专利名称：涡轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及被发电设备、化学设备、燃气设备、炼铁厂和船舶等所使用的涡轮。
背景技术：
如周知的那样，蒸汽涡轮在被使用，其具备壳体、能够旋转地设置在壳体内部的轴体(转子)、被固定在壳体的内周部且是配置在周向的多个静翼、在这些多个静翼的下游侧而成放射状地设置在轴体的多个动翼。在是蒸汽涡轮中的冲动式涡轮的情况下，蒸汽的压カ能通过静翼而被变换成速度能，该速度能通过动翼而被变换成旋转能(机械能)。在是蒸汽涡轮中的反作用式涡轮的情况下，在动翼内也是压カ能被变换成速度能，利用蒸汽喷出的反动カ而速度能被变换成旋转能(机械能)。蒸汽涡轮一般地在动翼的前端部与通过包围动翼而形成蒸汽流路的壳体之间形 成有径向的间隙，且在静翼的前端部与轴体之间也形成有径向的间隙。在此，在下游侧通过动翼前端部间隙的泄漏蒸汽对于动翼并不给予旋转力。且由于在下游侧通过静翼前端部间隙的泄漏蒸汽不能通过静翼把压カ能变换成速度能，所以对于下游侧的动翼几乎并不给予旋转力。因此，为了提高蒸汽涡轮的性能，減少通过上述间隙的泄漏蒸汽的量是重要的。在下述的专利文献I中公开了这样的密封结构在动翼的前端部设置有从轴向上游侧向下游侧而高度逐渐变高的台阶部，在壳体设置有与上述台阶部之间形成间隙的密封凸片。根据这种密封结构，穿过台阶部与密封凸片间隙的漏流与形成台阶部端边缘部的台阶面碰撞，由于流动阻力増大而使泄漏流量減少。现有技术文献专利文献专利文献I :(日本)特开2006-291967号公报
发明内容
发明要解决的问题但对于提高蒸汽涡轮性能的希望強烈，要求进ー步减少泄漏流量。本发明是考虑了该情况而开发的，目的在于提供一种能够更加减少泄漏流量的高性能涡轮。解决问题的技术方案本发明的涡轮具备叶片；结构体，其被设置成与所述叶片的前端侧空开间隙，且对于所述叶片是围绕旋转轴相对旋转。在所述叶片的前端部和所述结构体的与所述前端部对应的部位中的一个设置有台阶部，该台阶部具有台阶面且向所述前端部和所述结构体的所述部位中的另ー个突出，在所述前端部和所述结构体的所述部位中的另ー个设置有向所述台阶部延伸的密封凸片，在所述叶片的前端部与所述结构体的所述部位之间，且在所述密封凸片与相对该密封凸片而在所述结构体的所述旋转轴方向上游侧相対的隔壁之间形成有腔室。所述密封凸片具备凸片本体部，其与所述台阶部之间形成有微小间隙；空间限制部，其限制所述微小间隙在所述旋转轴方向上游侧的空间，且在所述腔室与所述微小间隙之间形成小腔室。本发明中，流入到腔室内的流体与形成台阶部端边缘部的台阶面，即朝向台阶部旋转轴方向上游侧的面碰撞，其流动方向变化，通过向上游侧返回而在腔室内生成向一定方向(第一方向)回转的主涡流。在台阶面的端边缘部由于有一部分流动被从主涡流剥离，所以生成向与主涡流回转方向相反方向(第二方向)回转的剥离涡流。利用该产生的剥离涡流来減少穿过凸片本体部与台阶部之间微小间隙的漏流，产生缩流效果。且由于利用空间限制部而在腔室与微小间隙之间形成有小腔室，所以在空间比腔室狭小的小腔室内，剥离涡流的流动变強。因此，由剥离涡流引起的缩流效果充分被提高，能够更加減少穿过所述微小间隙的泄漏流量。本发明中，优选所述空间限制部具有从所述凸片本体部向旋转轴方向上游侧延伸 的旋转轴方向壁面。这时，利用旋转轴方向壁面和凸片本体部来限制剥离涡流的流动。因此，剥离涡流的流动被更加強，能够更加提高缩流效果。本发明中，优选所述旋转轴方向壁面在包含所述旋转轴的面的截面中呈圆弧状凹下。这时，在包含旋转轴的面的截面中，剥离涡流沿旋转轴方向壁面成圆弧状地流动。因此，能够使剥离涡流的流动方向顺利地变化，能够加强对于剥离涡流的限制效果。由此，剥离涡流的流动被更加强，能够更加提高缩流效果。本发明中，优选所述旋转轴方向壁面在包含所述旋转轴的面的截面中与所述凸片本体部被圆弧状地连接。这时，在包含旋转轴的面的截面中，剥离涡流从旋转轴方向壁面沿凸片本体部圆弧状地流动。因此，能够使沿旋转轴方向壁面流动的剥离涡流顺利地沿凸片本体部流动，能够加强对于剥离涡流的限制效果。由此，剥离涡流的流动被更加强，能够更加提高缩流效果O本发明中，优选所述凸片本体部的至少前端部朝向所述旋转轴方向上游侧斜向地延伸。这时，所述微小间隙的旋转轴方向上游侧中，有剥离涡流的下降流朝向漏流在流动，而该漏流向旋转轴方向下游侧流动。因此，在凸片本体部的前端部近旁，在漏流与剥离涡流的下降流汇合的流动中流速的旋转轴方向速度成分Vx变小。在凸片本体部的前端部近旁，若把上述汇合的流动中流速的径向速度成分设定为\，由于VX/VK越接近O则剥离涡流的缩流效果就越大，所以能够更加提高缩流效果。本发明中，优选所述空间限制部是径向壁体，该径向壁体被设置成在所述凸片本体部的旋转轴方向上游侧空开间隔，向所述台阶部延伸并在与所述台阶部之间形成比所述微小间隙大的间隙。这时，在小腔室内形成有剥离涡流和与该剥离涡流在径向邻接井向与主涡流的回转方向同一方向回转的辅助涡流。因此，能够减轻剥离涡流的接触流动阻力。由此，剥离涡流的流动被加強，能够提高缩流效果。
