渦輪的制作方法
【專利摘要】該渦輪（1）在動葉片（50）的前端部和分隔板外圈（11）的與動葉片（50）的前端部對應(yīng)的部位中的一方的部位設(shè)置具有高低差面（53）而向另一方側(cè)突出的階梯部（52），在另一方的部位設(shè)置相對于階梯部（52）延伸出且在其與階梯部（52）之間形成微小間隙（H）的密封翅片（15），在密封翅片（15）的上游側(cè)形成腔室（C），該腔室（C）形成主渦流，并且，與密封翅片（15）對置的階梯部（52）突出以便于通過主渦流形成反向渦流，腔室（C）以軸向的寬度尺寸（W）和徑向的高度尺寸（D）滿足以下的式（1）的方式形成，0.45≤D/W≤2.67……（1）。
【專利說明】 ;咼輪
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在例如發(fā)電設(shè)備、化學(xué)設(shè)備、燃氣設(shè)備、煉鐵廠、船舶等中使用的渦輪。
[0002]本申請基于在2011年9月20日向日本提出申請的日本特愿2011-204138號而主張優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援引于此。
【背景技術(shù)】
[0003]作為蒸汽渦輪的一種，已知有具備殼體、以旋轉(zhuǎn)自如的方式設(shè)置在殼體的內(nèi)部的軸體(轉(zhuǎn)子)、固定在殼體的內(nèi)周部而配置的多個靜葉片、在這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蒸汽渦輪。這種蒸汽渦輪中的沖擊式渦輪的情況下，將蒸汽的壓力能量通過靜葉片轉(zhuǎn)換成速度能量，并將該速度能量通過動葉片轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)能量(機械能量)。而且，在反作用式渦輪的情況下，在動葉片內(nèi)也將壓力能量轉(zhuǎn)換成速度能量，通過蒸汽噴出的反作用力轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)能量(機械能量)。
[0004]在這種蒸汽渦輪中，在動葉片的前端部與包圍動葉片而形成蒸汽的流路的殼體之間形成徑向的間隙。而且，在靜葉片的前端部與軸體之間也形成有徑向的間隙。然而，在動葉片的前端部的間隙內(nèi)向下游側(cè)通過的泄漏蒸汽對動葉片不施加旋轉(zhuǎn)力。而且，在靜葉片前端部的間隙內(nèi)向下游側(cè)通過的泄漏蒸汽未由靜葉片將壓力能量轉(zhuǎn)換成速度能量，因此對下游動葉片幾乎不施加旋轉(zhuǎn)力。因此，為了提高蒸汽渦輪的性能，需要減少通過所述間隙的泄漏蒸汽的量。
[0005]在下述專利文獻I中，提出了一種在動葉片的前端部設(shè)有高度從軸向上游側(cè)朝向下游側(cè)逐漸升高的階梯部，在殼體設(shè)有相對于所述階梯部具有間隙的密封翅片的結(jié)構(gòu)。
[0006]通過這種結(jié)構(gòu)，穿過密封翅片的間隙的泄漏流與階梯部的形成高低差面的端緣部碰撞，使流動阻力增大，由此實現(xiàn)泄漏流量的減少化。
[0007]在先技術(shù)文獻
[0008]專利文獻
[0009]專利文獻1:日本特開2006-291967號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的課題
[0011]然而，對蒸汽渦輪的性能提高的愿望強烈，因此要求進一步減少泄漏流量。
[0012]本發(fā)明考慮到這種情況而作出，其目的在于提供一種能夠進一步減少泄漏流量的高性能的渦輪。
[0013]解決方案
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第一形態(tài)，渦輪具備:葉片；以及結(jié)構(gòu)體，其隔開間隙設(shè)置在所述葉片的前端側(cè)，且相對于所述葉片相對地繞軸中心旋轉(zhuǎn)，所述渦輪中，在所述葉片的前端部和所述結(jié)構(gòu)體的與所述前端部對應(yīng)的部位中的一方設(shè)置具有高低差面且向另一方側(cè)突出的階梯部，在另一方設(shè)置相對于所述階梯部延伸出且在與所述階梯部之間形成有微小間隙H的密封翅片，在所述密封翅片的上游側(cè)形成腔室，該腔室形成主渦流，并且，與所述密封翅片相對的所述階梯部突出以便于由所述主渦流形成反向渦流，所述腔室以軸向的寬度尺寸W和徑向的高度尺寸D滿足以下的式(I)的方式形成，
[0015]0.45 ( D/W ( 2.67......(I)。
[0016]根據(jù)這樣的渦輪，向腔室內(nèi)流入的流體與階梯部的形成端緣部的高低差面即階梯部的朝向上游側(cè)的面碰撞，返回上游側(cè)而產(chǎn)生繞第一方向旋轉(zhuǎn)的主渦流。而且，此時，尤其是在所述高低差面的端緣部，一部分的流動從所述主渦流剝離，由此產(chǎn)生繞與所述第一方向相反的方向旋轉(zhuǎn)的剝離渦流即反向渦流。該反向渦流在密封翅片的上游作為強的下降流發(fā)揮作用，對于通過形成在密封翅片的前端部與階梯部之間的微小間隙H的流體發(fā)揮縮流效果。此外，在該反向渦流內(nèi)發(fā)生靜壓下降，因此能夠減少密封翅片的上游與下游之間的差壓。
