专利名称：涡轮机的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如发电设备、化工设备、燃气设备、钢铁厂、船舶等所使用的涡轮机。本申请基于2010年2 月25日在日本申请的日本特愿2010-040920号申请主张优选权，在此引用其内容。
背景技术：
目前，作为蒸汽涡轮机的一种，公知的有多级具备壳体、旋转自如地设置于壳体的内部的轴体(转子)、固定配置于壳体的内周部的定子叶片、在该定子叶片的下游侧放射状设置于轴体的转子叶片的蒸汽涡轮机。这种蒸汽涡轮机中，在冲击式涡轮机的情况下，通过定子叶片将蒸汽的压力能转变为速度能，通过转子叶片将该速度能转变为旋转能(机械能)。另外，在反向动力式涡轮机的情况下，也在转子叶片内将压力能转变为速度能，由喷出蒸汽的反向动力，将速度能转变为旋转能(机械能)。在这种蒸汽涡轮机中，多数情况是在转子叶片的前端部和包围转子叶片形成蒸汽流路的壳体之间形成有径向的间隙，并且在定子叶片的前端部和轴体之间也形成有径向的间隙。但是，在下游侧通过转子叶片前端部的间隙的泄漏蒸汽对转子叶片不施加旋转力。另外，在下游侧通过定子叶片前端部的间隙的泄漏蒸汽不能通过定子叶片将压力能转变为速度能。因此，几乎对下游转子叶片不施加旋转力。因此，为了提高蒸汽涡轮机的性能，需要减少通过上述间隙的泄漏蒸汽量。在此，提案有下述的构造，在转子叶片的前端部设置有高度从轴向上游侧朝向下游侧逐渐增加的台阶部，且在壳体内设置有相对于台阶部具有间隙的密封凸片(例如，参照专利文献I)。根据上述构成，流过密封凸片的间隙的泄漏流体与形成台阶部的台阶面的端缘部(边缘部)碰撞，流动阻力增大。因此，减少通过壳体与转子叶片的前端部之间的间隙的泄漏流量。专利文献I:(日本)特开2006-291967号公报但是，为了进一步实现蒸汽涡轮机的低成本化、高性能化，考虑例如减少定子叶片和转子叶片的级数，使每一级的负荷增大的构造。在这样的构造中，每一级的压力比增大。因此，通过密封凸片的泄漏流量增大，蒸汽涡轮机的性能会降低。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而创立的，其目的在于，提供进一步降低泄漏流量的高性能的涡轮机。为了解决上述问题，本发明的涡轮机具备叶片；构造体，其以包围所述叶片的周围的方式形成，并相对于所述叶片相对旋转，在所述构造体的与所述叶片的前端对应的位置形成有确保与所述叶片的前端之间的间隙的环状槽，而且，在所述叶片的前端，朝向所述环状槽的底面立设至少一个密封凸片，在所述密封凸片的前端与所述环状槽的底面之间形成有径向的微小间隙，其中，在将所述密封凸片中的配置于所述叶片的上游端侧的上游端侧密封凸片与所述叶片的上游端之间的轴向距离设为L，将所述叶片的上游端与所述环状槽的上游侧的内侧面之间的轴向距离设为Bu时，所述上游端侧密封凸片以满足式(I)即、L/Bu彡O. I的方式进行配置。根据上述构成，在本发明的涡轮机中，通过叶片的主流的流体的一部分碰撞叶片。而且，流入环状槽内的流体形成沿从上游端侧密封凸片的前端朝向环状槽的底面的方向(向下流动，朝向径向内侧的流动)旋转的第一主涡流。通过第一主涡流得到通过形成于密封凸片的前端与环状槽的底面之间的微小间隙的流体的缩流效果。因此，减少泄漏流量。在此，上游端侧密封凸片以满足式(I)的方式配置，由此，形成在上游端侧密封凸片的前端与环状槽的底面之间的微小间隙可靠地产生从上游端侧密封凸片的前端朝向环 状槽的底面的流动的第一主涡流。在不满足式(I)的位置配置上游端侧密封凸片时，第一主涡流的一部分分离，沿第一主涡流的旋转方向的相反方向旋转的分离涡流形成于第一主涡流与上游端侧密封凸片之间。因此，在上游端侧密封凸片的前端与环状槽的底面之间的微小间隙产生从环状槽的底面朝向上游端侧密封凸片的基端侧的流动(向上流动，朝向径向外侧的流动)。而且，可能不会得到通过微小间隙的流体的缩流效果。在本发明的涡轮机中，所述上游端侧密封凸片以与所述叶片的上游端为同一面的方式进行配置。