专利名称：涡轮叶栅构造的制作方法
技术领域：
本发明涉及涡轮叶栅构造，特别涉及对叶片体的根部(叶片根部)及叶片顶部(叶片尖端部)中的至少一个施加改良，来实现降低基于工作流体的二次流的二次流损失的涡轮叶栅构造。
背景技术：
在最近的蒸汽涡轮及燃气涡轮等的轴流流体机械中，叶栅的强化受到重新认识，其中之一有降低基于工作流体的二次流的二次流损失。
基于该二次流的二次流损失成为与由叶片型式的形状决定的叶型损失相匹敌的较大的损失。
这里，考虑二次流是根据以下所示的机理产生的。
图27是说明从例如文献『ガスタ一ビンの基礎と実隙』(燃气涡轮的基础与实际)(三轮著，平成元年3月18日发行，(株)成文堂书店，119页)中引用的二次流的产生机理的概念图。
另外，图27是以涡轮喷嘴为例示的图，是从叶片体的后缘侧观察的概念图。
流入到设在由图27所示的一个叶片体1a和相邻的另一个叶片体1b所形成的叶栅，以及支承叶片体1a、1b的顶部及根部的壁面3a、3b之间的流路4中的工作流体、例如蒸汽，在通过流路4时，被弯曲为圆弧状而流入到下一个叶栅中。
此时，从相邻的另一个叶片体1b的背侧5朝向一个叶片体1a的腹侧6而产生离心力。为了与该离心力平衡，一个叶片体1a的腹侧6的静压变高。另一方面，相邻的另一个叶片体1b的背侧5由于工作流体的流速较大而静压变低。
因此，在流路4中，从一个叶片体1a的腹侧6朝向相邻的另一个叶片体1b的背侧5产生压力梯度。该压力梯度在生成于各个叶片体1a、1b的根部侧及顶部侧上的边界层中也产生。
但是，边界层由于流速较慢、离心力也较小，所以不能完全克服从一个叶片体1a的腹侧6朝向相邻的另一个叶片体1b的背侧5的压力梯度，而产生从腹侧6朝向背侧5流动的所谓工作流体的二次流。在该二次流中包含有在工作流体与叶片体1a、1b的前缘7a、7b碰撞时产生的所谓的马蹄涡(马蹄形状涡)8a、8b的一部分。
马蹄涡8a、8b横截流路4朝向相邻的叶片体1b的背侧5而成为通道涡9并流动，在达到相邻的另一个叶片体1b的背侧5时，一边与角涡10干涉一边将边界层卷起。这是所谓的二次流涡。
该二次流涡是使主流(驱动流体)的流动紊乱，叶栅效率底下的主要原因。
图28是根据对该工作流体的二次流给叶栅效率降低带来怎样的影响进行3维数值流体解析而得到的损失线图。另外，图中，纵轴表示叶片体的高度，并且横轴表示全压。
根据3维数值流体解析可知，在叶片根部及叶片顶部的各自侧中产生了从一个叶片体1a的腹侧6朝向相邻的另一个叶片体1b的背侧5流动的所谓的二次流。
此外，如果仔细地观察3维数值流体解析，则也可看到，在通过上述的通道涡9a、9b在相邻的另一个叶片1b卷起而产生的二次流涡、和最开始在叶片体1a、1b的前端7a、7b处碰撞而生成的、沿着背侧5流动的马蹄涡8a、8b合流的区域(图28中的A区域、B区域)中全压损失显著地变大。
这样，作为探明二次流的机理、随着二次流的机理的探明而控制基于二次流的叶栅的效率降低的技术，公开了例如日本专利特开平1-106903号公报、特开平4-124406号公报、特开平9-112203号公报、特开2000-230403号公报等许多技术。
最近，在美国专利第6,419,446号说明书中公开了在叶片体1a、1b的前缘7a、7b和壁面3a、3b之间的连接部分周围的停滞区中设置嘴(cusp)状的突出片来抑制通道涡9a、9b的强度、实现降低二次流损失的技术。
在文献“Controlling Secondary-Flow Structure by Leading-EdgeAirfoil Fillet and Inlet Swirl to Reduce Aero-dynamic Loss and SurfaceHeat Transfers(Proceedings of ASME TRUBO EXPO 2002，June 3-6，2002 Amsterdam the Netherlands，GT-2002-30529)”中报告了如下技术如果在叶片体1a、1b的前缘7a、7b和壁面3a、3b之间的连接部分周围的停滞区中设置嘴状的突出片，则在该部分中工作流体加速，通过加速后的工作流体的流动来抵消马蹄涡8a、8b、减弱通道涡9a、9b的强度。
