KR20140038540A

KR20140038540A - 터빈

Info

Publication number: KR20140038540A
Application number: KR1020147002038A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 구와무라; 가즈유키 마츠모토; 히로하루 오야마; 요시노리 다나카; 아사하루 마츠오
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-03-28
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: CN103717842A; EP2759678B1; WO2013042660A1; EP2759678A4; US20140154061A1; JP2013064370A; US10227885B2; JP5518022B2; CN103717842B; KR101522510B1; EP2759678A1

Abstract

이 터빈(1)은 동익(50)의 선단부와, 구획판 외륜(11)에 있어서의 동익(50)의 선단부에 대응하는 부위에 있어서 한쪽의 부위에는 단차면(53)을 갖고 타측으로 돌출된 스텝부(52)가 설치되고, 다른 쪽의 부위에는 스텝부(52)에 대해 연장되어 스텝부(52)와의 사이에 미소 간극(H)을 형성하는 시일 핀(15)이 설치되고, 시일 핀(15)의 상류측에는 주소용돌이를 형성하는 캐비티(C)가 형성되는 동시에, 주소용돌이에 의해 카운터 소용돌이가 형성되도록, 시일 핀(15)과 대향하는 스텝부(52)가 돌출되어 있고, 캐비티(C)는 축방향의 폭 치수(W)와, 직경 방향의 높이 치수(D)가 이하의 식 1을 만족시키도록 형성되어 있다.
[식 1]

Description

터빈 {TURBINE}

본 발명은, 예를 들어 발전 플랜트, 화학 플랜트, 가스 플랜트, 제철소, 선박 등에 사용되는 터빈에 관한 것이다.

본원은 2011년 9월 20일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2011-204138호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

증기 터빈의 1종으로서, 케이싱과, 케이싱의 내부에 회전 가능하게 설치된 축체(로터)와, 케이싱의 내주부에 고정되어 배치된 복수의 정익과, 이들 복수의 정익의 하류측에 있어서 축체에 방사상으로 설치된 복수의 동익을 구비한 증기 터빈이 알려져 있다. 이와 같은 증기 터빈 중 충동 터빈의 경우에는, 증기의 압력 에너지가 정익에 의해 속도 에너지로 변환되고, 이 속도 에너지가 동익에 의해 회전 에너지(기계 에너지)로 변환된다. 또한, 반동 터빈의 경우에는, 동익 내에서도 압력 에너지가 속도 에너지로 변환되고, 증기가 분출되는 반동력에 의해 회전 에너지(기계 에너지)로 변환된다.

이러한 종류의 증기 터빈에서는 동익의 선단부와, 동익을 둘러싸고 증기의 유로를 형성하는 케이싱 사이에 직경 방향의 간극이 형성된다. 또한, 정익의 선단부와 축체 사이에도 직경 방향의 간극이 형성되어 있다. 그러나, 동익의 선단부의 간극을 하류측에 통과시키는 누설 증기는 동익에 대해 회전력을 부여하지 않는다. 또한, 정익 선단부의 간극을 하류측에 통과시키는 누설 증기는 정익에 의해 압력 에너지가 속도 에너지로 변환되지 않으므로, 하류 동익에 대해 회전력을 거의 부여하지 않는다. 따라서, 증기 터빈의 성능 향상을 위해서는, 상기 간극을 통과하는 누설 증기의 양을 저감시킬 필요가 있다.

하기 특허문헌 1에는 동익의 선단부에, 축방향 상류측으로부터 하류측을 향해 높이가 점차 높아지는 스텝부가 설치되고, 케이싱에, 상기 스텝부에 대해 간극을 갖는 시일 핀이 설치된 구조가 제안되어 있다.

이와 같은 구성에 의해, 시일 핀의 간극을 빠져나간 누설 흐름이 스텝부의 단차면을 형성하는 단부 테두리부에 충돌하여, 유동 저항을 증대시킴으로써, 누설 유량이 저감화되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2006-291967호 공보

그러나, 증기 터빈의 성능 향상에 대한 요망은 강하고, 따라서 누설 유량을 더욱 저감시키는 것이 요구된다.

본 발명은 이와 같은 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 누설 유량을 보다 저감시킬 수 있는 고성능의 터빈을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 제1 형태에 따르면, 터빈은 블레이드와, 상기 블레이드의 선단측에 간극을 통해 설치되는 동시에, 상기 블레이드에 대해 상대적으로 축 중심으로 회전하는 구조체를 구비한 터빈이며, 상기 블레이드의 선단부와, 상기 구조체에 있어서의 상기 선단부에 대응하는 부위 중 한쪽에는, 단차면을 갖고 타측으로 돌출된 스텝부가 설치되고, 다른 쪽에는 상기 스텝부에 대해 연장되어 상기 스텝부와의 사이에 미소 간극(H)을 형성하는 시일 핀이 설치되고, 상기 시일 핀의 상류측에는 주소용돌이를 형성하는 캐비티가 형성되는 동시에, 상기 주소용돌이에 의해 카운터 소용돌이가 형성되도록, 상기 시일 핀과 대향하는 상기 스텝부가 돌출되어 있고, 상기 캐비티는 축방향의 폭 치수(W)와, 직경 방향의 높이 치수(D)가, 이하의 식 1을 만족시키도록 형성되어 있다.

이와 같은 터빈에 따르면, 캐비티 내로 유입된 유체가 스텝부의 단부 테두리부를 형성하는 단차면, 즉 스텝부의 상류측을 향하는 면에 충돌하여, 상류측으로 복귀되도록 하여 제1 방향으로 도는 주소용돌이가 발생한다. 또한, 그때, 특히 상기 단차면의 단부 테두리부에 있어서, 상기 주소용돌이로부터 일부의 흐름이 박리됨으로써, 상기 제1 방향과 반대 방향으로 도는 박리 소용돌이인 카운터 소용돌이가 발생한다. 이 카운터 소용돌이가, 시일 핀의 상류에서 강한 다운 플로우로서 작용하여, 시일 핀의 선단부와 스텝부 사이에 형성되는 미소 간극(H)을 통과하는 유체에 대해 축류 효과를 발휘한다. 또한, 이 카운터 소용돌이 내에 있어서 정압 저하가 발생하므로, 시일 핀의 상류와 하류 사이의 차압을 저감시킬 수 있다.