根据上述构成，第一主涡流被更高效地利用，在上游端侧密封凸片的前端与环状槽的底面之间的微小间隙产生从上游端侧密封凸片的前端朝向环状槽的底面的流动。因此，能更可靠地得到通过微小间隙的流体的缩流效果。在本发明的涡轮机中，在所述环状槽内，在与所述叶片的上游端对应的位置形成有小环状槽。根据上述构成，第一主涡流的旋转中心接近微小间隙。由于第一主涡流的旋转中心接近微小间隙，相应地，利用第一主涡流的径向速度大的部分，在微小间隙内产生从上游端侧密封凸片的前端朝向环状槽的底面的更强的流动。因此，进一步能可靠地得到通过微小间隙的流体的缩流效果。在本发明的涡轮机中，在所述叶片的前端设置有多个所述密封凸片，在所述环状槽内从所述叶片的上游端朝向下游侧设置有台阶部，所述台阶部以利用至少一个台阶使其高度伴随着朝向下游侧逐渐降低的方式形成，并且以位于形成于所述台阶的下游侧边缘部所邻接的密封凸片之间的方式形成。在此，通过上游端侧密封凸片的前端与环状槽的底面之间的微小间隙的流体与存在于上游端侧密封凸片的一个下游侧的第二密封凸片碰撞。而且，在形成于第二密封凸片与上游端侧密封凸片之间的腔内形成第二主涡流。该第二主涡流的旋转方向沿与第一主涡流的旋转方向相反的方向旋转，因此，在第二密封凸片与环状槽的底面之间的微小间隙产生从环状槽的底面朝向密封凸片的基端侧的流动。但是，由于在环状槽内设置有高度随着朝向下游侧逐渐降低的台阶部，由此，在台阶面，一部分的流体从第二主涡流分离。而且，形成沿第二主涡流的旋转方向的相反方向旋转的分离涡流。通过该分离涡流，在第二密封凸片与环状槽的底面之间的微小间隙产生从密封凸片的前端朝向环状槽的底面的流动，进一步减少泄漏流量。在本发明的涡轮机中，在所述环状槽内，在位于所述上游端侧密封凸片的下游侧的密封凸片中的至少与任一密封凸片对应的位置形成有所述小环状槽。根据上述构成，形成于第二密封凸片之后的小环状槽的涡流的旋转中心接近对应的微小间隙。因此，从微小间隙的密封凸片的前端朝向环状槽的底面的流动增加，更可靠地减少泄漏流量。
根据本发明，形成沿从上游端侧密封凸片的前端朝向环状槽的底面的方向流动的第一主涡流。因此，利用第一主涡流将通过形成于密封凸片的前端与环状槽的底面之间的微小间隙的流体缩流，减少泄漏流量。
图I是表示本发明第一实施方式的蒸汽涡轮机的概略构成的剖面图；图2是图I的A部放大图；图3是本发明第一实施方式的密封凸片的作用说明图；图4是表示本发明第一实施方式的轮毂套筒与密封凸片的相对位置关系的说明图；图5是表示本发明第一实施方式的泄漏流量的减少率变化的图表；图6是用于说明本发明第二实施方式的说明图，是与图的A部的放大图对应的图；图7是表示本发明第二实施方式的泄漏流量的减少率的变化的图表；图8是用于说明本发明第三实施方式的说明图，是与图I的A部的放大图对应的图；图9是用于说明本发明第四实施方式的说明图，是与图I的A部的放大图对应的图；图10是图I的B部放大图。符号说明I :蒸汽涡轮机11 隔板外圈(构造体)12,33 :环状槽12a、33a:底面l2b、33b:内侧面15、115:密封凸片15a、115a :第一密封凸片(上游端侧密封凸片)15b、115b :第二密封凸片15c、115c :第三密封凸片30:轴体(构造体)34 :小环状槽35、38:台阶部
36:凸部36c、37a:边缘部37:第一台阶面(台阶)39:第二台阶面(台阶)40:定子叶片(叶片)41:轮毂套筒(叶片)41a,51a :上游侧端面(上游端)
50:转子叶片(叶片)51:叶端套筒(叶片)H (Hl H3 ):微小间隙S1、S2:间隙YUYli、Y3、Y5、Y7 :主涡流Υ2、Υ4、Υ6 :分离涡流
