涡轮的制作方法
【专利摘要】本发明在叶片(50)的前端部设置多个台阶部(52A～52D)，上述多个台阶部(52A～52D)具有朝向构造体(10)的旋转轴方向的上游侧的阶梯面(53A～53D)，在构造体上设置密封翅片(124A～124D)，上述密封翅片(124A～124D)朝向上述多个台阶部的周面(54A～54D)延伸出并与对应于上述多个台阶部的周面之间形成微小间隙(H1～H4)。并且，将沿构造体的旋转轴方向从微小间隙到上游侧的阶梯面的距离(L1～L4)设定为，下游侧的台阶部的上述距离(L1～L4)比上游侧的台阶部的上述距离(L1～L4)小。
【专利说明】;呙轮
【技术领域】
[0001]本发明涉及例如用于发电厂、化工厂、燃气厂、炼铁厂、船舶等的涡轮。本申请基于2012年3月23日在日本提交的特愿2012-067893号主张优先权，并将其内容援引于本文中。
【背景技术】
[0002]众所周知，作为汽轮机的一种，存在具备壳体、旋转自如地设于壳体的内部的轴体(转子)、固定配置在壳体的内周部的多个静叶和在这多个静叶的下游侧呈放射状地设于轴体的多个动叶的汽轮机。在这样的汽轮机中的冲动式涡轮的情况下，由静叶将蒸汽(流体)的压力能转换为动能，由动叶将该动能转换为刚体动能(机械能)。另外，在反动式涡轮的情况下，在动叶内也将压力能转换为动能，由蒸汽喷出的反作用力转换为刚体动能(机械能)。
[0003]在这种汽轮机中，通常在动叶的前端部与包围动叶而形成蒸汽的流路的壳体之间形成有径向的间隙，另外，在静叶的前端部与轴体之间也形成有径向的间隙。但是，向下游侧通过动叶前端部与壳体之间的间隙的泄漏蒸汽不对动叶施加回转力。另外，向下游侧通过静叶前端部与轴体之间的间隙的泄漏蒸汽的压力能无法由静叶转换为动能，所以几乎不对下游侧的动叶施加回转力。因此，为了提高汽轮机的性能，重要的是降低通过上述间隙的泄漏蒸汽的流量(泄漏流量)。
[0004]以往，例如如专利文献I那样提出了如下结构的涡轮:在动叶的前端部设置从轴向上游侧朝向下游侧高度逐渐变高的多个台阶部，在壳体上设置朝向各台阶部延伸的多个密封翅片，在各台阶部与各密封翅片的前端之间形成微小间隙。
[0005]在该涡轮中，从上游侧进入到上述间隙后的流体与台阶部的阶梯面碰撞，从而在阶梯面的上游侧产生主涡，在阶梯面的下游侧(上述微小间隙的上游侧附近)产生分离涡。并且，由在微小间隙的上游侧附近产生的分离涡来减少穿过微小间隙的泄漏流体。即，降低了通过动叶前端部与壳体之间的间隙的泄漏流体的流量(泄漏流量)。
[0006]专利文献1:日本特开2011-080452号公报(图6)
【发明内容】
[0007]但是，在如上所述地设有多个台阶部和密封翅片的涡轮中，动叶前端部与壳体之间的间隙处的流体的压力(静压力)、密度随着从轴向的上游侧朝向下游侧而变小，所以穿过下游侧的微小间隙的流体的流速与穿过上游侧的微小间隙的流体的流速相比变快。
[0008]因此，在位于下游侧的台阶部上产生的主涡的速度(转速)与在位于上游侧的台阶部上产生的主涡的速度(转速)相比变快。特别是，主涡中的沿阶梯面在径向上流动的流速越是下游侧的主涡越快，从而越是在下游侧的台阶部上产生的分离涡越呈沿径向延伸的形状。当如此分离涡的形状延伸时，分离涡中的从密封翅片的前端侧朝向台阶部的向径向流动的流体的速度分量的最大位置从密封翅片的前端向基端侧离开(从微小间隙沿径向离开)，所以减少穿过该分离涡的下游侧的微小间隙的泄漏流体的缩流效果变小，另外静压降低效果也变小。其结果是，在以往的涡轮中存在降低泄漏流量已达极限的问题。
[0009]本发明的目的在于提供能够进一步降低泄漏流量的涡轮。
[0010]根据本发明的第一方案，涡轮具备:叶片部件；及构造体，隔着间隙设于上述叶片部件的前端部，并相对于上述叶片部件相对旋转，流体在上述间隙中流通。在上述叶片部件的前端部以及上述构造体中的与上述叶片部件的前端部相向的部位的任一方上，沿上述构造体的旋转轴方向排列设置多个台阶部，上述多个台阶部具有朝向上述旋转轴方向的上游侧的阶梯面并向另一方突出。在上述另一方上设置密封翅片，上述密封翅片朝向上述多个台阶部的周面延伸并与对应于上述多个台阶部的周面之间形成微小间隙。沿上述构造体的旋转轴方向从上述微小间隙到上游侧的上述阶梯面的距离被设定为:至少在相邻的两个台阶部中，下游侧台阶部的上述距离比上游侧台阶部的上述距离小。
[0011]在上述涡轮中，与以往的情况同样地，从上游侧进入到上述间隙的流体与各台阶部的阶梯面碰撞，从而在阶梯面的上游侧产生主涡。另外，在各台阶部的阶梯面与周面之间的角部(边缘)上，一部分流体从主涡分离，从而在位于阶梯面的下游侧的各台阶部的周面上产生绕与主涡相反的方向环绕的分离涡。该分离涡产生从密封翅片的前端朝向台阶部的周面的下降流，所以分离涡起到通过密封翅片的前端与台阶部之间的微小间隙的流体的缩流效果。
