Da der Rotor-Laufschaufelkörper 31 den Querschnitt eines Strömungsprofils aufweist, wird der Dampf S, der auf den Rotor-Laufschaufelkörper 31 trifft, oder eine Reaktionskraft bei der Ausdehnung des Dampfes auch im Inneren der zwischen den benachbarten Rotor-Laufschaufelkörpern 31 entlang der Umfangsrichtung gebildeten Durchgänge aufgenommen, wodurch der Rotor 3 in Drehung versetzt wird. Folglich wird die Energie des Dampfes S als Rotationsleistung der Dampfturbine 1 entnommen.
Der bei dem vorgenannten Vorgang durch den Hauptdurchgang 20 strömende Dampf S strömt auch in die vorgenannten Hohlräume 50. Der in den Hauptdurchgang 20 strömende Dampf S wird also nach dem Durchströmen des Stator-Leitschaufelkörpers 21 in eine Hauptdampfströmung SM und die Leckagedampfströmungen SL aufgeteilt. Die Hauptdampfströmung SM wird leckagefrei in die Turbinen-Rotor-Laufschaufel 30 eingeführt.
Die Leckagedampfströmungen SL strömen zwischen der Abdeckung 34 und dem Gehäuse 2 in die Hohlräume 50. Der Dampf S wird in einen Zustand versetzt, in dem eine Wirbelkomponente (Umfangsgeschwindigkeitskomponente) nach dem Durchströmen des Stator-Leitschaufelkörpers 21 erhöht wird, und ein Teil des Dampfes S wird separiert und strömt als Leckagedampfströmungen SL in die Hohlräume 50. Daher umfassen die Leckagedampfströmungen SL, ähnlich wie der Dampf S, auch Wirbelkomponenten.
(Zur selbsterregten Schwingung in der Dampfturbine 1)
Wie vorgenannt beschrieben ist es in der Rotationsmaschine wie der Dampfturbine 1 bekannt, dass in dem Dichtungsabschnitt zur Abdichtung zwischen Gehäuse und Rotor bzw. Rotor-Laufschaufel das von dem Hauptdurchgang abweichende Arbeitsfluid mit der beim Durchströmen der Düse gegebenen Drallströmungskomponente einströmt und dabei die Drallströmung (sog. Wirbelströmung) in der Umfangsrichtung des Rotors erzeugt. Aufgrund der Wirbelströmung wird, wenn der Rotor exzentrisch ist, in der Umfangsrichtung des Rotors eine periodische Druckverteilung mit einer Spitze in einer von der exzentrischen Richtung des Rotors verschiedenen Richtung erzeugt, die beispielsweise eine selbsterregte Schwingung des Rotors bewirken kann, wenn die Wirbelströmung bei einem Betrieb mit hoher Leistung zunimmt. Daher wurden verschiedene Strukturen zur Verhinderung der Wirbelströmung in dem Dichtungsabschnitt entwickelt.
In den letzten Jahren wird eine Rotationsmaschine, wie beispielsweise eine Dampfturbine oder eine Gasturbine, benötigt, um den Wirkungsgrad der Turbine ferner zu verbessern. Daher muss die Rotationsmaschine eine Leckageströmungsrate verhindern, d.h. die Strömungsrate eines Arbeitsfluids, das von einem Hauptdurchgang abweicht und durch einen Dichtungsabschnitt strömt. Wenn jedoch die Leckageströmungsrate verhindert wird, kann die Erregungskraft der vorgenannten selbsterregten Schwingung zunehmen.
Bei einigen Ausführungsformen wird daher die Strömungsrate der Leckagedampfströmungen SL, die durch die Dichtungsvorrichtung 100 strömen, sowie ein Auftreten der selbsterregten Schwingung in der Dampfturbine 1 verhindert, wie unten beschrieben. Nachfolgend wird dies im Detail beschrieben.
(Zur spezifischen Konfiguration zur Verhinderung einer Leckagedampfströmung und zur Verhinderung selbsterregter Schwingungen)
Beispielsweise, wie in den 2A bis 2C, 4A bis 4C, 5A bis 5C und 6 gezeigt, erfüllt die dritte Rippe 43 bei der Dichtungsvorrichtung 100 gemäß einigen Ausführungsformen vorzugsweise mindestens eine der folgenden Bedingungen (a) oder (b):

(a) die dritte Rippe 43 ist angeordnet, um bezüglich der Axialrichtung derart geneigt zu sein, dass der Außenendabschnitt 40b an der Seite der ersten Rippe 41 in der Axialrichtung relativ zu dem Basis-Endabschnitt 40a angeordnet ist, und die dritte Rippe 43 bezüglich der Radialrichtung einen größeren Neigungswinkel Θ3 als die erste Rippe 41 oder die zweite Rippe 42 hat, oder
(b) die dritte Rippe 43 hat eine größere radiale Abmessung Hr als die erste Rippe 41 oder die zweite Rippe 42, so dass sie den kleineren Dichtungszwischenraum m als die erste Rippe 41 oder die zweite Rippe 42 bildet.

(Im Falle, dass die vorgenannte Bedingung (a) erfüllt ist)
Wie in jeder Figur gezeigt wird angenommen, dass die Dichtungsvorrichtung 100 gemäß einigen Ausführungsformen derart angeordnet ist, dass sich die dritte Rippe 43 an der axial stromabwärtigen Seite der ersten Rippe 41 befindet. Anschließend wird angenommen, dass die Leckagedampfströmung SL durch den Dichtungszwischenraum m strömt, welcher der Zwischenraum zwischen dem Außenendabschnitt 40b jeder der ersten Rippe 41, der zweiten Rippe 42 und der dritten Rippe 43 und der Oberfläche des Elements gegenüber dem Außenendabschnitt 40b in der Radialrichtung ist.