具体实施例方式(第一实施方式)(蒸汽涡轮机)下面，基于图I 图5说明本发明的第一实施方式的蒸汽涡轮机。图I是表示本发明第一实施方式的蒸汽涡轮机I的概略构成的剖面图。蒸汽涡轮机I具备壳体10、调节流入壳体10的蒸汽J的量和压力的调节阀20、旋转自如地设于壳体10的内侧且向未图示的发电机等机械传递动力的轴体(转子)30、保持于壳体10的定子叶片40、设于轴体30的转子叶片50、支承轴体30使其围绕轴可旋转的轴承部60。壳体10的内部空间被气密密封，并且是蒸汽J的流路。在该壳体10的内壁面牢固地固定有插通轴体30的环状的隔板外圈11。在壳体10的内部安装有多个调节阀20。调节阀20分别具备蒸汽J从未图示的锅炉流入的调节阀室21、阀体22、阀座23。而且，阀体22从阀座23脱开时，蒸汽流路打开，蒸汽J经由蒸汽室24流入壳体10的内部空间。轴体30具备轴主体31、从该轴主体31的外周向径向延伸的多个盘32。该轴体30向未图示的发电机等机械传递旋转能。定子叶片40以包围轴体30的方式放射状配置多个，构成环状定子叶片组，分别保持于隔板外圈11。在这些定子叶片40的径向内侧(前端侧)连结有插通轴体30的环状轮毂套筒41。另外，由多个定子叶片40构成的环状定子叶片组在旋转轴方向隔开间隔形成有六个。环状定子叶片组将蒸汽J的压力能转变为速度能，并导向与下游侧邻接的转子叶片50侧。转子叶片50牢固地安装于轴体30所具有的盘32的外周部。该转子叶片50在各环状定子叶片组的下游侧放射状地配置有多个，从而构成环状转子叶片组。这些环状定子叶片组和环状转子叶片组一组一级地构成。即，蒸汽涡轮机I以六级构成。其中，最末级的转子叶片50的前端部为周向延伸的叶端套筒51。
在此，在本实施方式中，轴体30及隔板外圈11为本发明的“构造体”。另外，定子叶片40、轮毂套筒41、叶端套筒51及转子叶片50为本发明的“叶片”。具体而言，定子叶片40及轮毂套筒41为“叶片”的情况下，轴体30为“构造体”。另一方面，转子叶片50及叶端套筒51为“叶片”的情况下，隔板外圈11为“构造体”。图2是图I的A部的放大图。如图2所示，在轴体(构造体)30上，在与定子叶片(叶片)40对应的部位形成有环状槽33。而且，成为定子叶片40的前端部的轮毂套筒(叶片)41与该环状槽33对置。通过该环状槽33，在环状槽33的底面33a和轮毂套筒41之间形成轴体30的径向的间隙SI。环状槽33以该底面33a在轴向大致同直径的方式形成。另一方面，在轮毂套筒41的前端(图2的下侧，轮毂套筒的半径方向内侧面)，以沿径向且朝向环状槽33的底面33a遮挡间隙SI的方式立设有三个密封凸片15 (15a，15b， 15c)。三个密封凸片15分别由配置于轮毂套筒41的上游侧的端面41a侧(图2的左侧)的第一密封凸片(上游端侧密封凸片)15a、配置于轮毂套筒41的轴方向大致中央的第二密封凸片15b、配置于比该第二密封凸片15b的下游侧(图2的右侧)的第三密封凸片15c构成。各密封凸片15 (15a 15c)以大致相同的长度设定，在各自的前端部与环状槽33的底面33a之间形成有以大致相同尺寸设定的微小间隙H (H1，H2，H3)。微小间隙H (Hl H3)在考虑轴体30及定子叶片40的热伸缩量、轴体30的离心伸缩量等的基础上，在环状槽33的底面33a与各密封凸片15 (15a 15c)不接触的安全的范围内以最小的长度设定。另外，在本实施方式中，对以各密封凸片15a 15c的前端部与环状槽33的底面33a之间的微小间隙H为相同的方式设定的情况进行了说明。但是，并不限于该情况，根据需要，也可以分别变更各密封凸片15a 15c的前端部与环状槽33的底面33a之间的微小间隙H。另外，在环状槽33内，在轴体30与轮毂套筒41之间形成有腔C (Cl C3)。腔C(Cl C3)从上游侧按顺序分别由形成于环状槽33的上游侧的内侧面33b与第一密封凸片15a之间的第一腔Cl、形成于第一密封凸片15a与第二密封凸片15b之间的第二腔C2、形成于第二密封凸片15b与第三密封凸片15c之间的第三腔C3构成。在此，第一密封凸片15a以和轮毂套筒41的上游侧的端面41a为同一面的方式配置。因此，能得到减少通过形成于第一密封凸片15a与环状槽33的底面33a之间的微小间隙H的蒸汽J的泄漏流体的缩流效果。下面更详细地说明。(作用)图3是密封凸片15的作用说明图。在此，在对第一密封凸片15a的缩流效果进行说明之前，基于图1，对蒸汽涡轮机I的动作进行说明。首先，将调节阀20调节成开状态时，蒸汽J从未图示的锅炉流入壳体10的内部空间。