[0012]并且，这样产生的分离涡的直径具有与从台阶部的阶梯面到其下游侧的微小间隙的上述距离成正比的倾向。即，具有上述距离越小则分离涡的直径越小的倾向。因此，根据上述涡轮，即使在下游侧台阶部的阶梯面与周面之间的角部上分离的流体比在上游侧台阶部的阶梯面与周面之间的角部上从主涡分离的流体快，也能够将下游侧的分离涡的直径抑制得较小。
[0013]通过这样将下游侧的分离涡的直径抑制得较小，能够使下游侧分离涡中、从密封翅片的前端侧朝向台阶部周面的向径向流动的流体的速度分量的最大位置接近密封翅片的前端。因此，能够加强由下游侧的分离涡引起的上述下降流，作为其结果，能够减少通过位于该分离涡的下游侧的微小间隙的流体的泄漏流体，即能够提高缩流效果。
[0014]另外，通过将下游侧的分离涡的直径抑制得较小，能够降低该分离涡内的静压力，所以能够减小位于该分离涡的下游侧的微小间隙的上游侧与下游侧的压差。即，基于该压差的降低，也能够提高减少穿过位于下游侧的微小间隙的泄漏流体的静压降低效果。
[0015]根据本发明的第二方案，在上述涡轮中，设定为:越是位于上述下游侧的上述台阶部，则上述距离越小。
[0016]根据上述涡轮，越是下游侧的分离涡则将其直径抑制得较小的倾向越强，所以越是下游侧的微小间隙，则越能够有效地提高由上述的分离涡引起的缩流效果和静压降低效果O
[0017]另外，在上述涡轮中，在相邻的两个台阶部中，至少在下游侧台阶部的上述阶梯面上，以与上述周面相连的方式形成从上述上游侧朝向下游侧倾斜的倾斜面。
[0018]在该结构中，在下游侧的台阶部中的阶梯面的上游侧产生的主涡中，从下游侧的台阶部的阶梯面与周面之间的角部分离的流体的朝向因倾斜面而相对于径向向轴向下游侧倾斜，所以能够进一步将在下游侧的台阶部的周面上产生的分离涡的直径抑制得较小。因此，能够进一步提高由上述的分离涡引起的缩流效果和静压降低效果。
[0019]根据本发明的第三方案，在上述涡轮中，至少在相邻的两个上述台阶部的上述阶梯面上形成上述倾斜面，上述倾斜面的倾斜角度被设定为:下游侧台阶部的上述倾斜角度比上游侧台阶部的上述倾斜角度大。
[0020]在该结构中，能够减小在相邻的两个台阶部的阶梯面的周面上产生的分离涡的直径。另外，形成在下游侧的台阶部上的倾斜面的倾斜角度比形成在上游侧的台阶部上的倾斜面的倾斜角度大，从而能够加强将在下游侧的台阶部的周面上产生的分离涡的直径抑制得比在上游侧的台阶部的周面上产生的分离涡的直径小的倾向。因此，能够进一步提高由上述的分离涡引起的缩流效果和静压降低效果。
[0021]发明效果
[0022]根据本发明，即使是设有多个台阶部和密封翅片的涡轮，也能够提高由在位于下游侧的台阶部上产生的分离涡引起的缩流效果和静压降低效果，所以能够进一步降低通过叶片部件(叶片)的前端部与构造体之间的间隙的泄漏流量。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是表示本发明的汽轮机的概略结构剖视图。
[0024]图2是表示本发明的第一实施方式的图，是表示图1中的主要部分I的放大剖视图。
[0025]图3是本发明的第一实施方式的汽轮机的作用说明图。
[0026]图4A是表示在图2所示的结构中距离L与微小间隙H的纵横比L/H和通过微小间隙H的蒸汽的流量系数Cd的关系的曲线图。
[0027]图4B是表示在图2所示的结构中距离L与微小间隙H的纵横比L/H和通过微小间隙H的蒸汽的流量系数Cd的关系的曲线图。
[0028]图4C是表示在图2所示的结构中距离L与微小间隙H的纵横比L/H和通过微小间隙H的蒸汽的流量系数Cd的关系的曲线图。
[0029]图5是表示本发明的第二实施方式的图，是表示图1中的主要部分I的放大剖视图。
[0030]图6是本发明的第二实施方式的汽轮机的作用说明图。
【具体实施方式】
[0031]〔第一实施方式〕
[0032]以下，参照图1?4C说明本发明的第一实施方式。
[0033]如图1所示，本实施方式的汽轮机I大致构成为具备:壳体(构造体)10、调节流入到壳体10的蒸汽(流体)S的量和压力的调节阀20、旋转自如地设于壳体10的内侧并将动力传递给未图示的发电机等机械的轴体(转子)30、保持于壳体10的静叶40、设于轴体30的动叶(叶片)50、将轴体30支撑为能够绕轴旋转的轴承部60。