本发明中，当把所述微小间隙的大小设定为H、把所述凸片本体部与所述台阶部的所述旋转轴方向上游侧的端边缘部之间距离设定为L，则优选满足以下的式(I)。OKL (I)这时，剥离涡流的缩流效果依据端边缘部的位置(与凸片本体部的距离L)与微小间隙H的大小的关系而变化 。根据后述模拟的结果，通过满足式(I)地来设定它们的关系，能够充分提高剥离涡流的缩流效果，能够减少泄漏流量。优选所述台阶部从所述旋转轴方向上游侧朝向下游侧地使突出高度逐渐变高地被设置有多个，在所述前端部和所述结构体的所述部位中的另ー个至少各设置ー个所述密封凸片，该密封凸片相对各个所述台阶部延伸，与所述台阶部对应的密封凸片对于在所述旋转轴方向下游侧相邻的与所述台阶部对应的密封凸片成为相对的所述隔壁。这时，能够在每个各台阶部得到剥离涡流的缩流效果，能够充分減少叶片和与它相対的结构体之间的泄漏流量。优选所述台阶部从所述旋转轴方向上游侧朝向下游侧地使突出高度逐渐变高地被设置有多个，所述结构体的与所述前端部对应的部位是环状的凹部，相对于与所述多个台阶部中的位于所述旋转轴方向最上游侧的台阶部对应的密封凸片，相対的所述隔壁是利用所述凹部的所述旋转轴方向上游侧的内壁面来形成。这时，即使在位于旋转轴方向最上游侧的台阶部也能够得到上述的剥离涡流的缩流效果，能够充分減少叶片和与它相对的结构体之间的泄漏流量。发明的效果根据本发明，能够提供一种被更減少了泄漏流量的高性能涡轮。
图I是表示本发明第一实施例蒸汽涡轮的剖视图；图2是把图I的主要部分I放大了的剖视图；图3是第一实施例密封凸片的放大剖视图；图4是第一实施例蒸汽涡轮的作用说明图；图5是第一实施例变形例密封凸片的剖视图；图6是第一实施例变形例密封凸片的剖视图；图7是第一实施例变形例密封凸片的剖视图；图8是第一实施例变形例密封凸片的剖视图；图9是第一实施例变形例密封凸片的剖视图；图IO是第一实施例变形例密封凸片的剖视图；图11是第一实施例变形例密封凸片的剖视图；图12是第一实施例变形例密封凸片的剖视图；图13是表示本发明第二实施例蒸汽涡轮的剖视图；图14是表示第二实施例蒸汽涡轮的模拟结果的曲线；图15是表示第二实施例蒸汽涡轮的模拟结果的图；图16是表示本发明第三实施例蒸汽涡轮的剖视图；图17是表示本发明第四实施例蒸汽涡轮的剖视图18是表示本发明第五实施例蒸汽涡轮的剖视图。
具体实施例方式以下按照附图来详细说明本发明的实施例。(第一实施例)图I是表示本发明第一实施例蒸汽涡轮I的剖视图。蒸汽涡轮I作为主要元件而具备壳体10、调整向壳体10流入的蒸汽S流量和压力的调整阀20、能够旋转地被设置在壳体10的内侧而来向未图示的发电机等机械传递驱动カ(旋转能)的轴体30、设置在壳体10的静翼40、设置在轴体30的动翼50、支承轴体30能够围绕旋转轴旋转的轴承部60。
壳体10具有向旋转轴方向延伸并被气密封闭的内部空间。壳体10是蒸汽S的流路。在壳体10的内壁面被牢固地固定着穿过有轴体30的环状间隔板外圈11。本实施例的间隔板外圈11是本发明的“结构体”。调整阀20在壳体10的内部设置有多个。调整阀20具备使蒸汽S分别从未图示的多个锅炉流入的调整阀室21、阀体22、阀座23。在调整阀20的下游侧形成有蒸汽室24。当阀体22从阀座23离开则流路被打开，蒸汽S经由蒸汽室24而向壳体10的内部空间流入。轴体30具备轴本体31、从轴本体31的外周向径向延伸的多个盘32。轴体30把旋转能向未图示的发电机等机械传递。静翼40把轴体30的周围包围地被配置多个，是以轴体30为中心地成放射状配置。多个静翼40构成环状静翼组，分别被保持在上述的间隔板外圈11。静翼40的径向内侧被穿过有轴体30的环状轮毂套罩41所连结，静翼40的前端部被设置成相对轴体30而在径向空开有间隙。由多个静翼40构成的环状静翼组在旋转轴方向空开间隔地形成有六个。所述环状静翼组把蒸汽S的压カ能变换成速度能，并把蒸汽S向下游侧相邻的动翼50侧引导。动翼50在轴体30所具有的盘32的外周部被牢固地安装有多个。多个动翼50以轴体30为中心地成放射状配置。多个动翼50在各环状静翼组的下游侧分别构成环状动翼组。本实施例的动翼50是本发明的“叶片”。所述环状静翼组和所述环状动翼组是以ー组为ー阶段。因此，蒸汽涡轮I被构成六阶段。在动翼50的前端部设置有向周向延伸顶端套罩51。图2是把图I的主要部分I放大了的剖视图。如图2所示，被设置在动翼(叶片)50前端部的顶端套罩51在壳体10的径向被配置成与间隔板外圈(结构体)11空开间隙地相对。顶端套罩51具有台阶面53 (53A飞3C)并具备向间隔板外圈11侧突出的台阶部52 (52A 52C)。本实施例中，顶端套罩51具备三个台阶部52 (52A 52C)。台阶部52 (52A 52C)具有与间隔板外圈11相対的面和与该面邻接的台阶。三个台阶部52A飞2C被配置成随着从轴体30的旋转轴方向(以下叫做“轴向”)上游侧朝向下游侧而从动翼50向间隔板外圈11的突出高度逐渐变高。即台阶部52A飞2C的形成台阶的台阶面53 (53A飞3C)被形成得朝向轴向上游侧。台阶面53A是顶端套罩51的轴向上游侧端面。台阶部52A和52B经由台阶面53B被连接，台阶部52B和52C经由台阶面53C被连接。以下把台阶面53 (53A飞3C)的间隔板外圈11侧的端边缘部分叫做台阶部52 (52A^52C)的端边缘部55。在间隔板外圈11的与顶端套罩51对应的部位形成有向壳体10 (參照图I)的周向延伸的环状槽(环状的凹部)11a。顶端套罩51被收容在环状槽Ila内。在间隔板外圈11的环状槽Ila的槽底面Ilb设置有朝向顶端套罩51而向径向内侧延伸的三个密封凸片15 (15A 15C)。环状槽Ila被形成使各密封凸片15的轴向下游侧比上游侧深的阶段状。