涡轮的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种涡轮。本发明所涉及的涡轮具备叶片及相对于该叶片相对旋转的结构体，且有流体流通，该涡轮还具备：台阶部，设置于所述叶片的径向前端部及所述结构体中与所述径向前端部对置的部位中的任意一方；密封翅片，从另一方向所述台阶部延伸，且在与该台阶部之间形成微小间隙；流体冲撞面，设置于所述流体的流通方向的比所述密封翅片更靠上游侧，并供所述流体冲撞；凸部，从该流体冲撞面朝上游侧突出；及对置面，与所述流体冲撞面对置。
【专利说明】;呙轮
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种例如用于发电设备、化工设备、燃气装置、钢铁厂及船舶等中的涡轮。
[0002]本申请对2011年12月13日申请于日本的专利申请2011-272355号主张优先权，并将其内容援用于此。
【背景技术】
[0003]目前，作为蒸汽涡轮的一种公知的有具备在内部流通有蒸汽的外壳及旋转自如地设置于该外壳的内部的轴体的蒸汽涡轮。该蒸汽涡轮中，在外壳的内周面固定有固定叶片，且在轴体的外周面固定有转动叶片，轴向上交替设置有多级固定叶片和转动叶片。
[0004]该蒸汽涡轮根据工作方式的不同大致分为冲动式涡轮和反动式涡轮。冲动式涡轮是指转动叶片仅受到蒸汽的冲撞力而旋转的蒸汽涡轮。该冲动式涡轮中固定叶片具有喷嘴形状，通过该固定叶片的蒸汽喷射到转动叶片上，转动叶片仅受到蒸汽的冲撞力而旋转。另一方面，反动式涡轮中，固定叶片与转动叶片的形状相同，转动叶片受到通过该固定叶片的蒸汽的冲撞力和相对于通过转动叶片时所产生的蒸汽的膨胀的反作用力而旋转的蒸汽涡轮。
[0005]然而，这种蒸汽涡轮中，在转动叶片的前端部与外壳之间形成有规定宽度的径向间隙，并且在固定叶片的前端部与轴体之间也形成有规定宽度的径向间隙。而且，向轴体的轴线方向流动的蒸汽的一部分通过这些转动叶片和固定叶片的前端部的间隙向下游侧泄漏。因此，从转动叶片与外壳之间的间隙向下游侧泄漏的蒸汽对转动叶片既不赋予冲撞力也不赋予反作用力，因此不论是冲动式涡轮还是反动式涡轮，几乎不提供使转动叶片旋转的驱动力。并且，从固定叶片和轴体之间的间隙向下游侧泄漏的蒸汽也同样，固定叶片即使越过固定叶片，其速度也不发生变化并且也不产生膨胀，因此不论是冲动式涡轮还是反动式涡轮，几乎不提供使下游侧的转动叶片旋转的驱动力。因此，在提高蒸汽涡轮的性能时，减少转动叶片或固定叶片的前端的间隙中的蒸汽的泄漏量至关重要。
[0006]因此，以往作为防止蒸汽从转动叶片或固定叶片的前端部的间隙泄漏的构件使用密封翅片。该密封翅片例如用于转动叶片的前端部时，被设置成从转动叶片或外壳中的任意一方突出，并在与另一方之间形成微小的间隙。
[0007]然而作为转动叶片，众所周知有在构成其前端部的套筒的上游侧面即供蒸汽流冲撞的面上设置了向上游侧突出的凸部的转动叶片(例如参考专利文献I及专利文献2)。
[0008]而在这些专利文献I及专利文献2中未记载有关在套筒上设置该凸部的意义。
[0009]以往技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本专利公开2006-291967号公报
[0012]专利文献2:日本专利公开平02-030903号公报
[0013]发明的概要[0014]发明要解决的技术课题
[0015]然而,在转动叶片和固定叶片的前端部设置有密封翅片的现有蒸汽涡轮中存在，当密封翅片从转动叶片或固定叶片侧突出时，无法获得防止蒸汽向下游侧泄漏的良好密封性能的问题。
[0016]图8是表示有关现有蒸汽涡轮的转动叶片80的前端部周围的概要剖视图。
[0017]当密封翅片82从构成转动叶片80的套筒81突出时，撞到转动叶片80的蒸汽S在形成于转动叶片80的上游侧的腔室C内部形成主涡流SU。而且该主涡流SU的一部分由于碰到套筒81的角部83而剥离，由此形成剥离涡流HU。然而，该剥离涡流HU在密封翅片82的前端部从外壳84向密封翅片82侧流动。
[0018]因此，该剥离涡流HU的缩流效果，即向径向压缩通过密封翅片82的前端与外壳84之间的微小间隙85而向下游侧泄漏的蒸汽S从而减少泄漏量的效果较小。由此，以密封翅片82从转动叶片80突出的结构无法获得良好的密封性能。
[0019]本发明是鉴于这种问题而完成的，其目的在于提供一种在密封翅片从叶片主体及结构体中的任一方向另一方延伸的涡轮中，减少涡轮的密封翅片前端与叶片主体或结构体之间的间隙中的蒸汽的泄漏量的构件。
[0020]用于解决技术课题的手段
[0021](I)本发明所涉及的涡轮，具备叶片及隔着间隙设置于该叶片的径向前端侧并相对于所述叶片相对旋转的结构体，在所述间隙有流体流通，该涡轮具备:台阶部，设置于所述叶片的径向前端部及所述结构体中与所述径向前端对置的部位中的任意一方，并具有径向上的阶梯；密封翅片，从所述叶片的径向前端部及所述结构体中与所述径向前端部对置的部位中的另一方向所述台阶部延伸，且在与该台阶部之间形成微小间隙；流体冲撞面，设置于所述流体的流通方向的比所述密封翅片更靠上游侧，并供所述流体冲撞；凸部，从该流体冲撞面朝上游侧突出；及对置面，与所述流体冲撞面对置。