[0034]壳体10具备:以对壳体10的内部空间进行气密密封的方式形成并划分成蒸汽S的流路的主体部11 ;及牢固地固定在主体部11的内壁面上的环状的隔板外轮12。
[0035]调节阀20在壳体10的主体部11内部安装有多个，分别具备:蒸汽S从未图示的锅炉流入的调节阀室21、阀芯22、阀座23和蒸汽室24。在该调节阀20中，通过使阀芯22从阀座23离开而打开蒸汽流路，由此蒸汽S经由蒸汽室24流入到壳体10的内部空间。
[0036]轴体30具备轴主体31和从轴主体31的外周向径向外侧延伸的多个盘部32。该轴体30将刚体动能传递给未图示的发电机等机械。
[0037]另外，轴承部60具备轴颈轴承装置61和推力轴承装置62，在主体部11的外侧将插通于壳体10的主体部11内部的轴体30支撑为能够旋转。
[0038]静叶40以包围轴体30的方式呈放射状地配置多个而构成环状静叶组，分别保持于上述的隔板外轮12。S卩，静叶40分别从隔板外轮12向径向内侧延伸。
[0039]静叶40的延伸方向上的前端部由轮毂围带41构成。该轮毂围带41以连接构成同一环状静叶组的多个静叶40的方式形成为环状。轴体30插通于轮毂围带41，但是轮毂围带41在与轴体30之间隔着径向的间隙而配置。
[0040]并且，由多个静叶40构成的环状静叶组在壳体10、轴体30的旋转轴方向(以下，记作轴向)上隔开间隔地形成有六个，将蒸汽S的压力能转换为动能，并引导到与轴向下游侧相邻的动叶50侧。
[0041]动叶50牢固地安装在构成轴体30的盘部32的外周部，从轴体30向径向外侧延伸。该动叶50在各环状静叶组的下游侧呈放射状地配置多个而构成环状动叶组。
[0042]上述的环状静叶组和上述环状动叶组设成一组为一级。即，汽轮机I形成六级。这些动叶50的前端部成为在周向上延伸的叶冠51。
[0043]如图2所示，构成动叶50的前端部的叶冠51在与壳体10的隔板外轮12之间隔着径向的间隙而相向配置。并且，在叶冠51上沿轴体30的轴向排列设置有具有阶梯面53(53A?53D)并向隔板外轮12侧突出的四个台阶部52 (52A?52D)。
[0044]从动叶50到四个台阶部52A?52D的外周面(周面)54A?54D(54)的四个台阶部52A?52D的突出高度以随着从轴向的上游侧朝向下游侧而逐渐变高的方式设定。由此，各台阶部52的阶梯面53朝向轴向的上游侧。另外，在本实施方式中，各台阶部52的阶梯面53在径向上平行，四个阶梯面53A?53D的高度设定为相同。而且，在本实施方式中，各台阶部52的外周面54在轴向上平行。
[0045]另一方面，在隔板外轮12上，在与叶冠51对应的部位上形成有沿周向延伸的环状槽121，在本实施方式中，环状槽121从隔板外轮12的内周面向径向外侧凹陷形成。上述的叶冠51以进入该环状槽121内的方式配置。
[0046]并且，在以与上述的四个台阶部52A?52D相向的方式朝向径向内侧的环状槽121的底部，沿轴向排列形成有五个环状凹部122(122A?122E)。并且，位于轴向的上游侧的四个环状凹部122A?122D形成为因阶梯而直径从上游侧朝向下游侧逐渐扩大。另一方面，位于最下游侧的一个环状凹部122E形成为与相邻于上游侧的第四级的环状凹部122D相比直径缩小。
[0047]另外，在位于沿轴向相邻的两个环状凹部122、122的边界上的各端缘部(边缘部)123(123A?123D)，设有朝向叶冠51向径向内侧延伸的密封翅片124(124A?124D)。这些端缘部123及密封翅片124的轴向位置以与各台阶部52的外周面54相向的方式设定。若具体地说明，则四个密封翅片124A?124D在轴向上隔开间隔而排列，以一一对应的方式设于四个台阶部52A?52D。并且，在本实施方式中，四个密封翅片124A?124D在轴向上等间隔排列。
[0048]另外,位于上游侧的三个密封翅片124A?124C以各密封翅片124中的朝向下游侧的面与位于各密封翅片124的下游侧的环状凹部122(122B?122D)的上游侧的内侧面125(125B?125D)成为同一平面的方式配置。另一方面，位于最下游的一个密封翅片124D(第四密封翅片124D)以第四密封翅片124D中的朝向上游侧的面与位于第四密封翅片124D的上游侧的环状凹部122D的下游侧的内侧面125E成为同一平面的方式配置。
[0049]并且，在各台阶部52的外周面54与各密封翅片124的前端之间分隔有径向的微小间隙H(H1?H4)。微小间隙H的各尺寸在考虑了壳体10、动叶50的热伸长量、动叶50的离心伸长量等的基础上在两者不接触的安全范围内设定为最小。并且，在本实施方式中，四个微小间隙Hl?H4的尺寸设定为相同。