即环状槽Ila的槽底面Ilb被形成随着从轴向上游侧向下游侧而逐渐地从动翼50离开的阶段状。密封凸片15 (15A 15C)被设置成与台阶部52 (52A 52C)成一対一对应地分别从槽底面Ilb延伸。更详细说就是，密封凸片15 (15A 15C)被设置成与台阶部52 (52A飞2C)的轴向上游侧部分(端边缘部55的近旁)相対。台阶面53 (53A 53C)在轴向仅稍微比密封凸片15 (15A 15C)形成在上游侧。各密封凸片15A 15C分别具备凸片本体部16，其与台阶部52 (52A 52C)之间在径向形成有微小间隙H (Η1 Η3);空间限制部17，其限制微小间隙H (Η1 Η3)在轴向上游侧的空间。图3是密封凸片15 (15A 15C)的放大剖视图。如图3所示，凸片本体部16被形成前端部尖的形状。凸片本体部16比空间限制部17更接近台阶部52 (52A 52C)，与台阶部52 (52A 52C)之间形成微小间隙H (Hl H3)。凸片本体部16的径向长度与微小间隙H (ΗΓΗ3)的大小(径向)是大致同程度。微小间隙H (ΗΓΗ3)的大小是在考虑了壳体10和动翼50的热伸展量、动翼50的离心伸展量等的基础上，在能够防止凸片本体部16与台阶部52接触的安全范围内设定成最小。本实施例的各微小间隙Hf H3全部是同样的大小。但按照需要也可以把它们适当变化。空间限制部17比密封凸片15 (15A 15C)的凸片本体部16在轴向形成得厚。空间限制部17具有向轴向延伸的内周壁面(旋转轴方向壁面)17a。内周壁面17a被形成与台阶部52 (52A飞2C)相対的面状，在包含旋转轴的面的截面(以下有时被叫做“截面视图”)中被形成向轴向延伸的直线状。内周壁面17a从凸片本体部16向轴向的上游侧延伸。换言之，凸片本体部16从内周壁面17a的轴向下游侧端部向台阶部52 (52A 52C)突出。内周壁面17a的轴向宽度是微小间隙H (ΗΓΗ3)的大致两倍。且凸片本体部16的径向长度与微小间隙H (ΗΓΗ3)的大小(径向大小)是大致同程度，所以内周壁面17a与台阶部52 (52A^52C)的间隔是微小间隙H (ΗΓΗ3)的大致两倍。凸片本体部16、空间限制部17和间隔板外圈11也可以是被形成一体，也可以是分别被形成个别体。在把凸片本体部16和空间限制部17设定为个别体的情况下，也可以把凸片本体部16安装在从槽底面Ilb延伸的空间限制部17的前端侧(台阶部52侧)，也可以把空间限制部17沿从槽底面Ilb延伸的凸片本体部16配置。空间限制部17在径向限制凸片本体部16在轴向上游侧的空间，且在与台阶部52 (52A 52C)之间形成小腔室18。即在空间限制部17的内周壁面17a与各台阶部52(52A^52C)之间分别形成有小腔室18。小腔室18在包含旋转轴的面的截面中被形成ー个边是微小间隙H (Hf H3)的大致两倍的正方形。如图2所示，在顶端套罩51和间隔板外圈11的与顶端套罩51对应的部位(环状槽Ila)之间形成有三个腔室C (0Γ03)ο、
三个腔室C (Cf C3)分别被形成在与各台阶部52 (52A 52C)对应的各密封凸片15 (15A 15C)和对于密封凸片15 (15A 15C)而在轴向上游侧相対的隔壁之间。位于轴向最上游侧的第一腔室Cl的所述隔壁是由环状槽Ila的轴向上游侧的内壁面54所形成。即利用内壁面54、与第一阶段的台阶部52A对应密封凸片15A和间隔板外圈11的槽底面Ilb来形成第一腔室Cl。第二腔室C2的所述隔壁是由与台阶部52A对应密封凸片15A所形成。即利用密封凸片15A、密封凸片15B、台阶部52A和间隔板外圈11的槽底面Ilb来形成第二腔室C2。第三腔室C3的所述隔壁是由与台阶部52B对应密封凸片15B所形成。即利用密封凸片15B、密封凸片15C、台阶部52B和间隔板外圈11的槽底面Ilb来形成第三腔室C3。小腔室18分别被形成在各腔室C (Cf C3)与微小间隙H (Η1 Η3)之间。换言之，空间限制部17使各个小腔室18形成在各腔室C (0Γ03)与微小间隙H (ΗΓΗ3)之间。 如图I所示，轴承部60具备径向轴承装置61和推力轴承装置62，能够旋转地支承轴体30。因此，动翼50和间隔板外圈11能够在轴体30周围相对旋转。同样地，静翼40与轴体30能够相对旋转。接着，按照图f图4来说明蒸汽涡轮I的动作。首先，当把调整阀20 (參照图I)变为打开状态，则蒸汽S从未图示的锅炉向壳体10的内部空间流入。流入到壳体10内部空间的蒸汽S顺次通过环状静翼组和环状动翼组的各阶段。首先，利用静翼40把蒸汽S的压カ能变换成速度能。接着，通过了静翼40之间的蒸汽S的大部分向构成同一阶段的动翼50之间流入，并利用动翼50把蒸汽S的速度能变换成旋转能。利用所述旋转能向轴体30给予旋转力。另ー方面，通过了静翼40之间的蒸汽S的一部分(例如几％)在从静翼40之间流出后，向环状槽Ila内流入而成为所谓的泄漏蒸汽。如图4所示，向环状槽Ila内流入的蒸汽S首先向第一腔室Cl流入。流入到第一腔室Cl的蒸汽S与台阶部52A的台阶面53A碰撞，其流动方向变化，通过向上游侧返回而在第一腔室Cl内生成图2和图4的纸面上向逆时针方向(第一方向)回转的主涡流Y1。在蒸汽S向台阶面53A碰撞吋，由于在台阶部52A的端边缘部55有一部分流动被从主涡流Yl剥离，所以在小腔室18内产生剥离涡流Y2。