[0017]另外，基 于后述的模擬結(jié)果，以滿足上述式(I)的方式規(guī)定軸向的寬度尺寸W與徑向的高度尺寸D的關(guān)系，由此，在腔室的深度淺時即D/W小于0.45時，能夠防止反向渦流向結(jié)構(gòu)體附著而弱化，無法得到充分的差壓減少效果及縮流效果的情況。并且，能夠防止主渦流的形狀沿著軸向成為扁平，階梯部跟前的流動變?nèi)醵聪驕u流的縮流效果及差壓減少效果下降的情況。反之在腔室的深度深時即D/W比2.67大時，能夠防止主渦流的形狀沿著徑向成為扁平，階梯部跟前的流動減弱而反向渦流的縮流效果及差壓減少效果下降的情況。
[0018]根據(jù)本發(fā)明 的第二形態(tài)，在本發(fā)明的第一形態(tài)的渦輪中，所述腔室以所述軸向的寬度尺寸W和所述徑向的高度尺寸D滿足以下的式(2)的方式形成，
[0019]0.56 ( D/W ( 1.95......(2)。
[0020]基于后述的模擬結(jié)果，以滿足上述式(2)的方式規(guī)定軸向的寬度尺寸W與徑向的高度尺寸D的關(guān)系，由此，反向渦流的下降流產(chǎn)生的縮流效果、及反向渦流內(nèi)的靜壓下降產(chǎn)生的差壓減少效果進一步提高，能夠進一步減少流體的泄漏流量。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第三形態(tài)，在本發(fā)明的第一形態(tài)的渦輪中，所述腔室以所述軸向的寬度尺寸W和所述徑向的高度尺寸D滿足以下的式(3)的方式形成，
[0022]0.69 ^ D/ff ^ 1.25......(3)。
[0023]基于后述的模擬結(jié)果，以滿足上述式(3)的方式規(guī)定軸向的寬度尺寸W與徑向的高度尺寸D的關(guān)系，由此，反向渦流的下降流效果產(chǎn)生的縮流效果、及反向渦流內(nèi)的靜壓下降產(chǎn)生的差壓減少效果進一步提高，能夠進一步減少流體的泄漏流量。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的第四形態(tài)，在本發(fā)明的第一形態(tài)至第三形態(tài)的渦輪中，所述密封翅片與所述階梯部的上游側(cè)的端緣部之間的距離L和所述微小間隙H形成為距離L中的至少一個滿足以下的式(4)，
[0025]0.7H ≤ L ≤ 0.3W......(4)。
[0026]基于后述的模擬結(jié)果，以滿足上述式(4)的方式規(guī)定距離L與形成在密封翅片的前端部和階梯部之間的微小間隙H的關(guān)系，由此，反向渦流產(chǎn)生的縮流效果及差壓減少效果進一步提高，能夠進一步減少泄漏流量。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的第五形態(tài)，在本發(fā)明的第一形態(tài)至第四形態(tài)的渦輪中，所述密封翅片與所述階梯部的上游側(cè)的端緣部之間的距離L和所述微小間隙H形成為距離L中的至少一個滿足以下的式(5)，[0028]1.25H ≤ L ≤ 2.75H (其中，L ≤ 0.3W)......(5)。
[0029]基于后述的模擬結(jié)果，以滿足上述式(5)的方式規(guī)定距離L與微小間隙H的關(guān)系，由此，反向渦流產(chǎn)生的縮流效果及差壓減少效果進一步提高，能夠進一步減少泄漏流量。
[0030]發(fā)明效果
[0031]根據(jù)上述的渦輪，通過反向渦流產(chǎn)生的縮流效果及差壓減少，能夠減少流體的泄漏流量，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是表示本發(fā)明的實施方式的蒸汽渦輪的概略結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0033]圖2是表示本發(fā)明的實施方式的蒸汽渦輪的圖，是表示圖1的主要部分I的放大首1J視圖。
[0034]圖3是表示本發(fā)明的實施方式的蒸汽渦輪的圖，是圖1中的主要部分I的作用說明圖。
[0035]圖4是表示本發(fā)明的實施方式的蒸汽渦輪的模擬結(jié)果(實施例1)的坐標圖。
[0036]圖5是表示本發(fā)明的實施方式的蒸汽渦輪的模擬結(jié)果(實施例2)的坐標圖。
[0037]圖6是圖5的范圍[I]內(nèi)的流動模式說明圖。
[0038]圖7是圖5的范圍[2]內(nèi)的流動模式說明圖。
[0039]圖8是圖5的范圍[3]內(nèi)的流動模式說明圖。
【具體實施方式】
[0040]以下，對本發(fā)明的實施方式的蒸汽渦輪(渦輪)I進行說明。
[0041]蒸汽渦輪I是將蒸汽S的能量作為旋轉(zhuǎn)動力取出的外燃機，在發(fā)電所的發(fā)電機等中使用。