流入壳体10的内部空间的蒸汽J依次通过各级的环状定子叶片组和环状转子叶片组。这时，通过定子叶片40将压力能转变为速度能。而且，经过定子叶片40的蒸汽J中的大部分流入构成同一级的转子叶片50间。而且，通过转子叶片50将蒸汽J的速度能转变为旋转能。于是，对轴体30施加旋转。另一方面，蒸汽J的一部分(例如，百分之几)流入定子叶片40的轮毂套筒41所对置的环状槽33内。流入该环状槽33内的蒸汽J为所谓的泄漏蒸汽。如图3所示，流入环状槽33内的蒸汽J的一部分首先流入第一腔Cl内，与轮毂套筒41的上游侧端面41a碰撞。然后，蒸汽J以沿着第一密封凸片15a的方式朝向环状槽33的底面33a流动。再之后，蒸汽J 以返回上游侧的方式流动，形成图3的绕顺时针旋转的主涡流(第一主涡流)Yl。S卩，形成主涡流Yl时，在第一密封凸片15a的上游侧产生速度矢量朝向径向内侧的流动(向下流动)。该向下流动在形成于第一密封凸片15a与环状槽33的底面33a之间的微小间隙Hl的正前方保持有朝向径向内侧的惯性力。因此，对于通过微小间隙Hl的泄漏流动，能得到收缩于径向内侧的效果(缩流效果)。因此，减少了蒸汽J的泄漏流量。在此，第一密封凸片15a以与轮毂套筒41的上游侧端面41a为同一面的方式配置是因为，第一密封凸片15a配置于远离轮毂套筒41的上游侧端面41a规定距离以上的位置时(参照图3的双点划线)，在轮毂套筒41的上游侧的端面41a的边缘部41b，一部分流体从主涡流Yl分离，产生围绕该主涡流Yl的旋转方向的相反方向(图3的逆时针旋转)旋转的分离涡流Y2 (图3中用双点划线表示)。分离涡流Y2的旋转方向是主涡流Yl的旋转方向的反方向。因此，产生分离涡流Y2时，在第一密封凸片15a的上游侧产生速度矢量朝向径向外侧的向上流动。而且，因为产生上向流动，所以对于通过微小间隙Hl的流动，得不到缩流效果。S卩，第一密封凸片15a所配置的位置不限于与轮毂套筒41的上游侧的端面41a为同一面的位置。即，第一密封凸片15a配置于在第一密封凸片15a的上游侧产生从该第一密封凸片15a的前端朝向环状槽33的底面33a的流动的位置即可。因此，基于充分得到缩流效果的条件存在时的见解，本申请发明者进行了下面的模拟试验。其结果如图4所示，将轮毂套筒41的上游侧的端面41a与第一密封凸片15a(严格地说，是第一密封凸片15a的上游侧的端面，下面，相同)之间的轴体30的轴向距离设为L，将轮毂套筒41的上游侧的端面41a与位于环状槽33的轴向上游侧的内侧面33b之间的轴体30的轴向距离设为Bu时，第一密封凸片15a配置为满足下述式(I)。L/Bu 彡 O. I (I)由此，在第一密封凸片15a的上游侧产生从该第一密封凸片15a的前端朝向环状槽33的底面33a的流动。(模拟试验)在此，以图4所示的距离L、Bu的相互关系的条件和泄漏流量(泄漏流量)的减少率(％)的关系，对于进行模拟试验的结果进行说明。图5是表示泄漏流量的减少率的变化的图表。在图5中纵轴是泄漏流量的减少率(%)，横轴为L/Bu。如该图所示，L/Bu = O,即，在第一密封凸片15a以与轮毂套筒41的上游侧的端面41a为同一面的方式配置的情况下，泄漏流量的减少率为最大。在L/Bu = O. I的情况下，其减少率为最大时(L/Bu = O时)的约80%，在L/Bu = O. 15的情况下，其减少率为最大时的约50%，在L/Bu = O. 2的情况下，其减少率为最大时的约20%。
Bpo L/Bu的值超过0. I时，泄漏流量的减少效果急剧减少，得不到有效的泄漏流量的减少化。另外，在L/Bu = O. 3的情况下，对于通过微小间隙Hl的流动，几乎得不到缩流效果。因此，根据上述的第一实施方式，通过以满足式(I)方式配置第一密封凸片15a，有效地减少泄漏流量，提高涡轮机效率。另外，通过第一密封凸片15a以与轮毂套筒41的上游侧的端面41a为同一面的方式配置，有效地利用主涡流Y1，在微小间隙Hl产生从第一密封凸片15a的前端朝向环状槽33的底面33a的流动。因此，更进一步减少泄漏流量。另外，不是在作为构造体的轴体30上，而是在作为叶片的轮毂套筒41上设置密封凸片15( 15a 15c)，由此，能够防止因轴体30及定子叶片40的热伸缩量、轴体30的离心伸缩量等而引起轮毂套筒41的上游侧的端面41a与第一密封凸片15a的相对位置关系的变化。因此，根据运转条件，泄漏流量减少效果不会变化，能得到稳定的泄漏流量的减少效
