[发明专利]旋转流体机械

说明书

技术领域

本发明涉及汽轮机、燃气轮机等的旋转流体机械，尤其涉及具有在旋转部的外周面与静止部的内周面之间形成的间隙流路的旋转流体机械。

背景技术

作为旋转流体机械之一的汽轮机一般具备：外壳；转子，其以能够旋转的方式设置于该外壳内；静叶片列，其设置于外壳的内周侧；以及动叶片列，其设置于转子的外周侧，且相对于静叶片列配置于转子轴向的下游侧。而且，若在主流路内工作流体通过静叶片列(详细而言，静叶片间)，则工作流体的内部能量(换言之，压力能量等)被转换为运动能量(换言之，速度能量)。即，使工作流体增速。之后，若工作流体通过动叶片列(详细而言，动叶片间)，则工作流体的运动能量被转换为转子的旋转能量。即，工作流体作用于动叶片列来使转子旋转。

在汽轮机中，在动叶片列的外周侧设置有环状的动叶片罩，收纳该动叶片罩的环状的槽部形成于外壳的内周侧。在这样的构造中，在动叶片罩的外周面和与此对置的外壳的槽部的内周面之间形成有间隙流路。而且，虽然工作流体的大部分在主流路内流动并通过动叶片列，但是工作流体的一部分(泄漏流体)可能从主流路泄漏到间隙流路而不通过动叶片列，对转子旋转作用未做出贡献。

为了抑制上述那样的泄漏流并提高涡轮效率，而一般在间隙流路设置有迷宫式密封件。迷宫式密封件设置于转子侧或者外壳侧，由在转子轴向上分开配置的多段的密封翅片等构成。迷宫式密封件的密封间隔(详细而言，在密封翅片的前端和与此对置的部分之间形成的间隙缩小部的尺寸)从吸收由于热膨胀、推力负载引起的部件的变形、位移等观点来看，有限制。因此，在间隙流路设置迷宫式密封件的情况下，也产生从主流路向间隙流路的泄漏流，产生由于该泄漏流而引起的不稳定振动。使用图14对引起该不稳定振动的流体力成分进行说明。

图14是示意性地表示在旋转部100的外周面101(相当于上述的动叶片罩的外周面)与静止部102的内周面103(相当于上述的外壳的槽部的内周面)之间形成的间隙流路104的旋转部径向的剖视图。在该图14中，旋转部100向图中箭头A所示的方向旋转。另外，旋转部100由于例如制造上的公差、重力、或者旋转中的振动等原因，相对于静止部102，不位于图中虚线所示的同心位置，而位于图中实线所示的偏心位置。即，旋转部100的中心相对于静止部102的中心仅偏心偏心量e。因此，间隙流路104的宽度尺寸D(换言之，旋转部100的外周面101与静止部102的内周面103之间的径向尺寸)在周向上不均匀。

这里，从主流路流入间隙流路104的泄漏流体例如图15中箭头B所示那样呈螺旋状地流动，该螺旋状的流能够分解成轴向速度成分和周向速度成分。而且，由于该周向速度成分和间隙流路104的宽度尺寸D的偏差，在间隙流路104产生在周向上不均匀的压力分布P(参照图14)。该压力分布P作用于旋转部100的力能够分解成与偏心方向相反的方向(图14中上方向)的力Fx和与偏心方向垂直的方向(图14中右方向)的力Fy(以下，称为不稳定流体力)。而且，不稳定流体力Fy使旋转部100产生离心旋转(振れ回り)，在该不稳定流体力Fy比旋转部100的衰减力大的情况下，旋转部100的不稳定振动产生。

使用了不稳定流体力Fy以及偏心量e的关系式由下述的式(1)表示。该式(1)通过将旋转部100的离心旋转速度设为Ω，假定离心旋转轨道是完全的圆形，并且省略惯性项来获得。k是流体力的弹簧常数。C是衰减系数，C×Ω是与离心旋转相伴的流体力的衰减效果。

Fy/e＝k－C×Ω    ···(1)

为了使旋转部100的离心旋转稳定并不引起不稳定振动，而需要式(1)的右边为负。但是，由于实际上有轴承等其它的稳定化要素，所以不需要式(1)的右边为负，优选变小。即，优选流体力的弹簧常数k变小，衰减系数C变大。

然而，作为减少上述的不稳定流体力的现有技术，已知有在泄漏流体从主流路流入间隙流路时使泄漏流体的周向速度减少的技术(例如，参照专利文献1)。在专利文献1所述的现有技术中，在间隙流路的上游侧的间隙入口部中的外壳的槽部的侧面例如设置摩擦阻力部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006－104952号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在上述现有技术中，在泄漏流体从主流路流入间隙流路时使泄漏流体的周向速度减少，由此抑制不稳定流体力。但是，本申请发明者们发现了能够根据其它的观点抑制不稳定流体力。以下，进行详述。