Betrachten wir beispielsweise einen Fall, in dem die dritte Rippe 43 ausgestaltet ist, um die vorgenannte Bedingung (a) zu erfüllen, und in dem dritten Hohlraum 53, der einer axial stromaufwärtigen Seitenoberfläche 43u der dritten Rippe zugewandt ist, wie in den 2A, 2B, 4A, 4B, 5A, 5B und 6 gezeigt, strömt eine Radialströmung SLr der Leckagedampfströmung SL von der Seite des Basis-Endabschnitts 40a zu der Seite des Außenendabschnitts 40b der dritten Rippe 43 entlang der Seitenoberfläche 43u.
In diesem Fall kann die Radialströmung SLr, die entlang der Seitenoberfläche 43u strömt, im Vergleich zu einem Fall, in dem die dritte Rippe 43 nicht ausgestaltet ist, um die vorgenannte Bedingung (a) zu erfüllen, der Leckagedampfströmung SL, die durch den vorgenannten Dichtungszwischenraum m strömt, eine stärker kontrahierte Strömungswirkung eines Kontrahierens der Strömung in der Radialrichtung zukommen lassen.
7A ist ein Diagramm zur Beschreibung der vorgenannten kontrahierten Strömungswirkung durch die dritte Rippe 43, die die obige Bedingung (a) erfüllt, und zeigt einen Strömungskoeffizienten in dem von jeder Rippe 40 gebildeten Dichtungszwischenraum m. In 7A sind als Beispiel Daten beschrieben, die sich auf die Dichtungsvorrichtung 100 beziehen, bei der die dritte Rippe 43 die obige Bedingung (a) erfüllt, und Daten, die als Vergleichsbeispiel beschrieben sind, sind ein Strömungskoeffizient, der sich auf eine Dichtungsvorrichtung bezieht, bei der die dritte Rippe 43 den gleichen Neigungswinkel Θ3 wie die erste Rippe 41 oder die zweite Rippe 42 hat.
Wie in 7A gezeigt kann durch Erfüllung der vorgenannten Bedingung (a) der Strömungskoeffizient in dem von der dritten Rippe 43 gebildeten Dichtungszwischenraum m verringert werden.
In der in 2A, 2B, 4A, 4B, 5A, 5B und 6 gezeigten Dichtungsvorrichtung 100 ist es daher für das Arbeitsfluid schwierig, durch den Dichtungszwischenraum m zu strömen, welcher der Zwischenraum zwischen dem Außenendabschnitt 40b der dritten Rippe 43 und der Außenoberfläche 35 der Abdeckung 34 ist, die die Oberfläche des Elements gegenüber dem Außenendabschnitt 40b in der Radialrichtung ist.
Daher kann bei der in den 2A, 2B, 4A, 4B, 5A, 5B und 6 dargestellten Dichtungsvorrichtung 100 der Differenzdruck zwischen dem dritten Hohlraum 53, der der Hohlraum 50 an der stromaufwärtigen Seite ist, und dem vierten Hohlraum 54, der der Hohlraum 50 an der stromabwärtigen Seite der dritten Rippe 43 ist, erhöht werden.
Wenn die erste Rippe 41 und die dritte Rippe 43 jeweils die in der Axialrichtung am weitesten außen liegenden Rippen sind, ist die Druckdifferenz zwischen dem ersten Hohlraum 51, der der Hohlraum 50 an der stromaufwärtigen Seite der ersten Rippe 41 ist, und dem vierten Hohlraum 54, der der Hohlraum 50 an der stromabwärtigen Seite der dritten Rippe 43 ist, d.h. der Vorne-Hinten-Differenzdruck der Dichtungsvorrichtung 100 im Wesentlichen gleich einer Druckdifferenz zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite des Rotor-Laufschaufelkörpers 31. Wenn also der Differenzdruck zwischen dem dritten Hohlraum 53 und dem vierten Hohlraum 54, d.h. der Vorne-Hinten-Differenzdruck der dritten Rippe 43 ansteigt, sinkt der Differenzdruck zwischen dem ersten Hohlraum 51 und dem zweiten Hohlraum 52, der der Hohlraum 50 an der stromabwärtigen Seite der ersten Rippe 41 ist, d.h. der Vorne-Hinten-Differenzdruck der ersten Rippe 41.
7B ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Differenzdrucks in jeder Rippe 40 und zeigt das Ausdehnungsverhältnis, bevor und nachdem die Leckagedampfströmung SL durch jede Rippe 40 strömt. In 7B sind die als Beispiel beschriebenen Daten das Ausdehnungsverhältnis, das sich auf die Dichtungsvorrichtung 100 bezieht, bei der die dritte Rippe 43 die oben genannte Bedingung (a) erfüllt, und die als Vergleichsbeispiel beschriebenen Daten das Ausdehnungsverhältnis, das sich auf die Dichtungsvorrichtung bezieht, bei der die dritte Rippe 43 den gleichen Neigungswinkel Θ3 wie die erste Rippe 41 oder die zweite Rippe 42 hat.
Wie in 7B gezeigt erhöht sich bei Erfüllung der vorgenannten Bedingung (a) das Ausdehnungsverhältnis vor und nach dem Durchströmen der dritten Rippe 43 durch die Leckagedampfströmung SL, da der Vorne-Hinten-Differenzdruck der dritten Rippe 43 zunimmt. Ferner sinkt das Ausdehnungsverhältnis vor und nach dem Durchströmen der dritten Rippe 43 durch die Leckagedampfströmung SL, da der Vorne-Hinten-Differenzdruck der ersten Rippe 41 aufgrund des Anstiegs des Vorne-Hinten-Differenzdruckes der dritten Rippe 43 abnimmt.
Im Allgemeinen treten die vorgenannten selbsterregten Schwingungen umso eher auf, je höher die Umfangswirbelgeschwindigkeit des Arbeitsfluids in dem Dichtungsabschnitt (Dichtungsvorrichtung 100) ist. Ferner ist im Allgemeinen die Umfangswirbelgeschwindigkeit des Arbeitsfluids in dem Dichtungsabschnitt an der stromaufwärtigen Seite höher als an der stromabwärtigen Seite. Im Allgemeinen kann durch eine Verringerung des Vorne-Hinten-Differenzdrucks der Dichtungsrippe die Erregungskraft durch das Arbeitsfluid in dem Hohlraum an der stromabwärtigen Seite der Dichtungsrippe verringert werden.