[0042]如圖1所示，蒸汽渦輪I的主要的結(jié)構(gòu)具備:殼體10 ;對向殼體10流入的蒸汽S的量和壓力進行調(diào)整的調(diào)整閥20 ;旋轉(zhuǎn)自如地設(shè)置在殼體10的內(nèi)側(cè)并將動力向未圖示的發(fā)電機等機械傳遞的軸體(結(jié)構(gòu)體)30 ;保持于殼體10的靜葉片40 ;設(shè)于軸體30的動葉片50 ;及將軸體30支承為能夠繞軸旋轉(zhuǎn)的軸承部60。
[0043]殼體10的內(nèi)部空間被氣密地密封。殼體10形成蒸汽S的流路。在該殼體10的內(nèi)壁面上牢固地固定有供軸體30插通的環(huán)狀的分隔板外圈11。
[0044]調(diào)整閥20在殼體10的內(nèi)部安裝多個。調(diào)整閥20分別具備從未圖示的鍋爐流入蒸汽S的調(diào)整閥室21、閥芯22、及閥座23。當閥芯22從閥座23分離時，蒸汽流路打開，蒸汽S經(jīng)由蒸汽室24向殼體10的內(nèi)部空間流入。
[0045]軸體30具備軸主體31和從該軸主體31的外周向徑向延伸的多個輪盤32。該軸體30將旋轉(zhuǎn)能量向未圖示的發(fā)電機等機械傳遞。
[0046]靜葉片40以將軸體30包圍的方式呈放射狀地配置多個而構(gòu)成環(huán)狀靜葉片組。靜葉片40分別保持于前述的分隔板外圈11。這些靜葉片40中，徑向上的內(nèi)側(cè)由供軸體30插通的環(huán)狀的輪轂護罩41連結(jié)， 前端部相對于軸體30以隔開徑向的間隙的方式設(shè)置。
[0047]由這多個靜葉片40構(gòu)成的環(huán)狀靜葉片組沿著軸向隔開間隔而形成六個。環(huán)狀靜葉片組將蒸汽S的壓力能量轉(zhuǎn)換成速度能量，而向與下游側(cè)相鄰的動葉片50側(cè)引導(dǎo)。[0048]動葉片50牢固地安裝在軸體30具有的輪盤32的外周部。該動葉片50在各環(huán)狀靜葉片組的下游側(cè)，呈放射狀地配置多個而構(gòu)成環(huán)狀動葉片組。
[0049]所述環(huán)狀靜葉片組與環(huán)狀動葉片組以一組一級的方式構(gòu)成。即，蒸汽渦輪I構(gòu)成為六級。其中，最終級的動葉片50的前端部由沿著周向延伸的尖端護罩51構(gòu)成。
[0050]這里，靜葉片40、輪轂護罩41、尖端護罩51、及動葉片50是本發(fā)明中的“葉片”。并且，在將動葉片50及尖端護罩51作為“葉片”時，分隔板外圈11為“結(jié)構(gòu)體”。另一方面，在靜葉片40及輪轂護罩41作為“葉片”時，軸體30為“結(jié)構(gòu)體”(參照圖1中的主要部分J)。需要說明的是，在以下的說明中，以分隔板外圈11為“結(jié)構(gòu)體”，以動葉片50為“葉片”進行說明。
[0051]如圖2所示，成為動葉片(葉片)50的前端部的尖端護罩51在殼體10的徑向上隔著間隙而與分隔板外圈(結(jié)構(gòu)體)11相對配置。尖端護罩51具備階梯部52 (52A?52C)，該階梯部52 (52A?52C)具有高低差面53 (53A?53C)而向分隔板外圈11側(cè)突出。
[0052]在本實施方式中，尖端護罩51具備三個階梯部52 (52A?52C)，這三個階梯部52A?52C設(shè)置成從動葉片50突出的突出高度隨著從軸體30的軸向上游側(cè)朝向下游側(cè)而逐漸升高。即，在階梯部52A?52C中，形成高低差的高低差面53 (53A?53C)形成為朝著軸向上游側(cè)的向前朝向。
[0053]在分隔板外圈11上的與所述尖端護罩51對應(yīng)的部位形成有環(huán)狀槽11a。在該環(huán)狀槽Ila內(nèi)收容有尖端護罩51。
[0054]該分隔板外圈11的環(huán)狀槽Ila中的槽底面Ilb在本實施方式中在軸向上以與各階梯部52 (52A?52C)對應(yīng)的方式朝向軸向形成為階梯形狀。S卩，從階梯部52 (52A?52C)到槽底面Ilb的徑向距離成為一定。
[0055]另外，在該槽底面Ilb設(shè)有朝著尖端護罩51而向徑向內(nèi)側(cè)延伸的三個密封翅片15(15A ?15C)。
[0056]所述密封翅片15 (15A?15C)在階梯部52 (52A?52C)以1:1對應(yīng)的方式分別從槽底面Ilb延伸設(shè)置。在密封翅片15 (15A?15C)與對應(yīng)的階梯部52之間沿著徑向形成有微小間隙H。該微小間隙H (Hl?H3)的各尺寸在考慮了殼體10、動葉片50的熱伸長量、動葉片50的離心伸長量等的基礎(chǔ)上，在兩者不接觸的安全的范圍內(nèi)設(shè)定為最小的尺寸。
[0057]需要說明的是，在本實施方式中，Hl?H3全部成為相同尺寸。但是，根據(jù)需要，也可以將它們適當改變。
[0058]在這種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在尖端護罩51側(cè)與分隔板外圈11之間，在所述環(huán)狀槽Ila內(nèi)，對應(yīng)于各階梯部52的每一個而形成腔室C (Cl?C3)。
