專利名稱：渦輪葉柵端壁的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種渦輪葉柵端壁。
背景技術(shù)：
在作為將流體的運(yùn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而得到動(dòng)力的動(dòng)力產(chǎn)生裝置的渦輪的 渦輪葉柵端壁上，從一個(gè)渦輪葉片的腹側(cè)朝向相鄰的渦輪葉片的背側(cè)產(chǎn)生所謂的“橫流 (二次流動(dòng))”。為實(shí)現(xiàn)渦輪性能的提高，需要降低該橫流，并且降低伴隨該橫流產(chǎn)生的二次流動(dòng) 損失。因此，作為使這樣的伴隨橫流的二次流動(dòng)損失降低，實(shí)現(xiàn)渦輪性能的提高的結(jié)構(gòu)， 已知有在渦輪葉柵端壁上具有非軸對(duì)稱地形成的凹凸(例如參照專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 美國專利第6283713號(hào)說明書

發(fā)明內(nèi)容
在上述專利文獻(xiàn)公開的渦輪葉柵端壁中，在一個(gè)渦輪葉片的腹側(cè)后緣側(cè)形成凹 部，在相鄰的渦輪葉片的背側(cè)后緣側(cè)形成凸部。然而，對(duì)于在背側(cè)后緣側(cè)形成的凸部，在該處靜壓降低，葉片出口的流出角度增 大，使位于具有凹凸的對(duì)象葉柵的下游的葉柵的性能惡化，擔(dān)心反倒使具有多個(gè)葉柵的渦 輪整體的性能降低。本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，其目的在于提供一種渦輪葉柵端壁，其能夠使 橫流降低，并且能夠使伴隨著橫流的二次流損失降低，能夠?qū)崿F(xiàn)提高渦輪性能。本發(fā)明為了解決上述課題，采用了以下的手段。本發(fā)明第一方式的渦輪葉柵端壁，位于環(huán)狀排列的多個(gè)渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片 的尖端側(cè)或輪轂側(cè)，其特征在于，在設(shè)0% Cax為軸方向上的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的前 緣位置、100% Cax為軸方向上的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的后緣位置、0%間距為渦輪靜 葉片或渦輪動(dòng)葉片的腹面上的位置、100%間距為與上述渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的腹面 相對(duì)的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的背面上的位置的情況下，在一個(gè)渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉 片和與該渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片相鄰配置的其他的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片之間具備 凸部，所述凸部在5 25% Cax、0 20%間距的位置具有頂點(diǎn)，從該頂點(diǎn)朝向下游側(cè)及相 鄰配置的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的背面緩慢地傾斜，并且從該頂點(diǎn)朝向上游側(cè)稍微急速 地傾斜，整體平緩地隆起。根據(jù)本發(fā)明第一方式的渦輪葉柵端壁，能夠降低凸部附近的靜壓，能夠增加動(dòng)作 流體向軸方向的流動(dòng)，因此能夠降低橫流，并且能夠降低伴隨橫流的二次流動(dòng)的損失，能夠 實(shí)現(xiàn)渦輪性能的提高。