[0022]根据这种结构冲撞到流体冲撞面的流体在流体冲撞面与对置面之间的比凸部更靠叶片基端侧的空间形成主涡流。而且在凸部中有一部分主涡流剥离，由此在流体冲撞面与对置面之间的比凸部更靠叶片前端侧的空间形成剥离涡流。进而，在台阶部的角部有一部分剥离涡流进一步剥离，由此在形成于密封翅片的上游侧的扩幅部的内部产生剥离涡流。而且，产生在该扩幅部的剥离涡流在形成于密封翅片的前端与结构体之间的微小间隙的位置上，从密封翅片向结构体侧流动。
[0023]由此，该剥离涡流发挥减少微小间隙中的流体的泄漏量的所谓缩流效果。
[0024](2)优选在所述台阶部的表面设置有切削性优于所述密封翅片的易切削材料。
[0025]根据这种结构，当涡轮启动时，由于产生于叶片的热拉伸变得大于产生于结构体的热拉伸，进而在叶片为转动叶片时产生离心拉伸，由此密封翅片切削易切削材料。之后，涡轮过渡到额定运行，由于叶片的热拉伸大小变得等于或小于结构体的热拉伸，因此密封翅片变成远离易切削材料的状态。而且，与没有易切削材料时的密封翅片与台阶部之间的径向宽度相比，密封翅片与易切削材料之间的径向宽度较狭窄。
[0026]由此，能够减少密封翅片的前端部中的流体的泄漏量。
[0027](3)优选所述台阶部设置于所述结构体上，且所述密封翅片设置于所述叶片上。
[0028]根据这种结构，密封翅片的前端部位置变得远离叶片，因此由密封翅片的前端部与结构体的滑动引起的热量难以传递至叶片。
[0029](4)优选所述结构体为容纳被旋转驱动的轴体的外壳，且所述叶片为固定于所述轴体并向所述外壳侧延伸的转动叶片。
[0030]根据这种结构，能够将转动叶片的前端部中，来自形成于密封翅片与外壳之间的微小间隙的流体的泄漏量抑制在最小限度内。
[0031](5)优选所述结构体为被旋转驱动的轴体，且所述叶片为固定于容纳所述轴体的外壳并向所述轴体侧延伸的固定叶片。
[0032]根据这种结构，能够将固定叶片的前端中，来自形成于密封翅片与轴体之间的微小间隙的流体的泄漏量抑制在最小限度内。
[0033]发明效果
[0034]根据本发明所涉及的涡轮，密封翅片从叶片及结构体中的任意一方向另一方延伸的涡轮中，能够减少密封翅片的前端与叶片或结构体之间的间隙中的蒸汽的泄漏量。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是表示本发明的第I实施方式所涉及的蒸汽涡轮的概要剖视图。
[0036]图2是放大图1中的转动叶片的前端部周围的局部放大剖视图。
[0037]图3是说明剥离涡流的缩流效果的图，且为放大图2中第I密封翅片的前端部周围的局部放大剖视图。
[0038]图4是表示第2实施方式所涉及的转动叶片的前端部周围的概要剖视图。
[0039]图5A是说明第2实施方式所涉及的蒸汽涡轮的作用效果的图。
[0040]图5B是说明第2实施方式所涉及的上述涡轮的作用效果的图。
[0041]图6是表示第3实施方式所涉及的转动叶片的前端部周围的概要剖视图。
[0042]图7是表示第4实施方式所涉及的固定叶片的前端部周围的概要剖视图。
[0043]图8是表示有关以往的蒸汽涡轮的转动叶片的前端部周围的概要剖视图。
【具体实施方式】
[0044][第I实施方式]
[0045]以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。首先，对本发明的第I实施方式所涉及的蒸汽涡轮的结构进行说明。图1是表示第I实施方式所涉及的蒸汽涡轮I的概要剖视图。
[0046]蒸汽涡轮I具备:中空的外壳10 ;调整阀20，调整流入到该外壳10内部的蒸汽S(流体)的量和压力；轴体30，旋转自如地设置于外壳10的内部，并向未图示的发电机等机械传递动力；环状固定叶片组40，保持在外壳10上；环状转动叶片组50(叶片)，设置于轴体30上；及轴承部60，以能够绕轴CL旋转的方式支承轴体30。
[0047]外壳10的内部空间被密封得气密，并成为蒸汽S的流路。该外壳10具有固定于其内壁面的环状隔板外圈11(结构体)。而且，在该隔板外圈11上插通有轴体30。
[0048]在外壳10的内部安装有多个调整阀20，分别具备从未图示的锅炉供蒸汽S流入的调整阀室21、阀体22及阀座23，若阀体22离开阀座23，则蒸汽流路打开，使得蒸汽S经由蒸汽室24流入外壳10的内部空间。[0049]轴体30具备轴主体31及从该轴主体31的外周向径向延伸的多个圆盘32。该轴体30向未图示的发电机等机械传递旋转能。
[0050]环状固定叶片组40由沿着轴体30的周向在外壳10的内侧面设置的多个固定叶片41而成。该固定叶片41具有基端部被所述隔板外圈11保持的叶片主体42和周向连结该叶片主体42的径向前端部的环状的轮毂套筒43。而且，该轮毂套筒43上以向径向隔开规定间隙的方式插通有轴体30。
[0051]而且，如此构成的6个环状固定叶片组40以规定间隔设置于轴体30的轴向上，将蒸汽S的压力能转换为速度能，以向与下游侧相邻的转动叶片51侧引导。