또한, 후술하는 시뮬레이션 결과에 기초하여, 상기 식 1을 만족시키도록 축방향의 폭 치수(W)와, 직경 방향의 높이 치수(D)의 관계가 규정됨으로써, 캐비티의 깊이가 얕은 경우, 즉 D/W가 0.45 미만으로 되는 경우에, 카운터 소용돌이가 구조체로 부착되어 약화되어, 충분한 차압 저감 효과 및 축류 효과를 얻을 수 없게 되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 주소용돌이의 형상이 축방향으로 편평해져, 스텝부 앞의 흐름이 약해짐으로써 카운터 소용돌이의 축류 효과 및 차압 저감 효과가 저하되는 것을 방지할 수 있다. 반대로 캐비티의 깊이가 깊은 경우, 즉 D/W가 2.67보다 커지는 경우에, 주소용돌이의 형상이 직경 방향으로 편평해져, 스텝부 앞의 흐름이 약해짐으로써 카운터 소용돌이의 축류 효과 및 차압 저감 효과가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 제2 형태에 따르면, 본 발명의 제1 형태에 관한 터빈에 있어서, 상기 캐비티는 상기 축방향의 폭 치수(W)와, 상기 직경 방향의 높이 치수(D)가, 이하의 식 2를 만족시키도록 형성되어 있다.

후술하는 시뮬레이션 결과에 기초하여, 상기 식 2를 만족시키도록 축방향의 폭 치수(W)와, 직경 방향의 높이 치수(D)의 관계가 규정됨으로써, 카운터 소용돌이의 다운 플로우에 의한 축류 효과 및 카운터 소용돌이 내의 정압 저하에 의한 차압 저감 효과가 더욱 향상되어, 유체의 누설 유량을 더욱 저감시킬 수 있다.

본 발명의 제3 형태에 따르면, 본 발명의 제1 형태에 관한 터빈에 있어서, 상기 캐비티는 상기 축방향의 폭 치수(W)와, 상기 직경 방향의 높이 치수(D)가 이하의 식 3을 만족시키도록 형성되어 있다.

후술하는 시뮬레이션 결과에 기초하여, 상기 식 3을 만족시키도록 축방향의 폭 치수(W)와, 직경 방향의 높이 치수(D)의 관계가 규정됨으로써, 카운터 소용돌이의 다운 플로우 효과에 의한 축류 효과 및 카운터 소용돌이 내의 정압 저하에 의한 차압 저감 효과가 더욱 향상되어, 유체의 누설 유량을 더욱 저감시킬 수 있다.

본 발명의 제4 형태에 따르면, 본 발명의 제1 형태로부터 제3 형태에 관한 터빈에 있어서, 상기 시일 핀과 상기 스텝부의 상류측에 있어서의 단부 테두리부 사이의 거리(L)와, 상기 미소 간극(H)이, 거리(L) 중 적어도 하나에 대해, 이하의 식 4를 만족시키도록 형성되어 있다.

후술하는 시뮬레이션 결과에 기초하여, 상기 식 4를 만족시키도록, 거리(L)와, 시일 핀의 선단부와 스텝부 사이에 형성되는 미소 간극(H)의 관계가 규정됨으로써, 카운터 소용돌이에 의한 축류 효과 및 차압 저감 효과가 더욱 향상되어, 누설 유량을 더욱 저감시킬 수 있다.

본 발명의 제5 형태에 따르면, 본 발명의 제1 형태로부터 제4 형태에 관한 터빈에 있어서, 상기 시일 핀과 상기 스텝부의 상류측에 있어서의 단부 테두리부 사이의 거리(L)와, 상기 미소 간극(H)이, 거리(L) 중 적어도 하나에 대해, 이하의 식 5를 만족시키도록 형성된다.

후술하는 시뮬레이션 결과에 기초하여, 상기 식 5를 만족시키도록, 거리(L)와, 미소 간극(H)의 관계가 규정됨으로써, 카운터 소용돌이에 의한 축류 효과 및 차압 저감 효과가 더욱 향상되어, 누설 유량을 더욱 저감시킬 수 있다.

상기의 터빈에 따르면, 카운터 소용돌이에 의한 축류 효과 및 차압 저감에 의해, 유체의 누설 유량을 저감시킬 수 있어, 고성능화를 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 증기 터빈을 도시하는 개략 구성 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 증기 터빈을 도시하는 도면이며, 도 1에 있어서의 주요부 I를 도시하는 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 증기 터빈을 도시하는 도면이며, 도 1에 있어서의 주요부 I의 작용 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 증기 터빈의 시뮬레이션 결과(실시예 1)를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 관한 증기 터빈의 시뮬레이션 결과(실시예 2)를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 5의 범위 [1]에서의 플로우 패턴 설명도이다.
도 7은 도 5의 범위 [2]에서의 플로우 패턴 설명도이다.
도 8은 도 5의 범위 [3]에서의 플로우 패턴 설명도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 증기 터빈(터빈)(1)에 대해 설명한다.

증기 터빈(1)은 증기(S)의 에너지를 회전 동력으로서 취출하는 외연 기관이며, 발전소에 있어서의 발전기 등에 사용된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 증기 터빈(1)은 케이싱(10)과, 케이싱(10)에 유입되는 증기(S)의 양과 압력을 조정하는 조정 밸브(20)와, 케이싱(10)의 내측에 회전 가능하게 설치되어, 동력을 도시하지 않은 발전기 등의 기계로 전달하는 축체(구조체)(30)와, 케이싱(10)에 보유 지지된 정익(40)과, 축체(30)에 설치된 동익(50)과, 축체(30)를 축 주위로 회전 가능하게 지지하는 베어링부(60)를 주된 구성으로 하여 구비한다.

케이싱(10)의 내부 공간은 기밀하게 밀봉되어 있다. 케이싱(10)은 증기(S)의 유로를 형성하고 있다. 이 케이싱(10)의 내벽면에는 축체(30)가 삽입 관통된 링 형상의 구획판 외륜(11)이 견고하게 고정되어 있다.

조정 밸브(20)는 케이싱(10)의 내부에 복수개 설치되어 있다. 조정 밸브(20)는, 각각, 도시하지 않은 보일러로부터 증기(S)가 유입되는 조정 밸브실(21)과, 밸브체(22)와, 밸브 시트(23)를 구비하고 있다. 밸브체(22)가 밸브 시트(23)로부터 이격되면 증기 유로가 개방되고, 증기실(24)을 통해 증기(S)가 케이싱(10)의 내부 공간으로 유입된다.