Da die Erregungskraft aufgrund der Leckagedampfströmung SL in dem zweiten Hohlraum 52 durch Verringerung des Vorne-Hinten-Differenzdrucks der ersten Rippe 41, wie oben beschrieben, verringert werden kann, kann ein Auftreten der oben beschriebenen selbsterregten Schwingung verhindert werden.
Ferner kann, wie vorgenannt beschrieben, die Strömungsrate des durch die Dichtungsvorrichtung 100 strömenden Arbeitsfluids verringert werden, da der Vorne-Hinten-Differenzdruck der dritten Rippe 43 erhöht werden kann.
7C ist ein Diagramm zur Beschreibung der in jedem Hohlraum 50 erzeugten Erregungskraft. In 7C ist als Beispiel die Erregungskraft beschrieben, die sich auf die Dichtungsvorrichtung 100 bezieht, bei der die dritte Rippe 43 die vorgenannte Bedingung (a) erfüllt, und als Vergleichsbeispiel ist die Erregungskraft beschrieben, die sich auf die Dichtungsvorrichtung bezieht, bei der die dritte Rippe 43 den gleichen Neigungswinkel Θ3 wie die erste Rippe 41 oder die zweite Rippe 42 hat.
Wie in 7C gezeigt können durch Erfüllung der vorgenannten Bedingung (a) die Erregungskräfte im zweiten Hohlraum 52 und im dritten Hohlraum 53 verhindert werden. Ferner kann durch Erfüllung der vorgenannten Bedingung (a) die Erregerkraft in dem zweiten Hohlraum 52 stärker verhindert werden als die Erregerkraft in dem dritten Hohlraum 53.
Betrachten wir beispielsweise einen Fall, in dem die dritte Rippe 43 ausgestaltet ist, um die obige Bedingung (a) zu erfüllen, und in dem dritten Hohlraum 53, der der axial stromaufwärtigen Seitenoberfläche 43u der dritten Rippe 43 zugewandt ist, wie in 2C, 4C und 5C gezeigt, strömt die Radialströmung SLr von der Seite des Außenendabschnitts 40b zu der Seite des Basis-Endabschnitts 40a der dritten Rippe 43 entlang der Seitenoberfläche 43u.
Im Vergleich zu dem Fall, in dem die dritte Rippe 43 nicht ausgestaltet ist, um die vorgenannte Bedingung (a) zu erfüllen, strömt in diesem Fall die Radialströmung SLr einfach von der Seite des Außenendabschnitts 40b zu der Seite des Basis-Endabschnitts 40a der dritten Rippe 43 entlang der Seitenoberfläche. Somit strömt die Leckagedampfströmung SL, die von der Seite der zweiten Rippe 42 zu der Seite der dritten Rippe 43 strömt, weniger zu der stromabwärtigen Seite der dritten Rippe 43, wodurch der Vorne-Hinten-Differenzdruck der dritten Rippe 43 erhöht werden kann. Da der Vorne-Hinten-Differenzdruck der ersten Rippe 41 verringert werden kann, kann ein Auftreten der oben beschriebenen selbsterregten Schwingungen verhindert werden.
Ferner kann die Strömungsrate der Leckagedampfströmung SL, die durch die Dichtungsvorrichtung 100 strömt, verhindert werden, da der Vorne-Hinten-Differenzdruck der dritten Rippe 43 erhöht werden kann.
(Im Falle, dass die vorgenannte Bedingung (b) erfüllt ist)
Genau wie bei der Beschreibung der obigen Bedingung (a) wird angenommen, dass die Dichtungsvorrichtung 100 gemäß einigen Ausführungsformen derart angeordnet ist, dass sich die dritte Rippe 43 an der axial stromabwärtigen Seite der ersten Rippe 41 befindet. Anschließend wird angenommen, dass die Leckagedampfströmung SL durch den Dichtungszwischenraum m strömt, der der Zwischenraum zwischen dem Außenendabschnitt 40b jeder der ersten Rippe 41, der zweiten Rippe 42 und der dritten Rippe 43 und der dem Außenendabschnitt 40b in der Radialrichtung gegenüberliegenden Oberfläche des Elements ist.
Es wird beispielsweise angenommen, dass die dritte Rippe 43 ausgestaltet ist, um die vorgenannte Bedingung (b) zu erfüllen.
In diesem Fall kann im Vergleich zu dem Fall, in dem die dritte Rippe 43 nicht ausgestaltet ist, um die vorgenannte Bedingung (b) zu erfüllen, der Vorne-Hinten-Differenzdruck der dritten Rippe 43 erhöht werden. Da der Vorne-Hinten-Differenzdruck der ersten Rippe 41 verringert werden kann, kann ein Auftreten der zuvor beschriebenen selbsterregten Schwingungen verhindert werden.
Ferner kann die Strömungsrate der Leckagedampfströmung SL, die durch die Dichtungsvorrichtung 100 strömt, verringert werden, da der Vorne-Hinten-Differenzdruck der dritten Rippe 43 erhöht werden kann.
Wenn gemäß einigen Ausführungsformen nicht weniger als vier Rippen 40 in der Axialrichtung voneinander beabstandet sind, erfüllt zumindest die Rippe 40, die an der am weitesten axial stromabwärtigen Seite angeordnet ist, als dritte Rippe 43 vorzugsweise zumindest eine der vorgenannten Bedingungen (a) oder (b). Die dritte Rippe 43 umfasst also vorzugsweise die andere, am weitesten außen liegende Rippe der beiden äußersten Rippen.
Da zumindest die Rippe 40, die an der am weitesten axial stromabwärtigen Seite angeordnet ist, als dritte Rippe 43 zumindest eine der beiden zuvor beschriebenen Bedingungen (a) oder (b) erfüllt, kann ein Auftreten der selbsterregten Schwingung durch Verringerung des Vorne-Hinten-Differenzdrucks der ersten Rippe 41 verhindert werden, und es kann die Strömungsrate der Leckagedampfströmung SL, die die Dichtungsvorrichtung 100 durchströmt, durch Erhöhung des Vorne-Hinten-Differenzdrucks der dritten Rippe 43 verhindert werden.