此外，根据该文献，也涉及到了带有圆形的(圆型)嘴状的突出片的效果，并且报告了，嘴状的突出片由于具有使马蹄涡8a、8b从叶片体1a、1b的前缘7a、7b远离的作用，所以能够减弱通道涡9a、9b的强度、实现叶栅损失的降低，但是作为其条件需要圆型嘴状的突出片的棱线(分离线)与工作流体的停滞点(对工作流体的叶片体的前缘的碰撞部分)一致。
但是，由于工作流体向叶片体1a、1b的流入随着负荷(输出)的变动而流量增减，所以难以控制其入射角。特别是，在启动运转时及部分负荷运转时，工作流体的入射角的控制较难。
因此，期望实现与上述美国专利第6,419,446号说明书中记载的技术相比进一步扩大适用范围、即使在有工作流体的流量变动、圆型嘴状的突出片的棱线与工作流体的停滞点不一致的情况下，也能够实现降低二次流损失的涡轮叶栅。
本发明是根据这样的情况而做出的，其目的是提供一种即使工作流体的流量变动，随之工作流体向叶片体的前缘的入射角变动，也能够实现降低基于二次流的二次流损失的涡轮叶栅构造。
发明内容
有关本发明的涡轮叶栅构造，为了达到上述目地，多个叶片在壁面上沿着圆周方向以列状配置，其特征在于，在被支承于壁面上的各叶片体的与工作流体流相对置的前缘部和上述壁面之间的角部，设有向工作流体流的上游侧延伸的包覆部。
另外，在上述观点的优选实施例中，上述包覆部设在叶片体的根部侧及顶部侧中的至少一个上。
上述包覆部可以从上游侧朝向叶片体的前缘的高度方向而形成为隆起部。上述隆起部形成为从上游侧的延伸末端部分朝向叶片体的前缘的高度方向的凹曲面状。
形成为上述凹曲面状的隆起部的特征在于，在从上游侧的延伸末端部分向叶片体的前缘的距离为Lo、从壁面向上述前缘的高度方向的距离为Ho时，将距离Lo设定为Lo＝(2～5)Ho的范围，并且，在工作流体的边界层的厚度为T时，将从上述壁面向上述前缘的高度方向的距离Ho设定在Ho＝(0.5～2.0)T的范围内。
另外，形成为上述凹曲面状的隆起部，也可形成为以与叶片体的前缘碰撞的工作流体的停滞点为基准、分别朝向上述叶片体的腹侧及背侧延伸的扇状。形成为上述扇状的隆起部，在以与叶片体的前缘碰撞的工作流体的停滞点为基准的角度为θ时，可以将该角度θ设定在θ＝±15°～±60°的范围内。
上述包覆部形成为从上游侧朝向叶片体的前缘的高度方向的隆起部，并且，可以从预先分体制作的包覆连接片、与上述叶片体一体切削出的片、以及通过焊接施工形成的堆焊部中选择任一个而构成上述隆起部。
进一步，上述叶片体在叶片体的根部侧及顶部侧中的至少一个处，被上述壁面支承。
可以是，上述叶片体在其根部侧被上述壁面支承，上述壁面形成为从叶片体的前缘朝向上游侧而右边下降的直线状的倾斜面。也可以是，上述叶片体在其根部侧被上述壁面支承，上述壁面形成为从叶片体的中间部分朝向上游的前缘侧而右边下降的倾斜曲面。
可以是，上述叶片体在其根部侧及顶部侧被上述壁面支承，上述壁面分别形成为从叶片体的前缘朝向上游侧而右边下降的直线状的倾斜面及右边上升的直线状的倾斜面。另外，也可以是，上述叶片体在其根部侧及顶部侧被上述壁面支承，上述壁面分别形成为从叶片体的中间部分朝向上游的前缘侧而右边下降的倾斜曲面及右边上升的倾斜曲面。
进一步，可以是，上述叶片体在其根部侧及顶部侧被上述壁面支承，上述壁面形成为支承叶片体的根部侧的壁面形成为从上述叶片体的中间部分朝向上游的前缘侧而右边下降的倾斜曲面，并且，支承上述叶片体的顶部侧的壁面形成为从叶片体的前缘朝向上游侧而右边上升的直线状的倾斜面。
另外，支承上述叶片体的壁面的特征在于平坦地形成。
根据上述有关本发明的涡轮叶片构造，由于构成为，将铺设在叶片体与壁面之间的角部的包覆部形成为截面为曲面状的隆起部，使该隆起部的延伸末端部分朝向上游侧延伸以增大表面积，在增大了表面积的上述曲面状的隆起部处工作流体的流动加速，来抑制从上述叶片体的前缘生成马蹄涡，所以能够减弱通道涡的强度，进一步降低二次流损失。相应地，本发明的叶栅构造可以适用于例如涡轮的动叶片、以及静叶片(涡轮喷嘴)中，能够减弱工作流体流引起的通道涡的强度、进一步降低二次流损失。