果O(第二实施方式)下面，引用图1，基于图6、图7说明本发明的第二实施方式。另外，对于与第一实施方式相同的方式，附加相同符号进行说明(对于下面的实施方式也同样)。图6是用于说明第二实施方式的说明图，与图2 (图I的A部放大图)对应。在本发明的第二实施方式中，蒸汽涡轮机I在具备壳体10、调节流入壳体10的蒸汽J的量和压力的调节阀20、旋转自如地设置于壳体10的内侧且向未图示的发电机等机械传递动力的轴体(转子)30、保持于壳体10的定子叶片40、设置于轴体30的转子叶片50、支承轴体30使其绕轴可旋转的轴承部60方面；以及定子叶片40以包围轴体30的方式放射状配置多个而构成环状定子叶片组且分别保持于隔板外圈11方面；在这些定子叶片40的径向内侧连结有插通轴体30的环状的轮毂套筒41方面；转子叶片50在各环状定子叶片组的下游侧放射状配置多个而构成环状转子叶片组且其前端部是向周向延伸的叶端套筒51方面；环状定子叶片组和环状转子叶片组由一组一级构成方面；在轴体30上，在与定子叶片40对应的部位形成有环状槽33，在此与轮毂套筒41对置方面等基本的构成与前述的第一实施方式一样(对于下面的实施方式也同样)。在此，第二实施方式和第一实施方式不同的点是下述的点即、第一实施方式的环状槽33的底面33a以在轴向为大致相同直径的方式形成，与之相对，在第二实施方式的环状槽33的底面33a，在与第一腔Cl对应的部位形成有小环状槽34。S卩，在轮毂套筒41的前端，以沿径向且朝向环状槽33的底面33a遮挡间隙SI的方式立设有三个密封凸片15 (15a, 15b, 15c)。第一密封凸片15a以满足式(I)的方式,优选以与轮毂套筒41的上游侧的端面41a为同一面的方式配置。而且，在与形成于第一密封凸片15a的上游侧的第一腔Cl对应的底面33a形成有小环状槽34。另外，小环状槽34形成为位于该轴向下游侧的内侧面34b与第一密封凸片15a为同一面。(作用)下面，对于第二实施方式的作用进行说明。在上述的构成中，流入环状槽33内的蒸汽J的一部分蒸汽与轮毂套筒41的上游侧端面41a碰撞。而且，上述蒸汽沿第一密封凸片15a且朝向小环状槽34的底面34a流动。再之后，上述蒸汽以返回上游侧的方式流动，形成图6中绕顺时针旋转的主涡流(第一主涡流)Yli。即，主涡流Yl'沿着第一密封凸片15a的同时，通过形成于第一密封凸片15a的前端与环状槽33的底面33a之间的微小间隙Hl的轴向的上游侧附近。另外，主涡流Yl'朝向小环状槽34的底面34a流动。换言之，主涡流Y广的旋转中心比第一实施方式的主涡流Yl更接近微小间隙H1。因此，主涡流Yl'的旋转中心比第一实施方式的主涡流Yl更靠近微小间隙H1，相应地，利用主涡流Yl'的径向的速度大的部分，在微小间隙Hl产生从第一密封凸片15a的前端朝向环状槽33的底面33a的强的流动。因此，根据上述第二实施方式，与前述第一实施方式的效果比较，对于通过微小间隙Hl的泄漏流动，能进一步得到在径方向内侧收缩的效果(缩流效果)。因此，减少了蒸汽J的泄漏流量。
图7是表示第二实施方式的泄漏流量的减少率的变化的图表。图7中，L是轮毂套筒41的上游侧端面41a与第一密封凸片15a之间的轴向距离，Bu是位于轮毂套筒41的上游侧端面41a与位于环状槽33的轴向上游侧的内侧面33b之间的轴向距离(参照图4)。另外，图7中，纵轴为泄漏流量的减少率(％)，横轴是L/Bu。如该图所示，第二实施方式的泄漏流量的减少率比第一实施方式的泄漏流量的减少率(参照图5及图7的虚线部分)更高。另外，如该图所示，L/Bu的值超过O. I时，泄漏流量的减少效果急剧降低，难以实现高效的泄漏流量的减少化。