剥离涡流Y2向主涡流Yl回转方向的相反方向(第二方向)即图2和图4纸面上的顺时针方向回转。更详细的情况则如图4所示，当在端边缘部55有一部分流动被从主涡流Yl剥离，且蒸汽S向小腔室18流入，则流入的蒸汽S到达内周壁面17a后沿内周壁面17a向轴向下游侧流动。接着，利用凸片本体部16而使蒸汽S的流动方向向台阶部52A侧改变，然后，蒸汽S沿凸片本体部16向径向内侧流动。接着，利用台阶部52A而使蒸汽S的流动方向向轴向上游侧改变，然后，蒸汽S在小腔室18的径向内侧沿台阶部52A而轴向上游侧流动。接着，蒸汽S由于主涡流Yl和从主涡流Yl剥离而向小腔室18流入的其他蒸汽S而其流动方向向径向外侧改变，然后再次朝向内周壁面17a而向径向外侧流动。由于上述蒸汽S的ー连串流动，使在小腔室18内产生向与主涡流Yl的回转方向相反方向回转的剥离涡流Y2。由于内周壁面17a (參照图3)而使径向外侧的空间被限制，所以限制了蒸汽S向径向外侧扩散。且利用内周壁面17a限制了产生蒸汽S向轴向下游侧的流动，所以更加强了剥离涡流Y2的流动。通过产生剥离涡流Υ2，使穿过密封凸片15Α的凸片本体部16与台阶部52Α之间微小间隙Hl的蒸汽S漏流減少，产生缩流效果。即如图4所示，通过产生剥离涡流Υ2而使在微小间隙Hl的轴向上游侧产生使上述漏流的速度矢量朝向径向内侧的下降流。由于上述下降流在微小间隙Hl的近前(向轴向上游侧仅稍微偏离的位置)具有朝向径向内侧的惯性力，所以产生在轴向下游侧使穿过微小间隙Hl的所述漏流向径向内侧缩小的效果(缩流效果)。结果是減少蒸汽S经由微小间隙Hl的泄漏量。如图2和图3所示，由于小腔室18在包含旋转轴的面的截面中被形成正方形，所以认为剥离涡流Υ2被形成大致正圆。由于内周壁面17a的轴向宽度和内周壁面17a与台阶部52A的间隔都是微小间隙 Hl的大致两倍，所以剥离涡流Y2的直径是微小间隙Hl的大致两倍，在其外周与凸片本体部16的前端相接的情况下，剥离涡流Y2的下降流中径向速度成分成为最大的位置与凸片本体部16的前端(内端边缘)大致一致。因此，所述下降流在微小间隙Hl的近前朝向径向内侧地以最大速度通过，认为使对于漏流的缩流效果变得更大。即使利用在与密封凸片15A对应的小腔室18内产生剥离涡流Y2而使通过微小间隙Hl的蒸汽S的泄漏量減少，但还是产生向轴向下游侧流动的少量漏流。因此，在下游侧的第二腔室C2内产生别的主涡流Yl。第二腔室C2内的主涡流Yl在台阶部52B的端边缘部55被剥离，在与密封凸片15B对应的小腔室18内产生剥离涡流Y2。同样地，在下游侧的第三腔室C3内又产生别的主涡流Y1，在与密封凸片15C对应的小腔室18内产生剥离涡流Y2。即如图2所示，在微小间隙HfH3的各个轴向上游侧的小腔室18产生剥离涡流Y2。由于产生各剥离涡流Y2而对于分别穿过微小间隙Hf H3的蒸汽S的漏流产生缩流效果，使泄漏量顺次減少。根据本实施例的蒸汽涡轮1，流入到腔室C (0Γ03)内的蒸汽S与台阶部52(52A^52C)的形成端边缘部55的台阶面53 (53A^53C)碰撞，其流动方向变化，由于向上游侧返回而生成向第一方向回转的主涡流Y1。由于在台阶面53 (53A飞3C)的端边缘部55有一部分流动被从主涡流Yl剥离，所以产生向第一方向相反的方向即第二方向回转的剥离涡流Y2。由于产生剥离涡流Y2，使穿过凸片本体部16与台阶部52 (52A 52C)之间微小间隙H (Hf H3)的漏流減少，产生缩流效果。且由于利用空间限制部17而在腔室C (0Γ03)与微小间隙H (Η1 Η3)形成有小腔室18，所以剥离涡流Y2的流动在空间比腔室C (C1 C3)狭窄的小腔室18内被加強。因此，能够充分提高剥离涡流Y2的缩流效果，能够更减少穿过微小间隙H (Hf H3)的泄漏流量。由于具有从凸片本体部16向轴向上游侧延伸的内周壁面17a，所以利用内周壁面17a和凸片本体部16能够限制剥离涡流Y2的流动。因此，能够进ー步加强剥离涡流Y2的流动，能够更加提高缩流效果，且能够稳定地維持剥离涡流Y2。由于能够在每个各台阶部52 (52A 52C)得到剥离涡流Y2的缩流效果，所以能够充分减少动翼50和与它对应的间隔板外圈11之间的泄漏流量。由于在与位于轴向最上游侧的台阶部52A对应的小腔室18内也产生剥离涡流Y2，所以能够充分减少动翼50和与它对应的间隔板外圈11之间的泄漏流量。下面，按照图5到图12来说明上述第一实施例的变形例。在图5到图12中，对于与图I到图4相同的结构元件则付与相同的符号而省略说明。如图5所示，密封凸片KD在截面视图中具有相对凸片本体部16而圆弧状圆滑连接的内周壁面17a。换言之，内周壁面17a与凸片本体部16的连接部在截面视图中是圆弧状地凹下。内周壁面17a与凸片本体部16的连接部例如通过加工成圆角R来形成。该变形例中，由于内周壁面17a相对凸片本体部16而在截面视图中是圆弧状连接，所以在截面视图中剥离涡流Y2是从内周壁面17a沿凸片本体部16圆弧状地流动。因 此，能够使沿内周壁面17a流动的剥离涡流Y2顺利地沿凸片本体部16流动，能够加强对于剥离涡流Y2的限制效果。由此，能够进ー步加强剥离涡流Y2的流动，能够更加提高缩流效果，且能够稳定地維持剥离涡流Y2。如图6所示，密封凸片15E在截面视图中具有圆弧状地凹下的内周壁面17b。该变形例中，由于内周壁面17b在截面视图中是圆弧状凹下，所以在截面视图中剥离涡流Y2是沿内周壁面17b圆弧状地流动。