下面参照附图的优选的实施例，更详细地说明本发明。
图1是表示有关本发明的涡轮叶栅构造的第1实施方式的概念图。
图2是从图1的II-II方向观察的涡轮叶栅构造的侧视图。
图3是表示有关本发明的涡轮叶栅构造的第2实施方式的概念图。
图4是从图3的IV-IV方向观察的涡轮叶栅构造的侧视图。
图5是表示有关本发明的涡轮叶栅构造的第3实施方式的概念图。
图6是从图5的VI-VI方向观察的涡轮叶栅构造的侧视图。
图7是表示有关本发明的涡轮叶栅构造的第4实施方式的概念图。
图8是从图7的VIII-VIII方向观察的涡轮叶栅构造的侧视图。
图9是表示有关本发明的涡轮叶栅构造的第5实施方式的概念图。
图10是从图9的X-X方向观察的涡轮叶栅构造的侧视图。
图11是表示有关本发明的涡轮叶栅构造的第6实施方式的概念图。
图12是从图11的XII-XII方向观察的涡轮叶栅构造的侧视图。
图13是表示有关本发明的涡轮叶栅构造的第7实施方式的概念图。
图14是从图13的XIV-XIV方向观察的涡轮叶栅构造的侧视图。
图15是表示有关本发明的涡轮叶栅构造的第8实施方式的概念图。
图16是从图15的XVI-XVI方向观察的涡轮叶栅构造的侧视图。
图17是表示有关本发明的涡轮叶栅构造的第9实施方式的概念图。
图18是从图17的XVIII-XVIII方向观察的涡轮叶栅构造的侧视图。
图19是表示有关本发明的涡轮叶栅构造的第10实施方式的概念图。
图20是从图19的XX-XX方向观察的涡轮叶栅构造的侧视图。
图21是表示有关本发明的涡轮叶栅构造的第11实施方式的概念图。
图22是从图21的XXII-XXII方向观察的涡轮叶栅构造的侧视图。
图23是表示有关本发明的涡轮叶栅构造的第12实施方式的概念图。
图24是从图23的XXIV-XXIV方向观察的涡轮叶栅构造的侧视图。
图25是表示有关本发明的涡轮叶栅构造的第13实施方式的概念图。
图26是从图25的XXVI-XXVI方向观察的涡轮叶栅构造的侧视图。
图27是表示以往的涡轮叶栅构造的概念图。
图28是表示以往的涡轮叶栅构造的二次流损失的线图。
具体实施例方式
下面引用附图及附属于附图的标号说明有关本发明的涡轮叶栅构造的实施方式。
图1是表示有关本发明的涡轮叶栅构造的第1实施方式的概念图。
有关本实施方式的涡轮叶栅构造涉及例如植设在涡轮盘等大体平坦地形成的壁面13上的多个动叶片的列状构造，具备具有如下特征的构造在沿着圆周方向配置成列状的一个叶片体11a与相邻的另一个叶片体11b的各自的前缘12a、12b、和壁面13之间的角部(根部)上，设有从前缘12a、12b朝向工作流体的上游侧较长地延伸的包覆部(圆角)14a、14b。
上述包覆部(圆角)14a、14b包围叶片体11a、11b的前缘12a、12b而铺设。
包覆部14a、14b如图2所示，从壁面13的工作流体流的上游侧的延伸末端部分15a、15b朝向叶片体11a、11b的前缘12a、12b的高度方向，截面形成为例如隆起为凹曲面状的隆起部16a、16b，该隆起部16a、16b可由下列中的任意一种构成预先分体制作的包覆连接片、与叶片体11a、11b一体切出的片、通过焊接施工形成的堆焊部。
此外，截面形成为凹曲面状的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b，在从延伸末端部分15a、15b向叶片体11a、11b的前缘12a、12b的距离为Lo、从壁面13向前缘12a、12b的高度方向的距离为Ho时，使距离Lo为Lo＝(2～5)Ho，并且考虑到边界层的厚度T，将从壁面13向高度方向的距离Ho设定在Ho＝(0.5～2.0)T左右的范围内。