Beispielsweise können, wie bei der in 2B, 2C, 4B, 4C, 5B und 5C gezeigten Dichtungsvorrichtung 100, mit Ausnahme der zuvor beschriebenen anderen am weitesten außen liegenden Rippe wie der dritten Rippe 43, die anderen Rippen 40 die gleiche Form haben.
Wenn die anderen Rippen 40 mit Ausnahme der zuvor beschriebenen anderen am weitesten außen liegenden Rippe ausgestaltet sind, um mindestens eine der obigen Bedingungen (a) oder (b) zu erfüllen, tritt die selbsterregte Schwingung eher auf, obwohl die Strömungsrate der Leckagedampfströmung SL weiter verringert werden kann. Daher kann, wie bei der in 2B, 2C, 4B, 4C, 5B und 5C gezeigten Dichtungsvorrichtung 100, mit Ausnahme der zuvor beschriebenen anderen am weitesten außen liegenden Rippe wie der dritten Rippe 43, ein Auftreten der selbsterregten Schwingung verhindert werden, indem die anderen Rippen 40 ausgestaltet werden, um die gleiche Form zu haben.
(Zur gekrümmten konkaven Oberfläche 430)
Wie in 4A bis 4C gezeigt weist bei der Dichtungsvorrichtung 100 gemäß einigen Ausführungsformen die Seitenoberfläche 43u der dritten Rippe 43, die in der Axialrichtung der ersten Rippe 41 zugewandt ist, vorzugsweise eine gekrümmte konkave Oberfläche 430 auf.
Bei der Dichtungsvorrichtung 100, die in den 4A und 4B dargestellt ist, ist die gekrümmte konkave Oberfläche 430 eine gekrümmte Oberfläche, die die Seitenoberfläche 43u der dritten Rippe 43 mit einer Oberfläche der Innenumfangsoberfläche 25 des Gehäuses 2 an der axial stromaufwärtigen Seite der Seitenoberfläche 43u gleichmäßig verbindet, und weist ein Zentrum der Krümmung O an der axial stromaufwärtigen Seite der Seitenoberfläche 43u auf.
Bei der in 4C dargestellten Dichtungsvorrichtung 100 ist die gekrümmte konkave Oberfläche 430 eine gekrümmte Oberfläche, die die Seitenoberfläche 43u der dritten Rippe 43 mit einer Oberfläche der Außenoberfläche 35 der Abdeckung 34 an der axial stromaufwärtigen Seite der Seitenoberfläche 43u gleichmäßig verbindet und das Zentrum der Krümmung O an der axial stromaufwärtigen Seite der Seitenoberfläche 43u aufweist.
Folglich wird die Strömung der Radialströmung SLr der Leckagedampfströmung SL in dem Hohlraum 50 (dritter Hohlraum 53), der der Seitenoberfläche 43u der dritten Rippe 43 zugewandt ist, durch die gekrümmte konkave Oberfläche 430 so geleitet, dass sie einfach strömen kann.
Folglich kann, wie in den 4A und 4B gezeigt ist, wenn die Radialströmung SLr von der Seite des Basis-Endabschnitts 40a entlang der Seitenfläche 43u in dem dritten Hohlraum 53 zu der Seite des Außenendabschnitts 40b der dritten Rippe 43 strömt, die Radialströmung SLr, die entlang der Seitenfläche 43u strömt, der Leckagedampfströmung SL, die durch den Dichtungszwischenraum m strömt, eine stärker kontrahierte Strömungswirkung zukommen lassen. Somit kann der Vorne-Hinten-Differenzdruck der dritten Rippe 43 erhöht werden.
Ferner strömt, wie in 4C gezeigt, wenn die Radialströmung SLr von der Seite des Außenendabschnitts 40b zu der Seite des Basis-Endabschnitts 40a der dritten Rippe 43 entlang der Seitenoberfläche 43u strömt, die Radialströmung SLr einfach von der Seite des Außenendabschnitts 40b zu der Seite des Basis-Endabschnitts 40a der dritten Rippe 43 entlang der Seitenoberfläche 43u. Folglich strömt die Leckagedampfströmung SL weniger zu der stromabwärtigen Seite der dritten Rippe 43, wodurch der Vorne-Hinten-Differenzdruck der dritten Rippe 43 erhöht werden kann.
(Zu dem erweiterten Abschnitt 541 des vierten Hohlraums 54)
Wie in 5A und 5B gezeigt umfasst die Dampfturbine 1 gemäß einigen Ausführungsformen den Hohlraum 50 (vierter Hohlraum 54), der durch die dritte Rippe 43, die die am weitesten außen liegende Rippe 40 ist, und die Innenoberfläche 250 des Gehäuses 2 der Innenoberfläche 250 an der axial stromabwärtigen Seite der äußersten Rippe 40 (dritte Rippe 43) definiert ist. Der vierte Hohlraum 54 umfasst vorzugsweise einen erweiterten Abschnitt (gehäuseseitiger erweiterter Abschnitt) 541, in dem die zuvor beschriebene Innenoberfläche 250 radial nach außen oder axial stromabwärts erweitert ist.