[0052]轴承部60具有向径向承受轴体30的轴颈轴承装置61和向轴向承受轴体30的推力轴承装置62，并将轴体30支承得旋转自如。
[0053]环状转动叶片组50由沿着轴体30的周向设置的多个转动叶片51而成。该转动叶片51具有:叶片主体511，基端部固定于所述圆盘32 ;及环状的叶端套筒512 (图1中未图示)，周向连结该叶片主体511的径向前端部。而且，如此构成的6个环状转动叶片组50以分别与6个环状固定叶片组40的下游侧相邻的方式设置。
[0054]由此，呈一组一级的环状固定叶片组40及环状转动叶片组50沿着轴向共构成6级。
[0055]其中，图2是放大图1中的转动叶片51的前端部周围的局部放大剖视图。
[0056]图2所示的隔板外圈11的内周面上沿着周向形成有环状槽12。该环状槽12由上游侧壁面13(对置面)、底面14及下游侧壁面15形成。而且，在底面14中与叶端套筒512对置的位置上设置有阶梯形台阶部141。该台阶部141由3个越往下游侧越往转动叶片51侧突出的阶梯构成，并具有沿轴向的3个轴向壁面(内周面)141a、141b、141c及沿径向的3 个径向壁面 141d、141e、141f。
[0057]另外，台阶部141至少具有轴向壁面141a和径向壁面141d即可，其阶梯的个数并不限于3级，可任意变更。
[0058]另一方面，如图2所示，转动叶片51的前端部配设有如上所述的环状叶端套筒512。该叶端套筒512具有截面大致呈矩形的形状，在与隔板外圈11的上游侧壁面13对置的位置设置有供蒸汽S冲撞的蒸汽冲撞面53 (流体冲撞面)。而且，在该蒸汽冲撞面53的径向前端部上设置有向上游侧突出的凸部54。该凸部54具有截面大致呈矩形的形状，并设置于叶端套筒512的径向前端部。
[0059]另外，凸部54的截面形状并不限于本实施方式中的矩形，可任意设计变更，例如能够设计成三角形或半圆形。
[0060]并且，叶端套筒512的截面形状也不限于本实施方式，例如也可以是径向厚度越往下游侧越变薄的阶梯形状。
[0061]并且，形成凸部54的位置并不限于叶端套筒512的蒸汽冲撞面53的径向前端部，例如也可以是径向中央部或径向基端部。
[0062]并且，也可以使凸部54的前端突出至靠近上游侧壁面13的位置，以在凸部54与上游侧壁面13之间形成微小的间隙，由此构成所谓的轴向密封翅片即凸部54。
[0063]而且，如图2所示，叶端套筒512的外周面512a上分别设置有以以规定的轴向间隔向径向突出的3个密封翅片55。其中，位于最上游侧的第I密封翅片55A固定于其基端部稍靠径向壁面141d下游侧的位置，且其前端部达到靠近台阶部141的轴向壁面141a的位置。
[0064]由此，在第I密封翅片55A与轴向壁面141a之间形成微小间隙56A。
[0065]并且，位于第二上游侧的第2密封翅片55B固定于其基端部稍靠径向壁面141e下游侧的位置，且其前端部达到靠近台阶部141的轴向壁面141b的位置。
[0066]由此，在第2密封翅片55B与轴向壁面141b之间形成微小间隙56B。
[0067]并且，位于最下游侧的第3密封翅片55C固定于其基端部稍靠径向壁面141f下游侧的位置，且其前端部达到靠近台阶部141的轴向壁面141c的位置。
[0068]由此，在第3密封翅片55C与轴向壁面141c之间形成微小间隙56C。
[0069]而且，如此构成的密封翅片55的长度以第I密封翅片55A、第2密封翅片55B及第3密封翅片55C的顺序逐渐变短。
[0070]另外，密封翅片55的长度、形状、设置位置和个数等并不限于本实施方式，可根据叶端套筒512和/或隔板外圈11的截面形状等适当设计变更。
[0071]并且，优选在考虑外壳10和转动叶片51的热拉伸量、转动叶片的离心拉伸量等的基础上，并在密封翅片55与隔板外圈11不接触的安全范围内，将微小间隙56A、56B、56C的尺寸设定在最小限度内。
[0072]本实施方式中，将3个微小间隙56A、56B、56C的尺寸设定得均相同，但也可以根据需要对每一个密封翅片55设定不同尺寸的微小间隙56A、56B、56C。
[0073]而且，如图2所示，根据这种转动叶片51的前端部周围的结构，通过隔板外圈11、3个密封翅片55及叶端套筒512形成3个腔室C。
[0074]其中，位于最上游侧的第I腔室Cl通过隔板外圈11的上游侧壁面13、该隔板外圈11的底面14、第I密封翅片55A及叶端套筒512的蒸汽冲撞面53形成。
[0075]并且，位于第二上游侧的第2腔室C2通过第I密封翅片55A、隔板外圈11的底面14、第2密封翅片55B及叶端套筒512的外周面512a形成。
[0076]并且，位于最下游侧的第3腔室C3通过第2密封翅片55B、隔板外圈11的底面14、第3密封翅片55C及叶端套筒512的外周面512a形成。
[0077]其中，如图2所示，第I腔室Cl在沿轴向的截面上具有大致呈矩形的形状。但是，如上所述，第I密封翅片55A固定于比径向壁面141d稍靠下游侧的位置。因此，第I腔室Cl的轴向下游部上形成有宽度向轴向稍微扩大的扩宽部57。