[0059]腔室C (Cl?C3)形成在與各階梯部52對應(yīng)的密封翅片15和在軸向上游側(cè)與該密封翅片15相對的隔壁之間。
[0060]在與位于軸向最上游側(cè)的第一級的階梯部52A對應(yīng)的第一腔室Cl內(nèi)，所述隔壁由所述環(huán)狀槽Ila的軸向上游側(cè)的內(nèi)壁面54形成。因此，在該內(nèi)壁面54和與第一級的階梯部52A對應(yīng)的密封翅片15A之間，進而在尖端護罩51側(cè)與分隔板外圈11之間，形成有第一腔室Cl。
[0061]另外，在與第二級的階梯部52B對應(yīng)的第二腔室C2內(nèi)，所述隔壁由與位于軸向上游側(cè)的階梯部52A對應(yīng)的密封翅片15A形成。因此，在密封翅片15A與密封翅片15B之間，進而在尖端護罩51與分隔板外圈11之間，形成有第二腔室C2。
[0062]同樣地,在密封翅片15B與密封翅片15C之間,進而在尖端護罩51與分隔板外圈11之間，形成有第三腔室C3。
[0063]在這種腔室C (Cl~C3)內(nèi)，將密封翅片15 (15A~15C)的前端部和與密封翅片15 (15A~15C)的前端部為同徑上的所述隔壁之間的軸向距離即腔室C (Cl~C3)的寬度尺寸設(shè)為腔室寬度W (Wl~W3)。
[0064]即，在第一腔室Cl內(nèi)，將所述內(nèi)壁面54與密封翅片15A之間的距離設(shè)為腔室寬度Wlo而且,在第二腔室C2內(nèi)，將密封翅片15A與密封翅片15B之間的距離設(shè)為腔室寬度W2。而且，在第三腔室C3內(nèi)，將密封翅片15B與密封翅片15C之間的距離設(shè)為腔室寬度W3。需要說明的是，在本實施方式中，Wl~W3全部成為相同尺寸。但是，根據(jù)需要，也可以將它們適當改變。
[0065]另外，在腔室C (Cl~C3)內(nèi)，將尖端護罩51與分隔板外圈11之間的徑向距離即腔室C (Cl~C3)的高度尺寸設(shè)為腔室高度D (Dl~D3)。
[0066]即，在第二腔室C2內(nèi)，將階梯部52B與分隔板外圈11之間的徑向距離設(shè)為腔室高度D2。在第三腔室C3內(nèi)，將階梯部52C與分隔板外圈11之間的徑向距離設(shè)為腔室高度D3。但是，在第一腔室Cl內(nèi)，將與階梯部52A的旋轉(zhuǎn)軸方向的位置對應(yīng)的尖端護罩51的朝向徑向內(nèi)側(cè)的面與分隔板外圈11之間的距離設(shè)為腔室高度D1。
[0067]另外，如圖3所示，在對階梯部52A的朝向軸向上游側(cè)及徑向內(nèi)側(cè)的面實施倒圓角時，將朝向徑向內(nèi)側(cè)的面的直線部分朝著軸線方向上游側(cè)延長的位置與分隔板外圈11之間的距離設(shè)為腔室高度Dl。
[0068]需要說明的是，在本實施方式中，Dl~D3全部成為相同尺寸。但是，根據(jù)需要，也可以將它們適當改變。
[0069]并且，上述腔室寬度W (Wl~W3)和腔室高度D (Dl~D3)滿足以下的式(I)而形成。
[0070]0.45 ( D/W ( 2.67......(I)
[0071]另外，所述腔室寬度W (Wl~W3)和腔室高度D (Dl~D3)更優(yōu)選滿足以下的式
(2)而形成，進一步優(yōu)選滿足以下的式(3)而形成。
[0072]0.56 ( D/W ( 1.95......(2)
[0073]0.69 ( D/W ( 1.25......(3)
[0074]進而，將所述密封翅片15和與之對應(yīng)的各階梯部52的軸向上游側(cè)的端緣部55之間的軸向的距離設(shè)為L (LI~L3)時，該距離L中的至少一個滿足以下的式(4)而形成。
[0075]0.7H ^ L ^ 0.3W......(4)
[0076]另外，該距離L中的至少一個更優(yōu)選滿足以下的式(5)而形成。
[0077]1.25H ≤ L ≤2.75H (其中，L ≤ 0.3W)......(5)
[0078]軸承部60具備軸頸軸承裝置61及推力軸承裝置62，將軸體30支承為能夠旋轉(zhuǎn)。
[0079]根據(jù)這種蒸汽渦輪1，首先，將調(diào)整閥20 (參照圖1)設(shè)為開狀態(tài)時，蒸汽S從未圖示的鍋爐向殼體10的內(nèi)部空間流入。
[0080]向殼體10的內(nèi)部空間流入的蒸汽S依次通過各級的環(huán)狀靜葉片組和環(huán)狀動葉片組。此時，壓力能量由靜葉片40轉(zhuǎn)換成速度能量。并且，經(jīng)過靜葉片40的蒸汽S中的大部分向構(gòu)成同一級的動葉片50之間流入，通過動葉片50將蒸汽S的速度能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)能量，向軸體30施加旋轉(zhuǎn)。另一方面，蒸汽S中的一部分(例如，幾％)成為從靜葉片40流出之后向環(huán)狀槽Ila內(nèi)流入的所謂泄漏蒸汽。