Wie in den 5A und 5B kann bei der Dampfturbine 1 gemäß einigen Ausführungsformen zumindest ein Teil einer radial äußeren Oberfläche des erweiterten Abschnitts 541 beispielsweise durch eine Innenumfangsoberfläche 251 definiert sein, die sich an der radial äußeren Seite der Innenumfangsoberfläche 25 befindet, die dem dritten Hohlraum 53 zugewandt ist. Ferner kann, wie in den 5A und 5B gezeigt, bei der Dampfturbine 1 gemäß einigen Ausführungsformen zumindest ein Teil einer axial stromabwärtigen Oberfläche des erweiterten Abschnitts 541 die radial äußere Oberfläche aufweisen kann, die durch eine nachfolgend beschriebene ringförmige Innenwandoberfläche 253 definiert ist. Die ringförmige Innenwandoberfläche 253 ist beispielsweise mit einer Innenumfangsoberfläche 25A des Gehäuses 2 verbunden, die den Hauptdurchgang 20 an der axial stromabwärtigen Seite des Rotor-Laufschaufelkörpers 31 definiert, und ist axial stromaufwärts an der axial stromabwärtigen Seite einer Innenumfangsoberfläche 25B zugewandt, die die Innenoberfläche 250 ist, die axial stromaufwärts an der axial stromaufwärtigen Seite der Innenumfangsoberfläche 25A zugewandt ist.
Wenn der vierte Hohlraum 54 den erweiterten Abschnitt 541 aufweist, dehnt sich die Leckagedampfströmung SL nach dem Durchströmen des Dichtungszwischenraums m, der der Zwischenraum zwischen dem Außenendabschnitt 40b der dritten Rippe 43 und der Oberfläche des Elements (beispielsweise der Außenoberfläche 35 der Abdeckung 34) ist, die dem Außenendabschnitt 40b in der Radialrichtung gegenüberliegt, im Vergleich zu dem Fall aus, in dem der vierte Hohlraum 54 den erweiterten Abschnitt 541 nicht aufweist, wodurch der Vorne-Hinten-Differenzdruck der dritten Rippe 43 erhöht werden kann.
Wie in 5C gezeigt kann ein erweiterter Abschnitt (abdeckungsseitiger erweiterter Abschnitt) 543 vorgesehen werden, indem ein Bereich der Abdeckung 34 an der stromabwärtigen Seite der dritten Rippe 43 von der radial äußeren Seite ausgeschnitten ist. Ferner können bei der Dampfturbine 1 gemäß einigen Implementierungen der gehäuseseitige erweiterte Abschnitt 541 und der abdeckungsseitige erweiterte Abschnitt 543 vorgesehen sein.
(Zur Form des Außenendabschnitts 40b der dritten Rippe 43)
Bei der Dichtungsvorrichtung 100 gemäß einigen Ausführungsformen, wie in 6 gezeigt, ist ein Krümmungsradius ru einer Ecke 431 zwischen einer Außenendoberfläche 43t und der Seitenoberfläche 43u der dritten Rippe 43, die der ersten Rippe 41 in der Axialrichtung zugewandt ist, vorzugsweise kleiner als der Krümmungsradius ru einer Ecke 421 zwischen einer Außenendoberfläche 42t und einer Seitenoberfläche 42u der zweiten Rippe 42, die der ersten Rippe 41 in der Axialrichtung zugewandt ist.
Wenn also in dem dritten Hohlraum die Radialströmung SLr von der Seite des Basis-Endabschnitts 40a zu dem Außenendabschnitt 40b der dritten Rippe 43 entlang der Seitenoberfläche 43u der dritten Rippe 43 strömt, trennt sich die Radialströmung SLr einfach von der Seitenoberfläche 43u an der Seite des Außenendabschnitts 40b. Daher kann die Radialströmung SLr, die entlang der Seitenoberfläche 43u strömt, der Leckagedampfströmung SL, die durch den Dichtungszwischenraum m strömt, eine stärker kontrahierte Strömungswirkung zukommen lassen. Somit kann der Vorne-Hinten-Differenzdruck der dritten Rippe 43 erhöht werden.
Bei der Dichtungsvorrichtung 100 gemäß einigen Ausführungsformen, wie in 6 gezeigt, kann ein Krümmungsradius rd einer Ecke 433 zwischen der Außenendoberfläche 43t und einer Seitenoberfläche 43d der dritten Rippe 43, die axial stromabwärts zugewandt ist, der gleiche sein wie der Krümmungsradius ru der Ecke 431. Ferner kann der Krümmungsradius rd der Ecke 423 zwischen der Außenendoberfläche 42t und der Seitenoberfläche 42d der zweiten Rippe 42, die axial stromabwärts zugewandt ist, der gleiche sein wie der Krümmungsradius ru der Ecke 421.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und umfasst auch eine Ausführungsform, die durch Modifizierung der zuvor beschriebenen Ausführungsformen erhalten wird, und eine Ausführungsform, die durch Kombination dieser Ausführungsformen erhalten wird, soweit dies angemessen ist.
Beispielsweise kann die dritte Rippe 43 einer zuvor beschriebenen Ausführungsform so ausgestaltet sein, dass sie sowohl die oben genannten Bedingungen (a) als auch (b) erfüllt.
Ferner kann die in den 2A bis 2C, 3A bis 3C, 5A bis 5C und 6 dargestellte Dichtungsvorrichtung 100 die gekrümmte konkave Oberfläche 430 umfassen, wie sie in den 4A bis 4C.
Die in den 2A bis 2C, 3A bis 3C, 4A bis 4C und 6 gezeigte Dampfturbine 1 kann zumindest entweder den gehäuseseitigen erweiterten Abschnitt 541 oder den abdeckungsseitigen erweiterten Abschnitt 543 umfassen, wie in den 5A bis 5C gezeigt.
Der bei den zuvor genannten Ausführungsformen beschriebene Inhalt würde beispielsweise wie folgt verstanden werden.

(1) Eine Dichtungsvorrichtung gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst: nicht weniger als drei bogenförmige Rippen, die in einer Axialrichtung voneinander beabstandet sind, wobei sich jede der bogenförmigen Rippen entlang einer Umfangsrichtung erstreckt. Die bogenförmigen Rippen umfassen: eine erste Rippe, die eine von zwei am weitesten außen liegenden Rippen ist, die sich an einer in der Axialrichtung am weitesten außen liegenden Seite angeordnet sind, eine zweite Rippe, die in der Axialrichtung benachbart zu der ersten Rippe angeordnet ist, und mindestens eine dritte Rippe, die der ersten Rippe über der zweiten Rippe in der Axialrichtung gegenüber angeordnet ist. Die dritte Rippe erfüllt mindestens eine der folgenden Bedingungen (a) oder (b): (a) die dritte Rippe ist so angeordnet, dass sie bezüglich einer Radialrichtung so geneigt ist, dass ein Außenendabschnitt an einer Seite der ersten Rippe in der Axialrichtung relativ zu einem Basis-Endabschnitt angeordnet ist, und die dritte Rippe bezüglich der Radialrichtung einen größeren Neigungswinkel als die erste Rippe oder die zweite Rippe hat, oder (b) die dritte Rippe hat eine größere radiale Abmessung als die erste Rippe oder die zweite Rippe, so dass sie einen kleineren Dichtungszwischenraum als die erste Rippe oder die zweite Rippe bildet.

