專利名稱：透平機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如發(fā)電廠、化工廠、天然氣廠、鋼鐵廠及船舶等所使用的透平機。本申請主張2010年9月17日在日本提交的第2010-209570號專利申請的優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援用于本文中。
背景技術(shù)：
如公知那樣，作為汽輪機的一種，存在具備外殼、旋轉(zhuǎn)自如地設(shè)于外殼的內(nèi)部的軸體、固定配置于外殼的內(nèi)周部的多個靜葉片及在這些多個靜葉片的下游側(cè)呈放射狀地設(shè)于軸體的多個動葉片的汽輪機。在這樣的汽輪機中的沖動式透平機的情況下，通過靜葉片將蒸汽的壓力能轉(zhuǎn)化為速度能，通過動葉片將該速度能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)能(機械能)。而且，在反動式透平機的情況下，在動葉片內(nèi)將壓力能轉(zhuǎn)化為速度能，并通過蒸汽噴出的反動力而轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)能(機械能)。在這種汽輪機中，在動葉片的前端部和圍繞動葉片而形成蒸汽流路的外殼之間形成間隙，而且，在靜葉片的前端部和軸體之間也形成間隙。漏流(泄漏蒸汽)從主流上游側(cè)朝向下游側(cè)流經(jīng)這些間隙，若該漏流在主流下游側(cè)與主流匯合，將使主流的流動紊亂而產(chǎn)生損失(以下稱為“混合損失”。)，導致透平機效率降低。下述專利文獻I中提出了如下構(gòu)成:在上述間隙中的漏流的流路出口側(cè)，將引導漏流的導向板安裝于圍帶，使漏流的方向與從動葉片流出的主流的方向一致。通過這樣的構(gòu)成，能夠抑制在漏流和主流匯合時產(chǎn)生的主流的紊亂，降低混合損失。專利文獻1:日本特開2007-321721號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，在以往技術(shù)中，存在在上述間隙的下游側(cè)形成攪拌主流的漏流渦流而產(chǎn)生混合損失這樣的問題。本發(fā)明考慮到這樣的情況而作出，以實現(xiàn)混合損失的進一步降低而提高透平機效率為課題。本發(fā)明所涉及的透平機具備:轉(zhuǎn)子，被旋轉(zhuǎn)自如地支撐；定子，設(shè)于上述轉(zhuǎn)子的周圍；葉片體，具有葉片和圍帶，其中，上述葉片設(shè)于上述轉(zhuǎn)子和上述定子中的一方，從上述一方的一側(cè)朝向另一方的一側(cè)沿徑向延伸，上述圍帶在上述葉片的徑向前端部沿周向延伸；及收容凹體，設(shè)于上述轉(zhuǎn)子和上述定子中的另一方，沿周向延伸，并且留有間隙地收容上述圍帶且相對于上述葉片體旋轉(zhuǎn)，從沿著上述葉片流動的主流漏出的漏流流經(jīng)上述間隙，在該透平機中，上述圍帶中的、與上述收容凹體相對的周面和比上述周面更靠上述漏流的下游而形成于上述主流側(cè)的后緣端部之間形成導向曲面，上述導向曲面將沿著上述周面流動的漏流以順沿的方式從上述周面引導至上述后緣端部。根據(jù)該構(gòu)成，形成于周面和后緣端部之間的導向曲面將沿著周面流動的漏流以順沿的方式從周面引導至后緣端部，因此漏流從后緣端部向主流側(cè)流出，在葉片體與收容凹體的間隙和主流流路的分界區(qū)形成從主流的上游側(cè)朝向下游側(cè)的渦流(以下稱為正渦
流。)。假設(shè)，不具備導向曲面而使后緣端部和周面經(jīng)由角部連續(xù)，沿著周面流動的漏流在該角部剝離而形成沿與正渦流相反的方向流動的反渦流。該反渦流在上述間隙和主流流路的分界區(qū)與主流逆向流動，而且，在圍帶的后緣將主流引入至上述間隙，因而攪拌主流。另一方面，由上述構(gòu)成形成的正渦流在上述間隙和主流流路的分界區(qū)未與主流逆向流動，而且，沒有在圍帶的后緣將主流引入至上述間隙，因此不會攪拌主流。因此，能夠抑制混合損失的產(chǎn)生，能夠提高透平機效率。而且，上述后緣端部形成為沿轉(zhuǎn)軸方向延伸的軸向翅片。根據(jù)該構(gòu)成，后緣端部形成為沿轉(zhuǎn)軸方向延伸的軸向翅片，因此能夠削減被后緣端部引導的漏流的徑向速度分量。因此，主流的徑向速度分量和漏流的徑向速度分量的差分變小。因此，能夠使漏流平滑地與主流匯合，因此能夠進一步降低混合損失。而且，在上述導向曲面形成沿與上述圍帶相對于上述收容凹部的相對旋轉(zhuǎn)方向相反的方向引導的導向通路，上述導向通路被設(shè)置為，在上述周面?zhèn)仁股鲜雎┝髁魅氲牧魅氩亢驮谏鲜龊缶壎瞬總?cè)使上述漏流流出的流出部沿與上述相對旋轉(zhuǎn)方向相反的方向錯開。