축체(30)는 축 본체(31)와, 이 축 본체(31)의 외주로부터 직경 방향으로 연장된 복수의 디스크(32)를 구비하고 있다. 이 축체(30)는 회전 에너지를, 도시하지 않은 발전기 등의 기계로 전달한다.

정익(40)은 축체(30)를 둘러싸도록 방사상으로 다수 배치되어 환상 정익군을 구성한다. 정익(40)은, 각각, 전술한 구획판 외륜(11)에 보유 지지되어 있다. 이들 정익(40)은 직경 방향에 있어서의 내측이, 축체(30)가 삽입 관통된 링 형상의 허브 슈라우드(41)로 연결되어, 선단부가 축체(30)에 대해 직경 방향의 간극을 두도록 배치되어 있다.

이들 복수의 정익(40)으로 구성되는 환상 정익군은 축방향으로 간격을 두고 6개 형성되어 있다. 환상 정익군은 증기(S)의 압력 에너지를 속도 에너지로 변환하여, 하류측에 인접하는 동익(50)측으로 안내한다.

동익(50)은 축체(30)가 갖는 디스크(32)의 외주부에 견고하게 설치되어 있다. 이 동익(50)은 각 환상 정익군의 하류측에 있어서, 방사상으로 다수 배치되어 환상 동익군을 구성하고 있다.

이들 환상 정익군과 환상 동익군은 1조 1단으로 구성되어 있다. 즉, 증기 터빈(1)은 6단으로 구성되어 있다. 이 중, 최종단에 있어서의 동익(50)의 선단부는 주위 방향으로 연장된 칩 슈라우드(51)로 구성되어 있다.

여기서, 정익(40), 허브 슈라우드(41), 칩 슈라우드(51) 및 동익(50)이 본 발명에 있어서의 「블레이드」이다. 그리고, 동익(50) 및 칩 슈라우드(51)를 「블레이드」로 한 경우에는 구획판 외륜(11)이 「구조체」이다. 한편, 정익(40) 및 허브 슈라우드(41)를 「블레이드」로 한 경우에는 축체(30)가 「구조체」이다(도 1에 있어서의 주요부 J 참조). 또한, 이하의 설명에 있어서는, 구획판 외륜(11)을 「구조체」로 하고, 동익(50)을 「블레이드」로 하여 설명한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 동익(블레이드)(50)의 선단부가 되는 칩 슈라우드(51)는 케이싱(10)의 직경 방향에 있어서 구획판 외륜(구조체)(11)과 간극을 두고 대향하여 배치되어 있다. 칩 슈라우드(51)는 단차면[53(53A 내지 53C)]을 갖고 구획판 외륜(11)측으로 돌출되는, 스텝부[52(52A 내지 52C)]를 구비한다.

본 실시 형태에서는, 칩 슈라우드(51)는 3개의 스텝부[52(52A 내지 52C)]를 구비하고, 이들 3개의 스텝부(52A 내지 52C)는 축체(30)의 축방향 상류측으로부터 하류측을 향해, 동익(50)으로부터의 돌출 높이가 점차 높아지도록 배치되어 있다. 즉, 스텝부(52A 내지 52C)에서는 단차를 형성하는 단차면[53(53A 내지 53C)]이, 축방향 상류측을 향한 전방향으로 형성되어 있다.

구획판 외륜(11)에는 상기 칩 슈라우드(51)에 대응하는 부위에 환상 홈(11a)이 형성되어 있다. 이 환상 홈(11a) 내에 칩 슈라우드(51)가 수용되어 있다.

이 구획판 외륜(11)의 환상 홈(11a)에 있어서의 홈 저면(11b)은, 본 실시 형태에서는 축방향에 있어서, 각 스텝부[52(52A 내지 52C)]에 대응하도록, 축방향을 향해 스텝 형상으로 형성되어 있다. 즉, 스텝부[52(52A 내지 52C)]로부터 홈 저면(11b)까지의 직경 방향 거리는 일정하게 되어 있다.

또한, 이 홈 저면(11b)에는 칩 슈라우드(51)를 향해 직경 방향 내측으로 연장되는 3개의 시일 핀[15(15A 내지 15C)]이 설치되어 있다.

이들 시일 핀[15(15A 내지 15C)]은 스텝부[52(52A 내지 52C)]에 1:1로 대응하여 각각 홈 저면(11b)으로부터 연장되어 설치되어 있다. 시일 핀[15(15A 내지 15C)]과, 대응하는 스텝부(52) 사이에는 미소 간극(H)이 직경 방향으로 형성되어 있다. 이 미소 간극[H(H1 내지 H3)]의 각 치수는 케이싱(10)이나 동익(50)의 열 연신량, 동익(50)의 원심 연신량 등을 고려한 후, 양자가 접촉하는 일이 없는 안전한 범위 내에서, 최소의 것으로 설정되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, H1 내지 H3은 모두 동일한 치수로 되어 있다. 단, 필요에 따라서, 이들을 적절하게 바꾸어도 된다.

이와 같은 구성을 기초로, 칩 슈라우드(51)측과 구획판 외륜(11) 사이에는, 상기 환상 홈(11a) 내에 있어서, 각 스텝부(52)마다 대응하여 캐비티[C(C1 내지 C3)]가 형성되어 있다.

캐비티[C(C1 내지 C3)]는 각 스텝부(52)에 대응한 시일 핀(15)과, 이 시일 핀(15)에 대해 축방향 상류측에서 대향하는 격벽 사이에 형성되어 있다.

축방향 최상류측에 위치하는 제1 단째의 스텝부(52A)에 대응하는 제1 캐비티(C1)에서는, 상기 격벽은 상기 환상 홈(11a)의, 축방향 상류측의 내벽면(54)에 의해 형성되어 있다. 따라서, 이 내벽면(54)과 제1 단째의 스텝부(52A)에 대응하는 시일 핀(15A) 사이이고, 또한 칩 슈라우드(51)측과 구획판 외륜(11) 사이에, 제1 캐비티(C1)가 형성되어 있다.

또한, 제2 단째의 스텝부(52B)에 대응하는 제2 캐비티(C2)에서는, 상기 격벽은 축방향 상류측에 위치하는 스텝부(52A)에 대응하는 시일 핀(15A)에 의해 형성되어 있다. 따라서, 시일 핀(15A)과 시일 핀(15B) 사이이고, 또한 칩 슈라우드(51)와 구획판 외륜(11) 사이에, 제2 캐비티(C2)가 형성되어 있다.