[0078]并且，如图2所示，第2腔室C2也在沿轴向的截面上具有大致呈矩形的形状。但是，如上所述，第2密封翅片55B固定于比径向壁面141e稍靠下游侧的位置。因此，第2腔室C2的轴向下游部上也形成有宽度向轴向稍微扩大的扩宽部58。
[0079]此外，第3腔室C3也在沿轴向的截面上具有大致呈矩形的形状。但是，如上所述，第3密封翅片55C固定于比径向壁面141f稍靠下游侧的位置。因此，第3腔室C3的轴向下游部上也形成有宽度向轴向稍微扩大的扩宽部59。
[0080]接着，利用图1及图2对第I实施方式所涉及的蒸汽涡轮I的作用效果进行说明。
[0081]若将图1所示的调整阀20设为开启状态，则蒸汽S从未图示的锅炉流入外壳10的内部。该蒸汽S通过各级的环状固定叶片组40被引导到环状转动叶片组50，环状转动叶片组50开始旋转。由此，蒸汽S的能量通过环状转动叶片组50而转换成旋转能，该旋转能从与环状转动叶片组50 —体旋转的轴体30传递至未图示的发电机等上。
[0082]此时，通过环状固定叶片组40的蒸汽S的一部分不协助环状转动叶片组50的旋转驱动，而通过图2所示的3个密封翅片55与隔板外圈11之间的微小间隙56A、56B、56C向下游侧泄漏。
[0083]更详细地对该蒸汽S的泄漏进行说明。
[0084]如图2所示，通过环状固定叶片组40向轴向流通的蒸汽S中，其一部分冲撞到叶端套筒512的蒸汽冲撞面53。如此一来，在第I腔室Cl的内部的比凸部54更靠叶片基端侧的区域会产生例如图2的逆时针旋转的主涡流SU1。
[0085]而且，该主涡流SUl的一部分在凸部54剥离，由此在第I腔室Cl的内部即比凸部54更靠叶片前端侧的区域产生剥离涡流HU1。该剥离涡流HUl的旋转方向与主涡流SUl为反方向，即在图2中为顺时针旋转。
[0086]而且，在台阶部141的角部142中有一部分剥离涡流HUl进一步剥离，由此，第I腔室Cl的扩宽部57上产生剥离涡流HU2。该剥离涡流HU2的旋转方向与剥离涡流HUl为反方向，即在图2中为逆时针。而且，该剥离涡流HU2发挥减少第I密封翅片55A与隔板外圈11之间的微小间隙56A中的蒸汽S的泄漏量的所谓缩流效果。
[0087]其中，图3是说明剥离涡流HU2的缩流效果的图，且为放大图2中第I密封翅片55A的前端部周围的局部放大剖视图。
[0088]逆时针旋转的剥离涡流HU2在微小间隙56A的位置，从第I密封翅片55A流向隔板外圈11侦彳。因此， 该剥离涡流HU2具有朝向径向外侧的惯性。由此，通过微小间隙56A向下游侧泄漏的蒸汽S因剥离涡流HU2的惯性而被压入轴向壁面141a，由此如图3中以单点划线所示，宽度向径向缩小。
[0089]如此，剥离涡流HU2具有通过向径向压缩蒸汽S来减少其泄漏量的效果即缩流效果。并且，剥离涡流HU2的惯性越大即剥离涡流HU2的流速越快该缩流效果就越大。
[0090]而且，如图2所示，从微小间隙56A泄漏的蒸汽S流入到第2腔室C2。该蒸汽S通过冲撞隔板外圈11的径向壁面141e而形成顺时针旋转的主涡流SU2。而且，在台阶部141的角部143有一部分主涡流SU2剥离，由此，在第2腔室C2的扩宽部58中产生逆时针旋转的剥离涡流HU3。该剥离涡流HU3在微小间隙56B的位置，从第2密封翅片55B流向隔板外圈11侧。
[0091]因此，该剥离涡流HU3也与所述剥离涡流HU2同样发挥减少微小间隙56B中的蒸汽S的泄漏量的缩流效果。
[0092]另外，从微小间隙56B泄漏的蒸汽S流入到第3腔室C3。该蒸汽S通过冲撞隔板外圈11的径向壁面141f而形成顺时针旋转的主涡流SU3。而且，在台阶部141的角部144有一部分主涡流SU3剥离，由此，在第3腔室C3的扩宽部59中产生逆时针旋转的剥离涡流HU4。该剥离涡流HU4在微小间隙56C的位置，从第3密封翅片55C流向隔板外圈IU则。
[0093]因此，该剥离涡轮HU4也与所述剥离涡流HU2同样发挥减少微小间隙56C中的蒸汽S的泄漏量的缩流效果。
[0094]如此，分别通过第I腔室Cl、第2腔室C2、第3腔室C3中的剥离涡流HU2、剥离涡流HU3、剥离涡流HU4的缩流效果来减少蒸汽S的泄漏量，由此能够将蒸汽S的泄漏量抑制在最小限度内。另外，沿轴向的腔室C的个数不限于3个，能够设置为任意个数。[0095][第2实施方式]
[0096]接着，对本发明的第2实施方式所涉及的蒸汽涡轮的结构进行说明。
[0097]与第I实施方式的蒸汽涡轮I相比，第2实施方式所涉及的蒸汽涡轮中，只有固定于图1所示的外壳10的内壁面的隔板外圈11的结构有所不同。由于其余结构与第I实施方式相同，因此，在此利用相同的符号，而省略说明。
[0098]图4是表示第2实施方式所涉及的转动叶片51的前端部周围的概要剖视图。
[0099]本实施方式中，覆盖形成于隔板外圈11的环状槽12的底面14，并以均匀厚度对易切削材料16进行加工。该易切削材料16的滑动摩擦热较少，且由切削性优于密封翅片55的材质构成。
[0100]作为该易切削材料16例如使用由如下各种众所周知的易切削性材料构成的耐磨材料，即钴、镍、铬、铝及钇系材料(CoNiCrAH系材料)，或镍、铬、铝系材料(NiCrAl系材料)，或镍、铬、铁、铝、硼及氮系材料(NiCrFeAlBN系材料)等。