根據(jù)該構(gòu)成，形成沿與圍帶相對于收容凹部的相對旋轉(zhuǎn)方向相反的方向引導的導向通路，因此能夠?qū)ρ叵鄬πD(zhuǎn)方向流動的漏流的周向速度分量賦予與相對旋轉(zhuǎn)方向相反方向的周向速度分量，從而減小漏流的周向速度分量和主流的周向速度分量的差分。因此，能夠使漏流平滑地與主流匯合，因此能夠進一步降低混合損失。而且,上述導向通路形成為槽狀。而且，利用沿上述導向曲面的法線方向突出的突壁形成上述導向通路。根據(jù)該構(gòu)成，能夠比較簡單地形成導向通路。而且，上述導向曲面被設(shè)置為，與周向相交的剖面的剖面輪廓形成為圓弧狀。而且，上述導向曲面被設(shè)置為，與周向相交的剖面的剖面輪廓形成為橢圓狀。根據(jù)該構(gòu)成，能夠比較簡單地形成導向曲面。而且，上述導向曲面至少與上述葉片的表面相比形成凹凸狀。根據(jù)該構(gòu)成，導向曲面形成為凹凸狀，因此使沿著導向曲面流動的漏流紊流化。由此，能夠提高漏流對導向曲面的附著性，使漏流難以從導向曲面剝離。由此，能夠更切實地將漏流引導至圍帶的后緣端部。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)混合損失的進一步降低，能夠提高透平機效率。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式所涉及的汽輪機I的概略構(gòu)成剖視圖。圖2是表示圖1中的主要部分I的主要部分放大剖視圖。圖3是汽輪機I的作用說明圖，是與周向相交的剖面的主要部分放大圖。圖4是汽輪機I的作用說明圖，是主要部分放大剖面立體圖。圖5A是表示汽輪機I的主流速度V和漏流速度V的矢量線圖。圖5B是表示汽輪機I的主流速度V和漏流速度V的矢量線圖。
圖5C是表示汽輪機I的主流速度V和漏流速度V的矢量線圖。圖6是汽輪機I的比較例01的主要部分放大剖視圖。圖7是汽輪機I的變形例IA的主要部分放大剖視圖。圖8是本發(fā)明的第二實施方式所涉及的汽輪機2的主要部分放大剖視圖。圖9是汽輪機2的主要部分放大剖面立體圖。圖1OA是表示汽輪機2的主流速度V和漏流速度V的矢量線圖。圖1OB是表示汽輪機2的主流速度V和漏流速度V的矢量線圖。圖1OC是表示汽輪機2的主流速度V和漏流速度V的矢量線圖。圖11是汽輪機2的變形例2A的主要部分放大剖視圖。圖12是本發(fā)明的第三實施方式所涉及的汽輪機3的主要部分放大剖面立體圖。圖13是汽輪機3的葉片排列圖。圖14A是表示汽輪機3的主流速度V和漏流速度V的速度的矢量線圖。圖14B是表示汽輪機3的主流速度V和漏流速度V的速度的矢量線圖。圖14C是表示汽輪機3的主流速度V和漏流速度V的速度的矢量線圖。圖15是本發(fā)明的第四實施方式所涉及的汽輪機4的主要部分放大剖面立體圖。圖16是汽輪機4的葉片排列圖。圖17A是表示汽輪機4的主流速度V和漏流速度V的速度的矢量線圖。圖17B是表示汽輪機4的主流速度V和漏流速度V的速度的矢量線圖。圖17C是表示汽輪機4的主流速度V和漏流速度V的速度的矢量線圖。圖18是省略了本發(fā)明所涉及的導向曲面57的模型I的分析結(jié)果。圖19是形成了本發(fā)明所涉及的導向曲面57的模型2的分析結(jié)果。圖20是表示本發(fā)明所涉及的模型1、2的透平機效率和泄漏流量-主流流量比的圖表。圖21是表示將本發(fā)明適用于靜葉片40的示例的主要部分放大剖視圖，與圖1中的主要部分J相當。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行詳細說明。(第一實施方式)圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式所涉及的汽輪機(透平機)I的概略構(gòu)成剖視圖。汽輪機I主要由以下構(gòu)成:外殼(定子)10 ;調(diào)節(jié)閥20，對流入到外殼10的蒸汽S的量和壓力進行調(diào)節(jié)；軸體(轉(zhuǎn)子)30，旋轉(zhuǎn)自如地設(shè)于外殼10的內(nèi)部，將動力傳遞至未圖示的發(fā)電機等機械；靜葉片40，保持于外殼10 ;動葉片(葉片體)50，設(shè)于軸體30 ;及軸承部60，將軸體30支撐為能夠繞軸旋轉(zhuǎn)。外殼10內(nèi)部空間被氣密性地密封,并形成蒸汽S的流路。該外殼10具有牢固地固定于外殼內(nèi)壁面的環(huán)狀的隔板外輪(收容凹體)11而圍繞軸體30。調(diào)節(jié)閥20在外殼10的內(nèi)部安裝有多個，分別具備蒸汽S從未圖示的鍋爐流入的調(diào)節(jié)閥室21、閥體22及閥座23，在閥體22離開閥座23時蒸汽流路打開，蒸汽S經(jīng)由蒸汽室24流入到外殼10的內(nèi)部空間。軸體30具備軸主體31及從該軸主體31的外周沿徑向延伸的多個盤部32。該軸體30將旋轉(zhuǎn)能傳遞至未圖示的發(fā)電機等機械。