这样，本实施方式构成为，在叶片体11a、11b的前缘12a、12b上设置从叶片体11a、11b的前缘12a、12b朝向工作流体流的上游侧延伸的、截面形成为朝向前缘12a、12b的高度方向隆起为例如凹曲面状的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b，在该包覆部14a、14b处工作流体的流动加速，来抑制马蹄涡的生成，所以能够减弱通道涡的强度，进一步降低二次流损失。
图3、图4是表示例示了涡轮动叶片的有关本发明的涡轮叶栅构造的第2实施方式的概念图。
另外，对于与第1实施方式的结构要素相同的结构要素赋予相同的标号。
有关本实施方式的涡轮叶栅构造与第1实施方式同样，例如在植设于涡轮盘等大体平坦地形成的壁面13上的、并且沿着圆周方向配置成列状的叶栅的一个叶片体11a与相邻的另一个叶片体11b的各自的前缘12a、12b和壁面13之间的角部上，设置从前缘12a、12b朝向工作流体的上游侧较长地延伸的包覆部(圆角)14a、14b，并且，将该包覆部14a、14b形成为相对于叶片的前缘12a、12b分别朝向叶片体11a、11b的腹侧17a、17b及背侧18a、18b延伸的扇状。
形成为扇状的包覆部14a、14b在对以停滞点(工作流体与前缘碰撞的位置)为基点朝向叶片体11a、11b的各自的腹侧17a、17b及背侧18a、18b分配角度θ时，将该角度θ设定为±15°≤θ≤±60°的范围内。
此外，形成为扇状的包覆部14a、14b与第1实施方式同样，如图4所示，从壁面13的上游侧的延伸末端部分15a、15b朝向叶片体11a、11b的前缘12a、12b的高度方向，截面形成为例如隆起为凹曲面状的隆起部16a、16b，该隆起部16a、16b可由下列中的任意一种构成预先分体制作的包覆连接片、与叶片体11a、11b一体切削出的片、通过焊接施工形成的堆焊部。
此外，截面形成为凹曲面状的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b与第1实施方式同样，在从延伸末端部分15a、15b向叶片体11a、11b的前缘12a、12b的距离为Lo、从壁面13向高度方向的距离为Ho时，使距离Lo为Lo＝(2～5)Ho，并且考虑到边界层的厚度T，将从壁面13向高度方向的距离Ho设定在Ho＝(0.5～2.0)T左右的范围内。
这样，本实施方式构成为，在叶片体11a、11b的前缘12a、12b上，设置从叶片体11a、11b的前缘12a、12b朝向工作流体流的上游侧延伸的、截面形成为朝向前缘12a、12b的高度方向隆起为例如凹曲面状的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b，并且使包覆部14a、14b对应于工作流体的向前缘12a、12b的入射角的较大变动而形成为扇状，在该包覆部14a、14b处工作流体的流动加速，另一方面使马蹄涡远离前缘12a、12b，来抑制马蹄涡的生成，并且将边界层减薄，所以能够减弱通道涡的强度，进一步降低二次流损失。
另外，有关本实施方式的涡轮叶栅构造应用在涡轮动叶片中，但并不限于该例，例如也可以如图5及图6所示那样，应用在涡轮喷嘴(静叶片)中。
即，涡轮喷嘴是用设在顶部侧的隔板外环等平坦地形成的壁面13b和设在根部侧的隔板内环等平坦地形成的壁面13a，支承着沿着圆周方向配置为列状的叶片体11a、11b。
对于具备这样的结构的涡轮喷嘴(静叶片)，本实施方式的涡轮叶栅构造是在叶片体11a、11b的前缘12a、12b的根部侧与壁面13a之间的角部上设置形成为扇状的包覆部14a1、14b1，并且在叶片体11a、11b的顶部侧与壁面13b之间的角部上设置形成为扇状的包覆部14a2、14b2。另外，其他结构要素及与其对应的部分由于与第2实施方式相同，所以省略重复说明。