[0081]這里，如圖3所示，向環(huán)狀槽Ila內(nèi)流入的蒸汽S首先向第一腔室Cl流入，與階梯部52A的高低差面53A碰撞，以返回上游側(cè)的方式流動，例如在圖3的紙面上產(chǎn)生繞逆時針(第一方向)旋轉(zhuǎn)的主渦流Yl。
[0082]此時，尤其是在階梯部52A的上述端緣部55，一部分的流動從上述主渦流Yl剝離，由此向該主渦流Yl的相反方向，在本例中在圖3的紙面上順時針旋轉(zhuǎn)地產(chǎn)生反向渦流Y2。該反向渦流Y2發(fā)揮減少通過密封翅片15A與階梯部52A之間的微小間隙Hl的泄漏流的縮流效果。
[0083]S卩，如圖3所示，當形成反向渦流Y2時，在該反向渦流Y2中，在密封翅片15A的軸向上游側(cè)，產(chǎn)生速度向量朝向徑向內(nèi)側(cè)的下降流。該下降流在所述微小間隙Hl的緊前方保有朝向徑向內(nèi)側(cè)的慣性力。因此，對于通過所述微小間隙Hl的流動，發(fā)揮向徑向內(nèi)側(cè)收縮的效果，即發(fā)揮縮流效果，能夠減少泄漏流量。
[0084]另外，在該反向渦流Y2內(nèi)部，產(chǎn)生靜壓下降，因此能夠減少密封翅片15A的上游側(cè)與下游側(cè)之間的差壓。其結(jié)果是，能夠減少泄漏流量。
[0085]即使在密封翅片15B、15C的上游側(cè)，也與密封翅片15A的上游側(cè)同樣地，能夠通過形成反向渦流Y2而減少泄漏流量。
[0086]這里，在上述反向渦流Y2中，在腔室C (Cl?C3)的腔室高度D (Dl?D3)與腔室寬度W (Wl?W3)的比率在一定程度上小時，該反向渦流Y2向分隔板外圈11附著而弱化，無法得到充分的差壓減少效果及縮流效果。
[0087]此外，在腔室C (Cl?C3)的腔室高度D (Dl?D3)與腔室寬度W (Wl?W3)的比率在一定程度上小時，主渦流Yl的形狀沿著軸向成為扁平，階梯部52 (52A?52C)的跟前的流動減弱，由此，反向渦流Y2的差壓減少效果及縮流效果下降。
[0088]反之，在腔室高度D (Dl?D3)與腔室寬度W (Wl?W3)的比率在一定程度上大時，主渦流Yl的形狀沿著徑向成為扁平，階梯部52 (52A?52C)的跟前的流動減弱，由此，反向渦流Y2的差壓減少效果及縮流效果下降。
[0089]然而，在本實施方式中，以滿足上述式(I)優(yōu)選滿足上述式(2)或上述式(3)的方式設(shè)定腔室寬度w (Wl?W3)和腔室高度D (Dl?D3)，因此能夠得到充分的差壓減少效果及縮流效果。
[0090]另外，如圖3所示，若假定反向渦流Y2形成正圓，則在該反向渦流Y2的直徑成為所述微小間隙Hl的2倍而其外周與密封翅片15A相接時，即L1=2H1 (L=2H)時，該反向渦流Y2的下降流的朝向徑向內(nèi)側(cè)的速度分量為最大的位置與密封翅片15A的前端(內(nèi)端緣)一致。因此，該下降流更良好地通過所述微小間隙Hl的緊前方，因此對泄漏流的縮流效果
變得最大。
[0091]并且，在本實施方式中，以滿足上述式(4)優(yōu)選滿足上述式(5)的方式將距離設(shè)定為L (LI?L3)，因此能夠得到充分的縮流效果及縮流效果。
[0092]這里，若滿足所述的式(I)至式(5)中的任一個的條件，則不會受到運轉(zhuǎn)條件的影響，能夠得到本發(fā)明想要的縮流效果及差壓減少效果。但是，即使在停止時滿足，若在運轉(zhuǎn)時不滿足，則無法得到想要的效果，因此所述的式(I)至式(5)的條件必須“在運轉(zhuǎn)時滿足”。
[0093]在本實施方式的蒸汽渦輪I中，由于反向渦流Y2產(chǎn)生的下降流，在密封翅片15(15A?15C)的上游側(cè)，能夠?qū)⒊驈较騼?nèi)側(cè)的力向蒸汽S施加。因此，對于通過微小間隙H (Hl?H3)的蒸汽S能夠發(fā)揮縮流效果，能夠減少泄漏流量。
[0094]另外，由于反向渦流Y2內(nèi)部的靜壓下降，能夠得到差壓減少效果，其結(jié)果是，能夠降低泄漏流量。
[0095]并且，以腔室寬度W (Wl?W3)和腔室高度D (Dl?D3)滿足上述式(I)或上述式(2)或上述式(3)的方式構(gòu)成蒸汽渦輪I。因此，能夠防止反向渦流Y2向分隔板外圈11附著而弱化的情況，對于蒸汽S能夠得到充分的縮流效果及差壓減少效果。
[0096]另外，也能夠防止主渦流Yl的形狀成為扁平的情況，能夠得到反向渦流Y2產(chǎn)生的充分的縮流效果。進而，通過差壓減少效果，能夠減少通過微小間隙H (Hl?H3)的蒸汽S的流量，能夠減少泄漏流量。如此，能夠提高蒸汽渦輪I的性能。
[0097]進而，以L (LI?L3)滿足上述式(4)優(yōu)選滿足上述式(5)的方式設(shè)定距離，由此能夠最大限度地產(chǎn)生反向渦流Y2的下降流，通過縮流效果及差壓減少效果產(chǎn)生的泄漏流量的減少，能夠進一步提高蒸汽渦輪I的性能。
[0098]需要說明的是，雖然參照附圖，詳細說明了本發(fā)明的實施方式，但具體的結(jié)構(gòu)并不局限于本實施方式，也包括不脫離本發(fā)明的主旨的范圍的結(jié)構(gòu)的變更等。
