JPH11200810A - ラビリンスシール機構 - Google Patents

ラビリンスシール機構

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JPH11200810A
JPH11200810A JP324098A JP324098A JPH11200810A JP H11200810 A JPH11200810 A JP H11200810A JP 324098 A JP324098 A JP 324098A JP 324098 A JP324098 A JP 324098A JP H11200810 A JPH11200810 A JP H11200810A
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JP
Japan
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seal
seal fin
gas
fin
flow
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Withdrawn
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JP324098A
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English (en)
Inventor
Koichi Ishizaka
浩一 石坂
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Sealing Using Fluids, Sealing Without Contact, And Removal Of Oil (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造が簡単で加工工数が少なく、かつシール
フィンと回転部分との接触等の発生の恐れが無い構造で
以って、ガス漏洩量を最少限に低減可能なラビリンスシ
ール機構を提供する。 【解決手段】 静止物体に支持されるとともに薄肉に形
成されたシールフィンを、回転軸の外周面に対向させる
とともに、同回転軸の軸方向に沿って複数個設け、同シ
ールフィンの内周と回転軸の外周面との間で漏洩ガスの
シールを行なうようにしたラビリンスシール機構におい
て、上記回転軸の、ガス側寄りの上記シールフィンの側
面からガス上流側に向けて一定距離の位置に、上記シー
ルフィンと対向する外周面から軸心側に向けて陥没され
たステップを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、軸流圧縮機、蒸気
タービン等の回転機械におけるラビリンスシール装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】軸流ターボ機械、蒸気タービン等の回転
機械においては、回転軸(ロータ)の外周面とケーシン
グ等の静止部材との間のガスのシールにはラビリンスシ
ールが多く用いられている。
【0003】図3〜図4には蒸気タービンの低圧最終段
におけるロータディスクと静翼シュラウドとの間のシー
ル部の1例を示し、図3は低圧最終段近傍の要部縦断面
図、図4は図3のZ部拡大図である。図3〜図4におい
て、2は高速回転されるロータ、4,4は同ロータ2に
固着された低圧段のロータディスクである。6は低圧最
終段の静翼で、内周側がリング状の静翼シュラウド3に
固定されている。15は動翼である。
【0004】1は上記静翼シュラウド3の内周に穿設さ
れた薄肉環状のシールフィンで、ロータディスク4の軸
方向に複数枚(この例では3枚)列設されたラビリンス
シール式のシールフィンである。
【0005】上記ロータディスク4の外周4aとシール
フィン1の内周との間には、適当な間隙Bを設けてお
り、この間隙Bは、該シールフィン1とロータディスク
4の外周面との接触を回避し、かつガス(蒸気)6の漏
れが最小になるように設定されている。図4において1
1は上記シールフィン1間の空所におけるガスの渦流を
示す。
【0006】図5〜図10には上記シールフィン1とロ
ータ2(ロータディスク4でもよい)との間のラビリン
スシール機構の従来例を示す。
【0007】図5のものは、図4のものと同様な型式
で、ロータ2の外周に間隙Bを存して複数枚のシールフ
ィン1を対設している。
【0008】図6のものはロータ2の外周に複数の環状
溝2aを刻設して、シールフィン1の内周を上記溝2a
間のランド部に間隙Bを存して対向させ、上記シールフ
ィン1,1間及び溝2a内にキャビティ流れ23及び2
4を形成してガスの漏れ量を低減している。
【0009】図7のものは、静翼シュラウド3に設けた
複数のシールフィン1を軸方向のガス流入側に傾斜させ
てガス漏れ量を低減している。
【0010】図8及び図9のものは、シールフィン1の
先端に斜めに切り落として傾斜面1aを形成して、全体