[0101]另外，作为易切削材料16除上述耐磨材料之外还能够使用由金属或陶瓷等构成
的蜂窝层。
[0102]另外，本实施方式中对整个环状槽12的底面14进行了易切削材料16的加工，但至少在与台阶部141中的3个密封翅片55对置的位置进行易切削材料16的加工即可。
[0103]具体而言，只要在与第I密封翅片55A对置的轴向壁面141a、与第2密封翅片55B对置的轴向壁面141b及与第3密封翅片55C对置的轴向壁面141c上进行加工即可。
[0104]并且，在整个底面14上不要求易切削材料16的厚度均匀，可以根据位置适当变更厚度。
[0105]接着，以不同于第I实施方式的方面为中心，对第2实施方式所涉及的蒸汽涡轮I的作用效果进行说明。图5A及图5B是说明第2实施方式所涉及的蒸汽涡轮的作用效果的图。
[0106]蒸汽涡轮I中，涡轮启动时热量进入到环状转动叶片组50,由该热量引起的环状转动叶片组50的热拉伸变得大于外壳10的热拉伸，进而在环状转动叶片组50上产生离心拉伸，由此密封翅片55有可能会与隔板外圈11接触。
[0107]因此，在密封翅片55与隔板外圈11之间设定有即使在启动时也不使两者接触的足够大的径向宽度Wl (示于图5B)。
[0108]而根据本实施方式的结构，启动蒸汽涡轮I时产生于环状转动叶片组50的热拉伸大于产生于外壳10的热拉伸，进而在环状转动叶片组50产生离心拉伸，由此，如图5A所示，密封翅片55的前端部切削易切削材料16。之后，若经过规定时间，则蒸汽涡轮I将过渡到额定运行。
[0109]如此一来，使得环状转动叶片组50的热拉伸大小变得等于或小于外壳10的热拉伸，由此，如图5B所示，密封翅片55成为其前端部远离易切削材料16的状态。而且，此时密封翅片55的前端部与易切削材料16之间的径向宽度W2与径向宽度Wl相比变得非常窄。
[0110]由此，能够减少密封翅片55的前端部中的蒸汽S的泄漏量。
[0111][第3实施方式]
[0112]接着，对本发明的第3实施方式所涉及的蒸汽涡轮的结构进行说明。
[0113]与第I实施方式的蒸汽涡轮I相比，第3实施方式所涉及的蒸汽涡轮中，图1所示的隔板外圈11及转动叶片51的结构有所不同。其余结构与第I实施方式相同，因此，在此利用相同的符号，而省略说明。
[0114]图6是表示第3实施方式所涉及的转动叶片51的前端部周围的概要剖视图。
[0115]与第I实施方式相同，本实施方式中在隔板外圈11的内周面沿周向形成有环状槽
12。该环状槽12通过上游侧壁面13、底面14及下游侧壁面15形成。而且，在与底面14中叶端套筒512对置的位置设置有阶梯形的台阶部145。
[0116]该台阶部145由4个阶梯构成，并具有沿轴向的4个轴向壁面(内周面)145a、145b、145c、145d及沿径向的4个径向壁面145e、145f、145g、145h。而且，供蒸汽S冲撞的径向壁面145f (流体冲撞面)上设置有向上游侧突出的凸部70。
[0117]另一方面，如图6所示，配设于转动叶片51的前端部的叶端套筒512的外周面512a上形成有阶梯形台阶部71，这一点与第I实施方式不同。
[0118]关于叶端套筒512，其他结构与第I实施方式相同，因此，在此标注相同符号以省略说明。
[0119]该台阶部71由3个阶梯构成，且具有沿轴向的3个轴向壁面(内周面)71a、71b、71c及沿径向的3个径向壁面71d、71e、71f。而且，供蒸汽S冲撞的径向壁71f (流体冲撞面)上设置有向上游侧突出的凸部72。
[0120]而且，如图6所示，本实施方式中，轴向上以规定间隔分别设置有向径向延伸的3个密封翅片73。
[0121]其中，位于最上游侧的第I密封翅片73A固定于其基端部稍靠叶端套筒512的外周面512a的径向壁面145e下游侧的位置。而且，第I密封翅片73A的前端部达到靠近隔板外圈11的轴向壁面145a的位置。
[0122]由此，在第I密封翅片73A与轴向壁面145a之间形成微小间隙74A。
[0123]并且，位于第二上游侧的第2密封翅片73B固定于其基端部稍靠隔板外圈11的轴向壁面145b的径向壁面71e下游侧的位置。而且，第2密封翅片73B的前端部达到靠近叶端套筒512的轴向壁面71b的位置。
[0124]由此，在第2密封翅片73B与轴向壁面71b之间形成微小间隙74B。
[0125]并且，位于最下游侧的第3密封翅片73C固定于其基端部稍靠叶端套筒512的轴向壁面71c的径向壁面145h下游侧的位置。而且，第3密封翅片73C的前端部达到靠近隔板外圈11的轴向壁面145d的位置。
[0126]由此，在第3密封翅片73C与轴向壁面145d之间形成有微小间隙74C。
[0127]另外，密封翅片73的长度、形状、设置位置或个数等并不限于本实施方式，可根据叶端套筒512和/或隔板外圈11的截面形状等适当设计变更。
[0128]而且，根据这种转动叶片51的前端部周围的结构，如图6所示，通过隔板外圈11、3个密封翅片73及叶端套筒512形成3个腔室C。
[0129]其中，位于最上游侧的第I腔室Cl的结构与第I实施方式相同。