这样，本实施方式在叶片体11a、11b的前缘12a、12b上设置从涡轮喷嘴的叶片体11a、11b的前缘12a、12b的根部侧及顶部侧分别朝向上游侧延伸的、截面形成为朝向前缘12a、12b的高度方向隆起为例如凹曲面状的隆起部16a1、16a2、16b1、16b2的包覆部14a1、14a2、14b1、14b2，并且使包覆部14a1、14a2、14b1、14b2对应于工作流体向前缘12a、12b的入射角的较大变动而形成为扇状，通过包覆部14a1、14a2、14b1、14b2使工作流体的流动加速，另一方面使马蹄涡远离前缘12a、12b，来抑制马蹄涡的生成，并且将边界层减薄，所以能够减弱通道涡的强度，进一步降低二次流损失。
图7及图8是表示例示了涡轮动叶片的有关本发明的涡轮叶栅构造的第4实施方式的概念图。
另外，对于与第1实施方式的结构要素相同的结构要素赋予相同的标号。
有关本实施方式的涡轮叶栅构造与第1实施方式同样，在植设于涡轮盘等的壁面13上的叶栅构造中的一个叶片体11a与相邻的另一个叶片体11b的各自的前缘12a、12b和壁面13之间的角部(根部)上，将从前缘12a、12b朝向上游侧较长地延伸的、截面形成为朝向前缘12a、12b的高度方向例如隆起为凹曲面状的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b设置在叶片体11a、11b的前缘12a、12b上，另一方面，将支承叶片体11a、11b的壁面13形成为从前缘12a、12b朝向上游侧向右边下降的直线状的倾斜面19。
另外，其他结构要素及与其对应的部分由于与第1实施方式相同，所以省略重复说明。
这样，本实施方式构成为，在叶片体11a、11b的前缘12a、12b上设置从叶片体11a、11b的前缘12a、12b朝向上游侧延伸的、截面形成为朝向前缘12a、12b的高度方向例如隆起为凹曲面状的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b，另一方面，将支承叶片体11a、11b的壁面13形成为从前缘12a、12b朝向上游侧右边下降的直线状的倾斜面19，在该包覆部14a、14b及倾斜面19处工作流体的流动加速，来抑制马蹄涡的生成，所以能够减弱通道涡的强度，进一步降低二次流损失。
图9及图10是表示例示了涡轮动叶片的有关本发明的涡轮叶栅构造的第5实施方式的概念图。
另外，对于与第1实施方式的结构要素相同的结构要素赋予相同的标号。
有关本实施方式的涡轮叶栅构造与第1实施方式同样，在植设于涡轮盘等的壁面13上的叶栅的一个叶片体11a与相邻的另一个叶片体11b的各自的前缘12a、12b和壁面13之间的角部(根部)上，将从前缘12a、12b朝向上游侧较长地延伸的、截面形成为朝向前缘12a、12b的长度方向例如隆起为凹曲面状的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b设置在叶片体11a、11b的前缘12a、12b上，另一方面，将支承叶片体11a、11b的壁面13形成为从叶片体11a、11b的中间部分向上游的前缘12a、12b侧的右边下降的倾斜曲面20。
另外，其他结构要素及与其对应的部分由于与第1实施方式相同，所以省略重复说明。
这样，本实施方式构成为，在叶片体11a、11b的前缘12a、12b上设置从叶片体11a、11b的前缘12a、12b朝向上游侧延伸的、截面形成为朝向前缘12a、12b的高度方向例如隆起为凹曲面状的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b，另一方面，将支承叶片体11a、11b的壁面13形成为从叶片体11a、11b的中间部分朝向上游的前缘12a、12b侧的右边下降的倾斜曲面20，在该包覆部14a、14b及倾斜曲面20处工作流体的流动加速，来抑制马蹄涡的生成，所以能够减弱通道涡的强度，进一步降低二次流损失。
图11及图12是表示例示了涡轮动叶片的有关本发明的涡轮叶栅构造的第6实施方式的概念图。
另外，对于与第2实施方式的结构要素相同的结构要素赋予相同的标号。