該軸體30在外殼10的內(nèi)部插通隔板外輪11。靜葉片40具有從隔板外輪11朝向軸體30沿徑向延伸的葉片49及在葉片49的徑向前端部沿周向延伸的輪轂圍帶41。該靜葉片40以圍繞軸體30的方式呈放射狀地配置多個而構(gòu)成環(huán)狀靜葉柵，分別保持于上述的隔板外輪11。各靜葉片40通過輪轂圍帶41沿周向連續(xù)而彼此連接，整體上觀察呈環(huán)狀相連的輪轂圍帶41與軸體30相對。由這些多個靜葉片40構(gòu)成的環(huán)狀靜葉柵沿轉(zhuǎn)軸方向隔開間隔地形成六個，將蒸汽S引導至與下游側(cè)相鄰的動葉片50偵U。動葉片50具有從軸體30朝向隔板外輪11沿徑向延伸的葉片59和在葉片59的徑向前端部沿周向延伸的葉冠(圍帶)51。該動葉片50在各環(huán)狀靜葉柵的下游側(cè)呈放射狀地配置多個而構(gòu)成環(huán)狀動葉柵，分別牢固地安裝于軸體30所具有的盤部32的外周部。這些動葉片50的前端部被設(shè)置為，各動葉片50以整體上觀察呈環(huán)狀的葉冠51而彼此連接，并與隔板外輪11相對。這樣的環(huán)狀動葉柵和環(huán)狀靜葉柵被設(shè)為一組一級。即，在汽輪機I中構(gòu)成六級。而且，蒸汽S的主流M從調(diào)節(jié)閥20側(cè)沿轉(zhuǎn)軸方向交替地流經(jīng)靜葉片40和動葉片50。在以下的說明中，將軸體30的轉(zhuǎn)軸方向稱為“軸向”，將軸向的主流上游側(cè)稱為“軸向上游側(cè)”，將軸向的主流下游側(cè)稱為“軸向下游側(cè)”。圖2是表示圖1中的主要部分I的主要部分放大剖視圖。如圖2所示，在葉冠51的前端側(cè)形成階梯部52A 52C。這些階梯部52A 52C以距葉片59的高度從軸向上游側(cè)朝向軸向下游側(cè)逐漸變高的方式形成為階梯狀。在這些階梯部52A 52C，分別沿周向延伸并與徑向正交的外周面(周面)53A 53C構(gòu)成葉冠51的階梯狀的外周面。在隔板外輪11，在與葉冠51對應的部位形成有環(huán)狀槽(環(huán)狀的凹部)11A，在該環(huán)狀槽IlA內(nèi)呈環(huán)狀連接的多個葉冠51以留有間隙G的狀態(tài)被收容。該間隙G如圖2所示，與周向正交的剖面的剖面形狀形成為U字形(或倒U字形)，形成于葉冠51的前緣54與隔板外輪11的上游槽側(cè)面Ila之間的軸向間隙ga和形成于葉冠51的后緣55與隔板外輪11的下游槽側(cè)面Ilb之間的軸向間隙gb由形成于葉冠51的外周面53 (53A 53C)與隔板外輪11的槽底面Ilc之間的徑向間隙gc連通。為了密封該間隙G，在隔板外輪11的環(huán)狀槽Ila的槽底面Ilc配置有與三個階梯部52 (52A 52C)——對應地延伸的三個密封片15 (15A 15C)，在密封片15 (15A 15C)的前端與各外周面53 (53A 53C)之間形成有微小間隙H (Hl H3)。在該葉冠51，在后緣55中的位于主流M側(cè)且與主流M接觸的后緣端部56與階梯部52C的外周面53C之間形成有導向曲面57。導向曲面57中，與周向相交的剖面的剖面輪廓形成為四分之一橢圓狀。該導向曲面57隨著從微小間隙H3的軸向下游的始端(外周面53C的終端)前進至軸向下游側(cè)而曲率半徑變大，并將外周面53C和后緣端部56連接。
回到圖1，軸承部60具備軸頸軸承裝置61及滑動軸承裝置62，將軸體30旋轉(zhuǎn)自如地支撐。接著，使用附圖對由上述構(gòu)成組成的汽輪機I的動作進行說明。圖3是汽輪機I的作用說明圖，是與周向相交的剖面的主要部分放大圖。首先，將調(diào)節(jié)閥20 (參照圖1)設(shè)為打開狀態(tài)時，蒸汽S從未圖示的鍋爐流入到外殼10的內(nèi)部空間。蒸汽S依次通過各級的環(huán)狀靜葉柵和環(huán)狀動葉柵。此時，通過靜葉片40將壓力能轉(zhuǎn)化為速度能，經(jīng)過了靜葉片40的蒸汽S中的大部分流入到構(gòu)成同一級的動葉片50間(主流M)，通過動葉片50將蒸汽S的速度能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)能，從而向軸體30施加旋轉(zhuǎn)力。另一方面，如圖3所示，蒸汽S中的一部分(例如百分之幾)從靜葉片40流出之后，從軸向間隙ga流入到間隙G而成為漏流L。該漏流L經(jīng)過微小間隙H1、H2到達密封片15B、15C之間的腔。而且，到達該腔的漏流L沿著外周面53C通過微小間隙H3。通過了微小間隙H3的漏流L沿著外周面53C流到軸向下游側(cè)之后，以附著于導向曲面57的狀態(tài)流動直至后緣端部56。圖4是用于說明汽輪機I的作用的主要部分放大剖面立體圖，圖5是表示汽輪機I的主流速度V和漏流速度V的矢量線圖。