另外，在上述第二实施方式中，对小环状槽34以位于该小环状槽34的轴向的下游侧的内侧面34b与第一密封凸片15a为同一面的方式形成的情况进行了说明。然而，本发明并不限于上述构成。例如，在小环状槽34的边缘部34c，在没有形成从主涡流Yl'分离 的分离涡流的范围内，小环状槽34的内侧面34b和第一密封凸片15a的相对位置也可以偏移。即使在这种情况下，也能够得到与上述第二实施方式同样的效果。另外，在蒸汽涡轮机I停止时，即使满足位于小环状槽34的轴方向下游侧的内侧面34b和第一密封凸片15a的相对位置关系，在蒸汽涡轮机I工作时，只要不满足前述相对位置关系，则就得不到想要的效果。即，在蒸汽涡轮机I停止时，即使位于小环状槽34的轴向下游侧的内侧面34b和第一密封凸片15a以为同一面的方式形成，在蒸汽涡轮机I工作时，只要位于小环状槽34的轴向下游侧的内侧面34b和第一密封凸片15a不以成同一面的方式形成，也得不到想要的效果。因此，在蒸汽涡轮机I工作时，优选满足小环状槽34的内侧面34b和第一密封凸片15a的相对位置关系。即，在蒸汽涡轮机I工作时，优选小环状槽34的内侧面34b和第一密封凸片15a以成同一面的方式形成。另外，最优选的是额定时满足上述相对位置关系。即，在额定时，最优选的是位于小环状槽34的轴向下游侧的内侧面34b和第一密封凸片15a以成同一面的方式形成。(第三实施方式)下面，基于图8说明本发明的第三实施方式。图8是用于说明第三实施方式的说明图，与图2 (图I的A部的放大图)对应。在此，第三实施方式和第二实施方式的不同点仅是下述的点，S卩、在第二实施方式的环状槽33内，在与第一腔Cl对应的部位形成有小环状槽34，与之相对，在第三实施方式的环状槽33内，不仅设有小环状槽34，而且还设置有台阶部35。台阶部35是与环状槽33的底面33a的第二腔C2对应的位置，且上游侧、即接近第一密封凸片15a具有突设的凸部36。利用该凸部36，环状槽33的底面33a从轮毂套筒41的上游侧的端面41a朝向下游侧形成有一级高度低的台阶部35。另外，凸部36以该下游侧的侧面36a及下游侧的边缘部36c位于邻接的第一密封凸片15a和第二密封凸片15b之间、优选位于第二腔C2的轴向的大致中央的方式形成。即，立设于轮毂套筒41的三个密封凸片15 (15a 15c) 中的第二密封凸片15b及第三密封凸片15c以在这些的前端和第一台阶面37之间形成微小间隙H2，H3的方式延伸。(作用)下面，对第三实施方式的作用进行说明。在上述的构成中，流入环状槽33内的蒸汽J的一部分蒸汽与轮毂套筒41的上游侧端面41a碰撞。而且，上述蒸汽沿第一密封凸片15a，且朝向小环状槽34的底面34a流动。再之后，上述蒸汽以返回上游侧的方式流动，形成图6的绕顺时针旋转的的主涡流Yl'。另外，通过形成于第一密封凸片15a与位于凸部36的径方向的外方侧的上面36b之间的微小间隙Hl的泄漏流体与第二密封凸片15b碰撞。而且，上述泄漏流体以返回上游侧的方式流动，在第二腔C2内形成图7的绕逆时针旋转的主涡流(第二主涡流)Y3。在此，在第二腔C2内形成有台阶部35 (凸部36)，因此，在凸部36的下游侧的边缘部36c，一部分流体从主涡流Υ3分离。而且，形成向该主涡流Y3的旋转方向的反方向(图7的顺时针旋转)旋转的分离涡流Y4。当形成分离涡流Y4时，在第二密封凸片15b的上游侧产生速度矢量朝向径向的内侧的向下流动。该向下流动在形成于第二密封凸片15b和第一台阶面37之间的微小间隙H2的正前方保持有朝向径向的内侧的惯性力。因此，对于通过微小间隙H2泄漏流体，能得到在径向内侧收缩的效果(缩流效果)。因此，根据上述第三实施方式，与上述第二实施方式比较，进一步减少泄漏流量。另外，在第一台阶面37也可以形成小环状槽(参照图8的双点划线)。该情况下，优选位于小环状槽的轴向的下游侧的内侧面以与第二密封凸片15b为同一面的方式形成。其结果是进一步减少泄漏流量。(第四实施方式)下面，基于图9说明本发明的第四实施方式。图9是用于说明第四实施方式的说明图，与图2 (图I的A部的放大图)对应。