本發(fā)明的第二方式的渦輪葉柵端壁，位于環(huán)狀排列的多個(gè)渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉 片的尖端側(cè)或輪轂側(cè)，其特征在于，在設(shè)0% Cax為軸方向上的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的前緣位置、100% Cax為軸方向上的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的后緣位置、0%間距為渦輪 靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的腹面上的位置、100%間距為與上述渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的腹 面相對(duì)的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的背面上的位置的情況下，在一個(gè)渦輪靜葉片或渦輪動(dòng) 葉片和與該渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片相鄰配置的其他的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片之間具 備凹部，所述凹部在5 25% Cax、70 90%間距的位置具有底點(diǎn)，從該底點(diǎn)朝向下游側(cè)及 相鄰配置的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的腹面緩慢地傾斜，并且從該底點(diǎn)朝向上游側(cè)稍微急 速地傾斜，整體平緩地凹陷。根據(jù)本發(fā)明的第二方式的渦輪葉柵端壁，能夠增加凹部附近的靜壓，能夠增加動(dòng) 作流體向軸方向的流動(dòng)，因此能夠降低橫流，并且能夠降低伴隨著橫流的二次流動(dòng)損失，能 夠?qū)崿F(xiàn)渦輪性能的提高。進(jìn)而優(yōu)選在上述第一方式或第二方式的渦輪葉柵端壁的喉部附近設(shè)置整體平緩 地隆起的第二凸部或凸部。根據(jù)這樣的渦輪葉柵端壁，通過喉部附近的動(dòng)作流體的流速增加，其靜壓降低，并 且在渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的背面沿葉片高度方向產(chǎn)生的壓力梯度緩和，因此能夠抑制 在渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的背面產(chǎn)生的渦流，能夠降低伴隨著該渦流的二次流動(dòng)損失。本發(fā)明的第三方式的渦輪具備上述第一方式或第二方式的渦輪葉柵端壁。根據(jù)本發(fā)明的第三方式的渦輪，由于具備能夠降低橫流并且能夠降低伴隨著橫流 的二次流動(dòng)損失的渦輪葉柵端壁，因此能夠?qū)崿F(xiàn)提高渦輪整體的性能。根據(jù)本發(fā)明，產(chǎn)生如下效果能夠降低橫流，并且能夠降低伴隨著橫流的二次流動(dòng) 損失，能夠?qū)崿F(xiàn)提高渦輪性能。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的渦輪葉柵端壁的要部平面圖。圖2是本發(fā)明第二實(shí)施方式的渦輪葉柵端壁的要部平面圖。圖3是本發(fā)明第三實(shí)施方式的渦輪葉柵端壁的要部平面圖。圖4是本發(fā)明第四實(shí)施方式的渦輪葉柵端壁的要部平面圖。圖5是本發(fā)明其他實(shí)施方式的渦輪葉柵端壁的要部平面圖。圖6是表示圖5所示的渦輪靜葉片的背面的等壓線的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照?qǐng)D1對(duì)本發(fā)明的渦輪葉柵端壁的第一實(shí)施方式進(jìn)行說明。如圖1所示，本實(shí)施方式的渦輪葉柵端壁(以下稱為“第三級(jí)靜葉片尖端端 壁”。)10是在一個(gè)渦輪第三級(jí)靜葉片(以下稱為“第三級(jí)靜葉片”。)B1和與該第三級(jí)靜葉 片Bl相鄰配置的第三級(jí)靜葉片Bl之間分別具有第一凸部11的部件。在圖1中的第三級(jí)靜葉片尖端端壁10上描繪的實(shí)線表示第一凸部11的等高線、 后述的第二凸部12的等高線、及后述第三凸部13的等高線。第一凸部11為如下所述的部分在5 25% Cax (本實(shí)施方式中大致14% Cax)、 0 20%間距(本實(shí)施方式中大致7%間距)的位置具有頂點(diǎn)P1，從該頂點(diǎn)P 1朝向下游側(cè) 及相鄰配置的第三級(jí)靜葉片Bl的背面緩慢地傾斜并且從該頂點(diǎn)Pl朝向上游側(cè)稍微急速地傾斜(以比從頂點(diǎn)Pl朝向下游側(cè)及相鄰配置的第三級(jí)靜葉片Bl的背面的傾斜角大(急) 的傾斜角傾斜)、整體平緩地(平滑地)隆起。在此，0% Cax是指軸方向上的第三級(jí)靜葉片Bl的前緣位置，100% Cax是指軸方 向上的第三級(jí)靜葉片Bl的后緣位置。