Mit der obigen Konfiguration (1) kann, da die dritte Rippe 43 ausgestaltet ist, um mindestens eine der obigen Bedingungen (a) oder (b) zu erfüllen, in der Dampfturbine 1 als Beispiel der Rotationsmaschine, die die Dichtungsvorrichtung 100 mit der obigen Konfiguration (1) umfasst, die Strömungsrate der Leckagedampfströmung SL, die das Arbeitsfluid ist, das den Dichtungsabschnitt (Dichtungsvorrichtung 100) durchströmt, verringert werden, und ein Auftreten der selbsterregten Schwingung in der Dampfturbine 1 kann verhindert werden.
(2) Bei einigen Ausführungsformen in der vorgenannten Konfiguration (1) umfasst die dritte Rippe 43 vorzugsweise die andere, am weitesten außen liegende Rippe 40 von den zwei am weitesten außen liegenden Rippen 40.
Da zumindest die Rippe 40, die an der am weitesten axial stromabwärtigen Seite angeordnet ist, als die dritte Rippe 43 zumindest eine der obigen Bedingungen (a) oder (b), wie zuvor beschrieben, erfüllt, kann ein Auftreten der selbsterregten Schwingung verhindert werden, indem der Vorne-Hinten-Differenzdruck der ersten Rippe 41 verringert wird, und es kann die Strömungsrate der Leckagedampfströmung SL, die die Dichtungsvorrichtung 100 durchströmt, verhindert werden, indem der Vorne-Hinten-Differenzdruck der dritten Rippe 43 erhöht wird.
(3) Bei einigen Ausführungsformen in der oben beschriebenen Konfiguration (2) haben außer der zuvor beschriebenen anderen, am weitesten außen liegenden Rippe 40, die als die dritte Rippe 43 dient, die bogenförmigen Rippen 40 vorzugsweise eine gleiche Form.
Wenn die anderen Rippen 40 außer der zuvor beschriebenen anderen am weitesten außen liegenden Rippe ausgestaltet sind, um zumindest eine der obigen Bedingungen (a) oder (b) zu erfüllen, wird die selbsterregte Schwingung eher auftreten, obwohl die Strömungsrate der Leckagedampfströmung SL weiter verringert werden kann. Daher kann, wie bei der in 2B, 2C, 4B, 4C, 5B und 5C gezeigten Dichtungsvorrichtung 100, mit Ausnahme der zuvor beschriebenen anderen am weitesten außen liegenden Rippe als dritte Rippe 43, ein Auftreten der selbsterregten Schwingung verhindert werden, indem die anderen Rippen 40 ausgestaltet werden, um die gleiche Form zu haben.
(4) Bei einigen Ausführungsformen ist in einer der vorgenannten Konfigurationen (1) bis (3) auf einer Basis-Endseite (Seite des Basis-Endabschnitts 40a) der dritten Rippe 43 eine Seitenoberfläche 43u der dritten Rippe 43, die der ersten Rippe 41 in der Axialrichtung zugewandt ist, vorzugsweise eine gekrümmte konkave Oberfläche 430.
Mit der zuvor beschriebenen Konfiguration (4) kann der Vorne-Hinten-Differenzdruck der dritten Rippe 43 erhöht werden.
(5) Bei einigen Ausführungsformen ist in einer der vorgenannten Konfigurationen (1) bis (4) ein Krümmungsradius ru einer Ecke 431 zwischen einer Außenendoberfläche 43t und einer Seitenoberfläche 43u der dritten Rippe 43, die der ersten Rippe 41 in der Axialrichtung zugewandt ist, vorzugsweise kleiner als der Krümmungsradius ru einer Ecke 421 zwischen einer Außenendoberfläche 42t und einer Seitenoberfläche 42u der zweiten Rippe 42, die der ersten Rippe 41 in der Axialrichtung zugewandt ist.
Bei der vorgenannten Konfiguration (5) strömt in dem dritten Hohlraum 53, dem die Seitenoberfläche 43u der dritten Rippe 43 zugewandt ist, die der ersten Rippe 41 zugewandt ist, wenn die Radialströmung SLr von der Seite des Basis-Endabschnitts 40a zu der Seite des Außenendabschnitts 40b der dritten Rippe 43 entlang der Seitenoberfläche 43u strömt, löst sich die Radialströmung SLr einfach von der Seitenoberfläche 43u an der Seite des Außenendabschnitts 40b ab, so dass die entlang der Seitenoberfläche 43u strömende Radialströmung SLr dem durch den Dichtungszwischenraum m strömenden Leckagedampfströmung SL eine stärker kontrahierte Strömungswirkung zukommen lassen kann. Dadurch kann der Vorne-Hinten-Differenzdruck der dritten Rippe 43 erhöht werden.
(6) Eine Dampfturbine 1, die eine Rotationsmaschine gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist, umfasst: die Dichtungsvorrichtung 100, wie sie in einer der vorgenannten Konfigurationen (1) bis (5) definiert ist, ein Gehäuse 2, einen Rotorkörper 11 zum Drehen um eine Achse AX in dem Gehäuse 2, eine Vielzahl von Rotor-Laufschaufelkörpern 31, die so angebracht sind, dass sie sich von dem Rotorkörper 11 in einer Radialrichtung erstrecken, und eine Abdeckung (Außenendabdeckung) 34, die mit einem Außenendabschnitt von jedem der Vielzahl von Rotor-Laufschaufelkörpern 31 verbunden ist. Die dritte Rippe 43 befindet sich auf einer axial stromabwärtigen Seite des Rotorkörpers 11 relativ zu der ersten Rippe 41.