因此，能够使剥离涡流Y2的流动方向顺利地变化，能够加强对于剥离涡流Y2的限制效果。由此，能够进ー步加强剥离涡流Y2的流动，能够更加提高缩流效果，且能够稳定地維持剥离涡流Y2。如图7所示，密封凸片15F具有朝向轴向上游侧倾斜的凸片本体部16A。该变形例中，由于凸片本体部16A向轴向上游侧倾斜地延伸，所以在微小间隙H的轴向上游侧有剥离涡流Y2的下降流，以朝向在旋转轴方向下游侧流动的漏流的方式进行流动。因此，在凸片本体部16A的前端部近旁在漏流与剥离涡流Y2的下降流汇合的流动中，流速V的轴向速度成分Vx变小。在凸片本体部16A的前端部近旁，若把流速V的径向速度成分设定为VK，由〒VX/VK越接近O则剥离涡流Y2的缩流效果就越大，所以能够更加提高缩流效果。只要凸片本体部16A的至少前端侧的一部分朝向轴向上游侧倾斜地延伸，就能够提闻缩流效果。如图8所示，密封凸片15H具有随着从轴向上游侧向下游侧前进而逐渐向径向内侧倾斜的内周壁面17d。该变形例中，通过把在端边缘部55从主涡流Yl剥离而流入到小腔室18的蒸汽S沿内周壁面17d顺利地引导到轴向下游侧，能够使强的剥离涡流Y2产生。即由于能够使沿内周壁面17d流动的剥离涡流Y2顺利地沿凸片本体部16流动，所以从内周壁面17d向凸片本体部16的剥离涡流Y2的流动强度不減少。因此，能够产生强的剥离涡流Y2，能够更加提闻缩流效果。也可以使内周壁面17d如图6的内周壁面17b那样在截面视图中被形成圆弧状。如图9所示，密封凸片151在空间限制部17的轴向上游侧端边缘部且是在截面视图中具有被形成圆弧状的角部17e。该变形例中，在端边缘部55被从主涡流Yl剥离的蒸汽S在流入到小腔室18后，能够防止其一部分在角部17e进ー步被从主涡流Yl剥离。因此，主涡流Yl的流动不会变弱，结果是在端边缘部55被从主涡流Yl剥离的流动变強。因此，能够加强剥离涡流Y2的流动。如图10所示，密封凸片15J具有被形成在空间限制部17的轴向上游侧且随着从轴向上游侧向下游侧前进而逐渐向径向内侧倾斜的端面17f。端面17f被设置成与内周壁面17a的轴向上游侧连接。该变形例中，由于主涡流Yl沿端面17f的至少一部分流动，所以能够防止主涡流Yl的流动变弱。结果是在端边缘部55被从主涡流Yl剥离的流动变强，所以能够加强剥离涡流Y2的流动。 如图11所不,密封凸片15K具有从凸片本体部16的侧面向轴向上游侧延伸的空间限制部17A。凸片本体部16直接与间隔板外圈11连接，且从间隔板外圈11向台阶部52延伸。空间限制部17A是沿轴向延伸的壁体。空间限制部17A与台阶部52的间隔是微小间隙H的大致两倍。由于仅由凸片本体部16来支承空间限制部17A，所以密封凸片15K的刚性低。该变形例中，即使动翼50偶然地向径向外侧位移而与密封凸片15K接触，也由于密封凸片15K的刚性低而密封凸片15K容易被压曲。因此，能够抑制动翼50和间隔板外圈11受到损伤。如图12所示，密封凸片15L具备凸片本体部16;凸片状的空间限制部(径向壁体)17B，其被设置成与凸片本体部16的轴向上游侧空开间隔，朝向台阶部52延伸并在与台阶部52之间形成有比微小间隙H大的间隙。该变形例中，在小腔室18内形成有剥离涡流Y2、在径向与剥离涡流Y2邻接而向主涡流Yl的回转方向即第一方向回转的辅助涡流Y3。通过形成辅助涡流Y3而使剥离涡流Y2的形状被整理成大致正圆。在密封凸片15L中由于不存在限制剥离涡流Y2流动的内周壁面(与台阶部52相対的壁面)，所以能够减轻剥离涡流Y2的接触流动阻力。因此，能够加强剥离涡流Y2的流动，更加提高缩流效果。(第二实施例)接着，按照图13来说明本发明第二实施例的蒸汽涡轮2。图13是表示蒸汽涡轮2的剖视图，是与第一实施例的图2对应的图。对于与图f图12相同的结构元件则付与相同的符号而省略其说明。本实施例以见识到存在有能够有效得到上述缩流效果的条件作为基础而进行模拟，根据得到的条件来设定蒸汽涡轮2的各结构元件。如图13所示，当把凸片本体部16和与各凸片本体部16对应的各台阶部52的轴向上游侧的端边缘部55之间的轴向距离(即凸片本体部16与台阶面53之间的轴向距离)设定为L (LfL3)，则距离L满足以下的式(I)。O. 7H ^ L (I)距离L成为小腔室18的轴向宽度。在蒸汽涡轮2停止时和运转时，微小间隙H和距离L的大小有变化的可能性。因此，为了有效得到缩流效果就需要在蒸汽涡轮2运转时满足式(I )。在本实施例中由于ΗΓΗ3都是同样的大小，所以以H代表ΗΓΗ3来表示。(模拟)以下说明图13所示的距离L与涡轮效率变化和泄漏量变化率关系的模拟結果。
图14是表示模拟结果的曲线。图14的横轴表示距离L的大小(长度)，纵轴表示涡轮效率变化和泄漏量变化率。关于涡轮效率变化和泄漏量变化率是表示一般阶跃凸片结构的对于涡轮效率和泄漏流量的大小。图14的横轴和纵轴都是一般的等差刻度。如图14所示，距离L优选设定成满足以下的式(I)。O. 7H ^ L (I)即如图14所示，在距离L不到O. 7H (L < O. 7H)的情况下，由于小腔室18的宽度(轴向宽度)不充分，所以在端边缘部55难于产生剥离涡流Y2。因此，在凸片本体部16的轴向上游侧不能充分形成剥离涡流Y2的下降流。由此，由下降流引起的对于漏流的缩流效果非常小。如图14所示，由于泄漏流量多而泄漏量变化率高(+侧)。由于泄漏流量多而涡轮效率下降,所以如图14所示，涡轮效率变化变低(ー侧)。另ー方面，只要满足式(1)，由于小腔室18的宽度(轴向宽度)被充分确保，所以在 端边缘部55容易产生剥离涡流Y2。因此，在凸片本体部16的轴向上游侧能够充分形成剥离涡流Y2的下降流。由此，能够充分得到由下降流引起的对于漏流的缩流效果。如图14所示，由于泄漏流量多而泄漏量变化率低(ー侧)。通过泄漏流量变少而涡轮效率提高，所以涡轮效率变化变高(+侧)。图15是表示模拟结果的图。图15表示设置了把距离L设定成O. 7H以上的小腔室18的涡轮和没有设置这样小腔室18的涡轮中，涡轮效率变化和泄漏量变化率的比较结