마찬가지로, 시일 핀(15B)과 시일 핀(15C) 사이이고, 또한 칩 슈라우드(51)와 구획판 외륜(11) 사이에, 제3 캐비티(C3)가 형성되어 있다.

이와 같은 캐비티[C(C1 내지 C3)]에 있어서, 시일 핀[15(15A 내지 15C)]의 선단부와, 시일 핀[15(15A 내지 15C)]의 선단부와 동일 직경 상의 상기 격벽 사이의 축방향 거리인 캐비티[C(C1 내지 C3)]의 폭 치수를, 캐비티 폭[W(W1 내지 W3)]으로 한다.

즉, 제1 캐비티(C1)에 있어서는, 상기 내벽면(54)과 시일 핀(15A) 사이의 거리를 캐비티 폭(W1)으로 한다. 또한, 제2 캐비티(C2)에 있어서는, 시일 핀(15A)과 시일 핀(15B) 사이의 거리를 캐비티 폭(W2)으로 한다. 또한, 제3 캐비티(C3)에 있어서는, 시일 핀(15B)과 시일 핀(15C) 사이의 거리를 캐비티 폭(W3)으로 한다. 또한, 본 실시 형태에서는, W1 내지 W3은 모두 동일 치수로 되어 있다. 단, 필요에 따라서 이들을 적절하게 바꾸어도 된다.

또한, 캐비티[C(C1 내지 C3)]에 있어서, 칩 슈라우드(51)와, 구획판 외륜(11) 사이의 직경 방향 거리인 캐비티[C(C1 내지 C3)]의 높이 치수를, 캐비티 높이[D(D1 내지 D3)]로 한다.

즉, 제2 캐비티(C2)에 있어서는, 스텝부(52B)와 구획판 외륜(11) 사이의 직경 방향 거리를 캐비티 높이(D2)로 한다. 제3 캐비티(C3)에 있어서는, 스텝부(52C)와 구획판 외륜(11) 사이의 직경 방향 거리를 캐비티 높이(D3)로 한다. 단, 제1 캐비티(C1)에 있어서는, 스텝부(52A)의 회전축 방향의 위치에 대응하는 칩 슈라우드(51)의 직경 방향 내측을 향하는 면과 구획판 외륜(11) 사이의 거리를 캐비티 높이(D1)로 한다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 스텝부(52A)의 축방향 상류측 및 직경 방향 내측을 향하는 면에 R 모따기가 실시되어 있는 경우에는, 직경 방향 내측을 향하는 면의 직선 부분을 축선 방향 상류측을 향해 연장된 위치와, 구획판 외륜(11) 사이의 거리를 캐비티 높이(D1)로 한다.

또한, 본 실시 형태에서는, D1 내지 D3은 모두 동일 치수로 되어 있다. 단, 필요에 따라서 이들을 적절하게 바꾸어도 된다.

그리고, 이들 캐비티 폭[W(W1 내지 W3)]과 캐비티 높이[D(D1 내지 D3)]는 이하의 식 1을 만족시켜 형성되어 있다.

[식 1]

또한, 이들 캐비티 폭[W(W1 내지 W3)]과 캐비티 높이[D(D1 내지 D3)]는 이하의 식 2를 만족시켜 형성되어 있는 것이 보다 바람직하고, 이하의 식 3을 만족시켜 형성되어 있는 것이 더욱 바람직하다.

[식 2]

[식 3]

또한, 상기 시일 핀(15)과, 그것에 대응하는 각 스텝부(52)의 축방향 상류측에 있어서의 단부 테두리부(55) 사이의 축방향의 거리를 L(L1 내지 L3)로 하면, 이 거리(L) 중 적어도 하나는 이하의 식 4를 만족시켜 형성되어 있다.

[식 4]

또한, 이 거리(L) 중 적어도 하나는 이하의 식 5를 만족시켜 형성되어 있는 것이 보다 바람직하다.

[식 5]

베어링부(60)는 저널 베어링 장치(61) 및 스러스트 베어링 장치(62)를 구비하고 있고, 축체(30)를 회전 가능하게 지지하고 있다.

이와 같은 증기 터빈(1)에 따르면, 우선, 조정 밸브(20)(도 1 참조)를 개방 상태로 하면, 도시하지 않은 보일러로부터 증기(S)가 케이싱(10)의 내부 공간에 유입된다.

케이싱(10)의 내부 공간에 유입된 증기(S)는 각 단에 있어서의 환상 정익군과 환상 동익군을 순차 통과한다. 이때에는, 압력 에너지가 정익(40)에 의해 속도 에너지로 변환된다. 그리고, 정익(40)을 거친 증기(S) 중 대부분이 동일한 단을 구성하는 동익(50) 사이에 유입되어, 동익(50)에 의해 증기(S)의 속도 에너지가 회전 에너지로 변환되고, 축체(30)에 회전이 부여된다. 한편, 증기(S) 중 일부(예를 들어, 수％)는 정익(40)으로부터 유출된 후, 환상 홈(11a) 내에 유입되는, 소위, 누설 증기가 된다.

여기서, 도 3에 도시한 바와 같이 환상 홈(11a) 내에 유입된 증기(S)는, 우선, 제1 캐비티(C1)에 유입되어, 스텝부(52A)의 단차면(53A)에 충돌하여, 상류측으로 복귀되도록 하여 흐르고, 예를 들어 도 3의 지면 상에서 반시계 방향(제1 방향)으로 돌아오는 주소용돌이(Y1)가 발생한다.

그때, 특히 스텝부(52A)의 상기 단부 테두리부(55)에 있어서, 상기 주소용돌이(Y1)로부터 일부의 흐름이 박리됨으로써, 이 주소용돌이(Y1)와 반대 방향, 본 예에서는 도 3의 지면 상에서 시계 방향으로 돌도록, 카운터 소용돌이(Y2)가 생긴다. 이 카운터 소용돌이(Y2)는 시일 핀(15A)과 스텝부(52A) 사이의 미소 간극(H1)을 빠져나가는 누설 흐름을 저감시키는, 축류 효과를 발휘한다.