有关本实施方式的涡轮叶栅构造与第2实施方式同样，在植设于涡轮盘等的壁面13上的叶栅的一个叶片体11a与相邻的另一个叶片体11b的各自的前缘12a、12b和壁面13之间的角部上，将从前缘12a、12b朝向上游侧较长地延伸的、截面形成为朝向前缘12a、12b的高度方向例如隆起为凹曲面状的隆起部16a、16b并且相对于前缘12a、12b形成扇状的包覆部14a、14b装备在叶片体11a、11b的前缘12a、12b上，另一方面，将支承叶片体11a、11b的壁面13形成为从前缘12a、12b朝向上游侧的右边下降的直线状的倾斜面19。
另外，其他结构要素及与其对应的部分由于与第2实施方式相同，所以省略重复说明。
这样，本实施方式构成为，将从叶片体11a、11b的前缘12a、12b朝向上游侧延伸的、截面以扇状形成为朝向前缘12a、12b的高度方向例如隆起为凹曲面状的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b装备在叶片体11a、11b的前缘12a、12b上，另一方面，将支承叶片体11a、11b的壁面13形成为从前缘12a、12b朝向上游侧的右边下降的直线状的倾斜面19，在包覆部14a、14b及倾斜面19处工作流体的流动加速，使马蹄涡远离前缘12a、12b，来抑制马蹄涡的生成，并且将边界层减薄，所以能够减弱通道涡的强度，进一步降低二次流损失。
图13及图14是表示例示了涡轮喷嘴(静叶片)的有关本发明的涡轮叶栅构造的第7实施方式的概念图。
另外，对于与第1实施方式及第3实施方式的结构要素相同的结构要素赋予相同的标号。
有关本实施方式的涡轮叶栅构造与第3实施方式同样，在由设在涡轮喷嘴的顶部侧的隔板外环等的壁面13a和设在涡轮喷嘴的根部侧的隔板内环等的壁面13b支承的叶栅构造中的叶片体11a、11b的前缘12a、12b的各个顶部侧及根部侧与各个壁面13a、13b之间的角部上，设置有包覆部14a1、14a2、14b1、14b2。
包覆部14a1、14a2、14b1、14b2从涡轮喷嘴的叶片体11a、11b的前缘12a、12b的各个根部侧及顶部侧朝向上游侧延伸，截面形成为朝向前缘12a、12b的高度方向例如隆起为凹曲面状的隆起部16a1、16a2、16b1、16b2，并且，使隆起部16a1、16a2、16b1、16b2对应于工作流体向前缘12a、12b的入射角的较大变动而形成为扇状。
此外，在本实施方式中，将支承叶片体11a、11b的壁面13a、13b之中的、根部侧的壁面13a，形成为从前缘12a、12b朝向上游侧的右边下降的直线状的倾斜面19a，并且将顶部侧的壁面13b也形成为从前缘12a、12b朝向上游侧的右边上升的直线状的倾斜面19b。
另外，其他结构要素及与其对应的部分由于与第1实施方式及第3实施方式相同，所以省略重复说明。
这样，在本实施方式中，在叶片体11a、11b的前缘12a、12b上设置从叶片体11a、11b的前缘12a、12b的各个根部侧及顶部侧朝向上游侧延伸的、截面以扇状形成为朝向前缘12a、12b的高度方向例如隆起为凹曲面状的隆起部16a1、16a2、16b1、16b2的包覆部14a1、14a2、14b1、14b2，使包覆部14a1、14a2、14b1、14b2对应于工作流体向前缘12a、12b的入射角的较大变动而形成为扇状。
另一方面，将支承叶片体11a、11b的壁面13a、13b之中的、根部侧的壁面13a形成为从前缘12a、12b朝向上游侧的右边下降的直线状的倾斜面19a，并且将顶部侧的壁面13b形成为从前缘12a、12b朝向上游侧的右边上升的直线状的倾斜面19b，在各个根部侧和顶部侧的包覆部14a1、14a2、14b1、14b2及倾斜面19a、19b处工作流体的流动加速，使马蹄涡远离前缘12a、12b，来抑制马蹄涡的生成，并且将边界层减薄，所以能够减弱通道涡的强度，进一步降低叶片体11a、11b的各个根部侧及顶部侧的二次流损失。