果O如图15所示，有小腔室18的涡轮与没有小腔室18的涡轮相比，泄漏量小而涡轮
效率高。根据以上的模拟结果，本实施例把距离L (LfL3)设定成满足式(I)。因此，在各小腔室18由于各台阶部52A飞2C和与它对应的凸片本体部16之间的位置关系满足式(I)，所以剥离涡流Y2的缩流效果充分高，泄漏流量与现有相比而格外地減少。由此，在具备上述密封结构的蒸汽涡轮2中，泄漏流量更被減少，能够更加提高其性倉^:。(第三实施例)接着，按照图16来说明本发明第三实施例的蒸汽涡轮3。图16是表示蒸汽涡轮3的剖视图，是与第一实施例的图2对应的图。对于与图f图15相同的结构元件则付与相同的符号而省略其说明。图16所不的第三实施例在以下的点与第一实施例不同。第一实施例中，在设置于动翼50前端部的顶端套罩51形成有台阶部52(52A飞2C)，在固定于壳体10的间隔板外圈11设置有密封凸片15 (15A 15C)。而在第三实施例中，是把台阶部52形成在间隔板外圈11，把密封凸片15设置在顶端套罩51。如图16所示，第三实施例在形成于间隔板外圈(结构体)11的环状槽Ila的槽底面Ilb形成有两个台阶部52。两个台阶部52是具有台阶面53D的台阶部52D和具有台阶面53E且被设置在台阶部52D的轴向下游侧的台阶部52E。台阶部52D、52E被配置成随着朝向轴向下游侧前进而向动翼50侧突出的高度逐渐变高。另ー方面，在设置于动翼(叶片)50前端部的顶端套罩51设置有三个朝向槽底面Ilb并向径向外侧延伸的密封凸片15(15M 150)。
密封凸片15 (15M^150)中的轴向最上游侧的密封凸片15M不具备空间限制部17而仅具备凸片本体部16。密封凸片15M向位于台阶部52D轴向上游侧的槽底面Ilb延伸，在径向与槽底面Ilb之间形成微小间隙。密封凸片15N、150都具备凸片本体部16和空间限制部17。密封凸片15N、150分别与台阶部52D、52E对应延伸。密封凸片15N、150的各凸片本体部16分别在径向与对应的台阶部52D、52E之间形成微小间隙H (H4、H5)。且空间限制部17在各个密封凸片15N、150在径向来限制凸片本体部16的轴向上游侧空间，并在与台阶部52D、52E之间形成小腔室18。 各微小间隙H (H4、H5)的大小与第一实施例同样地是在考虑了壳体10和动翼50的热伸展量、动翼50的离心伸展量等的基础上，在能够防止凸片本体部16与台阶部52(52D、52E)接触的安全范围内设定成最小。且把H4和H5设定是同样的大小。但按照需要也可以把它们适当变化。如图16所示，在顶端套罩51和间隔板外圈11的与顶端套罩51对应的部位(环状槽Ila)之间形成有腔室C (C4、C5)。腔室C (C4、C5)与第一实施例同样地被形成在与各台阶部52 (52D、52E)对应的密封凸片15 (15N、150)和对于这些密封凸片15而在轴向上游侧相対的隔壁之间。位于轴向最上游侧的第一腔室C4的所述隔壁是由密封凸片15M所形成。即第一腔室C4被形成在密封凸片15M、密封凸片15N、顶端套罩51、间隔板外圈11(槽底面Ilb)之间。在第二腔室C5中，所述隔壁是由密封凸片15N所形成。即第二腔室C5被形成在密封凸片15N、密封凸片150、顶端套罩51、间隔板外圈11 (槽底面Ilb)之间。当把凸片本体部16和与各凸片本体部16对应的各台阶部52的轴向上游侧端边缘部55之间的轴向距离(即凸片本体部16与台阶面53之间的轴向距离)设定为L (L4、L5)，则距离L满足式(I)。小腔室18分别被形成在各腔室C (C4、C5)与微小间隙H (H4、H5)之间。由于各台阶部52D、52E和与它对应的密封凸片15N、150的凸片本体部16之间的位置关系满足式(I)，所以由剥离涡流Y2产生的漏流的缩流效果充分高，泄漏流量与现有相比而格外地減少。因此，在具备上述密封结构的蒸汽涡轮3中，泄漏流量更被減少，能够更加提闻其性能。由于本实施例的蒸汽涡轮3通过把台阶部形成两阶段而形成两个小腔室18，所以能够利用各小腔室18缩流效果来减少泄漏流量。因此，作为整体而能够进ー步减少泄漏流量。(第四实施例)接着，按照图17来说明本发明第四实施例的蒸汽涡轮4。图17是把与第一实施例的图I中主要部分J相当的部分放大表示的剖视图，是与第一实施例的图2对应的图。对于与图f图16相同的结构元件则付与相同的符号而省略其说明。图17所示的第四实施例在以下的点与第一实施例不同。第一实施例中，把本发明的“叶片”作为动翼50，在设置于动翼50前端部的顶端套罩51形成有台阶部52(52A飞2C)，并且把本发明的“结构体”作为间隔板外圈11，在间隔板外圈11设置密封凸片15 (15A 15C)。而在第四实施例中，是把本发明的“叶片”作为静翼40，在静翼40的前端部形成有台阶部52，且把本发明的“结构体”作为轴体30，在轴体30设置密封凸片15。