Mit der vorgenannten Konfiguration (6) kann, da die Dampfturbine 1 die Dichtungsvorrichtung 100 umfasst, wie sie in einer der vorgenannten Konfigurationen (1) bis (5) definiert ist, die Strömungsrate der Leckagedampfströmung SL, die die Dichtungsvorrichtung 100 durchströmt, verringert und ein Auftreten der selbsterregten Schwingung in der Dampfturbine 1 verhindert werden.
(7) Bei einigen Ausführungsformen in der vorgenannten Konfiguration (6) umfasst die dritte Rippe 43 die andere, am weitesten außen liegende Rippe 40 von den zwei am weitesten außen liegenden Rippen 40. Die Dampfturbine 1, die die Rotationsmaschine ist, umfasst einen Hohlraum 50 (vierter Hohlraum 54), der durch die am weitesten außen liegende Rippe 40 (dritte Rippe 43) und eine Innenoberfläche 250 des Gehäuses 2 der Innenoberfläche 250 an der axial stromabwärtigen Seite der am weitesten außen liegenden Rippe 40 (dritte Rippe 43) definiert ist. Der vierte Hohlraum 54 umfasst vorzugsweise einen erweiterten Abschnitt 541, wo die zuvor beschriebene Innenoberfläche 250 radial auswärts oder axial stromabwärts erweitert ist.
Bei der vorgenannten Konfiguration (7) kann, da sich die Leckagedampfströmung SL nach dem Durchströmen des Dichtungszwischenraums m, der der Zwischenraum zwischen dem Außenendabschnitt 40b der dritten Rippe 43 und der dem Außenendabschnitt 40b in Radialrichtung gegenüberliegenden Oberfläche des Elements ist, im Vergleich zu dem Fall, in dem der vierte Hohlraum 54 den erweiterten Abschnitt 541 nicht enthält, ausdehnt, der Vorne-Hinten-Differenzdruck der dritten Rippe 43 erhöht werden.
(8) Bei einigen Ausführungsformen können in der vorgenannten Konfiguration (6) oder (7) die bogenförmigen Rippen 40 von einer Innenumfangsoberfläche 25 des Gehäuses 2 zu der Abdeckung 34 vorstehen.
Da bei der vorgenannten Konfiguration (8) alle bogenförmigen Rippen 40 der Dichtungsvorrichtung 100 ausgestaltet sind, um von der Innenumfangsoberfläche 25 des Gehäuses 2 zu der Abdeckung 34 vorzustehen, besteht keine Möglichkeit, dass die bogenförmigen Rippen 40 miteinander in Kontakt kommen, selbst wenn sich die axiale relative Position des Gehäuses 2 und des Rotorkörpers 11 aufgrund von Wärmeausdehnung ändert.
(9) Bei einigen Ausführungsformen in der vorgenannten Konfiguration (6) oder (7) können die bogenförmigen Rippen 40 von der Abdeckung 34 zu einer Innenumfangsoberfläche 25 des Gehäuses 2 vorstehen.
Da bei der vorgenannten Konfiguration (9) alle bogenförmigen Rippen 40 der Dichtungsvorrichtung 100 ausgestaltet sind, um von der Abdeckung 34 zu der Innenumfangsoberfläche 25 des Gehäuses 2 vorzustehen, besteht keine Möglichkeit, dass die bogenförmigen Rippen 40 miteinander in Kontakt kommen, selbst wenn sich die axiale relative Position des Gehäuses 2 und des Rotorkörpers 11 aufgrund von Wärmeausdehnung ändert.
(10) Bei einigen Ausführungsformen der obigen Konfiguration (6) oder (7) können in den bogenförmigen Rippen 40 abwechselnd Rippen 40, die von einer Innenumfangsoberfläche 25 des Gehäuses 2 zu der Abdeckung 34 vorstehen, und Rippen 40, die von der Abdeckung 34 zu der Innenumfangsoberfläche 25 des Gehäuses 2 vorstehen, in der Axialrichtung angeordnet sein.
Da bei der vorgenannten Konfiguration (10) die von der Innenumfangsfläche 25 des Gehäuses 2 zu der Abdeckung 34 vorstehenden Rippen 40 und die von der Abdeckung 34 zu der Innenumfangsfläche 25 des Gehäuses 2 vorstehenden Rippen 40 abwechselnd in der Axialrichtung angeordnet sind, kann die Strömungsrate der Leckagedampfströmung SL, die die Dichtungsvorrichtung 100 durchströmt, weiter verringert werden.
Bezugszeichenliste

1: Dampfturbine
2: Gehäuse
3: Rotor
11: Rotorkörper
25: Innenumfangsoberfläche
30: Turbinen-Rotor-Laufschaufel
31: Rotor-Laufschaufelkörper
34: Abdeckung (Außenendabdeckung)
40: Rippe (Dichtungsrippe)
40a: Basis-Endabschnitt
40b: Außenendabschnitt
41: erste Rippe
42: zweite Rippe
43: dritte Rippe
50: Hohlraum
51: erster Hohlraum
52: zweiter Hohlraum
53: dritter Hohlraum
54: vierter Hohlraum
100: Dichtungsvorrichtung
430: gekrümmte konkave Oberfläche
541: erweiterter Abschnitt (gehäuseseitiger erweiterter Abschnitt)
543: erweiterter Abschnitt (abdeckungsseitig erweiterter Abschnitt)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020079332 [0002]
JP 2017155859 A [0006]

Claims

Eine Dichtungsvorrichtung mit: nicht weniger als drei bogenförmigen Rippen, die in einer Axialrichtung voneinander beabstandet sind, wobei sich jede der bogenförmigen Rippen entlang einer Umfangsrichtung erstreckt, wobei die bogenförmigen Rippen umfassen: eine erste Rippe, die eine von zwei am weitesten außen liegenden Rippen ist, die an einer in der Axialrichtung am weitesten außen liegenden Seite angeordnet sind, eine zweite Rippe, die in der Axialrichtung benachbart zu der ersten Rippe angeordnet ist, und mindestens eine dritte Rippe, die der ersten Rippe über der zweiten Rippe in der Axialrichtung gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei die dritte Rippe mindestens eine der folgenden Bedingungen (a) oder (b) erfüllt: (a) die dritte Rippe ist so angeordnet, dass sie bezüglich einer Radialrichtung derart geneigt ist, dass sich ein Außenendabschnitt an einer Seite der ersten Rippe in der Axialrichtung relativ zu einem Basis-Endabschnitt befindet, und die dritte Rippe bezüglich der Radialrichtung einen größeren Neigungswinkel als die erste Rippe oder die zweite Rippe hat, oder (b) die dritte Rippe hat eine größere radiale Abmessung als die erste Rippe oder die zweite Rippe, so dass sie einen kleineren Dichtungszwischenraum als die erste Rippe oder die zweite Rippe bildet.