[0050]另外，在本实施方式中，沿轴向从各微小间隙H(各密封翅片124)到位于上游侧的台阶部52的阶梯面53的距离L(从各微小间隙H到上游侧的阶梯面53的、各台阶部52的外周面54的长度尺寸L)设定为越是位于下游侧的台阶部52则越小。
[0051]即，从位于最上游侧的第一级的台阶部52A的外周面54A上的第一微小间隙Hl到第一级的台阶部52A的阶梯面53A的轴向的距离LI (第一距离LI)、从第二级的台阶部52B的外周面54B上的第二微小间隙H2到第二级的台阶部52B的阶梯面53B的轴向的距离L2 (第二距离L2)、从第三级的台阶部52C的外周面54C上的第三微小间隙H3到第三级的台阶部52C的阶梯面53C的轴向的距离L3(第三距离L3)与从第四级的台阶部52D的外周面54D上的第四微小间隙H4到第四级的台阶部52D的阶梯面53D的轴向的距离L4(第四距离L4)的关系满足以下式(I)。
[0052]LI > L2 > L3 > L4......(I)
[0053]另外，换言之，在本实施方式中，上述距离L与微小间隙H的纵横比L/H设定为越是位于下游侧的台阶部52则越小。
[0054]并且，通过如上所述地设置密封翅片124，在叶冠51与隔板外轮12之间沿轴向排列形成有四个空腔C(Cl?C4)。各空腔C形成在对应于各台阶部52的密封翅片124和与该密封翅片124在轴向上游侧相向的分隔壁之间。
[0055]若具体地说明，则形成在轴向的最上游侧的第一空腔Cl形成在对应于第一级的台阶部52A的第一密封翅片124A和与第一密封翅片124A的轴向上游侧相向的第一级的环状凹部122A的上游侧的内侧面125A之间。
[0056]另外，在第一空腔Cl的下游侧相邻的第二空腔C2形成在对应于第二级的台阶部52B的第二密封翅片124B和与第二密封翅片124B的轴向上游侧相向的第一密封翅片124A以及第二级的环状凹部122B的上游侧的内侧面125B之间。
[0057]另外，在第二空腔C2的下游侧相邻的第三空腔C3与第二空腔C2的情况同样地，形成在对应于第三级的台阶部52C的第三密封翅片124C和第二密封翅片124B以及第三级的环状凹部122C的上游侧的内侧面125C之间。
[0058]另外，与第三空腔C3相邻的第四空腔C4形成在对应于第四级的台阶部52D的第四密封翅片124D以及第四级的环状凹部122D的下游侧的内侧面125E和与第四密封翅片124D的轴向上游侧相向的第三密封翅片124C以及第四级的环状凹部122D的上游侧的内侧面12?之间。
[0059]而且，在本实施方式中，各空腔C中的各环状凹部122的底面(朝向径向内侧的面)与各环状凹部122的内侧面125、密封翅片124之间的角部形成为带有圆角。由此，各环状凹部122的底面与环状凹部122的内侧面125、密封翅片124的轴向上游侧、下游侧的面平滑地相连。通过这样使空腔C的角部带有圆角，如后文所述，接近于在空腔C内产生的主涡MV的形状，所以能够将空腔C的角部处的主涡MV的能量损失抑制得较小(参照图3)。
[0060]另外，在本实施方式中，除了上述的距离L，四个空腔Cl?C4的各部尺寸设定为相同。例如，从密封翅片124到与其轴向上游侧相向的分隔壁的轴向距离(空腔C的轴向尺寸W (Wl?W4))、从环状凹部122的底面到台阶部52的阶梯面53的下端(径向内侧端)的径向距离(空腔的径向尺寸D(D1?D4))在四个空腔Cl?C4中设定为相同。另外，各空腔C的径向尺寸D与轴向尺寸W之比D/W(空腔的纵横比D/W)优选如后述那样以在同一空腔C内产生的分离涡SV的大小与主涡MV相比变小的方式设定为接近于1.0 (参照图3)。
[0061]接着，对上述结构的汽轮机I的动作进行说明。
[0062]首先，当将调节阀20(参照图1)设为开状态时，蒸汽S从未图示的锅炉流入到壳体10的内部空间。
[0063]流入到壳体10的内部空间后的蒸汽S依次通过各级中的环状静叶组和环状动叶组。这时，压力能由静叶40转换为动能，经过静叶40后的蒸汽S中的大部分流入到构成同一级的动叶50之间，由动叶50将蒸汽S的动能转换为刚体动能，并对轴体30施加旋转。另一方面，蒸汽S中的一部分(例如百分之几)成为从静叶40流出后如图3所示地流入到环状槽121内(动叶50的叶冠51与壳体10的隔板外轮12之间的间隙)的所谓泄漏蒸汽。
[0064]在此，流入到环状槽121内的蒸汽S首先以流入第一空腔Cl并且与第一级的台阶部52A的阶梯面53A碰撞而返回到上游侧的方式流动。由此，在第一空腔Cl内产生绕逆时针(第一旋转方向)环绕的主涡MVl。