[0130]并且，位于第二上游侧的第4腔室C4通过第I密封翅片73A、隔板外圈11的底面14、第2密封翅片73B及叶端套筒512的外周面512a形成。
[0131]并且，位于最下游侧的第5腔室C5通过第2密封翅片73B、隔板外圈11的底面14、第3密封翅片73C及叶端套筒512的外周面512a形成。[0132]另外，本实施方式中，形成第4腔室C4的径向壁面145f相当于本发明所涉及的流体冲撞面，同样，形成第4腔室C4的第I密封翅片73A的下游侧面相当于本发明所涉及的对置面。
[0133]并且，形成第5腔室C5的径向壁面71f相当于本发明所涉及的流体冲撞面，同样，形成第5腔室C5的第2密封翅片73B的下游侧面相当于本发明所涉及的对置面。
[0134]接着，以不同于第I实施方式的方面为中心，对第3实施方式所涉及的蒸汽涡轮I的作用效果进行说明。
[0135]如图6所示，轴向流动的蒸汽S冲撞蒸汽冲撞面53时，如同第I实施方式，第I腔室Cl的内部产生主涡流SUl、剥离涡流HUl及剥离涡流HU2。而且，剥离涡流HU2发挥减少微小间隙74A中的蒸汽S的泄漏量的所谓缩流效果。
[0136]而且，从微小间隙74A泄漏的蒸汽S流入到第4腔室C4。该蒸汽S通过冲撞隔板外圈11的径向壁面145f而形成顺时针旋转的主涡流SU4。而且，在凸部70有一部分主涡流SU4剥离，由此产生逆时针旋转的剥离涡流HU5。另外，在叶端套筒512的角部75有一部分剥离涡流HU5剥离，由此在第4腔室C4的扩宽部76上产生顺时针旋转的剥离涡流HU6。
[0137]该剥离涡流HU6在微小间隙74B的位置，从第2密封翅片73B流向叶端套筒512侦U。因此，该剥离涡流HU6也发挥减少微小间隙74B中的蒸汽S的泄漏量的缩流效果。
[0138]另外，从微小间隙74B泄漏的蒸汽S流入到第5腔室C5。该蒸汽S通过冲撞叶端套筒512的径向壁面71f而形成逆时针旋转的主涡流SU5。而且，在叶端套筒512的凸部72有一部分主涡流SU5剥离，由此产生顺时针旋转的剥离涡流HU7。另外，在隔板外圈11的角部146有一部分剥离涡流HU7剥离，由此在第5腔室C5的扩宽部77上产生逆时针旋转的剥离涡流HU8。
[0139]该剥离涡流HU8在微小间隙74C的位置从第3密封翅片73C流向隔板外圈11侧。因此，该剥离涡流HU8也发挥减少微小间隙74C中的蒸汽S的泄漏量的缩流效果。
[0140]如此，根据第3实施方式，分别通过第I腔室Cl、第4腔室C4及第5腔室C5的剥离涡流HU2、剥离涡流HU6、剥离涡流HU8的缩流效果，能够减少蒸汽S的泄漏量。
[0141]由此，根据本实施方式，与第I实施方式相比，能够将蒸汽S的泄漏量抑制在更小的限度内。另外，沿轴向的腔室C的个数并不限于3个，能够设置任意几个。
[0142][第4实施方式]
[0143]接着，对本发明的第4实施方式所涉及的蒸汽涡轮的结构进行说明。
[0144]图1所示的环状固定叶片组40相当于本发明所涉及的叶片，并且轴体30相当于本发明所涉及的结构体，这一点上第4实施方式所涉及的蒸汽涡轮不同于第I实施方式。由于其他结构与第I实施方式相同，在此利用相同的符号而省略说明。
[0145]图7是表示第4实施方式所涉及的固定叶片41的前端部周围的概要剖视图。
[0146]轴体30的外周面上沿周向形成有环状槽33。该环状槽33通过上游侧壁面34 (对置面)、底面35及下游侧壁面36形成。而且，在底面35中与固定叶片41对置的位置设置有阶梯形台阶部351。
[0147]该台阶部351由越往下游侧越往固定叶片41侧突出的3个阶梯构成，并具有沿轴向的3个轴向壁面(外周面)351a、351b、351c及沿径向的3个径向壁面351d、351e、351f。
[0148]另外，台阶部351至少具有轴向壁面351a和径向壁面351d即可，其阶梯的个数并不限于3级，可任意变更。
[0149]另一方面，如图7所示，固定叶片41的前端部配设有如上所述的环状轮毂套筒43。该轮毂套筒43具有截面大致呈矩形的形状，在与轴体30的上游侧壁面34对置的位置设置有供蒸汽S冲撞的蒸汽冲撞面44 (流体冲撞面)。
[0150]而且，在该蒸汽冲撞面44的径向前端部上设置有向上游侧突出的凸部45。该凸部45具有截面大致呈矩形的形状，并设置于轮毂套筒43的径向前端部。
[0151]另外，凸部45的截面形状并不限于本实施方式的矩形，可任意设计变更，例如能够设计成三角形或半圆形。并且，轮毂套筒43的截面形状也不限于本实施方式，例如也可以是径向厚度越往下游侧越变薄的阶梯形状。
[0152]并且，形成凸部45的位置并不限于轮毂套筒43的蒸汽冲撞面44的径向前端部，例如也可以是径向中央部或径向基端部。
[0153]并且，也可以使凸部45的前端突出至靠近上游侧壁面34的位置，以在凸部45与上游侧壁面34之间形成微小的间隙，由此构成所谓的轴向密封翅片即凸部45。
[0154]而且，如图7所示，轮毂套筒43的内周面43a上分别设置有以规定的轴向间隔向径向突出的3个密封翅片46。