若更詳細地對上述作用進行說明，通過了微小間隙H3的漏流L由于沒有對動葉片50施加旋轉(zhuǎn)能而保存了由靜葉片40賦予的速度能的大部分。即，周向(轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向)速度分量比較大，且該周向速度分量大于動葉片50 (葉冠51)的周向速度分量。因此，如圖4所示，通過了微小間隙H3的漏流L沿著導向曲面57向徑向內(nèi)側(cè)且轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向流動。而且，漏流L從后緣端部56向通過了動葉片50的主流M流出。此時，如圖5A C所示，主流M的主流速度V僅具有軸向速度分量，而漏流L的漏流速度V具有周向速度分量V0 (=V01)和徑向速度分量Vk (=VK1)。如圖3所示，從后緣端部56向主流M流出的漏流L 一部分與主流M混合，另一方面，另一部分被主流M從軸向上游側(cè)朝向下游側(cè)沖走之后，與環(huán)狀槽IlA的下游槽側(cè)面Ilb接觸，從徑向內(nèi)側(cè)朝向外側(cè)流動。這樣一來，通過沿著導向曲面57朝向徑向內(nèi)側(cè)的流動、沿著主流M朝向軸向下游側(cè)的流動和大致沿著下游槽側(cè)面Ilb朝向徑向外側(cè)的流動，在導向曲面57、槽底面Ilc和下游槽側(cè)面Ilb隔開的空間中如圖3所示形成繞著紙面逆時針方向流動的正渦流C。該正渦流C在間隙G和主流流路的分界區(qū)未與主流M逆向流動(圖3中的箭頭Cl)，而且沒有沿著后緣55將主流M引入至間隙G，因此不會攪拌主流Μ。這樣一來，汽輪機I高效地進行工作。如以上說明那樣，根據(jù)汽輪機1，形成于外周面53C和后緣端部56之間的導向曲面57將沿著外周面53C流動的漏流L以順沿的方式從外周面53C引導至后緣端部56，因此通過漏流L從后緣端部56向主流M側(cè)流出而形成正渦流C。該正渦流C在間隙G和主流流路的分界區(qū)未與主流M逆向流動，而且沒有沿著葉冠51的后緣55將主流M引入至間隙G，因此不會攪拌主流Μ。因此，能夠抑制混合損失的產(chǎn)生，能夠提高透平機效率。
圖6是汽輪機I的比較例01的主要部分放大剖視圖。另外，在圖6的比較例中，對與汽輪機I對應的構(gòu)成要素標以相同的標號。如圖6所示，在不形成導向曲面57而利用與軸向相交的端面057將外周面53C和后緣端部56連接的情況下，在形成于端面057和外周面53C之間的角部057a，沿著外周面53C流動的漏流L將剝離。而且，漏流L沿軸向下游側(cè)流經(jīng)在徑向上與外周面53C大致相同的位置，在到達下游槽側(cè)面Ilb之后沿著下游槽側(cè)面Ilb朝向徑向內(nèi)側(cè)，從而形成沿與正渦流C相反的方向流動的反渦流X。S卩，當沿著外周面53C流動的漏流L在與主流M間隔開的位置剝離而形成反渦流X時，該反渦流X在間隙G和主流流路的分界區(qū)相對于主流M逆向流動(圖6中的箭頭Xl)，而且由于在葉冠51的后緣55將主流M引入至間隙G (箭頭x2)，因而攪拌主流M而產(chǎn)生混合損失。但是，由汽輪機I的構(gòu)成形成的正渦流C在間隙G和主流流路的分界區(qū)未與主流M逆向流動(圖3中的箭頭Cl)，而且沒有沿著葉冠51的后緣55將主流M引入至間隙G，因此不會攪拌主流M，能夠抑制混合損失的產(chǎn)生，能夠提高透平機效率。另外，在本實施方式中，將導向曲面57設(shè)置為與周向相交的剖面的剖面輪廓形成為四分之一橢圓狀，但也可以是與橢圓外周中的其他一部分相當?shù)男螤畹臋E圓輪廓。而且，例如如圖7所示的變形例IA那樣，導向曲面57A也可以形成為圓弧狀(在圖7的示例中為四分之一圓弧狀)。而且，在本實施方式中，導向曲面57形成為將外周面53C和后緣端部56連接的構(gòu)成，但如圖7所不的變形例IA那樣,導向曲面57A和后緣端部56也可以利用與軸向相交的端面58來連接。即，導向曲面57無需形成為將漏流L僅沿著導向曲面57引導至后緣端部56，在使漏流L從導向曲面57A流出之后沿著其他面(例如端面58)到達后緣端部56也能夠得到與上述效果同樣的效果。即，導向曲面57A只要形成為使漏流L沿著與導向曲面57A連續(xù)的其他面最終到達后緣端部56即可。換言之，導向曲面57A使沿著外周面53C流動的漏流L以沿著導向曲面57A及其他面的方式從外周面53C引導至后緣端部56的情況也包含于本發(fā)明中。而且,在本實施方式中，以與徑向正交的方式形成外周面53C,但對于以隨著向軸向下游側(cè)前進而逐漸擴大直徑或縮小直徑的方式形成的外周面，也能夠適用本發(fā)明。即，外周面53C只要與徑向相交就能夠適用本發(fā)明。(第二實施方式)接著，使用附圖對本發(fā)明的第二實施方式所涉及的汽輪機2進行說明。圖8是汽輪機2的主要部分放大剖視圖，圖9是汽輪機2的主要部分放大剖面立體圖。另外，在圖8及圖9中,對與圖1 圖7同樣的構(gòu)成要素,標以相同的標號并省略其說明。如圖8所示，汽輪機2中，與汽輪機I的后緣端部56相當?shù)暮缶壎瞬?0不同于汽輪機I。后緣端部70形成從葉冠51向軸向下游側(cè)延伸的軸向翅片，軸向間隙gb變窄。該后緣端部70的徑向外側(cè)與導向曲面57連接，并且形成隨著從導向曲面57向軸向下游側(cè)前進而逐漸朝向徑向內(nèi)側(cè)的錐面70a。