[0065]这时，特别是在第一级的台阶部52A的阶梯面53A与外周面54A之间的角部(边缘)，一部分流体从主涡MVl分离，从而在第一级的台阶部52A的外周面54A上产生绕与主涡MVl相反的顺时针(第二旋转方向)环绕的分离涡SV1。
[0066]该分离涡SVl位于第一级的台阶部52A与第一密封翅片124A之间的第一微小间隙Hl的上游侧附近。特别是，分离涡SVl中的朝向径向内侧的下降流在第一微小间隙Hl的紧前方产生，所以通过上述分离涡SVl得到减少从第一空腔Cl通过第一微小间隙Hl而流入下游侧的第二空腔C2的泄漏流体的缩流效果。
[0067]并且，当蒸汽S从第一空腔Cl穿过第一微小间隙Hl而流入第二空腔C2内时，以与第二级的台阶部52B的阶梯面53B碰撞而返回到上游侧的方式流动。由此，在第二空腔C2内产生绕与在第一空腔Cl中产生的主涡MVl相同的第一旋转方向环绕的主涡MV2。
[0068]另外，在第二级的台阶部52B的阶梯面53B与外周面54B之间的角部，一部分流体从主涡MV2分离，从而在第二级的台阶部52B的外周面54B上产生绕与主涡MV2相反的方向(第二旋转方向)环绕的分离涡SV2。
[0069]而且，当蒸汽S通过第二微小间隙H2而流入第三空腔C3内时，与第一、第二空腔Cl、C2的情况同样地，以与第三级的台阶部52C的阶梯面53C碰撞而返回到上游侧的方式流动，在第三空腔C3内产生绕第一旋转方向环绕的主涡MV3。另外，在第三级的台阶部52C的外周面54C上产生绕第二旋转方向环绕的分离涡SV3。
[0070]同样地，当蒸汽S通过第三微小间隙H3而流入第四空腔C4内时，与第四级的台阶部52D的阶梯面53D碰撞，从而在第四空腔C4内产生绕第一旋转方向环绕的主涡MV4。另夕卜，在第四级的台阶部52D的外周面54D上产生绕第二旋转方向环绕的分离涡SV4。
[0071]在此，叶冠51与隔板外轮12的间隙处的蒸汽S的压力(静压力)、密度与以往的情况同样地，从轴向的上游侧越朝向下游侧越小，所以从各微小间隙H(H1?H3)进入到下游侧的空腔C (C2?C4)的蒸汽S的流速、在下游侧的空腔C (C2?C4)内产生的主涡MV (MV2?MV4)的速度(转速)变快。特别是，越是在下游侧产生的主涡MV (MV2?MV4)，则沿阶梯面53朝向径向外侧流动的流速越快，所以在下游侧的台阶部52的外周面54上产生的分离涡SV (例如分离涡SV2?SV4)的直径有可能与在上游侧的台阶部52的外周面54上产生的分离涡SV(例如分离涡SVl)的直径相比变大。
[0072]相对于此，在本实施方式中，沿轴向从微小间隙H到上游侧的阶梯面53的距离L(L1?L4)设定为满足上述的式(I)。并且，该距离L(纵横比L/Η)越小，则形成在台阶部52的外周面54上的分离涡SV的直径越处于变小的倾向，所以能够将下游侧的分离涡SV2?SV4的直径抑制得较小。
[0073]因此，根据本实施方式的汽轮机1，下游侧的分离涡SV2?SV4的直径被抑制得较小，从而能够使下游侧的分离涡SV2?SV4中的从密封翅片124B?124D的前端侧朝向台阶部52B?52D的外周面54B?54D的向径向内侧流动的流体的速度分量的最大位置接近于密封翅片124B?124D的前端。因此，能够加强下游侧的分离涡SV2?SV4中的在微小间隙H2?H4的紧前方产生的下降流。作为其结果，能够将通过位于下游侧的微小间隙H2?H4的蒸汽S的泄漏流体抑制得较少，即能够提高缩流效果。
[0074]另外，通过将下游侧的分离涡SV2?SV4的直径抑制得较小，能够降低该分离涡SV2?SV4内的静压力，所以能够减小位于SV2?SV4的下游侧的微小间隙H2?H4的上游侧与下游侧的压差。例如，通过将第三空腔C3内的分离涡SV3的直径抑制得较小，能够减小上游侧的第三空腔C3内的静压力与下游侧的第四空腔C4中的静压力之间的静压差。因此，基于该压差的降低，也能够提高减少穿过位于下游侧的微小间隙H2?H4的泄漏流体的静压降低效果。
[0075]特别是，在本实施方式中，距离L (LI?L4)设定为满足上述的式(I)，从而越是下游侧的分离涡SV则将其直径抑制得较小的倾向越强，所以越是下游侧的微小间隙H，则越能够有效地提高由上述的分离涡SV引起的缩流效果和静压降低效果。
[0076]根据以上结构，通过本实施方式的汽轮机1，能够降低通过动叶50的叶冠51与壳体10的隔板外轮12之间的间隙的泄漏流量。
[0077]另外，如图4A?C所示，根据发明人的实验结果也能够明确上述的效果。