[0099]例如，在本實施方式中，說明了使用動葉片50與分隔板外圈11之間的反向渦流Y2的蒸汽S的泄漏流量減少，但如上述那樣在靜葉片40與軸體30之間也能夠適用同樣的手法，能夠減少蒸汽S的泄漏流量。
[0100]此外，在實施方式中，在構(gòu)成動葉片50的前端部的尖端護罩51形成有階梯部52(52A?52C)，在分隔板外圈11設(shè)置有密封翅片15 (15A?15C)。然而，也可以在分隔板外圈11形成階梯部52，在尖端護罩51設(shè)置密封翅片15。需要說明的是，這種情況下，在軸向最上游側(cè)的腔室C內(nèi)未形成反向渦流Y2。因此，無法直接適用本發(fā)明的D/W的數(shù)值限定。因此，與將靜葉片40及輪轂護罩41設(shè)為“葉片”而在軸體30側(cè)形成了階梯部52的情況同樣地，本發(fā)明的D/W的數(shù)值限定無法適用。
[0101]另外，設(shè)置有密封翅片15的一側(cè)也可以不形成為階梯形狀，而可以形成為例如平面形狀、錐面、曲面。但是這種情況下，需要以滿足上述式(I)優(yōu)選滿足上述式(2)或上述式
(3)的方式設(shè)定腔室高度D (Dl?D3)。
[0102]進而，在本實施方式中，設(shè)于殼體10的分隔板外圈11為結(jié)構(gòu)體，但也可以不設(shè)置這種分隔板外圈11而殼體10自身構(gòu)成作為結(jié)構(gòu)體。即，該結(jié)構(gòu)體只要是包圍動葉片50且以流體通過動葉片間的方式規(guī)定流路的結(jié)構(gòu)即可，可以是任意的構(gòu)件。
[0103]另外，在本實施方式中，階梯部52設(shè)置多個，由此腔室C也形成多個，但上述階梯部52、與之對應(yīng)的腔室C的個數(shù)任意，可以為一個、三個或四個以上。
[0104]另外，如本實施方式那樣，密封翅片15與階梯部52未必非要以1:1對應(yīng)。而且，與密封翅片15相比，也無需將階梯部52減少I個。密封翅片15及階梯部52的個數(shù)也可以任意設(shè)計。[0105]此外，在本實施方式中，在最終級的動葉片50、靜葉片40中適用了上述發(fā)明，但也可以在其他的級的動葉片50、靜葉片40中適用上述發(fā)明。
[0106]另外，在本實施方式中，將上述發(fā)明適用于凝汽式的蒸汽渦輪，但是在其他的型式的蒸汽渦輪例如二級抽氣渦輪、抽氣渦輪、混合氣體渦輪等渦輪型式中也可以適用上述發(fā)明。
[0107]此外，在本實施方式中，將上述發(fā)明適用于蒸汽渦輪，但是在燃氣渦輪中也可以適用上述發(fā)明，進而，在具有旋轉(zhuǎn)葉片的全部的裝置中可以適用上述發(fā)明。
[0108]實施例1
[0109]這里，如上述那樣，從能夠得到充分的縮流效果的腔室高度D (Dl~D3)與腔室寬度W (Wl~W3)的比率存在這樣的見解出發(fā)，進行模擬，并確認了該條件。
[0110]圖4所示的坐標圖的橫軸表示將腔室高度D除以腔室寬度W，表示無量綱化的數(shù)值。而且，縱軸表示流量系數(shù)減少效果及流量系數(shù)α。需要說明的是，關(guān)于縱軸的流量系數(shù)減少效果，設(shè)流量系數(shù)α=1時即泄漏流量最大時為0%，設(shè)本實施方式中的最小的流量系數(shù)α =0.54即泄漏流量成為最小時為100%,對于該流量系數(shù)a =1的最大的泄漏流量,示出是否能夠得到幾％的流量系數(shù)減少效果即是否能夠得到泄漏量減少率。
[0111]根據(jù)圖4所示的結(jié)果能夠確認到如下情況:腔室高度D及腔室寬度W優(yōu)選設(shè)為滿足上述式(I)的范圍，更優(yōu)選設(shè)為滿足上述式(2)的范圍，而且，進一步優(yōu)選設(shè)為滿足上述式(3)的范圍。
[0112]在圖4所示的范圍[I] (D/ff=0.45)中，能夠確認到可實現(xiàn)約50%的泄漏量減少率的情況。因此，在D/W=0.45中，相對于腔室寬度W而腔室高度D減小，因此主渦流Yl沿著軸向成為扁平形狀而發(fā)生主渦流Yl的弱化，反向渦流Y2也弱化。因此，無法最大限度地得到縮流效果及差壓減少效果。然而，能夠確認到得到一定程度上的效果(約50%)的情況。
[0113]在圖4所示的范圍[2] (0.45〈0/1≤0.85)中，對應(yīng)于0/1的增加，泄漏量減少率急劇增加，在D/W=0.56下成為約70%，在D/W=0.69下成為約90%，在D/W=0.85中，能夠確認到成為作為最大值的100%的情況。即，隨著接近D/W=0.85，未發(fā)生上述那樣的反向渦流Y2的弱化，能夠得到最大限度的縮流效果及差壓減少效果。反之，隨著接近D/W=0.45而主渦流Yl沿著軸向成為扁平形狀，發(fā)生主渦流Yl的弱化，反向渦流Y2也弱化。
[0114]此外，能夠確認到隨著接近D/W=0.45而泄漏量減少率急劇下降的情況。這是因為，反向渦流Y2向分隔板外圈11附著，該反向渦流Y2急劇弱化，由此，縮流效果及差壓減少效果急劇減少。