如圖9所示，通過了微小間隙H3的漏流L沿著導向曲面57流向后緣端部70。至Ij達后緣端部70的漏流L在被后緣端部70引導而使流向沿軸向下游側(cè)發(fā)生較大改變之后，沿著錐面70a流動，并從軸向間隙gb向主流M側(cè)流出。圖1OA C是表示汽輪機2的主流速度V和漏流速度V的矢量線圖。對上述作用進行更詳細地說明，以漏流速度V1 (徑向速度分量νκ1、周向速度分量V01、軸向速度分量O)(參照圖5A C)到達后緣端部70的漏流L被后緣端部70引導，以漏流速度V2 (徑向速度分量vK2、周向速度分量V e 1、軸向速度分量vzl)向主流M流出。即，從導向曲面57流出的漏流L通過后緣端部70將徑向速度分量νκ的一部分轉(zhuǎn)化為軸向速度分量vz，徑向速度分量從Vri大幅減小至Vk2 (參照圖1OA C及圖5的A、B),另一方面,軸向速度分量Vz從O增加至vzl (參照圖1OA C及圖5的B、C)。因此，漏流L以軸向速度分量增加至Vzi的狀態(tài)從后緣端部70向軸向下游側(cè)流出，因此正渦流C較強地形成，將沿著導向曲面57流動的漏流L推靠于導向曲面57。而且，漏流L的徑向速度分量νκ從vK1減小至vK2，相對于主流M的徑向速度分量 O)的差分減小。即，抑制主流M的攪拌并使漏流L平滑地與主流M匯合。如以上說明那樣，根據(jù)汽輪機2，后緣端部70形成為沿軸向延伸的軸向翅片，因此徑向速度分量Vk的一部分轉(zhuǎn)化為軸向速度分量VZ。由此，正渦流C較強地形成，將沿著導向曲面57流動的漏流L推靠于導向曲面57。因此，漏流L更難剝離，能夠穩(wěn)定地得到主流M的攪拌抑制效果。而且，后緣端部70形成為沿軸向延伸的軸向翅片，因此能夠削減被后緣端部70弓丨導的漏流L的徑向速度分量νκ。由此，主流M的徑向速度分量( O)和漏流L的徑向速度分量νκ (=νΕ2<νΕ1)的差分變小。因此，能夠抑制主流M的攪拌并使漏流L平滑地與主流M匯合，因此能夠進一步降低混合損失。另外，在本實施方式中，如圖11所示的變形例2A那樣，也可以使用導向曲面57A。而且，導向曲面57和錐面70a可以以具有曲率的方式平滑地連續(xù)，也可以以形成角的方式不連續(xù)地構(gòu)成。而且，軸向翅片的前端可以設(shè)置與軸向相交的端面(參照圖8)，也可以不設(shè)置端面而形成尖緣。(第三實施方式)接著，使用附圖對本發(fā)明的第三實施方式所涉及的汽輪機3進行說明。圖12是汽輪機3的主要部分放大剖面立體圖，圖13是汽輪機3的葉片排列圖。另夕卜，在圖12及圖13中，對與圖1 圖11同樣的構(gòu)成要素，標以相同的標號并省略其說明。如圖12所不,汽輪機3在導向通路81形成于汽輪機I的導向曲面57這一方面不同于上述的汽輪機I。如圖12所示，導向通路81形成為槽狀，在從徑向外側(cè)向內(nèi)側(cè)觀察的情況下，從導向曲面57的始端(外周面53C的終端)彎曲地延伸至后緣端部56。更具體而言，如圖13所示，使漏流L從外周面53C流入的流入部81a和在后緣端部56使漏流L流出的流出部81b形成為沿與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的方向錯開。換言之，導向通路81的流出部81b形成得比流入部81a更靠轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的下游側(cè)。該導向通路81在導向曲面57相互隔開間隔地沿周向形成多個。
上述導向通路81基于設(shè)定于汽輪機3的額定轉(zhuǎn)數(shù)或動葉片50的周向位置，設(shè)定導向通路81的條數(shù)、流入部81a及流出部81b的周向位置和延伸方向，以使得在流入到間隙G的漏流L向主流M側(cè)流出時減小周向速度分量ve (后述。)。接著，對汽輪機3的作用進行說明。如圖13所示的速度三角形那樣，在上游級的動葉片50的流出部，相對速度為W1的蒸汽S由于動葉片50的轉(zhuǎn)速U1而以絕對速度C1從動葉片50流出。接著，流入到靜葉片40的蒸汽S以絕對速度C1流入到靜葉片40之后，通過靜葉片40來變更流向，以絕對速度C2從靜葉片40流出。而且，以該絕對速度C2流出的蒸汽S由于動葉片50的轉(zhuǎn)速U2而以相對速度W2向動葉片50流入。對動葉片50施加了旋轉(zhuǎn)能的主流M如圖13所示，由于動葉片50的轉(zhuǎn)速U2而以絕對速度c2 (=V)、相對速度W2 (=V’)從動葉片50流出。