[0078]图4A?C所示的各曲线图是对于第二微小间隙H2(第二级的台阶部52B)、第三微小间隙H3(第三级的台阶部52C)以及第四微小间隙H4(第四级的台阶部52D)而对同一台阶部52中的纵横比L/Η和通过所对应的微小间隙H的蒸汽S的流量系数Cd的关系进行了实验后的结果。在该曲线图中表示，流量系数Cd越小，则通过微小间隙H的蒸汽S的流量越小。
[0079]根据该曲线图得知，对于各微小间隙H2?H4，存在使流量系数Cd最小的纵横比L/Η的最佳值。并且，第二微小间隙H2中的纵横比L/Η的最佳值为3.0(参照图4A)，第三微小间隙H3中的纵横比L/Η的最佳值为2.5(参照图4B)。另外，第四微小间隙H4中的纵横比L/Η的最佳值为2.2(参照图4C)。即，得知，越是位于下游侧的微小间隙H，则使流量系数Cd最小的纵横比L/Η的最佳值越小，换言之最佳的距离L越小。
[0080]另外，在上述第一实施方式的结构中，在隔板外轮12上与四个台阶部52A?52D建立对应而形成有五个环状凹部122A?122E(特别是上游侧的四个环状凹部122A?122D)以避免四个空腔C的大小越靠下游侧越小。因此，特别是即使没有微小且精确地设定下游侧的空腔C(例如第三空腔C3、第四空腔C4)中的上述距离L，也能够容易使在同一空腔C内产生的分离涡SV的大小比主涡MV的大小小。
[0081]而且，在上述第一实施方式的结构中，各台阶部52的阶梯面53在径向上平行，即没有如后述的第二实施方式的结构那样倾斜，所以也能够容易将叶冠51的轴向的尺寸设定得较短。
[0082]〔第二实施方式〕
[0083]接着，参照图5、6说明本发明的第二实施方式。
[0084]在本实施方式中，与第一实施方式的汽轮机I相比，仅各台阶部52的形状不同，关于其他结构与第一实施方式相同。在本实施方式中，对与第一实施方式相同的构成要素标注相同附图标记等，省略其说明。
[0085]如图5所示，在本实施方式的各台阶部52(52A?52D)的阶梯面53 (53A?53D)上以与同一台阶部52的外周面54(54A?54D)相连的方式形成有从上游侧朝向下游侧倾斜的倾斜面56 (56A?56D)。
[0086]另外，四个倾斜面56A?56D的相对于径向的倾斜角度Θ I?Θ 4设定为越朝向下游侧越大。
[0087]S卩，在四个台阶部52(52A?52D)中的位于最上游侧的第一级的台阶部52A的阶梯面53A上形成的倾斜面56A的倾斜角度Θ 1、在第二级的台阶部52B的阶梯面53B上形成的倾斜面56B的倾斜角度Θ 2、在第三级的台阶部52C的阶梯面53C上形成的倾斜面56C的倾斜角度Θ 3、以及在第四级的台阶部52D的阶梯面53D上形成的倾斜面56D的倾斜角度Θ4设定为满足:
[0088]Θ I < Θ 2 < Θ 3 < Θ 4......(2)。
[0089]另外，在图示例中，各倾斜面56形成于各阶梯面53的整体，但是不限于此，例如也可以仅形成于与同一台阶部52的外周面54相连的阶梯面53的上端部分(径向外侧端部分)，且阶梯面53的下端部分(径向内侧端部分)在径向上平行。
[0090]在如上所述地构成的本实施方式的汽轮机中，如图6所示，在蒸汽S流入到环状槽121内的情况下，与第一实施方式的情况同样地，在各空腔C (Cl?C4)内产生绕第一旋转方向环绕的主涡MV (MVl?MV4)以及绕第二旋转方向环绕的分离涡SV (SVl?SV4)。
[0091]因此，根据本实施方式的汽轮机1，起到与第一实施方式相同的效果。
[0092]而且，在本实施方式中，在各台阶部52的阶梯面53上形成有倾斜面56，从而在各空腔C内产生的主涡MV中，从各台阶部52的阶梯面53与外周面54之间的角部分离的流体的朝向因倾斜面56而相对于径向向轴向下游侧倾斜。由此，能够将在各台阶部52的外周面54上产生的分离涡SV的直径抑制得较小。
[0093]另外，在本实施方式中，在下游侧的台阶部52B?52D上形成的倾斜面56B?56D的倾斜角度Θ 2?Θ 4比在上游侧的台阶部52A上形成的倾斜面56A的倾斜角度Θ I大，从而能够加强将在下游侧的台阶部52B?52D的外周面54B?54D上产生的分离涡SV2?SV4的直径抑制得比在上游侧的台阶部52A的外周面54A上产生的分离涡SVl的直径小的倾向。
[0094]根据以上的结构，能够进一步提高由下游侧的分离涡SV2?SV4引起的缩流效果和静压降低效果。
[0095]特别是，在本实施方式中，倾斜角度Θ I?Θ 4设定为满足上述的式(2)，从而越是下游侧的分离涡SV则将其直径抑制得较小的倾向越强，所以越是下游侧的微小间隙H，则越能够更有效地提高由上述的分离涡SV引起的缩流效果和静压降低效果。