另外，在本实施方式中，将支承叶片体11a、11b的壁面13a、13b之中的、根部侧的壁面13a形成为从前缘12a、12b朝向上游侧的右边下降的直线状的倾斜面19a，并且将顶部侧的壁面13b形成为从前缘12a、12b朝向上游侧的右边上升的直线状的倾斜面19b，但并不限于该例，也可以如图15及图16所示那样，将支承叶片体11a、11b的壁面13a、13b之中，根部侧的壁面13a形成为从前缘12a、12b朝向上游侧的右边下降的直线状的倾斜面19a，或者也可以如图17及图18所示那样，将支承叶片体11a、11b的壁面13a、13b中的顶部侧的壁面13b形成为从前缘12a、12b朝向上游侧的右边上升的直线状的倾斜面19b。
图19及图20是表示例示了涡轮动叶片的有关本发明的涡轮叶栅构造的第10实施方式的概念图。
另外，对于与第2实施方式的结构要素相同的结构要素赋予相同的标号。
有关本实施方式的涡轮叶栅构造与第2实施方式同样，例如在植设于涡轮盘等的壁面13上的叶栅的一个叶片体11a与相邻的另一个叶片体11b的各自的前缘12a、12b和壁面13之间的角部上，将从前缘12a、12b朝向上游侧较长地延伸的、截面形成为朝向前缘12a、12b的高度方向例如隆起为凹曲面状的隆起部16a、16b、并且相对于前缘12a、12b形成为扇状的包覆部14a、14b，设置在叶片体11a、11b的前缘12a、12b上，另一方面，将支承叶片体11a、11b的壁面13形成为从叶片体11a、11b的前缘12a、12b的中间部分朝向上游的前缘12a、12b侧的右边下降的倾斜曲面20。
另外，其他结构要素及与其对应的部分由于与第2实施方式相同，所以省略重复说明。
这样，本实施方式构成为，在叶片体11a、11b的前缘12a、12b上设置从叶片体11a、11b的前缘12a、12b朝向上游侧延伸的、截面以扇状形成为朝向前缘12a、12b的高度方向例如隆起为凹曲面状的隆起部16a、16b的包覆部14a、14b，另一方面，将支承叶片体11a、11b的壁面13形成为从叶片体11a、11b的前缘12a、12b的中间部分朝向上游的前缘12a、12b侧的右边下降的倾斜曲面20，在包覆部14a、14b及倾斜曲面20处工作流体的流动加速，使马蹄涡远离前缘12a、12b，来抑制马蹄涡的生成，并且将边界层减薄，所以能够减弱通道涡的强度，进一步降低二次流损失。
另外，有关本实施方式的涡轮叶栅构造应用在涡轮动叶片中，但并不限于该例，也可以应用在涡轮喷嘴(静叶片)中。在此情况下，涡轮喷嘴如图21及图22所示那样，在叶片体11a、11b的前缘12a、12b的根部侧与壁面13a之间的角部，具备形成为扇状的包覆部14a1、14b1，并且在叶片体11a、11b的顶部侧与壁面13b之间的角部，也具备扇状的包覆部14a2、14b2。
此外，有关本实施方式的涡轮喷嘴是通过壁面13a、13b支承叶片体11a、11b的两端，但也可以例如图21及图22所示那样，将支承叶片体11a、11b的壁面13a、13b之中、根部侧及顶部侧的各自的壁面13a、13b，形成为从叶片体11a、11b的中间部分朝向上游的前缘12a、12b侧而右边下降及右边上升的各个倾斜曲面20a、20b，此外也可以如图23及图24所示那样，将支承叶片体11a、11b的壁面13a、13b之中的根部侧的壁面13a，形成为从叶片体11a、11b的中间部分朝向上游的前缘12a、12b侧而右边下降的倾斜曲面20a，此外也可以如图25及图26所示那样，将支承叶片体11a、11b的壁面13a、13b之中的根部侧的壁面13a形成为从叶片体11a、11b的中间部分朝向上游的前缘12a、12b侧而右边下降的倾斜曲面20a，将顶部侧的壁部13b形成为从前缘12a、12b朝向上游侧右边上升的直线状的倾斜面19。
工业实用性由于有关本发明的涡轮叶栅构造构成为，将铺设在叶片体与壁面之间的角部的包覆部形成为截面为曲面状的隆起部，使该隆起部的延伸末端部分朝向上游侧延伸以增大表面积，在增大了表面积的上述曲面状的隆起部处工作流体的流动加速，来抑制从上述叶片体的前缘生成马蹄涡，所以能够减弱通道涡的强度，进一步降低二次流损失，本发明的叶栅构造可以适用于例如涡轮的动叶片、以及静叶片(涡轮喷嘴)中，是能够减弱工作流体流引起的通道涡的强度、进一步降低二次流损失等的具有较强的工业实用性的发明。