另一方面，漏流L由于基本沒有對動葉片50施加旋轉(zhuǎn)能，因此以保存了從靜葉片40流出時的速度能(絕對速度C2、相對速度W2)的大部分的漏流速度V (絕對速度V，相對速度V’)通過微小間隙H3。通過了微小間隙H3的漏流L中的流入到導向通路81的一部分在流經(jīng)導向通路81的過程中，被賦予與動葉片50的旋轉(zhuǎn)方向(正速度分量)相反方向的周向速度分量(負速度分量)，從而周向速度分量減小。若從動葉片50側(cè)觀察，漏流L流經(jīng)導向通路81而由漏流L向動葉片50的旋轉(zhuǎn)方向賦予周向速度分量，由此從漏流L回收旋轉(zhuǎn)能。因此，流過導向曲面57的漏流L整體的速度能小于從靜葉片40流出時的速度能。因此，漏流L的速度V3小于上述第一實施方式中的漏流L的速度V1。這樣一來，漏流L以漏流速度V3 (絕對速度V、相對速度V’)從后緣端部56向主流M流出。圖14A C是表示汽輪機3的主流速度V和漏流速度V的矢量線圖。如圖14A C所示，對到達后緣端部56時的漏流速度V1 (第一實施方式)和漏流速度V3進行比較時，漏流L的周向速度分量V e減小，相對于主流M的周向速度分量的差分減小而保持基本一致。而且，與主流M正交的速度分量V3= (VK32+Ve32) °_5小于第一實施方式中的速度分量V1= (VK12+Vei2)°_5。因此，漏流L平滑地與主流M匯合。如以上說明那樣，根據(jù)汽輪機3，形成沿與葉冠51相對于隔板外輪11的相對旋轉(zhuǎn)方向相反的方向引導的導向通路81，因此對沿相對旋轉(zhuǎn)方向流動的漏流L賦予相反方向的周向速度分量ve，漏流L的周向速度分量V0變小。因此，能夠抑制主流M的攪拌并使漏流L平滑地與主流M匯合，因此能夠進一步降低混合損失。而且，能夠利用導向通路81回收漏流L的速度能，因此能夠提高透平機效率。另外，在本實施方式中，導向通路81形成為槽形，但例如利用沿導向曲面57的法線方向突出的突壁(或葉片狀體)形成導向通路81也能夠得到與上述效果同樣的效果。而且，在本實施方式中，也可以取代導向曲面57而使用導向曲面57A(參照圖7及圖11)。另外，在利用端面58將導向曲面57A和后緣端部56之間連接的情況下，也可以在端面58形成導向通路。(第四實施方式)接著，使用附圖對本發(fā)明的第四實施方式所涉及的汽輪機4進行說明。
圖15是汽輪機4的主要部分放大剖面立體圖，圖16是汽輪機4的葉片排列圖。另夕卜，在圖15及圖16中,對與圖1 圖14C同樣的構(gòu)成要素,標以相同的標號并省略其說明。如圖15所示，汽輪機4是對已在第二實施方式中說明的后緣端部70和已在第三實施方式中說明的導向通路81進行重疊地適用的汽輪機。在汽輪機4中，將輔助導向通路82形成于后緣端部70的錐面70a，該輔助導向通路82在軸向上游側(cè)與導向通路81連通并且在軸向下游側(cè)朝向間隙G開放。接著，對汽輪機4的作用進行說明。如圖16所示，對動葉片50施加了旋轉(zhuǎn)能的主流M由于動葉片50的轉(zhuǎn)速U2而以絕對速度c2 (=V)、相對速度W2 (=V’)從動葉片50流出。另一方面，漏流L以保存了從靜葉片40流出時的速度能(絕對速度C2、相對速度W2)的大部分的漏流速度V (絕對速度V、相對速度V’)向?qū)蚯?7及導向通路81流入。由于漏流L在導向通路81被賦予與動葉片50的旋轉(zhuǎn)方向相反方向的周向速度分量νθ，從而漏流L整體的周向速度分量V0減小。到達后緣端部70的漏流L被后緣端部70引導而使流向沿軸向下游側(cè)發(fā)生較大改變，徑向速度分量Vr大幅減小至νκ4，另一方面軸向速度分量Vz從O增加至VZ1。而且，漏流L從軸向間隙gb向主流M側(cè)流出，而以順沿的方式與主流M匯合。圖17A C是表示汽輪機4的主流速度V和漏流速度V的矢量線圖。如圖17A C所示，對向主流M流出時的漏流速度V1 (第一實施方式)和漏流速度V4進行比較時,周向速度分量V0從V01大幅減小。而且，徑向速度分量VkW Vk1大幅減小至Vk4,另一方面，軸向速度分量Vz從O增加至Vzl。S卩，在漏流速度V的周向速度分量V0、徑向速度分量Vk、軸向速度分量Vz的全部中，相對于主流速度V的各方向速度分量的差分變小，因此以進一步抑制了主流M的攪拌的狀態(tài)使漏流L極其平滑地與主流M匯合。如以上說明那樣，根據(jù)汽輪機4，以進一步抑制了主流M的攪拌的狀態(tài)使漏流L極其平滑地與主流M匯合，因此能夠極其有效地降低混合損失，能夠大幅提高透平機效率。而且，由于軸向速度分量vz增加，正渦流C較強地形成，將沿著導向曲面57流動的漏流L推靠于導向曲面57，因此漏流L變得更難剝離，能夠穩(wěn)定地得到主流M的攪拌抑制效果。而且，能夠利用導向通路81及輔助導向通路82來回收漏流L的速度能，因此能夠提高透平機效率。(模擬)此處，對于因?qū)蚯?7的有無引起的透平機效率及泄漏流量-主流流量比的關(guān)系，對進行模擬而得到的結(jié)果進行說明。圖18是省略了導向曲面57的模型I的模擬結(jié)果，圖19是形成了導向曲面57的模型2的模擬結(jié)果。另外，在圖18及圖19中，對與圖1 圖17C同樣的構(gòu)成要素，標以相同的標號并省略其說明。各模型中，將后緣端部56和下游槽側(cè)面Ilb的軸向距離形成得比上述各實施方式大。而且，在圖18所示的對比模型I中，形成為利用與軸向相交的端面057和與徑向相交的外周面053D將外周面53C和后緣端部56之間連接的構(gòu)成。