[0096]因此，根据本实施方式的汽轮机1，与第一实施方式的情况相比，能够进一步降低通过动叶50的叶冠51与壳体10的隔板外轮12之间的间隙的泄漏流量。
[0097]另外，在上述第二实施方式中，各倾斜面56形成为使各自的倾斜角度恒定的剖面直线状，但是不限于此，例如，也可以形成为随着接近于各台阶部52的外周面54而相对于径向的倾斜角度发生变化的剖面圆弧状。另外，各倾斜面56也可以适当组合这些剖面直线状的部分和剖面圆弧状的部分而形成。
[0098]如此，若将倾斜面56的一部分或整体形成为剖面圆弧状，则沿着阶梯面53的主涡MV的流体变得平滑，所以能够将主涡MV的能量损失抑制得较小。
[0099]另外，这样的倾斜面56具有剖面圆弧状的部分的结构中，在剖面圆弧状的部分与外周面54相连的情况下，将剖面圆弧状的部分与外周面54的角部处的、径向与剖面圆弧状的部分之间的相对角度设定为倾斜面56相对于径向的倾斜角度即可。另外，在倾斜面56的剖面直线状的部分与外周面54相连的情况下，与上述第二实施方式的情况同样地，将径向与剖面直线状的部分之间的相对角度设定作倾斜面56相对于径向的倾斜角度即可。
[0100]另外，在将倾斜面56的一部分或整体设为剖面圆弧状的情况下，从防止产生沿倾斜面56流动的流体的观点出发，相比倾斜角度逐渐变大的剖面圆弧形状，优选相对于径向的倾斜角度逐渐变小的剖面圆弧形状。
[0101]而且，如上述第二实施方式那样，四个倾斜面56A?56D的倾斜角度不限于设定为满足式(2)，只要至少在相邻的两个台阶部52、52中将倾斜面56的倾斜角度设定为下游侧的台阶部52 —方比上游侧的台阶部52大即可。
[0102]例如，在将第三级的台阶部52C的倾斜面56C的倾斜角度Θ 3 (第三倾斜角度Θ 3)设定得比第二级的台阶部52B的倾斜面56B的倾斜角度Θ2(第二倾斜角度Θ 2)小的情况下，也可以将上述的第二倾斜角度Θ 2相对于第一级的台阶部52Α的倾斜面56Α的第一倾斜角度Θ I设定为相同倾斜角度以上，或将第四级的台阶部52D的倾斜面56D的第四倾斜角度Θ4相对于上述的第三倾斜角度Θ3设定为相同倾斜角度以上。
[0103]另外，在上述第二实施方式中，倾斜面56形成于全部的阶梯面53，但是只要至少形成于相邻的两个台阶部52、52中的下游侧的台阶部52的阶梯面53即可。
[0104]例如也可以仅在第三级的台阶部52C的阶梯面53C上形成倾斜面56C，而不在其他台阶部52A、52B、52D的阶梯面53A、53B、53D上形成倾斜面56C。另外，例如也可以仅在第一级、第三级的台阶部52A、52C的阶梯面53A、53C上形成倾斜面56A、56C，而不在第二级、第四级的台阶部52B、52D的阶梯面53B、53D上形成倾斜面56B、56D。
[0105]以上，说明了本发明的详细内容，但是本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够施加各种变更。
[0106]例如，四个微小间隙Hl?H4的尺寸优选如上述实施方式那样以成为最小的方式设定为相同，但是也可以彼此不同。另外，在这种情况下，更优选以距离L和微小间隙H的纵横比L/Η越靠下游侧越小的方式设定四个距离LI?L4。
[0107]另外，沿轴向从各微小间隙H(各密封翅片124)到位于上游侧的台阶部52的阶梯面53的距离L不限于设定为满足上述的式(I)，只要至少在相邻的两者中设定为下游侧的台阶部52 —方比上游侧的台阶部52小即可。
[0108]若具体地说明，则例如在将从第三微小间隙H3到第三级的台阶部52C的阶梯面53C的第三距离L3设定得比从第二微小间隙H2到第二级的台阶部52B的阶梯面53B的第二距离L2小的情况下，也可以将上述的第二距离L2相对于从第一微小间隙Hl到第一级的台阶部52A的阶梯面53A的第一距离LI设定为相同距离以上，或将从第四微小间隙H4到第四级的台阶部52D的阶梯面53D的第四距离L4相对于上述的第三距离L3设定为相同距离以上。
[0109]而且，在上述实施方式中，四个阶梯面53A?53D的高度设定为相同，但是也可以不同。
[0110]另外，在上述实施方式中，四个密封翅片124A?124D在轴向上以等间隔排列，但是也可以不是等间隔。
[0111]而且，在上述实施方式中，各空腔C的一部分角部带有圆角，但是例如可以是全部的角部都带有圆角，或者例如也可以是全部的角部都不带有圆角。