另外，_(負(fù))是指從第三級(jí)靜葉片Bl的前緣位置沿 軸方向回溯到上游側(cè)的位置，+(正)是指從第三級(jí)靜葉片Bl的前緣位置沿軸方向前進(jìn)到 下游側(cè)的位置。進(jìn)而，0%間距是指第三級(jí)靜葉片Bl的腹面上的位置，100%間距是指第三 級(jí)靜葉片Bl的背面上的位置。并且，該第一凸部11的頂點(diǎn)Pl的高度(凸量)為第三級(jí)靜葉片Bl的軸弦長(第 三級(jí)靜葉片Bl的軸方向長度)的5% 20% (本實(shí)施方式中為約13% )。如圖1所示，本實(shí)施方式的第三級(jí)靜葉片尖端端壁10除了第一凸部11以外還具 有從大致0% Cax、大致100%間距的位置朝向第一凸部11的下圍部緩慢地傾斜的第二凸 部12 ；及從大致90% Cax、大致100%間距的位置朝向第一凸部11的下圍部緩慢地傾斜的 第三凸部13。根據(jù)本實(shí)施方式的第三級(jí)靜葉片尖端端壁10，能夠降低第一凸部11附近的靜壓， 能夠增加動(dòng)作流體向軸方向的流動(dòng)，因此能夠降低橫流，并且能夠降低伴隨著橫流的二次 流動(dòng)損失，能夠?qū)崿F(xiàn)提高渦輪性能。參照?qǐng)D2對(duì)本發(fā)明的渦輪葉柵端壁的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。如圖2所示，本實(shí)施方式的渦輪葉柵端壁(以下稱為“第三級(jí)靜葉片輪轂端 壁”。)20是在一個(gè)渦輪第三級(jí)靜葉片(以下稱為“第三級(jí)靜葉片”。)B1和與該第三級(jí)靜葉 片Bl相鄰配置的第三級(jí)靜葉片Bl之間分別具有第四凸部21的部件。在圖2中的第三級(jí) 靜葉片輪轂端壁20上描繪的實(shí)線表示第四凸部21的等高線及后述的第五凸部22的等高 線。第四凸部21如下所述的部分在5 25% Cax (本實(shí)施方式中大致14% Cax)、0 20%間距(本實(shí)施方式中大致3%間距)的位置具有頂點(diǎn)P2，從該頂點(diǎn)P2朝向下游側(cè)及相 鄰配置的第三級(jí)靜葉片Bl的背面緩慢地傾斜并且從該頂點(diǎn)P2朝向上游側(cè)稍微急速地傾斜 (以比從頂點(diǎn)P2朝向下游側(cè)及相鄰配置的第三級(jí)靜葉片B 1的背面的傾斜角大(急)的傾 斜角傾斜)、整體平緩地(平滑地)隆起。并且，該第四凸部21的頂點(diǎn)P2的高度(凸量)為第三級(jí)靜葉片Bl的軸弦長(第 三級(jí)靜葉片Bl的軸方向長度)的5% 20% (本實(shí)施方式中大約12. 5% )。如圖2所示，本實(shí)施方式的第三級(jí)靜葉片輪轂端壁20具有從相鄰配置的第三級(jí)靜 葉片Bl的大致-10% Cax至大致85% Cax之間的位置的背面朝向第四凸部21的下圍部緩 慢地傾斜的第五凸部22。根據(jù)本實(shí)施方式的第三級(jí)靜葉片輪轂端壁20，能夠降低第四凸部21附近的靜壓， 能夠增加動(dòng)作流體向軸方向的流動(dòng)，因此能夠降低橫流，并且能夠降低伴隨著橫流的二次 流動(dòng)損失，能夠?qū)崿F(xiàn)提高渦輪性能。參照?qǐng)D3對(duì)本發(fā)明的渦輪葉柵端壁的第3實(shí)施方式進(jìn)行說明。如圖3所示，本實(shí)施方式的渦輪葉柵端壁(以下稱為“第四級(jí)靜葉片尖端端 壁”。)30是在一個(gè)渦輪第四級(jí)靜葉片(以下稱為“第四級(jí)靜葉片”)B2和與該第四級(jí)靜葉 片B2相鄰配置的第四級(jí)靜葉片B2之間分別具有第一凹部31的部件。在圖3中的第四級(jí)靜葉片尖端端壁30上描繪的實(shí)現(xiàn)表示第一凹部31的等深線、及后述的第六凸部32的等深 線。第一凹部31如下所述的部分在5 25% Cax(本實(shí)施方式中大致17% Cax)且 70 90%間距(本實(shí)施方式中大致83%間距)的位置具有底點(diǎn)(凹陷的極值點(diǎn))P3，從該 底點(diǎn)P3朝向下游側(cè)及相鄰配置的第四級(jí)靜葉片B2的腹面緩慢地傾斜并且從該底點(diǎn)P3朝 向上游側(cè)稍微急速地傾斜(以比從底點(diǎn)P3朝向下游側(cè)及相鄰配置的第四級(jí)靜葉片B2的腹 面的傾斜角大的(急的)傾斜角傾斜)、整體平緩地(平滑地)凹陷。并且，該第一凹部31的底點(diǎn)P3的深度(凹量)為第四級(jí)靜葉片B2的軸弦長(第 四級(jí)靜葉片B2的軸方向長度)的5% 15% (本實(shí)施方式中為大約6% )。