如圖18所示，在省略了導向曲面57的模型I中，沿著外周面53C流動的漏流L在由外周面53C和端面057形成的角部057a剝離。因此，在端面057的軸向下游側(cè)形成反渦流X，并且在反渦流X的軸向下游側(cè)且徑向外側(cè)與反渦流X相接地形成渦流。因此，反渦流X相對于主流M逆向流動并且在后緣端部56卷起主流M，從而攪拌主流M。另一方面，在如圖19所示的模型2中，導向曲面57將沿著外周面53C流動的漏流L弓丨導至后緣端部56，在后緣端部56向主流M側(cè)流出。因此，沒有在導向曲面57的軸向下游側(cè)形成反渦流X，而在間隙G形成大的正渦流C。因此，不會在間隙G和主流流路的邊界對主流M產(chǎn)生攪拌。圖20是表示模型1、2的透平機效率和泄漏流量-主流流量比的圖表，圖中左側(cè)所示的兩種柱形圖表示模型1，圖中右側(cè)所示的兩種柱形圖表示模型2。兩種柱形圖中，標有點圖案的柱形圖表示透平機效率，空白的柱形圖表示泄漏流量-主流流量比。如圖20所示，對于泄漏流量-主流流量比，在模型I及模型2中基本無變化，另一方面，對于透平機效率，模型2大于模型I。即，能夠確認與模型I相比模型2的透平機效率更良好。另外，上述實施方式中所示的動作步驟或各構(gòu)成部件的各種形狀或組合等是一個示例，能夠在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)基于設(shè)計要求等進行各種變更。例如，在上述各實施方式中，將隔板外輪11與外殼10作為分體，但也可以與外殼10 一體形成。而且，上述各實施方式的導向曲面57、57A也可以形成為凹凸狀。通過這樣形成，沿著導向曲面57、57A流動的漏流L被紊流化，漏流L對導向曲面57、57A的附著性提高，因此漏流L將難以從導向曲面57、57A剝離。因此，能夠更切實地將漏流L引導至葉冠51的后緣端部56。另外，上述的“凹凸狀”包含從通過實施壓窩加工等而得到的能夠目視的程度的大小的凹凸狀至不能夠目視的程度的微小的凹凸狀。而且，在上述各實施方式中，將導向曲面57、57A的剖面輪廓形成為橢圓狀或圓弧狀，但可以形成為例如具有拐點的剖面輪廓，也可以將曲率不同的多個圓弧彼此或圓弧和直線平滑地連接。而且，在上述各實施方式中，將本發(fā)明適用于最后一級的動葉片50，但也能夠?qū)⒈景l(fā)明適用于任意一級的動葉片50。而且，在上述各實施方式中，將本發(fā)明適用于動葉片50，但如圖21所示，也可以將本發(fā)明適用于靜葉片40(在圖21中對與圖1 圖20中的構(gòu)成要素同樣的構(gòu)成要素標以相同的標號，對能夠近似的構(gòu)成要素標以相同的標號并括上括弧。)。在圖21的情況下，軸體30為轉(zhuǎn)子，通過軸主體31及相互鄰接的盤部32構(gòu)成收容凹體，在輪轂圍帶(圍帶)41的內(nèi)周面(周面)43C和后緣端部46之間形成導向曲面47。而且，在上述各實施方式中，將葉冠51形成為階梯狀，但也可以不形成階梯差而形成為平面狀。而且，在上述各實施方式中，設(shè)置三個階梯部52，但可以設(shè)置兩個，也可以設(shè)置四個以上。而且，階梯部52可以不形成為階梯狀，也可以形成為凸凹狀。 而且，無需如上述實施方式那樣使密封片15和階梯部52必須一一對應，對于它們的數(shù)量能夠任意地設(shè)計。而且，在上述實施方式中，將本發(fā)明適用于凝汽式的汽輪機，但也可以將本發(fā)明適用于其他型式的汽輪機例如兩級抽氣透平機、抽氣透平機、混氣透平機等的透平機型式。而且，在上述實施方式中，將本發(fā)明適用于汽輪機，但也能夠?qū)⒈景l(fā)明適用于燃氣輪機。工業(yè)實用性本發(fā)明涉及一種透平機，具備:轉(zhuǎn)子，被旋轉(zhuǎn)自如地支撐；定子，設(shè)于上述轉(zhuǎn)子的周圍；葉片體，具有葉片和圍帶，其中，上述葉片設(shè)于上述轉(zhuǎn)子和上述定子中的一方，從上述一方的一側(cè)朝向另一方的一側(cè)沿徑向延伸；上述圍帶在上述葉片的徑向前端部沿周向延伸；及收容凹體，設(shè)于上述轉(zhuǎn)子和上述定子中的另一方，沿周向延伸，并且留有間隙地收容上述圍帶且相對于上述葉片體旋轉(zhuǎn)；從沿著上述葉片流動的主流漏出的漏流流經(jīng)上述間隙，在上述透平機中，上述圍帶中的、與上述收容凹體相對的周面和比上述周面更靠上述漏流的下游而形成于上述主流側(cè)的后緣端部之間形成導向曲面，上述導向曲面將沿著上述周面流動的漏流以順沿的方式從上述周面引導至上述后緣端部。