としてくさび状のシールフィン1とし、上記間隙Bを通
しての漏れ量を低減している。
【0011】図10のものは、静翼シュラウド3に設け
たシールフィン1,1の間に、ロータ2の外周に設けた
シールフィン2aを突出させ、ガスが間隙B及びCをジ
グザグに流れるようにしてガスの漏洩量を低減してい
る。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図5〜図
10に示される従来のラビリンスシール機構には次のよ
うな問題点がある。即ち、図4のものは、構造は簡単で
加工工数も少なくて済むが、ガスの漏れ流路が単純な一
方向流路であるため、間隙Bを最小限に持っても、ガス
漏れ量が少なくならず、シール機構が低い。
【0013】また図6のものは、ロータ2に溝2aを設
けるため、ロータ2の強度が低下するとともに、溝2a
の加工のための工数を要する。図7のものは、ロータ2
が回転することから、図5のものと同程度に漏れ量が多
くなる。
【0014】図8〜図9のものは、シールフィン1の先
端部の加工が困難である。さらに、図10のものは、ロ
ータ2及び静翼シュラウド3の双方にシールフィン1あ
るいは2aを設けるので、多大な加工工数を要するとと
もに、ロータ2と静翼シュラウド3との伸び差によって
シールフィン1と2aとが接触するという事態が発生す
る恐れがある。
【0015】本発明の目的は、構造が簡単で加工工数が
少なく、かつシールフィンと回転部分との接触等の発生
の恐れが無い構造で以って、ガス漏洩量を最小限に低減
可能なラビリンスシール機構を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するもので、その要旨とする手段は、静止物体に支持
されるとともに薄肉に形成されたシールフィンを、回転
軸の外周面に対向させるとともに、同回転軸の軸方向に
沿って複数個設け、同シールフィンの内周と回転軸の外
周面との間で漏洩ガスのシールを行なうようにしたラビ
リンスシール機構において、上記回転軸は、上記漏洩ガ
ス上流側寄りの上記シールフィンの側面から上記漏洩ガ
ス上流側に向けて一定距離の位置に、上記シールフィン
と対向する外周面から軸心側に向けて陥没されたステッ
プが形成されてなることを特徴とするラビリンスシール
機構にある。
【0017】尚上記手段において、上記ステップを設け
る距離(S)を、上記シールフィンの内周とこれに対向
する回転軸の外周面との隙間(B)の2倍ないし15倍
に構成するのが好ましい。
【0018】上記手段によれば、漏洩ガスは回転体の表
面に沿って流れるが、その境界層が強い回転成分を持っ
ており、これがステップに到達すると、遠心力によって
外向きの流れを形成する。そしてこの外向きの流れはシ
ールフィンの反対側に向かう流れと差圧によりシールフ
ィンに吸い込まれようとする流れとに分離され、シール
フィンには上記分離されて回転中心方向に向かう成分を
持った流れが流入する。かかる回転中心方向に向かう流
れによってシールフィンの先端部の間隙には流れの空隙
が生じ、上記間隙における流れの有効断面積が減少し、
これによってガスの漏洩量が低減される。
【0019】また、上記ステップの軸方向設置位置をシ
ールフィン隙間(B)の2倍以上15倍以下とすること
により、上記ステップによって形成された外向きの流れ
から分離された回転中心方向に向かう流れを確実に形成
することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】以下図1〜図2及び図3を参照し
て本発明の実施形態につき説明する。図3は本発明が適
用される蒸気タービンの低圧最終段近傍の要部断面図で
あり、同図において、2は高速回転されるロータ、4,
4は同ロータ2に固着された低圧段のロータディスクで
ある。6は低圧最終段の静翼で内周側がリング状の静翼
シュラウド3に固定されている。15は動翼である。
【0021】1は上記静翼シュラウド3の内周に穿設さ
れた薄肉環状のシールフィンで、ロータディスク4の軸
方向に複数枚(この例では3枚)列設されたラビリンス
シール式のシールフィンである。
【0022】上記ロータディスク4の外周4aとシール
フィン1の内周との間には、適当な間隙Bを設けてお
り、この間隙Bは、該シールフィン1とロータディスク
4の外周との接触を回避し、かつガス(蒸気)6の漏れ
が最小になるように設定されている。以上の構成は図4
に示す従来のものと同様である。
【0023】本発明の実施形態においては、シールフィ
ン1と対向するロータディスク(あるいはロータ)の形
状を改良している。即ち、図1〜図2において、5は上
記ロータディスク4に形成された環状のステップであ
る。上記ステップ5は、ガス上流側のシールフィン1の
側面からガスの上流側への距離Sの位置に、ロータディ
スク4の外周面4aから所定の深さDだけ削り込み、陥
没させて形成している。上記ステップ5の位置Sは、上
記シールフィン1の内周とロータディスク4の外周面4