如圖3所示，本實(shí)施方式的第四級(jí)靜葉片尖端端壁30具有第六凸部32，所述第六 凸部32在大致90% Cax、大致90%間距的位置具有頂點(diǎn)P4，并且朝向底點(diǎn)P3及相鄰配置 的第四級(jí)靜葉片B2的腹面緩慢地傾斜。根據(jù)本實(shí)施方式的第四級(jí)靜葉片尖端端壁30，能夠增加第一凹部31附近的靜壓， 能夠增加動(dòng)作流體向軸方向的流動(dòng)，因此能夠降低橫流，并且能夠降低伴隨著橫流的二次 流動(dòng)的損失，能夠?qū)崿F(xiàn)提高渦輪性能。參照?qǐng)D4對(duì)本發(fā)明的渦輪葉柵端壁的第4實(shí)施方式進(jìn)行說明。如圖4所示，本實(shí)施方式的渦輪葉柵端壁(以下稱為“第四級(jí)靜葉片輪轂端 壁”。)40是在一個(gè)渦輪第四級(jí)靜葉片(以下稱為“第四級(jí)靜葉片”。)B2和與該第四級(jí)靜葉 片B2相鄰配置的第四級(jí)靜葉片B2之間分別具有第二凹部41的部件。圖4中第四級(jí)靜葉 片輪轂端壁40上描繪的實(shí)線表示第二凹部41的等深線。第二凹部41為如下所述的部分在5 25% Cax(本實(shí)施方式中大致18% Cax) 且70 90%間距(本實(shí)施方式中大致81%間距)的位置具有底點(diǎn)(凹陷的極值點(diǎn))P5，從 該底點(diǎn)P5朝向下游側(cè)及相鄰配置的第四級(jí)靜葉片B2的腹面緩慢地傾斜并且從該底點(diǎn)P5 朝向上游側(cè)稍微急速地傾斜(以比從底點(diǎn)P5朝向下游側(cè)及相鄰配置的第四級(jí)靜葉片B2的 腹面的傾斜角大的(急速的)傾斜角傾斜)、整體平緩地(平滑地)凹陷。并且，該第二凹部41的底點(diǎn)P5的深度(凹量)為第四級(jí)靜葉片B2的軸弦長(第 四級(jí)靜葉片B2的軸方向長度)的5% 15% (本實(shí)施方式中大約9. 4% )。根據(jù)本實(shí)施方式的第四級(jí)靜葉片輪轂端壁40，能夠增加第二凹部41附近的靜壓， 能夠增加動(dòng)作流體向軸方向的流動(dòng)，因此能夠降低橫流，并且能夠降低伴隨著橫流的二次 流動(dòng)的損失，能夠?qū)崿F(xiàn)提高渦輪性能。另外，根據(jù)具備上述實(shí)施方式的渦輪葉柵端壁10、20、30、40的渦輪，由于具備可 降低橫流并且可降低伴隨著橫流的二次流動(dòng)損失的渦輪葉柵端壁10、20、30、40，因此可以 實(shí)現(xiàn)提高渦輪整體的性能。在上述實(shí)施方式中，優(yōu)選在喉部附近的渦輪葉柵端壁10、20、30、40上進(jìn)一步設(shè)置 (形成)圖5所示的第七凸部51。通過在喉部附近的渦輪葉柵端壁10、20、30、40上設(shè)置這樣的第七凸部51，通過喉 部附近的動(dòng)作流體的流速增加，其靜壓降低，并且第三級(jí)靜葉片Bi、第四級(jí)靜葉片B2的背 面沿葉片高度方向(圖6中上下方向)產(chǎn)生的壓力梯度如圖6中的葉片面內(nèi)實(shí)線所示的等 壓線所示緩和，因此能夠抑制在第三級(jí)靜葉片Bi、第四級(jí)靜葉片B2的背面產(chǎn)生的渦流，能夠降低伴隨著該渦流的二次流動(dòng)損失。本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)可適當(dāng)根據(jù)需 要變形實(shí)施、變更實(shí)施、及組合實(shí)施。另外，在上述實(shí)施方式中，作為渦輪葉柵端壁以第三級(jí)靜葉片尖端端壁、第三級(jí)靜 葉片輪轂端壁、第四級(jí)靜葉片尖端端壁、及第四級(jí)靜葉片輪轂端壁為例進(jìn)行了說明，本發(fā)明 不限于此，也可適用于渦輪動(dòng)葉片的輪轂端壁、渦輪動(dòng)葉片的尖端端壁、或其他級(jí)的靜葉片 尖端端壁、或其他級(jí)的靜葉片尖端端壁。進(jìn)而，本發(fā)明的渦輪葉柵端壁可用于燃?xì)鉁u輪機(jī)及蒸汽渦輪機(jī)這兩者。
權(quán)利要求