如图17所示，第四实施例在静翼40前端部的向周向延伸的轮毂套罩41形成有三个台阶部52 (52F 52H)。三个台阶部52F飞2H被配置成随着从轴体30的轴向上游侧朝向轴向下游侧而从静翼40向轴体30突出的高度逐渐变高。形成台阶部52 (52F 52H)台阶的台阶面53(53F^53H)被朝向轴向上游侧形成。 在轴体30的与轮毂套罩41对应的部位形成有向周向延伸的环状槽33。环状槽33被形成在轴体30的盘32、32之间。把轮毂套罩41收容在环状槽33内。在环状槽33的槽底面33a设置有三个朝向轮毂套罩41并向径向外侧延伸的密封凸片15 (15P 15R)。环状槽33被形成与各密封凸片15的轴向上游侧相比而下游侧深的阶段状。即环状槽33的槽底面33a被形成随着从轴向上游侧朝向下游侧而逐渐从静翼40离开的阶段状。密封凸片15 (15P 15R)都具备凸片本体部16和空间限制部17。密封凸片15(15P 15R)与台阶部52 (52F^52H) 一対一对应地从槽底面33a延伸。更详细说就是，密封凸片15 (15P 15R)被设置成与台阶部52 (52F 52H)的轴向上游侧部分(端边缘部55)相対。且台阶部52 (52F 52H)的台阶面53 (53F 53H)在轴向被形成在仅比密封凸片15(15 1510稍微靠上游侧。在各个密封凸片15 (15P 15R)上，凸片本体部16在径向与台阶部52 (52F 52H)之间形成微小间隙H (H6 H8)。且空间限制部17在径向限制凸片本体部16的轴向上游侧空间，并在与台阶部52 (52F^52H)之间形成小腔室18。如图17所示，在轮毂套罩41和轴体30的与轮毂套罩41对应的部位(环状槽33)之间形成有腔室C (C6 C8)。腔室C (C6飞8)被形成在与各台阶部52对应的密封凸片15和对于密封凸片15而在轴向上游侧相対的隔壁(环状槽33的轴向上游侧内壁面34或与轴向上游侧相邻的其他密封凸片15)之间。小腔室18分别被形成各腔室C (C6 C8)与微小间隙H (H6 H8)之间。当把凸片本体部16与各台阶部52的轴向上游侧端边缘部55之间的轴向距离设定为L (L6 L8)，则这些距离L中的至少ー个满足式(I)。由于各台阶部52F 52H中的至少ー个和与它对应的凸片本体部16之间的位置关系满足式(I)，所以剥离涡流Y2的对于漏流的缩流效果充分高，泄漏流量与现有相比而格外地減少。因此，在具备上述密封结构的蒸汽涡轮4中，泄漏流量更被減少，能够更加提高其性能。(第五实施例)接着，按照图18来说明本发明第五实施例的蒸汽涡轮5。图18是把与第一实施例的图I中主要部分J相当的部分放大表示的剖视图，是与第四实施例的图17对应的图。图18所示的第五实施例在以下的点与第四实施例不同。第四实施例中，在设置于静翼(叶片)40前端部的轮毂套罩41形成有台阶部52 (52F飞2H)，在轴体(结构体)30设置密封凸片15 (15P 15R)。而第五实施例在轴体(结构体)30形成台阶部52 (52I、52J)，在轮毂套罩41设置密封凸片15 (15S 15U)。如图18所示，第五实施例在形成于轴体(结构体)30的环状槽33的槽底面33a形成有具有台阶面531的台阶部521和具有台阶面53J且被设置在台阶部521的轴向下游侧的台阶部52J。台阶部52I、52J被配置成随着朝向轴向下游侧前进而向静翼40侧突出的高度逐渐变高。另ー方面，在静翼(叶片)40的轮毂套罩41设置有三个朝向槽底面33a并向径向内侧延伸的密封凸片15 (15S 15U)。密封凸片15 (15S 15U)中的轴向最上游侧的密封凸片15S不具备空间限制部17而仅具备凸片本体部16。密封凸片15S向位于台阶部521轴向上游侧的槽底面33a延伸，在径向与槽底面33a之间形成微小间隙。密封凸片15T、15U都具备凸片本体部16和空间限制部17。密封凸片15T、15U分别向台阶部521、52J延伸。密封凸片15T、15U的各凸片本体部16分别在径向与对应的台阶 部52I、52J之间形成微小间隙H (H9、H10)。且空间限制部17在各个密封凸片15T、15U在径向来限制凸片本体部16的轴向上游侧空间，并在与台阶部52I、52J之间形成小腔室18。如图18所示，在轮毂套罩41和轴体30的与轮毂套罩41对应的部位(环状槽33)之间形成有腔室C (C9、C10)。当把凸片本体部16和与它对应的各台阶部52的轴向上游侧端边缘部55之间的轴向距离设定为L (L9、L10)，则这些距离L中的至少ー个满足式(I)。小腔室18分别被形成在各腔室C (C9、C10)与微小间隙H (H9、H10)之间。由于各台阶部52I、52J中的至少ー个和与它对应的密封凸片15T、15U的凸片本体部16之间的位置关系满足式(I)，所以由剥离涡流Y2产生的漏流的缩流效果充分高，泄漏流量与现有相比而格外地減少。因此，在具备上述密封结构的蒸汽涡轮5中，泄漏流量更被减少，能够更加提闻其性能。在上述实施例中所示的动作次序或各结构部件的各种形状和组合等是一例，在不脱离本发明主g的范围而能够根据设计要求等进行各种变更。例如在上述第一 第三实施例中，被设置在壳体10的间隔板外圈11是本发明的“结构体”，但也可以不设置间隔板外圈11而把壳体10自身作为本发明的“结构体”。即本发明的“结构体”只要是包围动翼50并形成有流体通过的流路，则也可以是任何部件。在上述第一 第五实施例中，与ー侧的台阶部52对应，并把设置有密封凸片15的另ー侧(例如槽底面llb、33a)形成阶段状，但也可以把从旋转轴到上述另ー侧的径形成为同一径。在上述第二 第五实施例中，也可以使用作为第一实施例变形例来说明的密封凸片 15D 15L。在上述实施例中，把腔室C和小腔室18分别形成了多个(在上述实施例中是两个或三个)，腔室C和小腔室18的数量是任意的，也可以是ー个，或者也可以是四个以上。不需要如上述实施例那样使密封凸片15与台阶部52 —定是ー对一地对应，对于这些数量能够任意设计。例如对于ー个台阶部52也可以使多个密封凸片15延伸。在上述实施例中，把本发明应用在最终阶段的动翼50和静翼40，但也可以把本发明应用在其他阶段的动翼50和静翼40。