[0112]另外，在上述实施方式中，在环状槽121的底部形成有因阶梯而直径逐渐扩大的四个环状凹部122A?122D和与第四级的环状凹部122D相比直径缩小的第五级的环状凹部122E，但是不限于此，例如也可以将环状槽121的底部形成为直径大致相等。在这种情况下，四个空腔Cl?C4的大小随着朝向下游侧而变小。
[0113]而且，在上述实施方式中，除了距离L，四个空腔Cl?C4的各部尺寸设定为相同，但是也可以不同。
[0114]另外，在上述实施方式中，在叶冠51上设置四个台阶部52，由此空腔C也形成四个，但是台阶部52、与其对应的空腔C至少是多个即可，例如可以是两个，也可以是三个或五个以上。
[0115]而且，密封翅片124、环状凹部122形成于壳体10的隔板外轮12，但是例如也可以不设置隔板外轮12，而直接形成于壳体10的主体部11。
[0116]另外，在上述实施方式中，将多个台阶部52设于叶冠51，并且将密封翅片124设于壳体10，但是例如也可以将多个台阶部52设于壳体10，并且将密封翅片124设于叶冠51。
[0117]而且，如上述实施方式那样发挥缩流效果和静压降低效果的结构不限于形成在构成动叶50的前端部的叶冠51与壳体10之间的间隙，例如也可以形成在构成静叶40的前端部的轮毂围带41与轴体30之间的间隙。即，也可以将静叶40作为本发明的“叶片部件(叶片)”，将轴体30作为本发明的“构造体”。在这种情况下，也得到与上述的全部实施方式相同的效果。
[0118]并且，在上述实施方式中，将本发明适用于凝汽式的汽轮机，但是也能够将本发明适用于其他类型的汽轮机、例如二级抽气涡轮、抽气涡轮、混气式涡轮等涡轮类型。
[0119]另外，在上述实施方式中，将本发明适用于汽轮机，但是也能够将本发明适用于燃气轮机，而且，能够将本发明适用于具有旋转叶片的所有机械。
[0120]工业实用性
[0121]根据该涡轮，即使是设有多个台阶部和密封翅片的涡轮，也能够提高由在位于下游侧的台阶部上产生的分离涡引起的缩流效果和静压降低效果，所以能够进一步降低通过叶片的前端部与构造体之间的间隙的泄漏流量。
[0122]附图标记说明
[0123]I汽轮机(涡轮)
[0124]10壳体(构造体)
[0125]11主体部
[0126]12隔板外轮
[0127]30 轴体
[0128]40 静叶
[0129]41轮毂围带
[0130]50动叶(叶片)
[0131]51 叶冠
[0132]52、52A、52B、52C、52D 台阶部
[0133]53、53A、53B、53C、53D 阶梯面
[0134]54、54A、54B、54C、54D 外周面
[0135]56、56A、56B、56C、56D 倾斜面
[0136]121环状槽
[0137]124、124A、124B、124C、124D 密封翅片
[0138]C、C1、C2、C3、C4 空腔
[0139]H、H1、H2、H3、H4 微小间隙
[0140]L、L1、L2、L3、L4 距离
[0141]S蒸汽(流体)
[0142]Θ 1、Θ 2、Θ 3、Θ 4 倾斜角度
【权利要求】
1.一种涡轮，具备: 叶片部件；及 构造体，隔着间隙设于所述叶片部件的前端部，并相对于所述叶片部件相对旋转， 流体在所述间隙中流通， 所述涡轮的特征在于， 在所述叶片部件的前端部以及所述构造体中与所述叶片部件的前端部相向的部位的任一方上，沿所述构造体的旋转轴方向排列设置多个台阶部，所述多个台阶部具有朝向所述旋转轴方向的上游侧的阶梯面并向另一方突出， 在所述另一方上设置密封翅片，所述密封翅片朝向所述多个台阶部的周面延伸出并与对应于所述多个台阶部的周面之间形成微小间隙， 沿所述构造体的旋转轴方向从所述微小间隙到上游侧的所述阶梯面的距离被设定为:至少在相邻的两个台阶部中，下游侧台阶部的所述距离比上游侧台阶部的所述距离小。
2.如权利要求1所述的涡轮，其特征在于， 设定为:越是位于所述下游侧的所述台阶部，则所述距离越小。
3.如权利要求1或2所述的涡轮，其特征在于， 在相邻的两个台阶部中，至少在下游侧台阶部的所述阶梯面上，以与所述周面相连的方式形成从所述上游侧朝向下游侧倾斜的倾斜面。
4.如权利要求3所述的涡轮，其特征在于， 至少在相邻的两个所述台阶部的所述阶梯面上形成所述倾斜面， 所述倾斜面的倾斜角度被设定为:下游侧台阶部的所述倾斜角度比所述上游侧台阶部的所述倾斜角度大。
【文档编号】F02C7/28GK104204419SQ201380015074
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年2月1日 优先权日:2012年3月23日
【发明者】松本和幸, 桑村祥弘, 大山宏治, 田中良典 申请人:三菱日立电力系统株式会社