[0115]此外，在圖4所示的范圍[3] (0.85〈0/1≤2.67)中，在0/1=0.85中，泄漏量減少率表示了最大值之后，能夠確認到泄漏量減少率逐漸下降的情況。并且，能夠確認到在D/ff=l.25下泄漏量減少率下降至約90%，在D/W=l.95下泄漏量減少率下降至約70%，在D/W=2.67下泄漏量減少率下降至約50%。因此，相對于腔室寬度W而腔室高度D增大，因此主渦流Yl沿著徑向成為扁平形狀，發(fā)生主渦流Yl的弱化，反向渦流Y2也弱化。因此，無法最大限度地得到縮流效果及差壓減少效果。然而，能夠確認到在D/W ( 2.67的范圍之前能得到一定程度上的效果(約50%)。
[0116]并且，在圖4所示的范圍[4] (2.67〈D/W)中，泄漏量減少率成為50%以下，由于主渦流Yl的弱化引起的反向渦流Y2的弱化，而無法得到充分的縮流效果及差壓減少效果。
[0117]根據(jù)以上的模擬結(jié)果，在本實施方式中，腔室寬度W及腔室高度D設(shè)定為滿足上述式(I)即滿足0.45 ≤ D/w≤ 2.67的范圍，能得到50%以上的泄漏量減少率。因此，在本實施方式的蒸汽渦輪I中，泄漏流量減少，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能化。
[0118]另外，腔室寬度W及腔室高度D若設(shè)定為滿足上述式(2)即0.56 ≤D/W≤1.95的范圍，則能得到約70%以上的泄漏量減少率。因此，本實施方式的蒸汽渦輪I的泄漏流量進一步減少，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能化。此外，腔室寬度W及腔室高度D若設(shè)定為滿足上述式(3) SP
.0.69 ≤D/W ≤1.25的范圍，則能得到約90%以上的泄漏量減少率。因此，泄漏流量進一步減少，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能化。
[0119]實施例2
[0120]接下來，如上述那樣，從最大限度地產(chǎn)生反向渦流Y2的下降流的效果且能夠得到充分的縮流效果的距離L (L1~L3)存在這樣的見解出發(fā)，進行模擬，并確認了該條件。
[0121]圖5所示的坐標圖的橫軸表示距離L的尺寸(長度)，縱軸表示渦輪效率變化及泄漏量變化率(泄漏流量的變化率)。需要說明的是，關(guān)于渦輪效率變化及泄漏量變化率，表示相對于一般性的階梯翅片結(jié)構(gòu)中的渦輪效率、泄漏流量的大小。而且，在該坐標圖中，橫軸及縱軸的刻度不是對數(shù)等的特殊的刻度，而是一般性的等差刻度。
[0122]根據(jù)圖5所示的結(jié)果能夠確認到，距離L優(yōu)選滿足上述式(4)的范圍，更優(yōu)選滿足上述式(5)的范圍。
[0123]在圖5所示的范圍[I] (L〈0.7H)中，如圖6所示,能夠確認到在端緣部55未生成反向渦流Y2，因此在密封翅片15的軸向上游側(cè)未形成下降流。因此，幾乎無法得到下降流產(chǎn)生的對泄漏流的縮流效果，如圖5所示，泄漏量變化率高(+側(cè))，即，泄漏流量增加。因此，渦輪效率變化低(_側(cè))，即，渦輪效率下降。
[0124]在圖5所示的范圍[2](0.7H ≤ L ≤ 0.3W),即上述式(4)的范圍內(nèi)，如圖7所示,確認到在端緣部55生成反向渦流Y2，其下降流的強的部分(箭頭F)位于密封翅片15的前端附近。因此，能充分得到下降流對泄漏流的縮流效果，如圖5所示，泄漏量變化率低(-側(cè))，即，泄漏流量減少。由此，渦輪效率變化高(+側(cè))，即，渦輪效率提高。
[0125]在圖5所示的范圍[2a] (0.7H≤L〈l.25H)中，確認到雖然在端緣部55生成反向渦流Y2，但比較小，下降流的變得最強的部分F處于比密封翅片15的前端靠徑向內(nèi)側(cè)的與微小間隙H內(nèi)對應(yīng)的位置。因此，如圖5所示，雖然能充分得到下降流產(chǎn)生的對泄漏流的縮流效果，但是比后述的范圍[2b]低。
[0126]在圖5所示的范圍[2b] (1.25H≤L≤2.75H)中，確認到在端緣部55生成強的反向渦流Y2，該反向渦流Y2的下降流的變得最強的部分F與密封翅片15的前端大體一致。因此，如圖5所示，下降流產(chǎn)生的對泄漏流的縮流效果變得最高。
[0127]尤其是如前述那樣，在L=2H附近，泄漏流量變得最小，渦輪效率變得最大。
[0128]此外，在圖5所示的范圍[2c] (2.75H〈L ≤ 0.3W)中，確認到在端緣部55生成的反向渦流Y2變大，下降流的變得最強的部分F由密封翅片15的前端開始向徑向外側(cè)分離。因此，如圖5所示，雖然能充分得到下降流對泄漏流的縮流效果，但比所述范圍[2b]低。
[0129]另外，在圖5所示的范圍[3] (0.3W〈L)中，如圖8所示，在端緣部55生成的反向渦流Y2附著于環(huán)狀槽Ila的槽底面11b，形成大的渦流。因此，反向渦流Y2的下降流的變強的部分F向密封翅片15的中間高度附近移動。因此，確認到在密封翅片15的前端部分未形成強的下降流的情況。因此，幾乎未得到下降流對泄漏流的縮流效果，如圖5所示，泄漏量變化率高(+側(cè))，即，泄漏流量增加。由此，渦輪效率變化低(-側(cè))，即，渦輪效率下降。