즉, 도 3에 도시한 바와 같이 카운터 소용돌이(Y2)가 형성되면, 이 카운터 소용돌이(Y2)에는 시일 핀(15A)의 축방향 상류측에 있어서, 속도 벡터를 직경 방향 내측을 향하는 다운 플로우가 발생한다. 이 다운 플로우는 상기 미소 간극(H1)의 직전에서 직경 방향 내측을 향하는 관성력을 보유하고 있다. 그로 인해, 상기 미소 간극(H1)을 빠져나가는 흐름에 대해, 직경 방향 내측으로 수축하는 효과, 즉, 축류 효과가 발휘되어, 누설 유량을 저감시킬 수 있다.

또한, 이 카운터 소용돌이(Y2) 내부에서는 정압 저하가 발생하므로, 시일 핀(15A)의 상류측과 하류측 사이의 차압을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 누설 유량을 저감시킬 수 있다.

시일 핀(15B, 15C)의 상류측에 있어서도 시일 핀(15A)의 상류측과 마찬가지로, 카운터 소용돌이(Y2)가 형성됨으로써, 누설 유량을 저감시킬 수 있다.

여기서, 상기 카운터 소용돌이(Y2)에 있어서는, 캐비티[C(C1 내지 C3)]의 캐비티 높이[D(D1 내지 D3)]와 캐비티 폭[W(W1 내지 W3)]의 비율이 어느 정도 작은 경우에는, 이 카운터 소용돌이(Y2)가 구획판 외륜(11)으로 부착되어 약화되어 버려, 충분한 차압 저감 효과 및 축류 효과를 얻을 수 없다.

또한, 캐비티[C(C1 내지 C3)]의 캐비티 높이[D(D1 내지 D3)]와 캐비티 폭[W(W1 내지 W3)]의 비율이 어느 정도 작은 경우에는, 주소용돌이(Y1)의 형상이 축방향으로 편평해져, 스텝부[52(52A 내지 52C)]의 앞의 흐름이 약해짐으로써, 카운터 소용돌이(Y2)의 차압 저감 효과 및 축류 효과가 저하된다.

반대로 캐비티 높이[D(D1 내지 D3)]와 캐비티 폭[W(W1 내지 W3)]의 비율이 어느 정도 큰 경우에는, 주소용돌이(Y1)의 형상이 직경 방향으로 편평해져, 스텝부[52(52A 내지 52C)]의 앞의 흐름이 약해짐으로써, 카운터 소용돌이(Y2)의 차압 저감 효과 및 축류 효과가 저하된다.

그러나, 본 실시 형태에 있어서는, 상기 식 1을, 바람직하게는 상기 식 2 또는 상기 식 3을 만족시키도록 캐비티 폭[W(W1 내지 W3)]과 캐비티 높이[D(D1 내지 D3)]가 설정되어 있으므로, 충분한 차압 저감 효과 및 축류 효과를 얻을 수 있다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 카운터 소용돌이(Y2)가 진원을 형성한다고 가정하면, 이 카운터 소용돌이(Y2)의 직경이 상기 미소 간극(H1)의 2배로 되어 그 외주가 시일 핀(15A)에 접하는 경우, 즉 L1＝2H1(L＝2H)의 경우에, 이 카운터 소용돌이(Y2)의 다운 플로우에 있어서의 직경 방향 내측을 향하는 속도 성분의 최대의 위치가, 시일 핀(15A)의 선단(내측 단부 테두리)에 일치한다. 따라서, 이 다운 플로우가 상기 미소 간극(H1)의 직전을 보다 양호하게 통과하므로, 누설 흐름에 대한 축류 효과가 최대로 된다.

그리고 본 실시 형태에서는, 상기 식 4, 바람직하게는 상기 식 5를 만족시키도록 거리[L(L1 내지 L3)]가 설정되어 있으므로, 충분한 축류 효과 및 축류 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 상기의 식 1로부터 식 5 중 어느 하나의 조건을 만족시키면, 운전 조건으로는 좌우되지 않고, 본 발명이 의도하는 바인 축류 효과 및 차압 저감 효과를 얻을 수 있다. 단, 정지 시에 만족시키고 있어도, 운전 시에 만족시키고 있지 않으면 의도하는 효과는 얻어지지 않게 되므로, 상기한 식 1로부터 식 5의 조건은 「운전 시에 만족시키고 있다」는 것이 필수가 된다.

본 실시 형태에 관한 증기 터빈(1)에 있어서는, 카운터 소용돌이(Y2)에 의한 다운 플로우에 의해, 시일 핀[15(15A 내지 15C)]의 상류측에 있어서, 직경 방향 내측을 향하는 힘을 증기(S)에 미칠 수 있다. 따라서, 미소 간극[H(H1 내지 H3)]을 통과하는 증기(S)에 대해 축류 효과를 발휘할 수 있어, 누설 유량을 저감시킬 수 있다.

또한, 카운터 소용돌이(Y2) 내부의 정압 저하에 의해, 차압 저감 효과를 얻을 수 있고, 그 결과, 누설 유량을 저감시킬 수 있다.

그리고, 캐비티 폭[W(W1 내지 W3)]과 캐비티 높이[D(D1 내지 D3)]가, 상기 식 1 또는 상기 식 2 또는 상기 식 3을 만족시키도록, 증기 터빈(1)이 구성되어 있다. 그로 인해, 카운터 소용돌이(Y2)가 구획판 외륜(11)으로 부착되어 약화되어 버리는 것을 방지할 수 있어, 증기(S)에 대해 충분한 축류 효과 및 차압 저감 효과를 얻을 수 있다.

또한, 주소용돌이(Y1)의 형상이 편평해지는 것도 방지할 수 있어, 카운터 소용돌이(Y2)에 의한 충분한 축류 효과를 얻을 수 있다. 또한, 차압 저감 효과에 의해, 미소 간극[H(H1 내지 H3)]을 통과하는 증기(S)의 유량을 저감시킬 수 있어, 누설 유량을 저감시킬 수 있다. 이와 같이 하여, 증기 터빈(1)의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 거리를 L(L1 내지 L3)이 상기 식 4를, 바람직하게는 상기 식 5를 만족시키도록 설정되어 있음으로써, 카운터 소용돌이(Y2)의 다운 플로우를 최대한 살릴 수 있고, 축류 효과 및 차압 저감 효과에 의한 누설 유량의 저감에 의해, 증기 터빈(1)의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 상세를 설명하였지만, 구체적인 구성은 본 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 구성의 변경 등도 포함된다.