[0155]其中，位于最上游侧的第I密封翅片46A固定于其基端部稍靠径向壁面351d下游侧的位置，且其前端部达到靠近轴向壁面351a的位置。由此，在第I密封翅片46A与轴向壁面351a之间形成微小间隙47A。
[0156]并且，位于第二上游侧的第2密封翅片46B固定于其基端部稍靠径向壁面351e下游侧的位置，且其前端部达到靠近轴向壁面351b的位置。由此，在第2密封翅片46B与轴向壁面351b之间形成微小间隙47B。
[0157]并且，位于最下游侧的第3密封翅片46C固定于其基端部稍靠径向壁面351f下游侧的位置，且其前端部达到靠近轴向壁面351c的位置。由此，在第3密封翅片46C与轴向壁面351c之间形成有微小间隙47C。
[0158]而且，如此构成的密封翅片46的长度以第I密封翅片46A、第2密封翅片46B及第3密封翅片46C的顺序逐渐变短。
[0159]另外，密封翅片46的长度、形状、设置位置和个数等并不限于本实施方式，可根据轮毂套筒43和/或轴体30的截面形状等适当设计变更。
[0160]而且，根据这种固定叶片41的前端部周围的结构，如图7所示，通过轴体30、3个密封翅片46及轮毂套筒43形成3个腔室C。
[0161]其中，位于最上游侧的第6腔室C6通过轴体30的上游侧壁面34、该轴体30的底面35、第I密封翅片46A及轮毂套筒43的蒸汽冲撞面44形成。
[0162]并且，位于第二上游侧的第7腔室C7通过第I密封翅片46A、轴体30的底面35、第2密封翅片46B及轮毂套筒43的内周面43a形成。
[0163]并且，位于最下游侧的第8腔室CS通过第2密封翅片46B、轴体30的底面35、第3密封翅片46C及轮毂套筒43的内周面43a形成。
[0164]其中，如图7所示，第6腔室C6在沿轴向的截面上具有大致呈矩形的形状。但是，如上所述，第I密封翅片46A固定于比径向壁面351d稍靠下游侧的位置。因此，第6腔室C6的轴向下游部上形成有宽度向轴向稍微扩大的扩宽部48A。[0165]并且，如图7所示，第7腔室C7也在沿轴向的截面上具有大致呈矩形的形状。但是，如上所述，第2密封翅片46B固定于比径向壁面351e稍靠下游侧的位置。因此，第7腔室C7的轴向下游部上也形成有宽度向轴向稍微扩大的扩宽部48B。
[0166]此外，第8腔室CS也在沿轴向的截面上具有大致呈矩形的形状。但是，如上所述，第3密封翅片46C固定于比径向壁面351f稍靠下游侧的位置。因此，第8腔室CS的轴向下游部上也形成有宽度向轴向稍微扩大的扩宽部48C。
[0167]接着，利用图7对第4实施方式所涉及的蒸汽涡轮I的作用效果进行说明。
[0168]轴向流动的蒸汽S的一部分冲撞轮毂套筒43的蒸汽冲撞面44。如此一来，在比第6腔室C6的内部的凸部45更靠叶片基端侧的区域产生例如图7中的顺时针旋转的主涡流SU6。而且，在凸部45中有一部分该主涡流SU6剥离，由此在第6腔室C6的内部的比凸部45更靠叶片前端侧的区域产生剥离涡流HU9。该剥离涡流HU9的旋转方向与主涡流SU6相反，即在图7中为逆时针旋转。
[0169]而且，在轴体30的角部49A中有一部分剥离涡流HU9进一步剥离，由此，在第6腔室C6的扩宽部48A产生剥离涡流HU10。该剥离涡流HUlO的旋转方向与剥离涡流HU9相反，即在图7中为顺时针旋转，在微小间隙47A的位置从第I密封翅片46A流向轴体30侧。
[0170]因此，该剥离涡流HUlO发挥减少微小间隙47A中的蒸汽S的泄漏量的所谓缩流效
果O
[0171]而且，从微小间隙47A泄漏的蒸汽S流入到第7腔室C7。该蒸汽S通过冲撞轴体30的径向壁面351e而形成逆时针旋转的主涡流SU7。
[0172]而且，在轴体30的角部49B有一部分主涡流SU7剥离，由此在第7腔室C7的扩宽部48B产生顺时针旋转的剥离涡流HU11。该剥离涡流HUll在微小间隙47B的位置从第2密封翅片46B流向轴体30侧。
[0173]因此，该剥离涡流HUll也发挥减少微小间隙47B中的蒸汽S的泄漏量的缩流效
果O
[0174]另外，从微小间隙47B泄漏的蒸汽S流入到第8腔室CS。该蒸汽S通过冲撞轴体30的径向壁面351f而形成逆时针旋转的主涡流SU8。
[0175]而且，在轴体30的角部49C有一部分主涡流SU8剥离，由此在第8腔室C8的扩宽部48C产生顺时针旋转的剥离涡流HU12。该剥离涡流HU12在微小间隙47C的位置从第3密封翅片46C流向轴体30侧。
[0176]因此，该剥离涡流HU12也发挥减少微小间隙47C中的蒸汽S的泄漏量的缩流效
果O
[0177]如此，分别通过第6腔室C6、第7腔室C7及第8腔室CS的剥离涡流HU10、剥离涡流HU11、剥离涡流HU12的缩流效果，能够减少蒸汽S的泄漏量，由此将蒸汽S的泄漏量抑制在最小限度内。
[0178]另外，沿轴向的腔室C的个数并不限于3个，能够设置任意几个。
[0179]另外，上述实施方式中所示的各结构部件的各个形状和组合、或动作顺序等为其中一例，在不脱离本发明的宗旨的范围内，根据设计要求等可进行各种变更。
[0180]例如，上述实施方式中，在隔板外圈11形成了环状槽12和台阶部141、145。然而，隔板外圈11并不是本发明的必要结构，也可以不设置隔板外圈11而在外壳10上形成环状槽12和台阶部141、145。