权利要求
1.一种涡轮叶栅构造，多个叶片在壁面上沿着圆周方向以列状配置，其特征在于，在被支承于壁面上的各叶片体的与工作流体流相对置的前缘部和上述壁面之间的角部，设有向工作流体流的上游侧延伸的包覆部。
2.如权利要求1所述的涡轮叶栅构造，其特征在于，上述包覆部设在叶片体的根部侧及项部侧中的至少一个上。
3.如权利要求1所述的涡轮叶栅构造，其特征在于，上述包覆部从上游侧朝向叶片体的前缘的高度方向而形成为隆起部。
4.如权利要求3所述的涡轮叶栅构造，其特征在于，上述隆起部形成为从上游侧的延伸末端部分朝向叶片体的前缘的高度方向的凹曲面状。
5.如权利要求4所述的涡轮叶栅构造，其特征在于，在形成为上述凹曲面状的隆起部中，在从上游侧的延伸末端部分向叶片体的前缘的距离为Lo、从壁面向上述前缘的高度方向的距离为Ho时，将距离Lo设定为Lo＝(2～5)Ho的范围，并且，在工作流体的边界层的厚度为T时，将从上述壁面向上述前缘的高度方向的距离Ho设定在Ho＝(0.5～2.0)T的范围内。
6.如权利要求4所述的涡轮叶栅构造，其特征在于，形成为上述凹曲面状的隆起部，形成以与叶片体的前缘碰撞的工作流体的停滞点为基准、分别朝向上述叶片体的腹侧及背侧延伸的扇状。
7.如权利要求6所述的涡轮叶栅构造，其特征在于，形成为上述扇状的隆起部，在以与叶片体的前缘碰撞的工作流体的停滞点为基准的角度为θ时，将该角度θ设定在θ＝±15°～±60°的范围内。
8.如权利要求1所述的涡轮叶栅构造，其特征在于，上述包覆部形成为从上游侧朝向叶片体的前缘的高度方向的隆起部，并且，从预先分体制作的包覆连接片、与上述叶片体一体切削出的片、以及通过焊接施工形成的堆焊部中选择任一个而构成上述隆起部。
9.如权利要求1所述的涡轮叶栅构造，其特征在于，上述叶片体在叶片体的根部侧及顶部侧中的至少一个处，被上述壁面支承。
10.如权利要求9所述的涡轮叶栅构造，其特征在于，上述叶片体在其根部侧被上述壁面支承，上述壁面形成从叶片体的前缘朝向上游侧而右边下降的直线状的倾斜面。
11.如权利要求9所述的涡轮叶栅构造，其特征在于，上述叶片体在其根部侧被上述壁面支承，上述壁面形成从叶片体的中间部分朝向上游的前缘侧而右边下降的倾斜曲面。
12.如权利要求9所述的涡轮叶栅构造，其特征在于，上述叶片体在其根部侧及顶部侧被上述壁面支承，上述壁面分别形成从叶片体的前缘朝向上游侧而右边下降的直线状的倾斜面及右边上升的直线状的倾斜面。
13.如权利要求9所述的涡轮叶栅构造，其特征在于，上述叶片体在其根部侧及项部侧被上述壁面支承，上述壁面分别形成从叶片体的中间部分朝向上游的前缘侧而右边下降的倾斜曲面及右边上升的倾斜曲面。
14.如权利要求9所述的涡轮叶栅构造，其特征在于，上述叶片体在其根部侧及顶部侧被上述壁面支承，上述壁面形成为支承叶片体的根部侧的壁面形成从上述叶片体的中间部分朝向上游的前缘侧而右边下降的倾斜曲面，并且，支承上述叶片体的顶部侧的壁面形成从叶片体的前缘朝向上游侧而右边上升的直线状的倾斜面。
15.如权利要求1所述的涡轮叶栅构造，其特征在于，支承上述叶片体的壁面平坦地形成。
全文摘要
有关本发明的涡轮叶栅构造，是多个叶片在壁面上沿着圆周方向以列状配置的涡轮的叶栅构造，是在被支承于壁面上的各叶片体的与工作流体流对置的前缘部和上述壁面之间的角部上设有朝向工作流体流的上游侧延伸的包覆部的构造。根据该涡轮叶栅构造，即使工作流体向叶片体的前缘的入射角变动，也能够实现降低基于二次流的二次流损失。
文档编号F01D9/02GK1875169SQ200480032510
公开日2006年12月6日 申请日期2004年10月29日 优先权日2003年10月31日
发明者松田寿, 猪亦麻子, 大友文雄, 川岸裕之, 野村大辅 申请人:株式会社东芝