예를 들어, 본 실시 형태에서는 동익(50)과 구획판 외륜(11) 사이에 있어서의 카운터 소용돌이(Y2)를 사용한 증기(S)의 누설 유량 저감에 대해 설명하였지만, 상술한 바와 같이 정익(40)과 축체(30) 사이에 있어서도 동일한 방법을 적용할 수 있어, 증기(S)의 누설 유량을 저감시킬 수 있다.

또한, 실시 형태에서는 동익(50)의 선단부를 구성하는 칩 슈라우드(51)에 스텝부[52(52A 내지 52C)]가 형성되고, 구획판 외륜(11)에 시일 핀[15(15A 내지 15C)]이 설치된다. 그러나, 구획판 외륜(11)에 스텝부(52)가 형성되고, 칩 슈라우드(51)에 시일 핀(15)이 설치되어도 된다. 또한, 이 경우, 축방향 최상류측의 캐비티(C)에 있어서는 카운터 소용돌이(Y2)가 형성되지 않는다. 그로 인해, 본 발명의 D/W의 수치 한정을 그대로 적용할 수는 없다. 따라서, 정익(40) 및 허브 슈라우드(41)를 「블레이드」와 축체(30)측에 스텝부(52)를 형성한 경우도 마찬가지로, 본 발명의 D/W의 수치 한정은 적용할 수 없다.

또한, 시일 핀(15)이 설치되는 측은 스텝 형상으로 형성되지 않아도 되고, 예를 들어 평면 형상, 테이퍼면이나 곡면으로 형성되어도 된다. 단, 이 경우, 상기 식 1, 바람직하게는 상기 식 2 또는 상기 식 3을 만족시키도록 캐비티 높이[D(D1 내지 D3)]가 설정될 필요가 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 케이싱(10)에 설치된 구획판 외륜(11)이 구조체로 되었지만, 이와 같은 구획판 외륜(11)이 설치되지 않고, 케이싱(10) 자체가 구조체로서 구성되어도 된다. 즉, 이 구조체는 동익(50)을 둘러싸는 동시에, 유체가 동익 사이를 통과하도록 유로를 규정하는 구성이면, 어떤 부재여도 된다.

또한, 본 실시 형태에서는 스텝부(52)가 복수 설치되고, 이에 의해 캐비티(C)도 복수 형성되었지만, 이들 스텝부(52)나 이에 대응하는 캐비티(C)의 수는 임의이고, 1개여도, 3개, 혹은 4개 이상이어도 된다.

또한, 본 실시 형태와 같이, 시일 핀(15)과 스텝부(52)는 반드시 1:1로 대응시킬 필요는 없다. 또한, 시일 핀(15)에 비해 스텝부(52)를 1개만 적게 할 필요도 없다. 시일 핀(15) 및 스텝부(52)의 수는 임의로 설계할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 최종단의 동익(50)이나 정익(40)에 상기 발명을 적용하였지만, 다른 단의 동익(50)이나 정익(40)에 상기 발명을 적용해도 된다.

또한, 본 실시 형태에서는 상기 발명을 복수식의 증기 터빈에 적용하였지만, 다른 형식의 증기 터빈, 예를 들어 2단 추기 터빈, 추기 터빈, 혼기 터빈 등의 터빈 형식에 상기 발명을 적용할 수도 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 상기 발명을 증기 터빈에 적용하였지만, 가스 터빈에도 상기 발명을 적용할 수 있고, 또한 회전 날개가 있는 모든 장치에 상기 발명을 적용할 수 있다.

[실시예 1]

여기서, 상술한 바와 같이 충분한 축류 효과를 얻는 것이 가능한 캐비티 높이[D(D1 내지 D3)]와 캐비티 폭[W(W1 내지 W3)]의 비율이 존재한다고 하는 지식으로부터, 시뮬레이션을 행하여 이 조건을 확인하였다.

도 4에 나타내는 그래프의 횡축은 캐비티 높이(D)를 캐비티 폭(W)으로 나누어, 무차원화한 수치를 나타내고 있다. 또한, 종축은 유량 계수 저감 효과 및 유량 계수 α를 나타내고 있다. 또한, 종축의 유량 계수 저감 효과에 대해서는, 유량 계수 α＝1의 경우, 즉 누설 유량이 최대로 되는 경우를 0％로 하고, 본 실시 형태에 있어서의 최소의 유량 계수 α＝0.54, 즉 누설 유량이 최소로 되는 경우를 100％로 하여, 이 유량 계수 α＝1에 있어서의 최대의 누설 유량에 대해, 몇％의 유량 계수 저감 효과, 즉 누설량 저감률이 얻어지는지가 나타나 있다.

도 4에 나타낸 결과로부터, 캐비티 높이(D) 및 캐비티 폭(W)은 상기 식 1을 만족시키는 범위로 하는 것이 바람직하고, 상기 식 2를 만족시키는 범위로 하는 것이 보다 바람직하고, 또한 상기 식 3을 만족시키는 범위로 하는 것이 더욱 바람직한 것을 확인할 수 있다.

도 4에 나타내는 범위 [1](D/W＝0.45)에 있어서는, 약 50％의 누설량 저감률을 달성할 수 있는 것을 확인할 수 있다. 따라서, D/W＝0.45에 있어서는, 캐비티 폭(W)에 대해 캐비티 높이(D)가 작게 되어 있으므로, 주소용돌이(Y1)가 축방향으로 편평 형상으로 되어 주소용돌이(Y1)의 약화가 발생하고, 카운터 소용돌이(Y2)도 약화된다. 이로 인해, 축류 효과 및 차압 저감 효과를 최대한으로 얻을 수 없다. 그러나, 어느 정도의 효과(약 50％)는 얻어지는 것을 확인할 수 있다.

도 4에 나타내는 범위 [2](0.45<D/W≤0.85)에 있어서는, D/W의 증가에 따라서 누설량 저감률이 급격하게 증가하여, D/W＝0.56에서 약 70％, D/W＝0.69에서 약 90％로 되고, D/W＝0.85에 있어서는, 최대값이 되는 100％로 되는 것을 확인할 수 있다. 즉, D/W＝0.85에 근접함에 따라서, 상술한 바와 같은 카운터 소용돌이(Y2)의 약화가 발생하지 않아, 최대한의 축류 효과 및 차압 저감 효과를 얻을 수 있다. 반대로, D/W＝0.45에 근접함에 따라서, 주소용돌이(Y1)가 축방향으로 편평 형상으로 되어 주소용돌이(Y1)의 약화가 발생하고, 카운터 소용돌이(Y2)도 약화된다.