一種渦輪葉柵端壁，位于環(huán)狀排列的多個(gè)渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的尖端側(cè)或輪轂側(cè)，其特征在于，在設(shè)0％Cax為軸方向上的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的前緣位置、100％Cax為軸方向上的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的后緣位置、0％間距為渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的腹面上的位置、100％間距為與上述渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的腹面相對(duì)的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的背面上的位置的情況下，在一個(gè)渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片和與該渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片相鄰配置的其他的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片之間具備凸部，所述凸部在5～25％Cax且0～20％間距的位置具有頂點(diǎn)，從該頂點(diǎn)朝向下游側(cè)及相鄰配置的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的背面緩慢地傾斜，并且從該頂點(diǎn)朝向上游側(cè)稍微急速地傾斜，整體平緩地隆起。
2.一種渦輪葉柵端壁，位于環(huán)狀排列的多個(gè)渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的尖端側(cè)或輪轂 側(cè)，其特征在于，在設(shè)0% Cax為軸方向上的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的前緣位置、100% Cax為軸方向 上的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的后緣位置、0%間距為渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的腹面上 的位置、100%間距為與上述渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的腹面相對(duì)的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng) 葉片的背面上的位置的情況下，在一個(gè)渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片和與該渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片相鄰配置的其他的 渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片之間具備凹部，所述凹部在5 25% Cax且70 90%間距的位 置具有底點(diǎn)，從該底點(diǎn)朝向下游側(cè)及相鄰配置的渦輪靜葉片或渦輪動(dòng)葉片的腹面緩慢地傾 斜，并且從該底點(diǎn)朝向上游側(cè)稍微急速地傾斜，整體平緩地凹陷。
3.如權(quán)利要求1或2所述的渦輪葉柵端壁，其特征在于，在喉部附近設(shè)置有整體平緩地隆起的第二凸部或凸部。
4.一種渦輪，其特征在于，具備權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的渦輪葉柵端壁。全文摘要
提供一種渦輪葉柵端壁，能夠降低橫流，并且能夠降低伴隨著橫流的二次流動(dòng)的損失，能夠?qū)崿F(xiàn)提高渦輪性能。在一個(gè)渦輪靜葉片(B1)或渦輪動(dòng)葉片和與該渦輪靜葉片(B1)或渦輪動(dòng)葉片相鄰配置的其他的渦輪靜葉片(B1)或渦輪動(dòng)葉片之間具備凸部(11)，所述凸部在5～25％Cax、0～20％間距的位置具有頂點(diǎn)(P1)，從該頂點(diǎn)(P1)朝向下游側(cè)及相鄰配置的渦輪靜葉片(B1)或渦輪動(dòng)葉片的背面緩慢地傾斜，并且從該頂點(diǎn)(P1)朝向上游側(cè)稍微急速地傾斜，整體平緩地隆起。
文檔編號(hào)F01D9/04GK101925723SQ20088012563
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月12日
發(fā)明者伊藤榮作, 坂元康朗, 檜山貴志, 若園進(jìn) 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社