Eine Dichtungsvorrichtung mit: nicht weniger als drei bogenförmigen Rippen, die in einer Axialrichtung voneinander beabstandet sind, wobei sich jede der bogenförmigen Rippen entlang einer Umfangsrichtung erstreckt, wobei die bogenförmigen Rippen umfassen: eine erste Rippe, die eine von zwei am weitesten außen liegenden Rippen ist, die an einer am weitesten außen liegenden Seite in der Axialrichtung angeordnet sind, eine zweite Rippe, die in der Axialrichtung benachbart zu der ersten Rippe angeordnet ist, und mindestens eine dritte Rippe, die der ersten Rippe über der zweiten Rippe in der Axialrichtung gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei die dritte Rippe angeordnet ist, um bezüglich einer Radialrichtung derart geneigt zu sein, dass sich ein Außenendabschnitt an einer Seite der ersten Rippe in der Axialrichtung relativ zu einem Basis-Endabschnitt befindet, und die dritte Rippe einen größeren Neigungswinkel als die zweite Rippe bezüglich der Radialrichtung aufweist.
Eine Dichtungsvorrichtung mit: nicht weniger als drei bogenförmigen Rippen, die in einer Axialrichtung voneinander beabstandet sind, wobei sich jede der bogenförmigen Rippen entlang einer Umfangsrichtung erstreckt, wobei die bogenförmigen Rippen umfassen: eine erste Rippe, die eine von zwei am weitesten außen liegenden Rippen ist, die sich an einer am weitesten außen liegenden Seite in der Axialrichtung angeordnet sind, eine zweite Rippe, die in der Axialrichtung benachbart zu der ersten Rippe angeordnet ist, und mindestens eine dritte Rippe, die der ersten Rippe über der zweiten Rippe in der Axialrichtung gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei die dritte Rippe eine größere radiale Abmessung als die erste Rippe oder die zweite Rippe hat, so dass sie einen kleineren Dichtungszwischenraum als die erste Rippe oder die zweite Rippe bildet.
Die Dichtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die dritte Rippe die andere, am weitesten außen liegende Rippe der zwei am weitesten außen liegenden Rippen umfasst.
Die Dichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die bogenförmigen Rippen, ausgenommen die andere, am weitesten außen liegende Rippe, die als die dritte Rippe dient, die gleiche Form aufweisen.
Die Dichtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an einer Basis-Endseite der dritten Rippe eine in der Axialrichtung der ersten Rippe zugewandte Seitenoberfläche der dritten Rippe eine gekrümmte konkave Oberfläche aufweist.
Die Dichtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Krümmungsradius einer Ecke zwischen einer Außenendoberfläche und einer Seitenoberfläche der dritten Rippe, die der ersten Rippe in der Axialrichtung zugewandt ist, kleiner ist als der Krümmungsradius einer Ecke zwischen einer Außenendoberfläche und einer Seitenoberfläche der zweiten Rippe, die der ersten Rippe in der Axialrichtung zugewandt ist.
Eine Rotationsmaschine mit: der Dichtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, einem Gehäuse, einem Rotorkörper zum Rotieren um eine Achse in dem Gehäuse, einer Vielzahl von Rotor-Laufschaufelkörpern, die so angebracht sind, dass sie sich von dem Rotorkörper in einer Radialrichtung erstrecken, und einer Abdeckung, die mit einem Außenendabschnitt von jedem der Vielzahl von Rotor-Laufschaufelkörpern verbunden ist, wobei die dritte Rippe an einer axial stromabwärtigen Seite des Rotorkörpers relativ zu der ersten Rippe angeordnet ist.
Die Rotationsmaschine gemäß Anspruch 8, wobei die dritte Rippe die andere, am weitesten außen liegende Rippe der zwei am weitesten außen liegenden Rippen umfasst, wobei die Rotationsmaschine einen Hohlraum umfasst, der durch die am weitesten außen liegende Rippe und eine Innenoberfläche des Gehäuses der Innenoberfläche an der axial stromabwärtigen Seite der am weitesten außen liegenden Rippe definiert ist, und wobei der Hohlraum einen erweiterten Abschnitt umfasst, wo die Innenoberfläche radial auswärts oder axial stromabwärts erweitert ist.
Die Rotationsmaschine gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die bogenförmigen Rippen von einer Innenumfangsoberfläche des Gehäuses zu der Abdeckung vorstehen.
Die Rotationsmaschine gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die bogenförmigen Rippen von der Abdeckung zu einer Innenumfangsoberfläche des Gehäuses vorstehen.
Die Rotationsmaschine gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei, bei den bogenförmigen Rippen, Rippen, die von einer Innenumfangsoberfläche des Gehäuses zu der Abdeckung vorstehen, und Rippen, die von der Abdeckung zu der Innenumfangsoberfläche des Gehäuses vorstehen, in der Axialrichtung abwechselnd angeordnet sind.