根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制混合損失的產(chǎn)生，能夠提高透平機效率。附圖標記說明1、1A、2、2A、3、4…汽輪機(透平機)10…外殼(定子)11…隔板外輪(收容凹體)30…軸體(轉(zhuǎn)子)31…軸主體(收容凹體)32…盤部(收容凹體)40…靜葉片(葉片體)41…輪轂圍帶(圍帶)430.內(nèi)周面(周面)50…動葉片(葉片體)51…葉冠(圍帶)530.外周面(周面)46、56、70…后緣端部 57、57A…導向曲面81…導向通路G…間隙L...漏流M…主流
權(quán)利要求
1.一種透平機，具備: 轉(zhuǎn)子，被旋轉(zhuǎn)自如地支撐； 定子，設(shè)于所述轉(zhuǎn)子的周圍； 葉片體，具有葉片和圍帶，其中，所述葉片設(shè)于所述轉(zhuǎn)子和所述定子中的一方，從所述一方的一側(cè)朝向另一方的一側(cè)沿徑向延伸；所述圍帶在所述葉片的徑向前端部沿周向延伸, 及 收容凹體，設(shè)于所述轉(zhuǎn)子和所述定子中的另一方，沿周向延伸，并且，留有間隙地收容所述圍帶且相對于所述葉片體旋轉(zhuǎn)， 從沿著所述葉片流動的主流漏出的漏流流經(jīng)所述間隙， 所述透平機的特征在于， 所述圍帶中的、與所述收容凹體相對的周面和比所述周面更靠所述漏流的下游而形成于所述主流側(cè)的后緣端部之間形成導向曲面，所述導向曲面將沿著所述周面流動的漏流以順沿的方式從所述周面引導至所述后緣端部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的透平機，其中，所述后緣端部形成為沿轉(zhuǎn)軸方向延伸的軸向翅片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的透平機，其中，在所述導向曲面形成沿與所述圍帶相對于所述收容凹部的相對旋轉(zhuǎn)方向相反的方向引導的導向通路， 所述導向通路被設(shè)置為，在所述周面?zhèn)仁顾雎┝髁魅氲牧魅氩亢驮谒龊缶壎瞬總?cè)使所述漏流流出的流出部沿與所述相對旋轉(zhuǎn)方向相反的方向錯開。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的透平機，其中， 所述導向通路形成為槽狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的透平機，其中， 所述導向通路由沿所述導向曲面的法線方向突出的突壁形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的透平機，其中， 所述導向曲面被設(shè)置為，與周向相交的剖面的剖面輪廓形成為圓弧狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項所述的透平機，其中， 所述導向曲面被設(shè)置為，與周向相交的剖面的剖面輪廓形成為橢圓狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項所述的透平機，其中， 所述導向曲面至少與所述葉片的表面相比形成凹凸狀。
全文摘要
本發(fā)明的透平機具備葉片體(50)，具有葉片(59)和圍帶(51)，其中，上述葉片(59)設(shè)于被旋轉(zhuǎn)自如地支撐的轉(zhuǎn)子及設(shè)于上述轉(zhuǎn)子的周圍的定子中的一方，從上述一方的一側(cè)朝向另一方的一側(cè)沿徑向延伸，上述圍帶(51)在葉片(59)的徑向前端部沿周向延伸；及收容凹體(11)，設(shè)于上述轉(zhuǎn)子及定子中的另一方，沿周向延伸，并且留有間隙(G)地收容圍帶(51)且相對于葉片體(50)旋轉(zhuǎn)；從沿著葉片(59)流動的主流(M)漏出的漏流(L)流經(jīng)間隙(G)，上述透平機(1)中，圍帶(59)中的、與收容凹體(11)相對的周面(53C)和比周面(53C)更靠漏流(L)的下游而形成于主流(M)側(cè)的后緣端部(56)之間形成導向曲面(57)，上述導向曲面(57)將沿著周面(53C)流動的漏流(L)以順沿的方式從周面(53C)引導至后緣端部(56)。
文檔編號F01D11/08GK103097666SQ20118004019
公開日2013年5月8日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者桑村祥弘, 松本和幸, 大山宏治, 田中良典, 松浦正昭, 松尾朝春 申請人:三菱重工業(yè)株式會社