在上述实施例中，把本发明应用在凝汽式蒸汽涡轮，但也可以把本发明应用在其他形式的蒸汽涡轮，例如应用在两阶段抽汽式涡轮、抽汽式涡轮、混汽式涡轮等的涡轮形式。且在上述实施例中，把本发明应用在蒸汽涡轮，但也可以把本发明应用在燃气轮机。进而也可以把本发明应用具有旋转叶片的所有旋转结构。产业上利用的可能性根据本发明，能够提供泄漏流量更加減少的高性能涡轮。符号说明Γ5蒸汽涡轮 10壳体11间隔板外圈(结构体)
15 (15A 15L、15N 15R、15T、15U)密封凸片16U6A凸片本体部 17、17A、17B空间限制部17a^l7d内周壁面17e角部17f端面 18小腔室30轴体(结构体)40静翼(叶片)41轮毂套罩(前端部)50动翼(叶片)51顶端套罩(前端部)52 (52A 52J)台阶部55端边缘部 C (Cl C10)腔室H (Hl H10)微小间隙L (LI L10)距离 Yl主涡流Y2剥离涡流
权利要求
1.一种润轮，具备叶片； 结构体，其被设置成与所述叶片的前端侧空开间隙，且对于所述叶片是围绕旋转轴相对旋转， 在所述叶片的前端部和所述结构体的与所述前端部对应的部位中的一个设置有台阶部，该台阶部具有台阶面且向所述前端部和所述结构体的所述部位中的另ー个突出， 在所述前端部和所述结构体的所述部位中的另ー个设置有密封凸片，其向所述台阶部延伸， 在所述叶片的前端部与所述结构体的所述部位之间，且在所述密封凸片与相对该密封凸片而在所述结构体的所述旋转轴方向上游侧相対的隔壁之间形成有腔室， 所述密封凸片具备 凸片本体部，其与所述台阶部之间形成有微小间隙； 空间限制部，其限制所述微小间隙在所述旋转轴方向上游侧的空间，且在所述腔室与所述微小间隙之间形成小腔室。
2.如权利要求I所述的涡轮，其中，所述空间限制部具有从所述凸片本体部向所述旋转轴方向上游侧延伸的旋转轴方向壁面。
3.如权利要求2所述的涡轮，其中，所述旋转轴方向壁面在包含所述旋转轴的面的截面中成圆弧状凹下。
4.如权利要求2所述的涡轮，其中，在包含所述旋转轴的面的截面中，所述旋转轴方向壁面与所述凸片本体部被圆弧状地连接。
5.如权利要求I所述的涡轮，其中，所述凸片本体部的至少前端侧朝向所述旋转轴方向上游侧斜向地延伸。
6.如权利要求I所述的涡轮，其中，所述空间限制部是径向壁体，该径向壁体被设置成在所述凸片本体部的所述旋转轴方向上游侧空开间隔，向所述台阶部延伸并在与该台阶部之间形成比所述微小间隙大的间隙。
7.如权利要求I所述的涡轮，其中，当把所述微小间隙的大小设定为H、 把所述凸片本体部与所述台阶部的所述旋转轴方向上游侧的端边缘部之间距离设定为L,则满足以下的式(I), OKL (I)。
8.如权利要求I所述的涡轮，其中，所述台阶部从所述旋转轴方向上游侧朝向下游侧地使突出高度逐渐变高地被设置有多个， 在所述前端部和所述结构体的所述部位中的另ー个至少各设置一个所述密封凸片，该凸片相对各个所述台阶部延伸， 相对于在所述旋转轴方向下游侧相邻的与所述台阶部对应的密封凸片，与所述台阶部对应的密封凸片成为相对的所述隔壁。
9.如权利要求I所述的涡轮，其中，所述台阶部从所述旋转轴方向上游侧朝向下游侧地使突出高度逐渐变高地被设置有多个， 所述结构体的与所述前端部对应的部位是环状的凹部， 相对于与所述多个台阶部中的位于所述旋转轴方向最上游侧的台阶部对应的密封凸片，相対的所述隔壁是利用所述凹部的所述旋转轴方向上游侧的内壁面形成的。
全文摘要
本发明的涡轮(1)中，在叶片(50)的前端部(51)和结构体(11)的与前端部(51)对应的部位(11a)中的一个设置有台阶部(52)，其具有台阶面(53)且向前端部(51)和结构体(11)的部位(11a)中的另一个突出，在前端部(51)和结构体(11)的部位(11a)中的另一个设置有向台阶部(52)延伸的密封凸片(15)，在叶片(50)的前端部(51)与结构体(11)的部位(11a)之间，且在密封凸片(15)与相对密封凸片(15)而在结构体(11)的旋转轴方向上游侧相对的隔壁(54、15)之间形成有腔室(C)。密封凸片(15)具备凸片本体部(16)，其与台阶部(52)之间形成有微小间隙(H)；空间限制部(17)，其限制微小间隙(H)在旋转轴方向上游侧的空间，且在腔室(C)与微小间隙(H)之间形成小腔室(18)。根据本发明，能够提供一种被更减少了泄漏流量的高性能涡轮。
文档编号F01D11/02GK102695849SQ201180005151
公开日2012年9月26日 申请日期2011年1月31日 优先权日2010年3月30日
发明者大山宏治, 松尾朝春, 松本和幸, 桑村祥弘, 田中良典 申请人:三菱重工业株式会社