aとの隙間Bの2〜15倍に採るのが好適である。
【0024】上記のように構成されたラビリンスシール
機構を備えた蒸気タービンの運転時において、上流側、
つまりロータディスク4の外周側からロータディスク4
の表面に沿って流れてきたガスは、ロータディスク4の
回転によりその境界層が強い回転成分を持つ。そしてか
かる回転成分を有するガスがステップ5に到達すると、
遠心力によって、図2に示す上向きの流れ15となる。
【0025】この流れ15は、シールフィン1の反対方
向に向かう流れ12と、差圧によりシールフィン1側に
吸い込まれようとする流れ13とに分離し、上記シール
フィン1には上記流れ13が回転中心向き(下向き)の
成分となって流入する。この回転中心向きの流れ13の
生成によって、シールフィン1の内周の間隙Bにおい
て、シールフィン1の先端部に流れの空隙が生じ、上記
間隙Bにおける流れの有効断面積が減少し、ガスの漏れ
流量が減少せしめられる。
【0026】かかる現象は、ロータディスク4の回転速
度が大きい程、上記ガスの遠心力が大きくなり、ガス流
速が大きくなることから、上記有効断面積の減少量が大
きくなって、さらに大きいガス漏洩量低減効果が得られ
る。
【0027】尚上記距離Sを間隙Bの2倍〜15倍とし
たのは、上記ステップ5により形成される外周向きの流
れ15が、渦流12と分離して中心向きの流れ13を形
成するには最小限間隙Bの2倍の距離を必要とし、また
この距離Sが上記Bの15倍を超えるように大きくなる
と、上記分離後に中心向きの流れが生じず、軸心に平行
な流れとなって上記有効断面積の減少効果が無くなるこ
とによる。
【0028】尚上記ステップ5は静翼シュラウド3にシ
ールフィン1を設ける場合は、この実施形態のように、
ロータディスク4あるいはロータ2に設けるものである
が、シールフィン1を回転体の外周に対向して静止物体
に設けてガスのシールを行なうラビリンスシール機構の
全てに設けることができる。
【0029】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
本発明によれば、回転体の外周に設けられたステップに
よって漏洩ガスの外向きの流れが形成されるとともに、
シールフィン隙間へはこの外向きの流れから分離した回
転中心方向に向かう流れが形成され、この流れが通流す
るシールフィン隙間の有効通路面積が減少する。これに
よって上記シールフィン隙間を通る漏洩ガス量が低減さ
れることとなる。
【0030】従って本発明によれば、回転体の外周にス
テップを設けるという、きわめて簡単な構造、かつ加工
工数の増大の無い手段で以って従来のものに較べガスの
漏洩量が低減されたラビリンスシール機構を得ることが
できる。
【0031】尚上記ステップの設置位置を請求項2のよ
うに設定すれば、上記外向き流れから回転中心に向かう
流れを確実に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る蒸気タービンのラビリ
ンスシール機構の要部断面図。
【図2】上記実施形態における作用説明図。
【図3】蒸気タービン低圧最終段近傍の要部断面図。
【図4】図3のZ部拡大断面図。
【図5】従来のラビリンスシール機構の第1例を示す要
部断面図。
【図6】従来のラビリンスシール機構の第2例を示す要
部断面図。
【図7】従来のラビリンスシール機構の第3例を示す要
部断面図。
【図8】従来のラビリンスシール機構の第4例を示す要
部断面図。
【図9】図8のW部拡大図。
【図10】従来のラビリンスシール機構の第5例を示す
要部断面図。
【符号の説明】
1 シールフィン 2 ロータ 3 静翼シュラウド 4 ロータディスク 4a 外周面 5 ステップ 15 動翼

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 静止物体に支持されるとともに薄肉に形
    成されたシールフィンを、回転軸の外周面に対向させる
    とともに、同回転軸の軸方向に沿って複数個設け、同シ
    ールフィンの内周と回転軸の外周面との間で漏洩ガスの
    シールを行なうようにしたラビリンスシール機構におい
    て、上記回転軸は、上記漏洩ガス上流側寄りの上記シー
    ルフィンの側面から上記漏洩ガス上流側に向けて一定距
    離の位置に、上記シールフィンと対向する外周面から軸
    心側に向けて陥没されたステップが形成されてなること
    を特徴とするラビリンスシール機構。
  2. 【請求項2】 上記ステップを設ける距離(S)が、上
    記シールフィンの内周とこれに対向する回転軸の外周面
    との隙間(B)の2倍ないし15倍に構成されてなる請
    求項1に記載のラビリンスシール機構。
JP324098A 1998-01-09 1998-01-09 ラビリンスシール機構 Withdrawn JPH11200810A (ja)

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