또한, D/W＝0.45에 근접함에 따라서, 급격하게 누설량 저감률이 저하되는 것을 확인할 수 있었다. 이는 카운터 소용돌이(Y2)가 구획판 외륜(11)으로 부착되고, 이 카운터 소용돌이(Y2)가 급격하게 약화됨으로써, 축류 효과 및 차압 저감 효과가 급격하게 저감되기 때문이다.

또한, 도 4에 나타내는 범위 [3](0.85<D/W≤2.67)에 있어서는, D/W＝0.85에 있어서, 누설량 저감률이 최대값을 나타낸 후에, 서서히 누설량 저감률이 저하되어 가는 것을 확인할 수 있다. 그리고, D/W＝1.25에서 약 90％, D/W＝1.95에서 약 70％, D/W＝2.67에 있어서는 약 50％까지 누설량 저감률이 저하되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 캐비티 폭(W)에 대해 캐비티 높이(D)가 커지므로, 주소용돌이(Y1)가 직경 방향으로 편평 형상으로 되어, 주소용돌이(Y1)의 약화가 발생하고, 카운터 소용돌이(Y2)도 약화된다. 이로 인해, 축류 효과 및 차압 저감 효과를 최대한으로 얻을 수 없다. 그러나, D/W≤2.67의 범위까지는 어느 정도의 효과(약 50％)는 얻어지는 것을 확인할 수 있다.

그리고, 도 4에 나타내는 범위 [4](2.67<D/W)에 있어서는, 누설량 저감률이 50％ 이하로 되고, 주소용돌이(Y1)의 약화에 의한 카운터 소용돌이(Y2)의 약화로, 충분한 축류 효과 및 차압 저감 효과를 얻을 수 없다.

이상의 시뮬레이션 결과로부터, 본 실시 형태에서는 캐비티 폭(W) 및 캐비티 높이(D)가, 상기 식 1, 즉 0.45≤D/W≤2.67을 만족시키는 범위로 설정되어, 50％ 이상의 누설량 저감률이 얻어진다. 따라서, 본 실시 형태의 증기 터빈(1)에서는 누설 유량이 저감되어, 고성능화를 달성할 수 있다.

또한, 캐비티 폭(W) 및 캐비티 높이(D)가, 상기 식 2, 즉 0.56≤D/W≤1.95를 만족시키는 범위로 설정되면, 약 70％ 이상의 누설량 저감률을 얻을 수 있다. 따라서, 본 실시 형태의 증기 터빈(1)은 누설 유량이 더욱 저감되어, 고성능화를 실현할 수 있다. 또한, 캐비티 폭(W) 및 캐비티 높이(D)가, 상기 식 3, 즉 0.69≤D/W≤1.25를 만족시키는 범위로 설정되면, 약 90％ 이상의 누설량 저감률을 얻을 수 있다. 따라서, 누설 유량이 더욱 저감되어, 고성능화를 실현할 수 있다.

[실시예 2]

다음에, 상술한 바와 같이 카운터 소용돌이(Y2)의 다운 플로우의 효과를 최대한으로 살려, 충분한 축류 효과를 얻는 것이 가능한 거리[L(L1 내지 L3)]가 존재한다고 하는 지식으로부터, 시뮬레이션을 행하여 이 조건을 확인하였다.

도 5에 나타내는 그래프의 횡축은 거리(L)의 치수(길이)를 나타내고, 종축은 터빈 효율 변화 및 누설량 변화율(누설 유량의 변화율)을 나타내고 있다. 또한, 터빈 효율 변화 및 누설량 변화율에 대해서는, 일반적인 스텝 핀 구조에서의 터빈 효율, 누설 유량에 대한 대소를 나타내고 있다. 또한, 이 그래프에서는, 횡축 및 종축의 눈금은 대수 등의 특수한 눈금이 아니라, 일반적인 등차 눈금이다.

도 5에 나타낸 결과로부터, 거리(L)는 상기 식 4를 만족시키는 범위로 하는 것이 바람직하고, 상기 식 5를 만족시키는 범위로 하는 것이 보다 바람직한 것을 확인할 수 있다.

도 5에 나타내는 범위 [1](L<0.7H)에서는, 도 6에 도시한 바와 같이 단부 테두리부(55)에서 카운터 소용돌이(Y2)가 생성되지 않고, 이로 인해 시일 핀(15)의 축방향 상류측에 다운 플로우가 형성되지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 다운 플로우에 의한 누설 흐름에 대한 축류 효과가 거의 얻어지지 않아, 도 5에 나타낸 바와 같이 누설량 변화율이 높게(＋측), 즉 누설 유량이 증가한다. 따라서, 터빈 효율 변화는 낮게(－측), 즉 터빈 효율이 저하된다.

도 5에 나타내는 범위 [2](0.7H≤L≤0.3W), 즉 상기 식 4의 범위 내에서는, 도 7에 도시한 바와 같이 단부 테두리부(55)에서 카운터 소용돌이(Y2)가 생성되어, 그 다운 플로우가 강한 부분(화살표 F)이, 시일 핀(15)의 선단 근방에 위치하게 되는 것이 확인된다. 따라서, 다운 플로우에 의한 누설 흐름에 대한 축류 효과가 충분히 얻어져, 도 5에 나타낸 바와 같이 누설량 변화율이 낮게(－측), 즉 누설 유량이 저감된다. 따라서, 터빈 효율 변화는 높게(＋측), 즉 터빈 효율이 향상된다.

도 5에 나타내는 범위 [2a](0.7H≤L<1.25H)에서는, 카운터 소용돌이(Y2)가 단부 테두리부(55)에서 생성되지만, 비교적 작고, 다운 플로우가 가장 강해지는 부분 F가, 시일 핀(15)의 선단보다 직경 방향 내측의, 미소 간극(H) 내와 대응하는 위치에 있는 것이 확인된다. 따라서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 다운 플로우에 의한 누설 흐름에 대한 축류 효과는 충분히 얻어지지만, 후기하는 범위 [2b]에 비하면 낮다.