在此，第四实施方式和第三实施方式的不同点是下述点，在第三实施方式的环状槽33内形成有一级的台阶部35，与之相对，在第四实施方式的环状槽33内形成有两级的台阶部38。S卩，在第四实施方式的环状槽33内，在台阶面37的下游侧形成有再下降一级的第二台阶面39。另外，第二台阶面39以台阶面37的下游侧的边缘部37a位于邻接的第二密封凸片15b和第三密封凸片15c之间、优选位于第三腔C3的轴向大致中央的方式形成。另外，立设于轮毂套筒41的三个密封凸片15 (15a 15c)以在它们的前端和各自对应的凸部36、第一台阶面37、及第二台阶面39之间形成有微小间隙H (Hl H3)的方式延伸。(作用)在上述构成中，在第三腔C3内利用通过微小间隙H2的流体形成图9的绕逆时针旋转的主涡流Y5。另外，在第一台阶面37的下游侧的边缘部37a，一部分流体从主涡流Y5分离，形成向该主涡流Y5的旋转方向的反方向(图9的顺时针旋转)旋转的分离涡流Y6。因此，根据上述第四实施方式，与上述第三实施方式比较，进一步减少泄漏流量。另外，在第一台阶面37及第二台阶面39也可以形成有小环状槽(参照图9的双点划线)。该情况下，优选位于小环状槽的轴向的下游侧的内侧面分别以与第二密封凸片15b及第三密封凸片15c为同一面的方式形成。其结果是进一步减少泄漏流量。
(第五实施方式)下面，引用图1，基于图10说明本发明的第五实施方式。图10是图I的B部放大图。在此，第五实施方式和第一实施方式不同的点是下述点，第一实施方式在轮毂套筒41设有密封凸片15，与之相对，第五实施方式在叶端套筒51设有密封凸片115。如图10所示，在隔板外圈(构造体)11上，在与转子叶片(叶片)50对应的部位形成环状槽12。而且,成为转子叶片50的前端部的叶端套筒(叶片)51与该环状槽12对置。利用该环状槽12，在环状槽12的底面12a与叶端套筒51之间形成轴体30的径向的间隙S2。环状槽12以该底面12a在轴向为大致同直径的方式形成。另一方面，在叶端套筒51的前端，以沿径向且朝向环状槽12的底面12a遮挡间隙S2的方式立设有三个密封凸片115 (115a，115b，115c)。三个密封凸片115分别由配置于叶端套筒51的上游侧的端面51a侧(图10的左侧)的第一密封凸片(上游端侧密封凸片)115a、配置于叶端套筒51的轴向的大致中央的第二密封凸片115b、配置于该第二密封凸片115b的下游侧(图10的右侧)的第三密封凸片115c构成。各密封凸片115 (115a 115c)以大致相同长度而设定。而且，在各密封凸片115的前端部与环状槽12之间形成有以大致相同尺寸设定的径向的微小间隙H (H1、H2、H3)。在上述构成中，在环状槽12内的隔板外圈11与叶端套筒51之间形成有腔C(C4 C6)。腔C (C4 C6)从上游侧按顺序分别由形成于位于环状槽12的轴向的上游侧的内侧面12b和第一密封凸片115a之间的第一腔C4、形成于第一密封凸片115a和第二密封凸片115b之间的第二腔C5、形成于第二密封凸片115b和第三密封凸片115c之间的第三腔C6构成。在此，第一密封凸片115a以与叶端套筒51的上游侧的端面51a为大致同一面的方式配置。(作用)下面，对于本发明的第五实施方式的作用进行说明。在蒸汽涡轮机I工作时，蒸汽J的一部分(例如，百分之几)流入转子叶片50的叶端套筒51所对置的环状槽12内。流入环状槽12内的蒸汽J的一部分首先流入第一腔C4内，与叶端套筒51的上游侧端面51a碰撞。然后，蒸汽J以沿着第一密封凸片115a的方式朝向环状槽12的底面12a流动。再之后，蒸汽J以返回上游侧的方式流动，形成图10绕逆时针旋转的主涡流Y7。S卩，在形成主涡流Υ7时，在第一密封凸片115a的上游侧产生速度矢量朝向径向的外侧的流动。该流动在形成于第一密封凸片115a与环状槽12的底面12a之间的微小间隙Hl的正前方保持有朝向径向的外侧的惯性力。因此，对于通过微小间隙Hl的泄漏流体，得到在径向的外侧收缩的效果(缩流效果)。因此，减少蒸汽J的泄漏流量。因此，根据上述第五实施方式，得到与前述第一实施方式一样的效果。