[0130]根據(jù)以上的模擬結(jié)果，在本實施方式中，距離L設(shè)定為滿足上述式(4)的范圍。
[0131]由此，在上述的各腔室Cl~C3中，各階梯部52A~52C和與之對應(yīng)的密封翅片15A~15C之間，進而在與腔室寬度W之間的相互的位置關(guān)系滿足上述式(4)，即滿足
0.7H^L^0.3W。因此，反向渦流Y2產(chǎn)生的縮流效果充分升高，泄漏流量比以往格外減少。因此，在具備這種密封結(jié)構(gòu)的蒸汽渦輪I中，泄漏流量進一步減少，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能化。
[0132]另外，距離L若設(shè)定為滿足式(5)即1.25H≤L≤2.75H的范圍，則反向渦流Y2產(chǎn)生的縮流效果進一步升高，泄漏流量進一步減少。因此，根據(jù)蒸汽渦輪1，能夠?qū)崿F(xiàn)進一步的高性能化。
[0133]另外，在該蒸汽渦輪I中，階梯部形成3級，因此，腔室C形成三個。因此，在各腔室C中，通過前述的縮流效果能夠?qū)崿F(xiàn)泄漏流量的減少化，作為整體能夠?qū)崿F(xiàn)更充分的泄漏流量的減少化。
[0134]工業(yè)實用性
[0135]根據(jù)上述的渦輪，通過反向渦流產(chǎn)生的縮流效果及差壓減少，能夠減少流體的泄漏流量，能夠?qū)崿F(xiàn)高性能化。
[0136]標號說明
[0137]I…蒸汽渦輪 (渦輪)
[0138]10…殼體
[0139]11…分隔板外圈(結(jié)構(gòu)體)
[0140]Ila…環(huán)狀槽
[0141]Ilb…槽底面
[0142]15 (15A~15C)…密封翅片
[0143]30…軸體(結(jié)構(gòu)體)
[0144]40…靜葉片(葉片)
[0145]41…輪轂護罩
[0146]50…動葉片(葉片)
[0147]51…尖端護罩
[0148]52 (52A ~52C)…階梯部
[0149]53 (53A~53C)…高低差面
[0150]54…內(nèi)壁面
[0151]55…端緣部
[0152]C (Cl ~C3)…腔室
[0153]H (Hl~H3)…微小間隙
[0154]W (Wl~W3)…腔室寬度
[0155]D (Dl~D3)…腔室高度
[0156]L (LI ~L3)…距離
[0157]S…蒸汽
[0158]Yl…主渦流
[0159]Y2…反向渦流
【權(quán)利要求】
1.一種渦輪，其具備: 葉片；以及 結(jié)構(gòu)體，其隔開間隙設(shè)置在所述葉片的前端側(cè)，且相對于所述葉片相對地繞軸中心旋轉(zhuǎn)， 所述渦輪中， 在所述葉片的前端部和所述結(jié)構(gòu)體的與所述前端部對應(yīng)的部位中的一方設(shè)置具有高低差面且向另一方側(cè)突出的階梯部，在另一方設(shè)置相對于所述階梯部延伸出且在與所述階梯部之間形成有微小間隙H的密封翅片， 在所述密封翅片的上游側(cè)形成腔室，該腔室形成主渦流，并且，與所述密封翅片相對的所述階梯部突出以便于由所述主渦流形成反向渦流， 所述腔室以軸向的寬度尺寸W和徑向的高度尺寸D滿足以下的式(I)的方式形成， . 0.45 ≤D/W ≤ 2.67......(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其中， 所述腔室以所述軸向的寬度尺寸W和所述徑向的高度尺寸D滿足以下的式(2)的方式形成， . 0.56 ≤ D/W ≤ 1.95......(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪，其中， 所述腔室以所述軸向的寬度尺寸W和所述徑向的高度尺寸D滿足以下的式(3)的方式形成， .0.69 ≤ D/W ≤1.25......(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項所述的渦輪，其中， 所述密封翅片與所述階梯部的上游側(cè)的端緣部之間的距離L和所述微小間隙H形成為距離L中的至少一個滿足以下的式(4)， .0.7H ≤ L ≤ 0.3W......(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項所述的渦輪，其中， 所述密封翅片與所述階梯部的上游側(cè)的端緣部之間的距離L和所述微小間隙H形成為距離L中的至少一個滿足以下的式(5)， . 1.25H ≤ L ≤ 2.75H (其中，L ≤ 0.3W)......(5)。
【文檔編號】F01D11/08GK103717842SQ201280037866
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月20日
【發(fā)明者】桑村祥弘, 松本和幸, 大山宏治, 田中良典, 松尾朝春 申請人:三菱重工業(yè)株式會社