도 5에 나타내는 범위 [2b](1.25H≤L≤2.75H)에서는, 단부 테두리부(55)에서 강한 카운터 소용돌이(Y2)가 생성되고, 이 카운터 소용돌이(Y2)의 다운 플로우가 가장 강해지는 부분 F가, 시일 핀(15)의 선단과 대략 일치하는 것이 확인된다. 따라서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 다운 플로우에 의한 누설 흐름에 대한 축류 효과가 가장 높아진다.

특히, 전술한 바와 같이, L＝2H 근방에서 누설 유량이 최소로 되고, 터빈 효율이 최대로 된다.

또한, 도 5에 나타내는 범위 [2c](2.75H<L≤0.3W)에서는, 단부 테두리부(55)에서 생성된 카운터 소용돌이(Y2)가 커지고, 다운 플로우가 가장 강해지는 부분 F가, 시일 핀(15)의 선단보다 직경 방향 외측으로 이격되기 시작하는 것이 확인된다. 따라서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 다운 플로우에 의한 누설 흐름에 대한 축류 효과는 충분히 얻어지지만, 상기 범위 [2b]에 비하면 낮다.

또한, 도 5에 나타내는 범위 [3](0.3W<L)에서는, 도 8에 도시한 바와 같이 단부 테두리부(55)에서 생성된 카운터 소용돌이(Y2)가 환상 홈(11a)의 홈 저면(11b)에 부착되어, 큰 소용돌이가 형성된다. 그로 인해, 카운터 소용돌이(Y2)의 다운 플로우가 강해지는 부분 F가, 시일 핀(15)의 중간 높이 근처로 이동한다. 그로 인해, 시일 핀(15)의 선단 부분에는 강한 다운 플로우가 형성되지 않는 것이 확인된다. 따라서, 다운 플로우에 의한 누설 흐름에 대한 축류 효과가 거의 얻어지지 않아, 도 5에 나타낸 바와 같이 누설량 변화율이 높게(＋측), 즉 누설 유량이 증가한다. 따라서, 터빈 효율 변화는 낮게(－측), 즉 터빈 효율이 저하된다.

이상의 시뮬레이션 결과로부터, 본 실시 형태에서는 거리(L)는 상기 식 4를 만족시키는 범위로 설정된다.

이에 의해, 상기한 각 캐비티(C1 내지 C3)에서는 각 스텝부(52A 내지 52C)와 이에 대응하는 시일 핀(15A 내지 15C) 사이, 또한 캐비티 폭(W)과의 사이의 상호의 위치 관계가 상기 식 4, 즉, 0.7H≤L≤0.3W를 만족시키고 있다. 그로 인해, 카운터 소용돌이(Y2)에 의한 축류 효과가 충분히 높아져, 누설 유량이 종래에 비해 각별히 저감된다. 따라서, 이와 같은 시일 구조를 구비한 증기 터빈(1)에 있어서는, 누설 유량이 보다 저감되어, 고성능화를 실현할 수 있다.

또한, 거리(L)가 식 5, 즉, 1.25H≤L≤2.75H를 만족시키는 범위로 설정되면, 카운터 소용돌이(Y2)에 의한 축류 효과가 보다 높아져, 누설 유량이 더욱 저감된다. 그로 인해, 증기 터빈(1)에 따르면, 보다 고성능화를 실현할 수 있다.

또한, 이 증기 터빈(1)에서는 스텝부가 3단 형성되고, 따라서, 캐비티(C)가 3개 형성된다. 그로 인해, 각 캐비티(C)에서 전술한 축류 효과에 의해 누설 유량을 저감화할 수 있어, 전체적으로 보다 충분한 누설 유량의 저감화를 달성할 수 있다.

1 : 증기 터빈(터빈)
10 : 케이싱
11 : 구획판 외륜(구조체)
11a : 환상 홈
11b : 홈 저면
15(15A 내지 15C) : 시일 핀
30 : 축체(구조체)
40 : 정익(블레이드)
41 : 허브 슈라우드
50 : 동익(블레이드)
51 : 칩 슈라우드
52(52A 내지 52C) : 스텝부
53(53A 내지 53C) : 단차면
54 : 내벽면
55 : 단부 테두리부
C(C1 내지 C3) : 캐비티
H(H1 내지 H3) : 미소 간극
W(W1 내지 W3) : 캐비티 폭
D(D1 내지 D3) : 캐비티 높이
L(L1 내지 L3) : 거리
S : 증기
Y1 : 주소용돌이
Y2 : 카운터 소용돌이

Claims

블레이드와,
상기 블레이드의 선단측에 간극을 통해 설치되는 동시에, 상기 블레이드에 대해 상대적으로 축 중심으로 회전하는 구조체를 구비한 터빈이며,
상기 블레이드의 선단부와, 상기 구조체에 있어서의 상기 선단부에 대응하는 부위 중 한쪽에는 단차면을 갖고 타측으로 돌출된 스텝부가 설치되고, 다른 쪽에는 상기 스텝부에 대해 연장되어 상기 스텝부와의 사이에 미소 간극(H)을 형성하는 시일 핀이 설치되고,
상기 시일 핀의 상류측에는 주소용돌이를 형성하는 캐비티가 형성되는 동시에, 상기 주소용돌이에 의해 카운터 소용돌이가 형성되도록, 상기 시일 핀과 대향하는 상기 스텝부가 돌출되어 있고,
상기 캐비티는 축방향의 폭 치수(W)와, 직경 방향의 높이 치수(D)가 이하의 식 1을 만족시키도록 형성되어 있는, 터빈.
[식 1]
제1항에 있어서, 상기 캐비티는 상기 축방향의 폭 치수(W)와, 상기 직경 방향의 높이 치수(D)가, 이하의 식 2를 만족시키도록 형성되어 있는, 터빈.
[식 2]
제1항에 있어서, 상기 캐비티는 상기 축방향의 폭 치수(W)와, 상기 직경 방향의 높이 치수(D)가, 이하의 식 3을 만족시키도록 형성되어 있는, 터빈.
[식 3]
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시일 핀과 상기 스텝부의 상류측에 있어서의 단부 테두리부 사이의 거리(L)와, 상기 미소 간극(H)이, 거리(L) 중 적어도 하나에 대해, 이하의 식 4를 만족시키도록 형성되어 있는, 터빈.
[식 4]
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시일 핀과 상기 스텝부의 상류측에 있어서의 단부 테두리부 사이의 거리(L)와, 상기 미소 간극(H)이, 거리(L) 중 적어도 하나에 대해, 이하의 식 5를 만족시키도록 형성되어 있는, 터빈.
[식 5]