另外，本发明不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内，在上述的实施方式上也可以增加各种变更。例如，在上述第五实施方式中也可以应用在前述第二实施方式、第三实施方式、及第四实施方式详述的小环状槽34及台阶部35、38。另外，在上述第一实施方式 第四实施方式，对在轮毂套筒41立设有三个密封凸 片15a 15c的构成进行了说明。另外，在第五实施方式中，对在叶端套筒51设有三个密封凸片115a 115c的构成进行了说明。但是，在轮毂套筒41及叶端套筒51上也可以分别设有任意个数的密封凸片15、115。另外，在上述实施方式中，对最末级的定子叶片40及转子叶片50应用本发明的情况进行了说明。然而，对于其它级的定子叶片40及转子叶片50也可以应用本发明。而且，在上述实施方式中，对蒸汽涡轮机I是复水式蒸汽涡轮机的情况进行了说明。但是，对于其它型式的蒸汽涡轮机，例如二级吸气涡轮机、吸气涡轮机、混气涡轮机等涡轮机型式也可以适用本发明。另外，燃气涡轮机也可以应用本发明。另外，对于有旋转叶片的全部装置也可以应用本发明。另外，在上述实施方式中，对在定子叶片40的前端侧设有轮毂套筒41，并且在转子叶片50的前端侧设有叶端套筒51的构成进行了说明。但是，即使是未设有轮毂套筒41及叶端套筒51的构成，也可以应用本发明。该情况下，仅定子叶片40及转子叶片50为本发明的“叶片”。即，在定子叶片40为“叶片”的情况，轴体30为“构造体”。另一方面，在转子叶片50为“叶片”的情况，隔板外圈11为“构造体”。而且，在定子叶片40的前端设有密封凸片15及/或转子叶片50的前端设有密封凸片115即可。产业上的可利用性根据本发明，利用第一主涡流使通过形成于密封凸片的前端与环状槽的底面之间的微小间隙的流体缩流，从而减少泄漏流量。
权利要求
1.一种润轮机，具备 叶片； 构造体，其以包围所述叶片的周围的方式形成，并相对于所述叶片相对旋转， 在所述构造体的与所述叶片的前端对应的位置形成有确保与所述叶片的前端之间的间隙的环状槽，而且， 在所述叶片的前端，朝向所述环状槽的底面立设至少一个密封凸片，在所述密封凸片的前端与所述环状槽的底面之间形成有径向的微小间隙，其中， 在将所述密封凸片中的配置于所述叶片的上游端侧的上游端侧密封凸片与所述叶片的上游端之间的轴向距离设为L，将所述叶片的上游端与所述环状槽的上游侧的内侧面之间的轴向距离设为Bu时， 所述上游端侧密封凸片以满足下式(I)的方式进行配置，L/Bu ≤ O. I (I)。
2.如权利要求I所述的涡轮机，其中， 所述上游端侧密封凸片以与所述叶片的上游端为同一面的方式进行配置。
3.如权利要求I或2所述的涡轮机，其中， 在所述环状槽内，在与所述叶片的上游端对应的位置形成有小环状槽。
4.如权利要求I 3中任一项所述的涡轮机，其中， 在所述叶片的前端设置有多个所述密封凸片， 在所述环状槽内从所述叶片的上游端朝向下游侧设置有台阶部， 所述台阶部以利用至少一个台阶使其高度伴随着朝向下游侧逐渐降低的方式形成，并且以位于形成于所述台阶的下游侧边缘部所邻接的密封凸片之间的方式形成。
5.如权利要求I 4中任一项所述的涡轮机，其中， 在所述环状槽内，在位于所述上游端侧密封凸片的下游侧的密封凸片中的至少与任一密封凸片对应的位置形成有所述小环状槽。
全文摘要
一种涡轮机，在轮毂套筒(41)上朝向环状槽(33)的底面(33a)立设密封凸片(15)，在密封凸片的前端与环状槽的底面之间形成有微小间隙(H)，其中，在将密封凸片中的配置于轮毂套筒的前缘侧的第一密封凸片(15a)与轮毂套筒的前缘(41a)之间的轴向距离设为L，将轮毂套筒的前缘与环状槽的内侧面(33b)之间的轴向距离设为Bu时，第一密封凸片以满足L/Bu<0.3的方式进行配置。
文档编号F01D11/02GK102834589SQ201180004978
公开日2012年12月19日 申请日期2011年1月27日 优先权日2010年2月25日
发明者松本和幸, 桑村祥弘, 大山宏治, 田中良典, 松尾朝春 申请人:三菱重工业株式会社