[0181]并且，上述实施方式中，将本发明应用在腹水式蒸汽涡轮上，但也能够应用在其他形式的蒸汽涡轮上，例如二级抽气涡轮、抽气涡轮、混气涡轮等。
[0182]另外，上述实施方式中，将本发明应用在蒸汽涡轮上，但也能够应用在燃气涡轮上，还能够将本发明应用在具有转动叶片的所有设备上。
[0183]产业上的可利用性
[0184]本发明的涡轮，具备叶片及隔着间隔设置于该叶片的径向前端侧并相对于所述叶片相对旋转的结构体，在所述间隙有流体流通，该涡轮具备:台阶部，设置于所述叶片的径向前端部及所述结构体中与所述径向前端部对置的部位中的任意一方，并具有径向上的阶梯；密封翅片，从所述叶片的径向前端部及所述结构体中与所述径向前端部对置的部位中的另一方向所述台阶部延伸，且在与该台阶部之间形成微小间隙；流体冲撞面，设置于所述流体的流通方向的比所述密封翅片更靠上游侧，并供所述流体冲撞；凸部，从该流体冲撞面朝上游侧突出；及对置面，与所述流体冲撞面对置。根据本发明的涡轮中，密封翅片从叶片及结构体中的任一方向另一方延伸，因此能够减少密封翅片的前端与叶片或结构体之间的间隙中的蒸汽的泄漏量。
[0185]符号说明
[0186]1-蒸汽涡轮，10-外壳，11-隔板外圈，12-环状槽，13-上游侧壁面，14-底面，141-台阶部，141a、141b、141c-轴向壁面，141d、141e、141f-径向壁面，1412 ?144、146_ 角部，145-台阶部，145a、145b、145c、145d_ 轴向壁面，145e、145f、145g、145h_ 径向壁面，15-下游侧壁面，16-易切削材料，20-调整阀，21-调整阀室，22-阀体，23-阀座，24-蒸汽室，30-轴体，31-轴主体，32-圆盘，33-环状槽，34-上游侧壁面，35-底面，351-台阶部，351a、351b、351c-轴向壁面，351d、351e、351f-径向壁面，36-下游侧壁面，40-环状固定叶片组，41-固定叶片，42-叶片主体，43-轮毂套筒、43a-内周面，44-蒸汽冲撞面，45-凸部，46-密封翅片，46A-第I密封翅片，46B-第2密封翅片，46C-第3密封翅片，47A?47C-微小间隙，48A?48C-扩宽部，49A?49C-角部，50-环状转动叶片组，51-转动叶片，511-叶片主体，512-叶端套筒，512a-外周面，53-蒸汽冲撞面，54-凸部，55-密封翅片，55A-第I密封翅片，55B-第2密封翅片，55C-第3密封翅片，56A?56C-微小间隙，57?59-扩宽部，60-轴承部，61-轴颈轴承，62-推力轴承，70-凸部，71-台阶部，71a、71b、71c_轴向壁面，71d、71e、71f-径向壁面，72-凸部，73-密封翅片，73A-第I密封翅片，73B-第2密封翅片，73C-第3密封翅片，74A?74C-微小间隙，75?77-角部，C-腔室，Cl-第I腔室，C2-第2腔室，C3-第3腔室，C4-第4腔室，C5-第5腔室，C6-第6腔室，C7-第7腔室，C8-第8腔室，HUl?HU12-剥离涡流，S-蒸汽，SUl?SU8-主涡流，Wl-径向宽度，W2-径向宽度。
【权利要求】
1.一种涡轮，具备叶片及隔着间隙设置于该叶片的径向前端侧并相对于所述叶片相对旋转的结构体，在所述间隙有流体流通，该涡轮具备: 台阶部，设置于所述叶片的径向前端部及所述结构体中与所述径向前端部对置的部位中的任意一方，并具有径向上的阶梯； 密封翅片，从所述叶片的径向前端部及所述结构体中与所述径向前端部对置的部位中的另一方向所述台阶部延伸，且在与该台阶部之间形成微小间隙； 流体冲撞面，设置于所述流体的流通方向的比所述密封翅片更靠上游侧，并供所述流体冲撞； 凸部，从该流体冲撞面朝上游侧突出 '及 对置面，与所述流体冲撞面对置。
2.根据权利要求1所述的涡轮，其中， 在所述台阶部的表面设置有切削性优于所述密封翅片的易切削材料。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮，其中， 所述台阶部设置于所述结构体上， 所述密封翅片设置于所述叶片上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮，其中， 所述结构体为容纳被旋转驱动的轴体的外壳， 所述叶片为固定于所述轴体并向所述外壳侧延伸的转动叶片。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮，其中， 所述结构体为被旋转驱动的轴体， 所述叶片为固定于容纳所述轴体的外壳并向所述轴体侧延伸的固定叶片。
【文档编号】F01D5/20GK104024581SQ201280057231
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年12月12日 优先权日:2011年12月13日
【发明者】桑村祥弘, 松本和幸, 大山宏治, 田中良典, 上原秀和, 町田幸则 申请人:三菱日立电力系统株式会社